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　　众所周知，硬盘分为很多种，有SSD,HDD,HHD。 今天我们在这里介绍的就是HDD。

　　总体来说，硬盘结构包括：盘片、磁头、盘片主轴、控制电机、磁头控制器、数据转换器、接口、缓存等几个部份。

　　所有的盘片（一般硬盘里有多个盘片，盘片之间平行）都固定在一个主轴上。在每个盘片的存储面上都有一个磁头，磁头与盘片之间的距离很小（所以剧烈震动容易损坏），磁头连在一个磁头控制器上，统一控制各个磁头的运动。磁头沿盘片的半径方向动作，而盘片则按照指定方向高速旋转，这样磁头就可以到达盘片上的任意位置了。

　　磁头（head）、 磁道（track）、 柱面（cylinder）、扇区（sector）、 圆盘（platter）。那么这些都代表着什么呢？

　　如图5所示，我们把一个圆盘沿着半径切成几个扇形，这就叫做一个扇面，然后我们再沿着磁头的运动把这个原盘画成几个同心圆，每个原形的轨道就叫做一个磁道，然后被扇形和同心圆分离出来的小区域就叫做扇区。

　　再看图4,一般都有几个圆盘，每个盘片有上下两面，分别对应一个磁头。每个圆盘上下对应相同位置的扇区组成一个柱面。注意，每个扇区的大小为512bytes，这个值是不会改变的。扇区也是我们在分割硬盘时最小单位了。

　　一种常见于工作站等级以上的硬盘传输接口，这里IDE、SATA、PCIE等等就不再赘述，SCSI这种接口的硬盘在控制器上含有一块处理器，所以除了运转速度快之外，也比较不会耗费CPU资源。在个人计算机上面这种接口的硬盘不常见。

　　硬盘上面含有一个缓冲存储器，这个内存主要可以将硬盘内重使用的数据缓存起来，以加速系统的读取性能。通常这个缓冲存储器越大越好，因为缓冲存储器的速度要比数据从硬盘中被找出来快得多。

　　看右上角有一个64MB Cache，说明这个硬盘有64MB的缓存，目前主流产品可达64MB左右的缓存大小。

　　由于硬盘内部机械手臂上的磁头与盘片的接触时很细微的空间，如果有抖动或者是脏污在磁头与硬盘之间，就会造成数据的损毁或者使硬盘 整个损毁。因此，正确使用计算机的方式，应该是在计算机通电之后，就绝对不要移动主机，避免硬盘抖动，而导致整个硬盘数据发生问题。另外，也不要随便将插头拔掉就以为是顺利关机。因为机械手臂必须要归回原位，所以使用操作系统的正常关机方式才能够有比较好的硬盘保养，因为它会让硬盘的机械手臂归回原位。

　　硬盘的两个单位，扇区（Sector）和柱面（Cylinder），其中每个扇区大小为512bytes。

　　那么是不是每个扇区都一样重要呢？其实整块磁盘的第一个扇区特别重要，因为它记录了整块磁盘的重要信息。磁盘的第一个扇区主要记录了两个重要的信息，分别是：

　　MBR是很重要的，因为当系统在开机的时候会主动去读取这个区块的内容，这样系统才会知道你的程序放在哪里且该如何开机。如果你要安装多重引导的系统，MBR这个区块的管理就非常重要了！

　　那么分区表又是什么呢？其实你刚刚拿到的整块硬盘就像一根原木，你必须要在这跟原木上面切割出你想要的区段，这个区段才能够再制作成为你想要的家具。如果没有进行切割，那么原木就不能被有效地使用。同样的道理，你必须要针对你的硬盘进行分区，这样硬盘才可以被你使用。

　　怎么分区呢？首先你要有一个锯子，然后扔了，别想不开。上面的那个图中有柱面有开始柱面和结束柱面。那是文件系统的最小单位，也就是分区的最小单位。我们就是利用参考柱面号码的方式来处理。在分区表所在的64bytes容量中，总共分为四组记录去，每组记录区记录了该区段的启始与结束的柱面号码。若将硬盘以长条形来看，然后将柱面以柱形图来看，那么那64bytes的记录区段如图所示。

