Linux 磁盘管理与文件系统

前言

磁盘（disk）是指利用磁记录技术存储数据的存储器。磁盘是计算机主要的存储介质，可以存储大量的二进制数据，并且断电后也能保持数据不丢失。早期计算机使用的磁盘是软磁盘（soft disk，简称软盘），如今常用的磁盘是硬磁盘（hard disk，简称硬盘）。
文件系统是操作系统用于明确存储设备（常见的是磁盘，也有基于NAND Flash的固态硬盘）或分区上的文件的方法和数据结构；即在存储设备上组织文件的方法。

一：磁盘基础

硬盘（Hard Disk Driver，简称HDD）是计算机常用的存储设备之一。

1.1 磁盘结构

1.1.1：硬盘的物理结构
盘片：硬盘有多个盘片，每个盘片2面

磁头：每面一个磁头

1.1.2：硬盘的数据结构
扇区：盘面被分成多个扇形区域，每个扇区存放512个字节的数据

PS：硬盘的第一个扇区，叫做引导扇区

磁道：同一盘片不同半径的同心圆（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盘表面划出一个圆形轨迹，这些圆形轨迹就叫做磁道（Track））

柱面：不同盘片相同半径构成的圆柱面（在有多个盘片构成的盘组中，由不同盘片的面，但处于同一半径圆的多个磁道组成的一个圆柱面（Cylinder））

PS：固态硬盘：电子芯片存储，速度快，但是数据丢失无法恢复

机械硬盘：磁道存储，速度一般，数据丢失有几率恢复

1.1.3：存储容量
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

可以用柱面/磁头/扇区来确定唯一定位磁盘上每一个区域

磁盘接口类型：

• IDE（并口），现在已经退出市场
• SATA（串口） 最常见，目前最常用的是sataⅢ
• SCSI接口，服务器专用

磁盘上面的接口有两个

小接口是电源接口，大接口口是数据传输接口

1.2 MBR与磁盘分区表示

1）主引导记录（MBR：Master 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，是硬盘的目录索引

​ 分区表有4个分区记录区，每个分区记录去占16个字节

2）Linux中将硬盘、分区等设备均表示为文件
MBR类型的硬盘有四个主分区， GPT类型的有128主分区

1.3 磁盘分区结构

• 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号也就限制在1~4
• 扩展分区不起直接存储数据的功能，可以再往下级分为逻辑分区
• 逻辑分区的序号将始终从5开始

蓝色是主分区，绿色代表扩展分区，绿色里面是逻辑分区

1.4 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

CentOS 7 系统中默认使用的文件系统

2）SWAP，交换文件系统
为Linux系统建立交换分区
3）Linux支持的其它文件系统类型
FAT16、FAT32、NTFS

EXT4、JFS…

XFS文件格式支持1PB存储容量

SWAP，即虚拟内存

FAT系列没有安全性

EXT3 是centos 5版本时使用

EXT4，是centos 6 版本时使用

JFS用的少

二：检测并确认新磁盘，规划硬盘中的分区命令

2.1 fdisk命令 创建分区

1）查看或管理磁盘分区命令

[root@lpf ~]# fdisk -l
磁盘 /dev/sda：322.1 GB, 322122547200 字节，629145600 个扇区
Units = 扇区 of 1 * 512 = 512 bytes
扇区大小(逻辑/物理)：512 字节 / 512 字节
I/O 大小(最小/最佳)：512 字节 / 512 字节
磁盘标签类型：dos
磁盘标识符：0x000d8ce0

   设备 Boot      Start         End      Blocks   Id  System
/dev/sda1   *        2048     2099199     1048576   83  Linux
/dev/sda2         2099200    10227711     4064256   82  Linux swap / Solaris
/dev/sda3        10227712   629145599   309458944   83  Linux

磁盘 /dev/sdb：107.4 GB, 107374182400 字节，209715200 个扇区
Units = 扇区 of 1 * 512 = 512 bytes
扇区大小(逻辑/物理)：512 字节 / 512 字节
I/O 大小(最小/最佳)：512 字节 / 512 字节

[root@lpf ~]# fdisk /dev/sdb                            #对磁盘sdb进行分区
欢迎使用 fdisk (util-linux 2.23.2)。

