Linux基础管理——磁盘管理

Posted 2020-10-21

1、设备文件

I/O Ports： I/O设备地址。

设备文件的使用：

   通过将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。
    一切皆文件，所以磁盘的也是也是基于设备文件与之通信的：open(), read(), write(), close()

设备号码：

    主设备号：major number, 标识设备类型；
    次设备号：minor number, 标识同一类型下的不同设备。

硬盘接口类型：

    并行：    
        IDE：133MB/s
        SCSI：640MB/s
    串口：
        SATA：6Gbps
        SAS：6Gbps
    USB：480MB/s
        rpm: rotations
        per minute

磁盘设备的设备文件命名：

    /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, ...；
    同一设备上的不同分区：1,2, .../dev/sda1, /dev/sda5；

2、磁盘结构

2.1、机械硬盘（HDD）

2.2、固态硬盘（SSD）和机械硬盘（HDD）

2.3、硬盘存储术语及扇区结构

head：磁头；
track：磁道；
cylinder: 柱面；
sector: 扇区，512bytes；

（1）早期扇区结构

（2）区位记录磁盘扇区结构：ZBR（Zoned Bit Recording）

2.4、CHS和LBA

CHS：

   采用24bit位寻址；
    最大寻址空间8GB；

LBA（logical block addressing）

   LBA采用48个bit位寻址
    最大寻址空间128PB

    注意：

    由于CHS寻址方式的寻址空间在大概8GB以内，所以在磁盘容量小于大概8GB时，可以使用CHS寻址方式或是LBA寻址方式；在磁盘容量大于大概8GB时，则只能使用LBA寻址方式。

2.5、使用分区空间

    设备识别；
    设备分区；
    创建文件系统；
    标记文件系统；
    在/etc/fstab文件中创建条目；
    挂载新的文件系统；

2.5、磁盘分区的意义及分区类型

磁盘分区意义：

    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

两种分区方式：MBR，GPT

2.5.1、MBR

MBR：

    Master Boot Record，1982年，使用32位表示扇区数，分区不超过2T；    
    按柱面

MBR分区结构：

硬盘主引导记录MBR由4个部分组成：

    主引导程序（偏移地址0000H--0088H）：它负责从活动分区中装载，并运行系统引导程序。
    出错信息数据区：偏移地址0089H--00E1H为出错信息，0E2H--01BDH全为0字节。
    
    分区表（DPT,Disk Partition Table）：含4个分区项，偏移地址01BEH--01FDH,每个分区表项长16个字节，共64字节；为分区项1、分区项2、分区项3、分区项4
    结束标志字：偏移地址01FE--01FF的2个字节值为结束标志55AA。

2.5.2、GPT分区

GPT：

    GUID（Globals Unique Identifiers） 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(Universally Unique Identifier) 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

3、分区管理

3.1、图形化

图形化磁盘管理功能工具：

    点击“应用程序” ->“系统工具” ->“磁盘”；
    执行命令gnome-disks

3.2、分区管理

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；
    
partprobe－重新设置内存中的内核分区表版本；

3.3、parted命令

注意：parted的操作都是实时生效的，小心使用

语法：

    parted [选项]... [设备 [命令 [参数]...]...]

示例：

    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

3.3、分区工具:fdisk & gdisk

    gdisk /dev/sdb：类fdisk 的GPT分区工具；

    fdisk -l [-u] [device...] 查看分区；
    fdisk /dev/sdb 管理分区；

子命令：

    p 分区列表
    t 更改分区类型
    n 创建新分区
    d 删除分区
    v 校验分区
    u 转换单位
    w 保存并退出
    q 不保存并退出

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

同步分区表：

centos6通知内核重新读取硬盘分区表：
    新增分区用：
        partx -a /dev/DEVICE
        kpartx -a /dev/DEVICE -f: force
    删除分区用：
        partx -d --nr M-N /dev/DEVICE

CentOS 5，7：使用partprobe
    partprobe [/dev/DEVICE]

4、文件系统管理

4.1、文件系统类型

    Linux文件系统：ext2(Extended file system), ext3,ext4, xfs（SGI）, btrfs（Oracle）, reiserfs, jfs（AIX）, 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（oracle）
    分布式文件系统： fastdfs,ceph, moosefs, mogilefs,glusterfs, Lustre
    RAW：未经处理或者未经格式化产生的文件系统

    查前支持的文件系统：cat /proc/filesystems

4.2、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 #：指定分区中创建多少个inode；
    -I 一个inode记录占用的磁盘空间大小，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；
    语法：
        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=<label>
    findfs [options] UUID=<uuid>

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：

    块分组管理，32768块    
    -h：查看超级块信息，不显示分组信息

4.3、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；

fsck: File System Check

fsck.FS_TYPE
fsck -t FS_TYPE
    -p: 自动修复错误
    -r: 交互式修复错误
    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

5、挂载

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

注意：

    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；
    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；

语法：

mount DEVICE MOUNT_POINT
mount [-fnrsvw] [-t vfstype] [-o options] device dir

    -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，mount不可见
    -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：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

defaults：相当于rw, suid, dev, exec, auto, nouser, async

6、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 MOUNT_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

umount DEVICE
umount MOUNT_POINT

7、文件挂载配置文件

注意：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:

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;

2)挂载点;

3)文件系统类型;

4)挂载选项：defaults;

5)转储频率：0：不做备份 1：每天转储 2：每隔一天转储;

6)自检次序：
    0：不自检;
    1：首先自检；一般只有rootfs才用1;

8、处理交换文件和分区

交换分区是系统RAM的补充。

8.1、基本设置

    创建交换分区或者文件    
    使用mkswap写入特殊签名
    在/etc/fstab文件中添加适当的条目
    使用swapon -a 激活交换空间

交换分区的启用与禁用：

    启用：swapon

    swapon [OPTION]... [DEVICE]
        -a：激活所有的交换分区；
        -p PRIORITY：指定优先级
        /etc/fstab:pri=value

    禁用：swapoff [OPTION]... [DEVICE]

8.2、SWAP的优先级

    可以指定swap分区0到32767的优先级，值越大优先级越高；    
    
    如果用户没有指定，那么核心会自动给swap指定一个优先级，这个优先级从-1开始，
    每加入一个新的没有用户指定优先级的swap，会给这个优先级减一；
    
    先添加的swap的缺省优先级比较高，除非用户自己指定一个优先级，
    而用户指定的优先级(是正数)永远高于核心缺省指定的优先级(是负数)；
    
    优化性能：分布存放，高性能磁盘存放；