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1、文件系统介绍文件系统介绍有关文件系统的问题有关文件系统的问题v硬盘内部是什么样子？硬盘内部是什么样子？v硬盘如何进行数据读写？硬盘如何进行数据读写？v什么是文件系统？什么是文件系统？vFATFAT、NTFSNTFS、ext3ext3文件系统什么区别？文件系统什么区别？v文件系统有什么用处？与存放的数据有何关系？选择哪种文件系统有什么用处？与存放的数据有何关系？选择哪种文件系统格式化硬盘为宜？文件系统格式化硬盘为宜？硬盘内部结构图硬盘内部结构图硬盘读写原理v磁头在读取数据时，将磁粒子的不同极性转换成磁头在读取数据时，将磁粒子的不同极性转换成不同的电脉冲信号，再利用数据转换器将这些原不同的电脉冲信
2、号，再利用数据转换器将这些原始信号变成电脑可以使用的数据始信号变成电脑可以使用的数据主轴马达带主轴马达带动磁盘旋转动磁盘旋转读写磁头在磁盘读写磁头在磁盘表面表面上方上方飞飞行行 磁场资料磁场资料读写磁头读写磁头转动主轴转动主轴硬盘组成部分硬盘组成部分转动主轴转动主轴柱面柱面磁道磁道扇区扇区面面v硬件分区后，将会被划分为面、硬件分区后，将会被划分为面、磁道和扇区。磁道和扇区。v硬盘由一片或几片盘片叠加而硬盘由一片或几片盘片叠加而成。每盘片都有两个成。每盘片都有两个“面面”，这两个面都能存储数据，依次这两个面都能存储数据，依次称为：称为：0 0面、面、1 1面。面。v每个面都专有一个读写磁头，每个
3、面都专有一个读写磁头，依次称为：依次称为：0 0头、头、1 1头。头。v面上磁道号相同的磁道合起来，面上磁道号相同的磁道合起来，称为柱面称为柱面硬盘组成部分硬盘组成部分-磁道磁道v磁头依靠磁盘的高速旋转引起的空气动力效应悬浮在盘面磁头依靠磁盘的高速旋转引起的空气动力效应悬浮在盘面上，与盘面的距离不到上，与盘面的距离不到1 1微米（约为头发直径的百分之一）微米（约为头发直径的百分之一）。由于磁盘是旋转的，则连续写入的数据是排列在一个圆。由于磁盘是旋转的，则连续写入的数据是排列在一个圆周上的。我们称这样的圆周为一个磁道（周上的。我们称这样的圆周为一个磁道（TrackTrack）转动主轴转动主轴磁道
4、磁道0磁道磁道1磁道磁道2磁道磁道3硬盘组成部分硬盘组成部分扇区扇区v磁盘盘片被分成许多扇形的区域，每个区域叫一个扇区，磁盘盘片被分成许多扇形的区域，每个区域叫一个扇区，每个扇区可存储每个扇区可存储128B128B2 2的的N N次方（次方（N N0.1.2.30.1.2.3）字节信）字节信息息 转动主轴转动主轴扇区扇区扇区扇区硬盘的逻辑概念硬盘的逻辑概念-簇簇v扇区是磁盘最小的物理存储单元，但操作系统无法对数目扇区是磁盘最小的物理存储单元，但操作系统无法对数目众多的扇区进行寻址，所以将相邻的扇区组合，形成簇，众多的扇区进行寻址，所以将相邻的扇区组合，形成簇，然后对簇进行管理。然后对簇进行管理
5、。v每簇可以包括每簇可以包括2 2、4 4、8 8、1616、3232或或6464个扇区。簇是操作系个扇区。簇是操作系统所使用的逻辑概念，非物理特性。统所使用的逻辑概念，非物理特性。转动主轴转动主轴扇区扇区扇区扇区 扇区扇区扇区扇区簇簇硬盘的逻辑概念硬盘的逻辑概念-簇的分析簇的分析v文件数据并是完整地存放在磁盘的一个连续的簇区域内，文件数据并是完整地存放在磁盘的一个连续的簇区域内，而往往会分成若干不连续的段，称为文件的链式存储。而往往会分成若干不连续的段，称为文件的链式存储。v大簇大簇 -访问速度快，占用空间大访问速度快，占用空间大 小簇小簇 -访问速度慢，占用空间小访问速度慢，占用空间小 文
6、件系统简介文件系统简介v在磁盘上建立文件系统的过程通常称为在磁盘上建立文件系统的过程通常称为“格式化格式化”v如何磁盘扇区之间不建立任何的关系，操作系统就无法知如何磁盘扇区之间不建立任何的关系，操作系统就无法知道道文件从哪个扇区开始，文件占多少个扇区，文件有什么文件从哪个扇区开始，文件占多少个扇区，文件有什么属性属性。为了访问磁盘中的数据，就必需在扇区之间建立联。为了访问磁盘中的数据，就必需在扇区之间建立联系，也就是需要一种逻辑上的数据存储结构：系，也就是需要一种逻辑上的数据存储结构：把文件存储把文件存储于磁盘时所必须的数据结构及磁盘数据的管理方式于磁盘时所必须的数据结构及磁盘数据的管理方式-
