硬盘扇区

一、为何要学习计算机基础？ 　　 　　　Python是一门编程语言，即通俗一点说就是语言。 　　　 程序用编程语言来写程序，最终开发的结果就是一个软件。 操作系统 是出现在硬件之上的，是用来 控制硬件的。 所以，我们开发时只需要 调用操作系统为我们提供的简单的接口 就可以了。 　　　如上图所示，我把计算机的系统分为了上面三大块。 硬件，操作系统，应用程序 。 二、计算机硬件介绍 1. 硬件 的目的：为了运行软件给它的一些指令。我们可以优先从硬件中提取出这三个主要的东西，分别是： CPU，内存，硬盘 在计算机中，用来计算的是什么呢？当然是 CPU 了。多数CPU都有两种模式，即内核态与用户态。这里的即内核态与用户态将会在下面的内容中讲到。 　　　　CPU是人的大脑，负责运算 　　 　　　　内存是人的记忆，负责临时存储 　　 　　　　硬盘是人的笔记本，负责永久存储 　　　　　　 输入设备是人的耳朵或眼睛，负责接受外部的信息传给CPU 　　　　　　 以上所有的设备都通过总线连接，总线相当于人的神经 总线示意图 三、处理器（寄存器及内核态与用户态切换） 　 　 1.计算机的大脑是CPU，它从内存中取指令-▶解码-▶执行，然后在取指令，解码，执行，周而复始，直至整个程序被执行完成。 　　　2. 寄存器是一个存储设备， 最快的一种存储设备 就是寄存器。 3.寄存器的分类 　　　　　

计算机的加点和复位   在处理器众多的引脚中，有一个是 RESET ，用于接受复位信号。每当处理器加电，或者RESET 引脚的电平由低变高时①，处理器都会执行一个硬件初始化，以及一个可选的内部自测试（Build-in Self-Test，BIST），然后将内部所有寄存器的内容初始到一个预置的状态。   为了节约成本，并提高容量和集成度，在内存中，每个比特的存储都是靠一个极其微小的晶体管，外加一个同样极其微小的电容来完成的。可以想象，这样微小的电容，其泄漏电荷的速度当然也非常快。所以，个人计算机中使用的内存需要定期补充电荷，这称为 刷新 ，所以这种存储器也称为 动态随机访问存储器（Dynamic Random Access Memory，DRAM） 。随机访问的意思是，访问任何一个内存单元的速度和它的位置（地址）无关。举个例子来说，从头至尾在一盘录音带上找某首歌曲，它越靠前，找到它所花的时间就越短。但内存就不一样，读写地址为 0x00001 的内存单元，和读写地址为 0xFFFF0 的内存单元，所需要的时间是一样的。在内存刷新期间，处理器将无法访问它。这还不是最麻烦的，最麻烦的是，在它断电之后，所有保存的内容都会统统消失。所以，每当处理器加电之后，它无法从内存中取得任何指令。   与 DRAM 不同， 只读存储器（Read Only Memory，ROM） 不需要刷新

每个磁道上的扇区数一样吗？ 引言    在百度百科上查看扇区的简介时，上面举了两个例子： 1、某个硬盘的参数列表上描述扇区数的范围标识是373～746，意味着最内圈有373个扇区，最外圈有746个扇区。 2、某个硬盘有1024个磁道，每个磁道划分为63个扇区，则0磁道的扇区号为1~63，1磁道的起始扇区号为64最后一个磁道的最后一个扇区号为64512。    当时就有个疑问，每个磁道上的扇区数一样多吗？例1比较符合个人的想法，因为每个扇区一般的大小固定为512B，因为随着半径增大，磁道最外圈的周长要增大，如果不想造成空间浪费的话，各个磁道上的扇区数应该是不一样的。而例2也是一般教科书上经常出的计算题，想想如果磁盘转速一样的话，单位时间内转过的扇形角度也是相等的，这么说每个磁道的扇区数也是一样多的。于是上网查了一下，整理如下。 扇区是什么    磁盘上的每个磁道被等分为若干个弧段，这些弧段便是磁盘的扇区。磁盘驱动器在向磁盘读取和写入数据时，要以扇区为单位。在磁盘上，DOS操作系统是以“簇”为单位为文件分配磁盘空间的。硬盘的簇通常为多个扇区，每个簇只能由一个文件占用，即使这个文件中只有几个字节，决不允许两个以上的文件共用一个簇，否则会造成数据的混乱。这种以簇为最小分配单位的机制，使硬盘对数据的管理变得相对容易，但也造成了磁盘空间的浪费，尤其是小文件数目较多的情况下，一个上千兆的大硬盘

