磁盤設備

一切皆文件

所有的Linux中的設備都可以使用下面命令進行操作：open(), read(), write(), close()（這些是C的函數）

• 塊設備：隨機訪問

• 字符設備：線性訪問

設備號碼：

• 主設備號：major number,標識設備類型 
  8是主要設備編號，代表類型

• 次設備號：minor number,標識同一類型下的不同設備 
  0-5是設備唯一編號，同一類型設備進行區分

• 只要主、次設備編號相同，他們就是同一個設備 
  了解更多關于設備的信息

硬盤接口類型：

• 并行：多針腳 
  IDE類型最高速度：133MB/s 
  SCSI設備：640MB/s

• 串口：單針腳，可以多個串口，以提高速度

tips：注意單位的不同.B是指字符，bps是指每秒傳輸的位

• 串行接口速度比并行快，大部分原因是：不受干擾，速度快。

命名

• IDE設備：/dev/hd*

• SCSI，SATA，SAS，USB等設備：/dev/sd*

• 磁盤設備文件都在/dev目錄下面

• 由于IDE設備的弱點，基本被淘汰了。cent7開始，都改名叫sd

• 有時候，系統/dev文件下或者別的地方，會出現vda，vdb，vdc這種的，是虛擬機上的磁盤。當成硬盤用就可以了。

磁盤分區方式

• MBR和GTP的分區方式

• GTP的主分區個數可以超過4個

• MBR

機械硬盤和固態硬盤

機械硬盤：是盤片的硬盤，所以轉速（rpm）對硬盤影響很大，所以就有一個指標rpm 
固態硬盤：內部構建和機械硬盤完全不一樣。

機械硬盤組成

每個柱面的數據量=磁道的數據量?盤面數（=磁頭數）每個柱面的數據量=磁道的數據量?盤面數（=磁頭數）

磁道的數據量=柱面扇區數量?每個扇面的數據量=512?63磁道的數據量=柱面扇區數量?每個扇面的數據量=512?63

每個柱面的數據量=柱面扇區數量?每個扇面的數據量?盤面數=512?63?256=8M每個柱面的數據量=柱面扇區數量?每個扇面的數據量?盤面數=512?63?256=8M

尋址方式

CHS尋址： cylinder（柱面）Head Sector<-----------老式的尋址方式
LBA尋址：開始可以最小單位為扇區（Centos6開始使用）

• 早期系統中，CHS按照柱面分配時，不允許一個柱面分給多個分區，現在只會給出提醒警告

• 分配從柱面1開始分配，柱面0存放了開機引導和分配表等信息。

• centos6開始支持LBA了，fdisk默認顯示以柱面為單位，-u參數幫助fdisk以扇區為單位顯示

• centos7開始，才“默認”LBA，默認就是以扇區為顯示單位

  但是如果想用柱面為單位，可以在fdisk中使用 -u=cylinders 
   
  

給服務器添加硬盤

• 將硬盤添加到服務器上之后，使用下面命令進行掃描，就可以在系統中看到，硬盤已經添加成功了。

echo “- - -” > /sys/class/scsi_host/host2/scan
//這里有三個，host0，host1，host2，如果一個不成功，可以試試用其他的。

• lsblk是用來列出在內存中有的塊設備文件的。 
   
  

  

分區

為什么創建分區

• 更高效

  比如數據庫或者是日志，或者是操作系統。

  由于他們的存放特性是不一樣的，尤其是數據庫和日志的存放。

  就需要不同的文件系統，希望能夠使用不同的文件結構來存放他們，以便更高效。

• 防破壞：防止“所有”內容被破壞

• 減少磁盤修復難度和時間

• 磁盤配額

分區方式

• 分區方式和磁盤尋址方式之間存在密切聯系。

• 由于centos6和7之間，尋址方式的改變，他們的默認分區方式也有變化。

• 分區有兩種：MBR和GPT

• windows中的分區方式也分為這兩種，如圖:

MBR

MBR介紹

• MBR：Master Boot Record，使用32位表示扇區數，分區不超過2T

• 如何分區：按柱面

• 分區信息：存放在0磁道0扇區，一共512bytes

• 前446bytes：boot loader

• 后64bytes：分區表

• 16bytes：標識一個分區

• 將前446個字節，給擦除，擦除后，只要后面分區表的64位字節，還在，就還可以使用。

  