7、文件文件系统系统SAS vs.SATASATA ISATA ISATA II SATA II SATA 3.0GbpsSATA 3.0GbpsSASSAS是一种磁盘连接技术。它综合是一种磁盘连接技术。它综合了现有并行了现有并行SCSISCSI和串行连接技术和串行连接技术（光纤通道、（光纤通道、SSASSA、IEEE1394IEEE1394及及InfiniBandInfiniBand等）的优势，以串行通等）的优势，以串行通讯为协议基础架构，采用讯为协议基础架构，采用SCSI-3SCSI-3扩扩展指令集并兼容展指令集并兼容SATASATA设备，是多设备，是多层次的存储设备连接协议栈层次的存储设备连
8、接协议栈 SAS 1.0SAS 1.0SAS 1.1 SAS 1.1 SAS 2.0SAS 2.0SAS vs.SATA1.SAS1.SAS指令兼容指令兼容SATASATA2.SAS1.12.SAS1.1和和SATA2.0SATA2.0的传输速率都是的传输速率都是3.0G3.0G3.SAS3.SAS有冗余端口而有冗余端口而SATASATA只有一个传输端口只有一个传输端口4.SAS4.SAS的磁盘转速为的磁盘转速为1000010000转而转而SATASATA大部分为大部分为72007200亲密接触亲密接触SATA和和SAS接口接口SATA SATA 端口（单口）端口（单口）电源接口电源接口电源接
9、口电源接口SAS SAS 冗余端口冗余端口SATA II/SAS SATA II/SAS 主端口主端口SAS SAS 端口端口1 1（正面）（正面）SAS SAS 端口端口2 2(背面背面)电源接口电源接口SASSAS外部接口实物图外部接口实物图 SASSAS外部接口图外部接口图 SATASATA外部接口图外部接口图 SASSAS接口图接口图 vSATA 使用单个路径来传输数据序列或者按照bit来传输，第二条路径返回响应。控制信息用预先定义的位来传输，并且分散在数据中间，以打包的格式用开/关信号脉冲发送，这样就不需要另外的传输线。vSATA带宽为16-bit。并行Ultra ATA总线每个时钟
10、频率传输16bit数据，而SATA仅传输1bit，但是串行总线可以更高传输速度来弥补串行传输的损失。SATA将会引入 1500Mbits/sec带宽或者1.5Gbits/sec带宽。由于数据用8b/10b编码，有效的最大传输峰值是150Mbytes/sec。SATA-1和SATA-2对应的传输速度分别是150MB/s和300MB/s。到2007年，在第三代串行 ATA技术中，存储系统将具有最高达600MB/s的数据带宽。SATA硬盘介绍硬盘介绍vSAS的接口技术可以向下兼容SATA。vSAS系统的背板(Backplane)既可以连接具有双端口、高性能的SAS驱动器，也可以连接高容量、低成本的S
11、ATA驱动器。因为SAS驱动器的端口与SATA驱动器的端口形状看上去类似，所以 SAS驱动器和SATA驱动器可以同时存在于一个存储系统之中。SATA系统并不兼容SAS，所以SAS驱动器不能连接到SATA背板上SAS硬盘介绍硬盘介绍SAS硬盘介绍硬盘介绍vSAS 使用的扩展器可以让一个或多个 SAS 主控制器连接较多的驱动器。每个扩展器可以最多连接 128 个物理连接，其中包括其它主控连接，其它 SAS 扩展器或硬盘驱动器。v高度可扩展的连接机制实现了企业级的海量存储空间需求，同时可以方便地支持多点集群，用于自动故障恢复功能或负载平衡。v目前，SAS接口速率为3Gbps，其SAS扩展器多为12端
