极客笔记操作系统 磁盘管理
操作系统负责磁盘管理的各种操作。现代操作系统不断扩展其服务范围和附加功能，所有操作系统都实现了四个基本的操作系统管理函数。这些功能如下：
- 进程管理
- 内存管理
- 文件和磁盘管理
- I/O系统管理
大多数系统都包括辅助存储设备（磁盘）。这是一种低成本、非易失性的数据和程序存储方法。用户数据和程序存储在称为文件的不同存储设备上。操作系统负责按需分配辅助存储设备上的文件空间。
它不能确保文件保存在物理磁盘驱动器的连续位置上。它高度依赖于提供的空间。如果磁盘驱动器已满，新文件通常会存储在各个位置。另一方面，操作系统示例文件会隐藏文件被分割成多个部分的情况。
操作系统需要跟踪磁盘上每个文件部分的位置。在某些情况下，它可能需要跟踪物理磁盘驱动器上的许多文件和文件段。此外，操作系统必须能够识别每个文件并根据需求对其进行读取和写入操作。因此，操作系统主要负责设置文件系统，确保对辅助存储的读写活动的安全性和可靠性，并保持访问时间一致。
操作系统的磁盘管理包括以下各个方面：
1.磁盘格式化
新的磁盘主要是一块空白介质。它是由磁记录材料的盘片组成的。在磁盘能够存储数据之前，必须将其分区为磁盘控制器可以读取和写入的扇区。这被称为 物理格式化 和 低级格式化。
低级格式化 为驱动器上的每个扇区创建一个唯一的数据结构。扇区的数据结构由头部、数据区和尾部组成。磁盘控制器使用头部和尾部存储诸如纠错码（ECC）和扇区编号等信息。
操作系统必须在磁盘驱动器上记录自己的数据结构，以将其用作文件的存储介质。它分为两个阶段来完成。第一步是将磁盘驱动器划分为一个或多个柱面组。操作系统可以将每个分区视为单独的磁盘。例如，一个分区可以包含操作系统可执行代码的副本，而另一个分区可以包含用户文件。分区后的第二阶段是 逻辑格式化。 在这个第二阶段中，操作系统将初始文件系统数据结构存储在磁盘驱动器上。
2.引导块
当系统开机或重新启动时，必须执行一个起始程序。系统的启动程序称为引导程序。它在初始化系统所有组件后启动操作系统。引导程序的工作方式是在磁盘上寻找操作系统内核，将其加载到内存中，并跳转到一个初始地址以启动操作系统执行。
引导程序通常保留在大多数计算机系统的只读存储器中。这是有用的，因为只读存储器不需要初始化，并且位于一个固定的位置，无论电源是否打开或重置，CPU都可以开始执行。此外，它可能不会受到计算机系统病毒的影响，因为只读存储器是只读的。问题在于更新引导程序代码需要更换只读存储器硬件芯片。
因此，大多数计算机系统在引导ROM中包含小型引导加载程序软件，其主要功能是从磁盘驱动器加载完整的引导程序。整个引导程序可以轻松修改，并使用新版本重写磁盘。引导程序存储在一个分区中，称为 启动块。 引导磁盘 或 系统磁盘 是一种包含引导分区的磁盘类型。
3. 坏块
由于其移动部件和严格的公差，磁盘容易出现故障。当磁盘驱动器故障时，必须更换并使用备份介质将内容转移到替换磁盘上。在一段时间内，一个或多个扇区会变得有故障。大多数磁盘都带有坏块。这些块的处理方式各有不同，这取决于磁盘和控制器的使用。
在磁盘上，控制器会保留一个坏块列表。该列表在工厂的低级格式化期间初始化，并在磁盘的使用过程中进行更新。通过指示控制器，每个坏扇区可以用备用扇区之一进行替换。这个过程被称为扇区替换。