Linux之磁盘管理

目录

• 一、磁盘结构
  • 1.1硬盘的物理结构
  • 1.2硬盘的数据结构
  • 1.3磁盘的接口类型
• 二、MBR与磁盘分区
  • 2.1分区的优点
  • 2.2分区的缺点
  • 2.3MBR分区
• 三、文件系统
  • 3.1文件系统是什么和作用
  • 3.2XFS（CentOS7默认）
  • 3.3swap(当内存不足时，将硬盘的空间转化成内存使用)
  • 3.4FAT16 FAT32
  • 3.5NTFS（xfs）（Windows默认）
  • 3.6EXT4（CentOS6默认）
  • 3.7JFS
  • 3.8文件系统的修复
• 四、分区工具
  • 4.1fdisk
  • 4.2blkid
  • 4.3mkfs
  • 4.4mkswap
• 五、挂载和解挂载
  • 5.1挂载
  • 5.2解挂载
• 六、实验

一、磁盘结构

1.1硬盘的物理结构

1.2硬盘的数据结构

• 扇区： 存放数据的最小单位，一个扇区512字节
• 磁道： 同一盘片不同半径的同心圆
• 柱面： 不同盘片相同半径不同盘片相同半径构成的圆（柱面和磁道数量相同）

1.3磁盘的接口类型

IDE SATA SCSI SAS 光纤通道

• IDE：133MB/s，并行接口，早期家用电脑
• SCSI：640MB/s，并行接口，早期服务器
• SATA：6Gbps，SATA数据端口与电源（长的电源，数据线短的）端口是分开的，即需要两条线，一条数据线，一条电源线
• SAS：6Gbps，SAS是一整条线，数据端口与电源端口是一体化的，SAS中是包含供电线的，而SATA中不包含供电线。SATA标准其实是SAS标准的一个子集，二者可兼容，SATA硬盘可以插入SAS主板上，反之不行。
• M.2
• 光纤接口

服务器硬盘大小

• LFF:3.5寸
• SFF:2.5寸
  Tips：小尺寸的可以适配大尺寸的，反之不行

机械硬盘（HDD）

固态硬盘（SSD）

Tips：
相较于SSD，HDD在价格、容量占有绝对优势
硬盘有价，数据无价，目前SSD不能完全取代HHD

二、MBR与磁盘分区

• Windows 不一定要分区
• Linux 一定要分区，才可以使用硬盘

2.1分区的优点

• 优化I/O性能，读写
• 实现磁盘空间配额限制
• 提高修复速度
• 隔离系统和程序
• 安装多个OS
• 采用不同文件系统

2.2分区的缺点

• 只能分连续分空间
• 一旦分好区域后无法增加减少空间，空间就固定
• 一旦分好区域inode号就会固定

2.3MBR分区

MBR（Master Boot Record）

• MBR 分区（old）只支持2T以下硬盘 fdisk

• GPT 分区（new）能支持2T以上硬盘 gdisk

• MBR位于硬盘的第一个物理扇区，MBR中有硬盘主引导程序和硬盘分区表

• MBR：主引导记录，是硬盘上的第一个扇区，想要读数据得从这个扇区开始
  MBR一共512字节
  前446字节 开机引导程序，引导硬件，找到操作系统
  后64 字节 分区表 表明了分区的范围，分区从哪里开始到哪里结束
  最后2字节 代表MBR 结束位

• MBR分区只可以分4个分区，一个分区表要占16字节

• MBR分区分类
  主分区：可以直接使用，安装操作系统、存储文件等。
  扩展分区：不可以直接使用，需要再划分逻辑分区 （作用：让分区超过4个）
  逻辑分区：可以直接使用，存储文件

• tips：
  扩展分区是特殊的主分区
  主分区的序号为1-4
  逻辑分区的序号从5开始
  55aa是第一个扇区的结束
  分区表不能丢失，一旦丢失，整个硬盘的内容就丢失了

