磁盘物理结构介绍(磁头,扇区),chs寻址,如何读写,磁盘io消耗时间；线性抽象结构,lba寻址,分区引入

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磁盘物理结构介绍(磁头,扇区),chs寻址,如何读写,磁盘io消耗时间；线性抽象结构,lba寻址,分区引入

目录

磁盘文件

引入

看待角度

磁盘

介绍

物理结构 

俯视图

立体图

磁头

扇区

如何找到一个扇区 -- CHS寻址

如何读写

磁盘io消耗时间

抽象结构 -- 线性

引入

介绍 -- LBA寻址

分区

引入

介绍

磁盘文件

引入

文件分为两种

• 被打开的文件(主要讨论与进程之间的联系)
• 没有被打开的文件(存放在磁盘上)

我们这里来介绍磁盘级别的文件

看待角度

• 从单个文件角度:文件具体存放在哪里,如何存储,大小是多少,属性有哪些
• 从系统角度:一共有多少个文件,内容和属性存放在哪里,如何快速找到指定的文件和对应的数据

为了了解磁盘文件,我们得先来认识磁盘是什么 

磁盘

介绍

• 内存--掉点易失存储介质
• 磁盘--永久性存储介质(eg: ssd,u盘,flash卡,光盘,磁带)
• 磁盘属于冯诺依曼模型中的外设,是一种机械设备(所以它io速度很慢)

物理结构 

俯视图

• 工作时,磁盘进行高速旋转(有不同的转速)
• 磁头会左右摇摆,进行寻址(数据其实就在磁盘上)

立体图

磁头

• 可以看到,磁盘并不是只有一片,它其实是多个磁盘叠放在一起的
• 磁盘的两面都可以存放数据,所以一个磁盘对应两个磁头

• 磁头并不是紧挨着磁盘,他俩中间有一定的距离
• 因为两者都会旋转
• 如果挨着,磁盘表面肯定会有一定程度的磨损,而数据也可能随之丢失
• 虽然他俩有距离,但其实距离很小
• 所以,一旦在磁盘工作过程中,电脑磕了碰了啥的,都可能会引起磁头和磁盘的接触,就可能磨损磁盘,数据就可能会丢失

扇区

扇区是磁盘存储数据的基本单位,一个扇区一般占512字节

如何找到一个扇区 -- CHS寻址

因为存储数据的基本单位是扇区,那么我们进行读写的前提是找到扇区

• 首先确定在哪一个柱面
• 每个柱面对应磁头的一个位置,柱面由多个半径相同的磁道组成
• 然后移动磁头到对应的磁道上
• 再确定要找的扇区在哪个扇面上(也就是具体对应哪个磁头)
• 然后就可以找到对应的扇区了

如何读写

由于计算机只认识二进制,而数据都在盘面上,所以盘面上就存储了大量的二进制

类比于磁铁的正负极,盘面是通过磁性来区分0,1的

• 读取操作时，磁头感应磁性场盘面上的磁变化，并将其转换为对应的数据
• 写入操作时，磁头改变磁场的极性，将数据写入磁性盘面

磁盘io消耗时间

抽象结构 -- 线性

引入

• 随着磁盘容量的增加和计算机系统的发展，CHS寻址方式面临容量限制、复杂性和效率等问题
• 为了克服CHS寻址方式的限制，磁盘驱动器制造商引入了逻辑块寻址（LBA）方式
• LBA寻址方式将磁盘的物理位置抽象为一系列逻辑块，每个逻辑块都有唯一的逻辑块地址（LBA）
• 类比磁带,它看似是圆形结构,实际上圆盘是由非常长的线性磁带环绕而成
• 因此我们也可以将磁盘的盘片想象成线性的结构

介绍 -- LBA寻址

• 像上面那样抽象成线性结构,每一个扇区就变成了一个块状结构
• 如果平铺下来,是不是很像数组:
• 所以,访问扇区,只需要知道它所在的下标即可
• 这样的寻址方式就叫做LBA寻址
• 最终将LBA找到的扇区,转换为CHS上的物理结构即可

分区

引入

通过上面的抽象,我们对磁盘的操作,就变成了对数组的操作:

但是,磁盘通常容量很大,几百g甚至t,若将其看作一个整体,则太过于庞大

于是我们可以将它进行分区,这些分区以统一的视角去看待,就可以将大的问题简单化

介绍

先将非常大容量的磁盘分区:

但是,这样分下来,每个区还是很大,不好管理

所以每个分区里面再进行分区:

不断分区...最终以块组为单位,组成磁盘

一个很大的磁盘 -> 多个分区 -> 很多个块组

所以只要管理好块组,分区就管理好了,分区管理好了,磁盘也就管理好噜~