20220804 02. 主机规划与磁盘分区

2.1 Linux与硬件的搭配

虽然个人计算机各元件的主要接口是大同小异的，包括前面第零章计算机概论讲到的种种接 口等， 但是由于新的技术来得太快，Linux核心针对新硬件所纳入的驱动程序模块比不上硬件 更新的速度， 加上硬件厂商针对Linux所推出的驱动程序较慢，因此你在选购新的个人计算机 （或服务器）时， 应该要选择已经过安装Linux测试的硬件比较好。

在安装Linux之前，你最好了解一下你的Linux预计是想达成什么任务，这样在选购硬件 时才会知道那个元件是最重要的。 举例来说，桌面电脑（Desktop）的使用者，应该会用到X Window系统， 此时，显卡的优劣与内存的大小可就占有很重大的影响。如果是想要做成文件 服务器， 那么硬盘或者是其他的储存设备，应该就是您最想要增购的元件啰

Linux对于计算机各元件/设备的分辨， 与大家惯用的 Windows系统完全不一样！因为，各个元件或设备在Linux下面都是“一个文件！”

因此，你在认识各项设备之 后，学习Linux的设备文件名之前， 务必要先将Windows对于设备名称的概念先拿掉

2.1.1 认识计算机的硬件配备

如何挑选计算机硬件呢？

• 游戏机/工作机的考虑

• “性能/价格”比与“性能/消耗的瓦数”比的考虑

• 支持度的考虑

2.1.3 各硬件设备在Linux中的文件名

在Linux系统中，每个设备都被当成一个文件来对待

在Linux这个系统当中，几乎所有的硬件设备文件都在/dev这个目录 内

常见的设备与其在Linux当中的文件名：

设备	设备在Linux内的文件名
SCSI/SATA/USB硬盘机	/dev/sd[a-p]
USB闪存盘	/dev/sd[a-p]（与SATA相同）
VirtI/O界面	/dev/vd[a-p]（用于虚拟机内）
软盘机	/dev/fd[0-7]
打印机	/dev/lp[0-2]（25针打印机） /dev/usb/lp[0-15]（USB 接口）
鼠标	/dev/input/mouse[0-15]（通用） /dev/psaux （PS/2界面） /dev/mouse （当前鼠标）
CDROM/DVDROM	/dev/scd[0-1]（通用） /dev/sr[0-1]（通用，CentOS 较常见） /dev/cdrom （当前 CDROM）
磁带机	/dev/ht0 （IDE 界面） /dev/st0 （SATA/SCSI界面） /dev/tape （当前磁带）
IDE硬盘机	/dev/hd[a-d]（旧式系统才有）

由于 IDE 界面的磁盘机几乎已经被淘汰，现在连 IDE 界面的磁盘 文件名也都被仿真成 /dev/sd[a-p] 了

如果你的机器使用的是跟网际网络供应商 （ISP） 申请使用的云端机器，这时可能会得到的是虚拟机。为了加速，虚拟机内的磁盘是使 用仿真器产生， 该仿真器产生的磁盘文件名为 /dev/vd[a-p] 系列的文件名

2.2 磁盘分区

2.2.1 磁盘连接的方式与设备文件名的关系

个人计算机常见的磁盘接口有两种， 分别是SATA与SAS 接口，目前（2015）的主流是SATA接口

磁盘的组成主要有盘片、机械手臂、磁头与主轴马达所组成， 而数据 的写入其实是在盘片上面。盘片上面又可细分出扇区（Sector）与磁道（Track）两种单位， 其中扇区的物理量设计有两种大小，分别是 512Bytes 与 4KBytes。

其实整颗磁盘的第一个扇区特别的重要，因为他记录了整 颗磁盘的重要信息！ 早期磁盘第一个扇区里面含有的重要信息我们称为MBR （Master Boot Record） 格式

但是由于近年来磁盘的容量不断扩大，造成读写上的一些困扰， 甚至有些大 于 2TB 以上的磁盘分区已经让某些操作系统无法存取。因此后来又多了一个新的磁盘分区格式，称为 GPT （GUID partition table）

2.2.2 MSDOS（MBR） 与 GPT 磁盘分区表（partition table）

通常磁盘可能有多个盘片，所有盘片的同一 个磁道我们称为柱面 （Cylinder）， 通常那是文件系统的最小单位，也就是分区的最小单位

GPT 这个可达到 64bit 纪录功能的分区表， 现在我们甚 至可以使用扇区 （sector） 号码来作为分区单位

分区表其实目前有两种格式

MSDOS （MBR） 分区表格式与限制

早期的 Linux 系统为了相容于 Windows 的磁盘，因此使用的是支持 Windows 的 MBR（Master Boot Record, 主要开机纪录区） 的方式来处理开机管理程序与分区表

