Linux磁盘管理

Posted 2021-01-02 dugukeling

磁盘管理主要包括以下内容：

• 磁盘结构

• 分区介绍

• 管理分区

• 管理文件系统

• 挂载设备

• 管理虚拟内存

此篇主要介绍磁盘结构和分区介绍，剩余内容将在后续篇中介绍

 

磁盘结构

 

1.设备文件

设备类型：    

• 块设备：block，存取单位“块”，如磁盘
• 字符设备：char，存取单位“字符”，如键盘

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：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

磁盘设备的设备文件命名：/dev/DEV_FILE

• SCSI, SATA, SAS,IDE,USB:  /dev/sd（在centos5上IDE接口的硬盘被命名为/dev/hd）
• 虚拟磁盘：/dev/vd
• 不同磁盘标识：a-z,aa,ab…           例如 /dev/sda, /dev/sdb, ...
• 同一设备上的不同分区：1,2, ...      例如 /dev/sda1, /dev/sda5...

 

2.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，机械硬盘每分钟转速，常见的转速有5400，7200，10000，15000

 

3.机械硬盘和固态硬盘

机械硬盘（HDD）：

        Hard Disk Drive，即是传统普通硬盘，主要由：盘片，磁头，盘片转轴及控制电机，磁头控制器，数据转换器，接口，缓存等几个部分组成。机械硬盘中所有的盘片都装在一个旋转轴上，每张盘片之间是平行的，在每个盘片的存储面上有一个磁头，磁头与盘片之间的距离比头发丝的直径还小，所有的磁头联在一个磁头控制器上，由磁头控制器负责各个磁头的运动。磁头可沿盘片的半径方向运动，加上盘片每分钟几千转的高速旋转，磁头就可以定位在盘片的指定位置上进行数据的读写操作。数据通过磁头由电磁流来改变极性方式被电磁流写到磁盘上，也可以通过相反方式读取。硬盘为精密设备，进入硬盘的空气必须过滤

固态硬盘（SSD）：

       Solid State Drive，用固态电子存储芯片阵列而制成的硬盘，由控制单元和存储单元（FLASH芯片、DRAM芯片）组成。固态硬盘在接口的规范和定义、功能及使用方法上与普通硬盘的完全相同，在产品外形和尺寸上也与普通硬盘一致

两者对比：

• 相较于HDD，SSD在防震抗摔、传输速率、功耗、重量、噪音上有明显优势，SSD传输速率性能是HDD的2倍
• 相较于SSD，HDD在价格、容量、使用寿命上占有绝对优势
• 硬盘有价，数据无价，目前SSD不能完全取代HHD

本篇以介绍机械硬盘为主

 

4.机械硬盘结构

硬盘存储术语

 

• 磁头（head）：对磁盘的数据进行读写
• 磁道（track）：当磁盘旋转时，磁头若保持在一个位置上，则每个磁头都会在磁盘表面划出一个圆形轨迹，这些圆形轨迹就叫做磁道。 磁盘上的磁道是一组记录密度不同的同心圆
• 扇区（sector）：磁盘上的每个磁道被等分为若干个弧段，这些弧段便是硬盘的扇区。硬盘的第一个扇区，叫做引导扇区。 一个扇区的大小为512个字节
• 柱面（cylinder）：在有多个盘片构成的盘组中，由不同盘片的面，但处于同一半径圆的多个磁道组成的一个圆柱面

 

 

 

 5. 寻址方式：CHS和LBA

CHS

• 采用24bit位寻址
• 其中前10位表示cylinder，中间8位表示head，后面6位表示sector
• 最大寻址空间8GB

LBA（logical block addressing）

• LBA是一个整数，通过转换成CHS格式完成磁盘具体寻址
• LBA采用48个bit位寻址
• 最大寻址空间128PB

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

 

 

分区介绍

 

1.为什么分区

• 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

 

2.两种分区方式：MBR和GPT

（1）MBR: Master Boot Record，主引导记录，使用32位表示扇区数，分区不超过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
                          2bytes: 55AA

• 4个主分区；3主分区+1扩展(N个逻辑分区）

 

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，00E2H--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

MBR中DPT（分区表）结构

（2）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

EFI部分又可以分为4个区域：EFI信息区(GPT头)、分区表、GPT分区、备份区域