Linux磁盤管理

設備文件

一切皆文件
open(), read(), write(), close()

磁盤結構

磁盤接口類型

并行

• IDE：133MB/s

• SCSI：640MB/s

串口

• SATA：6Gbps

• SAS：6Gbps

• USB：480MB/s

rpm

• rotationsper minute 硬盤每分鐘轉數

硬盤結構

 圖一  圖二

下面我們來介紹幾個磁盤存儲的數據

1. head：磁頭 即 盤面

2. track：磁道

3. cylinder: 柱面

4. secotr: 扇區，512bytes

每個扇區空間大小為512byte

從圖上看扇區是越往內圈越小。的確，扇區面積是小了，但存儲的數據量不變，只是數據存儲密度增大了而已(存在浪費空間)。

機械硬盤使用8位二進制數表示磁頭(head)數，所以最多可以有2^8個磁頭即256個

采用10位二進制數表示磁道(track)數，所以最多可以有2^10個磁道即1024個

采用6位二進制數表示扇區(sector)數，所以每個磁道最多可以有2^6個扇區即64個

這里我們可以得到一個公式

單個磁盤最大空間=每個磁道扇區數×每個扇區大小×磁道數×磁頭數=64×512(byte)×1024×256=8G

分區是按照柱面來劃分的

所以同樣的可以得到

一個分區的最小單位=一個磁道大小×磁頭數=64×512(byte)×256=8M

所以我們的分區大小通常為8M的整倍數

但實際情況好像并不是這樣？

這是因為我們的運算是按照CHS(cylinder、head、sector)的

即每個磁道的扇區數相同

現在一般采用CHS和LBA相結合的方式劃分扇區即每個磁道上的扇區數可以不同、并且一個柱面可以屬于多個分區

這樣單個磁盤最大空間要大的多的多

磁盤分區

為什么是分區？

• 優化I/O性能

• 實現磁盤空間配額限制

• 提高修復速度

• 隔離系統和程序

• 安裝多個OS

• 采用不同文件系統

分區

兩種分區方式：MBR,GPT

首先介紹MBR

MBR：master boot record 使用32位(4byte)表示扇區數，所以單個分區不超過2T(2^32×512=2T)

如何分區：按柱面

0磁道0扇區：512bytes

446bytes: boot loader
64bytes：分區表
        16bytes: 標識一個分區
        4個主分區；3主分區+1擴展(N個邏輯分區)
2bytes: MBR區域的有效性標識；55AA為有效

下面我們使用命令來看下MBR的內容

[root@redhat7 ~]# hexdump -C -n 512 /dev/sda

一個簡單實驗：

1、使用dd命令備份磁盤的mbr

2、使用dd命令破壞磁盤的mbr

3、使用dd命令利用備份的mbr恢復到磁盤上

[root@redhat7 ~]# fdisk -l /dev/sdb
// 首先查看/dev/sdb  是存在的
[root@redhat7 ~]# dd if=/dev/sdb of=/root/mbr.bak bs=512 count=1
// 備份/dev/sdb的MBR 到 /root/mbr.bak
[root@redhat7 ~]# dd if=/dev/zero of=/dev/sdb bs=512 count=1
// 破壞/dev/sdb的MBR
[root@redhat7 ~]# fdisk -l /dev/sdb
// /dev/sdb的分區表 已經不復存在了
[root@redhat7 ~]# dd if=/root/mbr.bak of=/dev/sdb bs=512 count=1
// 恢復/dev/sdb 的MBR
[root@redhat7 ~]# fdisk -l /dev/sdb
// /dev/sdb的分區表又重新顯示了

MBR分區結構

從圖上我們也可以發現一個問題：

實驗環境    
/dev/sda為我們正常使用的硬盤
/dev/sdb為我們新添加的一塊硬盤

dd if=/dev/sda of=/dev/sdb bs=512 count=1
dd if=/dev/sda of=/dev/sdb bs=1 count=66 skip=446 seek=446
dd if=/dev/zero of=/dev/sdb bs=1 count=2 skip=510 seek=510
dd if=/dev/sda of=/dev/sdb bs=1 count=2 skip=510 seek=510