　　假设上面的硬盘设备文件名为/dev/hda时，那么这四个分区在Linux系统中的设备文件名如下所示，重点在于文件名后面会再接一个数字，这个数字与该分区所在的位置有关。

　　上图我们假设硬盘只有400个柱面，共分区成为四个分区，第四个分区所在为第301到400号柱面的范围。当你的操作系统是Windows时，那么第一到第四个分区的代号应该就是C,D,E,F。当你有数据要写入F盘时，你的数据会被写入到这块磁盘的301~400号柱面之间。

　　由于分区表就只有64bytes而已，最多只能容纳四个分区，这四个分区被称为主（Primary）或扩展（Extended）分区。

　　既然分区表只有记录四组数据的空间，那么是否代表我一块硬盘最多只能分区出四个分区？Of course not.

　　对电脑稍微有一点了解的人都知道，你可以将一块硬盘分区成十个以上的分区。那么这又是怎么样实现的呢？在Windows/Linux系统中，我们是通过刚才谈到的扩展分区的方式来处理的。扩展分区的想法是：既然第一个扇区所在的分区表只能记录四条数据，那我可否利用额外的扇区来记录更多的分区信息？如图所示。

　　在图中，我们硬盘四个分区记录仅仅使用了两个，P1为主分区，而P2则为扩展分区。注意，扩展分区的目的是使用额外的扇区来记录分区信息，扩展分区本身并不能被拿来格式化。然后我们可以通过扩展分区所指向的那个区块继续作分区的记录。

　　图中右下方那个区块有继续分区出五个分区，这五个由扩展分区分配继续切出来的分区，就被称为逻辑分区(logical partition)。注意：由于逻辑分割槽是由扩展分配继续分割出来的，所以他可以使用的磁柱范围就是扩展分配所配置的范围。也就是图中的101~400。 但是图中分区在Linux系统中的设备文件名分别如下：

　　为什么设备文件名没有/dev/hda3和/dev/hda4呢？因为前面四个号码都是保留给Primary和Extended用的。所以逻辑分区的设备名称号码就从5号开始了。

　　事实上，分区是个很麻烦的东西，因为他是以磁柱为单位的连续磁盘空间，且扩展分区又是个类似独立的磁盘空间，所以在分区的时候得要特别注意。

　　Q:在Windows操作系统当中，如果你想要将D与E盘整合成为一个新的分区，而如果有两种分区的情况如下图所示， 图中的特殊颜色区块为D与E盘的示意，请问这两种方式是否均可将D与E整合成为一个新的分区？A:第一个图中两个有色的分区是可以合并的，因为上图的D与E同属于扩展分区内的逻辑分区，因此只要将两个分区删除，然后再重新创建一个新的分区， 就能够在不影响其他分区的情况下，将两个分区的容量整合成为一个。

　　而第二图中的就不可以，因为D与E分属主分区与逻辑分区，两者不能够整合在一起。除非将扩展分区破坏掉后再重新分区。但如此一来会影响到所有的逻辑分区，要注意的是：如果扩展分区被破坏，所有逻辑分区将会被删除。 因为逻辑分区的信息都记录在扩展分区里面。

　　由于第一个磁区所记录的分区表与MBR是这么的重要，几乎只要读取硬盘都会先由这个扇区先读起。 因此，如果整颗硬盘的第一个磁区(就是MBR与Partition Table所在的磁区)物理实体坏掉了，那这个硬盘大概就没有用了！因为系统如果找不到分区表，怎么知道如何读取柱面区间呢？

　　Q:如果我想将一颗大硬盘暂时分区成为四个Partitions，同时还有其他的剩余容量可以让我在未来的时候进行规划， 我能不能分割出四个Primary？若不行，那么你建议该如何分区？A:由于Primary+Extended最多只能有四个，其中Extended最多只能有一个，这个例题想要分割出四个分区且还要预留剩余容量， 因此P+P+P+P的分区方式是不适合的。因为如果使用到四个P，则即使硬盘还有剩余容量， 因为无法再继续分区，所以剩余容量就被浪费掉了。

