09 -文件系统管理/84 -文件系统管理-硬盘结构

大家好，欢迎大家继续收看上硅谷的云计算课程，我是沈涛老师。这节课开始呢，我们来学习我们的这个文件系统管理第九章节。那所谓的文件系统管理啊，其实就是分区啊，分区管理，那在讲这之前啊，我们先来看一下，简单的看一下硬盘的逻辑结构。那这个东西对于我们后期理解一些其他的一些这个技术的时候是有帮助的，所以我们需要看一下。那我们在硬盘上对硬盘的逻辑结构呢，我们做了这样一些规定，比如说。也可以理解为这上面有这样一圈一圈的这个这个同心圆这个东西，我们把它叫做磁道啊。见过那个唱片机吧，唱片对吧，那个现在可能找不着了，但是呃，原先那种电视剧上经常有，对吧，那他这个通讯员就是一个磁道。来跟这个唱片机就有点类似，一圈一圈的数据呢，其实就存放在这个磁道当中。

然后呢，他会想象啊，这个磁道是能直接存在，能看见，然后呢，这个扇区呢，他想象从中心开始对外把它切割，就像切蛋糕一样，把它切成了这样的。这样的这个扇面，那这样一个扇面，也就是这样一个位置，或者是这样一个位置，就是一个扇区，也就是说扇这个扇面和磁道的交汇，这这个交口，这就是扇区，那这个是物理硬盘存放数据最小单位，那我们的这个大小啊，我们这个标准的硬盘。扇区大小是512个字节啊，这是一个扇区，所以我们经常听说临磁道零扇区啊，临磁道零扇区指的就是第一个磁道的第一个扇区，这一般这个就是硬盘的最开头位置，一般是要放一些启动引导程序的，什么叫启动引导程序？装Windows的建模什么？如果你的这个电脑里装了两个Windows，开机的时候它会让你选你进哪一个，这就叫启动引导程序。

当然你不装两个，它也需要启动引导程序才能正确的启动系统，那也就是说对所有的计算机来讲，不论是Windows还是Linux，都需要安装正确的启动引导程序，才可以加载内核启动，加载驱动，然后启动你的这个Linux，明白。那启动引导程序是放在零扇区的临磁道，零磁道的零扇区当中，而一个扇区大小是。这个512个字间啊，这是它的最小的，也是这个最基本的存储单位，其次啊，还有一个东西叫柱面，柱面是啥。你把这个硬盘横过来，它就像这个盘片了，我们说啊各位。咱们的唱片机的那个盘片是塑料。可能就是树脂之类的吧，反正就是不是不是那个金属的，而我们的这个硬盘的这个扇，这个扇面呢，它是这种碳钢合金的，它是碳钢合金的，那其实它就是可以理解为这是金属，那如果有些硬盘，它这个一块硬盘里可以装多个这个这个这个碳片。

那这种情况下看，把两个磁道放在一起看，这就是柱面。这就是柱面啊，我说了磁道是这样的通讯员嘛，对吧，那如果竖起来看，这个就是柱面，其实你可以理解为这个柱面就是磁道，一个完整的磁道就是一个柱面。明白吧，那其实就是把它竖起来看，就是这个就是主面，其实我就说可以就理解为磁道就是主面，只不过就是呃，如果有多个硬盘的话，它可能就会变成一个这个立体的这样一个东西啊，那磁盘的大小是可以用磁头数来各位。磁头来我们看一下，我们看一下硬盘的结构，我们看一下硬盘的结构啊。硬盘的结构。那我们可以看到啊各位。哎，对这样的这种示意图可以了，对对看不太清楚吧。

