第十二章 磁盘管理

1. 磁盘简介

1.1. 概念

硬盘是由一片或多篇带有磁性的铝合金制的盘片构成，是 一种大容量、永久性的外部存储设备 组成：盘片、马达驱动、缓存、控制电路、接口

图：

1.2. 逻辑结构

        磁道：由内到外的同心圆

        扇区：半径组成的扇形磁道存储区

         柱面：多个盘片的统一磁道

图：

2. 虚拟机添加新硬盘

2.1. 物理设备的命名规则

2.1.1. 传统设别

2.1.2. 固态硬盘

         nvmen磁盘号[p1-10]

2.2. 虚拟机添加新硬盘

 过程：

        关机

        编辑虚拟机设置

        点击添加

        选择硬盘后下一步 ：

        选择磁盘类型：SATA(A)

        创建新虚拟磁盘：

        20GB，单个文件 ：

        默认命名，点击完成：

注意 ：在添加3块硬盘，最终共4个新硬盘

3. 硬盘分区概述

3.1. MBR分区

概念：

        MBR(Master Boot Record，主引导记录)包含硬盘一系列 参数和一段引导程序，硬盘引导程序的主要作用是检查分 区表是否正确并且在系统硬件完成自检以后引导具有激活 标志的分区上的操作系统，并将控制权交给启动程序

        MBR是由分区程序（如Fdisk．exe）所产生的，它不依赖 任何操作系统，而且硬盘引导程序也是可以改变的，从而 实现多系统共存

        MBR位于整个硬盘的0磁道0柱面1扇区

                主引导扇区512B

                MBR=446B

                DPT（Disk Partition Table硬盘分区表）=64B

                最后两个字节“55，AA”是分区的结束标志

MBR分区类型

        主分区（primary partition) 一块硬盘最多4个主分区，主分区不可以再进行二次分 区 主分区可以直接建立文件系统，存放数据 可以用来引导、启动操作系统

        扩展分区（extended partition) 一块硬盘最多一个扩展分区，加主分区最多4个 不能创建文件系统 可以划分逻辑分区

        逻辑分区(logical partition) 可以创建文件系统，存放数据 逻辑分区的数量没有限制。

支持的分区数量：4个主分区或者3个主分区1个扩展分区

        为什么MBR最多只能有4个主分区: 因为分区表占据64个字 节，其中每个分区的信息占用16个字节，分区表里面可以 记录四个分区信息描述。

3.2. GPT分区

产生原因：

        MBR分区表中最高支持磁盘容量为2.2TB

        MBR分区表中，没有备份机制，分区表被干掉则磁盘全部 死光光

        MBR中存储开机管理程序的容量只有446B，无法存储较 多内容

 概念：：

        GPT(GUID Partition Table,全局唯一标识分区表)是一种比 MBR分区更先进、更灵活的磁盘分区模式

        GPT分区表使用LBA(Logical Block Address)逻辑区块地址 来记录磁盘引导、分区的相关信息

                LAB区块大小（512B-4KB），默认为512B

                LAB区块共68个，前34个记录分区信息，后34个进行 备份

图：

        不在区分主分区与其它分区，默认情况下,GPT最多可支持 128个分区
        支持大于2.2TB的总容量及大于2.2TB的分区，最大支持 18EB(1EB=1024PB,1PB=1024TB,1TB=1024GB)

        GPT分区机制在较老的BIOS中不能识别，则提供了一个 UEFI (Unified Extensible Firmware Interface)统一的可扩 展固件接口，来取代传统的BISO，又称为UEFI BIOS， UEFI使用C语言编写，支持较多的平台

3.3. lsblk命令

作用：查看磁盘信息

格式：lsblk         参数        设备名

参数：

        -d ：仅列出硬盘本身信息，不显示分区信息

        -f ：列出磁盘的内的文件系统名称

        -i : 使用ASCII码格式输出信息

        -t ：显示磁盘的详细信息

       -p ：显示设备完整名称

 示例:

显示内容分析:

        NAME ：设备名称，默认省略前导/dev 目录名

        MAJ:MIN :主要：次要 设备代码

        RM ：是否可以卸载

        SIZE ： 容量

        RO ：是否为 只读

        TYPE ： 设备类别（磁盘、分区、光盘等）

        MOUNTPOINT :挂载点

4. 硬盘分区

4.1. 使用fdisk管理分区

        作用:fdisk命令工具默认将磁盘划分为MBR格式的分区

        命令：fdisk 设备名

        注意：fdisk命令以交互方式进行操作的，在菜单中选择相 应功能键即可

示例:

例1：对/dev/sda硬盘进行分区，方式：P+P+P+E(l+l+l)， 容量自定

[root@server ~]# fdisk /dev/sda

# 输入n表示新建

# 输入p或直接回车因为此时默认分区为p区（主分区）

# 按照同样的方还可以默认创建俩个P区（主分区），

        当创建三个P区后，默认选项就会变成e区（扩展分区）

# 当到达需要输入分区大小时直接回 车，即剩余容量全部分配

# 之后在添加分区时默认值会转变为逻辑分区：

# 最后输入命令 p ， 显示分区列表

若分区符合要求，则直接输入w 保存并退出（w意思是将磁盘信息写入同步）

输入:[root@server ~]# lsblk /dev/sda

注：若输入以上命令后若无法查看，则表示分区信息还未写入内核（常见情 况），输入partprobe命令 进行手动将分区信息同步到内 核，再不行就重启

       [root@server ~]# partprobe 

例2：对/dev/sdb，进行分区，P+P+E (l+l) P:1G P:3G L: 10G L:剩余

命令：        [root@server ~]# fdisk /dev/sdb

命令参考例一，注：此题为P+P+E，因此需要在第三次选择分区时输入e。

[root@server ~]# lsblk /dev/sdb

4.2. 使用gdisk管理分区

        注意：

                gdisk命令针对GPT分区格式，若在MBR分区格式 下进行添加分区，则所有数据会全部丢失，切记：一块硬 盘中fdisk与gdisk不能混用

        格式：gdisk         设备名

示例：

        例：对/dev/sdc进行gdisk分区，3个分区，容量自定

[root@server ~]# gdisk  /dev/sdc 

 输入n(大小写都可以gdisk不区分大小写)：创建一个新的分区

 输入p查看分区表：

输入w 回车在输入y回车：

[root@server ~]# lsblk /dev/sdc

若没有则输入  [root@server ~]# partprobe  进行手动将分区信息同步到内 核，再不行就重启

注意：实际工作中，硬盘分区是应保留一定的自由空间，以备将 来分区空间不足时可以临时扩容

5. 格式化

5.1. 概念

5.1.1. 格式化的目的

        当我们拿到了一张大白纸，首先为了使用方便要裁剪，然 后为了书写工整要先画格，这里的“白纸”就是原始的硬盘, 而“裁剪”意味着分区，然后的“画格”就是格式化，最后写入 内容

        格式化是对分区建立文件系统，文件系统是操作系统用于 明确存储设备或分区上的文件的方法和数据结构；即在存 储设备上组织文件的方法

5.1.2. 文件系统组成-ext2

        组成：super block（超级块)、inode （索引块）、 block（数据块）

        super block：又称为“硬盘地图”，记录文件系统的整体信 息，如：inode/block块的总量、使用量、空闲块量、文 件系统格式等相关信息

        inode：记录文件的属性，一个文件占用一个inode块，并 且记录次文件的数据所在的block块的号码，默认为128B 大小，存储：文件访问权限、文件所有者与所属组、文件 大小、创建时间或修改内容时间、最有一次访问时间、特 殊权限、真实数据地址

        block块：记录实际文件的内容，在EXT2文件系统中分为 1KB、2KB、4KB容量，文件太大时，会占用多个数据块

图：

5.1.3. 查看文件系统格式

        方法：输入mkfs在键入tab(点击2次)进行命令补全，可显 示支持的文件系统格式

例：        

        [root@server ~]# mkfs     

5.2 格式化命令:

        mkfs.xfs           -参数         硬盘分区名

        mkfs.ext4         -参数         硬盘分区名

参数:

        -f:强制格式化，已存在文件系统时需要使用

        -c:建立文件系统前先检查坏块。

        -V:输出建立文件系统的详细信息

示例

例1：对/dev/sda硬盘进行格式化

首先查看可以格式化的分区：

sda4不可以格式化（扩展风区）

[root@server ~]# mkfs.xfs  /dev/sda1 

[root@server ~]# mkfs.xfs  /dev/sda2

[root@server ~]# mkfs.xfs  /dev/sda3 

[root@server ~]# mkfs.xfs  /dev/sda5 

[root@server ~]# mkfs.xfs  /dev/sda6 

[root@server ~]# mkfs.xfs  /dev/sda7 

使用相同的命令一次将其他分区进行格式化

例2：格式化/dev/sda2 ，并使用inte的cpu多线程技术进 行多数据流读写系统

[root@server ~]# mkfs.xfs  -d agcount=2 -f /dev/sda2 

         # -f：强制格式化

         # -d：指定核心数

命令含义：使用CPU俩个核心对第一块硬盘的第二个分区进行格式化。

                        （需要强制格石化-f）

        查看CPU内核个数：        

                [root@server ~]# grep  'processor'  /proc/cpuinfo 

例3：制作大文件/filedev,容量2G，格式化为xfs文件系统

[root@server ~]# dd if=/dev/zero of=/filedev count=2 bs=1GB

[root@server ~]# mkfs.xfs -f /filedev 

5.5. blkid命令

        作用：显示设备的UUID值和文件系统名称

        UUID：全局单一标识符(Universally Unique Identifier),Linux系统会给所有设备分配一个唯一的UUID 值，以方便挂载

         格式：    blkid         设备名

示例：

[root@server ~]# blkid /dev/sda1

6. 挂载

6.1. 概念

        mount point：挂载点，是一个目录，该目录是进入磁盘 分区（文件系统）的入口

        挂载：将一个分区或者设备挂载至挂载点目录，建立连 接，通过挂载点目录进入分区空间

6.2. mount命令

格式：mount         [-t 文件系统类型]         设备名         挂载点目录

参数：

        -a：依照配置文件/etc/fstab的数据将所有未挂载的磁盘都 挂载上来

        -t：指定文件系统类型

        -o 特殊设备选项：挂载设备时使用逗号分割输入额外参数

示例：

        例1：新建挂载目录，挂载/dev/sda1

                [root@server ~]# mkdir /msda1

                [root@server ~]# mount /dev/sda1 /msda1
                [root@server ~]# lsblk /dev/sda                           

        例2：使用UUID值挂载/dev/sda2

[root@server ~]# blkid /dev/sda2
/dev/sda2: UUID="ba64aeab-15ac-4723-87b2-ea29edf60145" TYPE="xfs" PARTUUID="4914d7d9-02"

[root@server ~]# mkdir /mssda2
[root@server ~]# mount UUID="ba64aeab-15ac-4723-87b2-ea29edf60145" /mssda2
[root@server ~]# lsblk /dev/sda

        例3：挂载光盘

        查看挂载文件是否存在，若存在则直接挂载：

        [root@server ~]# ls / 

        [root@server ~]# mount /dev/sr0  /media/

        查看是否挂载成功：        [root@server ~]# lsblk /dev/sr0 

        例4：查看挂载信息

        [root@server ~]# mount

        [root@server ~]# mount | grep /dev/sda

注意 ：

        单一文件系统不应该被重复挂载在不同的挂载点(目录)中

        单一目录不应该重复挂载多个文件系统

        作为挂载点的目录，应为空目录，否则原有数据会隐藏

例：

        [root@server ~]# echo "hello" > /mssda3/test.txt 

        [root@server ~]# ls /mssda3

        
        [root@server ~]# mount /dev/sda3 /mssda3/

        [root@server ~]# ls /mssda3/                # test.txt隐藏，卸载设备后恢复
        

# lost+found目录作用:使用标准的ext文件系统格式才会 产生的一个目录，当软件或者硬件出现错误，导致文件系统不 一致时会把有问题的文件放到lost+found目录种，所以是一 种恢复丢失文件的方法，误删除时可使用mklost+found创建

6.3. umount命令

        作用：卸载分区，要移除USB磁盘、U盘、光盘和硬盘时，需要 先卸载

        格式：umount 参数 设备名称[挂载点]

        参数：-f ：强制卸载

示例：

卸载：分区sda1和sda2

注意：若正使用文件系统，则应使用cd命令离开该目录后再卸载

    [root@server ~]# cd /mssda3
        [root@server mssda3]# ls
        [root@server mssda3]# umount /dev/sda3 
        [root@server mssda3]# cd ~          # 离开需要卸载的目 录
        [root@server ~]# umount /dev/sda3
        [root@server ~]# ls /mssda3        # 原先隐藏的文 件，卸载设别后会显示

6.4. 开机挂载

        作用 ：由于mount为手动挂载，重启后就会卸载，则修 改/etc/fstab配置文件，实现开机自动挂载

例： [root@server ~]# lsblk  /dev/sda        查看挂载情况

    

