Linux7/CentOS7 磁盘结构与分区

管理磁盘和文件系统都是管理员的重要工作之一。所以我们在这里要格外注意。
下边，我们就来一起来看看管理磁盘和文件系统的一些基础命令。
想要学会管理磁盘。首先我们要了解磁盘，我们首先就来说说“磁盘基础”。
磁盘结构及分区表示
一、磁盘基础
1、硬盘的结构
（1）数据结构
a、扇区（Sector）：磁盘上的每个磁道被等分为若干弧段，这些弧段便是磁盘的扇区。
扇区是磁盘的最小组成单元，通常是512字节。（由于不断提高磁盘的大小，部分厂商设定每个扇区的大小是4096字节）
硬盘的第一个扇区，叫做引导扇区。
b、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表面划出一个圆形轨迹。这些圆形轨迹就叫做磁道。
c、柱面（Cylinder）：在有多个盘片构成的盘组中。由不同盘片的面，但处于同一个半径圆的多个磁道组成的一个圆柱面。
拓扑图如下：

（2）物理结构
盘片（platter）：硬盘有多个盘片，每盘片两面。
磁头（head）：每面一个磁头。
a、扇区和磁道：硬盘中一般会有多个盘片组成，每个盘片包含两个面，每个盘面都对应地有一个读/写磁头。受到硬盘整体体积和生产成本的限制，盘片数量都受到限制，一般都在5片以内。盘片的编号自下向上从0开始，如最下边的盘片有0面和1面，再上一个盘片就编号为2面和3面。

b、磁头和柱面：硬盘通常由重叠的一组盘片构成，每个盘面都被划分为数目相等的磁道，并从外缘的“0”开始编号，具有相同编号的磁道形成一个圆柱，称之为磁盘的柱面。磁盘的柱面数与一个盘面上的磁道数是相等的。由于每个盘面都有自己的磁头，因此，盘面数等于总的磁头数。

（3）磁盘容量计算
磁盘存储容量 ＝ 磁头数 × 磁道(柱面)数 × 每道扇区数 × 每扇区字节数
每个磁道的扇区数一样是说的老的硬盘，外圈的密度小，内圈的密度大，每圈可存储的数据量是一样的。新的硬盘数据的密度都一致，这样磁道的周长越长，扇区就越多，存储的数据量就越大。
（4）磁盘读取响应时间
是指读写一次磁盘信息所需的时间，大体可分解为：寻道时间、延迟时间、传输时间。
a、寻道时间：磁头从开始移动到数据所在磁道所需要的时间，寻道时间越短，I/O操作越快，目前磁盘的平均寻道时间一般在3－15ms，一般都在10ms左右。
b、旋转延迟：盘片旋转将请求数据所在扇区移至读写磁头下方所需要的时间，旋转延迟取决于磁盘转速。普通硬盘一般都是7200rpm，慢的5400rpm。
c、数据传输时间：完成传输所请求的数据所需要的时间。
（5）块/簇
磁盘块/簇（虚拟出来的）。 块是操作系统中最小的逻辑存储单位。操作系统与磁盘打交道的最小单位是磁盘块。
通俗的来讲，在Windows下如NTFS等文件系统中叫做簇；在Linux下如Ext4等文件系统中叫做块（block）。每个簇或者块可以包括2、4、8、16、32、64…2的n次方个扇区。
块/簇存在优势：
a、读取方便：由于扇区的数量比较小，数目众多在寻址时比较困难，所以操作系统就将相邻的扇区组合在一起，形成一个块，再对块进行整体的操作。
b、分离对底层的依赖：操作系统忽略对底层物理存储结构的设计。通过虚拟出来磁盘块的概念，在系统中认为块是最小的单位。
（6）page
操作系统经常与内存和硬盘这两种存储设备进行通信，类似于“块”的概念，都需要一种虚拟的基本单位。所以，与内存操作，是虚拟一个页的概念来作为最小单位。与硬盘打交道，就是以块为最小单位。
（7）扇区、块/簇、page的关系
a、扇区： 硬盘的最小读写单元
b、块/簇： 是操作系统针对硬盘读写的最小单元
c、page： 是内存与操作系统之间操作的最小单元。
2、磁盘接口类型
（1）ATA（IDE）：并口数据线连接主板与硬盘
抗干扰能力差，且排线占用空间较大，不利于电脑内部散热。
（2）SATA：串口数据线连接主板与硬盘
抗干扰性强，支持热插拔等功能，速度快，纠错能力强。
（3）SCSI：小型机系统接口
广为工作站级个人电脑以及服务器使用，资料传输时CPU占用率低，转速快，支持热插拔等功能。
二、磁盘分区表示
1、MBR
MBR是主引导记录，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列表。分区表有4个分区记录区，每个分区记录区占16字节。
2、硬盘分区表示
常见的硬盘可以划分为主分区和逻辑分区。通常情况下主分区 只有四个，而扩展分区可以看成时一个特殊的主分区类型，在扩展分区中可以建立逻辑分区。
主分区一般用来安装系统，扩展分区则多用来储存数据文件。
在Linux系统中，将硬盘和分区分别表示为不同的文件。具体如下。
（1）硬盘：对于IDE接口的硬盘设备，表示为“hdX”形式的文件名。
对于SCSI接口的硬件设备：表示为“sdX”形式的文件名。其中“X”可以是a、b、c、d等字母序号。
（2）分区：表示分区时，以硬盘设备的文件名为基础，在后边添加该分区（主分区、扩展分区、逻辑分区）对应的数字序号即可。
需要注意：由于硬盘中的主分区数目只有4个，因此主分区和扩展分区的序列号也就限制在了1~4，二逻辑分区的序列号将始终从5开始。
3、Linux中常用的文件系统类型
（1）EXT4：第四代扩展文件系统，用于存放文件和目录数据的分区。是Linux系统中默认使用的文件系统。
EXT4是典型的日志型文件系统，其特点是保存有磁盘存取记录的日志数据，便于恢复，在存取性能和稳定性方面更加出色。
（2）SWAP：文件交换系统，用于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）XFS：是一种高性能的日志文件系统，特别擅长处理大文件，可支持上百万T字节的储存空间。
XFS文件系统开启了日志功能，所以即使发生宕机也不怕数据遭到破坏。