從圖中我們可以看到復制sda的MBR到sdb，但是它們兩個顯示的并不一樣，sdb沒有顯示邏輯分區sdb5

所以可以說明MBR存儲的只有主分區和擴展分區的分區表信息(最多只能復制4個分區表的信息，這點前面也介紹過)；
邏輯分區的分區表信息并不存在于MBR(可以查看前面的圖示，這點需要注意)

GPT分區

• GPT:GUID patition table 支持128個分區，使用64位，支持8Z（512Byte/block ）64Z （4096Byte/block）

• 使用128位UUID 表示磁盤和分區GPT分區表自動備份在頭和尾兩份，并有CRC校驗位

• UEFI (統一擴展固件接口)硬件支持GPT，使操作系統啟動

  操作系統安裝在GPT分區中時，要在主板BIOS設置中將電腦設置為支持UEFI啟動

GPT分區結構

管理分區

• 列出塊設備

  [root@redhat7 ~]# blkid 
      blkid -L <label> | -U <uuid>

• 添加一塊新的硬盤作為實驗環境

  [root@redhat7 ~]# echo "- - -" > /sys/class/scsi_host/host0/scan
  [root@redhat7 ~]# echo "- - -" > /sys/class/scsi_host/host1/scan
  [root@redhat7 ~]# echo "- - -" > /sys/class/scsi_host/host2/scan
  //在不需要重啟的情況下識別新添加的硬盤

• 創建MBR分區

  fdisk創建MBR分區，也支持GPT，對于一塊硬盤，最多只能管理15分區
  
  [root@redhat7 ~]# fdisk -hlep
  Usage:
      fdisk [options] <disk>change partition table
      fdisk [options] -l <disk> list partition table(s)

• 創建MBR分區

  gdisk [ -l ] device

GNU parted高級分區操作（創建、復制、調整大小等等）

    [root@redhat7 ~]# parted --help
    Usage: parted [OPTION]... [DEVICE [COMMAND [PARAMETERS]...]...]
    Apply COMMANDs with PARAMETERS to DEVICE.  If no COMMAND(s) are given, run in
    interactive mode.

查看是MBR分區還是GPT分區的幾個命令，及其混合

[root@redhat7 ~]# gdisk /dev/sdb
[root@redhat7 ~]# gdisk /dev/sdc
[root@redhat7 ~]# fdisk /dev/sdb
[root@redhat7 ~]# fdisk /dev/sdc
[root@redhat7 ~]# fdisk -l /dev/sdc
Disk label type: gpt
[root@redhat7 ~]# fdisk -l /dev/sdb
Disk label type: dos


[root@redhat7 ~]# gdisk -l /dev/sdc
[root@redhat7 ~]# gdisk -l /dev/sdb
// 注意區別

同步分區表

查看內核是否已經識別新的分區
[root@redhat7 ~]# cat /proc/partitions
[root@redhat7 ~]# lsblk
[root@redhat7 ~]# ls /dev/設備名
//以上3個命令為查看內核中的分區表

[root@redhat7 ~]# fdisk -l /dev/設備
//查看為磁盤上的分區表

如果上面和下面命令顯示的設備文件不一樣，則需要通知內核重新讀取硬盤分區表

centos 6

新增分區用
[root@redhat7 ~]# partx -a -n M:N /dev/DEVICE

刪除分區用
[root@redhat7 ~]# partx -d -nr M:N /dev/DEVICE

centos 5、7

[root@redhat7 ~]# partprobe [/dev/DEVICE]

parted命令

parted的操作都是實時生效的，小心使用

parted - a partition manipulation program
parted [options] [device [command [options...]...]]


optionss:

-l, --list   lists partition layout on all block devices


COMMANDS：

help [COMMAND]   print general help, or help on COMMAND
mklabel,mktable LABEL-TYPE   create a new disklabel (partition table)
mkpart PART-TYPE [FS-TYPE] START END   make a partition
print [...]  display the partition table,
rm NUMBER    delete partition NUMBER



