fdisk 返回的磁头数解读

Question

硬盘的相关资料：

$ sudo fdisk -l

Disk /dev/sda: 250.1 GB, 250058268160 bytes
255 heads, 63 sectors/track, 30401 cylinders, total 488395055 sectors
Units = sectors of 1 * 512 = 512 bytes
Sector size (logical/physical): 512 bytes / 512 bytes
I/O size (minimum/optimal): 512 bytes / 512 bytes
...

所以有写有255个头。

来源：http : //www.tldp.org/LDP/sag/html/hard-disk.html

看看上面的图片，看起来有 255（磁头数）/2（每盘两个磁头）=127 盘，这似乎是一个非常令人难以置信的数字。如何解释物理头的含义？

Answer 1

正如评论中指出的那样，这些天为物理驱动器几何结构报告的柱面/磁头/扇区数在现实中没有基础。 您可以放心地忽略这些数字。

为了了解发生了什么，我们必须一路回到 1981 年的原始 IBM 型号 5150 PC。

5150 的原生配置是磁带和软盘存储的某种组合。它最初甚至不支持硬盘（可以改装，但这需要单独的控制器卡以及比出厂时更强大的电源；此外，它们是一种非常昂贵的奢侈品）。对于软盘，按照磁头、柱面和扇区对媒体进行寻址是有意义的；这些数量非常方便地转换为物理介质上的给定位置，并且在软件以及控制器固件和驱动器硬件中都相对容易使用。当您几乎要为任何类型的存储按字节付费时，这种简单性是一件非常好的事情。

因为 5150 的内存量非常有限，包括 RAM 和存储空间（基本型号有 16 KiB 的 RAM；此答案的文本将占用其 RAM 的一半左右，更不用说使用任何软件来处理文本了），尽可能少地浪费是很重要的。因此，相关工程师提出了一组当时可能看起来很大的限制：柱面使用 10 位编码，磁头使用 8 位编码，扇区号使用 6 位编码，所有这些都可以用一些位移魔法整齐地打包成三个字节。这允许寻址 256 个磁头、每个磁头 1024 个柱面和每个柱面 64 个扇区。（在实践中，不用于每个数字0。）使用512个字节的扇区，这允许寻址总计8吉布，一个的巨大在1981年的数据量即使是更实际的十头驱动器给你的上限320 MiB，当时 5150 推出时的“高端”存储介质是160 KB软盘（每个磁道使用 8 个扇区和 40 个磁道或柱面）。如果我们根据将这些软盘替换为单层 DVD（其存储容量略高于 4 GiB，而不是那些 8 GiB 驱动器）来推断这一点，我们将看到能够存储 100 TB 数量级的单个驱动器。很快就会看到市场上的任何一个？我不这么认为。

一个复杂的因素是原始 IDE 标准使用了不同的 CHS 编码。它使用 28 位作为 CHS，将柱面编码为 16 位，将头部编码为 4 位，将扇区编码为 8 位。由于每个人都喜欢兼容性，通过取两者中的最大值，我们得到 10 个柱面位、4 个头位和 6 个扇区位。由于未使用扇区 0，因此这允许寻址 1,032,192 个扇区，每个扇区为 512 字节，可计算为 504 MiB。遇到的第一个限制是硬盘驱动器：500 MB 的障碍。通过使用具有 512 字节扇区的完整 IDE CHS 方案并且不关心 IBM CHS 兼容性，您可以解决 127.5 GiB。

此外，256 磁头驱动器从未真正在市场上流行过。（即使在今天，大多数硬盘驱动器使用的盘片还不到六个，每个盘片的每一面都有一个磁头。）所以有人想到了借用未使用的位并重新利用它们的技巧。因此，一个驱动器可能会显示它的磁头数量是它实际数量的四倍，但实际上使用这两个额外的位来寻址柱面。固件可以很容易地进行转换，因为它不需要像原始 5150 CHS 寻址格式那样受到约束，更不用说 IDE/ATA 和 IBM CHS 寻址的最小公分母了。但是，为了保持兼容，驱动器仍必须呈现 CHS 几何结构。因此，LBA 辅助翻译几何诞生了。 这允许使用 CHS 方案的完整理论 8 GiB 寻址范围，但给我们带来了诸如驱动器报告它们有数百个磁头之类的怪物，以便有某种方法可以通过 CHS 几何结构寻址所有驱动器的扇区。

CHS 以某种方式幸存下来，直到 1990 年代后期，当时常见的硬盘驱动器大小开始逐渐接近其理论极限。那时，很明显需要一些完全不同的东西。驱动器也变得越来越先进，大约在那个时候，驱动器开始能够对操作系统透明地重新映射坏扇区（这以前是操作系统文件系统代码的责任，这就是为什么例如 MS -DOS 6.x "ScanDisk" 能够对整个驱动器进行物理读/写扫描）。特别是当您进入透明扇区重映射领域时，CHS 寻址的整个概念变得毫无意义，因为没有任何内容表明您要求的 CHS 地址与最终被使用的地址有任何关系。

这个想法的诞生是为了简单地将驱动器作为一组扇区来处理。 SCSI 已经有一段时间了，最初使用 21 位 LBA，但后来转向 32 位 LBA，但 PC 已经彻底陷入 CHS 阵营，即使22 位 LBA 甚至在原始 IDE 标准中也是一个选项追溯到1980 年代中期。这是 LBA，或逻辑块寻址。出于我们的目的，相关的初始标准化 LBA 模式是 LBA-28，它允许寻址 128 GiB 的 512 字节扇区；在ATA-6 中，它被 LBA-48 取代。所有现代（大多数 1996 年后) 驱动器是 LBA，并且操作系统知道驱动器能够具有 512 字节或 4096 字节扇区。当操作系统的磁盘驱动程序需要一定数量的数据时，它会发出对扇区号 N 或区间扇区号 M 到 N 的读取请求。然后物理驱动器可以自由地将其转换为它使用的任何内部几何结构，无论通过什么方式它选择使用。这包括映射到物理盘片或芯片，以及其中的位置，以及透明的扇区重新映射。操作系统永远不需要知道或关心这些细节。这就是为什么您可以插入 SSD 并且它可以正常工作，尽管柱面、磁头和扇区的整个概念对于固态存储完全没有意义。我们目前使用 48 位 LBA 寻址，它允许寻址 2^48（大约 3*10^14）个扇区。具有 512 字节扇区，可寻址 128 PiB；转向 4,096 字节扇区在理论上已将其进一步提高到 1 EiB，尽管这可能需要更改设备通信协议。即便如此，128 PiB 远远超出了当前技术实际可行的范围，至少在不久的将来这不太可能成为问题。（你需要大约 20,000 个新奇的 6 TB 驱动器全部条带化到一个阵列中才能接近。）

现代驱动器还公开 SMART 自我监控数据，因此如果操作系统或应用程序确实关心，它可以找出一些关于正在发生的事情，例如扇区重新映射。但是操作系统不需要查看这些信息，因为（理论上，无论如何）它都是由驱动器内部处理的。