Linux磁盘管理与文件系统
计算机硬件与存储
磁盘知识体系
Linux磁盘存储的经典描述
磁盘要放入计算机且被Linux系统识别，到可以使用磁盘存储数据，过程如下：
1.磁盘要存数据，相当于人盖房子
2.磁盘要分区后才能够存储数据，相当于房子改好了，需要隔断分出卧室，厨房，卫生间等区域
3.磁盘分区完成后，还得格式化后才能使用，且创建文件系统后才可以存储数据，相当于家里得装修后才能开始住人，不同的文件系统相当于不同的装修风格
4.磁盘分区，格式化，创建文件系统后，还得进行挂载到不同的文件夹，才能存放数据，相当于房子还得安装门、窗，才能和外界通信，进出
机械硬盘原理
机械硬盘由坚硬金属材料制成的涂以磁性介质的盘片，盘片两面称为盘面或扇面，都可以记录信息，由磁头对盘面进行操作，一般用磁头号区分。
结构特性决定了机械硬盘如果受到剧烈冲击，磁头与盘面可能产生的哪怕是轻微撞击都有可能报废。
磁头不动，硬盘旋转，磁头就会在磁盘表面画出一个圆形轨迹且磁化，数据就保存在磁化区域中，称之为磁道。
每个磁道分段，一个弧就是一个扇区。
一个硬盘表面可以有多个扇面，每个扇面磁道数相同，具有相同周长的磁道形成的圆柱称之为柱面，柱面数与磁道数相等。
磁盘的每一面被分为很多条磁道，即表面上的一些同心圆，越接近中心，圆就越小。
而每一个磁道又按512个字节（0.5 KB）为单位划分为等分，叫做扇区。
文件数据存储在硬盘上，硬盘中最小的存储单位是扇区（sector）
磁头读取扇区数据是按照连续的多个扇区，称之为块（block）
操作系统文件存取的最小单位是块，且单位是4kb，也就是8个扇区。
磁盘常见概念
磁盘管理的名词解释
扇区(sector)是磁盘最小的物理存储单元，单位是512字节
操作系统无法对数目众多的扇区进行寻址，因此操作系统将相邻的扇区组合在一起，形成了块（8个扇区，4k大小）
在Linux文件系统中多个连续的扇区称之为block，块，也是在系统中被认为是最小的存储单位 du -h /tmp/*
在windows文件系统中多个连续的扇区称作簇
操作系统规定，一个block只能存放一个文件的内容，因此文件占用空间，只能是block的整数倍 du -h /etc/*
即使文件大小，小于一个block，也就是小于4k，同样占用一个block的大小
硬盘中最小的存储单位是扇区（sector），扇区大小是512B，而硬盘在文件读写操作的时候并非以扇区为单位，是以簇为单位，一个簇包含了多个扇区。
在Windows下如NTFS等文件系统中叫做簇；
在Linux下如Ext4等文件系统中叫做块（block）
磁盘分区
硬盘分区是就使用分区编辑器（partition editor）将一个硬盘上划分几个独立的逻辑部分，盘片一旦划分成数个分区，不同类的目录与文件可以存储进不同的分区。
越多分区，也就有更多不同的地方，可以将文件的性质区分得更细，按照更为细分的性质，存储在不同的地方以管理文件；但太多分区就成了麻烦。
硬盘分区就像给一间空荡的房子划分出卧室，厨房，客厅等相互隔离的空间一样。主要是为了方面用户的使用。
另一方面，通过合理的硬盘分区，有效保护系统盘空间，确实能够提高系统运行速度，再者，硬盘分区也可以有效地对数据进行保护。
你当然可以不分区，只不过，当你面对越来越多的子目录，或者是越来越慢的Windows，不得不费功夫去管理你的文件，或者重装Windows的时候，恐怕会悔不当初。
mbr原理
MBR：Master Boot Record，主分区引导记录。
磁盘的每块扇区都被分配了一个逻辑块地址，引导扇区是每个分区的第一扇区，主引导扇区是整个硬盘的第一扇区。
MBR就保存在主引导扇区中，且扇区还保存了硬盘分区表DPT（Disk Partition Table），和结束标志字（Magic number）。扇区总计512字节，MBR占446字节（0000H - 01BDH），DPT占据64个字节（01BEH - 01FDH），最后的magic number占2字节（01FEH – 01FFH）。
MBR分区缺点是，硬盘容量最大2T
GPT原理
GPT分区：全称为Globally Unique Identifier Partition Table，也叫做GUID分区表，由于MBR限制在2TB容量，GPT诞生了，优点如下
- GPT分区的硬盘容量几乎无限制
- 分区个数无限制
- 自带磁盘数据保险机制
文件系统
格式化文件系统
- FAT16/FAT32，最早期的windows文件系统，缺点单个文件不能超过2G/4G大小，现在一部蓝光电影十几G肯定不行
- NTFS，支持文件加密，采用日志式文件系统，详细记录磁盘读写操作，提高数据和系统安全性，突破了4GB单个文件大小，对于flash闪存设备，过多读写造成磁盘寿命较短
- exFAT，单个文件支持16GB，适合于flash闪存设备使用（ssd，u盘）
平均寻道时间
平均寻道时间，它是了解硬盘性能至关重要的参数之一。它是指硬盘在接收到系统指令后，磁头从开始移动到数据所在的磁道所花费时间的平均值，它在一定程度上体现了硬盘读取数据的能力，是影响硬盘内部数据传输率的重要参数。
读写头沿径向移动，移到要读取的扇区所在磁道的上方，这段时间称为寻道时间（seek time）。
通过盘片的旋转，使得要读取的扇区转到读写头的下方，这段时间称为旋转延迟时间（rotational latency time）
磁盘转速
RPM（revolutions per minute）它是指硬盘内电机主轴的旋转速度，也就是硬盘盘片在一分钟内所能完成的最大转数。
电脑刚诞生初期，几乎所有硬盘都是3600RPM，这是由于美国的交流电是60Hz
1分=60s
