11.Linux磁盤管理
1.磁盤概述
1.1 什麼是磁盤
1.2 磁盤實體結構
1.2.1 什麼是盤片
1.2.2 什麼是磁道
1.2.3 什麼是扇區
1.2.4 什麼是柱面
1.2.5 什麼是磁頭
1.3 磁盤的接口類型
1.3.1 IDE-SCSI
1.3.2 SATA-SAS
1.3.3 MSATA-M2
2.磁盤命名
2.1 實體伺服器
2.2 虛拟伺服器
3.分區管理
3.1 為什麼要分區
3.2 fdisk分區工具
3.3 gdisk分區工具
3.4 mkfs格式化系統
4.挂載管理
4.1 臨時挂載mount
4.2 臨時解除安裝umount
4.3 永久挂載fstab
4.3.1 永久挂載配置抒寫
4.3.2 配置檔案/etc/fstab
5.虛拟磁盤SWAP
5.1 什麼是SWAP
5.2 為什麼需要SWAP
5.3 SWAP基本應用
5.3.1 擴充swap分區
5.3.2 縮小swap分區
6.檔案系統
6.1 檔案系統的作用
6.2 檔案系統的類型
6.3 檔案系統結構
6.4 檔案系統故障修複
- 磁盤滿了、Inode滿了
大多數人對硬碟都不陌生，一塊小小的硬碟裡，就可以存儲海量的照片音樂和電影，尤其是我們喜愛的各類動作片。但如此小的空間，是如何儲存那麼多資訊的呢？
每個硬碟中心都是一摞高速運轉的圓盤，在圓盤上附着的一圈金屬顆粒，每個金屬顆粒都有自己的磁化程度，主要用于儲存0和1。
在資料寫入時，硬碟的磁頭開始通電，周圍會産生磁場，資料在磁場的作用下轉變成電流，使磁盤的金屬顆粒磁化，進而将資訊記錄在圓盤上。
由海量顆粒組成的資訊，就是我們存在硬碟裡的資料。
磁盤實體結構-1點選此按鈕 磁盤實體結構-2點選此按鈕
硬碟一般有一個或多個盤片，每個盤片可以有兩面，即第一個盤片的正面為0面，反面為1面然後依次類推。
每個盤片的盤面在出廠的時候被劃分出了多個同心圓環，資料就存儲在這樣的同心圓環上面，我們将這樣的圓環稱為磁道 Track ，每個盤面可以劃分多個磁道。但肉業不可見。
在硬碟出廠時會對磁盤進行一次低格，其實就是再每個磁道劃分為若幹個弧段，每個弧段就是一個扇區 Sector 。扇區是硬碟上存儲的實體機關，現在每個扇區可存儲512位元組資料已經成了業界的約定。
柱面實際上就是我們抽象出來的一個邏輯概念，簡單來說就是處于同一個垂直區域的磁道稱為 柱面 ，即各盤面上面相同位置磁道的集合。這樣資料如果存儲到相同半徑磁道上的同一扇區，這樣可以實作并行讀取，主要是減少磁頭尋道時間。
讀取磁盤磁道上面金屬塊，主要負責讀或寫入資料。
IDE，Scsi （已經被淘汰）
SATA III 與 SAS
應
接口類型 接口速率 盤片 寫入速度 用
轉速 場
景
SATA III
（1T 6Gbps/s 7.5k/s 300MB/s 個
300- 人
400）
SAS 企
（300Gb 8Gbps/s~12Gbps/s 15k/s 300MB/s~600MB/s
業
3000）
百度雲盤：
1.SATA盤；
阿裡雲：
伺服器，虛拟機–>高效雲盤（300MB/s）-- >SSD（300-400/MB）
資料庫SAS（300-400MB/s）–> 阿裡雲 （ 100MB/s 配置一樣；）
MSATA 與 M.2
MSATA 接口是專門為超級筆記本而設計的，m.2接口
參考文檔
m.2 接口是 inter 推出的一種替代 MSATA 新的接口
規範；
m.2 接口相比 MSATA 接口有兩方面的優勢
1.速度優勢
2.體積優勢
M.2接 支援接 相容性 讀取速度 寫入速度
口類型 口類型
Socket SATA、 幾乎主
闆都支 700MB/s 550MB/s
2 PCI-E X2
持
需要檢
Socket PCI-E ×4 查主機闆 4GB/s
3 Nvme 是否支
持
真實實體伺服器
裝置名稱 分區資訊 裝置類型
/dev/sda /dev/sda1 第一塊實體磁盤第一分區
/dev/sdb /dev/sdb2 第二塊實體磁盤第二個分區
/dev/sdd /dev/sdd4 第四塊實體磁盤的第四個分
區
阿裡雲主機或者KVM虛拟化主機的磁盤命名格式；
