Linux磁盘知识，RAID，LVM

Posted 2020-10-31

一、磁盘基础知识

1、磁盘和硬盘均是对磁盘存储系统的统一称呼。磁盘工作时，磁头悬浮在磁盘盘片上方做径向运动，互相不接触。

2、采购磁盘：

(1)主轴转速速度快(r/min)，5400/7200/10000/15000;

(2)接口类型：SATA/SAS/SCSI/IDE;企业环境中SAS使用比较普遍。

(3)读写更灵敏的磁头；

(4)容量大，企业级SAS主流硬盘容量300G、600G、1000G，建议300G、600G是首选，多用于线上对外提供服务的业务服务器；企业级SATA主流硬盘容量1T、2T、4T，多用于线下不对外提供服务或者并发业务访问量不大的服务器。

线上的业务用SAS；线下的业务用SATA，磁带库；线上高并发小容量的业务用SSD（还可以利用硬盘加内存的缓存技术解决大规模高并发的问题）。

(5)SSD硬盘性能远大于机械硬盘；

3、Linux系统将系统不用的物理内存作为缓存区或缓冲区使用，buffer为写入缓冲区，synca将缓冲区数据写入磁盘，cache为读取数据的缓存区。

4、机械硬盘读取和写入速度太慢，所以在门户架构网站中，读取和写入都要使用缓存缓冲技术。

5、磁盘内部结构

(1)一个磁盘有多个盘片，每个盘片有两个盘面，每个盘面有两个磁头（head）。

(2)同一个盘片上，半径不同的所有同心圆称为磁道（track）.

(3)以盘片中心 为圆心，向盘片边缘磁道画直线，被划分的多个扇形区域称为扇区（sector）.

(4)柱面(cylinder)是所有盘面相同半径的所有磁道从上到下组成的圆柱形集合，柱面数等于盘面上的磁道数。

(5)一般每个扇区的大小是512字节。

(6)一个柱面包含多个半径相同的磁道，一个磁道包含多个扇区。

(7)磁道大小=扇区大小（512字节）x扇区数；

盘面大小=磁道大小x磁道数；

磁盘大小=柱面大小x柱面数；

柱面大小=磁道大小x磁头数；

磁盘容量=盘面大小x盘面数=扇区大小x扇区数x磁道数x磁道数(磁头数)。

6、磁盘分区

（1）磁盘的0磁头0磁道1扇区存放有主引导记录MBR和硬盘的分区表DPT。主引导记录MBR的作用是检查分区表是否正确以及确定那个分区为引导分区，并在MBR引导结束时把引导分区的启动程序 调入内存使用。

（2）磁盘分区的实质64bytes的分区表进行重新设置，主要是划分起始结束磁头号，扇区号，柱面号。

（3）一个磁盘的分区表仅有64bytes大小，每个分区表占16bytes,因此一个磁盘最多能支持4个分区，即主分区+扩展分区不超过4个。

（4）磁盘分区是按照柱面来划分的。

（5）一个硬盘只能有1个扩展分区，扩展分区不能直接使用，还需要在扩展分区上创建逻辑分区才行。扩展分区有自己的分区表，因此可以创建多个逻辑分区。

（6）主分区是磁盘上必须存在的分区，可以在主分区上安装系统。

（7）逻辑分区必须存在于扩展分区，逻辑分区编号从5开始。

7、分区工具

（1）一般是装完系统后用fdisk进行分区，装系统之前的分区，大多数是系统ISO里面的工具分，或者raid里分小磁盘。

（2）fdisk只能root权限用户使用。

（3）MBR无法支持大于2T的硬盘分区，GPT可以支持大于2T的硬盘分区；

（4）磁盘分区工具：fdisk(适合小于2T的磁盘分区)，parted(擅长给大于2T的磁盘分区，也可以给小于2T的磁盘分区)，首选fdisk，大于2T的磁盘分区再选parted

（5）用fdisk进行分区适合于对装系统后剩余的空间进行分区，如安装系统时未全部分区或者安装系统后又要增加分区。

（6）磁盘分区工具parted每步操作都是实时生效的，而fdisk如果没执行W则不生效。

8、swap分区构建

（1）swap分区在实际工作中，特别是JAVA环境下，程序写的有问题时会发生内存泄漏，就会占用swap分区。（解决办法：一般是修改程序，或扩大swap,或先swap off再on）

（2）使用物理分区（或使用文件）扩容swap:   fdisk /dev/sdb #分一个分区 /dev/sdb1出来；     mkswap   /dev/sdb1 #将分区fdisk /dev/sdb1设置成swap  ;      free #查看；   swapon   /dev/sdb1   #使分区/dev/sdb1生效；   free #查看；   

 

9、文件系统:

（1）文件系统是一种存储和组织计算机数据的机制或方法，使得对计算机内部数据的访问变得简单容易(文件系统是一套实现了数据存储，分级组织，访问和获取等操作的抽象数据模型)。常见文件系统：ext2,ext3(centos 5.x),ext4(centos 6.x),xfs,zfs,Reiserfs,FAT,NFS，ISO9660.

