linux磁盘管理及LVM

一、磁盘

1. 组成结构

1. 硬盘有数个盘片，每盘片两个面，每个面一个磁头
2. 盘片被划分为多个扇形区域即扇区 ，每个扇区存放512字节的数据，硬盘的最小存储单位
3. 同一盘片不同半径的同心圆为磁道
4. 不同盘片相同半径构成的圆柱面即柱面
5. 公式：　存储容量＝磁头数×磁道（柱面）数×每道扇区数×每扇区字节数
6. 信息记录可表示为：××磁道（柱面），××磁头，××扇区

我们知道，每个磁盘有两个面，每个面都有一个磁头，习惯用磁头号来区分。扇区，磁道（或柱面）和磁头数构成了硬盘结构的基本参 数，帮这些参数可以得到硬盘的容量，

2.磁盘类型

• IDE：并口数据线连接主板与硬盘，抗干扰性太差，且排线占用空间较大，不利电脑内部散热，已逐渐被 SATA 所取代。
• SATA：抗干扰性强，支持热插拔等功能，速度快，纠错能力强。
• SCSI：小型机系统接口，SCSI硬盘广为工作站级个人电脑以及服务器所使用，资料传输时CPU占用率较低，转速快，支持热插拔等。（虚拟机常用）
• SAS：是新一代的SCSI技术，和SATA硬盘相同，都是采取序列式技术以获得更高的传输速度，可达到 6Gb/s。
• 光纤通道：光纤通道磁盘大大提高了多磁盘系统的通信速度。热插拔、高度宽带、远程连接、连接设备数量大是光纤通道的主要特性。

3. 磁盘分区及MBR（主引导分区）

3.1 磁盘分区结构

• 分区分为主分区和扩展分区

1. 主分区和扩展分区共有四个
2. 分区序号为1-4
3. 扩展分区可以再划分一个或多个逻辑分区
4. 逻辑分区的分区号始终从5开始

3.2 MBR

• 位置位于第一块磁盘的第一个扇区

1. MBR中包含信息为硬盘的主引导程序和硬盘分区表，总共512字节，前446字节是主引导记录，分区表保存在MBR扇区中的第447-510字节中，每个表项16字节，共64字节
2. 硬盘的顺序号，以字母a、b、c……表示
   分区的顺序号，以数字1、2、3……表示。主分区从1-4，第一个逻辑分区始终从5开始。
   第一块硬盘第一个主分区就为：sda1 一次类推
   

二、管理磁盘分区

1. 磁盘文件类型

1. XFS文件系统

• 存放文件和目录数据的分区
  高性能的日志型文件系统，特别擅长于处理大文件，可支持上百万TB的存储空间。
  CentOS 7系统中默认使用的文件系统

2. 交换文件系统-----SWAP

• 为Linux系统建立交换分区，防止物理内存突然被占满，导致系统崩溃，可以临时充当物理内存使用
  但也只做应急备份，性能远不如物理内存
• 一般设置为物理内存的1.5~2倍

3. Linux支持的其他文件系统类型 ：EXT4、FAT32、NTFS、 LVM

2. 管理磁盘分区

命令格式：
查看磁盘信息：

fidisk  -l  [磁盘]

创建磁盘分区：

fdisk /dev/磁盘

进入交互模式后的常用命令

• m：获取帮助菜单
• n：新建分区
• p：查看分区情况
• d：删除分区
• t：变更分区的类型
• w：保存分区操作并退出
• q：不保存分区操作并退出

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磁盘信息：

查询信息解释

• Device（设备）：分区的设备文件名称。
• Boot：是否是引导分区。若是，则有“*”标识。
• Start：该分区在硬盘中的起始位置（柱面数）。
• End：该分区在硬盘中的结束位置（柱面数）。
• Blocks：分区的大小，以 Blocks（块）为单位，默认的块大小为 1024 字节。
• Id：分区对应的系统 ID 号。例如，83表示Linux中的XFS分区或EXT4分区、8e表示LVM逻辑卷。交换分区是82
• System：分区类型。

1. 创建磁盘分区

创建分区步骤
fdisk /dev/磁盘
n
	--> p 主分区、e 扩展分区、l 逻辑分区
		--> 设置分区：1  （范围1-4，如按 Enter 键接受默认值）
			--> 设置柱面序列 分区起始大小：直接按 Enter 键接受默认值
				--> 设置分区大小：+20G  （指定大小为 20GB，如按 Enter 键接受默认值表示所有空间）
					--w（保存分区配置）

