Linux系统管理——磁盘与文件系统管理

                                 第十章 磁盘与文件系统管理

一、磁盘结构及分区表示
1、磁盘基础
(1)硬盘的结构
①数据结构
1)扇区：每个扇区存放512字节，磁片被分为多个扇形区域
2)磁道：同一盘片不同班级的同心圆
3)柱面：不同盘片相同半径构成的圆柱面
②物理结构
1)盘片：多个盘片，每个盘片2面
2)磁头：每面一个磁头
③储存容量=磁头数*磁道数*每道扇区数*每扇区字节数
(2)硬盘的接口
①ATA（IDE）
Advanced Technology Attachment，并口数据线连接主板与硬盘，抗扰性太差，且占空间大，不利于散热，已逐渐被SATA取代
②SATA
Serial ATA，抗扰性强，支持热插拔，速度快，纠错能力强
③SCSI
Small Computer System Interface，小型机系统接口。广为工作站级个人电脑及服务器使用，传输资料时CPU占用率较低，转速快，支持热插拔
④SAS
新一代SCSI技术，和SATA相同，采取序列式技术以获得更高的传输速度，可达到6Gb/s
2、磁盘分区表示
(1)MBR
①包含引导程序和分区表
②分区表中存储着硬盘的每个分区信息
③每块硬盘之多可以划分4个分区
④划分更多分区时可对某一分区进行扩展
⑤最大只支持2T
(2)GPT
①支持每个磁盘上超过4个分区
②和UEFI相辅相成
(3)磁盘分区的表示
①硬盘
②分区
(4)Linux中使用的文件系统类型
①EXT4
②SWAP
③XFS
3、windows中的卷分类
(1)跨区卷
①由多个物理硬盘组成的动态卷
②容量是各个硬盘容量的总和
(2)带区卷
①以带区形式在两个或多个磁盘上存储数据的动态卷
②每个磁盘的大小需一致，数据交替存储
③至少需要两块磁盘
④类似raid0
(3)镜像卷
①在两个物理磁盘上复制数据的容错卷
②秩序两块大小相同的磁盘
③容量是两块磁盘容量总和的一半
④类似raid1
(4)Raid-5卷
①数据分散吸入硬盘并建立一份奇偶校验数据信息
②具有较高磁盘利用率，读写性和可靠性
③至少需要三块磁盘空间相同的硬盘
④容量为磁盘数量-1

二、管理磁盘及分区
1、检查的并确认新硬盘
(1)挂接好新的硬盘设备并启动主机后，Linux会自动检查并加载该硬盘，无需额外安装驱动。执行fdisk -l命令可查看、确认新增硬盘的设备名称和位置。
(2)Device：分区设备文件名
(3)Boot：是否引导分区。
(4)Start：该分区在硬盘中的其实位置（柱面数）
(5)End：该分区在硬盘中的结束位置（柱面数）
(6)Blocks：分区的大小，以块（Block）为单位，默认块大小为1024字节
(7)Id：分区对应的系统ID号。83表示Linux中的EXT4分区，8e表示LVM逻辑卷
(8)System：分区类型
2、规划硬盘中的分区
(1)硬盘中设备的创建、删除、更改分区等操作用同样通过fdisk命令。执行fdisk可进入到交互式的分区管理界面中
(2)p：列出硬盘中的分区情况
(3)n：新建分区
①p：主分区
②e：扩展分区
③主分区和扩展分区序号只能为1-4。分区起始位置一般有fdisk默认识别即可，结束位置或大小可以使用+sizeM或+sizeG的形式，表示将该分区的容量设置为sizeG或M
(4)d：删除分区
(5)t：变更分区类型
①l：查看类型列表
②EXT4：83
③SWAP：82
④NTFS：86
⑤extended：5
(6)w保存退出和q退出fdisk

