CentOS磁盘和分区简介

一，机械硬盘的结构和工作原理简述

以下内容部分图片和文字来自知乎 @随风 的知乎回答

机械硬盘主要由盘片，磁头，盘片转轴以及控制电机，磁头控制器等几个部分组成。

机械硬盘内部结构（图1.1）

磁盘由一个或多个盘片组成，每个盘片上下两面各有一个磁头，通过磁头臂控制磁头运动：

• 电机带动主轴，进而带动磁盘开始高速旋转
• 磁头与盘面保持一个微小的距离，在磁头动臂的控制下向指定位置移动
• 磁头到达指定位置，开始对磁盘进行读写操作

磁盘读写原理示意图（图1.2）

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二，机械硬盘有关的几个基本概念

磁盘示意图（图2.1）

图2.2

1. 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盘表面划出一个圆形轨迹，这些圆形轨迹就叫做磁道。

2. 扇区 sector：

磁盘上的每个磁道被等分为若干个弧段，这些弧段便是磁盘的扇区，每个扇区可以存放固定长度（一般是512字节）的信息，磁盘驱动器在向磁盘读取和写入数据时，以扇区为单位。(可参考上图2.1,2.2)

3. 柱面 cylinder

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"号磁道开始编号，从上面的硬盘结构示意图（图2.1）我们可以看出，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。

4. CHS

所谓硬盘的CHS,即Cylinder（柱面）、Head（磁头）、Sector（扇区），只要知道了硬盘的CHS的数目，即可确定硬盘的容量，硬盘的容量=柱面数×磁头数×扇区数×512B。

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三，设备文件

一切皆文件，这是Linux的基本理念之一。在Linux中，所有的硬件包括磁盘，也都是作为文件来管理的，通常我们称呼这类文件为设备文件。

在类Unix操作系统中，设备文件是设备驱动程序的接口，允许应用程序通过标准输入/输出系统调用使用其设备驱动程序与设备进行交互。使用标准系统调用简化了许多编程任务，并且无论设备的特性和功能如何，都可以实现一致的用户空间I / O机制。

可以粗略的认为，设备文件就是关联至一个设备驱动程序，进而能够跟对应的硬件设备进行通信的文件。

Linux中的设备文件通常存放在/dev目录下，在ll /dev | grep -v "^[dsl]"查询返回的结果中可以看到类似下图的内容

部分结果

简要说明：

• 第1部分，第一个字母表示文件类型，c表示字符设备，b表示块设备。后九个字母表示文件的权限（r读，w写，x执行，-无），每三位为一组，表明文件的属主、属组和其他人的权限。
• 第2部分，数字1，表示文件的硬链次数。
• 第3部分，左边是文件的属主，右边是文件的属组。
• 第4部分，逗号分隔的两个数字，前面是文件的主设备号，后面的是文件的次设备号。
• 第5部分，文件名

设备文件主要类型

1. 字符设备（Character Devices）：指在I/O传输过程中，必须按照先后顺序存取数据的设备，以字符为单位进行传输。通常字符设备不使用缓冲区。例如键盘
2. 块设备（Block Devices）：是一种具有一定结构的随机存取设备，对这种设备的读写是以块为单位进行的。它使用缓冲区来暂时存放数据，待条件成熟后，从缓冲区一次性写入设备或从设备中一次性读出放入到缓冲区。例如硬盘
3. 伪设备（Pseudo-devices）：没有对应的物理设备，而是操作系统虚拟出来，用于实现某些特定功能的设备。

最常用的伪设备是 /dev/null 和 /dev/zero。

• /dev/null，也称为位桶（bit bucket），外号无底洞，黑洞。任何输出到它的数据都会被丢弃。如果不想让消息以标准输出显示或写入文件，那么可以将消息重定向到位桶。
  如果试图从它读取数据，那么永远都只会得到EOF（End Of File）信号。
• 验证：

ls  #用于和下方比较执行结果
ls &> /dev/null  #将结果重定向到/dev/null
echo $?  #验证命令是否执行成功，0表示成功，其他数字表示错误码

