磁盘管理、文件系统、文件系统的创建和挂载卸载

1、磁盘结构及分区表示

1.1 硬盘的结构

1.1.1数据结构

• 盘片：硬盘有多个盘片，每个盘片有两面。
• 扇区：磁盘上的每个磁道被等分为若干个弧段，这些弧段便是硬盘的扇区（Sector）。磁盘的第一个扇区，叫做引导扇区。
• 磁道：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：在有多个盘片构成的盘组中，由不同盘面的面，但处于同一半径圆的多个磁道组成的一个圆柱面（Cylinder）。
  

1.1.2物理结构

盘片：硬盘有多个盘片，每盘片2面。
磁头：每面一个磁头。

1.1.3 存储容量

硬盘存储量=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/扇区来唯一定位磁盘上每一个区域。

1.2 硬盘的接口

• 硬盘按数据接口不同，大致分为ATA(IDE)和SATA以及SCSI和SAS，接口速度不是实际硬盘数据传输的速度。
• ATA，全称Advance Technology Attachment ，并口数据线连接主板与硬盘，抗干扰性太差 ，且排线占用空间较大，不利于电脑内部散热，已逐渐被SATA所取代。
• STAT，全称时Serial ATA，抗干扰性强，支持热插拔等功能，速度快，纠错能力强。
• SCSI ，全称是Small Computer System Interface（小型机系统接口），SCSI硬盘广为工作站级个人电脑以及服务器所使用，资料传输时CPU占用率较低，转速快，支持热插拔等。
• SAS （serial Attached SCSI ）是新一代的SCSI技术，和SATA盘相同，都是采取序列式技术以获得更高的传输速率，可达到6Gb/s。

2、 磁盘分区表示

2.1 MBR

• MBR 是主引导记录（Master Boot Record），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。分区表有4个分区记录，每个分区记录区占16个字节。

2.2 磁盘分区的表示

• 常见的硬盘可以分为主分区、扩展分区和逻辑分区，通常情况下主分区只有四个，而扩展分区可以看成是一个特殊的主分区类型，在扩展分区中可以建立逻辑分区。主分区一般用来安装操作系统，扩展分区则多用来存储文件。
• linux内核读取光驱、硬盘等资源时均通过“设备文件”的形式进行，一次在linux系统中，将硬盘和分区分别表示为不同的文件：
  硬盘： 对于IDE 接口的硬盘设备，表示为“hdX”形式的文件名：而对于SCSI接口的硬盘的设备，则表示为“sdX”形式的文件名。其中“X”可以为a、b、c、d等字母序号。例：将系统中的第一个IIDE设备（硬盘）表示为“sda”，第二个SCSI设备表示为“sdb”。
  分区： 表示分区时，以硬盘设备的文件名作为基础，在后边添加该分区（主分区、扩展分区、逻辑分区）对应的数字序号即可。例如，第一个IDE硬盘中的第一个分区表示为“hda1”。
• 需注意主分区和扩展分区的序号限制在了1~4，而逻辑分区的序号将始终从5开始。即使第一个IDE硬盘只划分了一个主分区、一个扩展分区，新建的第一个逻辑分区的序号依然是从5开始的，应表示为“hda5”。

2.3 linux中使用的文件系统

• 文件系统（File System）类型决定了向分区中存放，读取文件数据的方式和效率，在对分区进行格式化时需要选择所使用的文件系统类型。在windows系统中最常使用的文件系统类型包括FAT32、NTFS等格式。linux广泛支持其他各种类型的文件系统 如JFS、FAT16、FAT32、NTFS。NTFS微软专用文件系统，linux系统只可读，想要向NTFS写入数据，需要结合其他辅助软件（如NTFS-3G）
  linux系统中，最常用文件系统主要包括以下几种格式：
• EXT4：第四代扩展文件系统，用于存放文件和目录数据的分区，是linux系统中默认使用的文件系统，其特点是保存有磁盘存取记录的日志，便于恢复，在存取性能和稳定性方面更加出色。
• SWAP：交换文件系统，用于为linux系统建立交换分区。交换分区的作用相当于虚拟内存，能够在一定程度上缓解物理内存的1.5~2倍。如果物理内存足够大，也可以不设置交换分区，交换分区不用于直接存储用户的文件和目录等数据。
• XFS： 是一种高性能的日志文件系统，特别擅长于处理大文件，可支持上百万T字节的存储空间。XFS文件系统开启日志功能，即使宕机也不怕数据遭到破环，这种文件系统可以根据日志记录在短时间内进行数据恢复。