60Hz * 1转/Hz * 60s/分钟 = 3600转/分钟市场如今主流的5400、7200转速
3600RPM * 1.5 = 5400 RPM
3600RPM * 2 = 7200RPM5400和7200转速比较
情况一
情况二
总结
Linux磁盘分区
- 主分区，primary partition
- 扩展分区，extended
- 逻辑分区
linux一切接文件，磁盘设备在系统中也以文件形式展示
/dev/vd[a-d][1-128]：为虚拟磁盘的磁盘文件名
/dev/sda–第一个SCSI磁盘或简单的硬盘。。
/dev/sdb–第二个SCSI磁盘。
/dev/sdc–第三个SCSI磁盘。
/dev/hda–IDE主控制器上的主磁盘。
/dev/hdb–IDE主控制器上的从磁盘。注意：CentOS 6和7统统将硬盘设备文件标识为/dev/sd[a-z]
分区类型
在系统上的/dev/sda1、/dev/sda2又是何物？答：代表分区（Partition）
/dev/sda1
/dev/sda2
/dev/sda3
/dev/sda4
/dev/sda5一个硬盘的结构如下：
系统默认分区1~4留给了主分区和扩展分区
- 主分区1 * (星号代表是引导分区，引导分区装在这里)
- 主分区2
- 主分区3
- 主分区4(extended)
- 逻辑分区n
fdisk命令
分区管理命令fdisk，命令危险，慎重使用
fdisk - manipulate disk partition table 用来管理磁盘分区表，修改、查看
fdisk -l [-u] [device...]
fdisk -l /dev/sda
[root@luffycity ~]# fdisk /dev/sda
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。
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
g create a new empty GPT partition table
G create an IRIX (SGI) partition table
l list known partition types
m print this menu
n add a new partition
o create a new empty DOS partition table
p print the partition table
q quit without saving changes
s create a new empty Sun disklabel
t change a partition's system id
u change display/entry units
v verify the partition table
w write table to disk and exit
x extra functionality (experts only)
命令(输入 m 获取帮助)：
n：创建新分区
d：删除已有分区
t：修改分区类型
l：查看所有已经ID
w：保存并退出
q：不保存并退出
m：查看帮助信息
p：显示现有分区信息新加一块硬盘进行磁盘分区
我们添加了/dev/sdb新硬盘
[root@local-pyyu ~]# fdisk -l |grep sd[a-c]
磁盘 /dev/sda：21.5 GB, 21474836480 字节，41943040 个扇区
/dev/sda1 * 2048 2099199 1048576 83 Linux
/dev/sda2 2099200 41943039 19921920 8e Linux LVM
磁盘 /dev/sdb：21.5 GB, 21474836480 字节，41943040 个扇区
fdisk磁盘分区命令
-v 打印 fdisk 的版本信息并退出．
-l 列出指定设备的分区表信息并退出。
-u 以扇区数而不是以柱面数的形式显示分区表中各分区的信息．
-s 分区 将分区的 大小 （单位为块）信息输出到标准输出分区命令步骤图解
检查系统识别了新的分区
有时候删除文件，系统仍然提示占用空间，或内核未能读取到新创建的分区，可以用如下命令重读分区
[root@local-pyyu ~]# cat /proc/partitions
major minor #blocks name
8 0 20971520 sda
8 1 1048576 sda1
8 2 19921920 sda2
8 16 20971520 sdb
8 17 262144 sdb1
8 18 1 sdb2
8 21 10485760 sdb5
8 22 10220544 sdb6
11 0 1048575 sr0
253 0 17821696 dm-0
253 1 2097152 dm-1partprobe命令
centos 5系列：
partprobe命令用于重读分区表，当出现删除文件后，出现仍然占用空间。可以partprobe在不重启的情况下重读分区。
有时候使用fdisk命令对磁盘分区后，内核找不到新分区，得重启机器才能识别新分区，使用partprobe可以不重启重读新的分区表。
[root@localhost ~]# partprobe /dev/sdb #重读磁盘分区表partx
partx命令告用来诉内核当前磁盘的分区情况
#让内核重读分区表
# partx -a /dev/sdb针对超过2TB的磁盘分区
parted命令
-l 显示所有分区信息小于2TB的磁盘都可以用fdisk分区，但是大于2TB的磁盘，只能用parted命令分区，且转换磁盘为GPT格式
