Fedora20：1-硬盘

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本文介绍了硬盘的基本分类、接口类型、物理与逻辑结构，并详细解释了MBR启动过程及几种常见的文件系统特点。此外还介绍了Linux下的硬盘标识规则及常见分区组成。

一、

二、硬盘按存储介质可分为机械硬盘(HDD)，固态硬盘(SSD)。前者的存储介质是磁性碟片，采用机械方式操纵磁头读取碟片故称为机械硬盘；后者的存储介质是半导体存储芯片。以下内容针对传统的机械硬盘。

三、硬盘接口大致分为ATA(IDE), SATA, SCSI和SAS。硬盘介质同接口无关。

ATA：高技术配置(Advanced Technology Attachment)，即IDE(Intergrated Drive Electronics)集成驱动电子设备。SATA(Serail ATA)推出后称之为PATA(Parallel ATA)。最大速度133MB/s。
SATA：不同版本1.0, 2.0, 3.0，Express对应的最大速度分别为150MB/s, 300MB/s, 600MB/s, 809MB/s。
SCSI：
SAS：串行SCSI(Serial Attached SCSI)。

四、机械硬盘的物理结构

磁头/盘面：机械硬盘的有多个盘片，每个盘片可以是单面或双面，对应有一个或两个磁头。
柱面/磁道：一个盘片有若干磁道，因为多个盘片在一起，因此相同的磁道组成了一个柱面。数据读写是按柱面进行，而非按照盘面，原因是统一柱面不同盘片不需要移动磁头。
扇区：每个磁道被分为若干弧段，即扇区。扇区是硬盘数据读写的最小单位，一般是128字节的整数倍。传统理解不同磁道的扇区数是相等的，因为以盘面旋转的角速度控制寻址更容易，因此外磁道的数据稀疏；但有资料显示，现代机械硬盘采取内外不同的扇区数，增加存储空间。
簇：同一磁道的若干扇区组成一个“簇”，簇是文件存储的最小单位。

五、硬盘的逻辑结构（系统启动的过程）

引导程序：操作系统存放在硬盘之中，启动操作系统要通过“引导程序”。引导程序有两段，第一阶段引导程序位于MBR，第二阶段引导程序是NTLDR、BOOTMGR和GNU GRUB等，位于硬盘的某个位置，该位置由第一阶段MBR指明。
MBR：主引导记录(Master Boot Record，主引导记录）：存储在硬盘0柱面，0磁头，1扇区的512字节空间中（一般1个扇区至少是512字节）。前446字节的内容特制“主引导记录”(MBR)，其后4个16字节为“磁盘分区表”(DPT)，最后2字节为结束标志(55AA)。
- 磁盘分区表(DPT)：只有4个，即一个磁盘最多有4个分区（主分区+逻辑分区）。
- 主引导记录(MBR)：其工作程序如下，

1. 1. BIOS加电自检。BIOS执行内存地址为FFFF:0000H处的跳转指令，跳转到固化在ROM中的自检程序处，对系统硬件进行检查。
  2. 读取主引导记录(MBR)。当BIOS检查到硬件正常并与CMOS中的设置相符后，按照CMOS中对启动设备的设置顺序检测可用的启动设备。BIOS将相应启动设备的第一个扇区（也就是MBR扇区）读入内存地址为0000:7C00H处。
  3. 检查0000:7CFEH-0000:7CFFH(MBR的结束标志位)是否等于55AAH，若不等于则转去尝试其他启动设备，如果没有启动设备满足要求则死机。
  4. 当检测到有启动设备满足要求后，BIOS将控制权交给相应的启动设备。启动设备的MBR将自己复制到0000:0600H处，然后继续执行。
  5. 根据MBR中的引导代码启动引导程序。具体引导程序，以下分别就NTLDR和GRUB展开说明。

NTLDR
GRUB

五、文件系统

FAT16：FAT(File Allocation Table)是文件分配表的意思，用以描述分区内簇的分配。FAT16采用16位的文件分配表，可以描述64K个簇。簇的大小根据分区的大小有不同的定义，从2KB到32KB。因此FAT16文件系统的最大可表示分区为64K*32K即2G。最大单个文件也是2G。
FAT32：FAT32采用32位的文件分配表，采用28位描述簇信息，理论上支持268,435,438(<2^28)个簇。由于微软scandisk工具的限制，FAT32不能大于4,177,920(<2^22)个簇。簇的大小仍然根据分区大小有不同的定义，从512B到32K。因此FAT32文件系统的最大分区为124.55G。最大单个文件限制在4G（原因？）。
NTFS：NTFS(New Technology File System)取代了FAT。理论支持最多(2^64-1)个簇，实际实现(xp professional)最多是(2^32-1)个簇。如果簇的大小固定为4KB，则最大分区为16T。由于MBR上分区表支持的单个分区最大为2T，所以NTFS分区最大为2T。理论最大单个文件为(2^64-2^10)，实际实现为(2^44-2^16)。
ext2：第二代扩展文件系统(Second Extended Filesystem)，是Linux内核所用的文件系统。最大支持2T。
ext3：第三代。最大分区和最大文件尺寸依赖于块尺寸的设置，块有四种尺寸1K、2K、4K、8K，对应的最大分区/最大文件尺寸为2T/16G、8T/256G、16T/2T、32T/16T。
ext4：第四代。Linux官方的建议默认文件系统。最大分区和最大文件尺寸为1E和16T。

六、Linux的硬盘标识

IDE硬盘，硬盘标识为hda，hdb依次类推，分区标识为1-4为主分区+扩展分区，5-n为逻辑分区，即使只有一个主分区，第一个逻辑分区也是5。例：只有一个硬盘，三个主分区，一个扩展分区，扩展分区有一个逻辑分区，盘符为：sda1,sda2,sda3,sda5。
SCSI硬盘，硬盘标识为sda，sdb依次类推。

这些标识在使用mount命令时就显得重要，使用mount命令常用来挂在U盘。比如我电脑只有一块硬盘，即sda，若干分区。插入U盘，U盘的标示符应为sdb1。因此挂载命令应为mount /dev/sdb1 /mnt/udisk。其中udisk是/mnt目录下自建的文件夹，挂载后该文件夹下即是U盘的内容。U盘的不同格式需要相应参数，这些另作参考。

七、Linux常见分区组成