6.4. 配置文件分析

        路径：/etc/fstab
        [root@server ~]# vim /etc/fstab 

共六列，分别为:

        设备名称或其UUID值

        挂载点目录

        文件系统名称

        文件系统参数：default 是否备份，0

        fsck：开机是否用fsck进行扇区检查，但xfs文件系统不 支持则为 0

 示例:

        将/dev/sda1挂载到/msda1中，并设置开机挂载，重启后 检查\

[root@server ~]# blkid /dev/sda1        查看文件系统名称

[root@server ~]# vim /etc/fstab 

[root@server ~]# mount -a         # 挂载所有,进行测 试,
[root@server ~]# lsblk /dev/sda

[root@server ~]# reboot

[root@server ~]# lsblk

# 注意：为了防止语法错误，必须进行测试，否则开机无法 启动

注意：

        根目录/ 是必须挂载的﹐而且一定要先于其它mount point 被挂载

        其它mount point 必须为已建立的目录，可任意指定，但 一定要遵守必须的系统目录架构原则(FHS)

        所有mount point 在同一时间之内﹐只能挂载一次。

        所有partition 在同一时间之内﹐只能挂载一次。

6.5. 特殊挂载

6.5.1. 挂载大文件

        当只有一个分区，剩余空间还很大，自由空间很小不能进 行新的分区，则可以在当前分区制作一个大文件，在进行 挂载，相当于一个新的分区来使用

        例：建立根目录下新建1GB大文件，挂载并开机挂载使用

        [root@server ~]# dd if=/dev/zero of=/loopdev count=1 bs=1GB

        [root@server ~]# mkfs.xfs -f /loopdev 格式化（-f        强制格式化）

        [root@server ~]# mkdir /mloop
        [root@server ~]# mount -o loop /loopdev  /mloop/    挂载大文件  -o 特殊设备选项

查看挂载情况：

实现开机挂：

        [root@server ~]# vim /etc/fstab 
        [root@server ~]# mount -a

6.5.2. 增加swap分区

         swap分区：类似于Windows系统虚拟内存的功能，将一 部分硬盘空间虚拟成内存来使用，从而解决内存容量不足的情况，因为swap毕竟是用硬盘资源虚拟的，所以速度 上比真实物理内存要慢

查看：

添加过程：

                新建分区->格式化该分区->启用新的swap->查 看系统信息->挂载

例1：/dev/sdd中划分2G空间为swap分区，并开机挂载使 用

[root@server ~]# gdisk  /dev/sdd  在虚拟硬盘/devsdd上划分一个大小为2G的区域。步骤如下：
 

保存退出并查看分区情况：

# swap 格式化        [root@server ~]# mkswap /dev/sdd1 

        # 查看容量        [root@server ~]# free -h   发现swap并没增加
 

# 启用分区        [root@server ~]# swapon /dev/sdd1
# 查看容量        [root@server ~]# free -h        发现swap增加
 

# 开机挂载        [root@server ~]# vim /etc/fstab

检测并重启：

[root@server ~]# mount -a
[root@server ~]# reboot   

例2：使用大文件建立swap

建立大文件：[root@server ~]# dd if=/dev/zero of=/swapdev count=2 bs=1G

格式化大文件：[root@server ~]# mkswap /swapdev 

根据所提示的建议修改文件权限：[root@server ~]# chmod 600 /swapdev 

实现开机挂载：[root@server ~]# vim /etc/fstab 

检测：        [root@server ~]# mount -a

启用大文件：        [root@server ~]# swapon /swapdev
查看容量：          [root@server ~]# free -h

        若列表中容量没有增加则输入：[root@server ~]# swapon -s     刷新列表

注意：

        swap在服务器中有时会关闭，如数据库服务器，但一般 用于服务器内存剩余空间有一定压力时会触发使用swap 空间，则swap空间大小设置一般为：当物理内存小于2G 时，swap分区大小为物理内存的2倍；超过2G的部分， swap分区大小跟物理内存相等

        可以使用 swapoff命令停用部分swap空间

7. 查看磁盘空间使用量

7.1. df命令

作用：

        列出文件系统的磁盘空间占用情况

        df，disk free，通过文件系统来快速获取空间大小的信 息，当我们删除一个文件的时候，这个文件不是马上就在 文件系统当中消失了，而是暂时消失了，当所有程序都不 用时，才会根据OS的规则释放掉已经删除的文件， df记 录的是通过文件系统获取到的文件的大小，他比du强的地 方就是能够看到已经删除的文件，而且计算大小的时候， 把这一部分的空间也加上了，更精确了

