末学者daylight__Linux磁盘管理及LVM

 

 

 

 

一．硬盘接口

 

从整体的角度上，硬盘接口分为IDE、SATA、SCSI和SAS四种，IDE接口硬盘多用于家用产品中，也部分应用于服务器，SCSI接口的硬盘则主要应用于服务器市场，而SAS只在高端服务器上，价格昂贵。

 

二．硬盘种类

 

SATA硬盘:用SATA接口的硬盘又叫串口硬盘，是以后PC机的主流发展方向，因为其有较强的纠错能力，错误一经发现能自动纠正，这样就大大的提高了数据传输的安全性。新SATA使用了差动信号系统"differential-signal-amplified-system"。这种系统能有效的将噪声从正常讯号中滤除，良好的噪声滤除能力使得SATA只要使用低电压操作即可，和 Parallel ATA 高达5V的传输电压相比，SATA 只要0.5V(500mv) 的峰对峰值电压即可操作于更高的速度之上。"比较正确的说法是:峰对峰值'差模电压'"。一般转速可达7200转/分。

 

SCSI硬盘:SCSI硬盘即采用SCSI接口的硬盘。 a）优点:SCSI接口具有应用范围广、多任务、带宽大、CPU占用率低，以及热插拔等。它由于性能好、稳定性高，因此在服务器上得到广泛应用。b）缺点:由于SCSI硬盘价格非常昂贵，所以一般的PC是不会使用SCSI硬盘。 一般转速可达10000转/分。

 

SAS硬盘:SAS(Serial Attached SCSI)即串行连接SCSI，是新一代的SCSI技术，和现在流行的Serial ATA(SATA)硬盘相同，都是采用串行技术以获得更高的传输速度，并通过缩短连结线改善内部空间等。改善存储系统的效能、可用性和扩充性。 一般转速可达15000转/分，甚至更高。

 

 

 

 

 

 

 

三．分区符认识

 

#MBR概述：全称为Master Boot Record，即硬盘的主引导记录。

 

#硬盘的0柱面、0磁头、1扇区称为主引导扇区（也叫主引导记录MBR）。它由三个部分组成：主引导程序、硬盘分区表DPT（Disk Partition table）和分区有效标志（55AA）。在总共512字节的主引导扇区里主引导程序（boot loader）占446个字节，第二部分是Partition table区（分区表），即DPT，占64个字节，硬盘中分区有多少以及每一分区的大小都记在其中。第三部分是magic number，占2个字节，固定为55AA。

 

#分区编号：主分区1-4 ，逻辑分区5……

 

#LINUX规定：逻辑分区必须建立在扩展分区之上，而不是建立在主分区上

 

#分区作用：

 

主分区：主要是用来启动操作系统的，它主要放的是操作系统的启动或引导程序，/boot分区最好放在主分区上

 

扩展分区不能使用的，它只是做为逻辑分区的容器存在的，先创建一个扩展分区，在拓展分区之上创建逻辑分区；我们真正存放数据的是主分区和逻辑分区，大量数据都放在逻辑分区中。

 

# 注意：使用分区工具fdisk对磁盘进行操作，分区，格式化(重点)

 

主分区+扩展分区 最多只能有4个

 

扩展分区可以是0个，最多是1个

 

扩展分区不能直接使用，扩展分区必须首先创建成逻辑分区才能使用

 

逻辑分区可以是0个 1个 多个

 

#查看分区：

 

[root@ken ~]# ls /dev/sd*

 

/dev/sda  /dev/sda1  /dev/sda2  /dev/sdb  /dev/sdc  /dev/sdd  /dev/sde

 

#命名方式： /dev/sd[a-z]n

 

其中：a-z 表示设备的序号，如sda表示第一块scsi硬盘，sdb就是第二块

 

n 表示每块磁盘上划分的磁盘分区编号

 

 

 

 

 

 

四．文件系统与数据资料

 

 

 

用户在硬件存储设备中执行的文件建立、写入、读取、修改、转存与控制等操作都是依靠文件系统来完成的。文件系统的作用是合理规划硬盘，以保证用户正常的使用需求。Linux系统支持数十种的文件系统，而最常见的文件系统如下所示。

 

Ext3：是一款日志文件系统，能够在系统异常宕机时避免文件系统资料丢失，并能自动修复数据的不一致与错误。然而，当硬盘容量较大时，所需的修复时间也会很长，而且也不能百分之百地保证资料不会丢失。它会把整个磁盘的每个写入动作的细节都预先记录下来，以便在发生异常宕机后能回溯追踪到被中断的部分，然后尝试进行修复。

 