输出到/dev/null的结果

• /dev/zero，无论从该设备读多少次，每次都会获得一个二进制数字0（即ASCII码为0的字符，在vim里显示为^@），因此也有人形象的称呼它泡泡机，吐零机。
  而如果试图输出数据到它，也会像输出到/dev/null一样被全部丢弃。
• 验证：

dd if=/dev/zero of=a.txt count=1 bs=1  #从/dev/zero复制一个字符到a.txt

从/dev/zero复制一个字符成功

vi a.txt  #查看a.txt的内容

vi中查看a.txt的内容

设备文件命名

1. 磁盘的接口

• 并口：接口理论速率（b：bit，B：Byte）
  1.1. IDE：133MB/S
  1.2. SCSI：640MB/S
• 串口：接口理论速率（b：bit，B：Byte）
  1.3. SATA：6Gbps
  1.4. SAS：6Gbps
  1.5. USB：480MB/S

2. 磁盘设备文件的命名

磁盘的设备文件，通常与其他设备文件一样，都存放在/dev目录下。

早期版本的CentOS下，IDE接口的磁盘设备文件，通常依次命名为/dev/hda，/dev/hdb，/dev/hdc，/dev/hdd（因为IDE接口最多接4块硬盘）

从CentOS 6.0版本开始，IDE，SCSI，SATA，SAS和USB接口的磁盘，全都以/dev/sd[a-z][1-n]的格式命名：

• 不同的设备，按照字母a-z的顺序，依次命名为 /dev/sda，/dev/sdb，/dev/sdc，……
• 同一设备上的不同分区，则在设备名后面再加上1-n的数字来区分，例如设备/dev/sdc上有3个分区，则依次命名为/dev/sdc1，/dev/sdc2，/dev/sdc3

常见引导方式

• BIOS+MBR
• UEFI+GPT

MBR（Master Boot Record），即主引导记录，也称主引导扇区。

1. 位置：0柱面，0磁头，1扇区(clindyer 0，side 0，sector 1)

2. 内容：主引导记录MBR(Main Boot Record)和分区表DPT(Disk Partition Table)

3. 大小：512字节，其中

• 446Bytes：用于存放boot loader内容
• 64Bytes：用于存放分区表，每16bytes标识一个分区
• 2Bytes：结束标志，原值为AA55 ，由于内存中十六进制存储是低位在前，因此看起来是55 AA

四，分区管理工具之fdisk

Note：

• fdisk只能管理2T以内的硬盘
• 对同一块硬盘，最多只能管理15个分区

管理分区：fdisk device
fdisk命令有很多子命令，通过使用子命令完成各种功能，m显示所有子命令。

fdisk的子命令

子命令中比较常用的有：
　　p：打印分区表，显示分区信息
　　n：新建分区
　　d：删除分区
　　w：写入磁盘并退出
　　q：放弃修改并退出
　　m：获取帮助
　　l：列出已知的分区id号及对应的分区类型
　　t：修改分区文件系统类型和标志id（默认值83），例如如果想创建swap分区，就需要先将分区标志id改为82

创建一个2G的新分区

类型及其十六进制代码

查看分区

fdisk -l [device]  #[]表示选项或参数可给可不给

fdisk -l ：查看分区表信息
[device]：指定想要查看分区表信息的设备，如果没有指定设备，则列出/proc/partitions文件中的设备信息

注意：fdisk -l能看到分区，并不表示内核也已经识别了该分区。可以通过查看/proc/partitions文件的内容确认，该文件包含的分区才是内核已经识别的分区。

通知内核重新读取硬盘分区表：partx命令

• 命令格式：
  partx [-a|-d|-l] [--type TYPE] [--nr M-N] [partition] disk
• 常用选项：
  -a 添加
  -d 删除
  -l 显示，列出分区
  --nr M-N 指定分区号码（CentOS 6.x中）
  -n M:N 指定分区号码（CentOS 7.x中），有 M，M:，:N 这几种形式
  -u 更新（CentOS 7.x中）
• 示例

partx -a -nr 1-3 /dev/sda       #CentOS 6.x
partx -a -n 4:6 /dev/sda        #CentOS 7.x

注意：CentOS 6-7有以上命令，但5没有，5通过命令 partprobe实现类似功能
格式：partprobe [/dev/DEVICE]

内核能够识别的硬盘，就可以格式化，创建文件系统了。

延伸知识：kpartx命令及格式
kpartx [-a | -d | -l] [-v] wholedisk
-l device：查看磁盘分区信息

查看设备分区信息

其他较常用的分区管理工具还有：parted，sfdisk，cfdisk等，具体用法请参考man手册或搜索引擎

（未完待续）
CentOS下ext4、vfat文件系统创建、修改