磁盘管理

磁盘管理
Linux 系统一切以文件的方式存储于硬盘，应用程序数据需要时刻读写硬盘，所以企业
生产环境中对硬盘的操作变得尤为重要，对硬盘的维护和管理也是每个运维工程师必备工作
之一。本节介绍硬盘简介、硬盘数据存储方式、如何在企业生产服务器添加硬盘、对硬
盘进行分区、初始化以及对硬盘进行故障修复等
1、计算机硬盘简介
硬盘是计算机主要存储媒介之一，由一个或者多个铝制或者玻璃制的碟片组成，碟片外覆盖有铁磁性材料，硬盘内部由磁道、柱面、扇区、磁头等部件组成，如图：

Linux 系统中硬件设备相关配置文件存放在/dev/下，常见硬盘命名：/dev/hda、/dev/sda、
/dev/sdb、/dev/sdc、/dev/vda。不同硬盘接口，在系统中识别的设备名称不一样。IDE 硬盘接口在 Linux 中设备名为/dev/hda，SAS、SCSI、SATA 硬盘接口在 Linux 中设备名为 sda，高效云盘硬盘接口会识别为/dev/vda 等。
文件储存在硬盘上，硬盘的最小存储单位叫做 Sector（扇区），每个 Sector 储存 512 字节。操作系统在读取硬盘的时候，不会逐个 Sector 的去读取，这样效率非常低，为了提升读取效率，操作系统会一次性连续读取多个 Sector，即一次性读取多个 Sector 称为一个 Block（块）。由多个 Sector 组成的 Block 是文件存取的最小单位。Block 的大小常见的有 1KB、2KB、4KB，Block 在 Linux 中常设置为 4KB，即连续八个 Sector 组成一个 Block。
/boot 分区 Block 一般为 1KB，而/data/分区或者/分区的 Block 为 4K。可以通过如下三种方法查看 Linux 分区的 Block 大小：
1、dumpe2fs /dev/sda1 |grep “Block size” 2、tune2fs -l /dev/sda1 |grep “Block size”
3、stat /boot/|grep “IO Block”
例如创建一个普通文件，文件大小为 10Bytes，而默认设置 Block 为 4K，如果有 1 万个小文件，由于每个 Block 只能存放一个文件，如果文件的大小比 Block 大，会申请更多的Block，相反如果文件的大小比默认 Block 小，仍会占用一个 Block，这样剩余的空间会被浪
费掉。
1 万个文件理论只占用空间大小：10000x10=100000Bytes=97.65625MBytes；1 万个文件真实占用空间大小：10000x4096Bytes=40960000Bytes=40000MBytes=40GB。根据企业实际需求，此时可以将 Block 设置为 1K，从而节省更多的空间。
2、硬盘 Block 及 Inode 详解
通常而言，操作系统对于文件数据的存放包括两个部分：文件内容、权限及文件属性。操作系统文件存放是基于文件系统，文件系统会将文件的实际内容存储到 Block 中，而将权限与属性等信息存放至 Inode 中。
Superblock：记录文件系统的整体信息，包括 inode 与 block 的总量、使用大小、剩余大小，以及文件系统的格式与相关信息等；
Inode：记录文件的属性，权限，同时会记录该文件的数据所在的 block 编号；
Block：存储文件的内容，如果文件超过默认 Block 大小，会自动占用多个 Block。
因为每个 inode 与 block 都有编号，而每个文件都会占用一个inode ，inode 内则有文件数据放置的 block 号码。如果能够找到文件的 inode，就可以找到该文件所放置数据的block 号码，从而读取该文件内容。
操作系统进行格式化分区时，操作系统自动将硬盘分成两个区域。一个是数据 Block 区，用于存放文件数据；另一个是 Inode Table 区，用于存放 inode 包含的元信息。每个 inode 节点的大小，可以在格式化时指定，默认为 128Bytes 或 256Bytes，/boot 分区 Inode 默认为 128Bytes，其他分区默认为 256Bytes，查看 Linux 系统 Inode 方法如下：
dumpe2fs -l /dev/sda1 |grep node
tune2fs -l /dev/sda1 |grep node
stat /boot/|grep node
格式化磁盘时，可以指定默认 Inode 和 Block 的大小，-b 指定默认 Block 值，-I 指定默认 Inode 值，如图 7-2 所示，命令如下：
mkfs.ext4 -b 4096 -I 256 /dev/sdb

3、硬链接介绍
一般情况下，文件名和 inode 编号是一一对应的关系，每个 inode 号码对应一个文件名。但 UNIX/Linux 系统多个文件名也可以指向同一个 inode 号码。这意味着可以用不同的文件名访问同样的内容，对文件内容进行修改，会影响到所有文件名。但删除一个文件名，不影响另一个文件名的访问。这种情况就被称为硬链接（hard link）。
创建硬链接的命令为：ln jf1.txt jf2.txt，其中 jf1.txt 为源文件，jf2.txt 为目标文件。如上命令源文件与目标文件的 inode 号码相同，都指向同一个 inode。inode 信息中有一项叫做"链接数"，记录指向该 inode 的文件名总数，这时会增加 1，变成 2，如图所示：

同样删除一个 jf2.txt 文件，就会使得 jf1.txt inode 节点中的"链接数"减 1。如果该 inode值减到 0，表明没有文件名指向这个 inode，系统就会回收这个 inode 号码，以及其所对应block 区域，如图所示：

实用小技巧：硬链接不能跨分区链接，硬链接只能对文件生效，对目录无效，也即是目录不能创建硬链接。硬链接源文件与目标文件共用一个 inode 值，从某种意义上来，节省 inode空间。不管是单独删除源文件还是删除目标文件，文件内容始终存在。同时链接后的文件不占用系统多余的空间。
4、软链接介绍
除了硬链接以外，还有一种链接-软链接。文件 jf1.txt 和文件 jf2.txt 的 inode 号码虽然不一样，但是文件 jf2.txt 的内容是文件 jf1.txt 的路径。读取文件 jf2.txt 时，系统会自动将访问者导向文件 jf1.txt。无论打开哪一个文件，最终读取的都是文件 jf1.txt。这时，文件 jf2.txt 就称为文件 jf1.txt的"软链接"（soft link）或者"符号链接（symbolic link）。文件 jf2.txt 依赖于文件 jf1.txt 而存在，如果删除了文件 jf1.txt，打开文件 jf2.txt 就会报错：“No such file or directory”。软链接与硬链接最大的不同是文件 jf2.txt 指向文件 jf1.txt 的文件名，而不是文件 jf1.txt的 inode 号码，因此文件 jf1.txt 的 inode 链接数不会发生变化，如图所示：

实用小技巧：软链接可以跨分区链接，软链接支持目录同时也支持文件的链接。软链接源文件与目标文件 Inode 不相同，从某种意义上来，会消耗省 inode 空间。不管是删除源文件还是重启系统，该软链接还存在，但是文件内容会丢失，一旦新建源同名文件名，软链接文件恢复正常。