Linux磁盘管理

一，机械硬盘的结构和工作原理简述

以下内容部分图片和文字来自知乎 @随风 的知乎回答

机械硬盘主要由盘片，磁头，盘片转轴以及控制电机，磁头控制器等几个部分组成。

机械硬盘内部结构（图1.1）

磁盘由一个或多个盘片组成，每个盘片上下两面各有一个磁头，通过磁头臂控制磁头运动：

• 电机带动主轴，进而带动磁盘开始高速旋转
• 磁头与盘面保持一个微小的距离，在磁头动臂的控制下向指定位置移动
• 磁头到达指定位置，开始对磁盘进行读写操作

磁盘读写原理示意图（图1.2）

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二，机械硬盘有关的几个基本概念

磁盘示意图（图2.1） 图2.2

1. 磁道 track：

当磁盘旋转时，磁头若保持在一个位置上，则每个磁头都会在磁盘表面划出一个圆形轨迹，这些圆形轨迹就叫做磁道。

2. 扇区 sector：

磁盘上的每个磁道被等分为若干个弧段，这些弧段便是磁盘的扇区，每个扇区可以存放512个字节的信息，磁盘驱动器在向磁盘读取和写入数据时，以扇区为单位。(可参考上图2.1,2.2)

3. 柱面 cylinder

硬盘通常由重叠的一组盘片构成，每个盘面都被划分为数目相等的磁道，并从外缘的"0"号磁道开始编号，从上面的硬盘结构示意图（图2.1）我们可以看出，具有相同编号的磁道形成一个圆柱，称之为磁盘的柱面。磁盘的柱面数与一个盘面上的磁道数是相等的。

4. CHS

所谓硬盘的CHS,即Cylinder（柱面）、Head（磁头）、Sector（扇区），只要知道了硬盘的CHS的数目，即可确定硬盘的容量，硬盘的容量=柱面数×磁头数×扇区数×512B。

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三，Linux磁盘管理

一切皆文件，这是Linux的基本理念之一。在Linux中，所有的硬件包括磁盘，也都是作为文件来管理的，通常我们称呼这类文件为设备文件。

在类Unix操作系统中，设备文件是设备驱动程序的接口，允许应用程序通过标准输入/输出系统调用使用其设备驱动程序与设备进行交互。使用标准系统调用简化了许多编程任务，并且无论设备的特性和功能如何，都可以实现一致的用户空间I / O机制。

可以粗略的认为，设备文件就是关联至一个设备驱动程序，进而能够跟对应的硬件设备进行通信的文件。

Linux中的设备文件通常存放在/dev目录下，在ll /dev | grep -v "^[dsl]"查询返回的结果中可以看到类似下图的内容

部分结果
结果说明：

• 第1部分，第一个字母表示文件类型，c表示字符设备，b表示块设备。后九个字母表示文件的权限（r读，w写，x执行，-无），每三位为一组，表明文件的属主、属组和其他人的权限。
• 第2部分，数字1，表示文件的硬链次数。
• 第3部分，左边是文件的属主，右边是文件的属组。
• 第4部分，逗号分隔的两个数字，前面是文件的主设备号，后面的是文件的次设备号。
• 第5部分，文件名

设备文件的主要类型

1. 字符设备（Character Devices）：指在I/O传输过程中，必须按照先后顺序存取数据的设备，以字符为单位进行传输。通常字符设备不使用缓冲区。例如键盘
2. 块设备（Block Devices）：是一种具有一定结构的随机存取设备，对这种设备的读写是以块为单位进行的。它使用缓冲区来暂时存放数据，待条件成熟后，从缓冲区一次性写入设备或从设备中一次性读出放入到缓冲区。例如硬盘
3. 伪设备（Pseudo-devices）：没有对应的物理设备，而是操作系统虚拟出来，用于实现某些特定功能的设备。

最常用的伪设备是 /dev/null 和 /dev/zero。

• /dev/null，也称为位桶（bit bucket），外号无底洞，黑洞。任何输出到它的数据都会被丢弃。如果不想让消息以标准输出显示或写入文件，那么可以将消息重定向到位桶。
  如果试图从它读取数据，那么永远都只会得到EOF（End Of File）信号。
• 验证：

ls  #用于和下方比较执行结果
ls &> /dev/null  #将结果重定向到/dev/null
echo $?  #验证命令是否执行成功，0表示成功，其他数字表示错误码

输出到/dev/null的结果

• /dev/zero，无论从该设备读多少次，每次都会获得一个二进制数字0（即ASCII码为0的字符，在vim里显示为^@），因此也有人形象的称呼它泡泡机，吐零机。
  而如果试图输出数据到它，也会像输出到/dev/null一样被全部丢弃。
• 验证：

dd if=/dev/zero of=a.txt count=1 bs=1  #从/dev/zero复制一个字符到a.txt

从/dev/zero复制一个字符成功

vi a.txt  #查看a.txt的内容

vi中查看a.txt的内容