磁盘及文件系统管理

磁盘及系统管理

磁盘基本概念
磁盘分区管理
文件系统管理
设备挂载管理

磁盘基本概念：

硬盘分类

机械硬盘：

组成部件:   圆形的磁盘盘(主要记录数据的部分)；
            机械手臂，与在机械手臂上的磁盘读取头(可擦写磁盘盘上的数据)；
            主轴马达，可以转动磁盘盘，让机械手臂的读取头在磁盘盘上读写数据。

主要优势： 相对于固态硬盘来说，硬盘价格低，容量大，数据可恢复，使用寿命长

固态硬盘：

组成部件： 固态电子存储芯片阵列，FLASH芯片（控制单元）、DRAM芯片（存储单元）

主要优势：  防震抗摔、传输速率、功耗、重量、噪音上有明显优势，固态硬盘传输速率性能是机械硬盘的2倍

硬盘接口类型

 并行：
    IDE：每个控制器可接两块硬盘，早期PC机用的比较多，现在已经淘汰。133MB/s

    SCSI：可以接 N多块硬盘。转速高，寿命长，早期的服务器用的很多。320MB/s，目前面临淘汰。
串口：
    SATA：串行高级技术附件，一种基于行业标准的串行硬件驱动器接口。传输速率为：6Gbps            

    SAS：串行连接SCSI，是新一代的SCSI技术。可以与SATA兼容。600MB/s传输速率为：6Gbps

    USB：通用串行总线，是一个外部总线的标准。
            传输速率为：　USB2.0：60MB/s
                        USB3.0：500MB/s
                        USB3.1（也叫type-c）：1.2GB/s

设备文件：

在linux当中一切皆文件： open（），read（），write()，close()

设备文件：关联至一个设备驱动程序，进而能过和对应的硬件设备进行通信

设备类型：

块设备：block，存储单位为‘块’，通过磁盘存储

字符设备：char，存储单位为‘字符’，通过键盘存储

设备号码：

    主设备号：major number，能过标识设备类型

    次设备号：minor number，能过标识同一类型下的不同设备

磁盘设备文件命名：/dev/DEV_FILE

IDE： /dev/hd[a-z]         例如：/dev/hda, /dev/hdb

SCSI, SATA, USB, SAS:        /dev/sd[a-z]

虚拟磁盘：/dev/vd

不同磁盘标识：a-z,aa,ab…
    /dev/sda, /dev/sdb, ...

同一设备上的不同分区：1,2, ...
    主分区：/dev/sda[1-4]
    拓展分区： /dev/sda[5+]

注意：CentOS 6和7统统将硬盘设备文件标识为/dev/sd[a-z]#

引用设备的方式：

设备文件名：
卷标：
UUID：生成一个随机的128位编号

注：在脚本中，尽量避免使用磁盘设备文件名诸如sda，名称不稳定，应使用UUID

磁盘存储术语：

磁盘三维(chs): 柱面、磁头、扇区

head：磁头；         8bit寻址 2**8=256

track：磁道；

ctlinder：柱面       10bit寻址       2**10=1024

sector：扇区       6bit寻址 2**6=64

一个扇区共有512Byte，CHS可定义255*63*1024个扇区信息

echo 512*63*1024*255/1024/1024 | bc

8032M

CHS：老的命名方式，不超过8G

LBA：逻辑的块寻址，超过8G

磁盘分区管理

使用磁盘的步骤：

设备识别

设备分区

创建文件系统（格式化）

标记文件系统

在/etc/fstab文件中创建条目

挂载新的文件系统

为什么要分区：

1.优化 IO性能

2.实现磁盘空间配额限制

3.提高修复速度

4.隔离系统和程序

5.安装多个OS

6.采用不同的文件系统

分区类型 MBR、GPT

MBR：Master Boot Record 主引导记录

MBR 是位于磁盘最前边的一段引导（Loader）代码。它负责磁盘操作系统(DOS)对磁盘进行读写时分区合法性的判别、分区引导信息的定位，它由磁盘操作系统(DOS)在对硬盘进行初始化时产生的。

诞生于1982年，使用32位表示扇区数，分区不能超过2T

MBR如何分区：按柱面

0磁道0扇区：512bytes

446bytes：boot loader

64bytes：分区表

16bytes：标识一个分区（最多4个分区）

2bytes：55AA（分区标识位）

支持4个主分区；3个主分区+1扩展分区（N个逻辑分区）

注：生产中最好给MBR分区表进行备份

BIOS+MBR

传统BIOS运行流程：

开机–>BIOS初始化–>BIOS自检–>引导操作系统–>进入系统

GPT：GUID磁盘分区表

GPT为“全局唯一标识磁盘分区表”，是一个实体硬盘的分区表的结构布局的标准。它是可扩展固件接口（EFI）标准（被Intel用于替代个人计算机的BIOS）的一部分，被用于替代BIOS系统中的一32bits来存储逻辑块地址和大小信息的主开机纪录（MBR）分区表。

