【Linux学习笔记③】linux磁盘分区、文件系统及目录结构

1、Linux中如何表示硬盘和分区

硬盘分区包括主分区、扩展分区、逻辑分区三种类型，之所以会有这样的区分，是因为在硬盘的主引导扇区中用来存放分区信息的空间只有64个字节（主引导扇区一共只有512字节空间），而每一个分区的信息都要占用16字节空间，因而理论上一块磁盘最多只能拥有4个分区，当然这4个分区都是主分区。这在计算机早期是没什么问题的，但后来随着硬盘空间越来越大，4个分区就远远不够了，所以才又引入了扩展分区的概念。扩展分区也是主分区，但是在扩展分区中可以再创建新的分区，这些分区就被称为逻辑分区，逻辑分区的数量就不再受主引导扇区空间大小的限制了，像IDE磁盘最多可以创建60个逻辑分区。
在Windows系统中，我们一般都是只创建一个主分区（也就是C盘），再将剩余的磁盘空间全部划给扩展分区，最后在扩展分区中创建逻辑分区。在“磁盘管理”工具中可以清楚地查看到这种逻辑关系。

在Linux系统中所有的磁盘以及磁盘中的每个分区都是用文件的形式来表示的。比如在你的电脑中有一块硬盘，硬盘上划分了3个分区，那么在Linux系统中就会有相应的4个设备文件，一个是硬盘的设备文件，另外每个分区也有一个设备文件，所有的设备文件都统一存放在/dev目录中。
不同类型的硬盘和分区的设备文件命名都有统一的规则，具体表述形式如下：
硬盘：对于IDE接口的硬盘设备，表示为“hdX”形式的文件名，对于SATA或SCSI接口的硬盘设备，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。例如，将系统中的第1个IDE设备表示为“hda”，将第2个SATA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，在后边添加该分区对应的数字序号即可。例如，第1个IDE硬盘中的第1个分区表示为“hda1”、第2个分区表示为“hda2”，第2个SATA硬盘中的第3个分区表示为“sdb3”，第4个分区表示为“sdb4”等。
需要注意的是，由于主分区的数目最多只有四个，因此主分区和扩展分区的序号也就限制在1~4之间，而逻辑分区的序号将始终从5开始。例如，即便第1个IDE硬盘中只划分了一个主分区、一个扩展分区，则新建的第1个逻辑分区的序号仍然是从5开始，应表示为“sda5”，第2个逻辑分区表示为“sda6”。

另外，对于所有使用USB接口的移动存储设备，不论是移动硬盘、优盘，还是USB光驱，都一律使用/dev/sdxx的设备文件。光驱（光盘）的设备文件一般默认为/dev/cdrom，这个就与光驱的接口无关了。

2.LVM知识点：

每个Linux使用者在安装Linux时都会遇到这样的困境：在为系统分区时，如何精确评估和分配各个硬盘分区的容量，因为系统管理员不但要考虑到当前某个分区需要的容量，还要预见该分区以后可能需要的容量的最大值。因为如果估计不准确，当遇到某个分区不够用时管理员可能甚至要备份整个系统、清除硬盘、重新对硬盘分区，然后恢复数据到新分区。
虽然现在有很多动态调整磁盘的工具可以使用，例如Partation Magic等等，但是它并不能完全解决问题，因为某个分区可能会再次被耗尽；另外一个方面这需要重新引导系统才能实现，对于很多关键的服务器，停机是不可接受的，而且对于添加新硬盘，希望一个能跨越多个硬盘驱动器的文件系统时，分区调整程序就不能解决问题。
因此完美的解决方法应该是在零停机前提下可以自如对文件系统的大小进行调整，可以方便实现文件系统跨越不同磁盘和分区。幸运的是Linux提供的逻辑盘卷管理（LVM，Logical Volume Manager）机制就是一个完美的解决方案。
LVM是逻辑盘卷管理（Logical Volume Manager）的简称，它是Linux环境下对磁盘分区进行管理的一种机制，LVM是建立在硬盘和分区之上的一个逻辑层，来提高磁盘分区管理的灵活性。通过LVM系统管理员可以轻松管理磁盘分区，如：将若干个磁盘分区连接为一个整块的卷组（volume group），形成一个存储池。管理员可以在卷组上随意创建逻辑卷组（logical volumes），并进一步在逻辑卷组上创建文件系统。管理员通过LVM可以方便的调整存储卷组的大小，并且可以对磁盘存储按照组的方式进行命名、管理和分配，例如按照使用用途进行定义：“development”和“sales”，而不是使用物理磁盘名“sda”和“sdb”。而且当系统添加了新的磁盘，通过LVM管理员就不必将磁盘的文件移动到新的磁盘上以充分利用新的存储空间，而是直接扩展文件系统跨越磁盘即可。
LVM基本术语
LVM是在磁盘分区和文件系统之间添加的一个逻辑层，来为文件系统屏蔽下层磁盘分区布局，提供一个抽象的盘卷，在盘卷上建立文件系统。下面是几个LVM术语：
物理存储介质（The physical media）
这里指系统的存储设备：硬盘，如：/dev/hda1、/dev/sda等等，是存储系统最低层的存储单元。
物理卷（physical volume）
物理卷就是指硬盘分区或从逻辑上与磁盘分区具有同样功能的设备(如RAID)，是LVM的基本存储逻辑块，但和基本的物理存储介质（如分区、磁盘等）比较，却包含有与LVM相关的管理参数。
卷组（Volume Group）
LVM卷组类似于非LVM系统中的物理硬盘，其由物理卷组成。可以在卷组上创建一个或多个“LVM分区”（逻辑卷），LVM卷组由一个或多个物理卷组成。
逻辑卷（logical volume）
LVM的逻辑卷类似于非LVM系统中的硬盘分区，在逻辑卷之上可以建立文件系统(比如/home或者/usr等)。
PE（physical extent）
每一个物理卷被划分为称为PE(Physical Extents)的基本单元，具有唯一编号的PE是可以被LVM寻址的最小单元。PE的大小是可配置的，默认为4MB。
LE（logical extent）
逻辑卷也被划分为被称为LE(Logical Extents) 的可被寻址的基本单位。在同一个卷组中，LE的大小和PE是相同的，并且一一对应。

