磁盘，提供持久的数据存储，它不像我们的内存，如果突然断电了，在内存中的数据一般都会被丢掉了，内存中的数据在保存的时候，会被写到硬盘里面，磁盘也是一种I/O设备。
我们都知道磁盘分区完成之后，还要进行格式化，这个格式化操作就是指定文件系统，文件系统的本质就是对一个存储设备上的元数据和数据就行组织，最终把数据有组织的放在可以长期存储的设备中。
本文主要是介绍可Linux中的磁盘分区和文件系统管理。
磁盘的接口类型：
IDE：一种较老的接口技术，价格低廉，兼容性强，传输速度可达133MB/s；
SCSI：主要应用于中、高端服务器中，支持热拔插，价格较高，其中UltraSCSI可达320MB/S，UltraSCSI640可达640MB/S；
SCSI接口
SATA：主要用于PC上，串口硬盘，可达6gbps；
SAS：是一种串行链接的SCSI接口技术，向下兼容SATA，速度快；
USB：一种便携的存储设备，USB3.0理论最大传输速度可达500MB/s，现在最新的USB3.1Gen 2最高可达10Gbps。
并口和串口的区别：
并口：同一线缆可以接多块设备，IDE和SCSI为并口硬盘；
串口：同一线缆只可以接一个设备，SATA、SAS和USB为串口，抗干扰能力强。
我们都知道作为linux的哲学思想之一，一切皆文件，在linux中使用设备文件来标识不同的硬盘，也就是设备的访问接口，在Linux中I/O设备分为2倍，字符设备和块设备，基于不同的功能进行分类的：
（1）字符设备：线性访问的，数据的交换单位是“字符”，提供的连续的数据流，不支持随机存取，举例来说，键盘、调制解调器都是典型的字符设备；
（2）块设备：可以提供随机访问，数据交换的单位是“块”，硬盘、CD-ROM驱动器都是典型的块设备，应用可以寻址磁盘上的任何位置，并读取数据。
在Linux系统中，c代表字符设备，b为块设备（红色部分标识）。
后面黄色标注的两行为设备号：
主设备号：左列，区分设备类型，用于标明设备所需要的驱动程序；
次设备号：右列，区分同种类型下的不同的设备。
mknod命令
mknod可以创建设备文件，格式如下：
mknod [OPTION]... NAME TYPE [MAJOR MINOR] 选项： -m MODE：创建后的设备文件的访问权限
mknod /dev/ttyUSB32 c 188 32
根据接口类型的不同，设备的文件名命令也有一些规定，在centos如下：
在引用设备的时候可以通过以下三种方式：
1.设备文件名，也就是/dev目录下的文件名；
2.系统卷标（volume label）；
3.UUID，唯一表示码，能够唯一的表示一个设备。
MBR和GPT
一块磁盘是可以被分割成多个分区，从Windows的角度来看，就是C,D,E分区。磁盘分区的方式有MBR和GPT。
MBR（Master Boot Record）
总共大小为512字节，存在于磁盘的第0个扇区。
446bytes：引导启动操作系统的程序；
64bytes：分区表，每16bytes标识一个分区，一共能够有4个主分区，但是如果想划分更多的区，可以指定扩展分区，比如分为3个主分区，一个扩展分区，而扩展分区可以划分为若干个逻辑分区。
综上所述，如果使用MBR分区，就必须至少有一个扩展分区，然后将扩展分区分成逻辑分区，逻辑分区的序号从5开始。
GPT（GUID Partition Table）：
MBR是另一种分区方式：
1)：GPT分区表中最多可以支持128个主分区
2)：突破了MBR单个分区只能是2.2T的限制，最大支持1EB容量
在GPT中主分区、扩展分区和模糊分区的概念就淡化了很多。
分区工具
fidisk
1.查看磁盘分区
fdisk -l device...：查看指定磁盘设备的分区情况
2.管理分区
fdisk为MBR方式的分区工具，提供了交互式的接口来管理分区所有的操作，都是在内存中完成的，当使用w保存的时候，才真正去创建或修改分区。
fdisk device
我们来试试，可以看到使用fdisk加设备名，就进入到了一个交互式的界面，输入m即可获得帮助：
[root@localhost ~]# fdisk /dev/sdb 欢迎使用 fdisk (util-linux 2.23.2)。 更改将停留在内存中，直到您决定将更改写入磁盘。 使用写入命令前请三思。 Device does not contain a recognized partition table 使用磁盘标识符 0x3918c6ef 创建新的 DOS 磁盘标签。 