2. 格式化磁盘分区

刚创建的分区是不能立即使用的，需要格式化创建文件系统后，再挂载才能使用

格式化命令：

mkfs -t 文件系统类型 分区设备
mkfs.文件系统类型 分区设备

3. 挂载/解挂硬盘

mount  [-t 类型]  存储设备  挂载点目录
mount  -o loop  ISO镜像文件  挂载点目录

-t：用于指定文件系统类型，通常可以省略，由系统自动识别
-o：挂载参数列表，以英文逗号分隔；如用来描述特殊设备，用loop指定

卸载已挂载的文件系统
卸载前提：挂载的设备或者目录没有被在使用中，要先退出挂载目录

umount [-lf] 存储设备目录或者挂载点目录

-l 表示解除正在繁忙的文件系统
-f 表示强制

3.1 设置自动挂载

设置文件系统的自动挂载
由于通过mount命令挂载是临时的 重启后就没了，所以可以选择修改vim /etc/fstab文件自动挂载
Linux 操作系统在每次开机时，会自动读取/etc/fstab文件的内容，自动挂载所指定的文件系统。

/etc/fstab文件的一行配置文件分为六段信息

• 第1字段：设备名或设备卷标名。（分区）
• 第2字段：文件系统的挂载点目录的位置。（挂载点）
• 第3字段：文件系统类型，如 xfs、swap 等。（文件系统类型）
• 第4字段：挂载参数，即mount命令“-o”选项后可使用的参数。例如，defaults（默认参数）、rw（可读写）、ro（只读）、noexec（禁用执行程序）。（挂载参数）
• 第5字段：表示文件系统是否需要 dump 备份（dump 是一个备份工具）。一般设为1时表示需要，设为0时将被dump 忽略。（备份）
• 第6字段：该数字决定在系统启动时进行磁盘检查的顺序。0表示不进行检查，1表示优先检查，2表示其次检查。根分区应设为 1，其他分区设为 2。（磁盘检查顺序）

写入时 按照前后顺序写入即可 ，保存重启后，写入的文件会自动挂载

4. 创建交换分区

命令格式：

mkswap 分区设备

4.1 创建交换文件系统

创建swap之前，目标分区应先通过fdisk 工具将分区类型ID 号设为 82

fdisk /dev/sdb
-->t
	-->分区号
		-->82

swapon 磁盘设备 #启用新增加的交换分区
swapoff 磁盘设备 #停用指定的交换分区
swapon -s #查看每个分区的swap状态信息
free -m #查看总的swap状态信息

4.2 建立交换分区

root@localhost ~]# mkswap /dev/sdb3      //建立swap分区（需未挂载）
mkswap: /dev/sdb3: warning: wiping old xfs signature.
正在设置交换空间版本 1，大小 = 10485756 KiB
无标签，UUID=3846f1ee-f59f-4655-a73f-0f0075434d6c
[root@localhost ~]# swapon /dev/sdb3    //启用分区

三、LVM（逻辑卷管理）

1. 基本概念

LVM是 Logical Volume Manager（逻辑卷管理）的简写，它是Linux环境下对磁盘分区进行管理的一种机制，能够在保持现有数据不变的情况下动态调整磁盘容量，从而提高磁盘管理的灵活性
本质上是一个虚拟设备驱动，是在内核中块设备和物理设备之间添加的一个新的抽象层次，它可以将几块磁盘(物理卷，PhysicalVolume)组合起来形成一个存储池或者卷组(VolumeGroup)。LVM可以每次从卷组中划分出不同大小的逻辑卷(LogicalVolume)创建新的逻辑设备。底层的原始的磁盘不再由内核直接控制，而由LVM层来控制。对于上层应用来说卷组替代了磁盘块成为数据存储的基本单元。LVM管理着所有物理卷的物理盘区，维持着逻辑盘区和物理盘区之间的映射。LVM逻辑设备向上层应用提供了和物理磁盘相同的功能

图示如下：

磁盘/分区（sda，sdb…）—>物理卷—>卷组—>逻辑卷（lvm）

• PV（Physical Volume，物理卷）
  物理卷是LVM机制的基本存储设备，通常对应为一个普通分区或整个硬盘。创建物理卷时，会在分区或硬盘的头部创建一个保留区块，用于记录 LVM 的属性，并把存储空间分割成默认大小为 4MB 的基本单元（PE），从而构成物理卷。