Ext4：Ext3的改进版本，作为RHEL 6系统中的默认文件管理系统，它支持的存储容量高达1EB（1EB=1,073,741,824GB），且能够有无限多的子目录。另外，Ext4文件系统能够批量分配block块，从而极大地提高了读写效率。

 

XFS：是一种高性能的日志文件系统，而且是RHEL 7中默认的文件管理系统，它的优势在发生意外宕机后尤其明显，即可以快速地恢复可能被破坏的文件，而且强大的日志功能只用花费极低的计算和存储性能。并且它最大可支持的存储容量为18EB，这几乎满足了所有需求。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

五．fdisk管理分区

 

 

 

参数	作用
m	查看全部可用的参数
n	添加新的分区
d	删除某个分区信息
l	列出所有可用的分区类型
t	改变某个分区的类型
p	查看分区表信息
w	保存并退出
q	不保存直接退出

 

 

 

fdisk：磁盘分区,是Linux发行版本中最常用的分区工具

 

用法：fdisk [选项] device

 

常用的选项： -l    查看硬盘分区表

 

案例：

 

在sdb盘上建一个分区，大小为100M

 

在虚拟机上添加一块硬盘

 

 

 

 

 

 

（1）第一步：查看磁盘 

 

[root@ken ~]# ls /dev/sd*

 

/dev/sda  /dev/sda1  /dev/sda2  /dev/sdb

 

 

 

（2）第二步：对sdb划分一个100M的空间

 

【命令】：

 

[root@ken ~]# fdisk /dev/sdb

 

Welcome to fdisk (util-linux 2.23.2).

 

 

 

Changes will remain in memory only, until you decide to write them.

 

Be careful before using the write command.

 

 

 

Device does not contain a recognized partition table

 

Building a new DOS disklabel with disk identifier 0x52997d99.

 

 

 

Command (m for help): n                   #创建一个新的分区

 

Partition type:

 

   p   primary (0 primary, 0 extended, 4 free)

 

   e   extended

 

Select (default p):                       #默认主分区，直接回车

 

Using default response p

 

Partition number (1-4, default 1):         #默认为第一个分区编号，直接回车

 

First sector (2048-41943039, default 2048):   #默认第一个扇区开始位置，直接回车

 

Using default value 2048

 

Last sector, +sectors or +size{K,M,G} (2048-41943039, default 41943039): +100M   #选择大小，前面要使用加号

 

Partition 1 of type Linux and of size 100 MiB is set

 

 

 

Command (m for help): P                   #查看已经分好的磁盘

 

 

 

Disk /dev/sdb: 21.5 GB, 21474836480 bytes, 41943040 sectors

 

Units = sectors of 1 * 512 = 512 bytes

 

Sector size (logical/physical): 512 bytes / 512 bytes

 

I/O size (minimum/optimal): 512 bytes / 512 bytes

 

Disk label type: dos

 

Disk identifier: 0x52997d99

 

 

 

Device Boot      Start        End      Blocks    Id  System

 

/dev/sdb1        2048      206847    102400   83  Linux

 

 

 

Command (m for help): w                        #w退出保存，q退出不保存

 

The partition table has been altered!

 

 

 

Calling ioctl() to re-read partition table.

 

Syncing disks.

 

 

 

（3）第三步：格式化

 

新的磁盘分区使用之前必须先格式化

 

【命令】：

 

[root@ken ~]# mkfs.ext4 /dev/sdb1

 

mke2fs 1.42.9 (28-Dec-2013)

 

Filesystem label=

 

OS type: Linux

 

Block size=1024 (log=0)

 

Fragment size=1024 (log=0)

 

Stride=0 blocks, Stripe width=0 blocks25688 inodes, 102400 blocks5120 blocks (5.00%) reserved for the super user

 

First data block=1

 

Maximum filesystem blocks=3368550413 block groups8192 blocks per group, 8192 fragments per group1976 inodes per group

 

Superblock backups stored on blocks:

 

    8193, 24577, 40961, 57345, 73729

 

 

 

Allocating group tables: done                            

 

Writing inode tables: done                            

 

Creating journal (4096 blocks): done

 

Writing superblocks and filesystem accounting information: done

 

 

 

（4）第四步：挂载使用

 

【命令】：

 

[root@ken ~]# mkdir /part

 

[root@ken ~]# mount /dev/sdb1 /part

 

[root@ken ~]# df -h

 

Filesystem               Size  Used Avail Use% Mounted on/dev/mapper/centos-root   17G  1.2G   16G   7% /

