再來了解一下硬碟

一、我的磁盤參數

　　我們知道硬碟裡面重要的幾個概念：磁頭（Head）、柱面（Cylinder）、扇區（Sector），下圖是我電腦的這幾項的資料，用DiskGenius檢視的：

　　共有60801個柱面，255個磁頭，每道扇區數63個，總扇區數：976773168，這裡說明兩點：

（1）磁頭數為奇數：我們知道磁盤裡面一個盤面有兩面可以存儲資料，但是有的盤面隻使用了一面，是以磁頭數可能出現奇數，這裡可以知道磁頭編号是從0~255。（沒有采用多磁頭技術）

（2）每道扇區數：我們知道對于一個盤面，越往外磁道周長越長，對于以前老式的磁盤，每個磁道的扇區數目是相同的，這樣就導緻外面的磁道存儲資料密度太低，是以現代的磁盤都是外面磁道扇區數目多，裡面的扇區數目少，這裡的每道扇區數其實是經過折算後的，也就是用總扇區數除以磁頭數再除以柱面數得到的。

（3）柱面數：共有60801，是以可以知道柱面和磁道編号為0~60800

（4）總扇區數：976773168，這個就是我的硬碟總共的扇區數，這些扇區可以存儲資料，其中每個扇區512Bytes，是以我的磁盤容量大概也就是：465GB

二、低級格式化　　

　　上面我們列舉了我的磁盤裡面柱面、扇區數目，這些數目是怎麼來的呢？一個空白的硬碟可以想象成一個“鐵磚頭”，并沒有這些所謂的磁道、柱面、扇區等參數，出廠前，硬碟廠家往往會進行格式化，确定硬碟的柱面、扇區等等實體參數，這就是所謂的“低級格式化”，這種格式化和作業系統是沒有關系的。

三、磁盤尋址

　　磁盤經過低級格式化後，就有了扇區，我們就可以往裡面寫資料了，但是如何來确定我們的資料寫到哪個扇區呢？如果我們不告訴計算機，它是不知道的。是以我們應該找到我們需要寫入或讀出資料的扇區，也就用到了“磁盤尋址”。

　　（1）找到一個具體的扇區，可以通過提供柱面号（Cylinder），磁頭号（Header）、扇區号（Sector），就能唯一确定那個扇區了，這種尋址方式稱為CHS尋址方式。例如CHS為0/0/1表示0号柱面、0号磁頭、1号扇區，也就是整塊磁盤的第一個扇區；60800/254/63,表示60800号柱面，255号磁頭，63号扇區，表示我的磁盤的最後一個扇區。

　　（2）找到一個具體的扇區，還可以使用另外一種方式，那就是僅僅提供扇區号來确定，叫做LBA，邏輯尋址，或者線性尋址，例如0号柱面0号磁頭扇區數為100個（這裡不是68個了，因為外圈比内圈扇區數多），其對應的實體編号為1~100，但是對應的LBA邏輯編号為0~99（邏輯編号從0開始）；0号柱面1号磁頭對應扇區實體編号為1~100，但是對應的LBA邏輯标号為100~199，以此類推，是以所有的扇區編号為：0~976773167，相當于把一個一個的柱面展開，然後連接配接起來了。

四、磁盤分區

　　看完了前面，一個實體參數已經确定的磁盤，如果我們要安裝作業系統，例如windows，那麼需要對磁盤進行分區，也就是說C槽占用哪些扇區，D盤占用哪些扇區等等，占用的扇區由我們給他們配置設定的大小決定。下圖是我的分區所占用的扇區：

　　可以看到系統保留分區占用的扇區，這裡CHS和LBA兩種尋址方式都可以看到：

（1）對于CHS尋址：系統保留分區從0柱面32磁頭的33号扇區開始，到12柱面，223磁頭的19扇區截止。

（2）對于LBA尋址：系統保留分區的起始扇區編号為：32*63+33-1=2048，注意這裡的CHS中扇區編号從1開始，而LBA尋址裡面扇區編号從0開始。

　　到這兒，也可以回答@金色海洋（jyk）陽光男孩 的第一個疑問，C槽到底在硬碟的哪裡：開始于12柱面223磁頭20号扇區，結束于7649号柱面13号磁頭44号扇區。而且作業系統一般存儲于磁盤靠外面的磁道，據說外道通路速度比内道快，而作業系統檔案又需要經常通路到。

