01-Linux-磁盘分区与目录配置

1. 主引导纪录和磁盘分区表

1.1 MBR分区表

启动引导程序记录区与分区表都放在磁盘的第一个扇区（512B）

由于分区表仅占 64B，因此最多能有四组记录区，每组记录区记录了该区段的起始与结束的柱面号码。

• 缺点如下：
  • 操作系统无法使用 2TB 以上的磁盘容量
  • MBR 仅有一个区块，若被破坏后，经常无法或很难恢复
  • MBR 内的存放启动引导程序的区块仅 446B，无法存储较多的程序代码

1.2 GPT 磁盘分区表

（1）LBA0（保护MBR）

出于兼容性考虑，LBA0 存储了一份传统的 MBR 信息，用来防止不支持 GPT 的硬盘管理工具错误识别并破坏硬盘中的数据。

在支持从 GPT 启动的操作系统中，这里也用于存储第一阶段的启动代码。在这个 MBR 中，只有一个标识为 0xEE 的分区，以此来表示这块硬盘使用 GPT 分区表。不能识别 GPT 硬盘的操作系统通常会识别出一个未知类型的分区，并且拒绝对硬盘进行操作，除非用户特别要求删除这个分区。这就避免了意外删除分区的危险。另外，能够识别 GPT 分区表的操作系统会检查保护 MBR 中的分区表，如果分区类型不是 0xEE 或者 MBR 分区表中有多个项，也会拒绝对硬盘进行操作。

（2）LBA1（EFI 信息）

作用：定义分区表的位置和大小，还包含头和分区表的校验和，这样就可以及时发现错误。

（2）LBA2-33（分区表）

分区表中的每个分区项由起始地址、结束地址、类型值、名字、属性标志、GUID值组成。分区表建立后，128位（16B）的GUID对系统来说是唯一的。

从 LBA2 区块开始，每个 LBA 都可以记录 4 组分区记录，所以在默认的情况下，总共可以有 $4\times 32=128$ 组分区纪录。因为每个 LBA 有 512B，因此每组记录用到 128B 的空间，除了每组记录所需要的标识符与相关的记录之外，GPT 在每组记录中分别提供了 64位来记载开始/结束的扇区号码，因此，GPT分区表对于单一分区来说，它的最大容量限制在 $2^{64}\times 512B=8ZB$。

2. BIOS 与 UEFI 启动检测程序

2.1 BIOS 搭配 MBR/GPT 的启动流程

• CMOS：记录各项硬件参数且嵌入在主板上面的存储器。
• BIOS：写入到主板上的一个固件（固件就是写入到硬件上的一个软件程序），BIOS 是启动时计算机系统会主动执行的第一个程序。
  • BIOS 会寻找启动盘，并到该硬盘里面去读取第一个扇区的 MBR 位置。MBR 这个仅有 446B 的硬盘容量里面会放置最基本的启动引导程序。

启动流程如下：

• BIOS：启动主动执行的固件，会认识第一个可启动的设备
• MBR：第一个可启动设备的第一个扇区内的主引导记录块，内含启动引导代码
• 启动引导程序（Boot Loader）：一个可读取内核文件来执行的软件
  • 提供选项：用户可以选择不同的启动选项，这也是多重引导的重要功能
    • 选项一：直接加载 Windows 或 Linux 的内核文件来开机
    • 选项二：将开机管理工作交给第二个分区的启动扇区
  • 加载内核文件：直接指向可使用的程序区段来启动操作系统
  • 转交其它启动引导程序：将启动管理功能转交给其它启动引导程序负责
    • 启动引导程序除了可以安装在 MBR 之外，还可以安装在每个分区的启动扇区
• 内核文件：开始启动操作系统

2.2 UEFI BIOS 搭配 GPT 启动的流程

3. Linux 安装模式下，磁盘分区的选择

3.1 文件系统与目录树的关系（挂载）

• 挂载：利用一个目录当成进入点，将磁盘分区的数据放置在该目录下。

4. Linux 目录配置

4.1 Linux 目录配置的依据-FHS

• 根目录的意义与内容：根目录与启动、还原、系统修复等操作有关。根目录所在分区应该越小越好，且应用程序所安装的软件最好不要与根目录放在同一个分区内，保持根目录越小越好。如此不但性能较佳，根目录所在的文件系统也较不容易发生问题。

