磁盘设备

一切皆文件

所有的Linux中的设备都可以使用下面命令进行操作：open(), read(), write(), close()（这些是C的函数）

• 块设备：随机访问

• 字符设备：线性访问

设备号码：

• 主设备号：major number,标识设备类型 
  8是主要设备编号，代表类型

• 次设备号：minor number,标识同一类型下的不同设备 
  0-5是设备唯一编号，同一类型设备进行区分

• 只要主、次设备编号相同，他们就是同一个设备 
  了解更多关于设备的信息

硬盘接口类型：

• 并行：多针脚 
  IDE类型最高速度：133MB/s 
  SCSI设备：640MB/s

• 串口：单针脚，可以多个串口，以提高速度

tips：注意单位的不同.B是指字符，bps是指每秒传输的位

• 串行接口速度比并行快，大部分原因是：不受干扰，速度快。

命名

• IDE设备：/dev/hd*

• SCSI，SATA，SAS，USB等设备：/dev/sd*

• 磁盘设备文件都在/dev目录下面

• 由于IDE设备的弱点，基本被淘汰了。cent7开始，都改名叫sd

• 有时候，系统/dev文件下或者别的地方，会出现vda，vdb，vdc这种的，是虚拟机上的磁盘。当成硬盘用就可以了。

磁盘分区方式

• MBR和GTP的分区方式

• GTP的主分区个数可以超过4个

• MBR

机械硬盘和固态硬盘

机械硬盘：是盘片的硬盘，所以转速（rpm）对硬盘影响很大，所以就有一个指标rpm 
固态硬盘：内部构建和机械硬盘完全不一样。

机械硬盘组成

每个柱面的数据量=磁道的数据量∗盘面数（=磁头数）每个柱面的数据量=磁道的数据量∗盘面数（=磁头数）

磁道的数据量=柱面扇区数量∗每个扇面的数据量=512∗63磁道的数据量=柱面扇区数量∗每个扇面的数据量=512∗63

每个柱面的数据量=柱面扇区数量∗每个扇面的数据量∗盘面数=512∗63∗256=8M每个柱面的数据量=柱面扇区数量∗每个扇面的数据量∗盘面数=512∗63∗256=8M

寻址方式

CHS寻址： cylinder（柱面）Head Sector<-----------老式的寻址方式
LBA寻址：开始可以最小单位为扇区（Centos6开始使用）

• 早期系统中，CHS按照柱面分配时，不允许一个柱面分给多个分区，现在只会给出提醒警告

• 分配从柱面1开始分配，柱面0存放了开机引导和分配表等信息。

• centos6开始支持LBA了，fdisk默认显示以柱面为单位，-u参数帮助fdisk以扇区为单位显示

• centos7开始，才“默认”LBA，默认就是以扇区为显示单位

  但是如果想用柱面为单位，可以在fdisk中使用 -u=cylinders 
   
  

给服务器添加硬盘

• 将硬盘添加到服务器上之后，使用下面命令进行扫描，就可以在系统中看到，硬盘已经添加成功了。

echo “- - -” > /sys/class/scsi_host/host2/scan
//这里有三个，host0，host1，host2，如果一个不成功，可以试试用其他的。

• lsblk是用来列出在内存中有的块设备文件的。 
   
  

  

分区

为什么创建分区

• 更高效

  比如数据库或者是日志，或者是操作系统。

  由于他们的存放特性是不一样的，尤其是数据库和日志的存放。

  就需要不同的文件系统，希望能够使用不同的文件结构来存放他们，以便更高效。

• 防破坏：防止“所有”内容被破坏

• 减少磁盘修复难度和时间

• 磁盘配额

分区方式

• 分区方式和磁盘寻址方式之间存在密切联系。

• 由于centos6和7之间，寻址方式的改变，他们的默认分区方式也有变化。

• 分区有两种：MBR和GPT

• windows中的分区方式也分为这两种，如图:

MBR

MBR介绍

• MBR：Master Boot Record，使用32位表示扇区数，分区不超过2T

• 如何分区：按柱面

• 分区信息：存放在0磁道0扇区，一共512bytes

• 前446bytes：boot loader

• 后64bytes：分区表

• 16bytes：标识一个分区

• 将前446个字节，给擦除，擦除后，只要后面分区表的64位字节，还在，就还可以使用。

  

• 最后2bytes: 存放内容“55AA”，这部分内容一定不能够被破坏

• 如果没有“55AA”，该分区会被认为是裸分区！！

  裸设备(raw device)，也叫裸分区（原始分区），是一种没有经过格式化，不被Unix通过文件系统来读取的特殊块设备文件。由应用程序负责对它进行读写操作。不经过文件系统的缓冲。它是不被操作系统直接管理的设备。这种设备少了操作系统这一层，I/O效率更高。不少数据库都能通过使用裸设备作为存储介质来提高I/O效率。 
  裸分区只能够使用dd来进行备份

• 使用hexdump查看/dev/sdd开头512个字节的十六进制内容

• 查看分区表中内容这512个信息，如果出现问题，就真的不能够启动系统了。
  所以最好备份,，放在别的地方，

dd if=/dev/sda of=/testdir/mbrbak bs=1 count=512
//if表示inputfile
//of表示outputfile
//bs表示每次读取多少
//count表示读取多少次
//skip表示inputfile跳过多少个字节，从该字节后的一个字节开始读
//seek 表示outputfile跳过多少个字节，从该字节后第一个字节开始写

            若是哪天这512个字节出现了问题，那么就需要使用dd命令恢复

 
– 实验：如果没有最后的“55AA” 
– 破坏最后两位 
 
– 之后，可以看到，和没有分区是一样的效果 

MBR分区结构

• 4个主分区；3主分区+1扩展(N个逻辑分区)

