磁盘分区详解

        磁盘分区的理解，必须从硬件入手。常见的存储设备主要有硬盘，CD，DVD，U盘等。这里我们主要讲的是硬盘的分区。

        因为半导体技术和工艺的不断提高，现在大的半导体提供商已经可以生产出大容量的固态硬盘，市场上也有固态硬盘可供大家选购。固态硬盘虽然存取速度要比机械硬盘快上许多，但是从容量与价格的性价比上，机械硬盘还是占优。接下来主要讲的就是与机械硬盘相关的磁盘分区知识。

                                                                                                                                                      图1：硬盘物理示意图

       如图1所示，机械硬盘的主要物理组成有磁盘、主轴、磁头、磁力臂、音圈马达和永磁铁等组成。我们所有写入硬盘的信息都是通过磁头写入磁盘中的，同时，也可以通过磁头将磁盘中的信息读取出来。厂家生产出一块硬盘之后，会对其进行低级格式化，我们可以理解为厂家在磁盘中已经输入了一小段的程序。这段小程序将我们的一阵块磁盘划分出了磁道和柱面。

                                                 图2：磁道与柱面                        图3：扇区

        图中示意出了磁道与柱面与磁盘实际物理层面的关系。当磁盘高速转动起来，磁头能够感应到的只是此盘上一个环形区域内的磁性信息，所以我们将一个环形区域组织成一个磁道。同时，磁头在多层的盘片上读取的是相同位置的磁道，因此将多片盘片上的这些同位置的磁道组织成柱面。我们将磁道再细分为容量相同的扇区，如图3所示。

    另外，每个扇区容量是相同的。早期生产的磁盘每个磁道上的扇区数是相同的，那么外磁道扇区的长度必然比内磁道的长度要长，所以厂家通过控制内外磁道的磁密度来保障每个扇区的容量个相同。这种简单的划分极大的限制了磁盘的容量。现代的磁盘制作时，不同磁道的磁密度是相同的，因此不同磁道的扇区数是不相同的，不过磁盘对其进行了内部转换，使得磁盘看起来像是每个磁道还拥有相同的扇区数。  

    以上是对磁盘的物理层面划分，接下来，我们从操作系统的层面来分析系统的磁盘分区（高级格式化）与实际磁盘物理层面分区的映射关系。

    从Windows系统的角度来看，我们常常将磁盘划分为C、D、E、F盘；Linux系统中，磁盘分区的命名方式有所不同，是根据磁盘的类型加上加上编号组合而成，例如sd1,hd2之类的。其基本的组织原理是相通的，我们以Linux的磁盘分区来示例说明。

    每个磁盘的第一个扇区至关重要，因为在其上存储了两个重要的信息，分别是：

    主引导分区（Master Boot Record,MBR）：可以安装引导加载程序的地方，有446bytes。

    分区表（partition table）:记录整块硬盘分区的状态，有64bytes。

    MBR是十分重要的，系统在开机的时候回读取这一段内容，然后才能知道去哪里选择哪个操作系统开机，其具体的实现和功能，在这暂不表。主要说说分区表的用法。

    分区表有64bytes的容量，我们将其分为四份，即用16bytes的内容来记录一个分区的开始柱面和结束柱面号。注意，分区是以柱面为基本单位的。

                

                                图4：分区示意图                                                               图5：扩展分区

    如图4所示，假设共有400个柱面，我们将磁盘平均分为了4个分区，每个分区100个柱面的容量，对于windows而言可以说是C、D、E、F盘。当然，我们也可以将每个分区的容量划分为不同大小。有时，我们需要更多的分区，但是分区表最多只能实现4个分区，这时候，要用到逻辑分区的概念来分出更多的分区。我们将分区表中某个区域作为扩展分区，记录逻辑扩展分区的起始与结束柱面，再在这些柱面的选择一段扇区存储逻辑分区的分区表（数量任意）。