一点题外话

很久以前喜欢捣鼓电脑啊外设什么的，却也没有搞出什么名堂。经常见到标题里的一些术语，却也只是一知半解。最近在复习操作系统，对以往的瞎捣鼓小有感触和总结。故写下此文。

目录

磁盘

初中的时候开始认识磁盘（硬盘），还是因为在教室用Ghost映像给电脑装系统，磁盘引导记录给整坏了，从家里拆了一块过去顶用(笑死)。

磁盘是一中基于磁介质的外部存储装置，我们经常叫机械硬盘，就是因为里面是用机械装置驱动、读写的（马达马达马达马哒哒哒）。

有幸（不幸）拆开过一块开不了机的可怜硬盘，只记得里面的盘片很光滑，很适合当镜子。。马达很顺滑，想拆来做遥控车（不是）。

硬盘内部，希望你没看过

操作系统是如何在这么小一块硬盘上存储海量信息的？这首先涉及到的是文件系统结构，从上之下包括逻辑文件系统、文件组织模块、基本文件系统、I/O控制以及最终的设备。

从中不难看出操作系统的一些特点，即分层分工，逻辑物理分离。这是我个人的一点理解。分层分工指的就是各层各司其职，像公司上下有老总把握方向（画大饼），但无需熟悉底层细节（如何搬砖）；也有产品经理把老板的大饼转化成各位工程师（码农）的需求，码农当然就可以哒哒哒操起电脑开干了。而工位上的电脑、测试机、咖啡这些就是具体的设备了。

• 上面这样的运作大体上和文件系统的结构是非常相似的，逻辑文件系统使用的当不是直接的物理地址，而是逻辑地址，就像老板开会总是张口头部，闭口私域流量这些互联网黑话。
• 而文件组织模块则是负责将上层的逻辑块地址转换为物理地址，就像产品经理可以一边听懂老板的黑话，一边可以用人话翻译成需求清单一样。
• 基本文件系统无情地向设备驱动程序发送通用命令，比如端茶倒水拿外卖，具体坐电梯下去还是走楼梯下去，人家不在乎。一般来说可能是你的Leader，但我Leader还是很好的。内存缓冲区也由基本文件系统管理，包括磁盘缓冲区在内。
• I/O控制具备两套法宝，一套是专门应付设备的的设备驱动程序（码农勤劳的双手），一副是应付文件系统的I/O中断处理程序（应付Leader，时不时要打断你叫你干点什么，比如“看看这个bug？”、“看看这个需求？”...，于是被中断了你就保存好在写的代码，转去CSDN、Google、StackOverflow...）。

扯了这么多，其实还没写到最重要的内容。吐槽结束，下面讲正题吧。

磁盘逻辑结构

如你所见，一个硬盘里往往有多个盘片，每个盘片一般两面都可读写，即两个盘面。每个盘面上划了很多道道，从外到内的一圈圈同心圆环称为磁道。再像切蛋糕一样把盘面均分为很多扇形，就把原来的磁道分成更小的扇区。不同盘面上，相对中心位置来说位置相同的磁道，就是一个柱面。

虽然在几何上不同磁道的扇区不同，但其实上面存储的信息量是一致的，比如都是512B，那么靠近内侧的扇区因为面积更小，所以数据密度就更大。

而因为扇区比较小的，往往数据又很大，数据的读写在逻辑上就不是一个扇区一个扇区的读写了，而是以一个基本的单位进行。在Windows中称为簇，UNIX和Linux中则为块，以连续的几个扇区为基本单位来组织。

基本逻辑结构

扇区和4K对齐

我们常常听说，对磁盘进行4K对齐可以提高磁盘的效率。甚至对SSD进行4K对齐可以提高SSD寿命。这个4K是上什么东东，对齐又是什么东东？

以前的磁盘扇区比较小，比如只有512B，而如今的磁盘因为发展迅速，指定了新的扇区大小，例如4KB，而为了兼容，就把4KB当成8个512B的扇区在用。如果一个分区从这8个中除了第一个512B以外的其他几个开始，就称为4K不对齐。显然，4K对齐就是要把分区挪到4KB扇区的真正起始位置。

DiskGenius官方的4K对齐检测教程

MBR引导

MBR, Master Boot Record, 即主引导记录。一般来说，MBR引导记录和分区表是对普通用户不可见的，不属于我们常常在“我的电脑”里看到的“卷”

MBR一般是在磁盘上的位置是最上面、最外面的0号柱面、0号磁道、0号扇区（有些是1号扇区），这样子每次操作系统最先读取到的就是MBR里的主引导程序了。

主引导程序

主引导程序会在分区表确定活动分区，也就一般是安装有操作系统的分区，读取这个分区的第一块，也就是引导块，这样就可以在引导块中读取并真正开始进行操作系统的启动了，例如Windows系统或是Linux系统。

低级格式化

将整个磁盘重新划分柱面、磁道和扇区的一种格式化方式，通常也叫物理格式化，或者俗称“低格”。这是最彻底的数据清除方式。磁盘上的所有信息，包括原有的MBR、每个分区引导块内的信息都会被清除。因此这是一个很危险的操作。

磁盘有时候使用久了可能会有一些逻辑坏道，这些磁道上无法再读写数据了，如果实在没办法了可以尝试找回数据，备份好了，再进行低级格式化，以拯救一下变砖的硬盘或是U盘。因为低格中的重建工作会检测正常、可用的盘面、磁道和扇区，坏道将不会再使用。