Linux磁盘与文件系统管理

Linux磁盘管理

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硬盘的物理组成

柱面

硬盘与读存数据相关的部件：圆形硬盘片（一或多个）、磁头、机械臂。 硬盘片上有磁道，多个硬盘片上的同一磁道形成柱面，这个柱面就是分区时形成的最小单位，windows的C盘（系统盘）分区就是在最外层的一堆柱面上。

扇区

硬盘上的最小存储单位叫扇区，每个扇区储存512字节。在读取数据的时候，硬盘会转动，利用机械手臂将磁头移动到正确的数据位置，然后将数据顺序读出。

硬盘的类型/dev/sda VS /dev/hda

HDA是使用了ide接口的硬盘的名称.SDA是sata接口的硬盘的名称

硬盘接口

我们通过硬盘接口来区分不同的硬盘，不同厂商生产的硬盘都要通过sata接口接入到主板的sata控制器上。使用SATA（Serial ATA）口的硬盘又叫串口硬盘，是未来和现在PC机硬盘的主流趋势。 硬盘接口有： 并口：（数据传输有n根线并行传输） IDE（电子集成驱动器）:133M/S SCSI（小型计算机系统接口）:640M/S 串口：（数据传输有一根线按顺序传输） SATA（串口硬盘接口）:6Gbps SAS（串行连接SCSI）：6Gbps USB：480MB/s

分区和目录关系

• 任何一个分区都必须挂载到某个目录上。
• 目录是逻辑上的区分。分区是物理上的区分。
• 磁盘Linux分区都必须挂载到目录树中的某个具体的目录上才能进行读写操作。
• 根目录是所有Linux的文件和目录所在的地方，需要挂载上一个磁盘分区。 

分区

为什么要分区

• 可以把不同资料，分别放入不同分区中管理，降低风险。
• 大硬盘搜索范围大，效率低
• 磁盘配合只能对分区做设定
• /home /var /usr/local经常是单独分区，因为经常会操作，容易产生碎片

分区的要点：

记录每一个分区的起始和结束柱面。分区的起始和结束柱面的数据放在主导区（Master Boot Recorder，MBR）。MBR不属于任何分区，计算机启动后最先读取主导区，这个区域记录硬盘的分区信息。MBR的限制是不能存储所有的分区和引导程序的信息，最多提供4个分区的记忆。

MBR处在0sector，分为三个部分：
    446bytes：boot loader程序，引导启动操作系统程序
    64bytes：FAT文件系统分区表，每16个字节表示一个分区
    2bytes：MBR区域的有效性标识，55AA表示为有效

分区管理fdisk命令

分区类别：

查看：fdisk -l [DEVICE] 创建分区：fdisk [DEVICE] 查看内核是否识别新的分区：cat /proc/partitions 对于已经有分区处于使用的磁盘来说，新建分区要让内核重读分区：

centos5之上：
    #partprobe [DEVICE]
centos 6和7：
    #part -a [DEVICE]
    #kpartx -af [DEVICE]

n：新建分区

p：显示分区表

d：删除分区

b：设置卷标

w：写入分区表

t：改变分区文件系统类型

l：显示fdisk所支持的文件系统代码

q：退出

文件系统管理

文件系统分类

常用的Linux文件系统：ext2，ext3，ext4，xfs，btrfs，reiserfs，jfs，swap

交换文件系统：swap

网络文件系统：nfs，smbfs

光盘文件系统：isso9660

文件系统的物理结构

super block：超级块的作用是存储文件系统大小、有多少是空的和已经填满的占多少，以及它们各自的总数和其他信息。要使用一个分区来进行数据访问，那么第一个要访问的就是超级块。所以超级块坏了，磁盘就没救了。

文件系统大小
空闲块数目
空闲块索引表
空闲i节点数
空闲i节点索引表
……

文件存储结构

Linux正统的文件系统(如ext2、ext3)一个文件由目录项、inode和数据块组成。

• 目录项:包括文件名和inode节点号。

• Inode：又称文件索引节点，是文件基本信息的存放地和数据块指针存放地。

• 数据块：文件的具体内容存放地。 

文件系统管理

文件系统管理工具

1. 创建文件系统的工具

   mkfs
   mkfs.ext2, mkfs.ext3, mkfs.ext4, mkfs.xfs, mkfs.vfat, ...
   

2. 检测及修复文件系统的工具

   fsck
   fsck.ext2, fsck.ext3, ...
   

