磁盘管理与文件系统

磁盘管理与文件系统

在linux系统中使用硬盘

1. 建立分区（linux系统中必须分区）
2. 安装文件系统（一类系统软件的总称）：管理文件大小，权限，日志，恢复还原
3. 挂载：硬盘和系统内的文件夹做关联，使用该文件夹等于使用硬盘

一、磁盘基础

1、磁盘结构1

（1）磁盘的物理结构

• 盘片：硬盘有多少盘片，每盘片两面
• 磁头：每面一个磁头

（2）硬盘 的数据结构

• 扇区：盘片被分为多少个扇形区域，每个扇区存放512字节的数据，硬盘的最小储存单位512字节
• 磁道：同一盘片不同半径的同心圆，是有磁头在盘片表面划出的原型轨迹
• 柱面：不同盘片相同半径构成的圆柱面，由同一半径圆的多个磁道组成

2、磁盘结构2

（1）硬盘存储容量=磁头数x磁道（柱面）数x每道扇区数x每扇区字节数（512字节）

（2）可以用柱面/磁头/扇区来唯一定位磁盘上每一个区域

（3）磁盘接口类型

• IDE：并口数据线连接主板与硬盘，抗干扰性太差， 且排线占用间较大， 不利电脑内部散热， 已逐渐被 SATA 所取代
• SATA：抗干扰性强，支持热插拔等功能， 速度快，纠错能力强。
• SCSI：小型机系统接口，SCSI硬盘广为工作站级个人电脑以及服务器所使用，资料传输时CPU占用率较低，转速快，支持热插拔等。
• SAS：是新一代的SCSI技术，和SATA硬盘相同，都是采取序列式技术以获得更高的传输速度，可达到 6Gb/s。

二、磁盘分区表示

1、主引导记录（MBR：Mast Boot Record）

MBR位于硬盘第一个物理扇区处
MBR中包含硬盘的主引导程序和硬盘分区表
MBR总共512字节，前446字节是主引导记录分区表保存在MBR扇区中的第447-510字节中。
分区表有四个分区记录区，每个分区记录区占16个字节
主启动记录（MBR）磁盘分区支持最大卷为2.2TB，每个磁盘最多有4个主分区，或3个主分区、1个扩展分区和在扩展分区里面分多个逻辑区

2、磁盘分区表示

• Linux中将硬盘，分区等设备表示为文件（一切皆文件）

（1）示例：

/dev/hda5
/dev/：硬件设备文件所在的目录
/hd ：表示IDE设备，sd表示scsi设备
a：硬盘的顺序号，以字母a、b、c....表示
5：分区的顺序号，以数字1、2、3、....表示。主分区从1~4，每一个逻辑分区始终从5开始

（2）全局唯一标识分区表（GUID Partition Table，缩写∶GPT）

• GPT是一个实体硬盘的分区结构。它是可扩展固件接口标准的一部分，用来替代BIos中的主引导记录分区表。
• 传统的主启动记录（MBR）磁盘分区支持最大卷为2.2TB，每个磁盘最多有4个主分区，或3个主分区、1个扩展分区和在扩展分区里面分多个逻辑分区。
• 与MBR分区方法相比，GPT具有更多的优点，因为它允许每个磁盘有多达128个分区，支持高达18EB（千兆兆字节）的卷大小，允许将主磁盘分区表和备份磁盘分区表用于冗余，还支持唯一的磁盘和分区 ID （GUID）。

1. 若磁盘小于2TB，可用fdisk /dev/sdb 进行分区，即MBR 分区格式
2. 若磁盘大于2TB，可用parted /dev/sdb 进行分区，因为MBR分区磁盘是不能大于2.2TB，所以超过2TB一般使用GPT

3、文件系统类型

• 文件系统（File System）类型决定了向分区中存放、读取文件数据的方式和效率，在对分区进行格式化时需要选择所使用的文件系统类型。

（1）XFS文件系统

• 存放文件和目录数据的分区
• 高性能的日志型文件系统，特别擅长于处理大文件，可支持上百万TB的储存空间
• CentOS 7系统中默认使用的文件系统

（2）SWAP、交换文件系统

• 作用于硬盘上，用于为Linux系统建立交换分区。交换分区的作用相当于虚拟内存，能够在一定程度上缓解物理内存不足的问题。
• 一般建议将交换分区的大小设置为物理内存的1.5 ～2 倍。

