一、磁盘知识

（图片来源博客源尖尖毛草博客）

传统的机配磁盘由盘片、机械臂、马达构成。 一块磁盘会有多个盘片。

• 磁道：盘片上一圈圈灰色同心圆。
• 扇区：磁道上一段圆弧，盘片上最小的物理存储单位，主要有512B和4KB两种格式。

(图片来源：博客园尖尖毛草博客）

• 柱面：扇区组成一个圆，上图中蓝色部分。 一个盘片上下两面都可读写，使用两个磁头读写。

计算存储容量=存储容量＝磁头数×磁道(柱面)数×每道扇区数×每扇区字节数磁道扇区柱面三个参数计算存储容量 = 存储容量 ＝ 磁头数 × 磁道(柱面)数 × 每道扇区数 × 每扇区字节数磁道 扇区 柱面 三个参数计算存储容量=存储容量＝磁头数×磁道(柱面)数×每道扇区数×每扇区字节数磁道扇区柱面三个参数

老式磁盘中，每个磁道的扇区数是相等的，所以越往圆心存储密度越高。现代磁盘改为等密度结构，外围磁道的扇区数量大于内圈磁道，寻址方式也改为以扇区为单位的线性寻址。 为了与老式3D寻址兼容，现代磁盘控制器使用地址翻译器把3D寻址参数转为线性参数。

二、在深度系统中打开分区编辑器查看磁盘信息：

三、分区表

早期的分区以柱面为最小分区单位；现在的分区通常使用扇区为最小分区单位。每个扇区有一个自己的号码。磁盘分区表主要有MBR和GPT两种格式，GPT格式可以支持2T以上容量。

• 主分区：一块硬盘取多4个主分区。主分区激活就可以用来启动。
• 扩展分区：早期设计的硬盘只能分4个分区。后来建了sda4做为扩展分区，称为逻辑分区。
• 逻辑分区可以有很多个。
• Linux限制，一块硬盘主分区+扩展分区 最多只有4个。计算机的分区多于4个余下空间不能使用。

1. 下面重点看看MBR分区表

早期的Linux为了兼容Windows的磁盘，使用了支持Windows的MBR。MBR全称是Master Boot Record，通常放在磁盘的第一个扇区。这个扇区通常为512字节大小，当中包括两种东西：

• 主引导记录：446字节
• 分区表：64字节，最多只能有4组记录区，每组记录区记录该区起止柱面号码。

在深度系统使用下面命令读取MBR记录：

sudo dd if=/dev/sda  of=~/bootsector bs=512 count=1

使用vim -b ~/bootsector打开查看 （在vim命令模式下输入:%!xxd 显示16进制模式）

末尾的55aa是标志位，图中选中的 8020开始即第一个分区信息，

• 第1字节80 表示是活动分区（00表示非活动分区）
• 第5字节83表示分区类型是Linux分区（8e为Linux LVM分区）

如果要改动文件，可以使用

sudo dd if=~/bootsector of=/dev/sda bs=512 count=1

写回磁盘。

使用C从扇区读取文件

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <libgen.h>
#include <unistd.h>

static void usage(char *prog_name)
{
    fprintf(stderr, "usage: %s device start count\n", prog_name);
    fprintf(stderr, "example: %s /dev/sda 0 512\n", prog_name);
}

int main(int argc, char *argv[])
{
    char buf[4096];
    int fd = 0;
    int i = 0;
    int j = 0;
    int start = 0;
    int count = 0;
    char *device = NULL;

    if(argc != 4){
        usage(basename(argv[0]));
        exit(1);
    }
    
    device = argv[1];
    start = atol(argv[2]);
    count = atol(argv[3]);

    // 把磁盘像文件一样打开
    fd = open(device, O_RDONLY);
    if(-1 == fd){
        fprintf(stderr, "cannot open device");
        exit(1);
    }    
    // 找到起始位置
    if(lseek(fd, start, SEEK_SET) != start){
        fprintf(stderr, "cannot seek at %d", start);
        exit(1);
    }
    
