磁盘的基础知识——扇区、柱面、磁道、族

磁盘的物理结构

磁盘是由若干块坚硬金属材料制成的并涂以磁性介质的盘片压制而成。每个盘有两面，每面各有一个磁头，都可记录信息。要了解硬盘的物理结构，需要弄懂磁道、扇区、柱面、簇等几个概念.

磁道：磁盘上划分了很多个同心圆，这些同心圆就是磁道。但打开硬盘，用户不能看到这些，实际上磁道是被磁头磁化的同心圆。磁道之间是有间隔的，因为磁化单元太近会产生干扰.

扇区：每条磁道被分成若干等份的区域，每个区域就是一片扇区。扇区是硬盘数据存储的最小单位.

柱面：假如一块磁盘只有3个磁盘片，每块盘片的磁道数是相等的.从外圈开始，这些磁道被分成了0磁道、1磁道、2磁道……。具有相同磁道编号的同心圆组成面就称作柱面。为了便于理解，柱面可以看作没有底的铁桶。柱面数就是磁盘上的磁道数。柱面是硬盘分区的最小单位.

一个硬盘的容量=柱面数（或磁道数）×磁头数×扇区数×每个扇区的大小（通常是512字节)

簇：扇区是硬盘数据存储的最小单位，但操作系统无法对数目众多的扇区进行寻址，所以操作系统就将相邻的扇区组合在一起，形成一个簇，然后再对簇进行管理.每个簇可以包括2、4、8、16、32、64个扇区。族有时也称作磁盘块(block)。它是属于文件系统层面的概念，是文件系统层中数据存储的基本单位。

磁盘的分区

要掌握硬盘的分区，需要掌握MBR、扩展分区、逻辑分区的概念.

硬盘里分为两个区域，一个是放置该硬盘的信息区，称之为主引导扇区(master boot recorder,MBR)，一个是实际文件数据放置的地方。其中，MBR是整个磁盘最重要的区域。一旦MBR物理实体损坏时，则该磁盘就差不多报废了.一般来说，MBR有512个字节，且可以分为两个部分.

1. 第一部分有446个字节，用于存放引导代码，即bootloader.
2. 第二部分有64个字节，用于存放磁盘分区表（Disk Partion Table,DPT)。每个分区的信息需要用16个字节来记录，因此，一块磁盘最多可以有4个分区。

注：通常所说的"磁盘分区"就是指修改磁盘分区表。它定义了"第n个磁盘块是从第x个柱面到第y个柱面".因此，当系统要读取第n个磁盘块时，就是去读硬盘上第x个柱面到第y个柱面的信息.

    分区有两种，一种是主分区，一种是扩展分区。在一块磁盘中，扩展分区只能有一个，所以这4个分区可以是4个主分区或者3个主分区加1个扩展分区，如下所示:

P + P + P + P

P + P + P + E

其中P表示主分区（Primary），E表示扩展分区（Extend)

    重点说明的是，扩展分区不能直接使用，还需要将其划分为逻辑分区.这样就产生了一个问题，既然扩展分区不能直接使用，但为什么还要划分出一定的空间来给扩展分区呢?这是因为，如果用户想要将硬盘划分为5个分区的话，那该如何? 此时，就需要扩展分区来帮忙了.

由于MBR仅能保存4个分区的数据信息，如果超过4个，系统允许在额外的硬盘空间存放另一份磁盘分区信息，这就是扩展分区. 若将硬盘分成3P+E，则E实际上是告诉系统，磁盘分区表在另外的那份分区表，即扩展分区其实是指向正确的额外分区表.本身扩展分区不能直接使用，还需要额外将扩展分区分成逻辑分区才能使用，因此，用户通过扩展分区就可以使用5个以上的分区了.

说明：

1. 不建议用户将硬盘分为4个主分区.这是因为，假如一个20GB的硬盘，若4个主分区占据了15GB的空间，则剩下的5GB空间完全不能使用，因为已经没有多余的分区表可以记录这些空间了.
2. 考虑到磁盘的连续性，一般建议将扩展分区放在最后面的柱面内.
3. 允许一个硬盘只有1个主分区，其它空间都分配给扩展分区。

Linux磁盘分区

    Windows操作系统是先将物理地址分开，再在分区上建立目录，因此在Windows操作系统中，所有路径都是从盘符开始，如C://program file。而Linux正好相反。在Linux操作系统中，先有目录，再将物理地址映射到目录中。在Linux操作系统中，所有路径都是从根目录开始.Linux默认可分为3个分区，分别是boot分区、swap分区和根分区.

    无论是Windows操作系统，还是Linux操作系统，每个分区均可以有不同的文件系统，如FAT32、NTFS、Yaffs2等.

    下面简单介绍一下Linux的3个分区，boot分区、swap分区和根分区。

• boot分区

    该分区对应于/boot目录，约100MB.该分区存放Linux的Grub(bootloader)和内核源码.用户可通过访问/boot目录来访问该分区.换句话说，用户对/boot目录的操作就是操作该分区.

• swap分区

    该分区没有对应的目录，故用户无法访问。Linux下的swap分区即为虚拟内存.虚拟内存用于当系统内存空间不足时，先将临时数据存放在swap分区，等待一段时间后，然后再将数据调入到内存中执行.所以说，虚拟内存只是暂时存放数据，在该空间内并没有执行.

关于虚拟内存

    虚拟内存是指将硬盘上某个区域模拟为内存.因此虚拟内存的实际物理地址仍然在硬盘上.虚拟内存，或者说swap分区只能由系统访问，其大小为物理内存的2倍.

• 根分区

    在Linux操作系统中，除/boot目录外的其它所有目录都对应于该分区.因此，用户可通过访问除/boot目录外的其它所有目录来访问该分区.

说明：

1. 在Linux操作系统中，用户可根据需要把分区挂载到某个目录下。比如/home目录下有三个目录，假设为test1,test2,test3，可把不同的分区分别挂载到这三个目录下 。
2. 根据上面的讨论，一块磁盘上最多有13个分区，即硬盘分为1个主分区和3个扩展分区，而每个扩展分区又可以分为4个逻辑分区。
3. 硬盘上至少要有1个主分区.
4. 逻辑分区不能再进行分区.
5. Linux分区目录和"盘符"的关系

    假如硬盘安装在IDE1的主盘，并用户想分区成6个可以使用的硬盘分区，则可以采用3个主分区加3个逻辑分区方式，或者是1个主分区加5个逻辑分区。

    Linux允许使用fdisk -l命令和df -h命令来查询其硬盘分区.其中，df无法显示出swap分区的大小.

    若硬盘的MBR已坏，则该磁盘就不能再作为引导盘，只能作为数据盘.因为MBR位于硬盘的起始处，用户不能通过软件进行修复，也不能跳过起始处.而硬盘中间的某个磁道坏了，用户可以软件修复，也可以跳过该磁道.