3、 管理磁盘及分区

• 在Linux服务器中，当现有硬盘的分区规划不能满足要求（例如，根分区的剩余空间过少，无法继续安装新的系统程序）时，就需要对硬盘中的分区进行重新规划和调整，有时候还需要添加新的硬盘设备来扩展存储空间。
• 实现上述操作需要用到fdisk磁盘及分区管理工具，fdisk是大多数Linux系统中自带的基本工具之一。

3.1 检测并确认新硬盘

• 挂接好新的硬盘设备并启动主机后，linux系统会自动检测并加载该硬盘。执行“fdisk -l”命令可以查看、硬盘新增硬盘的设备名称和位置。

[root@localhost ~]# fdisk -l
磁盘 /dev/sdc：21.5 GB, 21474836480 字节，41943040 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 /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：0x00008ce0

   设备 Boot      Start         End      Blocks   Id  System
/dev/sda1   *        2048     2099199     1048576   83  Linux   ##带“*”的标识是引导分区
/dev/sda2         2099200   629145599   313523200   8e  Linux LVM

磁盘 /dev/sdb：21.5 GB, 21474836480 字节，41943040 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 /dev/mapper/centos-root：316.9 GB, 316879667200 字节，618905600 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 /dev/mapper/centos-swap：4160 MB, 4160749568 字节，8126464 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

• Device:分区的设备文件名称
• boot：是否引导分区。有“*”标识。
• Start：该分区再硬盘中的起始位置（柱面数）
• End：该分区再硬盘中的捷速位置（柱面数）
• Blocks：分区的大小，以Blocks（块）为单位，默认的块大小为1024字节。
• 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。
• System：分区类型

3.2 规划硬盘中的分区

在硬盘设备中创建、删除、更改分区等操作同样通过fdisk命令进行，只要使用硬盘的设备文件作为参数。

[root@localhost ~]# 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 0x96d310e8 创建新的 DOS 磁盘标签。

命令(输入 m 获取帮助)：m
命令操作
   a   toggle a bootable flag
   b   edit bsd disklabel
   c   toggle the dos compatibility flag
   d   delete a partition
   g   create a new empty GPT partition table
   G   create an IRIX (SGI) partition table
   l   list known partition types
   m   print this menu
   n   add a new partition
   o   create a new empty DOS partition table
   p   print the partition table
   q   quit without saving changes
   s   create a new empty Sun disklabel
   t   change a partition's system id
   u   change display/entry units
   v   verify the partition table
   w   write table to disk and exit
   x   extra functionality (experts only)

• "p"指令——列出硬盘中的分区情况

命令(输入 m 获取帮助)：p

磁盘 /dev/sdb：21.5 GB, 21474836480 字节，41943040 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：0x96d310e8

   设备 Boot      Start         End      Blocks   Id  System

• "n"指令——新建分区

命令(输入 m 获取帮助)：n           ## 新建分区
Partition type:
   p   primary (0 primary, 0 extended, 4 free)
   e   extended                            ##  扩展分区选择e
Select (default p): p        ## 选择主分区
分区号 (1-4，默认 1)：  ## 回车  默认分区号为1
起始 扇区 (2048-41943039，默认为 2048)：      ## 回车  默认扇区大小从2048开始    
将使用默认值 2048
Last 扇区, +扇区 or +size{K,M,G} (2048-41943039，默认为 41943039)：    ## 回车 默认扇区大小41943039 结束
将使用默认值 41943039
分区 1 已设置为 Linux 类型，大小设为 20 GiB