它这个这个这个盘片啊，这个磁头它是上下两个，哎，那就是说呃，我们的唱片机只能单面存数据，而我们的这个硬盘呢，是双面的，那这个只是试图实际的是这样的情况下，就是这样的，这个就是磁头。这个磁头可以来回的摆动，可以来回摆动，然后这个盘在这转，然后呢，它从这个摆动的时候读取里面的数据，它就是这样的，当然它的磁这个这个这个这个东西呢，是啥是两面啊是两面OK，就是两个磁头，那就是这样啊，这个清楚一下就是这样的啊，一个情况首先啊，这种硬盘就是我们现在主要在使用硬盘叫做机械式硬盘。那么机械式硬盘它的优点是容量大。价格便宜缺点吧。它由于这是物理结构，是要转的，那理论上来说转的越快，它的这个速度是不是就越高啊，但是我们十几年前到现在，标准硬盘转速就是7200转每分钟。

那这个东西基本上就没有什么太太多的这个变化，现在偶尔有啊，1万转以上的硬盘，但都是很少，那为什么还不提升转速呢。各位，我说了，转的越快，它的性能是不是就越好啊？那为什么7200转就不往上提了？我告诉大家只有一个原因啥，这基本上什么这种东西就是他现在能接受的极限了，再快就有可能会烧。OK，它这个东西是个物理的转的东西，你想想这东西会散热吧，对吧，那这是它的缺点啊，它的这个速度现在就基本上恒定在，呃，这个理论速度能达到100兆B 133兆B啊，能达到这个这个兆B每秒。自己。一百三三，那各位有人说这个速度挺快的，我老师那是为啥你们对谁有有有有概念，是不是只对网速有概念，因为你们是不是只有上网的时候才关注速度对吧？那这个速度是比我们现在这个传统网速是要快得多了啊，你所谓的百兆网速，它的单位是百兆BPS啊单位。

BPS是比特每秒的意思。也就是说我们这里说的是字节，大写B是字，而这个照B呢是兆比特，那我们都知道八个比特代表一个字节，那也就是说这个东西如果要换成成字节，它是要除以八的。除完理论速度只有12.5兆B每秒，这是我们现在百兆的网速的理论值。而这个呢，能达到100多兆，有人说很快啊，各位不能和网速比啊，为啥？网速是远程连接，而硬盘这种东西都是插在你电脑上，是本机连接的，它比网速你看也没快到哪去，其实这个速度是极慢的，跟谁比，跟CPU比。咱们现在整台电脑当中，CPU是速度最快的家伙，那么CPU就现在我们普通的I7是一种CPU，这个六核12线程的这种，或者我原先都是按四核八线程来算的，八核那每秒钟处理的数据量都在100个GB以上。

啊，在1000个基地以上，那这个只能传100多兆壁，慢慢这是它的缺点啊，由于它的物理结构的限制，它的速度是这个缓慢的，而且没有提升的空间。还有一个缺点就是。你可以看这东西是高速旋转的这个盘对吧，这个上面是个磁头，我问你它这个运行的时候，你拿着它，你把临盘拿起来，咣啷咣啷晃一下，我问你有没有可能出出出问题。只要这个磁头和这个硬盘一接触，整块硬盘就坏了，小心啊，它还真不是像唱片机，唱片机这个头是搭在了硬盘上面，唱片上面，因为唱片转的慢，这个是悬空的，要真要接触上，早就就着了，一分钟7200转，你想不着吗？肯定着了。所以啊，它是悬空的。

那这种情况下，你一晃，他只要碰场，不论碰到哪个地方，这个事硬盘就废了，所以他是怕这个碰碰撞和移动了，大家小心这个事儿。这是他的缺陷。但是呢，它的优点就是技术成熟，所以啊。所以它的价格比较便宜，而且中量大，我们现在动辄是不是家用的都是几个GB对吧，那这是这个机械式硬盘的结构，那当然有机械式硬盘，我们还会有这种固态硬盘了。固态硬盘就是新兴的，直接缩吧。固态硬盘我们可以看到它拆开之后，它就是这样的，就类似这样的，它就跟内存一样的，直接就是拿芯片存档，不在这个转的，所以优点是速度快，理论上来说这东西你呃内存能生产多快，这东西就能生产多快，当然这玩意儿现在没必要生，生产的太快，由于它的接口限制。

