Linux磁盘管理

设备文件

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

磁盘结构

磁盘接口类型

并行

• IDE：133MB/s

• SCSI：640MB/s

串口

• SATA：6Gbps

• SAS：6Gbps

• USB：480MB/s

rpm

• rotationsper minute 硬盘每分钟转数

硬盘结构

 图一  图二

下面我们来介绍几个磁盘存储的数据

1. head：磁头 即 盘面

2. track：磁道

3. cylinder: 柱面

4. secotr: 扇区，512bytes

每个扇区空间大小为512byte

从图上看扇区是越往内圈越小。的确，扇区面积是小了，但存储的数据量不变，只是数据存储密度增大了而已(存在浪费空间)。

机械硬盘使用8位二进制数表示磁头(head)数，所以最多可以有2^8个磁头即256个

采用10位二进制数表示磁道(track)数，所以最多可以有2^10个磁道即1024个

采用6位二进制数表示扇区(sector)数，所以每个磁道最多可以有2^6个扇区即64个

这里我们可以得到一个公式

单个磁盘最大空间=每个磁道扇区数×每个扇区大小×磁道数×磁头数=64×512(byte)×1024×256=8G

分区是按照柱面来划分的

所以同样的可以得到

一个分区的最小单位=一个磁道大小×磁头数=64×512(byte)×256=8M

所以我们的分区大小通常为8M的整倍数

但实际情况好像并不是这样？

这是因为我们的运算是按照CHS(cylinder、head、sector)的

即每个磁道的扇区数相同

现在一般采用CHS和LBA相结合的方式划分扇区即每个磁道上的扇区数可以不同、并且一个柱面可以属于多个分区

这样单个磁盘最大空间要大的多的多

磁盘分区

为什么是分区？

• 优化I/O性能

• 实现磁盘空间配额限制

• 提高修复速度

• 隔离系统和程序

• 安装多个OS

• 采用不同文件系统

分区

两种分区方式：MBR,GPT

首先介绍MBR

MBR：master boot record 使用32位(4byte)表示扇区数，所以单个分区不超过2T(2^32×512=2T)

如何分区：按柱面

0磁道0扇区：512bytes

446bytes: boot loader
64bytes：分区表
        16bytes: 标识一个分区
        4个主分区；3主分区+1扩展(N个逻辑分区)
2bytes: MBR区域的有效性标识；55AA为有效

下面我们使用命令来看下MBR的内容

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

一个简单实验：

1、使用dd命令备份磁盘的mbr

2、使用dd命令破坏磁盘的mbr

3、使用dd命令利用备份的mbr恢复到磁盘上

[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
// 备份/dev/sdb的MBR 到 /root/mbr.bak
[root@redhat7 ~]# dd if=/dev/zero of=/dev/sdb bs=512 count=1
// 破坏/dev/sdb的MBR
[root@redhat7 ~]# fdisk -l /dev/sdb
// /dev/sdb的分区表 已经不复存在了
[root@redhat7 ~]# dd if=/root/mbr.bak of=/dev/sdb bs=512 count=1
// 恢复/dev/sdb 的MBR
[root@redhat7 ~]# fdisk -l /dev/sdb
// /dev/sdb的分区表又重新显示了

MBR分区结构

从图上我们也可以发现一个问题：

实验环境    
/dev/sda为我们正常使用的硬盘
/dev/sdb为我们新添加的一块硬盘

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

从图中我们可以看到复制sda的MBR到sdb，但是它们两个显示的并不一样，sdb没有显示逻辑分区sdb5

所以可以说明MBR存储的只有主分区和扩展分区的分区表信息(最多只能复制4个分区表的信息，这点前面也介绍过)；
逻辑分区的分区表信息并不存在于MBR(可以查看前面的图示，这点需要注意)

GPT分区

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

• 使用128位UUID 表示磁盘和分区GPT分区表自动备份在头和尾两份，并有CRC校验位

• UEFI (统一扩展固件接口)硬件支持GPT，使操作系统启动

  操作系统安装在GPT分区中时，要在主板BIOS设置中将电脑设置为支持UEFI启动

GPT分区结构

管理分区

• 列出块设备

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

• 添加一块新的硬盘作为实验环境

  [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
  //在不需要重启的情况下识别新添加的硬盘

• 创建MBR分区

  fdisk创建MBR分区，也支持GPT，对于一块硬盘，最多只能管理15分区
  
  [root@redhat7 ~]# fdisk -hlep
  Usage:
      fdisk [options] <disk>change partition table
      fdisk [options] -l <disk> list partition table(s)

• 创建MBR分区

  gdisk [ -l ] device

GNU parted高级分区操作（创建、复制、调整大小等等）

    [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分区还是GPT分区的几个命令，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
// 注意区别

同步分区表

查看内核是否已经识别新的分区
[root@redhat7 ~]# cat /proc/partitions
[root@redhat7 ~]# lsblk
[root@redhat7 ~]# ls /dev/设备名
//以上3个命令为查看内核中的分区表

[root@redhat7 ~]# fdisk -l /dev/设备
//查看为磁盘上的分区表

如果上面和下面命令显示的设备文件不一样，则需要通知内核重新读取硬盘分区表

centos 6

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

删除分区用
[root@redhat7 ~]# partx -d -nr M:N /dev/DEVICE

centos 5、7

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

parted命令

parted的操作都是实时生效的，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 （默认M）
# parted /dev/sdb rm 1
# parted -l

