linux磁盘管理与分区 转载

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一、基础知识

一块磁盘可以分为多个分区(partition)，如window的C、D、E盘一样。linu系统是安装在磁盘上，在linux中设备都是以文件类型存在。

1.1 磁盘接口

个人计算机常见的磁盘接口有两种，分别是IDE和SATA:

• IDE
  使用的排线较宽，每条线上可以接两个IDE设备(Master/Slave)，磁盘驱动器上提供调整跳针来指定master或slave.一般助理都会提供两个IDE接口，因此最多可以接到4个IDE设备。传输133MB每秒。这四个IDE设备文件名如下：

IDE	Master	slave
IDE1(Primary)	/dev/hda	/dev/hdb
IDE2(Secondary)	/dev/hdc	/dev/hdd

• SATA
  插槽比IDE小，排线较细有利于主机内部散热和安装。传输速度300MB每秒。目前大部分机器都采用了SATA。

1.2 磁盘组成

磁盘由盘片、机械手臂、磁头和主马达组成。而对于每个盘片又可以细分出扇区(Sector)、柱面(Cylinder)两个单位。

盘面
硬盘一般会有一个或多个盘片，每个盘片可以有两个面(Side)，即第1个盘片的正面称为0面，反面称为1面；第2个盘片的正面称为2面，反面称为3面…依次类推。每个盘面对应一个磁头(head)用于读写数据。第一个盘面的正面的磁头称为0磁头，背面称为1磁头；第二个盘片正面的磁头称为2磁头，背面称为3磁头，以此类推。盘面数和磁头数是相等的。关机时磁头停留在盘片启停区，开机时磁头“飞行”在磁盘片上方。为了避免磁盘和磁头损坏，建议不要强制关机。

磁道
每个盘片的每个盘面被划分成多个狭窄的同心圆环，数据就是存储在这样的同心圆环上，我们将这样的圆环称为磁道(Track)，每个盘面可以划分多个磁道。关机时磁头停留在硬盘的着陆区(Landing Zone)，这个着陆区以前是位于离盘心最近的区域，不存放任何数据。
在每个盘面的最外圈，离盘心最远的地方是“0”磁道，向盘心方向依次增长为1磁道，2磁道，等等。硬盘数据的存放就是从最外圈开始

扇区
每个磁道划分成若干弧段，每段称为一个扇区(Sector)。扇区是硬盘上存储的物理单位，每扇区大小是512字节，大小不可改变。

柱面
柱面其实是我们抽象出来的一个逻辑概念,不同面上相同磁道编号则组成了一个圆柱面，即所称的柱面(Cylinder)。这里要注意，硬盘数据的读写是按柱面进行，即磁头读写数据时首先在同一柱面内从0磁头开始进行操作，依次向下在同一柱面的不同盘面(即磁头上)进行操作，只有在同一柱面所有的磁头全部读写完毕后磁头才转移到下一柱面，因为选取磁头只需通过电子切换即可，而选取柱面则必须通过机械切换。电子切换比从在机械上磁头向邻近磁道移动快得多。因此，数据的读写按柱面进行，而不按盘面进行。读写数据都是按照这种方式进行，尽可能提高了硬盘读写效率。
簇
将物理相邻的若干个扇区称为了一个簇。

容量计算公式：
硬盘容量=盘面数×柱面数×扇区数×512字节

1.3 硬盘读写数据的过程

现代硬盘寻道都是采用CHS(Cylinder Head Sector)的方式，硬盘读取数据时，读写磁头沿径向移动，移到要读取的扇区所在磁道的上方，这段时间称为寻道时间(seek time)。因读写磁头的起始位置与目标位置之间的距离不同，寻道时间也不同。目前硬盘一般为2到30毫秒，平均约为9毫秒。磁头到达指定磁道后，然后通过盘片的旋转，使得要读取的扇区转到读写磁头的下方，这段时间称为旋转延迟时间(rotational latencytime)。

1.4 磁盘分区表

磁盘上的第一个扇区特别主要，它记录两个重要的信息：
1. 主引导分区(Master Boot Record，MBR)。可以安装引导加载程序的地方，有446bytes。MBR是系统开机的时候会主动去读取这个区块的内容，这样系统才会知道你的程序放在哪里且该如何开机。
2. 分区表(partition table):记录整块硬盘分区的状态,有64bytes。

