存的文件去哪了？从磁盘底层看懂文件系统基础

我们每天在电脑上存文档、装软件，却很少想：这些文件到底 “藏” 在磁盘的哪个角落？操作系统又是怎么精准找到它们的？要搞懂 Linux 常用的 Ext 系列文件系统，得先从磁盘底层和基础概念说起 —— 就像盖房子，得先摸透地基和砖瓦。

一、磁盘不是 “黑盒子”：物理结构拆解

机械磁盘是电脑里少有的 “会动” 的设备，它的结构像极了 “多层 CD 播放机”，核心零件用比喻一讲就懂：

物理结构	通俗比喻	核心作用
盘片（Platter）	多层 CD 光盘	存储数据的 “载体”，每片盘片有上下两个面（比如 CD 的正反面），两面都能存数据
磁头（Head）	CD 读写头	每个盘面对应 1 个磁头，负责 “读 / 写” 盘面上的数据，磁头很轻，会在盘面上方 “悬浮”
主轴（Spindle）	CD 转盘	带动盘片高速旋转（比如每分钟 7200 转），让磁头能扫过整个盘面
磁道（Track）	CD 上的同心圆	盘片旋转时，磁头不动会划出一圈圈 “同心圆”，这就是数据的 “跑道”
扇区（Sector）	切好的蛋糕块	磁盘存储的最小物理单位，每个扇区固定 512 字节（相当于 “一页纸”）
柱面（Cylinder）	叠起来的同心圆	所有盘片上 “半径相同的磁道” 叠在一起，形成一个 “圆柱”—— 磁头移动时会 “共进退”，所以柱面是分区的最小单位

举个直观的例子：如果一个磁盘有 2 个磁头（对应 1 个盘片的两面）、1024 个柱面、每道 63 个扇区，那它的容量就是 “2×1024×63×512 字节”，算下来大概 64MB—— 这就是早期小磁盘的常见配置。

二、找文件像找快递：CHS 与 LBA 寻址

磁盘有了物理结构，下一步就是 “精准定位”—— 就像快递要填地址，文件也要有 “磁盘地址”。操作系统用两种寻址方式：CHS 和 LBA。

1. 早期的 “三维地址”：CHS 寻址

CHS 是 “柱面（Cylinder）- 磁头（Head）- 扇区（Sector）” 的缩写，相当于给每个扇区定了个 “三维坐标”：

比如要找一个文件，得先确定 “哪个磁头（对应哪个盘面）”，再找到 “哪个柱面（对应磁道半径）”，最后定位 “哪个扇区（磁道上的小块）”。

这种方式在小磁盘上好用，但有个致命缺点：容量上限太低。因为系统用 8 位存磁头数、10 位存柱面数、6 位存扇区数，算下来最大只能支持约 8GB 硬盘 —— 现在随便一个硬盘都是几百 GB，显然不够用。

2. 现代的 “快递单号”：LBA 寻址

为了解决容量问题，LBA（Logical Block Address，逻辑块地址）应运而生。它的思路特别简单：把磁盘所有扇区按顺序编上 “单号”（从 0 开始），比如第 0 个扇区、第 1 个扇区…… 就像快递单号，操作系统只用记 “单号”，不用管 “在哪个盘面、哪个柱面”。

比如文档里用fdisk -l命令查看的/dev/vda磁盘，有 83886080 个扇区，LBA 编号就是从 0 到 83886079。至于 “这个 LBA 编号对应哪个 CHS 坐标”，不用我们管 —— 磁盘内部的 “固件”会自动转换。

LBA 的优势很明显：容量没有上限，操作还简单，现在所有主流系统都用它。

三、操作系统的 “优化技巧”：块、分区与 inode

有了磁盘和寻址，操作系统还做了三个 “优化”，为 Ext 系列文件系统打基础：块、分区、inode。

1. 块（Block）：扇区的 “打包盒”

扇区只有 512 字节，如果每次读文件都 “一个扇区一个扇区读”，就像每次取快递都只拿一件，来回跑十次 —— 效率太低。于是操作系统把8 个扇区打包成一个 “块”（最常见 4KB），作为 “文件存取的最小单位”。

你可以用stat命令看文件的块大小，比如stat main.c会输出 “IO Block: 4096”，意思是访问这个文件时，每次最少读 / 写 4KB。如果知道扇区的 LBA 编号，块号还能算出来：块号 = LBA ÷ 8。

2. 分区（Partition）：磁盘的 “格子间”

一块 500GB 的磁盘，如果全用来存东西，一旦出问题整个磁盘的数据都可能丢；而且 Windows 和 Linux 的文件格式不兼容。于是有了 “分区”—— 把磁盘按柱面分成多个 “独立格子”，比如 Windows 的 C/D/E 盘、Linux 的/dev/vda1。

分区的本质是 “定好起始和结束柱面号”，用fdisk -l命令能看到分区信息。就像书架分格子，一个格子放系统，一个格子存数据，互相不干扰。

3. inode：文件的 “身份证”

我们常说 “文件 = 内容 + 属性”：内容是文字、图片，属性是 “谁建的、多大、什么时候改的、权限是多少”。但这两部分存在哪里？答案是：内容存在 “数据块”，属性存在 “inode”。

inode（索引节点）是文件的 “身份证”，每个文件对应一个唯一的 inode，里面记录了所有属性：

• 权限（比如rw-r--r--）、所有者（比如root）；

• 文件大小、访问时间（Access）、修改时间（Modify）；

• 指向数据块的 “指针”（告诉系统内容存在哪些块里）。

有两个关键点要记：

1. inode 号唯一：用ls -li命令能看到，比如ls -li test.c输出的 “1052007” 就是 inode 号；

2. 文件名不在 inode 里：文件名存在 “目录” 中 —— 目录也是一种文件，它的数据块里存的是 “文件名 + inode 号” 的映射，比如 “test.c → 1052007”。

小结

看到这里，你应该能串起逻辑了：磁盘是物理载体→LBA 给扇区编 “单号”→块打包扇区提升效率→分区划分独立区域→inode 记录文件属性。这些是 Ext 系列文件系统的 “地基”，下一篇我们就来看 Ext 系统怎么用这些基础，实现文件的高效管理。