Linux 从硬件硬盘到文件系统的全面过渡

LBA 转成 CHS： 柱面号 C = LBA // (磁头数每磁道扇区数)【就是单个柱面的扇区总数】 磁头号 H = (LBA % (磁头数每磁道扇区数)) // 每磁道扇区数 扇区号 S = (LBA % 每磁道扇区数) + 1 "//": 表示除取整

所以：从此往后，在磁盘使用者看来，根本就不关心 CHS 地址，而是直接使用 LBA 地址，磁盘内部自己转换。所以：从现在开始，磁盘就是一个 元素为扇区 的一维数组，数组的下标就是每一个扇区的 LBA 地址。OS 使用磁盘，就可以用一个数字访问磁盘扇区了。

2. 引入文件系统

引入'块概念'

其实硬盘是典型的'块'设备，操作系统读取硬盘数据的时候，其实是不会一个个扇区地读取，这样效率太低，而是一次性连续读取多个扇区，即一次性读取一个'块'（block）。硬盘的每个分区是被划分为一个个的'块'。一个'块'的大小是由格式化的时候确定的，并且不可以更改，最常见的是 4KB，即连续八个扇区组成一个'块'。'块'是文件存取的最小单位。

注意：

• 磁盘就是一个三维数组，我们把它看待成为一个'一维数组'，数组下标就是 LBA，每个元素都是扇区

• 每个扇区都有 LBA，那么 8 个扇区一个块，每一个块的地址我们也能算出来。

• 知道 LBA：块号=LBA/8 • 知道块号：LAB=块号*8+n.(n 是块内第几个扇区)

引入'分区'概念

其实磁盘是可以被分成多个分区（partition）的，以 Windows 观点来看，你可能会有一块磁盘并且将它分区成 C,D,E 盘。那个 C,D,E 就是分区。分区从实质上说就是对硬盘的一种格式化。但是 Linux 的设备都是以文件形式存在，那是怎么分区的呢？柱面是分区的最小单位，我们可以利用参考柱面号码的方式来进行分区，其本质就是设置每个区的起始柱面和结束柱面号码。此时我们可以将硬盘上的柱面（分区）进行平铺，将其想象成一个大的平面，如下图所示：

注意：柱面大小一致，扇区个位一致，那么其实只要知道每个分区的起始和结束柱面号，知道每一个柱面多少个扇区，那么该分区多大，其实和解释 LBA 是多少也就清楚了.

引入'inode'概念

之前我们说过 文件=数据 + 属性，我们使用 ls -l 的时候看到的除了看到文件名，还能看到文件元数据（属性）。

每行包含 7 列：模式 硬链接数 文件所有者 组 大小 最后修改时间 文件名 ls -l 读取存储在磁盘上的文件信息，然后显示出来

其实这个信息除了通过这种方式来读取，还有一个 stat 命令能够看到更多信息

user@host:~/test$ stat code.c 
File: code.c Size: 1744 Blocks: 8 IO Block: 4096 regular file Device: fc01h/64513d Inode: 547045 Links: 1 Access: (0664/-rw-rw-r--) Uid: ( 1002/ user) Gid: ( 1002/ user) Access: 2025-08-13 16:25:18.011548344 +0800 Modify: 2025-08-13 16:25:18.011548344 +0800 Change: 2025-08-13 16:25:18.015548373 +0800 Birth: 2025-08-13 16:25:18.011548344 +0800

到这我们要思考一个问题，文件数据都储存在'块'中，那么很显然，我们还必须找到一个地方储存文件的元信息（属性信息），比如文件的创建者、文件的创建日期、文件的大小等等。这种储存文件元信息的区域就叫做 inode，中文译名为'索引节点'。

每一个文件都有对应的 inode，里面包含了与该文件有关的一些信息。为了能解释清楚 inode，我们需要是深入了解一下文件系统。注意：Linux 下文件的存储是属性和内容分离存储的。Linux 下，保存文件属性的集合叫做 inode，一个文件，一个 inode，inode 内有一个唯一的标识符，叫做 inode 号

所以一个文件的属性 inode 长什么样子呢？

struct ext2_inode { 
    __le16 i_mode; /* File mode */ 
    __le16 i_uid; /* Low 16 bits of Owner Uid */ 
    __le32 i_size; /* Size in bytes */ 
    __le32 i_atime; /* Access time */ 
    __le32 i_ctime; /* Creation time */ 
    __le32 i_mtime; /* Modification time */ 
    __le32 i_dtime; /* Deletion Time */ 
    __le16 i_gid; /* Low 16 bits of Group Id */ 
    __le16 i_links_count; /* Links count */ 
    __le32 i_blocks; /* Blocks count */ 
    __le32 i_flags; /* File flags */ 
    union { 
        struct { __le32 l_i_reserved1; } linux1; 
        struct { __le32 h_i_translator; } hurd1; 
        struct { __le32 m_i_reserved1; } masix1; 
    } osd1; /* OS dependent 1 */ 
    __le32 i_block[EXT2_N_BLOCKS];/* Pointers to blocks */ 
    __le32 i_generation; /* File version (for NFS) */ 
    __le32 i_file_acl; /* File ACL */ 
    __le32 i_dir_acl; /* Directory ACL */ 
    __le32 i_faddr; /* Fragment address */ 
    union { 
        struct { __u8 l_i_frag; /* Fragment number */ 
                 __u8 l_i_fsize; /* Fragment size */ 
                 __u16 i_pad1; 
                 __le16 l_i_uid_high; /* these 2 fields */ 
                 __le16 l_i_gid_high; /* were reserved2[0] */ 
                 __u32 l_i_reserved2; 
        } linux2; 
        struct { __u8 h_i_frag; /* Fragment number */ 
                 __u8 h_i_fsize; /* Fragment size */ 
                 __le16 h_i_mode_high; 
                 __le16 h_i_uid_high; 
                 __le16 h_i_gid_high; 
                 __le32 h_i_author; 
        } hurd2; 
        struct { __u8 m_i_frag; /* Fragment number */ 
                 __u8 m_i_fsize; /* Fragment size */ 
                 __u16 m_pad1; 
                 __u32 m_i_reserved2[2]; 
        } masix2; 
    } osd2; /* OS dependent 2 */ 
}; 
/* Constants relative to the data blocks */ 
#define EXT2_NDIR_BLOCKS 12 
#define EXT2_IND_BLOCK EXT2_NDIR_BLOCKS 
#define EXT2_DIND_BLOCK (EXT2_IND_BLOCK + 1) 
#define EXT2_TIND_BLOCK (EXT2_DIND_BLOCK + 1) 
#define EXT2_N_BLOCKS (EXT2_TIND_BLOCK + 1) 
备注：EXT2_N_BLOCKS = 15

再次注意：文件名属性并未纳入到 inode 数据结构内部。inode 的大小一般是 128 字节或者 256，我们后面统一 128 字节。任何文件的内容大小可以不同，但是属性大小一定是相同的

结束语

我们已经知道硬盘是典型的'块'设备，操作系统读取硬盘数据的时候，读取的基本单位是'块'。'块'又是硬盘的每个分区下的结构，难道'块'是随意的在分区上排布的吗？那要怎么找到'块'呢？还有就是上面提到的存储文件属性的 inode，又是如何放置的呢？文件系统就是为了组织管理这些的！！！