磁盤管理、文件系統管理

磁盤管理

磁盤設備

• 機械硬盤（非固態）

• I/O Ports —– I/O 設備地址

• 塊設備：Block 存取單位“塊”；（磁盤）

• 字符設備：char 存取單位“字符”；（鍵盤）

設備文件：關聯一個設備驅動程序，進而能夠跟與之對應的硬件設備進行通信；

– 設備號碼：

• 主設備號 major number；標識設備類型

• 次設備號 minor number；標識同一類設備中的不同設備

Linux系統硬件設備文件儲存在/dev目錄下

– 硬盤接口：

• 并行{IDE、SCSI}

• 串口{SATA、SAS、USB}

/dev目錄下的硬盤名稱一般是/sd*（*代表[a-z]）；不同分區之間用數字區分，例如：/sda1、/sda2、/sda3….

– 機械硬盤

• track：磁道

• cylinder：柱面

• secotr：扇區 （512byte）
  0扇區（mbr）512byte中 446byte是boot loader；
  64byte是分區表（所以最多4個分區）；
  2byte是4個16進制數值（55AA表示前55個已經使用）；

擴展：分區是按照柱面劃分的，mbr只能識別2T以下的單塊硬盤，超過2T需要使用GPT

磁盤分區

-分區工具：fdisk

• fdisk：

    fdisk -l [-u] [device...]  { -l：顯示磁盤信息；}
    fdisk內置命令：
               p  -查看磁盤信息；
               m -打開幫助信息；
               n -新創建一個分區；
               d -刪除分區；
               w -保存退出；
               q -放棄保存退出；
               l -列出分區ID
               t -修改ID

分好區以后，內核中不一定能識別到分區，內核沒有識別到分區的話無法進行格式化、文件系統等操作；

• 解決

  查看內核有無識別到分區： cat /etc/partations
  讓內核重新掃描識別分區：partx -a /dev/DEVICE
                             -n M:N
                       kpartx -a /dev/DEVICE
                             -f: force
       ------------以上是centos 6-7 使用-----------------
  CentOS 5: 使用:partprobe [/dev/DEVICE]

文件系統管理

• Linux文件系統：ext2、ext3、ext4、xfs、btrfs、reiserfs、jfs、swap
  swap：交換分區；用磁盤空間當內存來使用（虛擬內存）

• 擴展：

  光盤： iso9660;
  windows： fat32、ntfs
  網絡文件系統：NFS、CIFS
  集群文件系統：GF32、OCFS2
  分布式文件系統：ceph、moosefs、mgilefs、Glusterfs、Lustre

-日志文件系統

• 日志型文件系統是一種特殊類型的文件系統，它記錄一個被稱為日志的追蹤文件。日志可以讓系統能夠修復在異常終止時出現的不一致情況。它通過追蹤之前提交到主文件系統的更改。在計算機非正常關機的情況下，任何數據丟失都可被重建。因此,這種文件系統不太可能遭受破壞，并且可以使文件系統快速恢復工作。

• 日志型文件系統：ext3、ext4、xfs…..

• 非日志型文件系統：ext2、vfat

-文件系統的組成

• 內核中的模塊：ext4、xfs、vfat

• 用戶空間的管理工具：mkfs.ext4、mkfs.xfs、mkfs.vfat

擴展：Linux的虛擬文件系統叫VFS

-創建文件系統

• 查看當前系統上所支持的文件系統類型： cat /proc/filesystems

• 顯示分區屬性：blkid [DEVICE]

• mkfs

     (1) # mkfs.FS_TYPE /dev/DEVICE
                ext4
                xfs
                btrfs
                vfat
      (2) # mkfs -t FS_TYPE /dev/DEVICE

            -L 'LABEL': 設定卷標
            
      備注： mkfs.FS_TYPE /dev/DEVICE = mkfa -t FS_TYPE /dev/DEVICE
                例子： mkfs.ext4 /dev/sdb1 = mkfa -t ext4 /dev/sdb1