/dev/vda /dev/vda1 第一塊虛拟磁盤的第一個分
/dev/vdb /dev/vdb2 第二塊虛拟磁盤的第二個分
/dev/vdc /dev/vdc3 第三塊虛拟磁盤的第三個分
分區是為了便于資料分門别類的存儲；分區有 MBR、 GPT 兩種方式；
分區表：（記錄分區的編号、每個編号從哪個扇區開始，到哪個扇區結束）
MBR ：主引導記錄，用來找到磁盤上的作業系統，并且引導啟動（0磁道，1扇區，512位元組）
446位元組：boot loader
64位元組：存儲分區表，每16位元組表示一個分區，
最多四個“主分區”（主分區+擴充分區）
2位元組：結束位；
GPT ：新型的分區表 GPT 支援配置設定128個主分區。
MBR 與GPT 的差別，傳送門
注意 MBR 與 GPT 之間不能互轉，會導緻資料丢失。
fdisk 僅支援配置設定小于 2TB 的磁盤（MBR）
檢視目前裝置 fdisk -l
對裝置進行分區 fdisk /dev/sdb
分區指令
m：顯示幫助
n：建立新分區
d：删除分區
p：檢視分區
w：儲存分區
q：退出
分區案例：
案例1：配置設定4個分區（4P）
案例2：配置設定5個分區（1P+1E+4L）
案例3：配置設定6個分區（3P+1E+3L）
gdisk 支援配置設定大于 2TB 的磁盤
檢視目前裝置 gdisk [-l] device 對裝置進行分區 gdisk /dev/sdb
?：顯示幫助
p：列印分區
案例1：配置設定4個主分區（4P）
案例2：配置設定5個主分區（5P）
案例3：配置設定6個主分區（6P）
mkfs 指令用于格式化硬碟，類似于将房子裝修成3室一廳，還是2室一廳；
-b ：設定資料區塊占用空間大小，目前支援 1024、2048、4096 bytes 每個塊；
-t ：用來指定什麼類型的檔案系統，可以是 ext4、 xfs ；
提示：
1.分區工具，可以針對整塊磁盤，或者單個分區進
行格式化操作
2.一般情況下建議，不要直接格式化使用整磁盤，要分區後再格式化，頭部有預留白間；
1.使用 mkfs 指令，格式化整個硬碟
ex2 ext3 ext4
[root@oldxu ~]# mkfs.ext4 /dev/sdb
2.使用 mkfs 指令，格式化磁盤的某個分區
[root@oldxu ~]# mkfs.xfs /dev/sdb1
3.使用 mkfs 指令指定一個資料塊的大小 4096位元組=4k
[root@dns-master ~]# mkfs.xfs -b size=1024 /dev/sdb2
當需要使用磁盤空間的時，需要準備一個目錄作為挂載點，然後使用 mount 指令與該裝置進行關聯；
通過mount進行挂載，但重新開機将會失效。我們稱為臨時生效。
-t ：指定檔案系統挂載分區；
-a ：檢查并且挂載 /etc/fstab 配置檔案中未挂載的裝置；
-o ：指定挂載參數，ro、rw ；
1.挂載磁盤裝置；
[root@oldxu ~]# mkdir /db1
[root@oldxu ~]# mount -t xfs /dev/sdb1 /db1
2.挂載磁盤裝置，設定參數為僅可讀；
[root@oldxu ~]# mkdir /db2 [root@dns-master ~]# mount -t xfs -o ro /dev/sdb2 /db2
[root@dns-master ~]# touch /db2/new_file touch: cannot touch ‘/db2/new_file’: Read-only file system
如果不想使用可以使用 umount
[device|directory] 進行臨時解除安裝。
-l ：強制解除安裝；
1.解除安裝入口目錄示例；
[root@oldxu ~]# umount /db1
2.解除安裝裝置方式示例；
[root@oldxu ~]# umount /dev/sdb1
3.如碰到無法正常解除安裝情況處理；
[root@xuliangwei db1]# umount /db1 umount: /db1: device is busy.