命令(输入 m 获取帮助)：m 命令操作 a toggle a bootable flag b edit bsd disklabel c toggle the dos compatibility flag d delete a partition <=======删除已有分区 g create a new empty GPT partition table G create an IRIX (SGI) partition table l list known partition types <======列出已知的分区类型 m print this menu <=======查看帮助信息 n add a new partition <=======创建新的分区 o create a new empty DOS partition table p print the partition table <======显示现有分区信息 q quit without saving changes <======不保存退出 s create a new empty Sun disklabel t change a partition's system id <========修改分区类型 u change display/entry units v verify the partition table w write table to disk and exit <========保存并退出 x extra functionality (experts only)
举个例子：现在新加了一块120G的磁盘，分为3个主分区，每个区20G，余下的空间都给扩展分区并添加一个20G的逻辑分区。
[root@localhost ~]# fdisk /dev/sdb 欢迎使用 fdisk (util-linux 2.23.2)。 更改将停留在内存中，直到您决定将更改写入磁盘。 使用写入命令前请三思。 Device does not contain a recognized partition table 使用磁盘标识符 0x3918c6ef 创建新的 DOS 磁盘标签。 命令(输入 m 获取帮助)：n Partition type: p primary (0 primary, 0 extended, 4 free) e extended Select (default p): p 分区号 (1-4，默认 1)：1 起始 扇区 (2048-251658239，默认为 2048)： 将使用默认值 2048 Last 扇区, +扇区 or +size{K,M,G} (2048-251658239，默认为 251658239)：+20G 分区 1 已设置为 Linux 类型，大小设为 20 GiB 命令(输入 m 获取帮助)：n Partition type: p primary (1 primary, 0 extended, 3 free) e extended Select (default p): p 分区号 (2-4，默认 2)：2 起始 扇区 (41945088-251658239，默认为 41945088)： 将使用默认值 41945088 Last 扇区, +扇区 or +size{K,M,G} (41945088-251658239，默认为 251658239)：+20G 分区 2 已设置为 Linux 类型，大小设为 20 GiB 命令(输入 m 获取帮助)：n Partition type: p primary (2 primary, 0 extended, 2 free) e extended Select (default p): p 分区号 (3,4，默认 3)： 起始 扇区 (83888128-251658239，默认为 83888128)： 将使用默认值 83888128 Last 扇区, +扇区 or +size{K,M,G} (83888128-251658239，默认为 251658239)：+20G 分区 3 已设置为 Linux 类型，大小设为 20 GiB 命令(输入 m 获取帮助)：n Partition type: p primary (3 primary, 0 extended, 1 free) e extended Select (default e): e 已选择分区 4 起始 扇区 (125831168-251658239，默认为 125831168)： 将使用默认值 125831168 Last 扇区, +扇区 or +size{K,M,G} (125831168-251658239，默认为 251658239)： 将使用默认值 251658239 分区 4 已设置为 Extended 类型，大小设为 60 GiB 命令(输入 m 获取帮助)：n All primary partitions are in use 添加逻辑分区 5 起始 扇区 (125833216-251658239，默认为 125833216)： 将使用默认值 125833216 Last 扇区, +扇区 or +size{K,M,G} (125833216-251658239，默认为 251658239)：+20G 分区 5 已设置为 Linux 类型，大小设为 20 GiB
查看分区情况：
[root@localhost ~]# fdisk -l /dev/sdb 磁盘 /dev/sdb：128.8 GB, 128849018880 字节，251658240 个扇区 Units = 扇区 of 1 * 512 = 512 bytes 扇区大小(逻辑/物理)：512 字节 / 512 字节 I/O 大小(最小/最佳)：512 字节 / 512 字节 磁盘标签类型：dos 磁盘标识符：0x3918c6ef 设备 Boot Start End Blocks Id System /dev/sdb1 2048 41945087 20971520 83 Linux /dev/sdb2 41945088 83888127 20971520 83 Linux /dev/sdb3 83888128 125831167 20971520 83 Linux /dev/sdb4 125831168 251658239 62913536 5 Extended /dev/sdb5 125833216 167776255 20971520 83 Linux