 

devtmpfs                 476M     0  476M   0% /dev

 

tmpfs                    488M     0  488M   0% /dev/shm

 

tmpfs                    488M  7.7M  480M   2% /run

 

tmpfs                    488M     0  488M   0% /sys/fs/cgroup

 

/dev/sda1               1014M  130M  885M  13% /boot

 

tmpfs                     98M     0   98M   0% /run/user/0

 

/dev/sdb1                 93M  1.6M   85M   2% /part

 

 

 

（5）第五步：写入到配置文件中，开机自启

 

[root@ken ~]# echo "/dev/sdb1 /part xfs defaults 0 0" >> /etc/rc.local 

 

[root@ken ~]#chmod  +x  /etc/rc.d/rc.local

 

/dev/sdb1	/part	xfs	defaults	0	0
要挂载的分区设备	挂载点	文件系统类型	挂载选项	是否备份	是否检测

 

六．添加交换分区

 

SWAP（交换）分区是一种通过在硬盘中预先划分一定的空间，然后将把内存中暂时不常用的数据临时存放到硬盘中，以便腾出物理内存空间让更活跃的程序服务来使用的技术，其设计目的是为了解决真实物理内存不足的问题。但由于交换分区毕竟是通过硬盘设备读写数据的，速度肯定要比物理内存慢，所以只有当真实的物理内存耗尽后才会调用交换分区的资源。

 

交换分区的创建过程与前文讲到的挂载并使用存储设备的过程非常相似。在对/dev/sdb存储设备进行分区操作前，有必要先说一下交换分区的划分建议：在生产环境中，交换分区的大小一般为真实物理内存的1.5～2倍，为了让大家更明显地感受交换分区空间的变化，这里取出一个大小为5GB的主分区作为交换分区资源。在分区创建完毕后保存并退出即可：

 

（1）第一步：划分5G大小的磁盘

 

[root@ken ~]# fdisk /dev/sdb

 

Welcome to fdisk (util-linux 2.23.2).

 

 

 

Changes will remain in memory only, until you decide to write them.

 

Be careful before using the write command.

 

 

 

 

 

Command (m for help): n

 

Partition type:

 

   p   primary (1 primary, 0 extended, 3 free)

 

   e   extended

 

Select (default p):

 

Using default response p

 

Partition number (2-4, default 2):

 

First sector (206848-41943039, default 206848):

 

Using default value 206848

 

Last sector, +sectors or +size{K,M,G} (206848-41943039, default 41943039): +5G

 

Partition 2 of type Linux and of size 5 GiB is set

 

 

 

Command (m for help): P

 

 

 

Disk /dev/sdb: 21.5 GB, 21474836480 bytes, 41943040 sectors

 

Units = sectors of 1 * 512 = 512 bytes

 

Sector size (logical/physical): 512 bytes / 512 bytes

 

I/O size (minimum/optimal): 512 bytes / 512 bytes

 

Disk label type: dos

 

Disk identifier: 0x52997d99

 

 

 

Device Boot      Start         End      Blocks     Id  System

 

/dev/sdb1            2048      206847      102400   83  Linux

 

/dev/sdb2          206848    10692607     5242880   83  Linux

 

 

 

Command (m for help): w  

 

The partition table has been altered!

 

 

 

Calling ioctl() to re-read partition table.

 

 

 

WARNING: Re-reading the partition table failed with error 16: Device or resource busy.

 

The kernel still uses the old table. The new table will be used at

 

the next reboot or after you run partprobe(8) or kpartx(8)

 

Syncing disks.

 

[root@ken ~]# partprobe

 

Warning: Unable to open /dev/sr0 read-write (Read-only file system).  /dev/sr0 has been opened read-only.

 

[root@ken ~]# ls /dev/sd*

 

/dev/sda  /dev/sda1  /dev/sda2  /dev/sdb  /dev/sdb1  /dev/sdb2

 

 

 

（2）第二步：格式化操作

 

使用SWAP分区专用的格式化命令mkswap，对新建的主分区进行格式化操作：

 

[root@ken ~]# mkswap /dev/sdb2

 

Setting up swapspace version 1, size = 5242876 KiB

 

no label, UUID=92dbf6b7-4635-46a4-a813-0241098766d5

 

 

 

（3）第三步：挂载

 

使用swapon命令把准备好的SWAP分区设备正式挂载到系统中。我们可以使用free -m命令查看交换分区的大小变化

 

 

 

[root@ken ~]# free -h

 

       total        used        free    shared     buff/cache   available

 

Mem:  974M       89M       755M     7.6M        129M     735M

 

Swap:  2.0G        0B         2.0G

 

 

 