　　假设你想要将所有的四个记录都花光，那么P+P+P+E是比较适合的。所以可以用的四个Partitions，有3个主分区和一个逻辑分区， 剩余的容量在扩展分区中。 如果你要分区超过4个以上时，一定要有Extended分区，而且必须将所有剩下的空间都分配给Extended， 然后再以Logical的分区来规划Extended的空间。 另外，考虑到磁盘的连续性，一般建议将Extended的柱面号码分配在最后面的柱面内。

　　了解主板的人知道有BIOS(Basic Input Output System)和CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)两个东西，这里简单提一下，CMOS是记录各项硬件参数且嵌入在主板上面的储存器，BIOS则是一个写入到主板上的一个韧体(再次说明，韧体就是写入到硬件上的一个软件程序)。这个BIOS就是在启动的时候，计算机系统会主动运行的第一个程序了！

　　接下来BIOS会去分析计算机里面有哪些储存设备，我们以硬盘为例，BIOS会依据用户的设置去取得能够启动的硬盘， 并且到该硬盘里面去读取第一个扇区的MBR位置。MBR这个仅有446bytes的硬盘容量里面会放置最基本的引导加载程序，此时BIOS就功成圆满，而接下来就是MBR内的引导加载程序的工作了。

　　这个引导加载程序的目的是在加载(load)核心文件，由于引导加载程序是操作系统在安装的时候所提供的，所以他会认识硬盘内的文件系统格式，因此就能够读取核心文件，然后接下来就是核心文件的工作，引导加载程序也功成圆满，之后就是大家所知道的操作系统的任务啦！

　　由上面的说明我们会知道，BIOS与MBR都是硬件本身支持的功能，至于Boot loader则是操作系统安装在MBR上面的一套软件了。由于MBR仅有446bytes而已，因此这个引导加载程序是非常小而美的。 这个boot loader的主要任务有底下这些项目：

　　上面前两点还容易理解，但是第三点就有深意了。那表示你的计算机系统里面可以具有两个以上的引导加载程序。虽然我们的硬盘只有一个MBR，但是引导加载程序除了可以安装在MBR之外，还可以安装在每个分区的引导扇区(boot sector)。分区还有各自的引导扇区。这个特色才能造就多重启动的功能。

　　举个例子，假设电脑只有一个硬盘，里面分成四个分区，其中第一、二分区分别安装了Windows及Linux，你要如何在开机的时候选择用Windows还是Linux开机呢？假设MBR内安装的是可同时认识Windows/Linux操作系统的引导加载程序， 那么整个流程可以图示如下：

　　在上图中我们可以发现，MBR的引导加载程序提供两个菜单，菜单一(M1)可以直接加载Windows的核心文件来开机；菜单二(M2)则是将引导加载工作交给第二个分区的引导扇区(boot sector)。当使用者在启动的时候选择菜单二时，那么整个引导加载工作就会交给第二分区的引导加载程序了。 当第二个引导加载程序启动后，该引导加载程序内(上图中)仅有一个开机菜单，因此就能够使用Linux的核心文件来启动罗。这就是多重启动的工作情况。我们将上图作个总结：

　　loader只会认识自己的系统分区内的可开机核心文件，以及其他loader而已。

　　Q:为什么安装多系统最好要先安装Windows再安装Linux呢?A:Linux在安装的时候，你可以选择将启动管理程序安装在MBR或各别分割槽的启动磁区，而且Linux的loader可以手动配置菜单(就是上图的M1, M2...)，所以你可以在Linux的boot loader里面加入Windows启动的选项；

　　Windows在安装的时候，他的安装程序会主动的覆盖掉MBR以及自己所在分割槽的启动磁区，你没有选择的机会，而且他没有让我们自己选择菜单的功能。

　　因此，如果先安装Linux再安装Windows的话，那MBR的启动管理程序就只会有Windows的项目，而不会有Linux的项目 (因为原本在MBR内的Linux的启动管理程序就会被覆盖掉)。

　　本文参考了《鸟哥的Linux私房菜》和另一个大神的博客，具体忘记叫什么了，实在不好意思。