第一扇区结构如下：

分区表

分区表只有64bytes，最多能容纳4个分区记录，这四个分区被称为主(Primary)和扩展(Extended)分区。分区的最小单位是柱面，也是文件系统的最小单位。分区表记录了每个分区起始和结束的柱面号码。为什么要进行磁盘分区呢？有以下好处：
1. 数据的安全性。对某个分区数据重整时不影响其他分区。
2. 系统性能。数据一般存放在同一个分区中，使得数据分布更加集中，有助于数据读取的速度和性能。

虽然分区表只能分配4个分区，但可以利用扩展分区使额外的扇区来记录分区信息，扩展分区本身不能被格式化。从扩展分区切出来的分区叫做逻辑分区。如图：

上述分区在linux系统中文件名分别为：

• P1:/dev/hda1 (主分区)
• P2:/dev/hda2 (扩展分区)
• L1:/dev/hda5
• L2:/dev/hda6
• L3:/dev/hda7
• L4:/dev/hda8
• L5:/dev/hda9

逻辑分区从5开始，前面的4个号码都是保留给主分区和扩展分区用。分区还具有以下特性：

• 主分区和扩展分区最多只有四个（硬盘限制）
• 扩展分区最多只有一个（操作系统限制）
• 逻辑分区是有扩展分区持续切割出来的分区
• 能够被格式化后作为数据访问的分区为主分区和逻辑分区，扩展分区无法格式化
• linux系统中，IDE硬盘最多有59个逻辑分区(5~63)，SATA硬盘则有11个逻辑分区(5~15)

1.5 固态硬盘和机械硬盘

1. 性能方面，固态硬盘完胜机械硬盘。固态硬盘的读写速度要比机械硬盘的读写速度高，一般要高2倍左右的速度读写能力。
2. 机械硬盘容量大，价格低。固态硬盘容量普遍偏小，价格昂贵。
3. 固态硬盘几乎0噪音，机械硬盘噪音较大
4. 机械硬盘的体积要比固态硬盘大，所以重量也要比固态硬盘重
5. 在功耗方面，固态硬盘也要低于传统的机械硬盘

二、安装时分区

2.1 挂载

挂载是利用一个目录当成进入点，将磁盘分区的数据放置在该目录下，也就是说进入该目录就可以读取该分区的意思。这个进入点的目录就称为”挂载点”

例如 partion1 挂载在根目录上，partion2挂载在/home，意味着/home下数据都存放在partion2上，其他数据都放在partion1上。

3.1 分区规划

最简单的分区方法就是仅分出根目录和内存交换空间(/ & swap)即可。但是这样的分区不保险，如果任何一个细节坏掉(例如坏轨的产生)，你的根目录将可能整个损毁。

分多个区有以下几个目的：

• 避免磁盘一些细节坏掉，使得整个目录损毁
• 在不损失数据的情况下重装系统，比如独立设置/home挂载点,重装系统的时候直接标记回/home，数据不会有任何损失。
• 针对不同挂载点的特性分配合适的文件系统以合理发挥性能，比如对/var使用reiserfs，对/home使用xfs，对/使用ext4。
• 针对不同的挂载点开启不同的挂载选项，如是否需要即时同步，是否开启日志，是否启用压缩。
• 大硬盘搜索范围大，效率低
• 磁盘配额只能对分区做设定
• /home、/var、/usr/local 经常是单独分区，因为经常会操作，容易产生碎片

建议挂载的几大目录：

目录	说明	建议大小
/	根目录，唯一必须挂载的目录。	10~15G
swap	交换分区，可能不是必须的。	一般为内存2倍，最大指定2G即可
/home	用户目录,存放用户文件，是读写很频繁的一个目录。最好分配一个分区	最大的剩余空间
/usr	应用程序目录。大部分的软件都安装在这里，如果您计划安装许多软件，建议也给它分配一个分区	最大的剩余空间的一半
/var	包含系统运行时要改变的数据。通常这些数据所在的目录的大小是要经常变化的，系统日志记录也在/var/log下。一般多用户系统或者网络服务器要建立这个分区，设立这个分区，对系统日志的维护很有帮助。	一般设置2-3G大小
/boot	包含了操作系统的内核和在启动系统过程中所要用到的文件。	100M左右
/tmp	临时文件，方便加载ISO镜像文件使用，对于多用户系统或者网络服务器来也有独立挂载的必要。临时文件目录，也是最常出现问题的目录之一。	一般设置1-5G

