操作系统 | “扇区”、“簇”、“块”、“页”等概念
总览：
簇/块 是操作系统读写文件的基本单位。
磁盘读写基本单位是扇区。操作系统是通过块和簇来做为单位读取等操作数据的。
扇区是磁盘最小的物理存储单元，是磁头从磁盘中读取数据的最小单位（一般512B），即磁头每次从磁盘中读取数据，都是一个扇区一个扇区读的。但由于操作系统无法对数目众多的扇区进行寻址，所以操作系统就将相邻的扇区组合在一起形成一个簇，然后再对簇进行管理(每个簇可以包括2、4、8、16、 32或64个扇区。)
块（簇）是 操作系统与磁盘（硬盘）交互的最小数据单元（在linux系统中称为块，在windows系统中称为簇）。操作系统从硬盘中拿一块数据，即完成一次磁盘IO。
块（数据块）的大小在硬盘格式化时被指定，一般有1K，2K，4K（最常用）。如果块的大小设置为4K，那么磁盘要读取8个扇区之后，才将数据块传给操作系统。另外，数据块也是DOS下数据存储的最小单元。例如，如果一个文件的大小为1K，而块的大小为4K，那么该文件还是会占用一个块，块中剩下的3K被空闲出来，不能用于存储其他数据。因此，设置块的大小时，需要考虑要存储文件的大小。
文件系统就是操作系统的一部分，所以文件系统操作文件的最小单位是块和簇。
磁盘控制器，其作用除了读取数据、控制磁头等作用外，还有的功能就是映射扇区和磁盘块的关系。
扇区是对硬盘而言，是物理层的。
块和簇是对文件系统而言，是逻辑层的。磁盘控制器是用来映射两层的。
1、什么是扇区和（磁盘）块？
物理层面：一个磁盘按层次分为 磁盘组合 -> 单个磁盘 -> 某一盘面 -> 某一磁道 -> 某一扇区
扇区，顾名思义，每个磁盘有多条同心圆似的磁道，磁道被分割成多个部分。每部分的弧长加上到圆心的两个半径，恰好形成一个扇形，所以叫做扇区。
扇区是磁盘中最小的物理存储单位。通常情况下每个扇区的大小是512字节。（由于不断提高磁盘的大小，部分厂商设定每个扇区的大小是4096字节）
逻辑层面： 磁盘块（虚拟出来的）。
块是操作系统中最小的逻辑存储单位。操作系统与磁盘打交道的最小单位是磁盘块。
2、什么是簇？和块什么区别？
簇就是块。
通俗的来讲，在Windows下如NTFS等文件系统中叫做簇；在Linux下如Ext4等文件系统中叫做块（block）。每个簇或者块可以包括2、4、8、16、32、64…2的n次方个扇区。
数据存储在硬盘的时候都是以簇为单位，所以无论文件大小是多少，除非正好是簇大小的倍数，否则文件所占用的最后一个簇或多或少都会产生一些剩余的空间，且这些空间又不能给其它文件使用，即使这个文件只有0字节，也不允许两个文件或两个以上的文件共用一个簇，不然会造成数据混乱。
操作系统规定，一个簇中只能放置一个文件的内容，因此文件所占用的空间只能是簇的整数倍，而如果文件实际大小小于一簇，它也要占一簇的空间。
所以一般情况下文件所占空间要略大于文件的实际大小，只有在少数情况下，即文件的实际大小恰好是簇的整数倍时，文件的实际大小才会与所占空间完全一致。簇的大小主要由磁盘的分区格式和容量大小来决定，簇数=取整(文件大小簇大小)+1所占空间=簇数x磁盘簇大小。
“文件大小”与“所占空间”的差别
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3、为什么存在磁盘块？
读取方便：由于扇区的数量比较小，数目众多在寻址时比较困难，所以操作系统就将相邻的扇区组合在一起，形成一个块，再对块进行整体的操作。
分离对底层的依赖：操作系统忽略对底层物理存储结构的设计。通过虚拟出来磁盘块的概念，在系统中认为块是最小的单位。
4、怎么映射磁盘块？
磁盘控制器，其作用除了读取数据、控制磁头等作用外，还有的功能就是映射扇区和磁盘块的关系。
5、磁盘的读写基本单位是什么？
磁盘读写基本单位是扇区。
磁盘的原理，物理实现，磁盘控制器是按照扇区这个单位读取等操作数据的。操作系统是通过块簇来做为单位读取等操作数据的。此题问磁盘的读写，和操作系统没有关系，千万不要联系到操作系统层面去了。
文件系统就是操作系统的一部分，所以文件系统操作文件的最小单位是块。
6、磁盘块与扇区的大小
既然磁盘块是一个虚拟概念。是操作系统自己＂杜撰＂的。软件的概念，不是真实的。所以大小由操作系统决定，操作系统可以配置一个块多大。
一个块大小=一个扇区大小*2的n次方。
N是可以修改的。
7、为什么磁盘块大小必须是扇区大小的整数倍呢？
磁盘读取数据的基本单位就是一个扇区的大小，一个块的大小对于磁盘来说就是一次获取数据读取的扇区数*扇区大小，如果是整数倍的扇区数对于磁盘的IO更好，速度更快，也会更合理的利用资源。否则会对扇区进行分割。
一个扇区是512字节。有些硬盘厂商会提供4k大小扇区。这是物理结构。磁盘定下来的结构就是没法修改的。所以必须要将块设置为磁盘的大小。
8、4k对齐
随着时代发展，硬盘容量不断扩展，使得之前定义的每个扇区512字节不再是那么的合理，于是将每个扇区512字节改为每个扇区4096 个字节，也就是现在常说的“4K扇区”。随着NTFS成为了标准的硬盘文件系统，其文件系统的默认分配单元大小（簇）也是4096字节，为了使簇与扇区相对应，即使物理硬盘分区与计算机使用的逻辑分区对齐，保证硬盘读写效率，所以就有了“4K对齐”的概念。
新标准的”4K扇区”的硬盘在厂商为了保证与操作系统兼容的前提下，也将扇区模拟成512B，会默认定义为4096字节大小为一个簇，但因为其引导区占用了一个磁道共63个扇区，真正的文件系统在63号扇区之后。
我们通过计算得出前63个扇区大小为：512Bx63=32256B
并按照默认簇大小得出63扇区为：32256B÷4096B=7.875簇
即从第63个扇区结束，往后的每一个簇都会跨越两个物理单元，占据前一个单元的一小部分和后一个单元的一大部分。
而“4K对齐”主要是将硬盘的模拟扇区(512B)对齐到8的整数倍个“实际”4K扇区，即4096B*8=32768B，其正好跨过了63扇区的特性，从第64个扇区对齐。
9、块与页的关系
操作系统经常与内存和硬盘这两种存储设备进行通信，类似于“块”的概念，都需要一种虚拟的基本单位。所以，与内存操作，是虚拟一个页的概念来作为最小单位。与硬盘打交道，就是以块为最小单位。
参考来源
扇区(sector)，块(block)，簇(cluster)_晚安丶的博客-CSDN博客_block sector