3. 查看其属性的工具

   dumpe2fs, tune2fs
   

4. 调整文件系统特性：

   tune2fs
   

ext系列文件系统的管理工具：

1. 创建文件系统的工具

   mkfs
   mkfs.ext2, mkfs.ext3, mkfs.ext4
   mkfs -t ext4=mkfs.ext4
   

2. ext系列文件系统专用管理工具

   mke2fs [OPTIONS]  device
   -t {ext2|ext3|ext4}：指明要创建的文件系统类型
       mkfs.ext4 = mkfs -t ext4 = mke2fs -t ext4
   -b {1024|2048|4096}：指明文件系统的块大小；
   -L LABEL：指明卷标；
   -j：创建有日志功能的文件系统ext3；
       mke2fs -j = mke2fs -t ext3 = mkfs -t ext3 = mkfs.ext3
   -i #：bytes-per-inode，指明inode与字节的比率；即每多少字节创建一个Indode; 
   -N #：直接指明要给此文件系统创建的inode的数量；
   -m #：指定预留的空间，百分比；
   
   -O [^]FEATURE：以指定的特性创建目标文件系统； 
   

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    e2label命令：卷标的查看与设定
        查看：e2label device
        设定：e2label device LABEL

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    tune2fs命令：查看或修改ext系列文件系统的某些属性 
        adjust tunable filesystem parameters on ext2/ext3/ext4 filesystems；
        注意：块大小创建后不可修改；

    tune2fs [OPTIONS] device
    -l：查看超级块的内容；

    修改指定文件系统的属性：
    -j：ext2 --> ext3；
    -L LABEL：修改卷标；
    -m #：调整预留空间百分比；
    -O [^]FEATHER：开启或关闭某种特性；

    -o [^]mount_options：开启或关闭某种默认挂载选项
        acl
        ^acl

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dumpe2fs命令：显示ext系列文件系统的属性信息
            dumpe2fs  [-h] device   

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e2fsck : check a Linux ext2/ext3/ext4 file system
    e2fsck [OPTIONS]  device
        -y：对所有问题自动回答为yes; 
        -f：即使文件系统处于clean状态，也要强制进行检测；

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fsck：check and repair a Linux file system
    -t fstype：指明文件系统类型；
            fsck -t ext4 = fsck.ext4
    -a：无须交互而自动修复所有错误；
    -r：交互式修复；   

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blkid命令：
    blkid device
    blkid  -L LABEL：根据LABEL定位设备
    blkid  -U  UUID：根据UUID定位设备 

swap文件系统：

Linux上的交换分区必须使用独立的文件系统；
    且文件系统的System ID必须为82；

创建swap设备：mkswap命令
    mkswap [OPTIONS]  device
        -L LABEL：指明卷标
        -f：强制


启用：swapon
        swapon  [OPTION]  [DEVICE]
            -a：定义在/etc/fstab文件中的所有swap设备；

禁用：swapoff
        swapoff DEVICE

文件系统的使用：

文件系统的使用首先要挂载：mount命令和umount命令。根文件系统这外的其它文件系统要想能够被访问，都必须通过“关联”至根文件系统上的某个目录来实现，此关联操作即为“挂载”；此目录即为“挂载点”

挂载点：mount_point，用于作为另一个文件系统的访问入口；

    (1) 事先存在；
    (2) 应该使用未被或不会被其它进程使用到的目录；
    (3) 挂载点下原有的文件将会被隐藏；

mount命令：

mount  [-nrw]  [-t vfstype]  [-o options]  device  dir

命令选项：
-r：readonly，只读挂载； 
-w：read and write, 读写挂载； 
-n：默认情况下，设备挂载或卸载的操作会同步更新至/etc/mtab文件中；-n用于禁止此特性；

-t vfstype：指明要挂载的设备上的文件系统的类型；多数情况下可省略，此时mount会通过blkid来判断要挂载的设备的文件系统类型；

-L LABEL：挂载时以卷标的方式指明设备；
        mount -L LABEL dir

-U UUID：挂载时以UUID的方式指明设备；
        mount -U UUID dir

-o options：挂载选项
    sync/async：同步/异步操作；
    atime/noatime：文件或目录在被访问时是否更新其访问时间戳；
    diratime/nodiratime：目录在被访问时是否更新其访问时间戳；
    remount：重新挂载； 
    acl：支持使用facl功能；
            # mount -o acl  device dir 
            # tune2fs  -o  acl  device 

    ro：只读 
    rw：读写 
    dev/nodev：此设备上是否允许创建设备文件；
    exec/noexec：是否允许运行此设备上的程序文件；
    auto/noauto：
    user/nouser：是否允许普通用户挂载此文件系统；
    suid/nosuid：是否允许程序文件上的suid和sgid特殊权限生效；                  

    defaults：Use default options: rw, suid, dev, exec, auto, nouser, async, and relatime.