三、文件管理系统
1、创建文件系统
(1)mkfs命令的使用
①mkfs -t 文件系统类型 分区设备
②创建EXT4文件系统：mkfs -t ext4 /dev/sdb1
③创建FAT32文件系统：mkfs -t vfat -F 32 /dev/sdb6
④CentOs6默认使用EXT4文件系统，CentOS7默认使用xfs文件系统
⑤SAS/SATA硬盘文件系统选择方案可根据具体情况分为以下几类
1)数据库业务，可选择xfs类型
2)有大量项文件的业务，可选择ReiserFS文件系统
3)常规应用选择默认文件系统即可
(2)mkswap命令的使用
①先使用fdisk将ID号设为82
②使用mkswap 分区
③使用swapon 分区命令启用分区
④使用swapoff 分区可停用分区
2、挂载、卸载文件系统
Linux中虽然系统核心能够通过设备文件方式操作设备，但对于用户来说，需要增加一个挂载过程，将设备挂载到目录结构才能正常访问设备中的资源
(1)挂载文件系统
①mount {-t 文件系统类型} 存储设备挂载点
②其中文件系统类型通常可以省略（由系统自动识别）
③使用不带参数的mount时，将显示出系统中已挂载的各个分区的相关信息
④实际工作中，经常使用mount -o loop将镜像文件（.iso）挂载到指定目录使用
(2)卸载文件系统
①umount
(3)设置文件系统的自动挂载
①/etc/fstab文件视为mount的配置文件，通过添加相应配置，实现开机后自动挂载指定分区
②字段含义
1)第1字段：设备名或设备卷标名
2)第2字段：文件系统的挂载点目录位置
3)第3字段：文件系统类型（EXT4等）
4)第4字段：挂载参数。及mount命令-o选项后可使用的参数：defaults、rw、ro、noexec分别表示默认参数、可写、只读、禁用执行程序
5)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1表示需要，0则被dump忽略
6)第6字段：决定在系统启动时进行磁盘检查的顺序。0表示不检查，1表示优先检查，2表示其次检查。根分区应设备1，其他分区设为2
③使用mount或umount时，若在/etc/fstab中已设置对应挂载记录，则只需指定挂载点目录或设备文件名中的一个作为参数
(4)查看磁盘使用情况
①df命令
②-h：显示单位
③-T：显示对应文件系统的类型

四、管理LVM逻辑卷
1、LVM概述
(1)LVM是linux中对磁盘分区进行管理的一种逻辑机制，能够在保持现有数据不变的情况下动态调整磁盘容量
①/boot分区用于存放引导文件，不能基于LVM创建
②图形界面管理工具：system-config-lvm
(2)PV（Physical Volume，物理卷）
①物理卷是LVM机制的基本存储设备，通常对应一个普通分区或整个硬盘。创建物理卷时，会在分区或硬盘的头部创建一个保留区块，用于记录LVM属性，并把存储空间分割成默认大小4M的基本单元（Physical Extent，PE）。对用于转换成物理卷的普通分区，建议先使用fdisk将分区类型ID改为8e。若是整个硬盘，可以将所有磁盘空间划分为一个分区后再做相应调整。
(3)VG（Volume Group，卷组）
①由一个或多个物理卷组成一个整体，卷组的名称有用户自定义
(4)LV（Logical Volume，逻辑卷）
①建立在卷组之上，与物理卷没有直接关系
②对于逻辑卷来说，每一个卷组就是一个整体，从这个整体中切出一小块空间，作为用户创建文件系统的基础，这块空间即是逻辑卷
2、管理LVM
(1)PV物理卷管理
①pvscan命令
1)用于扫描系统中所有物理卷并输出相关信息
②pvcreate命令
1)用于将分区或整个硬盘转换为物理卷，主要是添加LVM属性信息并划分PE存储单位。需要分区的设备文件作为参数（可多个）
2)pvcreate /dev/sdb1 /dev/sdb2：将分区sdb1和2转换成物理卷
3)pvcreate /dev/sd{b,c}1
③pvdisplay命令
1)用于显示物理卷的详细信息，需要指定的物理卷作为命令参数
2)pvdisplay /dev/sdb1：查看sdb3的详细信息
④pvremove命令
1)用于将物理卷还原成普通分区或磁盘
2)pvremove /etc/sdb1
(2)VG卷组管理
①vgscan命令
1)扫描系统中已建立的LVM卷组
②vgcreate命令
1)将一个或多个物理卷创建为一个卷组，第一个参数用于设置卷组名称，其后依次指定需要加入卷组的物理卷
2)vgcreate vgname /dev/sdb1 /dev/sdb2
③vgdisplay命令
1)显示系统中各卷组的详细信息，可指定卷组名称作为参数
2)vgdisplay vgmane
④vgremove命令
1)删除指定卷组，指定卷组名称作为参数
2)vgremove vgmane
⑤vgextend命令
1)用于扩展卷组的磁盘空间。可将新建物理卷添加到之前建立的卷组中。第一个参数为需扩展的卷组名称，其后为需添加的物理卷
2)vgextend vgname /dev/sdb3
⑥vgreduce命令
1)减少卷组磁盘空间
(3)LV逻辑卷管理
①lvscan命令
1)用于扫描已建立的逻辑卷及相关信息
②lvcreate命令
1)从指定卷组中分割空间，以创建逻辑卷。需指定逻辑卷大小、名称及所在卷组名作为参数。
2)创建好后，可通过/dev/卷组名/逻辑卷名形式的设备文件进行访问（或/dev/mapper/卷组名-逻辑卷名）
3)lvcreate -L 容量大小 -n 逻辑卷名卷组名
4)示例：lvcreate -L 10G -n lvname vgname
③lvdisplay命令
1)显示逻辑卷的详细信息，需要制定逻辑卷设备文件或卷组名称作为参数
④lvextend命令
1)动态扩展逻辑卷空间，可以从所在卷组分割额外空间进行扩展。要指定需增加的容量大小及逻辑卷文件位置
2)lvextend -L +大小 /dev/卷组名/逻辑卷名
3)示例：lvextend -L +10G /dev/vgname/lvname
4)扩展大小受限于所在卷组剩余空间，超过卷组剩余空间时，需先通过vgextend扩展卷组容量
⑤lvremove命令
1)删除制定逻辑卷，直接把逻辑卷设备文件作为参数
2)示例：lvremove /dev/vgname/lvname
3)删除前需确认数据是否备份，且该逻辑卷不再使用
⑥lvreduce命令
1)减少逻辑卷空间
2)对减少容量的文件系统卸载（根文件系统是无法卸载的）
3)使用e2fsck -f检查lv的文件系统
e2fsck -f /dev/vgname/lvname
4)使用resize2fs减小文件系统的大小
resize2fs /dev/vgname/lvname 50M
5)减小LV的大小：lvreduce或lvresize，最好用PE数量
lvreduce -L -450M /dev/vgname/lvname
(4)LVM应用实例
①关闭服务器正确挂接硬盘
②开启服务器，执行fdisk -l进行检查
③将每块硬盘划分为独立的主分区并修改分区类型为8e


