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闫庚哲的个人博客

电脑中常用的“扇区”、“簇”、“块”、“页”等概念

1、什么是扇区和(磁盘)块?

物理层面:一个磁盘按层次分为 磁盘组合 -> 单个磁盘 -> 某一盘面 -> 某一磁道 -> 某一扇区

扇区,顾名思义,每个磁盘有多条同心圆似的磁道,磁道被分割成多个部分。每部分的弧长加上到圆心的两个半径,恰好形成一个扇形,所以叫做扇区。扇区是磁盘中最小的物理存储单位。通常情况下每个扇区的大小是512字节。(由于不断提高磁盘的大小,部分厂商设定每个扇区的大小是4096字节)

逻辑层面: 磁盘块(虚拟出来的)。 块是操作系统中最小的逻辑存储单位。操作系统与磁盘打交道的最小单位是磁盘块。

2、什么是簇?和块什么区别?

通俗的来讲,在Windows下如NTFS等文件系统中叫做簇;在Linux下如Ext4等文件系统中叫做块(block)。每个簇或者块可以包括2、4、8、16、32、64…2的n次方个扇区。

3、为什么存在磁盘块?

读取方便:由于扇区的数量比较小,数目众多在寻址时比较困难,所以操作系统就将相邻的扇区组合在一起,形成一个块,再对块进行整体的操作。

分离对底层的依赖:操作系统忽略对底层物理存储结构的设计。通过虚拟出来磁盘块的概念,在系统中认为块是最小的单位。

4、怎么映射磁盘块?

磁盘控制器,其作用除了读取数据、控制磁头等作用外,还有的功能就是映射扇区和磁盘块的关系

5、磁盘的读写基本单位是什么?

答案:读写基本单位是扇区。磁盘的原理,物理实现,磁盘控制器是按照扇区这个单位读取等操作数据的。操作系统是通过块簇来做为单位读取等操作数据的。此题问磁盘的读写,和操作系统没有关系,千万不要联系到操作系统层面去了。

文件系统就是操作系统的一部分,所以文件系统操作文件的最小单位是块。

6、磁盘块与扇区的大小

既然磁盘块是一个虚拟概念。是操作系统自己"杜撰"的。软件的概念,不是真实的。所以大小由操作系统决定,操作系统可以配置一个块多大。

一个块大小=一个扇区大小*2的n次方。

N是可以修改的。

7、为什么磁盘块大小必须是扇区大小的整数倍呢?

磁盘读取数据的基本单位就是一个扇区的大小,一个块的大小对于磁盘来说就是一次获取数据读取的扇区数*扇区大小,如果是整数倍的扇区数对于磁盘的IO更好,速度更快,也会更合理的利用资源。否则会对扇区进行分割。

一个扇区是512字节。有些硬盘厂商会提供4k大小扇区。这是物理结构。磁盘定下来的结构就是没法修改的。所以必须要将块设置为磁盘的大小。

8、4k对齐

随着时代发展,硬盘容量不断扩展,使得之前定义的每个扇区512字节不再是那么的合理,于是将每个扇区512字节改为每个扇区4096 个字节,也就是现在常说的“4K扇区”。随着NTFS成为了标准的硬盘文件系统,其文件系统的默认分配单元大小(簇)也是4096字节,为了使簇与扇区相对应,即使物理硬盘分区与计算机使用的逻辑分区对齐,保证硬盘读写效率,所以就有了“4K对齐”的概念。

新标准的”4K扇区”的硬盘在厂商为了保证与操作系统兼容的前提下,也将扇区模拟成512B,会默认定义为4096字节大小为一个簇,但因为其引导区占用了一个磁道共63个扇区,真正的文件系统在63号扇区之后。
我们通过计算得出前63个扇区大小为:512Bx63=32256B
并按照默认簇大小得出63扇区为:32256B÷4096B=7.875簇
即从第63个扇区结束,往后的每一个簇都会跨越两个物理单元,占据前一个单元的一小部分和后一个单元的一大部分。

而“4K对齐”主要是将硬盘的模拟扇区(512B)对齐到8的整数倍个“实际”4K扇区,即4096B*8=32768B,其正好跨过了63扇区的特性,从第64个扇区对齐。

9、块与页的关系

操作系统经常与内存和硬盘这两种存储设备进行通信,类似于“块”的概念,都需要一种虚拟的基本单位。所以,与内存操作,是虚拟一个页的概念来作为最小单位。与硬盘打交道,就是以块为最小单位。

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评论 2

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  1. #1

    今天办公室里几个男女在讨论用避孕套的好处和坏处,男方坚决抵制避孕套,女方大力支持使用避孕套,双方各持一词不分伯仲,这时我们办公室一个大姐问我平日用套套吗?我说:我……我…我都是包皮打个结。当时讨论就结束了。

    增达网2年前 (2016-12-01)回复
  2. #2

    技术博客,写的很详细啊。。。。。。。。。。

    铁路客流量1年前 (2017-07-21)回复