（3）Linux支持的其他文件系统类型

• EXT4：CenTOS 6使用系统
• FAT32/NTFS：Windows系统使用
• LVM：逻辑卷

三、管理磁盘及分区

• 在Linux服务器中，当现有硬盘的分区规划不能满足要求（根分区的剩余空间过少，无法安装新的系统程序）时，就需要对硬盘中的分区进行重新规划和调整，有时候还需要提添加新的硬盘设备来扩展储存空间，在VMware虚拟机环境中，可以修改虚拟机的主机设置，添加一块“Hard Disk”硬盘设备（如添加一块60GB的SCSI硬盘）
• 分区缺点：
  1. 一旦分区，无法修改大小
  2. 只能使用连续的空间
  3. 没有备份

1、检测并确认新硬盘

• 挂接好新的硬盘设备并启动主机后，Linux系统会自动检测并加载该硬盘，无需额外安装驱动

fdisk命令

①、查看或管理磁盘分区

格式：fdisk -l【磁盘设备】
fdisk -l：可以查看，确认新增硬盘的设备名称和位置

②、查看常见参数

Device （设备）∶ 分区的设备文件名称
Boot∶ 是否是引导分区。若是，则有"*"标识
Start∶ 该分区在硬盘中的起始位置 （柱面数）
End∶ 该分区在硬盘中的结束位置 （柱面数）
Blocks∶ 分区的大小，以 Blocks（块）为单位，默认的块大小为 1024 字节。
Id∶ 分区对应的系统 ID 号。例如，83表示Linux中的XFS分区或EXT4分区、8e表示LVM逻辑卷，82表示SWAP分区（虚拟内存）
System∶ 分区类型。

2、规划磁盘中的分区

• 在磁盘设备 中创建、删除、更改分区等操作同样通过fdisk 命令进行，只要使用硬盘的设备文件作为参数，即可进入到交互式的分区管理界面中
• 格式：fdisk [磁盘设备]
• 例：fdisk /dev/sdb

交互模式中的常用指令∶
m∶获取帮助菜单
n∶新建分区
p∶查看分区情况，打印分区表
d∶删除分区
t∶变更分区的类型
w∶保存分区操作并退出
q∶不保存分区操作并退出

3、创建分区步骤

进入交互模式后
步骤1：n新建分区
步骤2：选择创建分区类型：p主分区、e扩展分区、l逻辑分区
步骤3：设置分区1（范围1~4，按Enter接受默认值）
步骤4：设置柱面序列：直接按Enter接受默认值即可
步骤5：设置分区大小：20G（指定大小为20GB，如果按Enter键接受默认值表示所有空间）
步骤6：w保存退出
 
*变更硬盘（特别是正在使用的硬盘）的分区设置以后，建议最好将系统重启一次，或者执行"partprobe "命令使操作系统检测新的分区表状况。以防格式化分区时损坏硬盘中已有的数据。
partprobe /dev/sdb：刷新磁盘命令（分区不识别，会有延迟，刷新磁盘）

lsblk：查看分区及磁盘情况情况

fdisk命令创建分区步骤（图文详解）

建立扩展分区与逻辑分区

gdisk命令创建分区步骤（图文详解）

四、管理文件系统

• 在Linux系统中使用fdisk工具在硬盘中建立分区以后，还需要对分区进行格式化并挂载到系统中的指定目录，然后才能用于储存文件、目录等数据

1、创建文件系统

• 创建文件系统的过程也即格式化分区的过程，在Linux系统中使用mkfs（Make Filesystem，创建文件系统）命令可格式化XFS、EXT4、FAT等不同类型的分区，而使用mkswap命令可以格式化

swap交换分区

1.1 mkfs命令

• Make Filesystem，创建文件系统（格式化）
• 格式：mkfs -t 文件系统类型 分区设备（注：直接输入 mkfs. 基本等同于 mkfs -t）
• 例：mkfs -t ext4 /dev/sdb1（将分区/dev/sdb1格式化为EXT4文件）

1.2 mkswap命令

make swap，创建交换文件系统

格式：makswap 分区设备

使用mkswap命令工具可以在指定的分区上创建交换文件系统，目标分区应先通过fdisk工具将ID号设为82

示例：
fdisk -l/dev/sdb
....                             //省略部分信息
/dev/sdb5    4867    5110   1959898+   82  Linux swap/Solaris
makswap /dev/sdb5        # 将分区/dev/sdb5创建问交换分区

