LINUX——磁盘管理与文件系统

一、磁盘管理

1、硬盘

（1）什么是硬盘

硬盘是一种计算机储存设备，通常由一个或多个磁性盘片组成，盘片上覆盖磁性材料，可以在其上进行数据的读写，硬盘通常安装在计算机的内部。也可以外接在计算机上

（2）硬盘的作用

储存计算机的操作系统，应用程序、文档、多媒体文件等数据。当计算机访问数据时，硬盘会将数据读取到计算机的内存中进行处理。因此，硬盘是计算机系统中不可缺少的一部分。

（3）硬盘的组成

• 空气滤纸：保证磁盘清洁
• 盘片：两面均可写，（多个组成）
• 主轴（马达）：在转动时读取数据
• 磁头：有多个，是两面均可，与盘片不贴在读取时依靠电磁流读取
• 永磁铁：保证磁盘的磁性稳定
• 磁盘：铝合金制作，用来储存文件

2、磁盘的数据结构

（1）扇区

扇区是盘片被分为多个扇形区域，每个扇形存放512字节的数据（扇区越多，容量越大）

（2）磁道

磁道是同一盘片不同半径的同心圆

（3）柱面

柱面是不同的盘片相同半径构成的圆（柱面和磁道数量相同

3、 MBR与磁盘分区表示

（1）硬盘的分区形成

• 主分区
• 扩展分区
• 逻辑分区

（2）主引导记录（MBR）

• 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（ MBR最多分4个（3个主分区、1个扩展分区））
• 分区表有4个分区记录区，每个分区记录占16个字节
  
• linux 中将硬盘、分区等设备均为文件
  例：

（3）MBR的作用

规定好主分区可以分几个

4、磁盘分区

（1）磁盘分区结构

• 硬盘中的主分区数目只有4个
• 主分区和扩展分区的序号必须在1-4
• 扩展分区再分就是逻辑分区
• 逻辑分区的序号始终从5开始
  

（2）主分区和扩展分区的区别

• 主分区——安装操作系统，也可以做储存设备
• 扩展分区（逻辑分区）——存储数据，不能安装操作系统

（3）GPT和MBR分区

• GPT分区硬盘大于2T以上（128个主+扩展）——可用gdisk /dev/sdb进行分区
• 使用MBR分区硬盘小于2T（只可以分区1-4）——可用fdisk /dev/sdb进行分区

（4）硬盘的实际空间比标明的空间要小的原因

• 分区表占空间——文件系统和格式化占用空间
• 进制转换——制造商采用的十进制计算表示硬盘的存储容量（1KB=1000字节，1MB=1000KB字节, 1GB=1000MB字节, 1TB=1024字节），计算机采用的是二进制（1KB=1024字节，1MB=1024KB字节，1GB=1024MB字节，1TB=1024GB字节），因此同样的硬盘容量则会有差别。

（5）分区的原因

• 优化读写的性能
• 实现磁盘空间的配额限制
• 隔离系统和程序
• 提高修复速度
• 安装多个os
• 采用不同文件系统

（6）分区的优点

• 便于管理
• 优化读写性能

（7）分区的缺点

• 一旦建立无法修改，如要修改，只能推倒重建，重建格式化，数据会丢失
• 不够灵活，空间只能来自于一块硬盘，并且必须是连续的空间
• 没有备份冗余功能，没有备份，需要依靠工程师手动备份

5、磁盘管理命令

（1）查看或管理分区——fdisk

• 格式:fdisk -l + 磁盘设备
• 例：

fdisk -l /dev/sda

（2）添加硬盘生效

由于后面添加硬盘时不用重新启动添加一个别名

alias scan=‘echo “- - -” > /sys/class/scsi_host/host0/scan;echo “- - -” > /sys/class/scsi_host/host1/scan;echo “- - -” > /sys/class/scsi_host/host2/scan’*——作用是自动获取接口，添加硬盘时不用重新启动

• 添加硬盘时怎样添加生效：
  首先在虚拟机上添加一个20G硬盘
  
  
  添加一个20G的硬盘
  

vim .bash_profile——进入添加，对自己生效

source .bash_profile ——重新启动
[root@localhost ~]# scan——刷新硬盘添加的设备接口
[root@localhost ~]# lsblk——查看

• 注：partprobe 命令：
  作用：如果磁盘硬件刷新没出来，重新刷新内核信息表和缓存同步进行刷新生效。（机器一般不会重新启动可用）

例如此现象：

• 注：如果添加的自动获取接口配置的别名文件 vim .bash_profile 中未生效，则可用 vim.bashrc 进入配置别名脚本，配置后刷新
  如 vim.bashrc 也未生效，则用 vim /etc/profile 进入配置脚本，全局生效，配置后刷新

6、磁盘分区

（1）分区的相关命令

（2）对创建的磁盘分区——n

fdisk -l /dev/sda1—— 查看磁盘的分区情况

fdisk是MBR分区的命令，它只能分4个，只能处理2T以下的硬盘分区

fdisk /dev/sdb——进入分区页面的交互模式下

• 建立扩展分区过程：
  

lsblk——查看是否新建成功

扩展分区不可直接使用：没有文件系统、为了给创建逻辑分区基础

• 建立逻辑分区过程：在建立完扩展分区才可以建立逻辑分区

[root@localhost ~]# lsblk——查看建立的逻辑分区

• 主分区建立过程：
  
  

