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博主ID：代码小豪
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- CHS寻址模式
- LBA寻址
前面我们介绍了文件管理系统，我们说，当我们使用系统调用open时，操作系统会将磁盘当中的文件加载到内存当中，创建一个struct file结构，通过struct file实现对文件的管理，比如被打开的文件会被创建文件描述符（fd），有文件缓冲区等等，这些操作都是由文件系统实现的，而针对于管理内存当中的文件的文件系统，我们称其为内存级文件管理系统。
被打开的文件，会被加载到内存中，而未打开的文件都是在磁盘当中，它们都有各自的路径，以便我们找到对应的文件，那么我们有没想过一件事情，未打开的文件的路径是谁维护的？为什么内存级文件管理系统可以在磁盘当中轻松的找到文件？这是因为不仅仅要管理内存当中被加载的文件，也要管理好磁盘当中的文件，而执行这些操作的，就是磁盘级文件管理系统。
CHS寻址模式
CHS寻址模式是根据机械硬盘的机械结构的特性建立的，因此我们要先了解机械磁盘的保存数据的原理。
首先我们的计算机只能读取二进制，在我们的内存或者cpu当中，二进制的表现形式为高低电平，即高电平为1，低电平为0。而磁盘则是通过磁性来表现二进制。
磁性分为正负极，也是一种二进制的体现，比如正极为1，负极为0。
这是我们机械磁盘的内部结构，其中红圈画中的部分，就是机械磁盘用来保存数据的盘面，通常称之为磁面，我们可以将这个磁面视为N个小磁铁的集合，每个小磁铁都有其正负的磁场，通过这些磁场的磁性，用于记录二进制数据。
磁盘的运作原理如下：主轴旋转带动磁盘转动，而磁头的主要作用是定位，以及读写数据的作用。这个工作原理有点像是留声机，唱片负责记录声音的数据，而唱针则是负责读写这些声音的数据，如果磁盘造成了损坏，那么磁盘上的数据也会造成对应的丢失问题。
磁头是可以移动的，如我们图中黑色笔迹所示，由于磁盘会转动，相应的磁头也会与磁盘进行相对运动，其运动轨迹是一个圆。而磁头该可以移动，因此会在磁盘上留下多个圆轨迹。我们将这些轨迹称为磁道，而磁道上又有着磁盘数据。
我们的磁头可以移动，每次移动就相当于来到了不同的磁道，而不同的磁道又有着不同的数据，因此如果我们想要在磁盘当中找到我们想要的数据，首先要让磁头定位到正确的磁道。
而一个磁道可以保存非常多的数据，为了精准找到我们想要的数据，我们还要继续将磁道划分下去，根据规定，我们将磁道上512B的数据，称为一个扇区，即扇区是磁盘的基本单位。不同的磁道，其磁道上的扇区的数量不一定相等，但是扇区的大小一定是512B。
综上所述，一个磁面可以划分N个磁道，而每个磁道都有其对应数量的扇区，每个扇区的大小是512B，因此一个磁面可容纳的数据为：
磁面大小=磁道×磁道的扇区总数×512B
一个磁盘，可以有多个磁片，而每个磁片，都有正反两磁面，而正面能保存数据，反面也能，因此对应的，每张磁片都有正、反两面磁头。因此一个磁盘的大小为：磁面个数×磁面大小，扩展开来即
磁盘大小=磁面个数×磁道×磁道的扇区总数×512B
关于机械磁盘的机械结构，我们已经简单的了解完了，但是CHS到底是什么？我们还没有搞清楚，首先，我们要知道，CHS其实是一个逻辑结构，其中C代表柱面(Cylinder)，H代表磁头（Heads），S代表扇区（sector）。扇区和磁头我们都清楚是什么样的，那么柱面是什么呢？
在前面剖析机械硬盘的结构时，我们知道磁道是磁头在磁面上旋转一周的运动轨迹，但是磁面不止一个，这也说明了所有磁片中半径相同的同心磁道也不止一个，我们将在与主轴相同半径的磁道的集合，我们称其为柱面。
柱面是一个逻辑上的概念，即将每个磁面上，相同半径的同心磁道，在逻辑上构成柱面。所以通过柱面，我们可以在逻辑上将机械磁盘看成是一个由柱面构成的硬件设备，有点像这样：
OK，根据这种方式组成的磁盘结构，其构成是这样的：
（1）每个磁盘，有多个柱面
（2）每个柱面，多个磁头（磁道）
（3）每个磁头（磁道），有多个扇区
因此磁盘的容量=磁头数（磁道数）×扇区数×柱面数×512B。
根据这种概念，我们可以用下图，画出一个磁盘的所有空间分布：
现在我们将文件保存在磁盘当中，一个文件最少会占用一个扇面或者多个扇面。因此所谓的再磁盘当中找到文件，实际上是在磁盘当中找到文件对应的扇区。
因此如果我们要在磁盘当中定位某个文件，先找到文件所在的柱体，再找到文件所在磁头，最后找到文件所在的扇面，这样我们相当于是在磁盘当中，找到了文件。这种通过柱体，磁头，扇面寻找文件所在磁盘的方式，我们就称为CHS寻址模式。
LBA寻址
但是我们的磁盘并非都是机械硬盘，比如我们现在的家用pc更多使用的是固态硬盘，固态硬盘的结构与机械硬盘完全不同。其采用是电子存储芯片，而非磁片。
因此使用CHS模式来描述磁盘结构并不通用，因此我们有没有更通用的磁盘结构呢？我们回顾一下CHS的结构，其实用C/C++的角度来看，我们会将这种结构称为三维数组，而三维数组是可以展开成一维数组的。展开后的结构如下：
但是一个扇区才512B，对于我们现在一个硬盘动不动512GB，1TB的情况来看，扇区实在是太小了，拆分的太细其实也是不方便管理的，因此我们设计用块来代替扇区作为基础单位，通常一个块会是1KB，2KB，4KB的大小，比如linux系统就以4KB大小作为一个块的大小，因此在linux系统当中，其磁盘结构则是这样：
通过这种转换方式，我们的磁盘结构就从CHS形式的三维数组，变成了以块为单位的一维数组。
这种以块为单位，划分磁盘空间的定址方式，我们将其称为LBA定址，LBA的全称为：Logical Block Address(逻辑区块地址)，即在逻辑上将磁盘空间划分成一个个的块。