parted
这个工具既可以做MBR的分区，又可以做GPT的分区，主要时候用来做GPT的。
1.查看分区情况:
parted -l device （亲测：竟然也可以使用fdisk -l指定设备查看）
2.管理分区
parted也提供了交互式的接口来管理分区，输入help查看帮助，我们来看一下：
[root@localhost ~]# parted GNU Parted 3.1 使用 /dev/sda Welcome to GNU Parted! Type 'help' to view a list of commands. (parted) help align-check TYPE N check partition N for TYPE(min|opt) alignment help [COMMAND] print general help, or help on COMMAND mklabel,mktable LABEL-TYPE create a new disklabel (partition table) mkpart PART-TYPE [FS-TYPE] START END make a partition name NUMBER NAME name partition NUMBER as NAME print [devices|free|list,all|NUMBER] display the partition table, available devices, free space, all found partitions, or a particular partition quit exit program rescue START END rescue a lost partition near START and END rm NUMBER delete partition NUMBER select DEVICE choose the device to edit disk_set FLAG STATE change the FLAG on selected device disk_toggle [FLAG] toggle the state of FLAG on selected device set NUMBER FLAG STATE change the FLAG on partition NUMBER toggle [NUMBER [FLAG]] toggle the state of FLAG on partition NUMBER unit UNIT set the default unit to UNIT version display the version number and copyright information of GNU Parted (parted)
(parted) select /dev/sdc 使用 /dev/sdc
2）选择分区格式为GPT
mklabel gpt
下面是命令的使用帮助
(parted) help mklabel mklabel,mktable LABEL-TYPE create a new disklabel (partition table) “标签类型”是以下任意一项：aix, amiga, bsd, dvh, gpt, mac, msdos, pc98, sun, loop
3）使用mkpart分区时，不需要指定分区的数字标识（在MBR中可能要指定1-4或更多），可以直接给它加上名称，这说明在GPT分区的情况下，主分区扩展分区已经变得不那么重要了，分区的起始点最好从1开始
(parted) mkpart 分区名称？ []? my_data1 文件系统类型？ [ext2]? #文件系统先不用管，后面会讲到 起始点？ 1 # 结束点？ 2048 #默认为M
4）这样一个分区就创建好了，可以使用print查看
(parted) print Model: ATA VMware Virtual I (scsi) Disk /dev/sdc: 53.7GB Sector size (logical/physical): 512B/512B Partition Table: gpt Disk Flags: Number Start End Size File system Name 标志 1 1049kB 2048MB 2047MB my_data1
5）让我们再来新建一个分区，新建分区的起始点就是上一个分区的结束点