( 一)存储结构与磁盘划分 文件系统层次化标准(FHS，Filesystem Hierarchy Standard)是根据以往无数Linux系统用户和开发者的经验而总结出来的，是用户在Linux系统中存储文件时需要遵守的规则，用于指导我们应该把文件保存到什么位置，以及告诉用户应该在何处找到所需的文件。 1 、一切从“/”开始 Linux 系统中的一切文件都是从“根(/)”目录开始的，并按照文件系统层次化标准(FHS)采用树形结构来存放文件。另外，Linux系统中的文件和目录名称是严格区分大小写的，且文件名称中不得包含斜杠(/)。 Linux 系统中的文件存储结构如下图所示。 在Linux系统中，最常见的目录以及所对应的存放内容如下表所示。 目录名称 放置文件的内容 /boot 开机所需文件—内核、开机菜单以及所需配置文件等 /dev ★以文件形式存放任何设备与接口 /etc ★服务配置文件 /home ★用户主目录 ， 也可以安装第三方软件 。 /bin 存放单用户模式下还可以操作的 命令 ， 普通用户执行的命令,存放系统外部命令 。 /lib 开机时用到的函数库，以及/bin与/sbin下面的命令要调用的函数。 不要动 /sbin 开机过程中需要的命令， 系统管理员执行的命令,存放系统内部命令 。 /media 、/mnt 用于挂载设备文件的目录 /opt 安装第三方的软件

1.之前我们学的都是字符设备驱动, 先来回忆一下 字符设备驱动: 当我们的应用层读写(read()/write())字符设备驱动时,是按字节/字符来读写数据的,期间没有任何缓存区,因为数据量小,不能随机读取数据,例如:按键、LED、鼠标、键盘等 2.接下来本节开始学习块设备驱动 块设备: 块设备是i/o设备中的一类, 当我们的应用层对该设备读写时,是按扇区大小来读写数据的,若读写的数据小于扇区的大小,就会需要缓存区, 可以随机读写设备的任意位置处的数据，例如 普通文件(*.txt,*.c等),硬盘,U盘，SD卡, 3.块设备结构： 段(Segments)： 由若干个块组成。是Linux内存管理机制中一个内存页或者内存页的一部分。 块 (Blocks)： 由Linux制定对内核或文件系统等数据处理的基本单位。通常由1个或多个扇区组成。（对Linux操作系统而言） 扇区(Sectors)： 块设备的基本单位。通常在512字节到32768字节之间,默认512字节 4.我们以txt 文件为例, 来简要分析下块设备流程: 比如:当我们要写一个很小的数据到txt文件某个位置时, 由于块设备写的数据是按扇区为单位,但又不能破坏txt文件里其它位置,那么就引入了一个“缓存区”,将所有数据读到缓存区里,然后修改缓存数据,再将整个数据放入txt文件对应的某个扇区中

一 磁盘物理结构 (1) 盘片：硬盘的盘体由多个盘片叠在一起构成。 在硬盘出厂时，由硬盘生产商完成了低级格式化(物理格式化)，作用是将空白的盘片(Platter)划分为一个个同圆心、不同半径的磁道(Track)，还将磁道划分为若干个扇区(Sector)，每个扇区可存储128×2的N次方（N=0.1.2.3）字节信息，默认每个扇区的大小为512字节。通常使用者无需再进行低级格式化操作。 (2) 磁头：每张盘片的正反两面各有一个磁头。 (3) 主轴：所有盘片都由主轴电机带动旋转。 (4) 控制集成电路板：复杂！上面还有ROM（内有软件系统）、Cache等。 二 磁盘如何完成单次IO操作 (1) 寻道 当控制器对磁盘发出一个IO操作命令的时候，磁盘的驱动臂(Actuator Arm)带动磁头(Head)离开着陆区(Landing Zone，位于内圈没有数据的区域)，移动到要操作的初始数据块所在的磁道(Track)的正上方，这个过程被称为寻道(Seeking)，对应消耗的时间被称为寻道时间(Seek Time)； (2) 旋转延迟 找到对应磁道还不能马上读取数据，这时候磁头要等到磁盘盘片(Platter)旋转到初始数据块所在的扇区(Sector)落在读写磁头正下方之后才能开始读取数据，在这个等待盘片旋转到可操作扇区的过程中消耗的时间称为旋转延时(Rotational Latency)；

目录 　　硬盘的结构 　　构建存储抽象 　　数据读写物理原理 硬盘的结构 　　盘片 　　　　硬盘可以只有一个盘片(这称为单碟),也可能有好几个盘片。它们都串在同一个轴上,由电动机带动着一起高速旋转。 　　磁头 　　　　每个盘片都有两个磁头(Head),上面一个,下面一个,所以经常用磁头来指代盘面。磁头都有编号,第 1 个盘片,上面的磁头编号为 0,下面的磁头编号为 1;第 2 个盘片,上面的磁头编号为 2,下面的磁头编号为 3,依次类推。 　　磁道 　　　　每个磁头不是单独移动的。相反,它们都通过磁头臂固定在同一个支架上,由步进电动机带动着一起在盘片的中心和边缘之间来回移动。也就是说,它们是同进退的。步进电动机由脉冲驱动,每次可以旋转一个固定的角度,即可以步进一次。可以想象,当盘片高速旋转时,磁头每步进一次,都会从它所在的位置开始,绕着圆心“画”出一个看不见的圆圈,这就是磁道(Track)。 　　柱面 　　　　磁道是数据记录的轨迹。因为所有磁头都是联动的,故每个盘面上的同一条磁道又可以形成一个虚拟的圆柱,称为柱面(Cylinder)。 　　扇区 　　　　磁道还要进一步划分为扇区(Sector)。磁道很窄,也看不见,但在想象中,它仍呈带状,占有一定的宽度。将它划分许多分段之后,每一部分都呈扇形,这就是扇区的由来。 　　扇区的结构 　　　　扇区与扇区之间以间隙(空白)间隔开来