• 最后2bytes: 存放內容“55AA”，這部分內容一定不能夠被破壞

• 如果沒有“55AA”，該分區會被認為是裸分區??！

  裸設備(raw device)，也叫裸分區（原始分區），是一種沒有經過格式化，不被Unix通過文件系統來讀取的特殊塊設備文件。由應用程序負責對它進行讀寫操作。不經過文件系統的緩沖。它是不被操作系統直接管理的設備。這種設備少了操作系統這一層，I/O效率更高。不少數據庫都能通過使用裸設備作為存儲介質來提高I/O效率。 
  裸分區只能夠使用dd來進行備份

• 使用hexdump查看/dev/sdd開頭512個字節的十六進制內容

• 查看分區表中內容這512個信息，如果出現問題，就真的不能夠啟動系統了。
  所以最好備份,，放在別的地方，

dd if=/dev/sda of=/testdir/mbrbak bs=1 count=512
//if表示inputfile
//of表示outputfile
//bs表示每次讀取多少
//count表示讀取多少次
//skip表示inputfile跳過多少個字節，從該字節后的一個字節開始讀
//seek 表示outputfile跳過多少個字節，從該字節后第一個字節開始寫

            若是哪天這512個字節出現了問題，那么就需要使用dd命令恢復

 
– 實驗：如果沒有最后的“55AA” 
– 破壞最后兩位 
 
– 之后，可以看到，和沒有分區是一樣的效果 

MBR分區結構

• 4個主分區；3主分區+1擴展(N個邏輯分區)

• MBR分區結構圖 
  

• 主分區 
  

• 活動分區：系統開機后，會到那里找分區信息

• 擴展分區&邏輯分區 
  

• 擴展分區有自己的MBR–EBR

• 擴展分區的512個字節中，前466個字節，為了和主分區保持一致，會預留出來，不存放任何內容。

• 擴展分區中，分區信息都放在自己的分區中。在分區開頭位置的第0扇區內。

GPT

GPT介紹

GPT（GUID partition 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

• GUID和UUID

  UUID是一個由4個連字號(-)將32個字節長的字符串（32個十六進制數）分隔后生成的字符串（8-4-4-4-12），總共36個字節長。比如：550e8400-e29b-41d4-a716-446655440000 
  GUID 是微軟對UUID這個標準的實現。UUID是由開放軟件基金會（OSF）定義的。UUID還有其它各種實現，不止GUID一種。比如我們這里在Java中用到的。 
  UUID的生成：由當前系統時間+其他內容，組合生成，所以一般不會有重復

• 隨機生成UUID 
  

• UEFI (統一擴展固件接口)硬件支持GPT，使操作系統啟動，否則即使配置成功，也無法使用。

• 會自動備份超級快內容

GPT分區結構

• GPT分區結構圖 
  

• LBA0存放Protected MBR。 
  這是因為大部分的磁盤工具不識別LBA的尋址方式，為了防止這些設備把GPT的分區給認為是裸分區，所以添加MBR信息，保證磁盤不被誤破壞。

• LBA0之后的內容，為EFI部分。該部分包括四個組成區域：

• EFI信息區（GPT頭）

• 分區表

• GPT分區

• 備份區域

分區管理

查看塊設備文件

• 使用lsblk查看

[root@node4 ~]# lsblk
NAME   MAJ:MIN RM   SIZE RO TYPE MOUNTPOINT
sr0     11:0    1   3.7G  0 rom  /media/CentOS_6.8_Final
sdb      8:16   0    20G  0 disk
 ├─sdb2   8:18   0 784.4M  0 part 
 ├─sdb3   8:19   0   1.5G  0 part 
 ├─sdb4   8:20   0     1K  0 part 
 └─sdb5   8:21   0   3.9G  0 part 
sda      8:0    0   200G  0 disk
 ├─sda1   8:1    0   200M  0 part /boot
 ├─sda2   8:2    0   100G  0 part /
 ├─sda3   8:3    0     2G  0 part [SWAP]
 ├─sda4   8:4    0     1K  0 part 
 └─sda5   8:5    0   7.7G  0 part 
sdc      8:32   0   100G  0 disk 
sdd      8:48   0    10G  0 disk