• MBR分区结构图 
  

• 主分区 
  

• 活动分区：系统开机后，会到那里找分区信息

• 扩展分区&逻辑分区 
  

• 扩展分区有自己的MBR–EBR

• 扩展分区的512个字节中，前466个字节，为了和主分区保持一致，会预留出来，不存放任何内容。

• 扩展分区中，分区信息都放在自己的分区中。在分区开头位置的第0扇区内。

GPT

GPT介绍

GPT（GUID partition 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

• GUID和UUID

  UUID是一个由4个连字号(-)将32个字节长的字符串（32个十六进制数）分隔后生成的字符串（8-4-4-4-12），总共36个字节长。比如：550e8400-e29b-41d4-a716-446655440000 
  GUID 是微软对UUID这个标准的实现。UUID是由开放软件基金会（OSF）定义的。UUID还有其它各种实现，不止GUID一种。比如我们这里在Java中用到的。 
  UUID的生成：由当前系统时间+其他内容，组合生成，所以一般不会有重复

• 随机生成UUID 
  

• UEFI (统一扩展固件接口)硬件支持GPT，使操作系统启动，否则即使配置成功，也无法使用。

• 会自动备份超级快内容

GPT分区结构

• GPT分区结构图 
  

• LBA0存放Protected MBR。 
  这是因为大部分的磁盘工具不识别LBA的寻址方式，为了防止这些设备把GPT的分区给认为是裸分区，所以添加MBR信息，保证磁盘不被误破坏。

• LBA0之后的内容，为EFI部分。该部分包括四个组成区域：

• EFI信息区（GPT头）

• 分区表

• GPT分区

• 备份区域

分区管理

查看块设备文件

• 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* （见下图）

• cat /proc/partitions ( 见下图）

• fdisk -l

• lsblk、/dev/sd*、/proc/partitions查看的都是系统内存中的分区表

• fdisk查看的是系统最实时的详细分区表

• 对于一些使用过的分区，添加或删除分区后，需要同步到内存中，否则前三者不能够查看到真实的分区信息。

 [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

创建分区

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

• 4个主分区；3主分区+1扩展(N个逻辑分区)

• 使用方法：

• 修改分区表 fdisk [options]

• 列出分区表 fdisk [options] -l

• 定义块大小 fdisk -s

• 选项

gdisk

• 创建GPT分区，分区数量无需担心（数量巨大，因为是基于UUID的）

• 使用方法类fdisk

parted

• 高级分区操作（创建、复制、调整大小等等）程序

• 支持DOC也支持GPT

parted详解

• 格式：

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

-[options]

• [device]：如果需要，但是没有指定，默认第一个parted找到的分区

• [command [options…]

parted 实用命令

• 更改分区类型：parted /dev/sdb mklabel gpt|msdos

• 可以对未使用的分区更改分区格式

• 已分区，但是未使用的分区，更改分区格式后，原来的分区会失效（消失）

• msdos分区，使用“parted /dev/sdb mklabel msdos”设置分区类型后，查看，显示“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

• 打印分区详情：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

• 新建分区：parted /dev/sdb mkpart primary 1 200（默认单位M）

• 新建分区可以跳着分： 
   
  

[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

• 删除分区：parted /dev/sdb rm 1

• 列出所有分区：parted -l

分区更多细节

• 如果主分区中，4个分区都分配完成后，删除了分区2，分区1和分区3都不会发生变化，这和逻辑分区不同。

• 这样容易导致磁盘浪费

• 如果删除的是扩展分区中的分区，删除后，后面的分区会将原来的分区号覆盖掉（这可能是与逻辑分区的MBR存储方式有关系，也说明，扩展分区的分区名，并不是存储在扩展分区中的，可能是存储在前面的主分区中的。） 
  

• 设备名与UUID之间，在写脚本的时候，最好使用UUID，因为UUID不会重复。设备名，在写脚本的时候最好备用，如上，如果删除了逻辑分区5之后，6会自动覆盖为逻辑分区5。如果脚本中使用逻辑分区5这个设备名，就会导致错误。

• 分区如果不连续，会报warning出来。 
  

• 使用命令操作分区的时候，分区不要写成：fdisk /dev/sdc3这种的要写成：fdisk /dev/sdc。因为/dev/sdc3已经是分区了，在分区，就会乱

同步分区

• 修改后查看内存中是否识别新的分区，使用lsblk或者是查看/dev/sd*，或者是查看/proc/partitions中。

• lsblk、/dev/sd*、/proc/partitions都是查看的内存中的分区结构

• fdisk和parted查看的是硬盘真实的分区情况

• 同步是指：通知内核重新读取硬盘分区表新增分区或者删除分区

• 不要又增加了，又删除了，再去同步 
  – 每次增加操作完成后，就进行同步，每次删除操作完后，就进行同步

新增分区操作的同步

• partx -a -n M:N /dev/DEVICE

• 该命令的-n和–nr（指定同步到内存中的添加的设备名），并不好用 
   
  
  

  

• kpartx -a /dev/DEVICE -f: force

删除分区操作的同步

• 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]

实验 dd

0扇区前512字节删除与恢复总结

扫描磁盘
echo "- - -" > /sys/class/scsi_host/host2/scan
lsblk 
ls /dev/sd

*查看分区
fdisk -l /dev/sda

查看mbr
hexdump  -C -n 512 /dev/sda

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

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

清除分区标识
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

恢复分区标识
dd if=/testdir/mbrbak  of=/dev/sdd bs=1 count=2 skip=510 seek=510

恢复分区表
dd if=/dev/zero  of=/dev/sdd bs=1 count=64 skip=446  seek=446
hexdump  -C -v -n 512 /dev/sdd