④将分区转化为物理卷

⑤将物理卷整合为卷组

⑥在卷组中创建逻辑分区

⑦用ext4格式化逻辑分区并挂载


⑧使用lvextend命令扩展逻辑分区，并用resize2fs命令更新识别文件系统大小



五、磁盘配额
1、条件
(1)需要linux内核支持
(2)安装quota软件包
2、linux磁盘限额特点
(1)作用范围：针对指定的文件系统（分区）
(2)限制对象：用户账号、组账号
(3)限制类型
①磁盘容量（默认单位为kb）
②文件数量
(4)限制方法
①软限制（提醒，但未强制限制）
②硬限制
(5)步骤
①检查系统是否安装qouta
②把需要限制的分区以支持磁盘配额的方式进行挂载
1)mount -o remount,usrquota,grpquota /dev/vgname/lvname /sdb1
2)/det/fstab ……defaults,usrquota,grpquota……
③检查配额文件并生成配额文件
1)创建配额文件quotacheck
a.-ugcv
b.-augcv
2)查看selinux
a.getenforce
3)关闭selinux
a./etc/sysconfig/selinux中修改配置disable
b.setenforc 0（1为启用）
④修改配额文件
1)edquota -u 用户名
a.blocks：已用容量（字节），soft：容量软限制，hard：容量应限制
b.inodes：已用梳理，soft，hard
2)edquota -g 组
⑤启动文件配额功能
1)quotaon -augv
2)quotaoff
⑥验证
1)dd命令：dd if=/dev/zero of=/sdb1/test bs=1M COUNT=45

2)guota -u -g 用户或组
3)repquota 目录


六、RAID磁盘阵列与阵列卡磁盘配额
1、不同RAID卡支持不同RAID功能
2、RAID类型
(1)0：条带化存储，将连续数据进行分割，将数据分段存储于各个硬盘中，有很高的传输率，可达到单个硬盘的N倍，但没有数据冗余。
(2)1：镜像存储，通过磁盘数据镜像实现数据冗余，写性能较慢，主要受限于最慢的磁盘，读性能比较快。磁盘个数必须为偶数，可用容量为N/2
(3)5：把数据以块分段条带化存储，并且奇偶校验信息和相对于的数据分别储存不同的磁盘上，任意N-1（N>=3）块磁盘的容量都存储完整数据。写的性能相对不高
(4)6：采用双重校验，在RAID5上增加了第二个独立的奇偶校验信息库。写性能较差，但进一步加强了数据保护。可用容量为 （N-2）/N，N>=4
(5)1+0：1和0的结合，先做镜像1，在做条带0。
(6)0+1：与1+0相似，但安全性低于1+0
3、硬RAID
(1)通过RAID卡实现
4、软RAID
(1)工具：mdadm
(2)准备用于RAID阵列的分区
①分区类型fd
(3)mdadm命令
①-C /dev/阵列名（md开头） -a yes -l (0,1,5,6) -n(硬盘数)  /dev/sd{d,e,f}1  -x(1) /dev/sdg1

②查看 -D /dev/阵列名

③-f /dev/阵列名 dev/sdd1 （卸载掉一个硬盘）
④--detail --scan >/etc/mdadm.conf
1)并加入DEVICES /dev/sdb /dev/sde dev/sdf dev/sde
⑤设置自动挂载/dev/fsinit