(parted) mkpart 分区名称？ []? my_data2 文件系统类型？ [ext2]? 起始点？ 2048 结束点？ 4096 (parted) (parted) print Model: ATA VMware Virtual I (scsi) Disk /dev/sdc: 53.7GB Sector size (logical/physical): 512B/512B Partition Table: gpt Disk Flags: Number Start End Size File system Name 标志 1 1049kB 2048MB 2047MB my_data1 2 2048MB 4096MB 2048MB my_data2
6）作为linux的哲学思想之一，避免与用户交互，我们也可以使用以下方式来创建新的分区
(parted) mkpart my_data3 4096 6144 (parted) (parted) print Model: ATA VMware Virtual I (scsi) Disk /dev/sdc: 53.7GB Sector size (logical/physical): 512B/512B Partition Table: gpt Disk Flags: Number Start End Size File system Name 标志 1 1049kB 2048MB 2047MB my_data1 2 2048MB 4096MB 2048MB my_data2 3 4096MB 6144MB 2048MB my_data3
7）parted使用quit退出即生效
(parted) quit 信息: You may need to update /etc/fstab. [root@localhost ~]#
[root@localhost ~]# cat /proc/partitions major minor #blocks name 8 16 125829120 sdb 8 17 20971520 sdb1 8 18 20971520 sdb2 8 19 20971520 sdb3 8 20 1 sdb4 8 21 20971520 sdb5 8 32 52428800 sdc 8 33 1998848 sdc1 8 34 1999872 sdc2 8 35 1999872 sdc3 8 0 20971520 sda 8 1 512000 sda1 8 2 20458496 sda2 11 0 4277248 sr0 253 0 16261120 dm-0 253 1 2097152 dm-1 253 2 2097152 dm-2
如果没有识别可以使用以下两种方式通知内核强制重读磁盘分区表：
partx -a device
kpartx -af device
如果命令一次不能成功，请多试几次。
文件系统的特性
磁盘分区完成之后，还要进行格式化，这个格式化操作就是指定文件系统，文件系统的本质就是对一个存储设备上的元数据和数据就行组织，最终把数据有组织的放在可以长期存储的设备中。
传统的说法是一个分区只能格式化成一种文件系统，但是由于新技术的产生，LVM或者RAID，一个分区可以被格式化成多个文件系统，也可以将多个分区格式格式化成一个文件系统。
数据一般分为实际的数据（实际的数据，一首mp3）和元数据（文件的属性和权限等），它们在文件系统中存放的位置是不同的。实际的数据是存储在data block中，元数据则是存储在innode中，除此之外还有一个superblock。
superblock：记录了文件系统的整体信息，包括innode/block的总量、使用量和剩余量和文件系统的格式等
inode：记录文件的属性，一个文件占一个inode，同时也记录了文件所在的block号
block：实际记录文件的内容，若文件大小大于block，则占用多个block块
下面就来讲一下inode和block之间的关系：
1.索引式文件系统
若一个文件的inode号是4，此中存放了其block的位置：2,7,13,15，那么操作系统读取数据的时候，就可以根据inode中block的位置一次性将数据读取出来。
2.链式文件系统
和索引式文件系统不同的是莲式读取文件方式，常见于U盘的FAT格式，这种文件系统没有inode的存在，每个block的号码都记录在前一个block中。
3.磁盘重组
磁盘重组的目的就是将写在磁盘中离散的block重新组织一下，将同一个文件的block块集合在一起，以便于数据的读取。导致数据离散的原因，一般是由于文件系统使用的时间过长，非常多次的数据的操作，比如删除、增加和修改的次数很多。
文件系统的类别
Linux的文件系统: ext2(无日志功能), ext3, ext4, xfs, reiserfs, btrfs
光盘：iso9660
网络文件系统：nfs, cifs
集群文件系统：gfs2, ocfs2
内核级分布式文件系统：ceph
windows的文件系统：vfat, ntfs
伪文件系统：proc, sysfs, tmpfs, hugepagefs
Unix的文件系统：UFS， FFS， JFS
交换文件系统：swap
用户空间的分布式文件系统：mogilefs, moosefs, glusterfs