• ls /dev/sd* （見下圖）

• cat /proc/partitions ( 見下圖）

• fdisk -l

• lsblk、/dev/sd*、/proc/partitions查看的都是系統內存中的分區表

• fdisk查看的是系統最實時的詳細分區表

• 對于一些使用過的分區，添加或刪除分區后，需要同步到內存中，否則前三者不能夠查看到真實的分區信息。

 [root@node4 ~]# fdisk -l
  Disk /dev/sdb: 21.5 GB, 21474836480 bytes
  255 heads, 63 sectors/track, 2610 cylinders
  Units = cylinders of 16065 * 512 = 8225280 bytes
  Sector size (logical/physical): 512 bytes / 512 bytes
  I/O size (minimum/optimal): 512 bytes / 512 bytes
  Disk identifier: 0x58427b03
  
      Device Boot      Start         End      Blocks   Id  System
      /dev/sdb2             101         200      803250   83  Linux
      /dev/sdb3             201         400     1606500   83  Linux
      /dev/sdb4             401        1000     4819500    5  Extended
      /dev/sdb5             501        1000     4016218+  83  Linux

    Disk    /dev/sda: 214.7 GB, 214748364800 bytes
    255 heads, 63 sectors/track, 26108 cylinders
    Units = cylinders of 16065 * 512 = 8225280 bytes
    Sector size (logical/physical): 512 bytes / 512 bytes
    I/O size (minimum/optimal): 512 bytes / 512 bytes
    
    Disk identifier: 0x000ac3f7
    Device       Boot      Start         End      Blocks   Id  System
    /dev/sda1   *           1          26      204800   83  Linux
    Partition 1 does not end on cylinder boundary.
    /dev/sda2              26       13080   104857600   83  Linux
    /dev/sda3           13080       13341     2097152   82  Linux swap/ Solaris
    /dev/sda4           13341       26108   102551934    5  Extended
    /dev/sda5           13341       14341     8033475   83  Linux

• parted -l

[root@node4 ~]# parted -l
Model: VMware, VMware Virtual S (scsi)
Disk /dev/sda: 215GB
Sector size (logical/physical): 512B/512B
Partition Table: msdos
 Number  Start   End    Size    Type      File system     Flags
 1      1049kB  211MB  210MB   primary   ext4            boot 
 2      211MB   108GB  107GB   primary   ext4 
 3      108GB   110GB  2147MB  primary   linux-swap(v1) 
 4      110GB   215GB  105GB   extended 
 5      110GB   118GB  8226MB  logical
 Model: VMware, VMware Virtual S (scsi)
 Disk /dev/sdb: 21.5GB
 Sector size (logical/physical): 512B/512B
 Partition Table: msdos
  Number  Start   End     Size    Type      File system  Flags
   2      823MB   1645MB  823MB   primary   ext2
   3      1645MB  3290MB  1645MB  primary
   4      3290MB  8225MB  4935MB  extended
   5      4113MB  8225MB  4113MB  logical

創建分區

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

• 4個主分區；3主分區+1擴展(N個邏輯分區)

• 使用方法：

• 修改分區表 fdisk [options]

• 列出分區表 fdisk [options] -l

• 定義塊大小 fdisk -s

• 選項

gdisk

• 創建GPT分區，分區數量無需擔心（數量巨大，因為是基于UUID的）

• 使用方法類fdisk

parted

• 高級分區操作（創建、復制、調整大小等等）程序

• 支持DOC也支持GPT

parted詳解

• 格式：

parted [options] [device [command [options...]...]]

-[options]

• [device]：如果需要，但是沒有指定，默認第一個parted找到的分區

• [command [options…]

parted 實用命令

• 更改分區類型：parted /dev/sdb mklabel gpt|msdos

• 可以對未使用的分區更改分區格式

• 已分區，但是未使用的分區，更改分區格式后，原來的分區會失效（消失）

• msdos分區，使用“parted /dev/sdb mklabel msdos”設置分區類型后，查看，顯示“dos”

• partition table部分（使用parted print）

• Disk label type(fdisk -l)

  

[root@node4 ~]# parted /dev/sdd mklabel gpt
Information: You may need to update /etc/fstab. 
                           
