[程序员应该知道的]硬盘基本知识（二）

2011-10-25 11:31 iBlog 阅读(2117) 评论(1) 编辑收藏举报

接着【程序员应该知道的】硬盘基本知识（一），了解硬盘基本机械构造以及运行原理之后，我们还想知道硬盘上的盘片是如何进行分区的、有哪几种分区、如何存储分区信息的？

磁盘的分区

装过系统的人都知道必须要分区后才能安装系统，形象点的说比如windows里C:,D:之类的东西；如果你要问硬盘为什么要分区，我也说不上来很严格的原因，首先从使用习惯上来讲，我们不希望数据杂乱无章堆积在一起，其次，如果不分区，如何才能在一块硬盘上使用不同的文件系统（下面讲到）呢，学院派的说法是：数据安全和性能考虑。

先要说硬盘中最最重要的第一扇区，因为整块硬盘的重要信息都在这里：

MBR(Master Boot Record 主启动记录)：开机引导程序就在安装在此，占用446byte;

DPT(Disk Partition table 硬盘分区表)：记录硬盘上的分区元信息，占用64byte。

MBR是如何工作的呢，不用深究，反正就是系统开始时会主动读取数据的地方，这样才能引导进行操作系统的启动；

DPT要仔细的讲讲，分区的大致意思就如同抢地盘，不过人家比较规矩，按照柱面（最小的分区单位）分配，比如第一个分区从柱面1-200，第二个分区201-500，但三个分区501-1000...(省略并非可以无限分配下去哦)

为啥说不能一直分配下去呢，技术柱面数量足够，因为上面说到硬盘分区表只有64个字节，每条分区记录需要占用16字节，最多只能分4个，疑问在此：我的电脑怎么分了5个（c\d\e\f\g）?

其实我说的4个分区是所谓的主分区，为了能支持很多分区引入了扩展分区的概念，也就是说，可以使用DPT中一条记录来记录扩展分区的信息，然后在扩展分区中再继续划分逻辑分区，而逻辑分区的分区信息则记录在扩展分区的第一个扇区中，如此则可以像链表一样划分出很多分区来。但注意，一个分区表中可以有1~4条主分区，但是最多只能有1个扩展分区

分区表之间是如何关联的，详细讲一下，分区表是一个单向链表，第一个分区表，也就是位于硬盘第一个扇区中的DPT，可以有一项记录扩展分区的起始位置柱面，类似于指针的概念，指向扩展分区(图3)，根据这项记录我们可以找到扩展分区的某柱面0磁头1扇区(CHS)，而这个扇区中又存放了第二个分区表，第二个分区表第一项记录一般表述了当前所在的逻辑分区的起始/终止柱面，第二项记录表述了下一个逻辑分区所在的0磁头1扇区(CHS),第三、第四项记录不存任何信息(图4)。

请看下图，主引导记录/分区表所在的是硬盘第一个分区，基本分区1、基本分2、基本分区3都是主分区、扩展分区内有2个逻辑分区，每个逻辑分区的第一个扇区都是分区表。

分区后的系统启动

之前提到MBR中安装的引导加载程序，他的作用是什么？

① 提供开机菜单选项：可以供用户选择启动哪个操作系统，这是多重引导功能。

② 加载操作系统内核：每个操作系统都有自己的内核，需要引导程序来加载

③ 转交给其他引导程序：可以将工作移交给其他引导程序来进行上述操作。

其实引导加载程序除了可以安装在MBR中，还可以直接安装在每个分区的引导扇区(DBR)中，注意下，每个分区(主分区、逻辑分区)都有一个自己的启动扇区，专门用来安装引导加载程序，如上图表3。

系统启动过程：

① 首先,BIOS启动后，读取硬盘第一个扇区MBR中的引导加载程序(可能是windows或者linux的grub)

② MBR中的引导程序提供开机菜单，你可以选择1)直接加载windows 内核 2)将工作转交给windows 分区内的引导扇区中的加载程序，让他自己去加载内核 3)转交给linux分区内引导扇区，让他去加载linux.

③ 根据用户选择的选项和引导加载程序中记录的分区，到分区表找对应的分区柱面号等分区信息，启动内核或者分区加载程序。

Window安装时默认会自动将MBR和windows所在分区的引导扇区都装上引导程序，而不会提供任何选项给用户选择，因此如果之前装过其他操作系统，然后再另外装一个windows时，会把公用的MBR覆盖掉，如此，原来的操作系统就无法启动了。如果先装windows，然后装linux，linux 会覆盖MBR，然后让用户选择是否将windows等其他操作系统的启动项添加进来，如果你选择了添加进来，那么你在开机时就会有两个选项让用户进行选择了。

文件系统

文件系统也是很大很复杂的话题，我们仍然以比较通俗、粗颗粒度来讲解，试想一下，我们的文件如何对应到磁盘的扇区上呢，所以光有底层的概念磁道扇区是没有用的，需要更加抽象的数据类型或结构来抽象底层的细节。

文件系统是一套实现了数据的存储、分级组织、访问和获取等操作的抽象数据类型(Abstract data type)。

文件系统是一种用于向用户提供底层数据访问的机制。它将设备中的空间划分为特定大小的块（扇区），一般每块512字节。数据存储在这些块中，大小被修正为占用整数个块。由文件系统软件来负责将这些块组织为文件和目录，并记录哪些块被分配给了哪个文件，以及哪些块没有被使用。

不过，文件系统并不一定只在特定存储设备上出现。它是数据的组织者和提供者，至于它的底层，可以是磁盘，也可以是其它动态生成数据的设备（比如网络设备）

只是简单介绍，具体的文件系统要具体分析。

感谢那些无私奉献的blogger！

参考或推荐资源：