3.RAID知识点

     RAID，为Redundant Arrays of Independent Disks的简称，中文为廉价冗余磁盘阵列。主要RAID级别：RAID 0、RAID 1、RAID 5、RAID 6、RAID 0+1

    磁盘阵列其实也分为软阵列 (Software Raid)和硬阵列 (Hardware Raid) 两种. 软阵列即通过软件程序并由计算机的 CPU提供运行能力所成. 由于软件程式不是一个完整系统故只能提供最基本的 RAID容错功能. 其他如热备用硬盘的设置, 远程管理等功能均一一欠奉. 硬阵列是由独立操作的硬件提供整个磁盘阵列的控制和计算功能. 不依靠系统的CPU资源. 由于硬阵列是一个完整的系统, 所有需要的功能均可以做进去. 所以硬阵列所提供的功能和性能均比软阵列好. 而且, 如果你想把系统也做到磁盘阵列中, 硬阵列是唯一的选择. 故我们可以看市场上 RAID 5 级的磁盘阵列均为硬阵列. 软 阵列只适用于 Raid 0 和 Raid 1.

RAID 0：将多个较小的磁盘合并成一个大的磁盘， 不具有冗余，并行I/O， 速度最快。RAID 0亦称为带区集。它是将多个 磁盘并列起来，成为一个大硬盘。在存放数据时，其将数据按磁盘的个数来进行分段，然后同时将这些数据写进这些盘中，系统有数据请求就可以被多个磁盘并行的执行，每个磁盘执行属于它自己的那部分数据请求。这种数据上的并行操作可以充分利用总线的带宽，显著提高磁盘整体存取性能, 所以，在所有的级别中，RAID 0的速度是最快的。但是RAID 0没有冗余功能的， 如果一个磁盘（物理）损坏，则所有的数 据都无法使用。

RAID 1：两组相同的磁盘系统 互作镜像，速度没有提高，但是允许单个磁盘错， 可靠性最高。RAID 1就是镜像。其原理为 在主硬盘上存放数据的同时也在镜像硬盘上写一样的数据。当主硬盘（物理）损坏时，镜像硬盘则代替主硬盘的工作。因 为有镜像硬盘做数据备份，所以RAID 1的数据安全性在所有的RAID级别上来说是最好的。但是其磁盘的利用率却只有50%， 是所有RAID上磁盘利用率最低的一个级别。

RAID 5：是一种存储性能、数据安全和存储成本兼顾的存储解决方案。RAID 5不对存储的数据进行备份，而是把数据和相对应的奇偶校验信息存储到组成RAID5的各个磁盘上，并且奇偶校验信息和相对应的数据分别存储于不同的磁盘上。当RAID5的一个磁盘数据发生损坏后，利用剩下的数据和相应的奇偶校验信息去恢复被损坏的数据。RAID 5可以理解为是RAID 0和RAID 1的折衷方案。RAID 5可以为系统提供数据安全保障，但保障程度要比Mirror低而磁盘空间利用率要比Mirror高。RAID 5具有和RAID 0相近似的数据读取速度，只是多了一个奇偶校验信息，写入数据的速度比对单个磁盘进行写入操作稍慢。同时由于多个数据对应一个奇偶校验信息，RAID 5的磁盘空间利用率要比RAID 1高，存储成本相对较低。硬盘的利用率为n-1。