格式：

                df         -参数         目录或文件名

参数：

        -a：列出所有的文件系统，包括系统特有的/proc等文件系 统

        -k：以KB的容量显示各文件系统

        -m：以MB的容量显示各文件系统

        -h：以人们较易阅读的GB,MB,KB等格式自行显示

        -H：以M=1000K替代M=1024K的进位方式

        -T：连同该分区的文件系统名称（例如ext3）也列出

        -i：不用硬盘容量，而以inode的数量来显示

        # 由于df主要读取的数据几乎都是针对整个文件系统，因此 读取的范围主要是在Super block内的信息，所以这个命令 显示结果的速度非常快速。

示例：

7.2. du命令

作用：

        du：显示磁盘空间使用量（统计目录或文件所占磁盘空间 大小），在默认情况下，文件大小的单位是KB。 du，disk usage，是通过搜索文件来计算每个文件的大小 然后累加，

        du能看到的文件只是一些当前存在的，没有被 删除的。他计算的大小就是当前他认为存在的所有文件大小的累加和，当文件系统也确定删除了该文件后，这时候 du与df就一致了

格式：

        du         -参数         文件或目录名

参数：

        -a : 列出所有的文件与目录容量，因为默认仅统计目录下面 的文件量而已；

        -h : 以人们较易读的容量格式（G/M）显示；

        -s : 列出总量，而不列出每个个别的目录占用了容量；

        -S : 不包括子目录下的总计，与-s有点差别；

        -k : 以KB列出容量显示；

        -m : 以MB列出容量显示。

8. RAID

8.1. 概念

        当今CPU性能每年可提升30%-50%但硬盘仅提升7%

        硬盘在服务器中需要持续、频繁、大量的I/O操作，故障 机率较大，则需要对硬盘进行技术改造，提升读写性能、 可靠性

        1988年，加利福尼亚大学伯克利分校首次提出并定义了 RAID技术概念

        原理：RAID(Redundant Array of Independent Disks) 将多个硬盘设备组成一个大容量、安全更好的磁盘阵列， 并将数据切割成多个片段后分别存储到不同的物理硬盘 上，利用分散读写技术来来提升硬盘性能，同时也备份了 多个副本到不同硬盘中，拥有了备份冗余功能

8.2. 常见RAID组建方案

RAID0：

        原理：把至少2块硬盘通过硬件或软件方式串联，组成一 个大的卷组，并将数据依次写入到各个硬盘

        优点：数据同步传输,读取/写入分开,性能大大提升

        缺点：若任意一块硬盘故障会导致整个系统的数据损坏， 无备份冗余能力错误修复能力

        总结：使用率100%,至少2块磁盘才能使用，优点是快，提 升磁盘的读写速度，缺点是不安全

        图：

RAID1：

        产生原因：若生产环境对硬盘的读写速度没有较大要求， 但希望增加数据安全性时可使用RAID

        原理：把至少2块硬盘绑定起来，写入数据时将数据同时 也写入另一或多块硬盘中，

        本质：多个硬盘作为镜像备份

        优点：数据备份冗余安全性大大提升

        缺点：硬盘利用率下降

        总结：是镜像，使用两块磁盘，一式两份的方式，支持容 错，冗余，数据安全不丢失，缺点是速度不快，使用率 50%，成本较大。

        图：

 RAID5

        产生原因：兼顾“读写速度”、“数据安全”、“成本”的一种折 中方式

        原理：需至少三块硬盘，将数据分块存储到不同硬盘中， 硬盘中必须存储其它一个硬盘的parity(奇偶校验信息)

        优点：兼顾性能，通过“奇偶校验”替代“镜像备份”

        缺点：硬盘数据安全性较低

        总结：使用率(n-1)/n*容量,磁盘坏了会立即补上，数据会 恢复

        图：

RAID10 （主流）

        本质：RAID1+RAID0 的组合

        原理：至少需要4块硬盘，先制作两两的RAID1阵列，以保 证安全性，在两两制作RAID0，以提高读写速度

        优点：兼具速度和安全性

        缺点：成本较高

         图：

        

8.3. mdadm命令

作用：管理系统中的RAID磁盘阵列

稍后完成。。。。