磁盘级文件系统管理

Linux磁盘及文件系统管理

硬盘介绍

1.硬盘的接口类型  读写速度

IDE(ata)：并口，133MB/s

SCSI：并口，Ultrascsi320, 320MB/S, UltraSCSI640, 640MB/S

SATA：串口，6gbps

SAS：串口，6gbps

USB：串口，480MB/s

2.每一种硬盘接口接的硬盘数量：

                             并口：同一线缆可以接多块设备；

                            IDE：两个，主，从

                            SCSI：宽带：16-1    窄带：8-1

                            串口：同一线缆只可以接一个设备；

3.硬盘：机械硬盘，固态硬盘；

机械硬盘：track：磁道      sector：扇区，512bytes    cylinder：柱面  分区划分基于柱面：

4.平均寻道时间：5400rpm, 7200rpm, 10000rpm, 15000rpm

Linux的哲学思想：一切皆文件-------设备文件

设备类型：

块(block)：随机访问，数据交换单位是“块”；

字符(character)：线性访问，数据交换单位是“字符”；

设备文件：FHS  /dev     设备文件：关联至设备的驱动程序；设备的访问入口；

设备号：major：主设备号，区分设备类型；用于标明设备所需要的驱动程序；

minor：次设备号，区分同种类型下的不同的设备；是特定设备的访问入口；

mknod命令：make block or character special files  创建设备文件的命令

mknod  [OPTION]...  NAME  TYPE  [MAJOR  MINOR]

-m MODE：创建后的设备文件的访问权限；

举例：mknod -m 755 www b 5 1

磁盘的标识：

IDE： /dev/hd[a-z]   例如：/dev/hda, /dev/hdb

SCSI, SATA, USB, SAS: /dev/sd[a-z]

分区标识：/dev/sda#：  /dev/sda1, ...

注意：CentOS 6和7统统将硬盘设备文件标识为/dev/sd[a-z]#

引用设备的方式：设备文件名    卷标     UUID

磁盘分区表：MBR， GPT   

磁盘分区表介绍-----MBR

MBR：0 sector 在磁盘的第0号扇区 Master Boot Record

分为三部分：

第一部分：446bytes：bootloader, 程序，引导启动操作系统的程序；

第二部分：64bytes：分区表，每16bytes标识一个分区，一共只能有4个分区；

          4主分区   3主1扩展：   n逻辑分区   

第三部分：2bytes：MBR区域的有效性标识；55AA为有效；

主分区和扩展分区的标识：1-4     逻辑分区：5+

课外作业：GPT

      在使用fdisk建立分区时，我们最大只能建立2TB大小的分区，如果你的磁盘(阵列)大于2TB，只能通过划分多个分区的方法才能充分利用磁盘容量，但对于使用大于2TB分区(比如5TB的分区)的朋友就会遇到问题了，要突破这个限制；我们先来了解下MBR(Master Boot Record)和GPT(GUID Partition Table).

GPT分区方法：

1.  parted /dev/sda  选择分区的磁盘

2.  mklabel  gpt 将MBR磁盘格式化为GPT

3.  mkpart primary 0 100  创建一个100M主分区

4.  mkpart primary 0  -1  将整块磁盘分成一个分区

5.  print 打印当前分区  然后quit退出  

注：mklabel msdos 将GPT磁盘转化成为MBR磁盘

分区创建工具：parted是GPT使用, sfdisk为ext系列硬盘使用；

磁盘分区

fdisk命令：

1、查看磁盘的分区信息：

fdisk -l [-u] [device...]：列出指定磁盘设备上的分区情况；

2、管理分区  fdisk  device

fdisk提供了一个交互式接口来管理分区，它有许多子命令，分别用于不同的管理功能；所有的操作均在内存中完成，没有直接同步到磁盘；直到使用w命令保存至磁盘上；

                常用命令：

n：创建新分区

d：删除已有分区

t：修改分区类型

l：查看所有已经ID

w：保存并退出

q：不保存并退出

m：查看帮助信息

p：显示现有分区信息

注意：在已经分区并且已经挂载其中某个分区的磁盘设备上创建的新分区，内核可能在创建完成后无法直接识别；

查看内核有没有识别分区：cat  /proc/partitions

通知内核强制重读磁盘分区表：CentOS 5：partprobe [device]

   CentOS 6,7：partx -a [device]  或者  kpartx -af [device]