三、安装后新增硬盘

系统安装完成之后，有时候因为硬盘容量不够等原因会新增一些新的硬盘。那么添加新的硬盘之后应该做些什么?
1. 对磁盘进行分区，以新建可用的分区
2. 对该分区进行格式化，以创建系统可用的文件系统
3. 可对刚新建的文件系统进行检验
4. 创建挂载点，挂载新硬盘

1. 查看当前磁盘使用情况

1. df -h

首先查看当前硬盘使用情况，看看哪些地方需要增加存储容量。

虽然此刻各目录还有足够的空间，但考虑/home和/usr 后续还有一些新增数据。因此确定新增硬盘用于挂载到/home和/usr上。

2. 查看新增硬盘设备

1. fdisk -l

命令的作用是列出当前系统中所有硬盘设备及其分区的信息(fdisk只有root才能执行)。新的硬盘设备还未进行初始化，没有包含有效的分区信息。/dev/sda1、/dev/sda2、/dev/sda3是已经存在的硬盘。/dev/sdb 是新增的硬盘。

Device：分区的设备文件名称。
Boot：是否是引导分区，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：分区类型的ID标记号，对于ext3分区为83，LVM分区为8e。
System：分区类型。

3. 分区

1. fdisk /dev/sdb #对 sdb 进行操作

fdisk交互命令:

命令	说明
a	设置可引导标记
b	编辑bsd磁盘标签
c	设置Dos操作系统兼容标记
d	删除一个分区
l	显示已知的文件系统类型，82为Linux swap分区，83为Linux分区
m	显示帮助菜单
n	新建分区
o	建立空白的DOS分区表
p	列出当前磁盘的分区表信息
q	不保存退出
s	新建空白SUN磁盘标签
t	改变一个分区的系统ID
u	改变显示记录单位
v	验证分区表
w	保存退出
x	附加功能

根据以上命令，我们可以通过以下指令进行分区。
新增分区过程：
1. fdisk /dev/sdb # /dev/sdb是新增的硬盘
2. n: 创建分区,这时候会让你选择一个分区数字，比如1
3. w或q: w是保存退出，这个需要谨慎使用，后果自负。q是不保存退出，练习时可以用。

设置分配好的分区，输入w保存退出。如果这时提示要重启才能生效，因为分区表被占用无法重新取得分区表信息。如果此刻不想重启又想让其生效，可以使用下面命令：

1. partprobe #强制让内核重新找一次分区表

注：root在进行磁盘分区的时候，最好是在单用户维护模式下比较安全。
fdisk没有办法处理大于2TB以上的磁盘分区

4. 进行格式化(创建文件系统)

1）查看/home的文件格式

1. df -hT

2）格式化分区

1. mkfs -t ext4 /dev/sdb1

如果需要在创建文件系统的时候指定系统的卷标(label)、block的大小以及inode的数量，那么需要使用mkfs2命令
。

1. mkfs2 [-b block大小] [-i block大小(一个inode多少容量)] [-L 卷标] [-cj] 设备

-b: 可以设置每个block大小。目前支持1024，2048，4096
-i: 多少容量给予一个inode
-c：磁盘错误检查，下达一个-c进行快速读取测试。下达两次-c -c，会测试读写。
-L: 卷标名称
-j: 成为EXT3,不加为EXT2

5. 检查

• fsck用来检查和修正文件系统错误的命令。通常情况下只有root且文件系统有问题时才使用，否则正常情况下使用此命令，可能会造成对系统的伤害。
• badblocks用来检查硬盘或软盘扇区有没有坏轨的命令

1. badblocks -[svw] 设备名称
2. -s: 在屏幕中列出进度
3. -v: 可以在屏幕上看到进度
4. -w: 使用写入的方式来测试，建议不要使用此参数，尤其已有文件时。

6. 挂载

挂载前需要注意一下事情：

• 单一文件系统不应该被重复挂载在不同的挂载点
• 单一目录不应该重复挂载多个文件系统
• 作为挂载点的目录，理论上都应该是空目录才是。如果挂载的目录不为空，那么挂载了文件系统之后，原目录下的东西就会暂时消失(被隐藏，而不是被覆盖)。