更改将停留在内存中，直到您决定将更改写入磁盘。
使用写入命令前请三思。

Device does not contain a recognized partition table
使用磁盘标识符 0xc477d97a 创建新的 DOS 磁盘标签。

命令(输入 m 获取帮助)：

2.2 交互模式中的常用指令选项

选项	含义
-l	list含义，查看当前磁盘分区信息 ；若是后面加设备磁盘，则只查看目标磁盘
m	查看帮助信息
p	打印，显示的意思
n	创建新分区
d	删除分区
t	转换文件系统类型格式
w	保存配置
q	退出

[root@lpf ~]# fdisk /dev/sdb
欢迎使用 fdisk (util-linux 2.23.2)。

更改将停留在内存中，直到您决定将更改写入磁盘。
使用写入命令前请三思。

Device does not contain a recognized partition table
使用磁盘标识符 0xc477d97a 创建新的 DOS 磁盘标签。

命令(输入 m 获取帮助)：n     #创建新分区
Partition type:
   p   primary (0 primary, 0 extended, 4 free)
   e   extended
Select (default p): p     #选择主分区
分区号 (1-4，默认 1)：1     #选择主分区1
起始 扇区 (2048-209715199，默认为 2048)：
将使用默认值 2048
Last 扇区, +扇区 or +size{K,M,G} (2048-209715199，默认为 209715199)：+10G
分区 1 已设置为 Linux 类型，大小设为 10 GiB

命令(输入 m 获取帮助)：n
Partition type:
   p   primary (1 primary, 0 extended, 3 free)
   e   extended
Select (default p): P
分区号 (2-4，默认 2)：2
起始 扇区 (20973568-209715199，默认为 20973568)：
将使用默认值 20973568
Last 扇区, +扇区 or +size{K,M,G} (20973568-209715199，默认为 209715199)：+20G
分区 2 已设置为 Linux 类型，大小设为 20 GiB

命令(输入 m 获取帮助)：n
Partition type:
   p   primary (2 primary, 0 extended, 2 free)
   e   extended
Select (default p): e      #选择为扩展分区
分区号 (3,4，默认 3)：3
起始 扇区 (62916608-209715199，默认为 62916608)：
将使用默认值 62916608
Last 扇区, +扇区 or +size{K,M,G} (62916608-209715199，默认为 209715199)：+30G
分区 3 已设置为 Extended 类型，大小设为 30 GiB

命令(输入 m 获取帮助)：n
Partition type:
   p   primary (2 primary, 1 extended, 1 free)
   l   logical (numbered from 5)
Select (default p): l        #设置为逻辑分区，从5开始
添加逻辑分区 5
起始 扇区 (62918656-125831167，默认为 62918656)：
将使用默认值 62918656
Last 扇区, +扇区 or +size{K,M,G} (62918656-125831167，默认为 125831167)：
将使用默认值 125831167
分区 5 已设置为 Linux 类型，大小设为 30 GiB

[root@lpf backup]# fdisk -l

磁盘 /dev/sda：322.1 GB, 322122547200 字节，629145600 个扇区
Units = 扇区 of 1 * 512 = 512 bytes
扇区大小(逻辑/物理)：512 字节 / 512 字节
I/O 大小(最小/最佳)：512 字节 / 512 字节
磁盘标签类型：dos
磁盘标识符：0x000d8ce0

   设备 Boot      Start         End      Blocks   Id  System
/dev/sda1   *        2048     2099199     1048576   83  Linux
/dev/sda2         2099200    10227711     4064256   82  Linux swap / Solaris
/dev/sda3        10227712   629145599   309458944   83  Linux

磁盘 /dev/sdb：107.4 GB, 107374182400 字节，209715200 个扇区
Units = 扇区 of 1 * 512 = 512 bytes
扇区大小(逻辑/物理)：512 字节 / 512 字节
I/O 大小(最小/最佳)：512 字节 / 512 字节
磁盘标签类型：dos
磁盘标识符：0xc477d97a