[root@node4 ~]# parted /dev/sdd print
Model: VMware, VMware Virtual S (scsi)
Disk /dev/sdd: 10.7GB
Sector size (logical/physical): 512B/512B
Partition Table: gpt
 Number  Start  End  Size  File system  Name  Flags

• 打印分區詳情：parted /dev/sdb print

[root@node4 ~]# parted /dev/sda print
Model: VMware, VMware Virtual S (scsi)
Disk /dev/sda: 215GB
Sector size (logical/physical): 512B/512B
Partition Table: msdos
 Number  Start   End    Size    Type      File system     Flags
  1      1049kB  211MB  210MB   primary   ext4            boot
  2      211MB   108GB  107GB   primary   ext4 
  3      108GB   110GB  2147MB  primary   linux-swap(v1) 
  4      110GB   215GB  105GB   extended 
  5      110GB   118GB  8226MB  logical

• 新建分區：parted /dev/sdb mkpart primary 1 200（默認單位M）

• 新建分區可以跳著分： 
   
  

[root@node4 ~]# parted /dev/sdd mkpart primary 1 1024
Information: You may need to update /etc/fstab.                       
     
[root@node4 ~]# parted /dev/sdd print
Model: VMware, VMware Virtual S (scsi)
Disk /dev/sdd: 10.7GB
Sector size (logical/physical): 512B/512B
Partition Table: gpt

 Number  Start   End     Size    File system  Name     Flags 
 1      1049kB  1024MB  1023MB            primary

• 刪除分區：parted /dev/sdb rm 1

• 列出所有分區：parted -l

分區更多細節

• 如果主分區中，4個分區都分配完成后，刪除了分區2，分區1和分區3都不會發生變化，這和邏輯分區不同。

• 這樣容易導致磁盤浪費

• 如果刪除的是擴展分區中的分區，刪除后，后面的分區會將原來的分區號覆蓋掉（這可能是與邏輯分區的MBR存儲方式有關系，也說明，擴展分區的分區名，并不是存儲在擴展分區中的，可能是存儲在前面的主分區中的。） 
  

• 設備名與UUID之間，在寫腳本的時候，最好使用UUID，因為UUID不會重復。設備名，在寫腳本的時候最好備用，如上，如果刪除了邏輯分區5之后，6會自動覆蓋為邏輯分區5。如果腳本中使用邏輯分區5這個設備名，就會導致錯誤。

• 分區如果不連續，會報warning出來。 
  

• 使用命令操作分區的時候，分區不要寫成：fdisk /dev/sdc3這種的要寫成：fdisk /dev/sdc。因為/dev/sdc3已經是分區了，在分區，就會亂

同步分區

• 修改后查看內存中是否識別新的分區，使用lsblk或者是查看/dev/sd*，或者是查看/proc/partitions中。

• lsblk、/dev/sd*、/proc/partitions都是查看的內存中的分區結構

• fdisk和parted查看的是硬盤真實的分區情況

• 同步是指：通知內核重新讀取硬盤分區表新增分區或者刪除分區

• 不要又增加了，又刪除了，再去同步 
  – 每次增加操作完成后，就進行同步，每次刪除操作完后，就進行同步

新增分區操作的同步

• partx -a -n M:N /dev/DEVICE

• 該命令的-n和–nr（指定同步到內存中的添加的設備名），并不好用 
   
  
  

  

• kpartx -a /dev/DEVICE -f: force

刪除分區操作的同步

• 命令：partx -d -n M:N /dev/DEVICE

• centos6 : –nr N-M

• 命令：partprobe

• CentOS 5，7:使用

• partprobe用法：partprobe [/dev/DEVICE]

實驗 dd

0扇區前512字節刪除與恢復總結

掃描磁盤
echo "- - -" > /sys/class/scsi_host/host2/scan
lsblk 
ls /dev/sd

*查看分區
fdisk -l /dev/sda

查看mbr
hexdump  -C -n 512 /dev/sda

備份mbr
dd if=/dev/sda of=/testdir/mbrbak bs=1 count=512
hexdump  -C -v /testdir/mbrbak 
 
恢復mbr
dd if=/testdir/mbrbak  of=/dev/sdd 
fdisk /dev/sdd -l
lsblk
hexdump  -C -n 512 /dev/sdd

破壞boot loader
dd if=/dev/zero of=/dev/sdd bs=1 count=446
hexdump  -C -v -n 512 /dev/sdd

清除分區標識
dd if=/dev/zero of=/dev/sdd bs=1 count=2 skip=510 seek=510 
hexdump  -C -v -n 512 /dev/sddfdisk -l /dev/sdd

恢復分區標識
dd if=/testdir/mbrbak  of=/dev/sdd bs=1 count=2 skip=510 seek=510

恢復分區表
dd if=/dev/zero  of=/dev/sdd bs=1 count=64 skip=446  seek=446
hexdump  -C -v -n 512 /dev/sdd