[root@localhost ~]#hexdump -C -n 512 /dev/sda
00000000  eb 63 90 10 8e d0 bc 00  b0 b8 00 00 8e d8 8e c0  |.c..............|
00000010  fb be 00 7c bf 00 06 b9  00 02 f3 a4 ea 21 06 00  |...|.........!..|
00000020  00 be be 07 38 04 75 0b  83 c6 10 81 fe fe 07 75  |....8.u........u|
00000030  f3 eb 16 b4 02 b0 01 bb  00 7c b2 80 8a 74 01 8b  |.........|...t..|
00000040  4c 02 cd 13 ea 00 7c 00  00 eb fe 00 00 00 00 00  |L.....|.........|
00000050  00 00 00 00 00 00 00 00  00 00 00 80 01 00 00 00  |................|
00000060  00 00 00 00 ff fa 90 90  f6 c2 80 74 05 f6 c2 70  |...........t...p|
00000070  74 02 b2 80 ea 79 7c 00  00 31 c0 8e d8 8e d0 bc  |t....y|..1......|
00000080  00 20 fb a0 64 7c 3c ff  74 02 88 c2 52 be 05 7c  |. ..d|<.t...R..||
00000090  b4 41 bb aa 55 cd 13 5a  52 72 3d 81 fb 55 aa 75  |.A..U..ZRr=..U.u|
000000a0  37 83 e1 01 74 32 31 c0  89 44 04 40 88 44 ff 89  |7...t21..D.@.D..|
000000b0  44 02 c7 04 10 00 66 8b  1e 5c 7c 66 89 5c 08 66  |D.....f..\|f.\.f|
000000c0  8b 1e 60 7c 66 89 5c 0c  c7 44 06 00 70 b4 42 cd  |..`|f.\..D..p.B.|
000000d0  13 72 05 bb 00 70 eb 76  b4 08 cd 13 73 0d 5a 84  |.r...p.v....s.Z.|
000000e0  d2 0f 83 de 00 be 85 7d  e9 82 00 66 0f b6 c6 88  |.......}...f....|
000000f0  64 ff 40 66 89 44 04 0f  b6 d1 c1 e2 02 88 e8 88  |d.@f.D..........|
00000100  f4 40 89 44 08 0f b6 c2  c0 e8 02 66 89 04 66 a1  |.@.D.......f..f.|
00000110  60 7c 66 09 c0 75 4e 66  a1 5c 7c 66 31 d2 66 f7  |`|f..uNf.\|f1.f.|
00000120  34 88 d1 31 d2 66 f7 74  04 3b 44 08 7d 37 fe c1  |4..1.f.t.;D.}7..|
00000130  88 c5 30 c0 c1 e8 02 08  c1 88 d0 5a 88 c6 bb 00  |..0........Z....|
00000140  70 8e c3 31 db b8 01 02  cd 13 72 1e 8c c3 60 1e  |p..1......r...`.|
00000150  b9 00 01 8e db 31 f6 bf  00 80 8e c6 fc f3 a5 1f  |.....1..........|
00000160  61 ff 26 5a 7c be 80 7d  eb 03 be 8f 7d e8 34 00  |a.&Z|..}....}.4.|
00000170  be 94 7d e8 2e 00 cd 18  eb fe 47 52 55 42 20 00  |..}.......GRUB .|
00000180  47 65 6f 6d 00 48 61 72  64 20 44 69 73 6b 00 52  |Geom.Hard Disk.R|
00000190  65 61 64 00 20 45 72 72  6f 72 0d 0a 00 bb 01 00  |ead. Error......|
000001a0  b4 0e cd 10 ac 3c 00 75  f4 c3 00 00 00 00 00 00  |.....<.u........|
000001b0  00 00 00 00 00 00 00 00  0a 2f 0b 00 00 00 80 20  |........./..... |
000001c0  21 00 83 d5 89 8c 00 08  00 00 00 00 a0 00 00 d5  |!...............|
000001d0  8a 8c 8e fe ff ff 00 08  a0 00 00 f8 df 06 00 00  |................|
000001e0  00 00 00 00 00 00 00 00  00 00 00 00 00 00 00 00  |................|
000001f0  00 00 00 00 00 00 00 00  00 00 00 00 00 00 55 aa  |..............U.|
00000200
[root@localhost ~]#
 

三、文件系统

3.1文件系统是什么和作用

• 文件系统时内核中的模块
• 负责为用户建立文件，存入，读取，修改，转储文件，控制文件存取，安全控制，日志，压缩，加密等。

Tips：iso9660 光驱

3.2XFS（CentOS7默认）

• 根据所记录的日志在很短的时间内迅速恢复磁盘文件内容
• 用优化算法，日志记录对整体文件操作影响非常小
• 是一个全64-bit的文件系统，最大可以支持8EB的文件系统，1EB=1024PB1PB=1024TB
• 而支持单个文件则达到8EB能以接近裸设备I/O的性能存储

3.3swap(当内存不足时，将硬盘的空间转化成内存使用)

swap交换分区是系统RAM的补充，swap 分区支持虚拟内存。当没有足够的 RAM 保存系统处理的数据时会将数据写入 swap 分区，当系统缺乏 swap 空间时，内核会因 RAM 内存耗尽而终止进程。配置过多 swap 空间会造成存储设备处于分配状态但闲置，造成浪费，过多 swap 空间还会掩盖内存不足。