创建文件系统mkfs工具使用介绍

1.  数据以及文件系统类型介绍

创建文件系统：格式化：低级格式化（分区之前进行，划分磁道）、高级格式化（分区之后对分区进行，创建文件系统）

文件系统里元数据区，数据区

元数据区：文件元数据：inode (index node)大小、权限、属主属组、时间戳、数据块指针

符号链接文件：存储数据指针的空间当中存储的是真实文件的访问路径；

设备文件：存储数据指针的空间当中存储的是设备号（major, minor）；

链接文件：访问同一个文件不同路径；

      硬链接：指向同一个inode的多个文件路径；

  特性：(1) 目录不支持硬链接；

        (2) 硬链接不能跨文件系统； 

(3) 创建硬链接会增加inode引用计数；       创建：ln  src  link_file

     符号链接：指向一个文件路径的另一个文件路径；

  特性：

        (1) 符号链接与文件是两人个各自独立的文件，各有自己的inode；对原文件创建符号链接不会增加引用计数；

        (2) 支持对目录创建符号链接，可以跨文件系统；

(3) 删除符号链接文件不影响原文件；但删除原文件，符号指定的路径即不存在，此时会变成无效链接；  注意：符号链接文件的大小是其指定的文件的路径字符串的字节数；

创建：ln -s  src link_file

1.1  VFS: Virtual File System

Linux的文件系统: ext2(无日志功能), ext3, ext4, xfs, reiserfs, btrfs

光盘：iso9660

网络文件系统：nfs, cifs

集群文件系统：gfs2, ocfs2

内核级分布式文件系统：ceph

windows的文件系统：vfat, ntfs

伪文件系统：proc, sysfs, tmpfs, hugepagefs

Unix的文件系统：UFS， FFS， JFS

交换文件系统：swap

用户空间的分布式文件系统：mogilefs, moosefs, glusterfs

2. 文件系统管理工具mkfs  文件系统驱动：由内核提供

                    文件系统�理工具：由用户空间的应用程序提供

2.1 创建文件系统的工具mkfs

mkfs.ext2, mkfs.ext3, mkfs.ext4, mkfs.xfs, mkfs.vfat, ...

    ext系列文件系统专用管理工具：mke2fs

mke2fs [OPTIONS]  device

-t {ext2|ext3|ext4}：指明要创建的文件系统类型

mkfs.ext4 = mkfs -t ext4 = mke2fs -t ext4

-b {1024|2048|4096}：指明文件系统的块大小；

-L LABEL：指明卷标；

-j：创建有日志功能的文件系统ext3；

mke2fs -j = mke2fs -t ext3 = mkfs -t ext3 = mkfs.ext3

-i #：bytes-per-inode，指明inode与字节的比率；即每多少字节创建一个Indode; 

-N #：直接指明要给此文件系统创建的inode的数量；

                 -m #：指定预留的空间，百分比；

 -O [^]FEATURE：以指定的特性创建目标文件系统； 

2.2检测及修复文件系统的工具fsck

fsck.ext2, fsck.ext3, ...

     fsck的作用：因进程意外中止或系统崩溃等 原因导致定稿操作非正常终止时，可能会造成文件损坏；此时，应该检测并修复文件系统； 建议，离线进行； 

ext系列文件系统的专用工具：

       e2fsck [OPTIONS]  device

-y：对所有问题自动回答为yes; 

-f：即使文件系统处于clean状态，也要强制进行检测；

-t fstype：指明文件系统类型；fsck -t ext4 = fsck.ext4

-a：无须交互而自动修复所有错误；

-r：交互式修复；

2.3查看其属性的工具

        dumpe2fs, tune2fs

       dumpe2fs命令：显示ext系列文件系统的属性信息  dumpe2fs  [-h] device

2.4调整文件系统特性：tune2fs  注意：块大小创建后不可修改；

tune2fs [OPTIONS] device

-l：查看超级块的内容；

-j：ext2 --> ext3；修改指定文件系统的属性：

-L LABEL：修改卷标；

-m #：调整预留空间百分比；

-O [^]FEATHER：开启或关闭某种特性；

        -o [^]mount_options：开启或关闭某种默认挂载选项 例如acl（开启）^acl 关闭

内容补充板块

1.blkid命令：用来查看块设备的uuid和label

blkid device

blkid  -L LABEL：根据LABEL定位设备

blkid  -U  UUID：根据UUID定位设备 

2.Windows无法识别Linux的文件系统； 因此，存储设备需要两种系统之间交叉使用时，应该使用windows和Linux同时支持的文件系统：fat32(vfat); 

