硬盘的分区以柱面(cylinder)的读写是什么

众所周知，硬盘是计算机的主要存储介质。基于磁记录技术，它不仅可以存储大量的二进制数据，而且在断电后也能保持数据的完整性，因此常用于存储程序和各种数据文件。

一、硬盘构成1.1 机械结构构成

常见的硬盘由主轴电机、音圈电机、磁头、磁头臂、磁盘（许多堆叠的圆盘）等部件组成，如下图所示：

磁盘是存储数据的介质，磁头负责读写磁盘上的数据。在实际操作中，主轴电机带动磁盘旋转，音圈电机与磁头臂配合，使磁头到达磁盘上的特定位置，然后进行读写操作。

1.2 存储逻辑组合

为了方便数据的管理，硬盘的设计者在逻辑上将磁盘分成小块，以块为最小的物理存储单元，用磁头读写数据。这些小块被称为“扇区”，将同心圆的扇区组合起来的圆就是“轨道”。另外，由于一个磁盘一般是由多个磁片堆叠而成，所有磁片上的同一磁道可以组合成一个“柱面”（柱面）。

因为同心圆的外圆比内圆大，占据的面积更大，所以磁片上的外圆会有更多的扇区。如果在外圈写入数据，那么一圈能读写的数据量会比内圈多，效率更高。因此，默认情况下，磁盘数据的读写是从外圈开始，向内执行。

原来的磁盘扇区大小都是512B，但是最近硬盘的容量越来越大了。为减少数据拆解量，大容量硬盘大多采用4KB扇区设计。

二、硬盘分区

以柱面或扇区为单位，通过指定“开始和结束磁道\扇区”的形式，将硬盘分成不同的部分。这种使用方法被称为“分区”。比如我们在Windows下打开硬盘时，经常会看到系统将其分为C、D、E、F盘。分区有以下好处：

每个分区的数据是分开的，相互独立。一个分区的修改和整理不会影响其他分区的数据；由于数据的中心性，数据的读写访问被限制在分区内，将有助于提高读写速度和性能。

硬盘有两种分区格式，即“MBR（主引导记录）格式”和“GPT（GUID分区表）格式”。

2.1 MBR 分区格式

MBR（Master Boot Record）分区格式是指早期硬盘使用的存储格式，用于在磁盘的第一个扇区存储启动引导程序、分区表等重要信息。 “第一个扇区”的大小一般为512字节（旧磁盘扇区都是512字节），存储的数据内容如下：

名称大小（字节）描述

主引导记录 (MBR)

446

安装引导程序的地方

分区表（partition table）

64

记录整个硬盘分区的状态

由于分区表所在的块只有64字节的容量，所以最多只能有四组记录区，每组记录区都记录了该区的开始和结束柱面号。 MBR分区格式具有以下特点：

所谓分区，其实就是为64字节的分区表设置的；硬盘的默认分区表只能写入四组区域的信息；这四组信息可以称为Primary或​​Extended（扩展）分区；分区的最小单位通常是圆柱体；当系统要写入磁盘时，必须参考磁盘分区表来处理某个分区的数据。

当我们想把硬盘分成四个以上的分区时，可以通过扩展分区来实现。扩展分区的目的是使用额外的扇区来记录分区信息，扩展分区本身不能被格式化。用户可以通过扩展分区所指向的块来继续记录分区信息。这些由扩展分区划分的附加分区称为“逻辑分区”。

综上所述，主分区、扩展分区、逻辑分区的特性定义如下：

最多可以有4个主分区和扩展分区（硬盘限制）；扩展分区最多只能有一个（操作系统限制）；逻辑分区是由扩展分区连续划分的分区；它们可以被格式化，并且用于数据存储的分区是主分区和逻辑分区。扩展分区无法格式化；由于操作系统不同，逻辑分区的数量可能会发生变化。 Linux下SATA硬盘可以突破63分区限制。

在使用中，MBR格式分区表中记录的每个分区信息只有16个字节，相当有限。随着技术和需求的发展，以下问题逐渐暴露出来：

操作系统不能使用2.2TB以上的硬盘容量； MBR只有一个区块，被破坏后往往无法或难以恢复； MBR 中的引导程序块只有 446 字节，无法存储。更多程序代码。

于是，出现了GPT分区格式。

2.2 GPT 分区格式

为了兼容大小为 512、4K 字节的扇区，GPT 格式使用了“逻辑块（默认为 512 字节）”的概念，根据逻辑块地址（Logical Block Address， LBA) 划分段，第一个 LBA 称为 LBA0（从 0 开始编号）。

与MBR仅使用512字节的块记录分区信息不同，GPT使用34个LBA块，并将硬盘的最后34个LBA块设置为备份区。

34个LBA块的具体功能如下：

名称说明

LBA1（GPT 标头记录）

记录分区表本身的位置、大小和校验码（CRC32)，备份GPT分区的位置

LBA2~33（分区信息记录）

每个LBA可以记录4组zone信息，每组信息为128字节，即每个扇区号可以记录64位

与MBR格式相比，GPT分区格式没有所谓的主分区、扩展分区、逻辑分区的概念。每组记录独立存在，每组都可以看作一个主分区，可以进行格式化。

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