linux下的EXT2文件系统
EXT2是一种比较旧的文件系统了，从Centos7开始文件系统已经开始使用了XFS，但是这种使用inode为基础的文件系统还是要了解的，毕竟后面也出现了它的升级版本，EXT3和EXT4。
前面说过inode记录是文件的权限和属性，inode和block在文件系统创建好之后就已经分好了的，但是我们想一想，如果一个硬盘有500G甚至更大，inode和block都放在一起就会显得不是很合理，数量过大，不容易去管理。所有在EXT2文件系统中在格式化的时候将文件系统分为多个区块，称为block group，每个block group都有自己的block/inode/superblock。
下面我们就来看看一个block group的大致样子：
在文件系统的最前面有一个Boot Sector，可以安装开机管理程序，这样我们就能将不同的开机管理程序安装在个别的文件系统之前，而不用覆盖整个磁盘的MBR，这样就能做出多重开机的环境。
block group的内容：
date block：用来放置文件内容的地方，大小一般为1k、2k、4k，block的大小在格式化之后就不能再改变了，每个block就能存放一个文件的数据。
inode table：记录了文件的权限，文件的大小，时间戳，flag或者该文件的真正指向
superblock：block和inode的数量信息，文件系统的时间戳，一个有效比特，该值为0代表已经被挂载，该值为1则没有被挂载
Filesystem Description：文件系统描述说明，描述了每个block group的开始和结束的block号码，已经说明了superblock\bitmap\inodemap\data block分别在哪个一个block号码之间。
block bitmap：block位图，记录block的使用情况，标明了哪些block是空的，我们在删除的文件的时候，会发现很快，删除文件操作其实就是改变了该文件占用的bitmap的位置为空，block的文件暂时没有删除，这就是我们的数据可以被找回的原因
inode bitmap：inode位图，与block bitmap的功能类似，记录的是使用与未使用的inode号码。
目录的Inode
文件系统会给目录分配至少一个block，inode记录了权限和属性以及分配到的block号，而block则记录了这个目录下的文件名与该文件名所占用的inode号码。
下面描述读取一个目录下文件的流程：
举例：root读取/tmp/test.txt文件的过程：
1./的inode：通过挂载点信息找到inode号码为128的根目录的inode，取得权限和block号
2./的block：根据block的号码，查看block的内容，找到目录tmp/的文件名和其inode号
3.tmp/的inode：根据inode，获取权限信息和block号
4.tmp/的block：查看对应的block的内容，找到test.txt的inode号
5.test.txt的inode号：根据inode，获取权限信息和对应的block号
6.test.txt的block：获取文件的实际内容
日志式文件系统功能
数据存放区域：inode table，data block
metadata：中介数据，变化次数频繁，superblock，block bitmap和inode bitmap
新增一个文件的过程：
1.根据目录文件的inode确定用户是否有权限
2.根据inode位图找到没有使用的inode号，在inode table写入权限等信息
3.根据block位图找到没有使用的block号，在block中写入实际数据，更新到inode中去
4.更新inode位图和block位图，并更新到superblock中
一般一个完整的新建文件的过程就如上
但是但是出现特殊情况，比如断电，可能会出现数据仅仅写到了inode table和block中却没有更新inode位图和block位图，也没有更新superblock，那就导致中介数据和真正存储数据的内容不一致。
在EXT2中，要使用e2fsck这个工具，要遍历整个文件系统，！！不敢想象啊！
所以就出现了日志式文件系统：
在文件系统中又单独划分一个区块，记录了写入或修改文件时的信息
1.当要写入一个文件的时候，就在日志区块记录一下某个文件要写入了
2.写入文件的数据，更新metadata数据
3.完成数据和metadate的更新，在日志记录区块当中完成对该文件的记录
这样，当发生意外的时候，我们可以直接检查日志记录区块，查看哪些文件有问题，然后做出校验即可
EXT2不支持日志式文件系统，EXT3和EXT4都支持日志式文件系统，并向下兼容EXT2
VFS
VFS（Virtual Filesystem Switch），linux系统通过VFS的核心功能去读取文件系统。
比如/是使用的是/dev/sda1，其文件系统是ext2格式的，而/home使用的/dev/sda2，其格式为xfs，如果我们现在要读取/home/Frank,直接cat就行了，我们有指定要用什么文件系统的模块去读取吗？没有，这个就是VFS的功能，VFS可以管理所有的filesystem，示意图如下：