[root@ken ~]# swapon /dev/sdb2

 

[root@ken ~]# free -h

 

       total       used        free     shared    buff/cache   available

 

Mem:  974M     93M        751M     7.6M      129M        731M

 

Swap:  7.0G      0B          7.0G

 

 

 

 

 

（4）第四步：写入到配置文件中

 

[root@ken ~]# echo "/dev/sdb2 swap swap defaults 0 0" >> /etc/rc.local

 

[root@ken ~]#chmod  +x  /etc/rc.d/rc.local

 

（5）第五步：停止swap

 

使用swapoff可以停止swap

 

[root@ken ~]# free -h

 

        total     used     free    shared    buff/cache    available

 

Mem:  974M     93M     751M    7.6M    129M        731M

 

Swap:   7.0G      0B      7.0G

 

[root@ken ~]# swapoff

 

 

 

Usage:

 

 swapoff [options] [<spec>]

 

 

 

Options:

 

 -a, --all              disable all swaps from /proc/swaps

 

 -v, --verbose          verbose mode

 

 

 

 -h, --help     display this help and exit

 

 -V, --version  output version information and exit

 

 

 

The <spec> parameter:

 

 -L <label>             LABEL of device to be used

 

 -U <uuid>              UUID of device to be used

 

 LABEL=<label>          LABEL of device to be used

 

 UUID=<uuid>            UUID of device to be used

 

 <device>               name of device to be used

 

 <file>                 name of file to be used

 

 

 

For more details see swapoff(8).

 

[root@ken ~]# swapoff -a

 

[root@ken ~]# free -h

 

         total      used      free    shared     buff/cache    available

 

Mem:    974M     88M     758M     7.6M        127M       737M

 

Swap:     0B       0B        0B

 

七：LVM逻辑卷管理器

 

实战场景：对于生产环境下的服务器来说,如果存储数据的分区磁盘空间不够了怎么办?

 

 

答：只能换一个更大的磁盘。如果用了一段时间后，空间又不够了，怎么办？再加一块更大的？换磁盘的过程中，还需要把数据从一个硬盘复制到另一个硬盘，过程太慢了。 

 

解决方案：使用LVM在线动态扩容

 

 

 

逻辑卷管理器是Linux系统用于对硬盘分区进行管理的一种机制，理论性较强，其创建初衷是为了解决硬盘设备在创建分区后不易修改分区大小的缺陷。尽管对传统的硬盘分区进行强制扩容或缩容从理论上来讲是可行的，但是却可能造成数据的丢失。而LVM技术是在硬盘分区和文件系统之间添加了一个逻辑层，它提供了一个抽象的卷组，可以把多块硬盘进行卷组合并。这样一来，用户不必关心物理硬盘设备的底层架构和布局，就可以实现对硬盘分区的动态调整。

 

 

 

LVM的技术架构如图所示：

 

八．LVM常用的术语

 

物理存储介质（The physical media）:LVM存储介质可以是磁盘分区，整个磁盘，RAID阵列或SAN磁盘，设备必须初始化为LVM物理卷，才能与LVM结合使用。

 

（1）物理卷PV（physical volume）：

 

物理卷就是LVM的基本存储逻辑块，但和基本的物理存储介质（如分区、磁盘等）比较，却包含有与LVM相关的管理参数,创建物理卷它可以用硬盘分区，也可以用硬盘本身；

 

（2）卷组VG（Volume Group）：

 

一个LVM卷组由一个或多个物理卷组成ll 

 

（3）逻辑卷LV（logical volume）：

 

LV建立在VG之上，可以在LV之上建立文件系统

 

（4）其他：

 

PE（physical extents）：PV物理卷中可以分配的最小存储单元，PE的大小是可以指定的，默认为4MB

 

LE（logical extent）：LV逻辑卷中可以分配的最小存储单元，在同一个卷组中，LE的大小和PE是相同的，并且一一对应。

 

九．部署逻辑卷

 

常用的LVM部署命令

 

功能/命令	物理卷管理	卷组管理	逻辑卷管理
扫描	pvscan	vgscan	lvscan
建立	pvcreate	vgcreate	lvcreate
显示	pvdisplay	vgdisplay	lvdisplay
删除	pvremove	vgremove	lvremove
扩展		vgextend	lvextend
缩小		vgreduce	lvreduce

 

第一步：添加两块磁盘

 

 

第二步：让两块硬盘支持LVM技术

 

[root@ken ~]# pvcreate /dev/sdb /dev/sdc

 

第三步：创建卷组

 

[root@ken ~]# vgcreate ken /dev/sdb /dev/sdc

 

第四步：创建逻辑卷

 

切割出一个100M的逻辑卷设备，在对逻辑卷进行切割时有两种计量单位：

 

-L:后面直接输入大小，如150M；

 

-l：这个是以基本单元的个数为单位，每个基本单元的大小默认为4MB。例如，使用-l 37可以生成一个大小为37×4MB=148MB的逻辑卷。

 

 

 

[root@ken ~]# lvcreate -n ken1 -L 100M ken

 

  Logical volume "ken1" created.