创建交换文件系统（图文详解）

2、挂载、卸载文件系统

• 在Linux 系统中，对各种存储设备中的资源访问（如读取、保存文件等）都是通过目录结构进行的，虽然系统核心能够通过"设备文件"的方式操纵各种设备，但是对于用户来说，还需要增加一个"挂载"的过程，才能像正常访问目录一样访问存储设备中的资源。当然，在安装Linux 操作系统的过程中，自动建立或识别的分区通常会由系统自动完成挂载，如"/“分区、”/boot"分区等。然而对于后来新增加的硬盘分区、光盘等设备，有时候还需要管理员手动进行挂载，实际上用户访问的是经过格式化后建立的文件系统。挂载一个分区时，必须为其指定一个目录作为挂靠点（或称为挂载点），用户通过这个目录访问设备中的文件、目录数据。

2.1 挂载文件系统 mount

①、格式

mount [-t 文件类型] 存储设备 挂载点目录
文件类型：通常可以忽略，由系统自动识别
储存设备：及对应分区的设备文件名（如/dev/sdb1/、/dev/cdrom）或网络资源路径
挂载点目录：用户指定用于挂载的目录

②、示例

• mount/dev/cdrom/media/cdrom # 将光盘设备挂载到/media/cdrom目录

③、在实际工作中，可能会经常从互联网下载一些软件或应用系统的ISO镜像文件，在无法刻录光盘的情况下，需要将其解压后才能浏览，使用其中的文件数据。若使用mount挂载命令，则无需解开文件包即可浏览，使用ISO镜像数据 。“.iso”经常被视为一种特殊的“回环”文件系统，因此在挂载时需要添加“-o loop”选项。

• 格式：mount -o loop ISO镜像文件 挂载点目录

④、例：mount -o loop CentOS-7-x86 64-DVD-1708.iso /media # 将下载的CenTOS 系统的DVD光盘镜像文件“CentOS-7-x86 64-DVD-1708.iso”挂载到“/media/”目录下）

-t∶用于指定文件系统类型，通常可以省略，由系统自动识别
-o∶ 挂载参数列表，以英文逗号分隔;或用来描述特殊设备，用loop指定
mount -a  # 重新读取mount 挂载
mount /dev/cdrom /mnt
mount /dev/sdbl /mnt

挂载（图文详解）

2.2 卸载文件系统 umount

• 需要卸载文件系统时，使用命令umount，使用挂载点目录或对应设备的文件名作为卸载参数。在Linux系统中，由于同一个设备可以被挂载到多个目录下，所以一般建议通过挂载点的目录位置来进行卸载
• 卸载前提：挂载的设备或者目录没有被使用中，要先退出挂载目录

①、格式

umount 存储设备或挂载点目录
umount 【-lf】存储设备或者挂载点目录    # 强制卸载
-l：表示解除正在使用的文件系统
-f：表示强制

②、示例

umount /mailbox     // 通过挂载点目录卸载对应的分区
umount /dev/cdrom  //通过设备文件卸载管公安

解除挂载（图文详解）

2.3 查看磁盘使用情况 df

不带选项及参数的 mount 命令可以显示分区的挂载情况，若要继续了解系统中已挂载的各文件系统的磁盘使用情况（如剩余空间磁盘比例等）可以使用 df

①、格式：df【选项】

②、常用选项

-h∶ 显示分区的容量单位
-T∶ 显示文件系统的类型
-i∶ 显示分区的inode号码数量

③、示例

• df -hT # 查看当前系统中挂载的个文件系统的磁盘使用情况

查看磁盘使用情况（图文详解）

2.4 设备文件系统自动挂载

• mount命令属于临时挂载，设备重启后挂载磁盘失效，因此需要设备文件自动挂载，Linux操作系统在每次开机时，会自动读取/etc/fastb文件的内容，自动挂载所指定的文件系统，避免重复多次挂载
• 格式

vim /etc/fstab  进行添加修改自动挂载文件
/dev/sdb1  /opt  xfx     defaults  0 0
/dev/sr0   /mnt  iso9660  defaults  0 0  

第1字段∶设备名或设备卷标名。
第2字段∶文件系统的挂载点目录的位置。
第3字段∶ 文件系统类型，如 xfs、swap 等。
第4字段∶ 挂载参数，即mount命令"-o"选项后可使用的参数。例如，defaults（默认参数）、rw （可读写）、ro（只读）、noexec （禁用执行程序）。
第5字段;表示文件系统是否需要 dump 备份（dump 是一个备份工具）。一般设为1时表示需要，设为0时将被dump 忽略。
第6字段∶ 该数字决定在系统启动时进行磁盘检查的顺序。0表示不进行检查，1表示优先检查，2表示其次检查。根分区可设为1，其他分区设为2。

文件系统自动挂载（图文详解）