    // 挨个字节读出来
    while(count > 0){
        int size = count > sizeof(buf) ? sizeof(buf) : count;

        read(fd, buf, size);
        
        /* 每行显示16个字节 每两个字节间以空格分开 */
        for(i = 0; i < size/16; i++){
            fprintf(stdout,"%08x:", i*16+start);
            for(j = 0; j < 16; j++){
                fprintf(stdout, " %02x", (int)buf[i*16+j] & 0xFF);    
            }
            fprintf(stdout,"\n");
            fflush(stdout);
        }
        count -= size;
        start += size;
    }
}

gcc编译运行：

扩展分区

分区记录里分一个扩展分区出来，然后在扩展分区前几个扇区用来再记录逻辑分区。Linux的SATA硬盘逻辑分区可以突破63个。

2. GPT分区（GUID Partition Table）

由于 MBR分区 每个分区表只有16字节，一个分区被限制最大只能使用2.2TB的磁盘。GPT将扇区以逻辑区块（Logincal Block Address，LBA）来处理，一个LBA默认512字节，第一个LBA就是LBA0.

• GPT使用了34个LBA来记录分区信息
• GPT把磁盘的最后34个LBA拿来作备份。
• LBA0：用来兼容MBR，存储了启动引导程序。
• LBA1：GPT表头记录
• LBA2-33：实际记录分区信息，每个LBA放4组分区记录，每组记录用到128字节空间。GPT分区表对单一分区容量限制达8ZB(1ZB=230TB)
  GPT 没有了主分区、逻辑分区的区分 。

四、Linux的磁盘文件名

• 老的ide接口，使用 /dev/hd开头，现在已经很少使用；
• 现在物理磁盘一般模拟成 /dev/sd[a-p]格式，第一块磁盘为/dev/sda；
  分区的文件名以第一块磁盘为例，为/dev/sda[1-128]。
• 虚拟机的磁盘通常是 /dev/vd[a-p] （比如用阿里的ECS）
• 磁盘阵列通常是 /dev/md[0-128]
• LVM是 /dev/VGNAME/LVNAME

五、Linux 常用的文件格式

Linux较早的文件系统使用的是ext2。centos6： 以ext4为主 。centos7： 以xfs为主，大文件系统，日志型 ，文件可以修复。执行命令： cat /etc/fstab

六、索引节点inode

每个存储设备或存储设备的分区被格式化为文件系统后有两部分：block+inode文件存储在硬盘上，最小存储单位是扇区，每个扇区可能是512Byte。但操作系统读取硬盘时，不会一个一个扇区读，而是一次性连续读多个扇区，多个扇区称为一个“块”。多个扇区组成的块，是文件存取的最小单位。“块”的大小，常见的有4B，即连续8个扇区。块用来存储数据，而inode用来存储这些数据元信息，主要包括：

• 文件大小
• 文件所属用户User ID
• 文件的Group ID
• 文件的读/写权限
• 文件的时间戳
• 链接数
• 文件数据Block的位置
  inode为每个文件进行信息索引，所以就有了inode的数值。操作系统根据指令，可以通过inode值快速找到相对应的文件。

使用stat命令可以查看文件的inode信息：

$ stat linux2-4.mov
16777220 3753644 -rw-r--r-- 1 apple staff 0 674287083 "Jul  9 23:49:23 2020" "Jul  9 23:07:22 2020" "Jul  9 23:07:23 2020" "Jul  9 23:07:08 2020" 4096 1344096 0 linux2-4.mov

硬盘在格式化的时候，操作系统会将硬盘分成两个区域：数据区、inode区。每个inode节点的大小一般为128B或256B；inode节点的数量在格式化时给定，一般是每1K或每2K设置一个inode。

如果一块1G的硬盘，每个inode节点大小为128B，每1K就设置一个inode，那inode占的空间会达到128M，占硬盘的12.8%。

df -i 命令可以查看每个硬盘分区的inode总数和已经使用的数量。