　　再來看上面的圖，我們會發現幾個問題：

（1）系統保留分區從2048扇區開始，那麼前面的0~2047個扇區，相當于1MB大小為什麼沒有顯示出來，它們是幹什麼的用的？

（2）裡面看到了擴充分區下面挂載了E盤和F盤，當然前面系統保留分區、C槽、D盤就是主分區了，他們有什麼差別？

（3）擴充分區結束于60801柱面，47磁頭46扇區，那麼後面的扇區幹什麼用了？（備注：這裡60801應該為60800，因為柱面是從0開始編号的，是以可能是軟體的錯誤，這裡不就深究了）

　　下面簡單說一說：

（1）對于問題（1），前面有2048個扇區，其中第一個扇區，也就是0号柱面0号磁頭1号扇區（CHS尋址）或者0号扇區（LBA尋址），也稱為MBR區，共有512個位元組，其中主引導記錄MBR占用446個位元組，用來引導作業系統啟動的，不詳細寫了，有機會再介紹；磁盤分區表（DPT）占用64個位元組，用來記錄各個分區的情況，例如C槽占哪些扇區、D盤占哪些扇區等等，我們發現它隻有64個位元組，可以分成4條記錄，一條記錄占16個位元組，用來記錄一個分區的情況，是以隻能有4個分區了，也就是4個主分區，如果想分更多的區，可以把其中一個主分區當做擴充分區，再擴充出去幾個邏輯分區，幾個邏輯分區挂載在擴充分區上面，是以擴充分區也是主分區的一種，且隻能有一個；最後兩個位元組以55AA結尾；其他的2047個扇區一些空着，一些另做他用。（該部分内容不詳細寫了，要不文章又要太長了）

（2）對于問題（2）在上面文字中簡單說明了一下主分區和擴充分區的差別。

（3）對于問題（3）我也好奇怪，那些空間都去哪兒了？

備注：可以把磁盤按照扇區展開，依次編号為0,1,2，……，然後分成幾部分：Part1，Part2，Part3，Part4，Part5，Part6，Part7其中Part2、Part3、Part4、Part5，Part6分别給了系統保留分區、C、D、E、F盤，Part1和Part7空出的空間另作他用，其中每一個Part裡面各個扇區又是有些什麼，裡面存儲了哪些資訊，也是值得思考的。

五、寫入檔案

　　分區講完了，我們來看看寫入檔案。往磁盤裡面寫入檔案，是按照柱面、磁頭、扇區的順序來寫的，例如先寫第1個柱面、第1個磁頭、第1個扇區，然後寫第1個柱面、第1個磁頭、第2個扇區，寫完63個扇區後，再移動到下面一個磁頭來寫；當寫完一個柱面，再用後面的柱面。接下來假如往c盤寫兩個檔案a.txt,b.txt，他們一個占用了一個柱面，那麼它們的扇區位址是緊緊挨着的且a.txt在前，b.txt再後，但是接下來就要發生一些事情：

（1）如果a.txt裡面删除内容，那麼占用空間減少，但是占用的空間還是1個柱面。

（2）如果a.txt裡面增加内容，那麼一個柱面占不下了，而緊挨着它的柱面又被b.txt給占了，那麼它會從其他柱面去找地方去放，然後在a.txt建立對新增内容所在扇區的引用。

從（1）（2）可知，随着系統的運作，磁盤裡面的碎片會越來越多，是以作業系統提供了碎片整理工具就是把這些空間整合的（當然，對于SSD硬碟，因為内部結構不同，不建議碎片整理，這裡就不解釋了。），可以看看我的D盤裡面空間利用，并不是連續的，如下圖：