12、口。不久，将会有6Gbps甚至12Gbps的高速接口出现，并且会有28或36端口的SAS扩展 器出现以适应不同的应用需求。其实际使用性能足于光纤媲美。SAS硬盘介绍硬盘介绍vSAS虽然脱胎于SCSI，但由于其突出的适于高端应用的性能优势，更普遍把SAS与光纤技术进行比较。v SAS采用了点到点的连接方式，每个SAS端口提供 3Gb带宽，传输能力与4Gb光纤相差无几，这种传输方式不仅提高了高可靠性和容错能力，同时也增加了系统的整体性能。v在磁盘端，SAS协议的交换域能够提供16384个节点，而光纤环路最多提供126个节点。FC硬盘硬盘4Gb4Gb光纤信道传输协议在光纤信道传输协议在2002200
13、2年通过美国国家标准协会年通过美国国家标准协会（ANSIANSI）的光纤信道实体接口（）的光纤信道实体接口（FibreFibre Channel-Physical Channel-Physical InterfacesInterfaces，简称，简称FC-PIFC-PI）规范，而与此同时，）规范，而与此同时，10Gb10Gb光纤标光纤标准也在同一年发表，但由于准也在同一年发表，但由于10Gb10Gb光纤并不具备向下兼容的光纤并不具备向下兼容的能力，用户如果希望升级到能力，用户如果希望升级到10Gb10Gb光纤平台，则必须更换所光纤平台，则必须更换所有基础设施。有基础设施。4Gb4Gb是以是以2
14、Gb2Gb为基础延伸的传输协为基础延伸的传输协 议，可以向下兼容议，可以向下兼容1Gb1Gb和和2Gb2Gb，在导入，在导入4Gb4Gb设备时，不需为了兼容性问题更换设备时，不需为了兼容性问题更换旧有的设备，不但可以保旧有的设备，不但可以保 护既有的投资，也可以采取渐进式护既有的投资，也可以采取渐进式升级的方式，逐步淘汰旧有的升级的方式，逐步淘汰旧有的2Gb2Gb设备。设备。文件系统基本概念文件系统基本概念v元数据:数据的数据v指数据的属性描述文件，容量大小固定、文件名，开始簇，大小，创建日期、时间，修改日期、时间，文件的读写属性等 文件系统基本概念文件系统基本概念v不同文件系统，不同格式标准
15、不同文件系统，不同格式标准v对于对于NTFSNTFS下的下的MetadataMetadata和和JFSJFS下的下的MetadataMetadata是不同的，是不同的，所以所以linuxlinux下兼容下兼容NTFSNTFS分区，是因为分区，是因为linuxlinux可以读取可以读取NTFSNTFS下下的的MetadataMetadata文件系统基本概念文件系统基本概念v访问控制访问控制文件系统基本概念文件系统基本概念v块数据块数据v应用程序直接对磁盘进行数据的读写，而不经过文件应用程序直接对磁盘进行数据的读写，而不经过文件系统的缓冲，数据的类型为块数据系统的缓冲，数据的类型为块数据块与文件数
16、据块与文件数据v业务系统上区分业务系统上区分需求核心：安全需求核心：安全需求核心：安全需求核心：安全内容内容内容内容管理管理管理管理应用应用应用应用实时实时实时实时事务事务事务事务应用应用应用应用块数据块数据块数据块数据文件数据文件数据文件数据文件数据VOD视频视频医疗医疗PACSSAM认证计费认证计费SQL数据库应用数据库应用Oracle数据库应用数据库应用Windows NTFS Windows NTFS 文件系统文件系统vMicrosoft Windows NT,2000,&XP Microsoft Windows NT,2000,&XP vNTFS NTFS 面向对象，非常灵活而易于扩
17、展面向对象，非常灵活而易于扩展v文件系统布局文件系统布局l启动扇区启动扇区 Boot SectorBoot Sector文件系统相关信息文件系统相关信息l主文件表主文件表 Master File Table(MFT)Master File Table(MFT)文件和其它对象的管理信息文件和其它对象的管理信息l数据区域数据区域Data AreaData Area文件和其它对象的数据内容文件和其它对象的数据内容v高安全性，可靠性高安全性，可靠性总结总结v内容：内容：FATFAT、NTFSNTFS、CIFS/NFSCIFS/NFS、EXTEXT、JFSJFSv存储系统与文件系统的关系存储系统与文件系统的关系v实验一：磁盘基本实验；介绍磁盘的基本操作和文件系统实验一：磁盘基本实验；介绍磁盘的基本操作和文件系统