查看当前系统所有已挂载的设备：

# mount 
# cat  /etc/mtab
# cat  /proc/mounts

umount命令：

umount  device|dir

注意：正在被进程访问到的挂载点无法被卸载；
查看被哪个或哪些进程所战用：
# lsof  MOUNT_POINT
# fuser -v  MOUNT_POINT

终止所有正在访问某挂载点的进程：
# fuser  -km  MOUNT_POINT

设定除根文件系统以外的其它文件系统能够开机时自动挂载：/etc/fstab文件,该文件的语法格式如下：

每行定义一个要挂载的文件系统及相关属性：

    6个字段：
    (1) 要挂载的设备：
        设备文件；
        LABEL
        UUID
        伪文件系统：如sysfs, proc, tmpfs等
    (2) 挂载点 
        swap类型的设备的挂载点为swap；
    (3) 文件系统类型；
    (4) 挂载选项
        defaults：使用默认挂载选项；
    如果要同时指明多个挂载选项，彼此间以事情分隔；
        defaults,acl,noatime,noexec
    (5) 转储频率
        0：从不备份；
        1：每天备份；
        2：每隔一天备份；
    (6) 自检次序
        0：不自检；
        1：首先自检，通常只能是根文件系统可用1；
        2：次级自检
        ...

    mount  -a：可自动挂载定义在此文件中的所支持自动挂载的设备；

文件系统挂载使用：

挂载光盘设备：
    光盘设备文件：
        IDE: /dev/hdc
        SATA: /dev/sr0

        符号链接文件：
            /dev/cdrom
            /dev/cdrw
            /dev/dvd
            /dev/dvdrw

    mount -r /dev/cdrom /media/cdrom
    umount /dev/cdrom

dd命令：convert and copy a file
    用法：
        dd if=/PATH/FROM/SRC of=/PATH/TO/DEST 
            bs=#：block size, 复制单元大小；
            count=#：复制多少个bs；

        磁盘拷贝：
            dd if=/dev/sda of=/dev/sdb

        备份MBR
            dd if=/dev/sda of=/tmp/mbr.bak bs=512 count=1

        破坏MBR中的bootloader：
            dd if=/dev/zero of=/dev/sda bs=256 count=1

    两个特殊设备：
        /dev/null: 数据黑洞；
        /dev/zero：吐零机；

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挂载点和/etc/fstab

作用：

1. 配置文件系统体系
2. 被mount、fsck和其他程序使用
3. 系统重启时保留文件系统体系
4. 可以在设备栏使用文件系统卷边
5. 使用mount -a 命令挂载/etc/fstab中所有的文件系统

实例演示：

增加两个逻辑分区，一个交换分区，并配置到/etc/fstab下

1.查看分区情况：fdisk -l 2.建立两个逻辑分区，过程省略

3.建立交换分区

查看swap大小（free -k|-m|-G） 创建一个swap分区 

这是创建了1个一个扩展分区，三个逻辑分区，现在将sda7转化为swap分区 

创建完了之后，我们用mkswap命令格式化我们的新分区。 

然后我们都做好分区用blkid后看一下 接着配置挂载 开机重启，mount -a之后，df -h，可以看到挂载成功 

笔者，再配置swap分区的时候出了一点问题，我在创建系统的时候 建立了一个swap分区 后来 我又建立了一个swap分区 并且配置fstab文件，配置没有显示我挂载到指定目录，然后我用同样的方法 测试了一下 普通分区 配置fstab文件，成功了 ，开机启动看到了挂载在我指定的目录下，现在我把 原来配置的swap 分区去掉 比较前后两次的swap 总数，发现不一样 ，论证了 如果挂载两个swap分区 会合并在一起。得出结论是，最好只要一个swap。

操作练习

1、创建一个20G的文件系统，块大小为2048，文件系统ext4，卷标为TEST，要求此分区开机后自动挂载至/testing目录，且默认有acl挂载选项；

        (1) 创建20G分区；
        (2) 格式化：
            mke2fs -t ext4 -b 2048 -L 'TEST' /dev/DEVICE
        (3) 编辑/etc/fstab文件
        LABEL='TEST'    /testing    ext4    defaults,acl    0 0

2、创建一个5G的文件系统，卷标HUGE，要求此分区开机自动挂载至/mogdata目录，文件系统类型为ext3；

3、写一个脚本，完成如下功能： (1) 列出当前系统识别到的所有磁盘设备； (2) 如磁盘数量为1，则显示其空间使用信息；否则，则显示最后一个磁盘上的空间使用信息；

if [ $disks -eq 1 ]; then 
    fdisk -l /dev/[hs]da
else 
    fdisk -l $(fdisk -l /dev/[sh]d[a-z] | grep -o "^Disk /dev/[sh]d[a-]" | tail -1 | cut -d' ' -f2)
fi