寫在前面的話：上一篇寫了《理解硬盤》，對硬盤的基本組成和基本概念說了說，基本上是從硬件的角度來說的，這篇再來寫寫硬盤，基本概念就不說了，直接看前一篇就可以了，重點關注於文件和系統分區在硬盤里面的位置，也解答一下@金色海洋（jyk）陽光男孩 的疑問。
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一、我的磁盤參數
我們知道硬盤里面重要的幾個概念：磁頭（Head）、柱面（Cylinder）、扇區（Sector），下圖是我電腦的這幾項的數據，用DiskGenius查看的：
共有60801個柱面，255個磁頭，每道扇區數63個，總扇區數：976773168，這里說明兩點：
（1）磁頭數為奇數：我們知道磁盤里面一個盤面有兩面可以存儲數據，但是有的盤面只使用了一面，因此磁頭數可能出現奇數，這里可以知道磁頭編號是從0~255。（沒有采用多磁頭技術）
（2）每道扇區數：我們知道對於一個盤面，越往外磁道周長越長，對於以前老式的磁盤，每個磁道的扇區數目是相同的，這樣就導致外面的磁道存儲數據密度太低，因此現代的磁盤都是外面磁道扇區數目多，里面的扇區數目少，這里的每道扇區數其實是經過折算后的，也就是用總扇區數除以磁頭數再除以柱面數得到的。
（3）柱面數：共有60801，所以可以知道柱面和磁道編號為0~60800
（4）總扇區數：976773168，這個就是我的硬盤總共的扇區數，這些扇區可以存儲數據，其中每個扇區512Bytes，所以我的磁盤容量大概也就是：465GB
二、低級格式化
上面我們列舉了我的磁盤里面柱面、扇區數目，這些數目是怎么來的呢？一個空白的硬盤可以想象成一個“鐵磚頭”，並沒有這些所謂的磁道、柱面、扇區等參數，出廠前，硬盤廠家往往會進行格式化，確定硬盤的柱面、扇區等等物理參數，這就是所謂的“低級格式化”，這種格式化和操作系統是沒有關系的。
三、磁盤尋址
磁盤經過低級格式化后，就有了扇區，我們就可以往里面寫數據了，但是如何來確定我們的數據寫到哪個扇區呢？如果我們不告訴計算機，它是不知道的。因此我們應該找到我們需要寫入或讀出數據的扇區，也就用到了“磁盤尋址”。
（1）找到一個具體的扇區，可以通過提供柱面號（Cylinder），磁頭號（Header）、扇區號（Sector），就能唯一確定那個扇區了，這種尋址方式稱為CHS尋址方式。例如CHS為0/0/1表示0號柱面、0號磁頭、1號扇區，也就是整塊磁盤的第一個扇區；60800/254/63,表示60800號柱面，255號磁頭，63號扇區，表示我的磁盤的最后一個扇區。
（2）找到一個具體的扇區，還可以使用另外一種方式，那就是僅僅提供扇區號來確定，叫做LBA，邏輯尋址，或者線性尋址，例如0號柱面0號磁頭扇區數為100個（這里不是68個了，因為外圈比內圈扇區數多），其對應的物理編號為1~100，但是對應的LBA邏輯編號為0~99（邏輯編號從0開始）；0號柱面1號磁頭對應扇區物理編號為1~100，但是對應的LBA邏輯標號為100~199，以此類推，因此所有的扇區編號為：0~976773167，相當於把一個一個的柱面展開，然后連接起來了。
四、磁盤分區
看完了前面，一個物理參數已經確定的磁盤，如果我們要安裝操作系統，例如windows，那么需要對磁盤進行分區，也就是說C盤占用哪些扇區，D盤占用哪些扇區等等，占用的扇區由我們給他們分配的大小決定。下圖是我的分區所占用的扇區：
可以看到系統保留分區占用的扇區，這里CHS和LBA兩種尋址方式都可以看到：
（1）對於CHS尋址：系統保留分區從0柱面32磁頭的33號扇區開始，到12柱面，223磁頭的19扇區截止。
（2）對於LBA尋址：系統保留分區的起始扇區編號為：32*63+33-1=2048，注意這里的CHS中扇區編號從1開始，而LBA尋址里面扇區編號從0開始。
到這兒，也可以回答@金色海洋（jyk）陽光男孩 的第一個疑問，C盤到底在硬盤的哪里：開始於12柱面223磁頭20號扇區，結束於7649號柱面13號磁頭44號扇區。而且操作系統一般存儲於磁盤靠外面的磁道，據說外道訪問速度比內道快，而操作系統文件又需要經常訪問到。