目录	应放置文件内容
第一部分	FHS要求必须存在的目录
/bin	放置的是在单人维护模式下还能被使用的命令，主要有：cat、chmod、chown、date、mv、mkdir、cp、bash等常用命令
/boot	放置启动会使用到的文件，包括 LInux 内核文件以及启动选项与启动所需配置文件等。Linux 内核常用文件名为：vmlinuz。若使用的是grub2启动引导程序，则还会存在/boot/grub2/这个目录。
/dev	放置的是所有设备与接口设备。读写这个目录下面的某个文件就等于读写某个设备，比较重要的文件有/dev/null、/dev/zero、/dev/tty、/dev/loop*、/dev/sd*等
/etc	系统主要的配置文件几乎都放在这个目录中，例如人员的账号密码文件、各种服务的启动文件等。FHS 建议不要放置可执行文件在此目录。比较重要的文件有：/etc/modprobe.d/、/etc/passwd、/etc/fstab、/etc/issue等。另外FHS还规范几个重要的目录最好要存在/etc/目录下： * /etc/opt（必要）：这个目录放置第三方辅助软件 /opt 的相关配置文件 * /etc/X11（建议）：与 X Window 有关的个汇总配置文件都在这里，其中xorg.conf是X Server的配置文件 * /etc/sgml/（建议）：与 SGML 格式有关的各项配置文件 * /etc/xml（建议）：与 XML 格式有关的各项配置文件
/lib	放置的是在启动时会用到的函数库以及在/bin或/sbin下面的命令会调用的函数库。FSH要求下面的目录必须要存在： * /lib/modules/：放置可抽换式的内核相关模块（驱动程序）
/media	放置的是可删除的设备，包括软盘、光盘、DVD等设备都暂时挂在于此。常见的文件名有：/media/floppy、/media/cdrom等
/mnt	放置的是暂时挂载某些额外的设备。早期本目录的作用同/media，现暂时用来挂载
/opt	放置第三方辅助软件。
/run	放置系统启动后所产生的各项信息。
/sbin	放置启动过程中所需要的启动、修复、还原系统等命令。
/srv	存放一些网络服务所产生的数据。
/tmp	让一般用户或是正在执行的程序暂时放置文件的地方。
/usr	第二层 FHS 设置。是linux系统核心所在，包含了所有的共享文件。
/var	第二层 FHS 设置，主要存放变动性的数据。
第二部分	FHS建议可以存在的目录
/home	系统默认的用户家目录。在新增一个一般用户账号时，默认的用户家目录都会规范到这里来，比较重要的是家目录有两种代号： * $\sim$：代表目前这个用户的家目录 * $\sim$dmtsai：代表 dmtsai 的家目录
/lib	用来存放与/lib不同格式的二进制函数库，例如支持 64 位的 /lib64 函数库等。
/root	系统管理员的家目录，之所以放在这里，是因为如果进入单人维护模式而仅挂载根目录时，该目录就能拥有 root 的家目录。
第三部分	其它比较重要的目录
/lost+found	使用标准的ext2、ext3、ext4文件系统格式才会产生的一个目录，目的在于当文件系统发生错误时，将一些遗失的片段放置到这个目录下；如果使用的是xfs文件系统，则不会存在这个目录。
/proc	这个目录本身是一个虚拟文件系统，存放的数据都是在内存当中的，例如：系统内核、进程信息、外接设备的状态及网络状态等。因为这个目录下的数据都是在内存当中，所以本身不占任何硬盘空间。比较重要的文件如：/proc/cpuinfo、/proc/dma、/proc/interrupts、/proc/ioports、/proc/net/*等。
/sys	也是一个虚拟文件系统，主要也是记录内核与系统硬件信息相关的内容。包括目前已加载的内核模块与内核检测到的硬件设备信息等，这个目录同样不占硬盘容量。

• /usr的意义与内容：/usr 里面存放的数据属于可分享与不可变动，主要存放操作系统软件资源。这个目录会占用最多的硬盘容量。

目录	应放置文件内容
第一部分	FHS要求必须存在的目录
/usr/bin/	存放所有的用户命令和/bin的链接文件。FHS要求在此目录下不应该有子目录。
/usr/lib/	基本上与/lib功能相同。
/usr/local/	存放本地安装的软件。
/usr/sbin/	非系统正常运行所需要的系统命令，最常见的就是某些网络服务器软件的服务命令（daemon）。
/usr/share/	主要放置只读的数据文件，当然也包括共享文件。常见的子目录有： * /usr/share/man：在线帮助文件 * /usr/share/doc：软件的说明文档 * /usr/share/zoneinfo：与时区有关的时区文件
第二部分	FHS建议可以存在的目录
/usr/games/	存放与游戏相关的数据。
/usr/include/	存放 C/C++ 等程序语言的头文件与包含文件。当我们以Tarball方式（*.tar.gz的方式安装软件）安装某些程序时，会使用到里面的许多文件。
/usr/libexec/	存放一般用户不常用的执行文件或脚本等。例如大部分的 X Windows 下面的操作命令。
/usr/lib/	与 /lib 功能相同，因此目前 /lib 就是链接到此目录中。
/usr/src/	存放源代码。至于内核源代码建议放置到 /usr/src/Linux/ 目录下。

• /var 的意义与内容：/var 目录主要针对经常性变动的文件，包括缓存、日志文件以及某些软件运行所产生的文件。

目录	应放置文件内容
第一部分	FHS要求必须存在的目录
/var/cache/	应用程序运行过程中会产生的一些缓存。
/var/lib/	存放程序执行过程中需要用到的数据文件。在此目录下各软件应该有各自的目录。
/var/lock/	存放上锁的文件。某些设备或是文件资源一次只能被一个应用程序使用，若同时又两个程序使用该设备，就可能产生一些错误，因此就得将该设备上锁。
/var/log/	存放日志文件。比较重要的文件有：/var/log/messages、/var/log/wtmp（记录登录信息）等。
/var/mail/	存放个人电子邮箱。
/var/run/	存放某些程序或是服务启动后产生的 PID。
/var/spool/	存放一些队列数据，这些数据被使用后会被删除。举例来说：系统收到新邮件会放到/var/spool/mail/中，但用户收下该邮件后该封信原则上就会被删除，邮件如果暂时寄不出去会被放到/var/spool/mqueue/中，等到被送出后就被删除。