支持128个分区，使用64位，支持8Z（512Byte/block）,64Z（4096Byte/block）

使用128位的通用唯一识别码UUID 表示磁盘和分区表自动备份在头和尾两份，并有CRC校验位

UEFI（同一扩展固件接口）：硬件支持GPT，使操作系统启动

分区表

MBR保护+GPT分区表+GPT划分数据+备份

UEFI+GPT

UERI运行流程

开机–>UEFI初始化–>引导操作系统–>进入系统

管理分区

fdisk -l 列出所有磁盘信息。

Id：  83：Linux可以使用的文件系统。
      8e：指的是逻辑卷（logical volume）

查看分区

df查看磁盘状态

df：disk free

这里写图片描述

创建分区

fdisk /dev/sda进入管理sda磁盘

常用的几个：

m：menu，列出帮助菜单
d：delete，删除
n：new，新建
p：print，列出
t：调整分区ID
l：list，列出内核支持的分区ID
83 Linux（linux基础分区）
5 extend（扩展分区）
8e LVM（逻辑卷管理）
ee GPT（2T以上硬盘）
w：write，保存退出
q：quit，不保存退出

new新分区的时候，如果是加主分区，只能加到第四个。如果想要更多的分区，可以把第四个加为扩展分区。然后再在扩展分区上创建分区。

删除分区（删）

fdisk /dev/sda   

d             #进入删除模式

#             输入要删除的分区号

w             #保存退出

修改分区格式（改）

fdisk /dev/sda

t                 # 进入修改模式# 输入要修改的分区

L                 # 列出可以修改的格式# 输入要修改的格式的代码

w                 # 保存退出# 然后用到上面让内核识别的两个命令：

kpartx -af /dev/sda    # 强制添加分区到内核中

同步分区表

cat/proc/partations        查看内核是否已经识别新的分区

partprobe                 同步分区表（centos5,7可用）

partx -a  /dev/sda         增加分区同步分区表（centos6可用）时使用；

partx -d –nr M-N /dev/sda    删除分区同步分区表（centos6可用）时使用；

通知内核识别新分区

CentOS 5，7：partprobe

parprobe /dev/sda

CentOS 6 ：partx，kpartx

kpartx -l /dev/sda   # 列出sda中可重新加载到内核的分区
kpartx -af /dev/sda  # 强制添加分区到内核中
partx -a /dev/sda    # 再添加一次

CentOS 6 有时候不管用，只能重启系统(目前版本6.9，这个bug还没有修复。)，不过对于新硬盘，进行创建操作的时候，CentOS6不会有这个问题。

CentOS 5 和 7 使用partprobe即可，无bug。

文件系统管理

所谓文件系统，它是操作系统中藉以组织、存储和命名文件的结构。磁盘或分区和它所包括的文件系统的

不同是很重要的，大部分应用程序都基于文件系统进行操作，在不同种文件系统上是不能工作的。

文件系统类型

常见的几种文件格式：

基本：ext3（CentOS 5默认）， ext4（CentOS 6默认），xfs（CentOS 7 默认）btrfs，reiserfs，jfs，swap
光盘：iso9660(国际标准)
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
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
可移动U盘：fat32（文件最大不能超过4G）， exfat
windows：ntfs（linux可编译安装ntfs-3g来识别）
RAW：未经处理或者未经格式化产生的文件系统（性能好，但不便于管理）

根据文件系统是否支持“journal（日志）”功能可分为：

日志型文件系统：ext3，ext4，xfs，…（牺牲读取性能，防止数据文件破坏）
非日志型文件系统：ext2，vfat（易造成数据文件破坏）

文件系统的组成部分：

内核中的模块：ext4，xfs，vfat

用户空间的管理工具：mkfs.ext4，mkfs.xfs，mkfs.vfat

Linux的虚拟文件系统：VFS

查看支持的文件系统：cat /proc/filesystems

创建文件系统

mkfs命令两种用法：

1、mkfs.FS_TYPE /dev/DEVICE 建议使用此用法，直观不易出错
```
ext4

xfs

btrfs

vfat
```
2、mkfs -t FS_TYPE /dev/DEVICE
```
-L ‘LABEL’                 设定卷标（分区标签）
```

mke2fs ext系统文件系统专用的管理工具

-t{ext2|ext3|ext4} 创建文件系统类型

-b{1024|2048|4096}      设定block块的大小

-i #                     为数据空间每多少字节创建一个inode，此大小不应小于

block大小

-L                       添加卷标签（建议使用挂载点作卷标）

-N #                   指定分区中创建#个inode

-l                        一个inode记录占用磁盘空间的大小，128-4096

-m #                          默认5%，管理员用户预留空间占总空间百分百

文件系统标签LABEL

它是指向设备的另一种方法，与设备无关

blkid 块设备属性信息查看

格式：blkid [option]…[DEVICE]

-U UUID 根据指定UUID来查找对应设备

-L LABEL 根据指定卷标来查找对应设备

e2label：管理ext系列文件系统的LABEL卷标

格式：e2label DEVICE[LABEL]

findfs 查找分区

格式：findfs [option] LABEL = 根据卷标查找

findfs [option] UUID = 根据UUID查找

tune2fs 重新设定ext系列文件系统可调整参数的值

-l 查看指定文件系统超级块信息

-L ‘LABEL’ 修改卷标

-m # 修改预留给管理员空间的百分百

-j 将ext2升级到ext3

-O 文件系统属性启用或禁用，-O ^has_journal

-o 调整文件系统的默认挂载选项，-o^acl

-U UUID 修改UUID号

dumpe2fs

块分组管理，32768

-h 查看超级块信息，不显示分组信息

超级块（superblock）

dumpe2fs /dev/sda1 查看分区下所有超级块

-h 查看超级块信息

tune2fs -l 查看超级块信息

超级块时存储文件系统的大小、有多少是空的和已经填满的占多少，以及它们各自的总数和其他诸如此类的信息。

要使用一个分区来进行数据访问，那么第一个要访问的就是超级块，由此可见超级块的重要性。

超级块占用第一号物理块，是文件系统的控制块。超级块包括：文件系统的大小、空闲块数目、空闲块索引表、空

闲i节点数目、空闲i节点索引表、封锁标记等。超级块时系统为文件分配存储空间、回收存储空间的依据。