   设备 Boot      Start         End      Blocks   Id  System
/dev/sdb1            2048    20973567    10485760   83  Linux
/dev/sdb2        20973568    62916607    20971520   83  Linux
/dev/sdb3        62916608   125831167    31457280    5  Extended
/dev/sdb5        62918656   125831167    31456256   83  Linux

三：创建文件系统

3.1 mkfs命令 （分区后，进行格式化命令）

实际上 mkfs命令是一个前端工具，可以自动加载不同的程序来创建各种类型的分区，而后端包括有多个与mkfs命令相关的工具程序，这些程序位于/sbin/目录中，例如：支持XFS分区格式的mkfs.xfs程序等。

Make Filesystem，创建文件系统（格式化）

mkfs -t 文件系统类型 分区设备
命令示例：

mkfs -t xfs /dev/sdb1

或 mkfs.xfs /dev/sdb1

3.2 mkswap命令（格式化后，创建虚拟内存）

在Linux系统中，Swap分区的作用类似于Windows系统中的“虚拟内存”，可以在一定程度上缓解物理内存不足的情况。在当前Linux主机运行的服务较多，需要更多的交换空间支撑应用时，可以为其增加新的交换分区。

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.

mkswap /dev/sdb5 创建交换分区

swapon /dev/sdb5 临时开启交换分区

swapoff /dev/sdb5 关闭交换分区

[root@lpf ~]# cat /proc/meminfo|grep 'SwapTotal'   #查看swap分区大小
SwapTotal:       4064252 kB                        #默认4G，用于存储临时文件
[root@lpf ~]# mkswap /dev/sdb5     #创建交换分区sdb5
mkswap: /dev/sdb5: warning: wiping old vfat signature.
正在设置交换空间版本 1，大小 = 31456252 KiB
无标签，UUID=09524ae0-54ef-4fec-ad5f-8bdb53ef7bd6
[root@lpf ~]# swapon /dev/sdb5     #临时启用交换分区
[root@lpf ~]# cat /proc/meminfo|grep 'SwapTotal'
SwapTotal:      35520504 kB
[root@lpf ~]# swapoff /dev/sdb5     #关闭交换分区
[root@lpf ~]# cat /proc/meminfo|grep 'SwapTotal'
SwapTotal:       4064252 kB
[root@lpf ~]# vi /etc/fstab
/dev/cdrom /mnt iso9660 defaults 0 0  #添加永久挂载
磁盘分区    挂载点  文件系统类型  权限  是否备份 代表加载序列，第几个被加载

四：挂载、卸载文件系统

4.1 mount挂载命令

mount命令基本格式
mount          显示当前系统中已挂载的各个分区（文件系统）的相关信息，最近挂载的文件信息将显示在最后面
mount [-t 文件系统类型] 存储设备 挂载点目录
mount -o loop ISO镜像文件 挂载点目录
mount -a  将现在所有能挂载的都挂载

文件系统类型通常可以省略，系统会自动识别

存储设备即对应分区的设备文件名（如/dev/sdb1 , /dev/cdrom)或网络资源路径

挂载点即用户指定用于挂载的目录

光盘对应的设备文件通常使用’/dev/cdrom’，其实这是一个连接文件，连接到实际的光盘设备’/dev/sr0’。这两个名称都表示光盘设备。由于光盘是只读的存储介质，因此在挂载时系统会出现’mounting read-only’的提示信息。

例如，将光盘设备挂载到/media/cdrom目录 
[root@hostname ~]#mount /dev/cdrom /media/cdrom

挂载Linux分区或U盘设备时的用法也一样，只需要指定正确的设备位置和挂载目录即可。

例如：将/dev/sdb1分区挂载到新建的/ccc目录下
[root@hostname ~]#mkdir /ccc
[root@hostname ~]#mount /dev/sdb1 /ccc

在Linux系统中，U盘设备被模拟成SCSI设备，因此与挂载普通的SCSI硬盘中的分区并没有明显的区别。U盘一般使用FAT16或FAT32的文件系统，若不确定U盘设备文件的位置，可以先执行‘fdisk -l’命令进行查看，确认。