RAID 6：与RAID 5相比,增加了第二个独立的奇偶校验信息块。 两个独立的奇偶系统使用不同的算法, 数据的可靠性非常高. 即使两块磁盘同时失效,也不会影响数据的使用。 但需要分配给奇偶校验信息更大的磁盘空间,相对于RAID 5有更大的“写损失”。RAID 6 的写性能非常差, 较差的性能和复杂的实施使得RAID 6很少使用。

RAID 0+1：同时具有RAID 0和RAID 1的优点。RAID0+1也通过数据的100%备份提供数据安全保障，因此RAID 0+1的磁盘空间利用率与RAID 1相同，存储成本高。RAID 0+1的特点使其特别适用于既有大量数据需要存取，同时又对数据安全性要求严格的领域，如银行、金融、商业超市、仓储库房、各种档案管理等。也称为RAID 10

冗    余：采用多个设备同时工作，当其中一个设备失效时，其它设备能够接替失效设备继续工作的体系。在PC服务器上，通 常在磁盘子系统、电源子系统采用冗余技术。

4. Linux使用的文件系统类型

文件系统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，硬盘分区通常都是采用FAT32或NTFS文件系统，而在Linux系统中，硬盘分区则大都是采用EXT4文件系统。
EXT4，第4代扩展文件系统，是RHEL6中默认使用的文件系统类型，属于典型的日志型文件系统。其特点是保持有磁盘存取记录的日志数据，便于恢复，性能和稳定性更加出色。
除了EXT4文件系统之外，Linux中还有一个比较特殊的SWAP类型的文件系统，swap文件系统是专门给交换分区使用的。交换分区类似于Windows系统中的虚拟内存，能够在一定程度上缓解物理内存不足的问题。不同的是，在Windows系统中是采用一个名为pagefile.sys的系统文件作为虚拟内存使用，而在Linux系统中则是划分了一个单独的分区作为虚拟内存，这个分区就被称为交换分区。交换分区的大小通常设置为主机物理内存的2倍，如主机的物理内存大小为1GB，则交换分区大小设置为2GB即可。

5. Linux的目录结构

在Windows系统中，为每个分区分配一个盘符，在资源管理器中通过盘符就可以访问相应的分区。每个分区使用独立的文件系统，在每一个盘符中都会有一个根目录。
在Linux系统中，将所有的目录和文件数据组织为一个树型的目录结构，整个系统中只存在一个根目录，所有的分区、目录、文件都在同一个根目录下面。
在Linux系统中定位文件或目录位置时，使用“/”进行分隔（区别于Windows中的“\”）。在整个树型目录结构中，使用独立的一个“/”表示根目录，根目录是Linux文件系统的起点。在根目录下面按用途不同划分有很多子目录，而一个硬盘分区只有挂载到某个目录中才能被访问，这个指定的目录就被称为挂载点。例如将分区“/dev/hda2”挂载到根目录“/”，那么通过访问根目录“/”就可以访问到“/dev/hda2”分区，这个分区也就称为根分区。对于初学者，除了交换分区以外，一般只需要再创建2个分区，分别作为根分区和/boot分区，基本就可以满足需求了。

/root：管理员的家目录；

/bin: 可执行文件, 用户命令

/boot: 系统启动相关的文件，如内核、initrd，以及grub(bootloader)
/dev: 设备文件  
         设备文件：字符设备、块设备
         块设备：(硬盘、光盘)随机访问，数据块
         字符设备：(键盘、鼠标)线性访问，按字符为单位
         设备号：主设备号(major device number)和此设备号(minor device number)
         系统核心就是通过这两个号码来判断设备的。
/etc：配置文件
/home：默认用户的家目录，每一个用户的家目录通常默认为/home/USERNAME
         ~：表示当前用户的家目录
         ~USERNAME:则表示USERNAME的家目录

/var：系统执行过程中经常变化的文件
/lib：系统使用的函数库目录
         静态库, .a
         动态库， Windows(.dll), Linux(.so:shared object)
/lib/modules：内核模块文件

/usr：shared, read-only (全局共享只读)
         系统主要程序、图形界面所需要的文件、额外的函数库、本机自行安装的软件、共享目录与文件
         /usr/bin、/usr/sbin：一般身份和管理员可执行的文件
         /usr/lib：各应用软件的函数库文件

         /usr/local：
         /usr/local/bin
         /usr/local/sbin
         /usr/local/lib

/media：挂载点目录，移动设备
/mnt：挂载点目录，额外的临时文件系统
/opt：可选目录，第三方程序的安装目录 -> /usr/local/
/proc：伪文件系统，内核映射文件
/sys：伪文件系统，跟硬件设备相关的属性映射文件
/tmp：临时文件, /var/tmp
/sbin：管理命令
/lost+found:系统发生错误时，会将一些遗失的片段放置此目录