磁盘管理(初始化,引导块,坏块管理,固态硬盘)
目录
- 1.磁盘初始化
- 2.引导块
- 3.坏块的管理
- 1.坏块检查
- 2.坏块链表
- 3.扇区备用
- 4.固态硬盘(SSD)
- 1.原理
- 2.组成
- 3.读写性能特性
- 4.与机械硬盘相比
- 5.磨损均衡技术
1.磁盘初始化
①进行
低级格式化(物理格式化)
,将磁盘的各个磁道划分为扇区
。
一个扇区通常可分为头、数据区域(如512B大小)、尾三个部分组成。
管理扇区所需要的各种数据结构一般存放在头、尾两个部分,包括扇区校验码(如奇偶校验、CRC循环冗余校验码等,校验码用于校验扇区中的数据是否发生错误)
②:将磁盘分区,每个分区由若干柱面
组成(即分为我们熟悉的C盘、D盘、E盘)
③:进行逻辑格式化
,创建文件系统。包括创建文件系统的根目录、初始化存储空间管理所用的数据结构(如位示图、空闲分区表)
2.引导块
计算机开机时需要进行一系列初始化的工作,这些初始化工作是通过执行
初始化程序(自举程序)
完成的。
ROM(只读存储器)存放很小的自举装入程序
。
①开机时计算机先运行ROM中的“自举装入程序”,通过执行该程序就可找到引导块
,并将完整的“自举程序”读入内存,完成初始化。
②完整的自举程序放在磁盘的启动块(即引导块/启动分区
)上,启动块位于磁盘的固定位置。 拥有启动分区的磁盘称为启动磁盘或系统磁盘(即C:盘)
3.坏块的管理
坏了、无法正常使用的扇区就是“坏块”。
这属于硬件故障
,操作系统是无法修复的。
应该将坏块标记出来,以免错误地使用到它。
1.坏块检查
对于简单的磁盘,可以在逻辑格式化时(建立文件系统时)对整个磁盘进行坏块检查,标明哪些扇区是坏扇区,比如:在 FAT表上标明。(在这种方式中,
坏块对操作系统不透明
)
2.坏块链表
对于
复杂的磁盘
,磁盘控制器(磁盘设备内部的一个硬件部件)会维护一个坏块链表。
在磁盘出厂前进行低级格式化(物理格式化)时就将坏块链进行初始化。
3.扇区备用
会保留一些“备用扇区”,用于替换坏块。
这种方案称为扇区备用。
且这种处理方式中,坏块对操作系统透明
。
4.固态硬盘(SSD)
1.原理
基于闪存技术Flash Memory,属于电可擦除ROM,即
EEPROM
。
2.组成
闪存翻译层:负责翻译逻辑块号,找到对应页(Page)
存储介质:多个闪存芯片(Flash Chip)
每个芯片包含多个块(block)
每个块包含多个页(page)
3.读写性能特性
① 以页(page)为单位读/写一相当于磁盘的"扇区"。
②以块(block)为单位"擦除"
,擦干净的块,其中的每页都可以写一次
,读无限次 。
③支持随机访问
,系统给定一个逻辑地址,闪存翻译层可通过电路迅速定位到对应的物理地址
。
④读快、写慢
。要写的页如果有数据,则不能写入,需要将块内其他页,全部复制到一个新的(擦除过的)块中,再写入新的页 。
4.与机械硬盘相比
SSD读写速度快,随机访问性能高,用电路控制访问位置;机械硬盘通过移动磁臂旋转磁盘控制访问位置,有寻道时间和旋转延迟。
SSD安静无噪音、耐摔抗震、能耗低、造价更贵。
SSD的一个"块"被擦除次数过多(重复写同一个块)可能会坏掉,而机械硬盘的扇区不会因为写的次数太多而坏掉
。
5.磨损均衡技术
思想:将"擦除"平均分布在各个块上,以提升使用寿命。
- 动态磨损均衡:写入数据时,优先选择累计擦除次数少的新闪存块。
- 静态磨损均衡:SSD监测并自动进行数据分配、迁移,让老旧的闪存块承担以读为主的存储任务,让较新的闪存块承担更多的写任务。