一、磁碟硬體與介面

1. I/O 介面分類

• 並行總線：IDE (一總線兩裝置、主/從)、SCSI (寬/窄頻寬、多裝置鏈接)。
• 串行總線：SATA (6 Gbps)、SAS (6 Gbps)、USB (480 Mbps/5/10/20 Gbps) —— **單線單裝置、熱插拔、訊號完整性佳**。

2. 硬碟類型與效能

3. 機械硬碟幾何結構

• 磁軌：單面磁碟同心圓軌道，出廠低階格式化固定。
• 扇區：最小儲存單位，**傳統 512 bytes**，新制 **4K (Advanced Format)**。
• 柱面：所有磁碟面相同半徑磁軌組成的圓柱面，**分區劃分以柱面為單位**。
• 效能分布：外圈柱面 (低柱面號) 線速度快 → **傳輸率高**，Windows C 槽通常置於最外圈。

二、Linux 裝置命名與分區

1. 裝置檔案命名規範 (FHS /dev)

• IDE：`/dev/hd[a-z]` (已淘汰)。
• SCSI/SATA/USB/SAS/NVMe：`/dev/sd[a-z]` (磁碟) → `/dev/sda1`, `/dev/sda2`... (分區)。
• NVMe：`/dev/nvme0n1`, `/dev/nvme0n1p1`... (命名空間/分區)。
• **CentOS 6/7 統一將所有磁碟標識為 `/dev/sd[a-z]#`**。

2. MBR 分區限制

• 主引導記錄 (MBR) 僅 512 bytes：446B Bootloader + 64B 分區表 (4×16B) + 2B 魔數 (0x55AA)。
• **主分區最多 4 個**，或 **3 主分區 + 1 擴展分區**。
• 擴展分區內再劃分**邏輯分區** (編號從 5 開始)，數量無上限。
• **一個分區 = 一個獨立檔案系統**。

3. GPT 分區 (現代標準)

• 支援 128+ 主分區、64-bit LBA (支援 >2TB 磁碟)、備份分區表、CRC32 校驗。
• UEFI 開機必須 GPT + EFI 系統分區 (ESP, FAT32, 100-500MB)。

三、格式化與檔案系統

1. 低階 vs 高階格式化

• 低階：廠商完成，劃分磁軌/扇區/簇。
• 高階：建立檔案系統 (inode 表、超級區塊、日誌區、資料區)。

2. VFS (虛擬檔案系統) 架構

核心中介層，統一不同檔案系統操作介面 (open/read/write/stat...)。

3. Linux 原生檔案系統

• Ext 系列：ext2 (無日誌)、ext3 (日誌)、ext4 (延伸屬性、延遲配置、多塊分配) — **CentOS 5/6/7 預設**。
• XFS：高併發、大檔案、無單檔大小上限 — **CentOS 7/8/9 預設**、RHEL 7+ 預設。
• Btrfs：快照、子卷、壓縮、去重、RAID 整合 — Fedora/SUSE 預設。
• ReiserFS：小檔案極致優化 (現較少用)。

4. 跨平台/特殊檔案系統

類型	介面	理論頻寬	特性
機械硬碟 (HDD)	SATA/SAS	6 Gbps	磁碟旋轉 (5400/7200/10k/15k RPM)、磁頭機械尋道、平均延遲 4-10ms、容量大價格低
固態硬碟 (SSD)	SATA/NVMe	6 Gbps / 32+ Gbps	無機械結構、NAND 快閃記憶體、隨機讀寫 IOPS 高 (消費級讀 400k/寫 200k IOPS)、壽命以 TBW 計

類別	檔案系統	用途
光碟	iso9660, UDF	光學媒體唯讀/可寫
Windows	vfat (FAT32), ntfs, exfat	雙系統共享、行動儲存
網路	nfs, cifs (SMB)	NAS/伺服器共享掛載
叢集	gfs2, ocfs2	共享存儲叢集
分散式 (核心級)	ceph	物件/區塊/檔案統一存儲
虛擬/偽檔案系統	proc, sysfs, tmpfs, hugepagefs	核心資訊介面、記憶體檔案、大頁面
Unix 傳統	UFS, FFS, JFS	Solaris/AIX/HP-UX 相容
交換空間	swap	交換分區/檔案
用戶空間分散式	mogilefs, moosefs, glusterfs	應用層分散式存儲

5. 日誌式檔案系統機制

• 操作先寫入**日誌區** → 完成後回寫 inode/資料區 → 防止崩潰導致不一致、避免全盤 `fsck` 掃描。
• 代價：佔用空間 (數百 MB)、CPU 開銷 — 現代硬體完全可吸收。

四、引用裝置的三種方式

1. 裝置檔案名：`/dev/sda1` (易因掛載順序變動)。
2. 卷標 : `LABEL=MYDATA` (需 `e2label`/`tune2fs -L` 設定)。
3. **UUID** (最穩定) : `UUID=xxxx-xxxx-xxxx-xxxx` ( `blkid` 查看) — **/etc/fstab 強烈建議用 UUID**。

掌握上述概念，即具備 Linux 儲存規劃、故障排除、效能調校的堅實理論基礎。