# mkfs.vfat device

        swap文件系统

Linux上的交换分区必须使用独立的文件系统；且文件系统的System ID必须为82；

     1.创建swap设备：mkswap命令

mkswap [OPTIONS]  device

-L LABEL：指明卷标

-f：强制

     2.交换分区的启用和禁用：

swapon  [OPTION]  [DEVICE]

-a：定义在/etc/fstab文件中的所有swap设备；

禁用：swapoff DEVICE

文件系统的使用：

首先要“挂载”：mount命令和umount命令

什么是挂载？

        根文件系统这外的其它文件系统要想能够被访问，都必须通过“关联”至根文件系统上的某个         目录来实现，此关联操作即为“挂载”；此目录即为“挂载点”；

挂载点：mount_point，用于作为另一个文件系统的访问入口；

(1) 事先存在；

(2) 应该使用未被或不会被其它进程使用到的目录；

(3) 挂载点下原有的文件将会被隐藏；

mount命令：mount  [-nrw]  [-t vfstype]  [-o options]  device  dir

   命令选项：-r：readonly，只读挂载； 

     -w：read and write, 读写挂载； 

      -n：默认情况下，设备挂载或卸载的操作会同步更新至/etc/mtab文件中；-n用于禁止此特性；

      -t vfstype：指明要挂载的设备上的文件系统的类型；多数情况下可省略，此时mount会通过blkid来判断要挂载的设备的文件系统类型；

      -L LABEL：挂载时以卷标的方式指明设备；mount -L LABEL dir

      -U UUID：挂载时以UUID的方式指明设备；mount -U UUID dir

       -o options：挂载选项

   sync/async：同步/异步操作；

                      atime/noatime：文件或目录在被访问时是否更新其访问时间戳；

                              diratime/nodiratime：目录在被访问时是否更新其访问时间戳；

remount：重新挂载； 

acl：支持使用facl功能；

# mount -o acl  device dir 

# tune2fs  -o  acl  device 

ro：只读 

rw：读写 

dev/nodev：此设备上是否允许创建设备文件；

exec/noexec：是否允许运行此设备上的程序文件；

auto/noauto：

user/nouser：是否允许普通用户挂载此文件系统；

suid/nosuid：是否允许程序文件上的suid和sgid特殊权限生效；

扩展板块：

1.一个使用技巧：可以实现将目录绑定至另一个目录上，作为其临时访问入口；

      mount --bind  源目录  目标目录

2.查看当前系统所有已挂载的设备：# mount   # cat  /etc/mtab    # cat  /proc/mounts

3.挂载光盘：mount  -r  /dev/cdrom  mount_point

光盘设备文件：/dev/cdrom, /dev/dvd

4.挂载U盘：事先识别U盘的设备文件；

挂载本地的回环设备：# mount  -o  loop  /PATH/TO/SOME_LOOP_FILE   MOUNT_POINT 

umount命令：umount  device|dir

注意：正在被进程访问到的挂载点无法被卸载；

查看被哪个或哪些进程所占用：

              # lsof  MOUNT_POINT

      # fuser -v  MOUNT_POINT

       终止所有正在访问某挂载点的进程：

      # fuser  -km  MOUNT_POINT

              文件系统开机启动 /etc/fstab文件 

每行定义一个要挂载的文件系统及相关属性：

            6个字段：

(1) 要挂载的设备：

设备文件；

LABEL

UUID

伪文件系统：如sysfs, proc, tmpfs等

(2) 挂载点 

swap类型的设备的挂载点为swap；

(3) 文件系统类型；

(4) 挂载选项

defaults：使用默认挂载选项；

如果要同时指明多个挂载选项，彼此间以事情分隔；

defaults,acl,noatime,noexec

(5) 转储频率

0：从不备份；

1：每天备份；

2：每隔一天备份；

(6) 自检次序

0：不自检；

1：首先自检，通常只能是根文件系统可用1；

2：次级自检

...

mount  -a：可自动挂载定义在此文件中的所支持自动挂载的设备；

&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& &&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&

练习：1、创建一个10G的分区，并格式化为ext4文件系统； 

(1) block大小为2048；预留空间为2%，卷标为MYDATA；

(2) 挂载至/mydata目录，要求挂载时禁止程序自动运行，且不更新文件的访问时间戳；

(3) 可开机自动挂载；

     2、创建一个大小为1G的swap分区，并启动之；

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