• mke2fs

           mke2fs：ext系列文件系統專用管理工具
                -t:設置類型 {ext2|ext3|ext4}                
                -b: 設置塊大小{1024|2048|4096}  不自己設置默認大小是4096                
                -L 'LABEL':設定卷標                
                -j: 相當于 -t ext3                
                -i #: 為數據空間中每多少個字節創建一個inode；此大小不應該小于block的大?。?nbsp;               
                -N #：為數據空間創建個多少個inode；                
                -m #: 為管理人員預留的空間占據的百分比；                
                -O FEATURE[,...]：啟用指定特性                  
                -O ^FEATURE：關閉指定特性   
                               
         備注：mke2fs -t ext_TYPE = mkfs.ext_TYPE /dev/DEVICE = mkfa -t ext_TYPE /dev/DEVICE
                例子： mke2fs -t ext4 /dev/sdb1 = mkfs.ext4 /dev/sdb1 = mkfa -t ext4 /dev/sdb1

• mkswap

        mkswap：創建交換分區
            mkswap [options] device
                -L 'LABEL':卷標
            注意：調整其分區的ID為82；

• e2label

        e2label：管理ext系列文件系統的LABEL
            # e2label DEVICE [LABEL]

• tune2fs

        tune2fs：重新設定ext系列文件系統可調整參數的值
            -l：查看指定文件系統超級塊信息；super block            
            -L 'LABEL'：修改卷標            
            -m #：修預留給管理員的空間百分比            
            -j: 將ext2升級為ext3            
            -O: 文件系統屬性啟用或禁用            
            -o: 調整文件系統的默認掛載選項            
            -U UUID: 修改UUID號；

• dumpe2fs

        dumpe2fs [DEVICE] 查看超級塊的詳細信息
            -h：查看超級塊信息

-文件系統檢測

• fsck

        fsck: File System CheCk
            fsck.FS_TYPE
            fsck -t FS_TYPE
                -a: 自動修復錯誤                -r: 交互式修復錯誤
                Note: FS_TYPE一定要與分區上已經文件類型相同；

• e2fsck

        e2fsck：ext系列文件專用的檢測修復工具
            -y：自動回答為yes; 
            -f：強制修復；

-文件系統掛載

• 將額外文件系統與根文件系統某現存的目錄建立起關聯關系，進而使得此目錄做為其它文件訪問入口的行為稱之為掛載；

• 解除此關聯關系的過程稱之為卸載；

    把設備關聯掛載點：Mount Point
        mount

    卸載時：可使用設備，也可以使用掛載點
        umount

注意：掛載點下原有文件在掛載完成后會被臨時隱藏；

• 掛載方法：mount DEVICE MOUNT_POINT

        mount：通過查看/etc/mtab文件顯示當前系統已掛載的所有設備
        mount [-fnrsvw] [-t vfstype] [-o options] device dir
            device：指明要掛載的設備；
                (1) 設備文件：例如/dev/sda5
                (2) 卷標：-L 'LABEL', 例如 -L 'MYDATA'
                (3) UUID, -U 'UUID'：例如 -U '0c50523c-43f1-45e7-85c0-a126711d406e'
                (4) 偽文件系統名稱：proc, sysfs, devtmpfs, configfs            
                
                dir：掛載點
                事先存在；建議使用空目錄；
                進程正在使用中的設備無法被卸載；

常用命令選項：
                -t vsftype：指定要掛載的設備上的文件系統類型；
                -r: readonly，只讀掛載；
                -w: read and write, 讀寫掛載；
                -n: 不更新/etc/mtab； 
                -a：自動掛載所有支持自動掛載的設備；(定義在了/etc/fstab文件中，且掛載選項中有“自動掛載”功能)
                -L 'LABEL': 以卷標指定掛載設備；
                -U 'UUID': 以UUID指定要掛載的設備；
                -B, --bind: 綁定目錄到另一個目錄上；