 

 

 

第五步：把生成好的逻辑卷进行格式化

 

 

 

[root@ken ~]# mkfs.xfs  /dev/ken/ken1

 

 

 

第六步：挂载使用

 

 

 

[root@ken ~]# mkdir /test1

 

[root@ken ~]# mount /dev/ken/ken1 /test1

 

[root@ken ~]# df -h

 

 

 

十．Linux扩容逻辑卷ext4格式

 

第一步：卸载

 

[root@ken ~]# umount /test1

 

 

 

第二步：把ken1逻辑卷扩展到300M

 

[root@ken ~]# umount /test1

 

[root@ken ~]# lvextend -L 300M /dev/ken/ken1

 

 

 

第三步：检查磁盘完整性

 

 

 

[root@ken ~]# e2fsck -f /dev/ken/ken1

 

e2fsck 1.42.9 (28-Dec-2013)

 

Pass 1: Checking inodes, blocks, and sizes

 

Pass 2: Checking directory structure

 

Pass 3: Checking directory connectivity

 

Pass 4: Checking reference counts

 

Pass 5: Checking group summary information/dev/ken/ken1: 11/25688 files (9.1% non-contiguous), 8896/102400 blocks

 

 

 

第四步：重置硬盘容量

 

 

 

[root@ken ~]# resize2fs /dev/ken/ken1

 

resize2fs 1.42.9 (28-Dec-2013)

 

Resizing the filesystem on /dev/ken/ken1 to 307200 (1k) blocks.

 

The filesystem on /dev/ken/ken1 is now 307200 blocks long.

 

 

 

第五步：重新挂载

 

可以发现现在已经是300M了

 

[root@ken ~]# mount /dev/ken/ken1 /test1

 

[root@ken ~]# df -h

 

十一．Linux扩容逻辑卷xfs格式

 

【注意】：

 

1. xfs格式只能扩容，不能减小！

 

2. xfs格式无需卸载，支持在线扩容

 

 

 

（1）第一步：创建一个逻辑卷并格式化为xfs格式

 

[root@ken ~]# lvcreate -n lv_xfs -L 300M ken

 

  Logical volume "lv_xfs" created.

 

[root@ken ~]# mkfs.xfs /dev/ken/lv_xfs

 

 

 

（2）第二步：挂载使用

 

[root@ken ~]# mount /dev/ken/lv_xfs /ken

 

[root@ken ~]# df -h

 

 

 

（3）第三步：在线扩容至600M

 

 

 

[root@ken ~]# lvextend -L 600M /dev/ken/lv_xfs

 

 

 

（4）第四步：查看磁盘信息

 

发现xfs格式的逻辑卷已经扩容至600M

 

[root@ken ~]# df -h

 

Filesystem               Size     Used   Avail    Use%     Mounted on

 

/dev/mapper/centos-root   17G     1.4G   16G     8%       /

 

devtmpfs                 476M     0  476M    0%        /dev

 

tmpfs                    488M     0  488M    0%        /dev/shm

 

tmpfs                    488M  7.7M  480M    2%        /run

 

tmpfs                  488M     0  488M      0%        /sys/fs/cgroup

 

/dev/sda1               1014M  130M  885M    13%     /boot

 

tmpfs                     98M     0   98M     0%     /run/user/0

 

/dev/mapper/ken-lv_xfs     597M   16M  582M     3%    /ken

 

 

 

十二．Linux删除逻辑卷

 

（1）第一步：取消挂载

 

[root@ken ~]# umount /test1/

 

（2）第二步：删除逻辑卷设备

 

[root@ken ~]# lvremove /dev/ken/ken1

 

Do you really want to remove active logical volume ken/ken1? [y/n]: y

 

  Logical volume "ken1" successfully removed

 

（3）第三步：删除卷组

 

[root@ken ~]# vgremove ken

 

  Volume group "ken" successfully removed

 

（4）第四步：删除物理卷

 

[root@ken ~]# pvremove /dev/sdb /dev/sdc

 

  Labels on physical volume "/dev/sdb" successfully wiped.

 

  Labels on physical volume "/dev/sdc" successfully wiped.