• “t”指令-更改分区的类型

命令(输入 m 获取帮助)：t     
已选择分区 1
Hex 代码(输入 L 列出所有代码)：l              ## 查看文件系统代码

 0  空              24  NEC DOS         81  Minix / 旧 Linu bf  Solaris        
 1  FAT12           27  隐藏的 NTFS Win 82  Linux 交换 / So c1  DRDOS/sec (FAT-
 2  XENIX root      39  Plan 9          83  Linux           c4  DRDOS/sec (FAT-
 3  XENIX usr       3c  PartitionMagic  84  OS/2 隐藏的 C:  c6  DRDOS/sec (FAT-
 4  FAT16 <32M      40  Venix 80286     85  Linux 扩展      c7  Syrinx         
 5  扩展            41  PPC PReP Boot   86  NTFS 卷集       da  非文件系统数据 
 6  FAT16           42  SFS             87  NTFS 卷集       db  CP/M / CTOS / .
 7  HPFS/NTFS/exFAT 4d  QNX4.x          88  Linux 纯文本    de  Dell 工具      
 8  AIX             4e  QNX4.x 第2部分  8e  Linux LVM       df  BootIt         
 9  AIX 可启动      4f  QNX4.x 第3部分  93  Amoeba          e1  DOS 访问       
 a  OS/2 启动管理器 50  OnTrack DM      94  Amoeba BBT      e3  DOS R/O        
 b  W95 FAT32       51  OnTrack DM6 Aux 9f  BSD/OS          e4  SpeedStor      
 c  W95 FAT32 (LBA) 52  CP/M            a0  IBM Thinkpad 休 eb  BeOS fs        
 e  W95 FAT16 (LBA) 53  OnTrack DM6 Aux a5  FreeBSD         ee  GPT            
 f  W95 扩展 (LBA)  54  OnTrackDM6      a6  OpenBSD         ef  EFI (FAT-12/16/
10  OPUS            55  EZ-Drive        a7  NeXTSTEP        f0  Linux/PA-RISC  
11  隐藏的 FAT12    56  Golden Bow      a8  Darwin UFS      f1  SpeedStor      
12  Compaq 诊断     5c  Priam Edisk     a9  NetBSD          f4  SpeedStor      
14  隐藏的 FAT16 <3 61  SpeedStor       ab  Darwin 启动     f2  DOS 次要       
16  隐藏的 FAT16    63  GNU HURD or Sys af  HFS / HFS+      fb  VMware VMFS    
17  隐藏的 HPFS/NTF 64  Novell Netware  b7  BSDI fs         fc  VMware VMKCORE 
18  AST 智能睡眠    65  Novell Netware  b8  BSDI swap       fd  Linux raid 自动
1b  隐藏的 W95 FAT3 70  DiskSecure 多启 bb  Boot Wizard 隐  fe  LANstep        
1c  隐藏的 W95 FAT3 75  PC/IX           be  Solaris 启动    ff  BBT            
1e  隐藏的 W95 FAT1 80  旧 Minix       
Hex 代码(输入 L 列出所有代码)：82           ## 设置分区对应的ID号：82代表设置为交换文件系统
已将分区“Linux”的类型更改为“Linux swap / Solaris”

• “w”和“q”指令——退出fdisk分区工具

命令(输入 m 获取帮助)：p                ## 查看分区情况，操作是否生效

磁盘 /dev/sdb：21.5 GB, 21474836480 字节，41943040 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：0x96d310e8

   设备 Boot      Start         End      Blocks   Id  System
/dev/sdb1            2048    41943039    20970496   82  Linux swap / Solaris

命令(输入 m 获取帮助)：wq       ## 保存退出，一定要保存退出
The partition table has been altered!

Calling ioctl() to re-read partition table.
正在同步磁盘。

4、管理文件系统

• 在linux系统中，使用fdisk工具在硬盘中建立分区以后，还需要对分区进行格式化并挂载到系统中的指定目录，然后才能用于存储文件、目录等数据。

4.1 创建文件系统

• 创建文件系统的过程也是格式化分区的过程，在Linux系统中使用mkfs（Make Filesystem，创建文件系统）命令格式可以格式化XFS , EXT4 ,FAT等不同类型的分区，而使用mkswap命令可以格式化Swap交换分区

1.1.1 mkfs命令的使用

• 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。
• mkfs（Make Filesystem）命令的基本格式如下
  mkfs -t 文件系统类型 分区设备

[root@localhost ~]# ls /sbin/mkfs*
/sbin/mkfs        /sbin/mkfs.cramfs  /sbin/mkfs.ext3  /sbin/mkfs.fat    /sbin/mkfs.msdos  /sbin/mkfs.xfs
/sbin/mkfs.btrfs  /sbin/mkfs.ext2    /sbin/mkfs.ext4  /sbin/mkfs.minix  /sbin/mkfs.vfat

• 创建EXT4系统

创建EXT4文件系统时，结合"-t ext4"选项指定类型，并指定要被格式化的分区设备即可
例如：将分区 /dev/sdc1 格式化为EXT4文件系统
[root@localhost ~]# mkfs -t  ext4 /dev/sdc1
mke2fs 1.42.9 (28-Dec-2013)
文件系统标签=
OS type: Linux
块大小=4096 (log=2)
分块大小=4096 (log=2)
Stride=0 blocks, Stripe width=0 blocks
655360 inodes, 2621440 blocks
131072 blocks (5.00%) reserved for the super user
第一个数据块=0
Maximum filesystem blocks=2151677952
80 block groups
32768 blocks per group, 32768 fragments per group
8192 inodes per group
Superblock backups stored on blocks: 
	32768, 98304, 163840, 229376, 294912, 819200, 884736, 1605632

Allocating group tables: 完成                            
正在写入inode表: 完成                            
Creating journal (32768 blocks): 完成
Writing superblocks and filesystem accounting information: 完成 

• 创建FAT32 文件系统

• 一般来说，不建议在Linux系统中创建或使用Windows中的文件系统类型，包括FAT16 , FAT32等，一些特殊情况，如Windows系统不可用，U盘系统被饼图破坏等除外。

• 若要在Linux系统中创建FAT32文件系统，可结合’-t vfat’选项指定类型，并添加’-F 32’选项指定FAT的版本。

[root@localhost ~]# mkfs -t vfat -F 32 /dev/sdc2
mkfs.fat 3.0.20 (12 Jun 2013)

4.1.2 mkswap命令

• 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.