详解计算机磁盘系统 硬盘接口 常见的硬盘接口有： IDE 、SATA、SAS、USB、SCSI ，其中 SATA 是目前的主流接口，IDE 则几乎不再使用。 设备文件 计算机的各种硬件设备在 Linux 中都有对应的设备文件，甚至不同的接口也对应着不同的设备文件，从而使用不同的驱动程序来操作硬件设备。对于硬盘，实体设备的文件名一般是 /dev/sd[a-] ；虚拟设备（虚拟机中的硬盘）的文件名一般是 /dev/vd[a-] 。 有时，系统中会有 /dev/sda、/dev/sdb… 等设备文件，它们之间又是什么关系呢？实际上， /dev/sd[a-] 是 SATA/USB/SAS 等硬盘接口对应的设备文件，这类接口都使用 SCSI 模块作为驱动程序。 a、b、c… 则是按系统检测到的顺序来排列的，与实际插槽顺序无关。 我们知道硬盘是可以被分区成多个分区（partition），如在 Windows 中可以将一块硬盘分区成 C:、D:、E: 盘。那么，不同的分区是否也有对应的设备文件呢？ 硬盘结构 提到分区，我们需要先了解一下硬盘的结构。不同寻址方式的硬盘，其结构也不同。硬盘的寻址方式主要有两种： - CHS 寻址方式：由柱面数（Cylinders）、磁头数（Headers）、扇区数（Sectors） 组成 3D 参数，简称 CHS 寻址方式，硬盘容量相对较小。 如传统的机械硬盘

磁盘级别概念 这里讲的主要是网上所谓的老式磁盘，它是由一个个盘片组成的，我们先从个盘片结构讲起。如图1所示，图中的一圈圈灰色同心圆为一条条磁道，从圆心向外画直线，可以将磁道划分为若干个弧段，每个磁道上一个弧段被称之为一个扇区（图践绿色部分）。扇区是磁盘的最小组成单元，通常是512字节。 图2展示了由一个个盘片组成的磁盘立体结构，一个盘片上下两面都是可读写的，图中蓝色部分叫柱面（cylinder）。 简简单介绍了磁盘结构后，下面我们将对磁盘的参数进行讲解。磁盘的常见参数如下： 磁头（head） 磁道（track） 柱面（cylinder） 扇区（sector） 圆盘（platter） 图2中磁盘是一个 3个圆盘6个磁头，7个柱面（每个盘片7个磁道） 的磁盘，图2中每条磁道有12个扇区，所以此磁盘的容量为6*7*12*512字节。 即： 存储容量 ＝ 磁头数 × 磁道(柱面)数 × 每道扇区数 × 每扇区字节数 下面讲一下现代磁盘，在老式磁盘中，尽管磁道周长不同，但每个磁道上的扇区数是相等的，越往圆心扇区弧段越短，但其存储密度越高。不过这种方式显然比较浪费空间，因此现代磁盘则改为等密度结构，这意味着外围磁道上的扇区数量要大于内圈的磁道，寻址方式也改为以扇区为单位的线性寻址。为了兼容老式的3D寻址方式，现代磁盘控制器中都有一个地址翻译器将 3D 寻址参数翻译为线性参数。 扇区

一、inode是什么？ 理解inode，要从文件储存说起。 文件存储在硬盘上，硬盘的最小存储单位叫做“扇区”（Sector）。每个扇区储存512字节（相当于0.5KB）。 操作系统读取硬盘的时候，不会一个个扇区的读取，这样效率太低，而是一次性连续读取多个扇区，即一次性读取一个“块”（block）。这种由多个扇区组成的“块”，是文件存取的最小单位。“块”的大小，最常见的是4KB，即连续八个sector组成一个block。 文件数据都储存在“块”中，那么很显然，我们还必须找到一个地方储存文件的“元信息”，比如文件的创建者、文件的创建日期、文件的大小等等。这种储存文件元信息的区域就叫做 inode ，中文译名为” 索引节点 “。 每一个文件都有对应的inode ，里面包含了与该文件有关的一些信息。 二、inode的内容 inode包含文件的元信息，具体来说有以下内容： Size 文件的字节数 Uid 文件拥有者的User ID Gid 文件的Group ID Access 文件的读、写、执行权限 文件的时间戳，共有三个： Change 指inode上一次变动的时间 Modify 指文件内容上一次变动的时间 Access 指文件上一次打开的时间 Links 链接数，即有多少文件名指向这个inode Inode 文件数据block的位置 Blocks 块数 IO Blocks 块大小