今天我以磁盤結構作為硬碟的開篇，來分享我這些年在這方面的思考，

磁盤結構

為了方便討論，我們還是先從最基本的磁盤物理結構說起吧，對于常見的機械磁盤，分磁盤面、磁道、柱面和扇區，（注意本文只討論機械磁盤，SSD先放一放再說），
機械硬碟拆開以后，結構如下

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我們再用一個邏輯圖看一下

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可見有以下概念：

磁盤面：磁盤是由一疊磁盤面疊加組合構成，每個磁盤面上都會有一個磁頭負責讀寫，
磁道(Track)：每個盤面會圍繞圓心劃分出多個同心圓圈，每個圓圈叫做一個磁道，
柱面(Cylinders)：所有盤片上的同一位置的磁道組成的立體叫做一個柱面，
扇區(Sector)：以磁道為單位管理磁盤仍然太大，所以計算機前輩們又把每個磁道劃分出了多個扇區，

所以，磁盤存盤的最小組成單位就是扇區，
單柱面的存盤容量 = 每個扇區的位元組數*每個柱面扇區數*磁盤面數
整體磁盤的容量就等于單柱面容量乘以總的柱面數字，

扇區與扇區之間其實不是緊挨著的，而是在每個扇區結尾其實還有一個存盤糾錯碼的位置，假設某一個扇區讀取時發生了錯誤，這樣在扇區結尾的糾錯碼就能發現，磁頭就會在磁盤下一圈轉過來的時候再讀取一遍，

動手實際查看

Linux相比較windows作業系統，一個優點就是對開發非常友好和透明，只要你愿意，你總能扒到你想要的資訊，Linux上可以通過fdisk命令，來查看當前系統使用的磁盤的這些物理資訊，

首先我們查看服務器上安裝的硬碟數量以及大小，這需要借助lsblk這命令，

# lsblk
NAME                     MAJ:MIN RM   SIZE RO TYPE MOUNTPOINT
sdb                        8:16   0    20T  0 disk
`-sdb1                     8:17   0    20T  0 part /search
sda                        8:0    0 278.5G  0 disk
|-sda1                     8:1    0   200M  0 part /boot
`-sda2                     8:2    0 278.3G  0 part
  |-vgroot-lvroot (dm-0) 253:0    0    10G  0 lvm  /
  |-vgroot-lvswap (dm-1) 253:1    0     8G  0 lvm  [SWAP]
  |-vgroot-lvvar (dm-2)  253:2    0    15G  0 lvm  /var
  |-vgroot-lvusr (dm-3)  253:3    0    10G  0 lvm  /usr
  `-vgroot-lvopt (dm-4)  253:4    0 136.7G  0 lvm  /opt

通過上面命令我們可以看到，筆者的服務器上裝了兩塊硬碟，分別是sda(278.5G)和sdb(20T)，接下來我們再通過fdisk這個命令來查看硬碟更詳細的資訊：

#fdisk -l /dev/sda
Disk /dev/sda: 299.0 GB, 298999349248 bytes
255 heads, 63 sectors/track, 36351 cylinders
Units = cylinders of 16065 * 512 = 8225280 bytes
Sector size (logical/physical): 512 bytes / 4096 bytes
I/O size (minimum/optimal): 4096 bytes / 4096 bytes
Disk identifier: 0x00053169

   Device Boot      Start         End      Blocks   Id  System
/dev/sda1   *           1          26      204800   83  Linux
Partition 1 does not end on cylinder boundary.
/dev/sda2              26       36352   291785728   8e  Linux LVM

可以看出sda這塊磁盤：

有255個heads(磁頭)，也就是說共有255個盤面，
36351個cylinders，也就是說每個盤面上都有36351個磁道，
63sectors/track說的是每個磁道上共有63個扇區，
邏輯扇區大小是512 bytes

上面的Units說的是每個磁道的存盤容量大小，8225280 bytes（=255盤面 * 63扇區 * 邏輯扇區大小512位元組），那么該磁盤的總大小=36351 cylinders * Units(8225280 bytes)=299GB，

關于fdisk結果中的幾個疑問

問題1：每一個units的可存盤的資料都是一樣的，都是8225280位元組？

按理說，磁道是一組同心圓，越是外圈的磁道周長會越長，存盤的資料應該越多才對，這個問題的答案其實應該按時間來看：

在老式的磁盤里，確實是每個磁道資料都是一樣的，這樣越是內圈磁道的存盤密度越大，目的就是為了訪問方便，通過一個CHS地址：柱面地址（Cylinders）、磁頭地址（Heads）、扇區地址（Sectors）直接定位到存盤資料所在的扇區，但是這產生的問題就是外圈磁道的資料密度沒有充分發揮出來，造成磁盤存盤容量很難提升，

現代的磁盤人們改用等密度結構生產硬碟，也就是說，外圈磁道的扇區比內圈磁道多，這種磁盤里扇區是線性編號的，即從0到某個最大值方式排列，并連成一條線，這種尋址模式叫做LBA，全稱為Logic Block Address（即扇區的邏輯塊地址），磁盤內部是自己會通過磁盤控制器來完成CHS到LBA的轉換，進而定位到具體的物理扇區

問題2：為什么在fdisk命令的結果里，存在一個physical Sector size是4096 bytes？

現在新的磁盤真正的扇區也不是512位元組，真正磁盤的I/O size和physical Sector size都是4096 bytes，但這時存在一個問題是扇區大小為512位元組的假設已經貫穿于整個軟體鏈，比如BIOS，啟動加載器，作業系統內核，檔案系統代碼，以及磁盤工具，等等，直接切換到4096 byte兼容性問題太大了，所以每個新的磁盤控制器將4096位元組的物理扇區對應成了8個512位元組的邏輯扇區，兼容各種老軟體，

除了fdisk -l命令外,如下方式也可以查看物理/邏輯扇區大小，

#cat /sys/block/sda/queue/physical_block_size
#cat /sys/block/sda/queue/logical_block_size

問題3：磁頭真的有255個？
我們先來看一張從磁盤上拆下來的磁頭的真實照片

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上面的圖片里只有幾個磁頭，如果硬碟里真的裝下255個這樣的磁頭的話，很難想象磁盤得有多厚，而且磁頭多了以后硬碟的可靠性就越差，因為多磁頭出故障的幾率總會比單磁頭要高一些，所以fdisk -l里看到的255 heads其實和扇區一樣，也是虛擬出來的，另外cylinders也一樣，也是虛擬出來的，

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開發內功修煉之硬碟篇專輯：

1.磁盤開篇：扒開機械硬碟堅硬的外衣！
2.磁盤磁區也是隱含了技術技巧的
3.我們怎么解決機械硬碟既慢又容易壞的問題？
4.拆解固態硬碟結構
5.新建一個空檔案占用多少磁盤空間？
6.只有1個位元組的檔案實際占用多少磁盤空間
7.檔案過多時ls命令為什么會卡住？
8.理解格式化原理
9.read檔案一個位元組實際會發生多大的磁盤IO？
10.write檔案一個位元組后何時發起寫磁盤IO？
11.機械硬碟隨機IO慢的超乎你的想象
12.搭載固態硬碟的服務器究竟比搭機械硬碟快多少？

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