# parted /dev/sdb mklabel gpt|msdos
# parted /dev/sdb print
# parted /dev/sdb mkpart primary 1 200 （默認M）
# parted /dev/sdb rm 1
# parted -l

文件進系統類型

• Linux文件系統: ext2, ext3, ext4, xfs（SGI）, btrfs（Oracle）, reiserfs, jfs（AIX）, swap

• 光盤：iso9660

• Windows：fat32, ntfs

• Unix: FFS（fast）, UFS（unix）, JFS2

• 網絡文件系統：NFS, CIFS

• 集群文件系統：GFS2, OCFS2（oracle）

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

• RAW：未經處理或者未經格式化產生的文件系統

文件系統分類

• 根據其是否支持"journal"功能：

• 日志型文件系統: ext3, ext4, xfs, …

• 非日志型文件系統: ext2, vfat

• 文件系統的組成部分：

• 內核中的模塊：ext4, xfs, vfat

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

• Linux的虛擬文件系統：VFS

• 查前支持的文件系統：cat /proc/filesystems

VFS：Linux虛擬文件系統

創建文件系統

mkfs命令：
(1) # mkfs.FS_TYPE/dev/DEVICE
    ext4
    xfs
    btrfs
    vfat
(2) # mkfs-t FS_TYPE /dev/DEVICE
    -L 'LABEL': 設定卷標


創建ext文件系統
mke2fs：ext系列文件系統專用管理工具
    -t {ext2|ext3|ext4}
    -b {1024|2048|4096}
    -L 'LABEL'
    -j: 相當于-t ext3

    mkfs.ext3 = mkfs-t ext3 = mke2fs -j = mke2fs -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的大小
    -N #：為數據空間創建個多少個inode
    -I 一個inode記錄大小128---4096
    -m #: 默認5%,為管理人員預留空間占總空間的百分比
    -O FEATURE[,...]：啟用指定特性
    -O ^FEATURE：關閉指定特性

文件系統屬性

文件系統標簽

• 指向設備的另一種方法

• 與設備無關

  blkid：塊設備屬性信息查看 blkid[OPTION]… [DEVICE] -U UUID: 根據指定的UUID來查找對應的設備 -L LABEL：根據指定的LABEL來查找對應的設備

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

  findfs：查找分區 findfs[options] LABEL= findfs[options] UUID=

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 ^has_journal
-o: 調整文件系統的默認掛載選項,–o ^acl
-U UUID: 修改UUID號

dumpe2fs：
-h：查看超級塊信息（分組信息），分區用分組管理

超級塊和inode table

文件系統檢測和修復

常發生于死機或者非正常關機之后

掛載為文件系統標記為“dirty”

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

注意: FS_TYPE一定要與分區上已經文件類型相同；

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

掛載mount

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

卸載:為解除此關聯關系的過程

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

掛載點下原有文件在掛載完成后會被臨時隱藏

掛載點目錄一般為空

掛載方法：mount DEVICE MOUNT_POINT

mount：通過查看/etc/mtab文件顯示當前已掛載的所有設備
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


[option]
    -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，相當于#mount
    -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auto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

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)，多個選項使用逗號分隔
    async：異步模式
    sync：同步模式,內存更改時，同時寫磁盤
    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,是否支持-a選項
    exec/noexec：是否支持將文件系統上運行應用程序
    dev/nodev：是否支持在此文件系統上使用設備文件
    suid/nosuid：不否支持suid和sgid權限
    remount：重新掛載
    ro：只讀
    rw：讀寫
    user/nouser：是否允許普通用戶掛載此設備，默認管理員才能掛載
    acl：啟用此文件系統上的acl功能
    Defaults：相當于rw, suid, dev, exec, auto, nouser, async

卸載命令

查看掛載情況:
#findmntMOUNT_POINT
查看正在訪問指定文件系統的進程：
#lsofMOUNT_POINT
#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
卸載：
# umountDEVICE
# umountMOUNT_POINT

掛載點和/etc/fstab

配置文件系統體系
被mount、fsck和其它程序使用
系統重啟時保留文件系統體系
可以在設備欄使用文件系統卷標
使用mount -a 命令掛載/etc/fstab中的所有文件系統