第一个扇区 512Bytes 会有这两个数据：

• 主要开机记录区（Master Boot Record, MBR）：可以安装开机管理程序的地方，有446 Bytes

• 分区表（partition table）：记录整颗硬盘分区的状态，有64 Bytes

由于分区表就只有64 Bytes而已，最多只能容纳四笔分区的记录， 这四个分区的记录被称为 主要（Primary）或延伸（Extended）分区

• 其实所谓的“分区”只是针对那个64 Bytes的分区表进行设置而已！

• 硬盘默认的分区表仅能写入四组分区信息

• 这四组分区信息我们称为主要（Primary）或延伸（Extended）分区

• 分区的最小单位“通常”为柱面（cylinder）

• 当系统要写入磁盘时，一定会参考磁盘分区表，才能针对某个分区进行数据的处理

前面四个号码（/dev/sda[1-4]）都是保留给 Primary或Extended用的嘛！ 所以逻辑分区的设备名称号码就由5号开始了

MBR 主要分区、延伸分区与逻辑分区的特性我们作个简单的定义啰：

• 主要分区与延伸分区最多可以有四笔（硬盘的限制）

• 延伸分区最多只能有一个（操作系统的限制）

• 逻辑分区是由延伸分区持续切割出来的分区；

• 能够被格式化后，作为数据存取的分区为主要分区与逻辑分区。延伸分区无法格式化；

• 逻辑分区的数量依操作系统而不同，在Linux系统中SATA硬盘已经可以突破63个以上的分区限制；

过去 MBR 分区表的限制中经常可以发现如下的问题：

• 操作系统无法抓取到 2.2T 以上的磁盘容量！

• MBR 仅有一个区块，若被破坏后，经常无法或很难救援。

• MBR 内的存放开机管理程序的区块仅 446Bytes，无法容纳较多的程序码。

GUID partition table, GPT 磁盘分区表

因为过去一个扇区大小就是 512Bytes 而已，不过目前已经有 4K 的扇区设计出现！为了相容 于所有的磁盘，因此在扇区的定义上面， 大多会使用所谓的逻辑区块位址（Logical Block Address, LBA）来处理。GPT 将磁盘所有区块以此 LBA（默认为 512Bytes 喔！） 来规划， 而第一个 LBA 称为 LBA0 （从 0 开始编号）。

与 MBR 仅使用第一个 512Bytes 区块来纪录不同， GPT 使用了 34 个 LBA 区块来纪录分区 信息！同时与过去 MBR 仅有一的区块，被干掉就死光光的情况不同， GPT 除了前面 34 个 LBA 之外，整个磁盘的最后 33 个 LBA 也拿来作为另一个备份！

• LBA0 （MBR 相容区块）

• LBA1 （GPT 表头纪录）

• LBA2-33 （实际纪录分区信息处）

现在 GPT 分区默认可以提供多达 128 笔纪录

GPT 分区已经没有所谓的主、延伸、逻辑 分区的概念，既然每笔纪录都可以独立存在， 当然每个都可以视为是主分区！每一个分区都 可以拿来格式化使用喔！

2.2.3 开机流程中的 BIOS 与 UEFI 开机检测程序

目前的主机系统在载入硬件驱动方面的程序，主要有早期的 BIOS 与新的 UEFI 两种 机制

BIOS 搭配 MBR/GPT 的开机流程

CMOS是记录各项硬件参 数且嵌入在主板上面的储存器，BIOS则是一个写入到主板上的一个固件（再次说明， 固件就 是写入到硬件上的一个软件程序）

个BIOS就是在开机的时候，计算机系统会主动执行的 第一个程序了

简单的说，整个开机流程到操作系统之前的动作应该是这样的：

1. BIOS：开机主动执行的固件，会认识第一个可开机的设备；

2. MBR：第一个可开机设备的第一个扇区内的主要开机记录区块，内含开机管理程序；

3. 开机管理程序（boot loader）：一支可读取核心文件来执行的软件；

4. 核心文件：开始操作系统的功能...