文件进系统类型

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

• 光盘：iso9660

• Windows：fat32, ntfs

• Unix: FFS（fast）, UFS（unix）, JFS2

• 网络文件系统：NFS, CIFS

• 集群文件系统：GFS2, OCFS2（oracle）

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

• RAW：未经处理或者未经格式化产生的文件系统

文件系统分类

• 根据其是否支持"journal"功能：

• 日志型文件系统: ext3, ext4, xfs, …

• 非日志型文件系统: ext2, vfat

• 文件系统的组成部分：

• 内核中的模块：ext4, xfs, vfat

• 用户空间的管理工具：mkfs.ext4, mkfs.xfs,mkfs.vfat

• Linux的虚拟文件系统：VFS

• 查前支持的文件系统：cat /proc/filesystems

VFS：Linux虚拟文件系统

创建文件系统

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


创建ext文件系统
mke2fs：ext系列文件系统专用管理工具
    -t {ext2|ext3|ext4}
    -b {1024|2048|4096}
    -L 'LABEL'
    -j: 相当于-t ext3

    mkfs.ext3 = mkfs-t ext3 = mke2fs -j = mke2fs -t ext3

    -i#: 为数据空间中每多少个字节创建一个inode；此大小不应该小于block的大小
    -N #：为数据空间创建个多少个inode
    -I 一个inode记录大小128---4096
    -m #: 默认5%,为管理人员预留空间占总空间的百分比
    -O FEATURE[,...]：启用指定特性
    -O ^FEATURE：关闭指定特性

文件系统属性

文件系统标签

• 指向设备的另一种方法

• 与设备无关

  blkid：块设备属性信息查看 blkid[OPTION]… [DEVICE] -U UUID: 根据指定的UUID来查找对应的设备 -L LABEL：根据指定的LABEL来查找对应的设备

  e2label：管理ext系列文件系统的LABEL # e2label DEVICE [LABEL]

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

tune2fs

tune2fs：重新设定ext系列文件系统可调整参数的值

-l：查看指定文件系统超级块信息；super block
-L 'LABEL'：修改卷标
-m #：修预留给管理员的空间百分比
-j: 将ext2升级为ext3
-O: 文件系统属性启用或禁用,–O ^has_journal
-o: 调整文件系统的默认挂载选项,–o ^acl
-U UUID: 修改UUID号

dumpe2fs：
-h：查看超级块信息（分组信息），分区用分组管理

超级块和inode table

文件系统检测和修复

常发生于死机或者非正常关机之后

挂载为文件系统标记为“dirty”

fsck: File System Check
fsck.FS_TYPE
fsck-t FS_TYPE
-a: 自动修复错误
-r: 交互式修复错误

注意: FS_TYPE一定要与分区上已经文件类型相同；

e2fsck：ext系列文件专用的检测修复工具
-y：自动回答为yes
-f：强制修复

挂载mount

挂载:将额外文件系统与根文件系统某现存的目录建立起关联关系，进而使得此目录做为其它文件访问入口的行为

卸载:为解除此关联关系的过程

把设备关联挂载点：mount Point # mount

卸载时：可使用设备，也可以使用挂载点 # umount

挂载点下原有文件在挂载完成后会被临时隐藏

挂载点目录一般为空

挂载方法：mount DEVICE MOUNT_POINT

mount：通过查看/etc/mtab文件显示当前已挂载的所有设备
mount [-fnrsvw] [-t vfstype] [-o options] device dir
device：指明要挂载的设备；
(1) 设备文件：例如/dev/sda5
(2) 卷标：-L 'LABEL', 例如-L 'MYDATA'
(3) UUID, -U 'UUID'：例如-U '0c50523c-43f1-45e7-85c0-a126711d406e'
(4) 伪文件系统名称：proc, sysfs, devtmpfs, configfs

    dir：挂载点
事先存在；建议使用空目录
进程正在使用中的设备无法被卸载


[option]
    -t vsftype：指定要挂载的设备上的文件系统类型
    -r: readonly，只读挂载
    -w: read and write, 读写挂载
    -n: 不更新/etc/mtab，相当于#mount
    -a：自动挂载所有支持自动挂载的设备(定义在了/etc/fstab文件中，且挂载选项中有auto功能)
    -L 'LABEL': 以卷标指定挂载设备
    -U 'UUID': 以UUID指定要挂载的设备
    -B, --bind: 绑定目录到另一个目录上

查看内核追踪到的已挂载的所有设备：
cat /proc/mounts



-o options：(挂载文件系统的选项)，多个选项使用逗号分隔
    async：异步模式
    sync：同步模式,内存更改时，同时写磁盘
    atime/noatime：包含目录和文件
    diratime/nodiratime：目录的访问时间戳
    auto/noauto：是否支持自动挂载,是否支持-a选项
    exec/noexec：是否支持将文件系统上运行应用程序
    dev/nodev：是否支持在此文件系统上使用设备文件
    suid/nosuid：不否支持suid和sgid权限
    remount：重新挂载
    ro：只读
    rw：读写
    user/nouser：是否允许普通用户挂载此设备，默认管理员才能挂载
    acl：启用此文件系统上的acl功能
    Defaults：相当于rw, suid, dev, exec, auto, nouser, async

卸载命令

查看挂载情况:
#findmntMOUNT_POINT
查看正在访问指定文件系统的进程：
#lsofMOUNT_POINT
#fuser -v MOUNT_POINT
终止所有在正访问指定的文件系统的进程：
# fuser -km MOUNT_POINT
卸载：
# umountDEVICE
# umountMOUNT_POINT

挂载点和/etc/fstab

配置文件系统体系
被mount、fsck和其它程序使用
系统重启时保留文件系统体系
可以在设备栏使用文件系统卷标
使用mount -a 命令挂载/etc/fstab中的所有文件系统