【文件系统】-1-磁盘与扇区的定位方法

1、磁盘的结构

磁盘的结构组成：

我们不关心其它结构，只关注盘片。

磁盘往往有多个盘片。一个盘片的正反两面都可以存储数据。

盘片上有许多"磁道"：

磁道就是如图所示的一个个"同心圆"。

磁道并不是连续的。磁道间隙与间隙中间的区域，称作扇区。

实际上，磁道是有宽度的，那么将盘片上的扇区放大，就像一把扇子：

扇区(sector)，是磁盘存储数据的基本单位，大小一般是512字节 。扇区是块设备。

既然扇区是存储的基本单位，那么我们如何定位一个扇区呢？

首先，我们要认识到：

所以，根据上面所学，我们就可以提炼出一个定位扇区的大概思路：

但是，真实的扇区定位方法，和上面的思路不太一样。

磁盘有一个细节：磁盘的所有磁头都是一起运动的，即"共进退"。

当其中一个磁头，定位到某一个位置的磁道时，我们将此时所有磁头的所有磁道，统称为柱面(cylinder)。

至此，我们给出扇区定位的真实思路：

这就是定位扇区的CHS定址法。

我们不期望计算机直接使用CHS定址法定位扇区。直接采用CHS，计算机操作系统就与磁盘设备"强耦合"；未来磁盘的存储结构如果发生改变，那么操作系统的底层代码就得跟着改，维护成本就会非常高。

换个思路。

把磁道"剪"开，我们就能得到一串"连续"的扇区，就能用一维数组存储起来：

把柱面"剪"开，我们就展开了这个柱面上的所有磁道，最后形成的扇区分布，很像二维数组：

而一个磁盘上有若干柱面，相当于有若干二维数组：

整个磁盘的扇区分布情况，不就可以用一个"三维数组"来描述吗？

而C语言视角下，n维数组在底层存储逻辑上，都是一维数组。我们就把扇区定位的物理世界的问题，转化为了计算机视角下管理数组的问题。

像这样用数组来定位扇区的方法，叫做LBA定址法(Logical Block Addressing)。

CHS定址法转化为LBA定址法：

c 复制代码

// 前面有多少个柱面
// 最后一个不完整柱面，有多少个磁道
// 最后一个不完整磁道，有多少个扇区

单个柱面的总扇区数 = 磁头数 * 单个磁道的扇区数

LBA号 = 柱面号 * 单个柱面的总扇区数 + 磁头号 * 单个磁道的扇区数 + (扇区号 - 1)

LBA定址法转化为CHS定址法：

小贴士

扇区号从"1"开始，而柱面号与磁头号从"0"开始。LBA号也是从"0"开始。

每一个磁道的扇区总数，是相同的。

磁头数、单个磁道的扇区数等信息，磁盘内部会自动维护。

//是"取整除号"，即对结果舍去小数部分，而不是"四舍五入"。

对磁盘扇区分布的数学建模过程，是谁做的？

操作系统。

有必要真的开辟一个一维数组，存储扇区的信息吗？

答案是不需要。我们完全可以定义一个变量存储LBA号，未来只需利用"LBA定址法转化为CHS定址法"的规则，解析出三个参数，就能定位到某一个指定的扇区位置。而不是浪费大量空间存储一个一维数组，存放扇区信息。