待会我们来说接口啊，那我们现在就说接口，我们现在用的主要的就是那个，呃，那个sata接口对吧。对吧，那sata接口分了一代二代三代，现在三代的理论速度就在600兆B每秒。那这还只是理论速度啊，你们应该都买过固态隐盘了，实际用下来能达到三百七八十兆币，质量就不错了，所以没必要把这东西生产的太快，为啥接口在这限制了你，太快了你也出不去，对吧？所以现在固态硬盘基本上和这个口是匹配的，当然啊，这东西就是速度越快价格就越贵，对吧？所以刚好现在达到了一个平衡值，那么固态硬盘的优点就是什么？他。理论上来说，速度可以按照你的需求无限这个增加往上使用的这个生产当然越快，价格越贵，成本越高，生产工艺越复杂，那么啊，达到达到一个极限值可能就暂时就上不去了，那是这个限定于我们现有的技术，对吧？

但是缺点呢，就是价格贵，比我们的机械硬盘要贵啊，所以呢，我们现在一般采用的是买一块小点的固态硬盘装操作系统，这样快一点，然后呢，买一块大点的硬盘放数据，哎，放这个机械硬盘来放数据，哎，这就是硬盘的这个基本的结构，这就是硬盘基本结构，那这里我们可以看到它这块有个公式啊，能够算你的硬盘的大小，磁头数，上下俩磁头，两个磁头柱面数，也就是有多少个磁道，然后扇区数再乘以，再知道每个扇区的大小，就能算啊这个其实一般只有做硬盘修复，数据恢复了才可能需要详细了解这个东西，我们大概知道就行。那。这是硬盘基本结构，我们讲的是机械式硬盘啊，那接下来呢，我们来看看接口，各位接口呢，现在主要的接口就是IG。和SCARS2种啊哦，萨塔萨塔萨塔萨塔，那这还有一种叫做scars的接口，这是淘汰了，那其实各位ID也基本淘汰了，现在主要是用来做它只能达到133兆B的温值啊，现在主要是用光驱用的是IDE口。

那么IG的硬盘呢？这个十年前是主流，现在基本上都淘汰了，那长啥样？我们同样。打开这个搜一下。啊，搜一下。硬盘的。借口。那各位。这种这个。这个就是典型的IG，玩塞玩塞好吧，他直接跳转商城了，这典型的IG。各位，这种口它这个呃，速度是理论值只能达到133兆B，那现在主要就是用于光驱了，那而且现在咱们电脑上一般都不配光驱了，所以基本上就面临淘汰了，那现在主流呢，就是这种孔，也就是这种孔啊，这两个是一样的，就是一个接线，一个未接线。

那这种口就是萨塔口，我们所谓萨塔口，各位，这个名字要知道我们目前主要的是萨拉三代，它的理论传输速度600兆B每秒，各位。那现在呢？我们不论是个人机还是服务器，采用的主要都是这种接口，而下面这种叫做SC接口，这是原先和IDE同时代的。那为啥有两个口你们开，我们可以看到scars口的速度更快，ID只有133兆B每秒，对吧，那所以呢，当时的时候是。IDE是个人电脑用了，S呢是服务器上用的啊，因为它性能更好，当然价格要更昂贵，那甚至比我们今天的固态硬盘还要贵啊，那就当时的这种IP口现在不不用了，现在不论是服务器还是个人机采用的都是sata接口。

那saa的接口理论值六六百兆P快吗？我刚刚说了CPU是不是能达到1000个GB以上，我说的是这种，我们算的是那种老就是呃，就是六代或者七代的这种I7啊，就是八个线程八个单核CPU，那现在的八代的是六核，12线程是12个CPU啊，那肯定速度还要快。那这种情况下我们可以看到CPU速度能达到这个100G，而硬盘理论值才能达到600兆，实际传输情况下也就是三四百兆，就算配固态硬盘，再加这个sata接口。哎，小心啊，我们现在讲的是接口啊，就是你一块硬盘是不是得通过线是不是才能把它传过来，我们现在在讲这根线的速度，而硬盘是固态硬盘或者机械硬盘，但是线这里受了限了，接口受限了，你这个硬盘生产再快也没有用，对吧？所以啊各位，现在我们的固态硬盘呢，也为啥就是三四百兆B啊，因因为因为就是接口有限。

