关于扇区、簇、块、页等概念的区分

╰半橙微兮° 2024-04-17 23:17 53阅读 0赞

**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 （platter）-> 某一磁道 （track）-> 某一扇区（sector）。**  
**磁头（head）**：读写头，  
**柱面（cylinder）**：柱面是我们抽象出来的一个逻辑概念，简单来说就是处于同一个垂直区域的磁道称为柱面 ，即各盘面上面相同位置磁道的集合。磁盘读写数据是按柱面进行的，磁头读写数据时首先在同一柱面内从 0 磁头开始进行操作，依次向下在同一柱面的不同盘面(即磁头上)进行操作，只有在同一柱面所有的磁头全部读写完毕后磁头才转移到下一柱面。  
硬盘容量 = 柱面数（每个盘面的磁道数）×盘面数 × 扇区数 × 512字节

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）。操作系统与磁盘之间交流的最小单位就是磁盘块，它是一个虚拟的概念。是对于操作系统（软件）来说有意义的概念。如：文件的物理存储都是以磁盘块为单位的。

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2x5NTEwNTg3_size_16_color_FFFFFF_t_70]  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2x5NTEwNTg3_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]  
**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。

参考链接：  
https://www.cnblogs.com/valor-xh/p/6669897.html

[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2x5NTEwNTg3_size_16_color_FFFFFF_t_70]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/17/57a5193dcf0d458280f1b11177091679.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2x5NTEwNTg3_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/17/11908f6dad744089b2b6a5cb996aa232.png