linux磁盤管理及文件系統介紹

    硬盤是計算機必備組成部分，現在的硬盤分固態硬盤和傳統機械硬盤，這里要介紹的是傳統機械硬盤。

    一.硬盤最基本結構

        1.硬盤是由堅硬金屬材料制成的涂以磁性介質的盤片，不同容量硬盤的盤片數不等。每個盤片有兩面，都可記錄信息。每個磁道被分成許多扇形的區域，每個區域叫一個扇區，每個扇區可存儲128×2的N次方（N=0.1.2.3）字節信息。在DOS中每扇區是128×2的2次方=512字節，盤片表面上以盤片中心為圓心，不同半徑的同心圓稱為磁道。硬盤中，不同盤片相同半徑的磁道所組成的圓柱稱為柱面，如下圖所示：

        2.MBR

        MBR：Master Boot Record，即硬盤的主引導記錄，位于0磁道0扇區，大小512bytes。

        boot loader：引導加載器存放在MBR的前446bytes,用于引導操作系統。

        分區表：存放在boot loader之后的64bytes，用于存放分區信息。

        2bytes: 55AA（分區有效標識）

    二.磁盤的分區管理

       1. 由于分區表只有64bytes，一個分區占用大小16bytes，所以只能創建4個分區，通常使用 3主分區+1擴展(N個邏輯分區)  的分區模式。使用fdisk命令工具進行分區。

         fdisk -l [device…]   查看設備分區情況

        fdisk device    進入對設備磁盤進行操作

        常用的操作指令如下：

        d delete a partition  這是刪除一個分區的動作；
        l list known partition types  是列出分區類型，以供我們設置相應分區的類型；
        m print this menu   是列出幫助信息；
        n add a new partition   添加一個分區；
        p print the partition table  列出分區表；
        q quit without saving changes  不保存退出；
        t change a partition's system id   改變分區類型；
        w write table to disk and exit  把分區表寫入硬盤并退出；
      

        2.創建分區步驟：

            1).先輸入n創建分區

            2).選擇分區 e擴展分區 p主分區

            3).確認創建的分區號

            4).確認起始和終止柱面

            5).調整分區類型，L查看分區類型

            6).最后w把分區表寫入硬盤并退出

        3.把分區信息同步到內核

            partx -a /dev/DEVICE 

            上述錯誤是正常現象用cat /proc/partitions 查看內核中是否已存在該分區信息

        三.文件系統

              在告知系統我的 partition 所在的起始與結束磁柱之后，之后則需要將 partition 格式化為我的操作系統認識的文件系統，常用的文件系統如下：

                Linux文件系統: ext2, ext3, ext4, xfs, btrfs, reiserfs, jfs, swap

                swap: 交換分區

                光盤：iso9660

                Windows：fat32, ntfs

                Unix: FFS, UFS, JFS2

                網絡文件系統：NFS, CIFS

                集群文件系統：GFS2, OCFS2

                分布式文件系統：ceph, moosefs, mogilefs, GlusterFS, Lustre

              linux默認都支持ext文件系統，當一個 ext2 的 filesystem 被建立時， 他擁有 superblock / group description / block bitmap / inode bitmap / inode table / data             blocks 等等區域。要注意的是，每個ext2 filesystem 在被建立的時候，會依據 partition 的大小， 給予數個 block group ，而每個 block group 就有上述的這些部分。整個             filesystem 的架構可以下圖展現:

                 為了簡化，假設一個文件系統僅有1個blockgroup。

                  block：用來儲存數據的最小單元，Block 的大小為 扇區 的 2 的次方倍數。

                  inode：每個文件都對應著一個inode，inode存儲著文件的元數據

                  SuperBlock：記錄整個 filesystem 相關信息，block和inode的總量和使用情況等等。

                  Group Description：記錄 blockgroup 由何處開始記錄。

                  Block bitmap：記錄哪個 block 有沒有被使用。  

                  Inode bitmap：此處記錄那個 inode 有沒有被使用。

                  Inode table：記錄每個inode number對應文件所對應的metadata（元數據）。

                  Data Blocks： block 數據存放區。 

            可以通過dumpe2fs  分區  查看上述描述的信息。

             當我們新增一個文件或目錄時：

                    1. 根據 inode bitmap / block bitmap 的信息，找到尚未被使用的 inode 與 block ， 進而將檔案的屬性與數據分別記載進 inode 與 block ；

                    2. 將剛剛被利用的 inode 與 block 的號碼 (number) 告知 superblock、inode bitmap、block bitmap 等，讓這些 metadata 更新信息。