Linux磁盘管理及其命令

硬盘分为机械硬盘，固态硬盘；

    机械硬盘：由磁头读取旋转的磁盘取得数据

    track：磁道

    sector：扇区，512bytes

    cylinder：柱面

    分区划分基于柱面：

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

    固态硬盘：

        

     简单原理

    NAND闪存（NAND Flash）：一种非易失性闪存。

    NAND目前大致分为3类：SLC，MLC，TLC

    

    SLC 2种状态，可以表示1bits数据

    MLC 4种状态，可以表示2bits数据

    TLC 8种状态，可以表示3bits数据

    NAND Flash Memory写入单位为page（一般为4KB），而抹除单位为Block。所以每个单位内能写入数据越多，显示的可使用容量越大。

                

                                                                                                                绿色为page,整体为Block

            

        SSD内部维护了一张映射表，用于管理写入的数据。

    设备类型：根据Linux一切皆文件的哲学思想

        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：建立块专用或字符专用文件

            -m MODE：为新建立的文件设定模式，就象应用命令chmod一样，以后仍然使 用缺省模式建立新目录。

    磁盘：

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

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

    分区：

        /dev/sda，/dev/sdb,/dev/sdc

        /dev/sda1 

        /dev/sda2

        ...

        CentOS6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：MBR， GPT

HDD 上的位置	代码的用意
001-440 bytes	由 BIOS 启动的 MBR 启动代码
441-446 bytes	MBR 硬盘签名
447-510 bytes	分区表 (主分区和扩展分区，而非逻辑分区)
511-512 bytes	MBR 启动签名 0xAA55.

    MBR导致的问题

1. 1. 只能有四个主分区或者三个主分区加一个扩展分区 (以及在扩展分区中的任意数量的逻辑分区). 如果你有三个主分区加一个扩展分区以及除此之外的空闲空间，在空闲空间之上你无法创立分区。

   2. 在扩展分区里，逻辑分区的元数据被存储在一个链表结构中。如果一个环节丢失，该元数据之后的逻辑分区全部丢失。

   3. MBR 只支持1个字节的分区类型编码，导致许多冲突。

   4. MBR 使用32位的 LBA 值来存储分区扇区信息。LBA 的大小以及512B的扇区大小共同限制了硬盘可寻址大小最大为2TB. 如果使用 MBR, 2TB以外的空间无法使用。

    GPT：

    全局唯一标识分区表（GUID Partition Table，缩写：GPT）是一个实体硬盘的分区表的结构布局的标准           。它是统一可扩展固件接口标准的一部分，它使用全局唯一标识来标识设备。它是新一代分区表格式，用            以替代 MBR 分区表。它用来解决 MBR 分区表的缺点，同时带来了一些优点。

GPT 组成如下表:

HDD 上的位置	用意
硬盘的第一个逻辑扇区或者第一个512B	保护分区 (Protective MBR) - 与一般 MBR 相同但是这个64B区域仅包含了一个类型为 0xEE 的主分区条目，它定义在整个硬盘上，或者大小为2TB的区域(如果硬盘超过2TB)。
硬盘的第二个逻辑扇区或者第二个512B	主 GPT 头 - 包含唯一硬盘 GUID, 主分区表的位置，分区表的可能条目数，它本身和主分区表的 CRC32 校验值，第二(或备份) GPT 头的位置
硬盘的第二个逻辑扇区之后的16 KB (默认)	主 GPT 表 - 128个分区条目(默认，可以更高)，每个包含大小为128B的条目(因此128个分区共占16KB)。扇区数存储为64位的 LBA 值，每个分区有一个分区类型 GUID 和一个唯一分区 GUID.
硬盘最后一个扇区前的16 KB (默认)	第二 GPT 表 - 与主表完全相同，主要用于主表损坏时的修复。
硬盘最后一个逻辑扇区或者最后一个512B	第二 GPT 头 - 包含唯一硬盘 GUID, 第二分区表的位置，分区表的可能条目数，它本身和第二分区表的 CRC32 校验值，主 GPT 头的位置。这个头用于当主头损坏时恢复 GPT 信息。

    GPT 的优点

    使用 GUID (UUID) 来表明分区类型 - 无冲突。

    为每个分区提供了一个唯一硬盘 GUID 和一个唯一分区 GUID - 一个好的不依赖文件系统的引用分区和硬盘的方式。

    任意分区数 - 取决于给分区表分配的空间 - 不需要扩展和逻辑分区。GPT ，默认包含了定义128个分区的空间。当用户想要更多

    分区时，他可以给分区表分配更多空间 (目前只有 gdisk 支持这一特性)。

    使用64位 LBA 存储扇区数 - 最大硬盘可寻址大小为 2 ZB.