如果直接将新的分区，如 “/dev/sdb1”挂载到某个目录下，如 “/home”下，则会导致 “/home” 目录以前的全部文件被覆盖，但并未消失。且不会将此前的目录容量加上，这会导致严重的问题。

• 所以我们需要先将 “/dev/sdb1” 挂载到 “/mnt” 下；
• 再将 “/home/*” 所有东西复制到 “/mnt/”；
• 接着删除 “/home/*” 全部文件；若因为与此目录有关的程序运行占用目录导致无法删除 “/home”，则利用 lsof 命令找到这些程序的 PID，然后 “kill -9 PID” 后在删除 “/home” 。lsof 命令 列出被进程所打开的文件的信息
• 之后再解挂载 “/mnt”；
• 最后再将 “/dev/sdb1” 挂载到 “/home”；
• 将此写进 /etc/fstab 配置文件中，让它开启自读取

1. >mount /dev/sdb1 /mnt
2. >cp -Rp /home/* /mnt #R递归负责，p保持复制的权限，如果没有这个，到时后/home目录下的某文件夹的所有者和所属组都是 root，没有办法切换到此用户。
3. >rm -rf /home #此处可能会用到 lsof 命令 --> lsof /home
4. >umount /mnt
5. >mount /dev/sdb1 /home

将此写进 /etc/fstab 配置文件中，让它开启自读取

1. >vi /etc/fstab
2. /dev/sdb1 /home ext4 defaults 0 0

第一字段：设备名或设备卷标名。
第二字段：文件系统的挂载点目录的位置。
第三字段：文件系统类型，如ext3、swap等。
第四字段：挂载参数，即mount命令“-o”选项后可使用的参数，如defaults、rw等。
第五字段：表示文件系统是否需要dump备份，一般设为1时表示需要，设为0时将被dump所忽略。

第六字段：该数字用于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。对于根分区应设为1，其他分区设为2.

系统文件/etc/fstab是系统自动挂载文件，所以不能写错，一旦写错可能导致系统直接崩溃。所以我们在保存/etc/fstab文件之后，我们必须使用命令mount -a自动实现挂载

1. mount -a #依据配置文件/etc/fstab的内容，自动挂载
2. mount -o remount,rw / # /etc/fstab文件修复

四、交换区的构建

如果在安装系统的时候没有分配swap，为了应付物理内存不足的情况下造成的内存扩展记录，可以构建swap在硬盘上暂时存放内存中的信息。构建步骤:
1. 分区：利用fdisk分出一个分区作为swap.
2. 格式化：利用“mkswap 设备文件名”格式化一个swap。
3. 使用：将该swap启动，“swapon 设备文件名”
4. 查看:通过free查看内存状态。

五、磁盘管理相关命令

• df 命令可以获取硬盘被占用了多少空间，目前还剩下多少空间等信息，它也可以显示所有文件系统对i节点和磁盘块的使用情况；
• du的英文原义为“disk usage”，含义为显示磁盘空间的使用情况，统计目录（或文件）所占磁盘空间的大小；
• fdisk 命令用于磁盘分区；上一节已经讲过
• mkfs 格式化并创建文件系统。
• fsck、badblocks磁盘检验
• unmount 卸载

1. unmount [-fn] 设备名或挂载点

-f： 强制卸载
-n: 不更新 /etc/mtab的情况下卸载。filesystem的挂载是记录到/etc/mtab与/proc/mounts这两个档案中的。每次我们在更动filesystem的挂载时，也会同时更动这两个档案。参考[/etc/mtab和/proc/mounts的区别]

• e2label：修改设备label。e2label 设备名称 新的label名称
• du
  查看当前文件大小，du -h –max-depth=1

参考

[1] Linux 磁盘分区
[2] 硬盘的存储原理和内部架构
[3] Linux 安装分区设置 分区大小 功能
[4] Linux系统安装时分区的选择
[5] 安装Linux前的规划
[6] 玩转 Linux 之：磁盘分区、挂载知多少？
[7] 给Linux新增硬盘之后
[8] 《鸟哥私房菜》磁盘的分区、格式化、检验与挂载