那这个是加厚和CPU是不是有一个明显的速度差。怎么解决这个问题啊，那也就说啥。CPU最快。而硬盘呢，最慢，硬盘意思速度最慢，有巨大的速度差，100个1000个GB以上，这个才这个500兆B，那可能在几百倍的差距，那这种情况下怎么办呢。各位，我们采用的是一种经济的方式是吧？分级存储CPU当中有一级缓存，它的速度和CPU是一致的，然后呢，会有二级缓存，那速度比一级缓存稍微慢一点，那好一点的CPU还会有三级缓存，接下来呢？是不是有内存？各位内存多少多少速度啊啊，你们可能都没注意过来，我打开京东让你们看一眼啊，我们上京东京东京东京东这。我让你看一眼你们买的，你们可能都没有注意过这个事儿啊，各位松内存条人上面写了这个东西看啊，最主要的俩参数人都直接写在这了，2400理论2400兆B每秒8G大小，它就写在这儿了，那我们可以看到这个标准呢，现在只要是DDRR4代的就是2400兆B器，如果是低于2400这个兆B了，这个内存的速度了，就是DDRR3代啊，那这个就是就是这么三大，当然小夏四代内存条和三代内存条可不兼容，它的长度都不一样，你买主板的时候，你看清楚你的主板上面支持的是哪种，OK。

那也就是说。我们现在采用的就是CPU最快一级缓存，二级缓存，内存，然后硬盘的方式这样来存，把最主要的数据放在缓存里，剩下的这个数据主要的经常读取的放在内存里，最不重要的放在硬盘上，用这种分级存储来这个，这个弥补CPU和硬盘之间的速度差。

为什么这么做？简单这样做最经济，性能也最好，有人说呢，直接把硬盘生产的跟缓存一样快不就完了吗？哎，各位，价格承受不起这个东西，一级缓存你们可以去看啊，在我们现在最就是民用的咱们爱奇啊这样的CPU上，它的缓存数量都是几十个KB。就就按KB算吧。哎，你明白这个事儿啊，所以这个东西啊，就想法是好的，实际做起来这个不划算，你生产完之后一块硬盘问你要三十万五十万，你你买得起。对不对，这不开玩笑吗？这不是对吧，所以各位。我们现在采用这种分级存储啊，主要用的就是刹车结合啊，当然啊，我们一些高端电脑。比如说我们的苹果电脑，它的硬盘接口采用的就是PC杠一了，那这种接口理论速度能达到2000兆B。2000兆比每秒就跟内存差不多了，当然P3这个杠一也分它的这个这个协议代数二代就能达到更多理论值啊，实际用起来可能，呃，我们拿苹果电脑测试过，大概能到一千二三百兆比，没问题。

那这个就要比我们这个这个硬盘的这个要这个三卡接口的是要快得多了，但是各位价格是不是也很美丽一块这个一个系的苹果硬盘，按他官网报的那个差价估算，估计就在1万块钱，光那一块硬盘就得1万块钱。啊，因为他是从512升级到仪器，需要补6000块钱还是4000块钱，他原先可能还值个四五千，就在将近八九千一万。那所以这个东西暂时我们普通电脑都没有采用，包括绝大多数服务器依然也采用了，都还是sata接口，原因就是价格最主要了。啊，各位这节课呢，我们简单看了一下这个硬盘的结构，那其中这些比如说是磁道啊，是啊扇磁道啊，扇区包括扇区大小，包括这个接口的这种标准理论值都是需要背的，这些东西对你们后期理解一些其他的技术都是有帮助的，OK，大家不要忘了。

好，这节课的内容就是这样，我们下节课再见。