一、块设备
外存是一种块设备（block device），是指以固定大小的块（block）为单位进行读写访问的设备。这些设备以块为最小的访问单元，每个块都有一个唯一的地址。我个人理解，可以将一个块设备理解成以 block 为元素的线性数组。
其中 block 大小一般是 512 字节，也被叫作扇区 sector。其实这个大小对于现在的计算机有些太小了，所以往往这些 block 也会聚集成一个更大的单位，这里就会产生一些混乱，比如说这个更大的单位可以被叫作簇 cluster，也可以被叫作块 block。
块设备在 Linux 中显示为 /dev/ 下的一个文件，他们命名往往是 xxy ，其中 y 是 a, b, c, d 这样的字母，用于表示相同设备的编号。而 xx 表示设备的种类：
hd：指的是采用 IDE 磁盘接口的磁盘sd：原本是 SCSI disk，SCSI 和 IDE 都是旧控制器协议，现在也只 SATA 接口的磁盘vd：虚拟硬件设备，在一些虚拟化平台（如 KVM、QEMU、Xen）中，虚拟化主机的磁盘设备会被命名为vda、vdb、xvdc等类似的形式。nvme：NVMe 是 non-volatile memory express，它是一个主机控制器接口和存储协议，用于加速企业和客户端系统以及固态驱动器（SSD）之间的数据传输。它通过电脑的高速 PCIe 总线工作。总结就是一个比 SATA 快的固态硬盘设备。
当然我们提供了这些文件，主要是是为了使用他们，我门也不指望可以用 cat 查看他们内容了，但是可以用 dd 对它们进行复制，用 fdisk 对它们进行分区。
另外还有一种叫作磁盘镜像的文件，他们就是磁盘内容的完全复制，也就是说，所有能在 /dev/sda 上进行的操作，都可以在 disk.img 中进行，相当于是把一个磁盘内容作为文件放到了另一个磁盘上。
二、分区
一般我们并不会在拿到一个块设备后就立刻使用，而是对它们进行分区，分区的效果就是让一块磁盘看上去像多块磁盘。
至于为什么要分区，从历史的角度看，分区可能是因为 OS 并不能很好处理容量较大的磁盘，通过分区可以让磁盘分成多个小磁盘，方便 OS 的处理。而当今来看，分区和文件系统密切联系，一个分区上只能有一个文件系统，一个文件系统只能在一个分区上。所以当我们有使用多文件系统的需求时，也就需要分区了。
而为什么需要多个文件系统，就有很多原因了，比如最为朴素的，希望不同的文件属于不同的文件系统，比如 Windows 就希望所有的软件都在 C 盘中安装。而比较高端的，就是因为不同的文件系统具有不同的性质，比如有些不易失，但是速率较慢，而有些速度块，却很易失，所以就需要用多个文件系统来达到权衡。
分区的实现依赖于分区表，目前有两种格式的分区表，分别是 MBR 分区表和 GPT 分区表，后者可以创建更多的分区，是一种先进的设计。
我们可以用 fdisk 或者 gparted 对磁盘进行分区，我截了张图，是 Windows 下的分区
这张图基本上直观地反映了这篇博文的所有知识点。这个磁盘有 6 个分区，其中比较重要的 3 个分区分别是 C，D，E 盘。
有趣的是，分区和磁盘一样，同样会在 /dev/ 文件夹下出现，他们的命名格式就是原本的磁盘名字加上数字编号（或者一些其他类似的后缀），当我们使用 lsblk 命令时，会清楚得发现这个关系，如下所示：
$ lsblk
NAME MAJ:MIN RM SIZE RO TYPE MOUNTPOINTS
nvme1n1 259:0 0 476.9G 0 disk
├─nvme1n1p1 259:1 0 260M 0 part
├─nvme1n1p2 259:2 0 16M 0 part
├─nvme1n1p3 259:3 0 100G 0 part
├─nvme1n1p4 259:4 0 187.8G 0 part /run/media/thysrael/D
├─nvme1n1p5 259:5 0 187.8G 0 part /run/media/thysrael/E
└─nvme1n1p6 259:6 0 1000M 0 part
nvme0n1 259:7 0 931.5G 0 disk
├─nvme0n1p1 259:8 0 300M 0 part /boot/efi
└─nvme0n1p2 259:9 0 931.2G 0 part /（另外说一嘴，表头的 MAJ:MIN 指的是主设备号和次设备号）。
所有可以对磁盘文件使用的命令都可以对分区文件使用，而且分区文件还可以使用 mount 命令。这是因为只有分区因为有文件系统的存在，所以具有“可解释性”。而磁盘并没有这个特性。
三、文件系统
分区之后依然没法使用，因为我们还需要对分区进行格式化，在 Linux 上我们可以使用命令 mkfs 来进行格式化。正如这个命令本身所暗示的一样，格式化的本质就是在分区上创建一个“文件系统”。
这里需要区分一下文件系统的概念。事实上，我们会接触到两个文件系统，一个文件系统是我从小就接触到的，它被组织成一棵树型结构，有文件夹，有文件，我可以创建，删除，编辑，在各个路径下导航，这个文件系统是操作系统维护并呈现给我的。还有一个文件系统是我之前很少接触的，他们指的是如何规划分区里面的 block ，在原本线性的 block 数组上，构建一个树形结构，每个节点还存储着一些元数据。此外，还应当考虑这个树形结构的检索、安全、可恢复性、大小等因素。这个文件系统有 FAT, EXT, NTFS 等例子。
我们格式化生成的就是第二种文件系统，而第一种文件系统更像是第二种文件系统的“前端”。这种文件系统由以下几个部分组成：
- file data: 即文件中的数据
- meta data: 除了文件本身包含的数据，还有文件的访问权限、大小和创建时间等控制信息。这也被称为 inode
- control data: 用于记录分区 block 的使用情况和归属情况，可以是位图
- superblock: 包含了一个文件系统所有的控制信息，可以理解为文件系统的 meta data
四、挂载
那么如何让一个外存上的文件系统转变成我们常见的前端文件系统呢？是通过挂载 mount 。
挂载指的是在原有的前端文件系统中找到一个目录（也被称为挂载点），然后让 OS 解析外存文件系统，并将其根节点放到挂载点上的过程。之后我们就可以通过访问挂载点下的文件树，来访问实际的文件系统了。
示意图如下：
以 /home 为挂载点挂载 partition b，效果如图：