    存储了备份头和分区表可于主要部分损坏时进行急救。

    CRC32 校验值用于检测头和分区表的错误与损坏。

    因为 GPT 是 UEFI 标准的一部分，因此所有 UEFI 引导器都支持 GPT 硬盘，并是从 UEFI 启动的强制要求。

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

    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：cat  /proc/partitions

    通知内核强制重读磁盘分区表：

    CentOS 5：partprobe [device]

    CentOS 6,7：partx, kpartx

    partx -a [device]

    kpartx -af [device]

    分区创建工具：parted, sfdisk；

    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）

    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）；

    bitmap index：位图索引

    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

    文件系统管理工具：

    创建文件系统的工具

mkfs

    -t 文件类型（ext2,ext3...）

检测及修复文件系统的工具

fsck

    -t 文件类型（ext2,ext3...）

dumpe2fs命令：显示ext系列文件系统的属性信息

    dumpe2fs  [-h] device

调整文件系统特性：

    tune2fs:查看或修改ext系列文件系统的某些属性 

        adjust tunable filesystem parameters on ext2/ext3/ext4 filesystems；

    注意：块大小创建后不可修改；

tune2fs [OPTIONS] device

    -l：查看超级块的内容；

   修改指定文件系统的属性：

    -j：ext2 --> ext3；

    -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

    acl

    ^acl

ext系列文件系统的管理工具：

mkfs.ext2, mkfs.ext3, mkfs.ext4

mkfs -t ext2 = mkfs.ext2

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； 

e2label命令：卷标的查看与设定

    查看：e2label device

    设定：e2label device LABEL

tune2fs命令：查看或修改ext系列文件系统的某些属性 

        adjust tunable filesystem parameters on ext2/ext3/ext4 filesystems；

        注意：块大小创建后不可修改；

tune2fs [OPTIONS] device

    -l：查看超级块的内容；

  修改指定文件系统的属性：

    -j：ext2 --> ext3；

    -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

    acl

    ^acl

    dumpe2fs命令：显示ext系列文件系统的属性信息

    dumpe2fs  [-h] device

用于实现文件系统检测的工具

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 : check a Linux ext2/ext3/ext4 file system

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；

fsck：check and repair a Linux file system

    -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；

blkid命令：

blkid device

blkid  -L LABEL：根据LABEL定位设备

blkid  -U  UUID：根据UUID定位设备 

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；

创建swap设备：mkswap命令

mkswap [OPTIONS]  device

-L LABEL：指明卷标

-f：强制

文件系统的使用：

首先要“挂载”：mount命令和umount命令

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；

    defaults：Use default options: rw, suid, dev, exec, auto, nouser, async, and relatime.

mount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

查看当前系统所有已挂载的设备：

    # mount 

    # cat  /etc/mtab

    # cat  /proc/mounts

挂载光盘：

    mount  -r  /dev/cdrom  mount_point

光盘设备文件：/dev/cdrom, /dev/dvd

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战用：

    # 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

交换分区的启用和禁用：

创建交换分区的命令：mkswap

启用：swapon

swapon  [OPTION]  [DEVICE]

-a：定义在/etc/fstab文件中的所有swap设备；

禁用：swapoff

swapoff DEVICE

设定除根文件系统以外的其它文件系统能够开机时自动挂载：/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；

两个命令：df和du

df命令：

  -l：仅显示本地文件的相关信息；

  -h：human-readable

  -i：显示inode的使用状态而非blocks

du命令： 

  -s: sumary

  -h: human-readable