            注意：查看內核追蹤到的已掛載的所有設備：cat /proc/mounts

            -o options：(掛載文件系統的選項)                
            async：異步模式；                
            sync：同步模式；                
            atime/noatime：包含目錄和文件；                
            diratime/nodiratime：目錄的訪問時間戳                
            auto/noauto：是否支持自動掛載                
            exec/noexec：是否支持將文件系統上應用程序運行為進程                
            dev/nodev：是否支持在此文件系統上使用設備文件；                
            suid/nosuid：                
            remount：重新掛載                
            ro：                
            rw:                
            user/nouser：是否允許普通用戶掛載此設備                
            acl：啟用此文件系統上的acl功能

                注意：上述選項可多個同時使用，彼此使用逗號分隔；
                      默認掛載選項：defaults
                            rw, suid, dev, exec, auto, nouser, and async

• 卸載命令：

        # umount DEVICE
        #umount MOUNT_POINT

        查看正在訪問指定文件系統的進程：            
        # fuser -v MOUNT_POINT

        終止所有在正訪問指定的文件系統的進程：            
        # fuser -km MOUNT_POINT

• 掛載交換分區：

        啟用：swapon
            swapon [OPTION]... [DEVICE]
                -a：激活所有的交換分區；
                -p PRIORITY：指定優先級；
        禁用：swapoff [OPTION]... [DEVICE]

• 內存空間使用狀態：

        free [OPTION]
            -m: 以MB為單位            
            -g: 以GB為單位

• 文件系統空間占用等信息的查看工具：

        df: 
            -h: human-readable            
            -i：inodes instead of blocks            
            -P: 以Posix兼容的格式輸出;

• 查看某目錄總體空間占用狀態：

        du：
            du [OPTION]... DIR
                -h: human-readable                
                -s: summary

• 文件掛載的配置文件：/etc/fstab

每行定義一個要掛載的文件系統；

        要掛載的設備或偽文件系統    掛載點     文件系統類型      掛載選項    轉儲頻率    自檢次序

            要掛載的設備或偽文件系統：
                設備文件、LABEL(LABEL="")、UUID(UUID="")、偽文件系統名稱(proc, sysfs)

            掛載選項：
                defaults

            轉儲頻率：                
            0：不做備份                
            1：每天轉儲                
            2：每隔一天轉儲

            自檢次序：                
            0：不自檢                
            1：首先自檢；一般只有rootfs才用1；

命令總結：fdisk, partx, mkfs, mkswap, mke2fs, tune2fs, blkid, dumpe2fs, e2label, fsck, e2fsck,
mount, umount, free, df, du, swapon, swapoff, fuser

文件系統上的其它概念：

-Inode: Index Node, 索引節點

文件名是源數據但是inode不包含文件名

• 地址指針：地址指針儲存的大小決定塊的大小

• 直接指針：

• 間接指針：

• 三級指針：

  inode bitmap：對位標識每個inode空閑與否的狀態信息；

– 鏈接文件：

• 硬鏈接：

            不能夠對目錄進行；
            不能跨分區進行；
            指向同一個inode的多個不同路徑；創建文件的硬鏈接即為為inode創建新的引用路徑，因此會增加其引用計數；

• 符號鏈接（軟鏈接）：

            可以對目錄進行；
            可以跨分區；
            指向的是另一個文件的路徑；其大小為指向的路徑字符串的長度；不增加或減少目標文件inode的引用計數；        
            ln [-sv] SRC DEST
                -s：symbolic link（符號鏈接）
                -v: verbose

• 文件管理操作對文件的影響：

        文件刪除：把inode引用次數降低為0，對應的位圖標記為空閑
        文件復制：數據的讀取、寫入
        文件移動：不同分區之間移動就是把數據讀取出來復制一份寫入目標，然后刪除源文件；
             同分區內改變路徑 inode不變；