linux磁盘管理文件系统

机械磁盘构造图

盘片（Platter）：盘片是硬盘驱动器内的圆形磁性盘片，通常由金属或玻璃制成。数据存储在盘片上，以磁性方式表示。每个盘片通常都有两个磁性表面，上下两个面可用于存储数据。
主轴（Spindle）：主轴是盘片的中央轴，固定在硬盘驱动器的机壳内。主轴旋转，使盘片以高速旋转，通常以每分钟数千转的速度。这种旋转速度决定了硬盘的性能。
磁头臂（Actuator Arm）：磁头臂是连接读写磁头的机械臂，它可以在硬盘内部移动。磁头臂的移动使读写磁头能够定位到正确的磁道以读取或写入数据。
读写磁头（Read/Write Head）：读写磁头是位于磁头臂末端的部件，用于读取和写入数据。它可以悬浮在盘片上的磁性表面上，并在读取数据时感知磁性变化，或在写入数据时改变磁性状态。
启停区（Landing Zone）：启停区是硬盘驱动器上的特殊区域，位于盘片上的一个磁道，通常接近磁头臂的内部位置。当硬盘驱动器处于非操作状态时，读写磁头通常会停靠在启停区，以避免与盘片接触，从而减少磨损。启停区还用于硬盘启动时的磁头位置初始化。

文件读写原理

这是在机械磁盘中，比较重要的一些部件，在学习完这些部件的基础作用后，我们再来探讨一下，文件是怎么存储到磁盘上的呢？文件是什么？

文件对于我们用户来说，可以是txt文本文档，也可以是docx文档，简单概括来说，就是各种各样的字符组合，被我们称为文件。但对于计算机而言，文件是什么呢？计算机的世界只有机器语言，也就是010101这种二进制文本。而我们在认识部件的时候也知道了，盘片是用来存储数据的，那这些二进制是怎么样写到盘片上的呢？

盘片是一个拥有磁性表面的圆盘，而磁性最为明显的特征就是南北两极，所以，我们使用南北极来表示二进制中0和1。当我们需要写数据时，读写磁头在盘片上磁化一个区域，让这个区域来表示所需要的0或者1。当我们需要读取数据时，读写磁盘划过盘片，读取这一区域上磁场方向，然后翻译成二进制，以此给到计算机使用。这就是我们读写文件的原理，是不是还挺简单的？

接下来，我们再来学两个比较深入一些的概念，当磁头臂不动，盘片进行旋转时，此时读写磁头会读取到一个圆环的数据，这个圆环被我们称作为磁道。而再将磁道进行划分，就可以得到磁盘的最小存储单元扇区。

文件系统的作用

在认识了磁盘及文件读写后，我们再来看看，文件系统在这里究竟充当了一个什么角色吧。在进行盘片存储时，不知道你们有没有发现某个问题，举个例子，磁盘的最小存储单元是扇区，默认情况下一个扇区的大小是512字节，如果我们存储2K的文件，会用到4个扇区，可能就是图中的1，2，3，4这四个扇区；但如果说，在一个磁盘上，有多个文件在同时写入，比如一个demo和一个test，那有没有可能，demo占据1和3扇区，test占据2、4扇区，像这种存储就是不连续的扇区存储，就会存在问题。

我们是通过盘片的旋转和读写磁头来获取数据的，如果一个文件的第一部分在第一个扇区，最后一部分在最后一个扇区，那此时盘片是不是得旋转一整圈？如果存储是连续的扇区，那有没有可能，盘片旋转半圈就找到了整个文件。所以，不连续的扇区存储会存在问题，读写的性能会比较差，如果存储变得连续，那么寻址时间变短，读写性能也就得到了提升。

那我们是如何解决这个问题的呢？就是文件系统了，文件系统提出了一个概念——数据块。数据块就是将多个连续的扇区组合在一起，形成了一个数据块，以此来解决碎片化存储的问题，怎么解决的呢？就是簇现象，或者说是块对齐。举个例子，一个文件，实际大小只有1k，但是它会占用文件系统一整个块的大小，虽然这种方式会略微的浪费磁盘空间，但有助于提升文件系统的性能。