硬盘分区格式化后产生了哪些变化

linux系统下对硬盘进行分区格式化后产生了哪些变化，会产生哪些数据，保存在哪里?

在Linux系统中对硬盘进行分区和格式化后，会产生一系列结构性变化和数据，这些变化主要体现在分区表、文件系统元数据和设备标识三个层面，具体如下：

一、分区操作产生的变化与数据

分区是将物理硬盘划分为多个逻辑区域的过程，主要产生分区表数据，用于标记各分区的边界、类型等信息。

1. 分区表（Partition Table）

• 产生的数据：记录分区的起始/结束扇区、分区类型（如Linux分区、EFI分区）、分区标志（如可启动）等。
• 保存位置：
  • MBR分区表：存储在硬盘的第一个扇区（0号扇区，512字节），其中前446字节为引导代码，中间64字节为分区表（最多4个主分区），最后2字节为结束标志（0x55AA）。
  • GPT分区表：位于硬盘开头和结尾。开头包含保护性MBR（兼容旧系统）和主GPT表头（记录分区表位置、校验和），随后是分区项（每个128字节，最多128个分区）；结尾有一份备份GPT，防止主分区表损坏。
• 作用：让操作系统识别“硬盘被划分为几个区域”以及“每个区域的范围和用途”。

二、格式化操作产生的变化与数据

格式化（创建文件系统）是在分区内建立管理数据的规则，会生成文件系统元数据，用于组织文件、目录和存储空间。不同文件系统（如ext4、xfs、btrfs）的元数据结构不同，以下以最常见的ext4为例：

1. 块组（Block Group）划分

• 变化：分区被划分为多个大小相等的块组（Block Group），每个块组包含一组管理单元，提高读写效率。
• 块组数量：由分区大小和块大小决定，公式为 块组数量 = 分区总块数 / 每个块组的块数（例如10GB分区，4KB块大小，每个块组含32768块，则约80个块组）。

2. 超级块（Superblock）

• 产生的数据：记录文件系统的全局信息，如总块数、空闲块数、inode总数、块大小、创建时间、UUID等。
• 保存位置：
  • 主超级块位于第一个块组的起始位置。
  • 备份超级块分散在部分块组中（如块组0、1、3、5…），用于主超级块损坏时恢复。
• 作用：是文件系统的“总目录”，操作系统通过它识别文件系统的基本属性。

3. 块组描述符表（Group Descriptor Table）

• 产生的数据：每个块组对应一个描述符，记录该块组的块位图位置、inode位图位置、inode表位置、空闲块数、空闲inode数等。
• 保存位置：紧跟在超级块之后，也会在多个块组中备份。
• 作用：快速定位每个块组的管理结构。

4. 位图（Bitmap）

• 产生的数据：
  • 块位图：用1位表示1个数据块的状态（0=空闲，1=已使用）。
  • inode位图：用1位表示1个inode的状态（0=空闲，1=已使用）。
• 保存位置：每个块组内部，由块组描述符表指向。
• 作用：高效管理存储空间的分配与回收。

5. inode表（inode Table）

• 产生的数据：每个文件/目录对应一个inode，记录其权限（rwx）、所有者、大小、创建/修改时间、数据块指针等元信息（但不包含文件名）。
• 保存位置：每个块组内部，大小由inode总数决定（创建文件系统时可指定-i参数调整inode密度）。
• 作用：是文件的“身份证”，通过inode可找到文件的所有属性和数据位置。

6. 目录项（Directory Entries）

• 产生的数据：记录文件名与inode的映射关系（每个目录项包含文件名、inode编号、文件类型等）。
• 保存位置：以数据块形式存储在分区中，与普通文件数据一样占用块空间。
• 作用：建立“文件名→inode”的映射，让用户能通过文件名访问文件。

7. 日志（Journal，ext4特有）

• 产生的数据：记录文件系统元数据的变更（如创建文件、删除目录），类似数据库的事务日志。
• 保存位置：通常位于分区的固定区域（可通过mkfs.ext4 -J指定大小）。
• 作用：系统崩溃后快速恢复文件系统一致性，避免元数据损坏。

三、其他变化与数据

1. 设备文件：

   • 分区后，系统会在/dev下生成对应的设备文件（如/dev/sda1、/dev/mmcblk0p1），这些是内核识别分区的接口，并非实际存储在硬盘上的数据。

2. UUID与标签：

   • 格式化时会生成唯一标识符（UUID）和可选的标签（Label），存储在超级块中。
   • 系统通过/dev/disk/by-uuid/和/dev/disk/by-label/下的符号链接关联到设备文件，方便挂载时引用（避免设备名变动）。

3. 预留空间：

   • 部分文件系统（如ext4）会预留5%左右的空间给root用户和系统进程，防止分区占满导致崩溃，这部分空间信息记录在超级块中。

总结

这些数据构成了文件系统的“骨架”，使得操作系统能够有序地管理文件的创建、读取、修改和删除。如果这些数据损坏（如超级块损坏），可能导致分区无法挂载或数据丢失。