3.4FAT16 FAT32

单个文件最大支持4G，最大支持32G分区。

3.5NTFS（xfs）（Windows默认）

NTFS文件系统所具备3个功能：错误预警功能、磁盘自我修复功能和日志功能，单个文件64GB。

3.6EXT4（CentOS6默认）

Extended file system 适用于那些分区容量不是太大，更新也不频繁的情况。

3.7JFS

主要是为满足服务器的高吞吐量和可靠性需求而设计、开发的。单个文件最大限制16TB，该文件系统最大支持1PB的容量。

1EB=1024PB
1PB=1024TB
1TB=1024GB

3.8文件系统的修复

fsck.FS_TYPE
fsck -t FS_TYPE
 
-a 自动修复
-r 交互式修复错误

四、分区工具

4.1fdisk

fdisk   [磁盘设备]
 
-m  打印出菜单
-p  打印出当前分区表
-n  新建一个分区
-d  删除一个分区
-t  改变分区的属性，系统ID
-w  保存
-q  不保存退出

fdisk -l 
#查询磁盘情况
 
[root@localhost ~]#fdisk -l
 
磁盘 /dev/sda：64.4 GB, 64424509440 字节，125829120 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：0x000b2f0a
 
   设备 Boot      Start         End      Blocks   Id  System
/dev/sda1   *        2048    10487807     5242880   83  Linux
/dev/sda2        10487808   125829119    57670656   8e  Linux LVM
 
#Device：分区的设备文件名称。
#Boot：是否是引导分区。若是，则有“*”标识。主系统
#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：分区对应的系统ID号。83表示 Linux 中的 XFS 分区或 EXT4 分区、8e表示 LVM逻辑卷。LVM是 Linux 操作系统中对磁盘分区进行管理的一种逻辑机制,与之相关的知识将在后面的章节介绍。
#System：分区类型。识别到新的硬盘设备后，就可以在该硬盘中建立新的分区了。在 Linux操作系统中，分区和格式化的过程是相对独立的。
 
 
磁盘 /dev/mapper/centos-root：53.7 GB, 53687091200 字节，104857600 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 /dev/mapper/centos-swap：5364 MB, 5364514816 字节，10477568 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
 
 
fdisk -l  设备名 /dev/sd{a,b,c,d,e}
#查询设备的磁盘情况

[root@localhost scsi_host]#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 0x4d1bd521 创建新的 DOS 磁盘标签。
 
命令(输入 m 获取帮助)：
 
输入n新建分区
p：主分区 
e：扩展分区
l：逻辑分区
设置分区：1（范围1-4 ，如按回车代表默认值）
设置分区大小：+20G （指定大小为20G ，回车代表默认使用全部空间）
 

Tips:创建后分区如果分区未出现可以使用 partprobe 刷新检测分区表。

4.2blkid

可以查看块设备属性信息

blkid   [磁盘设备]

4.3mkfs

创建文件系统（格式化）

mkfs -t ext4=mkfs.ext4
-t {ext2|ext3|ext4|xfs} 指定文件系统类型

4.4mkswap

swap分区 (会开启和关闭)

swapoff -a 全部关闭
swapon -a 全部开启
 
分区时需要改变分区类型为82 swap类型
需要按t 输入82
mkswap  设备名  格式化成swap分区
swapon  设备名  开启swap

free -h
 
 
fdisk /dev/sdb1
p
t
82
w
 
 
mkswap /dev/sdc1
 
#1.分区
 

五、挂载和解挂载

5.1挂载

mount  [ -t 类型 ]  存储设备  挂载点目录
mount  -o loop  ISO镜像文件  挂载点目录

挂载规则 :

• 一个挂载点同一时间只能挂载一个设备
• 一个挂载点同一时间挂载了多个设备，只能看到最后一个设备的数据，其它设备上的数据将被隐藏
• 一个设备可以同时挂载到多个挂载点
• 通常挂载点一般是已存在空的目录

自动挂载
vim /etc/fstab

/dev/sdb1 /mnt xfs defaults 0 0
mount -a #自动挂载
df
tips:挂载的时候尽量用UUID(可使用blkid /dev/sdb1查看UUID,在vim编辑器中末行模式:.!blkid /dev/sdb1)(逻辑分区567，删掉6，7会顺延)（Ctrl+D报错 硬盘出错）
mount -o loop iso光驱 空文件夹

5.2解挂载

umount [磁盘设备]

六、实验