#超哥这里删除了/dev/sdb磁盘的所有分区，使用的是20G的硬盘模拟,同学们可以自己添加新硬盘
[root@local-pyyu ~]# fdisk -l
磁盘 /dev/sdb：21.5 GB, 21474836480 字节，41943040 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：0xb1271efc
设备 Boot Start End Blocks Id SystemParted开始分区，针对/dev/sdb磁盘，GPT分区表没有extend类型
[root@local-pyyu ~]# parted /dev/sdb
GNU Parted 3.1
使用 /dev/sdb
Welcome to GNU Parted! Type 'help' to view a list of commands.
(parted) mklabel gpt
警告: The existing disk label on /dev/sdb will be destroyed and all data on this disk will be lost. Do you want to continue?
是/Yes/否/No? Yes
(parted) mkpart primary 0 500
警告: The resulting partition is not properly aligned for best performance.
忽略/Ignore/放弃/Cancel? Ignore
(parted) p
Model: VMware, VMware Virtual S (scsi)
Disk /dev/sdb: 21.5GB
Sector size (logical/physical): 512B/512B
Partition Table: gpt
Disk Flags:
Number Start End Size File system Name 标志
1 17.4kB 500MB 500MB primary
(parted) mkpart logical 501 10000
(parted) p
Model: VMware, VMware Virtual S (scsi)
Disk /dev/sdb: 21.5GB
Sector size (logical/physical): 512B/512B
Partition Table: gpt
Disk Flags:
Number Start End Size File system Name 标志
1 17.4kB 500MB 500MB primary
2 501MB 10.0GB 9499MB logical
(parted) q
信息: You may need to update /etc/fstab.
[root@local-pyyu ~]# ls /dev/sdb*
/dev/sdb /dev/sdb1 /dev/sdb2
[root@local-pyyu ~]#
用fdisk命令检查sdb磁盘情况
[root@local-pyyu ~]# fdisk -l /dev/sdb
WARNING: fdisk GPT support is currently new, and therefore in an experimental phase. Use at your own discretion.
磁盘 /dev/sdb：21.5 GB, 21474836480 字节，41943040 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：gpt
Disk identifier: 24DA7CEB-EAD9-4540-A5C6-B9F7D566D388
# Start End Size Type Name
1 34 976562 476.8M Microsoft basic primary
2 978944 19531775 8.9G Microsoft basic logical更换gpt表为mbr
fdisk命令是针对MBR分区格式的，虽然能用g命令把磁盘格式化为GPT，但是无法再重新格式化为MBR格式，因为fdisk命令无法操作GPT格式的磁盘。
可以使用parted命令更换磁盘分区格式
[root@chaoge /]# parted /dev/sdb //选中要转换到的磁盘
GNU Parted 3.1
Using /dev/sdb
Welcome to GNU Parted! Type 'help' to view a list of commands.
(parted) mktable
New disk label type? msdos
// 按照习惯MBR格式一般在linux下称作dos，如果在New disk label type?后输入dos或者mbr会提示无效命令，这时候要用help mktable查看
//帮助信息，可以看到parted命令中MBR分区被称作msdos，其它分区如下： aix, amiga, bsd, dvh, gpt, mac, msdos, pc98, sun, loop
Warning: The existing disk label on /dev/sdb will be destroyed and all data on this disk will be lost. Do you want to continue?
Yes/No? Yes