• VG（Volume Group，卷组）
  由一个或多个物理卷组成一个整体，即称为卷组，在卷组中可以动态地添加或移除物理卷。

• LV（Logical Volume，逻辑卷）
  从卷组中分割出的一块空间，形成逻辑卷。使用 mkfs 等工具可在逻辑卷上创建文件系统。

2. 管理命令

命令格式：

pvcreate 设备名1 [设备名2 ... ...]     //1.创建物理卷

vgcreate 卷组名 物理卷名1 物理卷名2     //2.创建卷组
vgextend 卷组名 /dev/sdc2           //扩容

lvcreate -L 容量大小 -n 逻辑卷名 卷组名  //3.创建逻辑卷
lvextend -L +大小  /dev/卷组名/逻辑卷名  //扩容

3. 实验配置

添加硬盘（≥2）创建分区 并且设置分区类型为“8e”
上述操作在前面文章已写，不再演示

3.1 创建物理卷

pvcreate /dev/sdb1 /dev/sdc1

3.2 创建卷组

vgcreate myvg /dev/sdb1 /dev/sdc1

3.3 创建逻辑卷

lvcreate -L 30G -n mylv myvg

3.4 格式化/挂载逻辑卷

至此，LVM配置完成可以使用
也可对LVM进行扩容
lvextend -L +大小 /dev/卷组名/逻辑卷名 //扩容
如果大小前不使用 “+”号 则为缩减至那个大小

例如：
lvextend -L 10G /dev/卷组名/逻辑卷名 为缩减逻辑卷大小至10G

四、磁盘配额

1. 基本概念

• 为了避免在服务器中出现类似磁盘空间不足的问题，就需要启用磁盘配额功能，对用户在指定文件系统（分区）中使用的磁盘空间、文件数量进行限制，以防止个别用户恶意或无意间占用大量磁盘空间，从而保持系统存储空间的稳定性和持续可用性。
• 在CentOS系统中，不同的文件系统使用不同磁盘配额配置管理工具。例如，XFS文件系统通过xfs_quota工具进行管理； EXT3/4 文件系统通过 quota 工具进行管理。

实现磁盘限额的条件及特点

1. 需要Linux内核支持
2. 安装xfsprogs与quota软件包

• 作用范围:针对指定的文件系统（分区)
• 限制对象:用户帐号、组帐号
• 限制类型:磁盘容量、文件数量
• 限制方法:软限制、硬限制

2. 实验配置

1. 检查安装软件包

Centos7以上已经默认安装

2. 以支持配额的方式挂载文件

mount -o usrquota,grpquota /dev/myvg/mylv /opt 	
//添加挂载参数“usrquota,grpquota”用于增加对用户、组配额功能的支持

也可使用自动挂载

3. 对用户进行配额设置

xfs_quota -x -c 'limit -u bsoft=80M bhard=100M isoft=4 ihard=5 text1' /opt/   #限制磁盘容量和文件数

• -x：表示启动专家模式，在当前模式下允许对配额系统进行修改的所有管理命令可用。
• -c：表示直接调用管理命令。
• -u：指定用户账号对象
• -g：指定组账号对象
• bsoft：设置磁盘容量的软限制数值（默认单位为 KB）。
• bhard：设置磁盘容量的硬限制数值（默认单位为 KB）。
• isoft：设置磁盘文件数的硬限制数值。
• ihard：设置磁盘文件数的软限制数值。
• PS：到达软限制后在Centos6版本中，会提示用户可用空间较少 Centos7不提示

xfs_quota -x -c ‘limit -u bsoft=80M bhard=100M zhangsan’ /opt/ #仅限制磁盘容量
xfs_quota -x -c ‘limit -u isoft=4 ihard=5 zhangsan’ /opt/ #仅限制文件数
xfs_quota -c ‘quota -uv zhangsan’ /opt/ #查看 zhangsan 磁盘容量限制
xfs_quota -c ‘quota -i -uv zhangsan’ /opt/ #查看 zhangsan 文件数限制

4. 验证限额配置

dd if=/dev/zero of=/opt/ddtest.txt bs=10M count=12  
   #验证磁盘容量超限
touch {
    
    1,2,3,4,5}.txt              
  #验证磁盘文件数超限

• dd 命令是一个设备转换和连续复制命令
• “if=” 指定输入设备（或文件）
• “of=” 指定输出设备（或文件）
• “bs=” 指定读取数据块的大小
• “count=” 指定读取数据块的数量
• /dev/zero “零”设备文件，可以无限的提供空字符。常用来生成一个特定大小 的文件。可做测试使用

验证容量限制：

图中测试为从“零”设备文件中取文件 第一次为取12次 一次为10M 还没有超过设置的限额（设置的硬限制为120M）
第二次再次写入时，超出限制 触发限额

验证创建文件限制：

设置的硬限制文件数为6个，所以创建第七个时 触发限额

查看配额使用情况：

xfs_quota -x -c 'report -a'         
#查看所有可用分区的磁盘容量配额使用情况
xfs_quota -x -c 'report -abih'    
  #查看磁盘容量和文件数的报告