boot loader的主要任务有下面这些项目：

• 提供菜单：使用者可以选择不同的开机项目，这也是多重开机的重要功能！

• 载入核心文件：直接指向可开机的程序区段来开始操作系统；

• 转交其他loader：将开机管理功能转交给其他loader负责。

多重开机

• 每个分区都拥有自己的开机扇区（boot sector）

• 图中的系统盘为第一及第二分区

• 实际可开机的核心文件是放置到各分区内的！

• loader只会认识自己的系统盘内的可开机核心文件，以及其他loader而已；

• loader可直接指向或者是间接将管理权转交给另一个管理程序。

UEFI BIOS 搭配 GPT 开机的流程

UEFI （Unified Extensible Firmware Interface） 统一可延伸固件界 面

UEFI 主要是想要取代 BIOS 这个固件界面

比较项目	传统 BIOS	UEFI
使用程序语言	组合语言	C 语言
硬件资源控制	使用中断 （IRQ） 管理 不可变的内存存取不可变得输入/输出存取	使用驱动程序 与协定
处理器运行环境	16 位	CPU 保护模式
扩充方式	通过 IRQ 链接	直接载入驱动程序
第三方厂商支持	较差	较佳且可支持多平台
图形化能力	较差	较佳
内置简化操作系 统前环境	不支持	支持

与传统的 BIOS 不同，UEFI 简直就像是一个低阶的操作系统

2.2.4 Linux安装模式下，磁盘分区的选择（极重要）

目录树结构 （directory tree）

Linux内的所有数据都是以文件的形态来呈现的

整个Linux系统最重 要的地方就是在于目录树架构

根目录的表示方法为一条斜线 /

整个Linux系统使用的是目录树架构，但是我们的文件数据其实是放置在磁盘分 区当中的， 现在的问题是“如何结合目录树的架构与磁盘内的数据”呢？ 这个时候就牵扯到“挂 载（mount）”的问题啦

文件系统与目录树的关系（挂载）

所谓的“挂载”就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。这个动作我们称为“挂载”，那个进入点的目录我们 称为“挂载点”。

由于整个Linux系统最重要的是根目录，因此根目录一定需要挂载到某个分区 的。 至于其他的目录则可依使用者自己的需求来给予挂载到不同的分区。我

上图中假设我的硬盘分为两个分区，partition 1是挂载到根目录，至于partition 2则是挂载 到/home这个目录

判断某个文件在那个partition下面：我想 要知道/home/vbird/test这个文件在哪个partition时，由test --> vbird --> home --> /，看那 个“进入点”先被查到那就是使用的进入点了。 所以test使用的是/home这个进入点而不是/

distributions安装时，挂载点与磁盘分区的规划

• 自订安装“Custom”：

  • A：初次接触Linux：只要分区“ / ”及“swap”即可

  • B：建议分区的方法：预留一个备用的剩余磁盘容量

• 选择Linux安装程序提供的默认硬盘分区方式

2.3 安装Linux前的规划

2.3.1 选择适当的distribution

事实上每个Linux distributions使用 的都是来自于http://www.kernel.org官方网站所提供的Linux核心，各家distribution使用的软件 其实也都是大同小异， 最大的差别或许就是在于软件的安装模式而已

CentOS官方网站：http://mirror.centos.org/centos/7/isos/

怎么我想要下载的文件名会是 CentOS-7-x86_64-Everything-1503- 01.iso 这样的格式？

其实从 CentOS 7 之后，版本命名的依据就跟 发表的日期有关了！那个 CentOS-7 讲的是 7.x 版本，x86_64 指的是 64 位操作系统， Everything 指的是包山包海的版本，1503 指的是 2015 年的 3 月发表的版本， 01.iso 则得要 与 CentOS7 搭配，所以是 CentOS 7.1 版的意思

.iso，这就是所谓的image文件（镜像文件）

2.3.2 主机的服务规划与硬件的关系

• NAT（达成IP分享器的功能）

• SAMBA（加入Windows网络上的芳邻）

• Mail（邮件服务器）

• Web（WWW服务器）

• DHCP（提供用户端自动取得IP的功能）

• FTP

2.3.3 主机硬盘的主要规划

基本硬盘分区的模式

• 最简单的分区方法：仅分区出根目录与内存交换空 间（ / & swap ）即可

• 稍微麻烦一点的方式： 较麻烦一点的分区方式就是先分析这部主机的未来用途，然后根 据用途去分析需要较大容量的目录， 以及读写较为频繁的目录，将这些重要的目录分别 独立出来而不与根目录放在一起

2.3.4 鸟哥的两个实际案例

• 案例一：家用的小型Linux服务器，IP分享与文件分享中心

• 案例二：提供Linux的PC丛集（Cluster）计算机群