Linux系统磁盘及文件系统管理

本节索引：

一、磁盘基本概念

二、磁盘分区管理

三、文件系统管理

四、设备挂载管理

 

 

一、磁盘基本概念

设备文件：

Linux中一切皆文件：open（），read（），write（），close（）

设备类型：

块设备：block，存储单位“块”，磁盘

字符设备：char，存储单位“字符”，键盘

设备文件：关联至一个设备驱动程序，进而能够跟与之对应硬件设备进行通信

设备号码：

主设备号：maj，标识设备类型

次设备号：min，标识同一类型下的不同设备

 

磁盘结构

硬盘的接口类型：

并行：

IDE：133MB/s

SCSI：640MB/s

串口：

SATA：6Gbps

SAS：6Gbps

USB：480MB/s

 

硬盘：

机械硬盘（HDD）：传统普通硬盘，主要由：盘片，磁头，马达等组成

优势：相比固态硬盘，价格低，容量大，使用寿命长

固态硬盘（SSD）：用固态电子存储芯片阵列而制成的硬盘。

优势：相比机械硬盘，防震抗摔，传输速率，功率，噪音有优势

目前SSD不能完全取代HHD

磁盘设备文件命名： 

/dev/DEV_FILE

SCSI,SATA,SAS,IDE,USB：      /dev/sd

虚拟磁盘：             /dev/vd

不同磁盘标识：            a-z，aa，ab…

/dev/sda,/dev/sdb

同一设备的不同分区：        1,2，…

/dev/sda1,/dev/sda5

注：在脚本中，尽量避免使用磁盘设备文件名诸如sda，名称不稳定，应使用UUID

 

磁盘存储术语：

head：磁头；                 8bit寻址 2**8=256

track：磁道；

ctlinder：柱面                 10bit寻址       2**10=1024

sector：扇区          6bit寻址 2**6=64

 

chs：磁盘三维。柱面、磁头、扇区

 

一个扇区共有512Byte，CHS可定义255*63*1024个扇区信息

echo 512*63*1024*255/1024/1024 | bc

8032M

 

CHS：老的命名方式，不超过8G

LBA：逻辑的块寻址，超过8G

 

二、磁盘分区管理

我们知道使用磁盘有三个步骤：

1、创建分区

2、创建文件系统：格式化

3、挂载：分配目录名

 

为什么要对磁盘进行分区？

1、优化I/O性能

2、实现磁盘空间配额限制

3、提高修复速度

4、隔离系统和程序

5、安装多个OS

6、采用不同的文件系统

 

分区类型

两种分区方式：MBR，GPT

 

MBR：Master Boot Record

诞生于1982年，使用32位表示扇区数，分区不能超过2T

MBR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（最多4个分区）

2bytes：55AA（分区标识位）

支持4个主分区；3个主分区+1扩展分区（N个逻辑分区）

注：生产中最好给MBR分区表进行备份

 

BIOS+MBR

传统BIOS运行流程：

开机–>BIOS初始化–>BIOS自检–>引导操作系统–>进入系统

 

GPT：GUID（Globals Unique Identifiers）

支持128个分区，使用64位，支持8Z（512Byte/block）,64Z（4096Byte/block）

使用128位的通用唯一识别码UUID（Universally Unique Identifier）表示磁盘和

分区表自动备份在头和尾两份，并有CRC校验位

UEFI（同一扩展固件接口）：硬件支持GPT，使操作系统启动

分区表

MBR保护+GPT分区表+GPT划分数据+备份

 

UEFI+GPT

UERI运行流程

开机–>UEFI初始化–>引导操作系统–>进入系统

 

管理分区

列出块设备：

lsblk

 

创建分区使用：

fdisk                  创建MBR分区

gdisk                 创建GPT分区

parted              高级分区操作

 

parted命令

parted的操作都是实时生效的，小心使用

格式：parted[option]…[设备[命令[参数]…]…]

parted /dev/sdb mklabel gpt|msdos              设置分区类型GPT或MBR

parted /dev/sdb print                               打印sdb分区列表信息

parted /dev/sdb mkpart primary 1 200 （默认M）  设置sdb分区大小

parted /dev/sdb rm 1                                删除sdb1分区

parted -l                                     列出分区信息

 

分区工具fdisk和gdisk

fdisk -l[-u][device…]       查看分区

fdisk /dev/sdb                 管理分区（交互式）

子命令：

p               显示分区列表

t                更改分区类型（数据将丢失）

n               创建新分区

d               删除分区

t                添加设备标签

v                校验分区

u               转换单位

w              保存并退出

q               不保存并退出

注：可使用重定向和多行重定向echo -e “n\np\n\n\n+2G\nw\n” | fdisk /dev/sdc

 

同步分区表

cat/proc/partations        查看内核是否已经识别新的分区

partprobe                 同步分区表（centos5,7可用）

partx -a  /dev/sda         增加分区同步分区表（centos6可用）时使用；

partx -d –nr M-N /dev/sda    删除分区同步分区表（centos6可用）时使用；

 

 

三、文件系统管理

所谓文件系统，它是操作系统中藉以组织、存储和命名文件的结构。磁盘或分区和它所包括的文件系统的

不同是很重要的，大部分应用程序都基于文件系统进行操作，在不同种文件系统上是不能工作的。

文件系统类型

Linux文件系统：ext2，ext3，ext4，xfs，btrfs，reiserfs，jfs，swap

光盘：iso9660

Windows：FAT32,exFAT,NTFS

Unix：FFS（fast），UFS（unix），JFS2

网络文件系统：NFS，CIFS

集群文件系统：GFS2,OCFS2

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

RAW：未经处理或者未经格式化产生的文件系统（性能好，但不便于管理）

 