（3）删除分区——d

二、文件系统类型

1、linux文件系统

（1）什么是文件系统

• linux的文件系统是用来管理linux操作系统中文件和目录的。负责管理存储设备的数据存储和访问，包括硬盘、光盘、闪存驱动器等。
• linux文件系统通过一种树形目录结构来组织文件，根目录是文件系统起点，其他目录和文件都位于根。

（2）文件系统的作用

• 数据的组织和储存：文件系统提供了一种组织数据的结构，能够把文件分为不同的目录，以及把数据存储在物理存储设备上。
• 数据的保护：文件系统可以通过权限控制机制限制不同用户对文件的访问权限，保证数据的安全性。
• 数据的访问：文件系统可以提供对存储设备的访问接口，通过这些接口可以访问存储设备中的数据。
• 数据的管理：文件系统提供了对数据的管理功能，包括文件的复制、移动、删除、重命名等操作。
• 文件系统还提供了一些高级功能，比如日志记录、快照、压缩等，以提高数据的可靠性和性能。

总结来说，文件系统的主要作用是为用户提供一个组织、保护、访问和管理数据的机制，使用户能够更加方便地使用存储设备，并且保证数据的安全性和可靠性。
在Linux系统中，文件系统是非常重要的一部分，
不同的文件系统可以提供不同的功能和性能，用户可以根据自己的需求来选择合适的文件系统。
linux的文件系统就是XFS

如果没有安装文件系统，操作系统将无法对存储设备进行管理和访问，
因为文件系统是操作系统与存储设备之间的接口。
没有文件系统，操作系统就无法识别存储设备上的数据格式和存储位置，也无法对数据进行组织、保护、访问和管理。

2、XFS文件系统

特点

• 存放文件和目录数据的分区
• 高性能的日志型文件系统，特别擅长于处理大文件，可支持上百万TB的存储空间
• Centos7系统默认使用文件系统

3、SWAP、交换文件系统

（1）作用

• 为linux 系统建立交换分区
• 一般设置为物理内存的1.5~2倍
  （2）原理
• 如有一个程序的运行空间不够用可以借去另一个分区的空间
  （3）特点
• 交换的分区必须是没有运行的、或者是待机的状态
  （4）命令
• free -h——查交换分区的大小
• 示例：
  

4、linux支持的其他文件系统类型

（1）EXT4

• centos7 默认使用的是 xfs ，可支持 ext4
• centos6 只支持 ext4
  （2）FAT32
  （3）NTFS
  （4）LVM

5、创建文件系统——mkfs

（1）命令格式

mkfs.xfs 文件系统类型 分区设备
mkfs -t 文件系统类型 分区设备

（2）示例

mkfs.xfs /dev/sdb2}——创建文件系统

6、挂载

（1）临时挂载

• 命令

mkdir /data——创建新的目录
mount /dev/sdb2 /data/——挂载到空目录
df -h——查看是否挂载cehngg

• 示例：
  

（2）解除挂载——umount

• 解除挂载临时和永久的都可以
• 示例：

umount /dev/sdb2 /data——解除挂载点、
df -h——查看挂载点

umount -lf /dev/sdb2 /data/——强制解除正在繁忙的文件系统，强制解除挂载

（3）永久挂载、自动挂子啊——vim /etc/fstab 配置文件里挂载

UUID号是设备的唯一标识符

blkid——查看设备的UUID号

• 直接以设备名称来进行挂载

vim /etc/fstab——进入配置文件
/dev/sdb2 /data xfs defaults 0 0——使用设备挂载

df -h——查看是否生效
mount -a——未生效使用，读取配置文件，使生效

• 以UUID号挂载

umount /dev/sdb2 /data/——卸载之前的设备挂载

blkid——查询UUID号

复制到配置文件中

mount -a——读取配置文件，刷新

（4）光盘镜像挂载

vim /etc/fstab——进入编辑
/dev/cdrom /mnt iso9660 defaults 0 0 ——光盘镜像挂载

mount -a——读取配置文件，是挂载生效
df -h——查看挂载信息

7、创建交换——mkswap

（1）命令格式
mkswap 分区设备
（2）创建之前，目标分区应先通过fdisk工具将分区类型ID号设为82
（3）示例：

fdisk -l /dev/sdb——查看类型

partprobe ——刷新

（4）格式化交换分区

mkswap /dev/sdb1

swapon /dev/sdb1——启用新增加的交换分区

free -h——查看交换分区

swapoff /dev/sdb1——不需要时停止指定的交换分区

swapon -s——查看每个分区的swap状态信息

free -m——查看总的swap状态信息

8、2T以上的硬盘——gdisk

（1）格式
gdisk + 设备名称
（2）实验

• 添加一个2T以上的硬盘
  

reboot——重新启动虚拟机
lsblk——查看添加的硬盘

大于2T时会显示以下，可使用GPT

gdisk /dev/sdc——分区

df -h——查看分区信息

mkfs.xfs /dev/sdc1——创建文件系统

mkdir gpt——创建新的目录
mount /dev/sdc1 /root/gpt/——挂载

面试题：
1、用设备唯一号挂载：以UUID号挂载

• 查看设备：blkid
• 进入粘贴UUID：vim /etc/fstab
• 输入：UUID=" "+挂载目录 xfs defaults 0 0

2、怎么查看设备读写性能：iostat