（2）磁盘分区并不是直接挂在目录存放数据实体，还需要格式化操作才可以存放数据，格式化是给磁盘分区写入文件系统后才可以被系统识别存放数据。

（3）操作系统中的数据分为文件内容和文件属性，操作系统将文件属性写入inode,将文件内容写入block，操作系统还将文件系统的整体信息（称之为元数据metadata），包括整个文件系统的inode和block总的数量，已经使用量，未使用量信息，写入superblock中。

（4）文件系统磁盘布局

（5）文件系统选择

10、挂载点

（1）挂载：将文件系统与目录树相结合的操作称为挂载。

（2）挂载点一定是目录，挂载点是该目录进入文件系统的入口。

11、文件系统操作命令

（1）df    列出文件系统的磁盘使用量;    

（2）du   评估文件系统的使用量

 ( 3 )  ln    链接文件

（4）fdisk /parted  磁盘分区

（5）mkfs  磁盘分区格式化

（6）fsck(e2fsck)  /badblocks  ext4(ext2)磁盘检验（正常使用的磁盘一定不要用!磁盘有坏道时使用）

  ( 7 )mount  / unmount  挂载/卸载

（8）partprobe   把分区表的变化通知内核

（9）mkswap   格式化swap分区

（10）swap on/off  使用/不使用 swap分区

（11）dumpe2fs    查看ext文件系统信息

 ( 12 )tune2fs  /resize2fs   修改文件系统参数

 ( 13 )megacli    查看raid信息

（14）ipmitools 查看硬件信息

二、磁盘阵列（Redundant Arrays of Inexpensive Disks，RAID），把多块独立物理磁盘按不同的技术方式组合起来形成一个磁盘组，扩大了磁盘容量，提升了磁盘系统安全稳定性能和读写性能，提供了不同级别冗余的一种技术。

       RAID技术分为：软RAID技术和硬RAID技术。软RAID技术，省成本，性能差，受系统影响，工作中很少使用。硬RAID技术，性能优，具有检测和纠错修复能力，工作中普遍使用

1、RAID 0：又称条带模式，RAID 0连续以位或字节为单位分割数据，并行执行读/写于多个磁盘上。         速度快，无冗余，容量无损失，至少需要2块磁盘。企业中单盘也要做成raid 0，否则无法使用。

2、RAID 1：它是通过磁盘数据镜像实现数据冗余，在成对的独立磁盘上产生互为备份的数据。

有冗余，速度无提高，容量损失一半，只支持2块磁盘（最好使用相同规格的两块盘）。

3、RAID5 ：不对存储的数据进行备份，而是把数据和相对应的奇偶校验信息存储到组成RAID5的各个磁盘上，并且奇偶校验信息和相对应的数据分别存储于不同的磁盘上。当RAID5的一个磁盘数据发生损坏后，利用剩下的数据和相应的奇偶校验信息去恢复被损坏的数据。至少需要3块磁盘RAID5后磁盘容量=n-1，n位总磁盘数。

企业中多用raid 5 +  热备盘（冗余备份）

4、RAID 10 ：（又称RAID 0+1）是磁盘分段及镜像的结合，采用2组RAID0的磁盘阵列互为镜像，它们之间又成为一个RAID1的阵列。同时拥有RAID 0的高速度和RAID 1的数据高可靠性，但是CPU占用率同样也更高，而且磁盘的利用率比较低。至少需要4块磁盘。

冗余由好到坏：raid1  raid10   raid5  raid0； 

性能由好到坏：raid0 raid10   raid5  raid1； 

成本由低到高：raid0 raid5   raid10 raid1；

根据存储和访问地需求，去选择对应的级别。

单台服务器，盘不多，数据重要，选raid  1;

数据库服务器，主库raid 10,从库raid 5(为了成本也可选raid0或raid 10);

web服务器，数据不多，raid 5或raid0；监控或其他应用服务器，单盘raid0，多盘raid5。

三、LVM：逻辑卷管理，用于灵活动态管理磁盘的容量，有效利用磁盘空间。

1、LVM：灵活动态管理磁盘的容量，有一定的冗余性能，但很弱；        RAID：侧重性能和数据安全。