根据文件系统是否支持“journal（日志）”功能可分为：

日志型文件系统：ext3，ext4，xfs，…（牺牲读取性能，防止数据文件破坏）

非日志型文件系统：ext2，vfat（易造成数据文件破坏）

 

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

 

查看支持的文件系统：cat /proc/filesystems

 

创建文件系统：

mkfs命令两种用法：

1、mkfs.FS_TYPE  /dev/DEVICE 建议使用此用法，直观不易出错

ext4

xfs

btrfs

vfat

2、mkfs -t FS_TYPE /dev/DEVICE

-L ‘LABEL’                 设定卷标（分区标签）

 

 

mke2fs                                 ext系统文件系统专用的管理工具

-t{ext2|ext3|ext4} 创建文件系统类型

-b{1024|2048|4096}      设定block块的大小

-i #                     为数据空间每多少字节创建一个inode，此大小不应小于

block大小

-L                       添加卷标签（建议使用挂载点作卷标）

-N #                   指定分区中创建#个inode

-l                        一个inode记录占用磁盘空间的大小，128-4096

-m #                          默认5%，管理员用户预留空间占总空间百分百

 

 

文件系统标签LABEL

它是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

格式：blkid [option]…[DEVICE]

-U UUID                    根据指定UUID来查找对应设备

-L LABEL           根据指定卷标来查找对应设备

 

e2label：管理ext系列文件系统的LABEL卷标

格式：e2label DEVICE[LABEL]

 

findfs                                  查找分区

格式：findfs [option] LABEL = <label> 根据卷标查找

   findfs [option] UUID  = <uuid>        根据UUID查找

 

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

-L ‘LABEL’                 修改卷标

-m #                  修改预留给管理员空间的百分百

-j                        将ext2升级到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  

块分组管理，32768

-h                       查看超级块信息，不显示分组信息

 

超级块（superblock）

dumpe2fs       /dev/sda1        查看分区下所有超级块

-h              查看超级块信息

tune2fs             -l               查看超级块信息

 

超级块时存储文件系统的大小、有多少是空的和已经填满的占多少，以及它们各自的总数和其他诸如此类的信息。

要使用一个分区来进行数据访问，那么第一个要访问的就是超级块，由此可见超级块的重要性。

 

超级块占用第一号物理块，是文件系统的控制块。超级块包括：文件系统的大小、空闲块数目、空闲块索引表、空

闲i节点数目、空闲i节点索引表、封锁标记等。超级块时系统为文件分配存储空间、回收存储空间的依据。

 

所以，为了防止超级块数据损坏，就需要对超级块数据进行备份，以便于损坏时进行修复。

 

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”no clean”

注意：一定不要在挂载状态下修复或检测，否则数据将破坏！

fsck                                   文件系统检查

fsck.FS_type

fsck -t FS_type

-p                       自动修复错误

-r                       交互式修复错误

注：FS_TYPE一定要与分区上已设置的文件系统类型相同

 

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

 

四、设备挂载管理

挂载：把额外的文件系统与根文件系统现场的目录建立起关联关系，进而使得此目录

作为其他文件访问入口的行为

一个挂载点只能挂载一个设备，但一个设备可挂载多个挂载点

挂载点建议要是空目录，否则该目录下原有文件将被隐藏，变为垃圾文件

 

卸载：为解除此关联关系的过程

 

把设备关联挂载点：mount Point

   monut

卸载时：可使用设备，也可使用挂载点

   umount

 

挂载命令：

通过查看/etc/mtab文件显示当前已挂载的所有设备

mount

格式：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/sda2

（2）卷标：-L ‘LABEL’，例如-L ‘MYDATA’

（3）UUID，-U ‘UUID’，例如-U ’35bfb8f8-1c9a-4f67-b8fe-a7edb84c4780’

（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                       指定要挂载的设备上的文件系统类型

-r                       readontlt，只读挂载

-w                      r+w，读写挂载（默认）

-n                       centos6隐藏挂载，不更新/etc/mtab,mount不可见，cat /proc/mounts可见

-a                       自动挂载所有支持自动挂载的设备

-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                绑定目录到另一个设备上。类似于软连接

 

-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（默认模式）

sync                  同步模式,内存更改时，同时写磁盘

atime/noatime                包含目录和文件（是否更新atime，默认更新）

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              是否支持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，/etc/fstab使用

acl                     启用此文件系统上的acl功能

loop                使用loop设备，把文件挂载目录，模拟设备

默认：rw，suid，dev，exec，auto，nouser，async

 

卸载命令：

查看挂载情况：

findmnt   MOUNT_POINT|DEVICE

查看正在访问指定文件系统的进程：

lsof MONUT_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 MONUT_POINT

卸载：

umount   DEVICE

         umount   MOUNT_POINT

 

挂载点和/etc/fstab

配置文件系统体系

被mount、fsck和其他程序使用

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

 

/etc/fstab        每行定义一个要挂载的文件系统

设备或伪文件系统    挂载点   文件系统类型   挂载选项   备份间隔时间{0|1|2}   文件系统检查{0|1}

 

要挂载的设备或伪文件系统

设备文件

LABEL：LABEL=””

UUID：UUID=””

伪文件系统名称：proc，sysfs

挂载点

文件系统类型

挂载选项：default

转储频率：0：不做备份 ； 1：每条转储 ； 2：每隔一天转储 ；

自检次序：0：不自检 ； 1：首先自检；一般只有rootfs才用1

 

一些特殊文件设备的挂载永久生效的设置：

vim /etc/fstab

/root/p1  /mnt/p1          ext4           loop            0    0         挂载普通文件

/mnt/cdrom    /mnt/cdrom    iso9660    defaults      0    0      挂载光盘

/boot                /mnt/boot      none          bind         0    0      挂载目录到目录下