例如：将位于/dev/sdc1的U盘设备挂载到新建的/ccc/usbdisk目录下
[root@hostname ~]#mkdir /ccc/usbdisk
[root@hostname ~]#mount /dev/sdc1 /ccc/usbdisk

proc，sysfs，tmpfs等文件系统是Linux运行所需要的的临时文件系统，并没有实际的硬盘分区与其相对应，因此也成为了’伪文件系统’。

例如：proc文件系统实际上映射了内存及CPU寄存器中的部分数据

在实际工作中，可能会经常从互联网中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镜像文件中的数据。

ISO镜像文件通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

例如：将下载的CentOS系统的DVD光盘镜像文件“CentOS-7-x86_64-DVD-1611.iso”挂载到/media/mnt目录下。
[root@hostname ~]#mount -o loop CentOS-7-x86_64-DVD-1611.iso /media/mnt

4.2 umount 取消挂载命令

卸载文件系统时，使用挂在单目录或对应设备的文件名作为卸载参数。

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。

使用命令的基本格式
umount 存储设备位置
umount 挂载点目录

Centos 7.6 强制卸载已挂载的分区

fusermount -uz /opt

或者

[root@dbserver /]# ps aux |grep 3052
root 2218 0.0 0.0 163052 1648 ? Sl 10:30 0:00 gnome-keyring-daemon --start
root 3052 0.0 0.0 108328 1732 pts/1 Ss+ 11:12 0:00 -bash

[root@dbserver /]# kill -9 3052

[root@dbserver /]# umount /dev/sdb6

4.3 设置文件系统的自动挂载

/etc/fstab 配置文件
系统中的/etc/fstab文件可以视为mount命令的配置文件，其中存储了文件系统的静态挂载数据，Linux系统在每次开机时，会自动读取这个文件的内容，自动挂载所指定的文件系统。

​ 默认的fstab文件中包括了根分区，/boot分区，交换分区及proc，tmpfs等伪文件系统的挂载配置。

在/etc/fstab文件中，每一行记录对应一个分区或设备的挂载配置信息，从左到右包括六个字段，含义如下

字段	解释
第一字段	分区/设备名/设备卷标名
第二字段	挂载点，文件系统的挂载点目录的位置
第三字段	文件系统类型，如xfs，Swap等
第四字段	挂载参数（包括权限和功能），即mount命令“-o”选项后可使用的参数。例如：default，rw，ro，noexec分别表示默认参数，可写，只读，禁用执行程序。
第五字段	表示文件系统是否需要dump备份（dump是一个备份工具），设为1时表示需要，设为0时将被dump忽略
第六字段	该字段用于决定系统启动时进行磁盘检查的顺序。0：不进行检查。1：优先检查。2：其次检查、对于根分区应设为1，其他分区设为2.

通过在“/etc/fstab”文件中添加相应的挂载配置，可以实现开机后自动挂载指定的分区。

例如，添加自动挂载分区/dev/sdb1的配置
[root@hostname ~]# vi /etc/fstab
...//省略部分内容
/dev/sdb1       /ccc    xfs    default  0 0

4.4 df命令–查看磁盘使用情况

不带选项和参数的mount命令可以显示分区的挂载情况，若要了解系统中已经挂载各文件系统的磁盘使用情况（如剩余磁盘空间等），可以使用df命令。

df命令使用文件或者设备作为命令参数，较常用的选项为“-h”"-T"。其中，“-h”选项可以显示更容易读的容量单位，而“-T”选项用于显示对应文件系统的类型。

[root@lpf ~]# df -Th
文件系统       类型      容量  已用  可用 已用% 挂载点
/dev/sda3      xfs       295G  5.9G  290G    2% /
devtmpfs       devtmpfs  1.9G     0  1.9G    0% /dev
tmpfs          tmpfs     1.9G     0  1.9G    0% /dev/shm
tmpfs          tmpfs     1.9G   13M  1.9G    1% /run
tmpfs          tmpfs     1.9G     0  1.9G    0% /sys/fs/cgroup
/dev/sr0       iso9660   4.3G  4.3G     0  100% /mnt
/dev/sda1      xfs      1014M  174M  841M   18% /boot
tmpfs          tmpfs     378M   12K  378M    1% /run/user/42
tmpfs          tmpfs     378M     0  378M    0% /run/user/0