再來看上面的圖，我們會發現幾個問題：
（1）系統保留分區從2048扇區開始，那么前面的0~2047個扇區，相當於1MB大小為什么沒有顯示出來，它們是干什么的用的？
（2）里面看到了擴展分區下面掛載了E盤和F盤，當然前面系統保留分區、C盤、D盤就是主分區了，他們有什么區別？
（3）擴展分區結束於60801柱面，47磁頭46扇區，那么后面的扇區干什么用了？（備注：這里60801應該為60800，因為柱面是從0開始編號的，因此可能是軟件的錯誤，這里不就深究了）
下面簡單說一說：
（1）對於問題（1），前面有2048個扇區，其中第一個扇區，也就是0號柱面0號磁頭1號扇區（CHS尋址）或者0號扇區（LBA尋址），也稱為MBR區，共有512個字節，其中主引導記錄MBR占用446個字節，用來引導操作系統啟動的，不詳細寫了，有機會再介紹；磁盤分區表（DPT）占用64個字節，用來記錄各個分區的情況，例如C盤占哪些扇區、D盤占哪些扇區等等，我們發現它只有64個字節，可以分成4條記錄，一條記錄占16個字節，用來記錄一個分區的情況，因此只能有4個分區了，也就是4個主分區，如果想分更多的區，可以把其中一個主分區當做擴展分區，再擴充出去幾個邏輯分區，幾個邏輯分區掛載在擴展分區上面，因此擴展分區也是主分區的一種，且只能有一個；最后兩個字節以55AA結尾；其他的2047個扇區一些空着，一些另做他用。（該部分內容不詳細寫了，要不文章又要太長了）
（2）對於問題（2）在上面文字中簡單說明了一下主分區和擴展分區的區別。
（3）對於問題（3）我也好奇怪，那些空間都去哪兒了？
備注：可以把磁盤按照扇區展開，依次編號為0,1,2，……，然后分成幾部分：Part1，Part2，Part3，Part4，Part5，Part6，Part7其中Part2、Part3、Part4、Part5，Part6分別給了系統保留分區、C、D、E、F盤，Part1和Part7空出的空間另作他用，其中每一個Part里面各個扇區又是有些什么，里面存儲了哪些信息，也是值得思考的。
五、寫入文件
分區講完了，我們來看看寫入文件。往磁盤里面寫入文件，是按照柱面、磁頭、扇區的順序來寫的，例如先寫第1個柱面、第1個磁頭、第1個扇區，然后寫第1個柱面、第1個磁頭、第2個扇區，寫完63個扇區后，再移動到下面一個磁頭來寫；當寫完一個柱面，再用后面的柱面。接下來假如往c盤寫兩個文件a.txt,b.txt，他們一個占用了一個柱面，那么它們的扇區地址是緊緊挨着的且a.txt在前，b.txt再后，但是接下來就要發生一些事情：
（1）如果a.txt里面刪除內容，那么占用空間減少，但是占用的空間還是1個柱面。
（2）如果a.txt里面增加內容，那么一個柱面占不下了，而緊挨着它的柱面又被b.txt給占了，那么它會從其他柱面去找地方去放，然后在a.txt創建對新增內容所在扇區的引用。
從（1）（2）可知，隨着系統的運行，磁盤里面的碎片會越來越多，因此操作系統提供了碎片整理工具就是把這些空間整合的（當然，對於SSD硬盤，因為內部結構不同，不建議碎片整理，這里就不解釋了。），可以看看我的D盤里面空間利用，並不是連續的，如下圖：
備注：操作系統對文件的操作比這個要復雜些，例如刪除文件並不會實際從扇區里面刪除，否則各種恢復就無法恢復文件了，具體的可以去看操作系統知識了。
另外，我們平時有過這樣的體會：例如將D盤里面的一個大文件剪切到D盤的其他文件夾，速度很快，而剪切到其他盤符，速度就比較慢了，就是因為在同一盤符里面，剪切文件，實際上只是改變了文件的引用地址，並沒有改變文件實際的扇區地址，因此速度很快。這也給我們一個提示：以后磁盤分區沒必要分那么多了，分兩個就夠了，一個安裝系統，一個放一些數據文件，這樣移動文件速度也快，當然如果有別的用途，如安裝多操作系統等需要，就另當別論了。
好了，就寫這么多吧，從此再看到硬盤，是不是對它有了不一樣的認識，寫的有點兒亂，還請見諒。
（完）
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