命令使用的格式
mkswap 分区设备
cat /proc/meminfo | grep "SwapTotal"    ' //查看总交换空间大小'
swapon /dev/sdb1						'//开启交换分区/dev/sdb1'
swapoff /dev/sdb1					'	//关闭交换分区/dev/sdb1'

• 在上面fdisk操作时，已经创建主分区/dev/sdc1，并将ID设为了82。

[root@localhost ~]# mkswap /dev/sdb1  ## 创建交换分区 /dev/sdb1
正在设置交换空间版本 1，大小 = 20970492 KiB
无标签，UUID=0f45fa1a-9a84-49bc-9c9c-1cf175f37f51
[root@localhost ~]# cat /proc/meminfo |grep "SwapTotal"   ## 查看当前交换分区大小
SwapTotal:       4063228 kB
[root@localhost ~]# swapon /dev/sdb1   ## 开启交换分区sdb1
[root@localhost ~]# cat /proc/meminfo |grep "SwapTotal"         ## 查看当前交换分区大小，交换分区大小已经添加成功
SwapTotal:      25033720 kBdangq
[root@localhost ~]# swapoff /dev/sdb1  ## 关闭交换分区/dev/sdb1
[root@localhost ~]# cat /proc/meminfo |grep "SwapTotal"  ## 查看交换分区大小，已经恢复
SwapTotal:       4063228 kB

5、挂载、卸载文件系统

5.1 挂载文件系统

• 在Linux系统中，对各种存储设备中的资源访问（如读取，保存文件等）都是通过目录结构进行的，虽然系统核心能够通过“设备文件”的方式操纵各种设备，但是对于用户来说，还需要增加一个“挂载”的过程，才能像正常访问目录一样访问存储设备中的资源。

• 当然，在安装Linux操作系统的过程中，自动建立或识别的分区通常会由系统自动完成挂载，如“/”分区，“boot”分区等。然而对于后来新增加的硬盘分区，光盘等设备，有时候还需要管理员手动进行挂载，实际上用户访问的是经过格式化后建立的文件系统。挂载一个分区时，必须为其制定一个目录作为挂靠点（或称为挂载点），用户通过这个目录访问设备中 的文件，目录数据。

• mount 命令的基本格式如下

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
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
• 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。

[root@localhost ~]# mount /dev/cdrom /mnt
mount: /dev/sr0 写保护，将以只读方式挂载
df  -Th   ##查看挂载
 [root@localhost ~]# df -Th
文件系统                类型      容量  已用  可用 已用% 挂载点
/dev/mapper/centos-root xfs       295G  5.0G  291G    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/sda1               xfs      1014M  179M  836M   18% /boot
tmpfs                   tmpfs     378M   12K  378M    1% /run/user/42
tmpfs                   tmpfs     378M     0  378M    0% /run/user/0

• 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
• 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’。
• 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

5.2 卸载文件系统

• 需要卸载文件系统时，使用的命令为umount，使用挂载点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

[root@localhost ~]# umount /dev/cdrom   ## 卸载光盘
[root@localhost ~]# df -Th           ## 查看挂载情况，卸载成功
文件系统                类型      容量  已用  可用 已用% 挂载点
/dev/mapper/centos-root xfs       295G  5.0G  291G    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/sda1               xfs      1014M  179M  836M   18% /boot
tmpfs                   tmpfs     378M   12K  378M    1% /run/user/42
tmpfs                   tmpfs     378M     0  378M    0% /run/user/0

5.3 设置文件系统的自动挂载

• 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。

[root@localhost ~]# vi /etc/fstab 
# Created by anaconda on Mon Jun 22 21:32:35 2020
#
# Accessible filesystems, by reference, are maintained under '/dev/disk'
# See man pages fstab(5), findfs(8), mount(8) and/or blkid(8) for more info
#
/dev/mapper/centos-root /                       xfs     defaults        0 0
UUID=05f4ad0d-3c33-432f-baeb-1c481e836fac /boot                   xfs     defaults        0 0
/dev/mapper/centos-swap swap                    swap    defaults        0  0
/dev/cdrom       /mnt   iso9660 defaults         0   0
                                                 
 [root@localhost ~]# mount -a  ## 刷新挂载，将能挂载的都挂载上
mount: /dev/sr0 写保护，将以只读方式挂载                                       

• 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