(In some cases useful info about processes that use
the device is found by lsof(8) or
fuser(1)
#如上情況解決辦法有兩種，1.切換至其他目錄 2.強制解除安裝
[root@student db1]# umount -l /db1
如果需要實作永久挂載，則需要将挂載相關資訊寫入 /etc/fstab 配置檔案中實作。
配置檔案規範： 裝置名稱|挂載的入口目錄|檔案系統類型|挂載參數|是否備份|是否檢查
1.擷取裝置名稱，或者擷取裝置 UUID
2.手動臨時挂載測試；
3.寫入 /etc/fstab 配置檔案；
4.使用 mount -a 檢查是否存在錯誤；
1.擷取裝置名稱，或裝置的UUID
[root@oldxu ~]# blkid |grep “sdb1” /dev/sdb1: UUID=“e271b5b2-b1ba-4b18-bde5-66e394fb02d9” TYPE=“xfs”
2.手動挂載測試
[root@oldxu ~]# mount UUID=“e271b5b2-b1ba-4b18-bde5-66e394fb02d9” /db1
3.寫入 /etc/fstab 測試
手動編寫
[root@oldxu ~]# tail -1 /etc/fstab
UUID=e271b5b2-b1ba-4b18-bde5-66e394fb02d9 /db1 xfs defaults 0 0
自動實作
[root@oldxu ~]# blkid |grep /dev/sda1 | awk -F ‘[: ]+’ ‘{print $2}’ | \
sed -r ‘s#(.*)#\1 /db1 xfs defaults 0 0#g’ >> /etc/fstab
4.加載 /etc/fstab 配置檔案, 同時檢測是否存在文法錯誤
[root@oldxu ~]# mount –a
/etc/fstab 配置檔案格式
第一列：指定需要挂載的裝置
裝置名稱：/dev/sdb1
裝置ID：UUID
第二列：挂載的入口目錄
第三列：檔案系統類型
xfs 類型
ext4 類型
第四列：挂載參數
async/sync ：使用同步或異步方式存儲資料；
預設 async
user/nouser ：是否允許普通使用者使用mount
指令挂載。預設nouser
exec/noexe ：是否允許可執行檔案執行。預設
exec
suid/nosuid ：是否允許存在suid 屬性的文
件。預設suid
auto/noauto ：執行 mount -a 指令時，此檔案
系統是否被主動挂載。預設auto
rw/ro ：是否以隻讀或者讀寫模式進行挂載。默
認rw
defaults ：具有
rw,suid,dev,exec,auto,nouser,async 等參
數；
第五列：是否要備份磁盤
0：不做備份
1：每天進行備份操作
2：不定日期的進行備份操作
第六列： 開機是否檢驗扇區
0：不要檢驗磁盤是否有壞道
1：檢驗
2：校驗 (當1級别檢驗完成之後進行2級别檢驗)
Swap 分區在系統的實體記憶體不夠時，将硬碟中的一部分空間供目前運作的程式使用。
當實體記憶體不夠時會随機 kill 占用記憶體的程序，進而産生oom ，臨時使用 swap 可以解決。
案例：模拟伺服器OOM ；
[root@oldxu ~]# dd if=/dev/zero of=/dev/null bs=800M
#故障日志
[root@oldxu ~]# tail -f /var/log/messages Out of memory: Kill process 2227 (dd) score 778 or sacrifice child
Killed process 2227 (dd) total-vm:906724kB, anon-rss:798820kB, file-rss:0kB
1.建立分區，并格式化為 swap 分區。
[root@oldxu ~]# fdisk /dev/sdb
格式化為swap
[root@oldxu ~]# mkswap /dev/sdb1
2.檢視目前 swap 分區大小
[root@oldxu ~]# free -m
total used free
shared buff/cache available
Mem: 1980 1475 80
10 424 242
Swap: 2047 4 2043
擴充swap 分區，使用 swapon 指令
swapon device ：将某個磁盤大小添加到 swap 分
區中
swapon -a ：添加所有 swap 分區
[root@oldxu ~]# swapon /dev/sdb1
[root@oldxu ~]# free -m
Swap: 3047 4 2043
縮小 swap 分區，使用 swapoff 指令
swapoff device ：關閉某個磁盤的 swap 分區 swapoff -a ：關閉所有 swap 分區
[root@oldxu ~]# swapoff /dev/sdb1
使用者無法直接與硬體進行互動，那如果需要申請100G磁盤空間，怎麼辦？
為了簡化磁盤使用的過程，作業系統提供了一個輔助系統FS （檔案系統）
Windows ：FAT32、NTFS
Linux ：EXT2、EXT3、EXT4、XFS、VFAT、NTFS-3g
磁盤被劃分為兩大存儲區域，一類是存儲中繼資料 inode ，一類是存儲真實資料data block
inode 劃分了很多inode block ，每個block 塊為
128B
data 劃分了很多data block ，每個block 塊為4k
如下圖所示：磁盤在存儲檔案時，至少占用一個 inode 、與一個block
目前有個1T的磁盤裝置，那麼它被格式化後會被劃分幾千萬個4k 的block 塊，那如何從這麼多block 塊中定位到哪個是可用的，哪個是不可用的呢；
如果進行全盤掃描，一次要掃描幾千萬個block 塊，需要花費很長的時間，有什麼辦法可以解決？
inode bitmap ：inde 位圖
block bitmap ：block 位圖
檔案删除原理
首先删除目錄下的檔案名稱，然後将 inode、 block 的bitmap 狀态修改為可用狀态，但檔案并沒
有真正的被删除，還有恢複的可能性，而一旦有新的資料寫入，将其覆寫，資料才算真正的删除
檔案移動原理
僅僅将檔案名稱從一個目錄移動到另一個目錄下面，并不會修改其inode 和block ；
在 Linux 系統中，為了增加系統性能，通常系統會将
一些資料先寫入記憶體中，然後在重新整理至磁盤中；
萬一公司伺服器突然斷電或者其他未知原因，再次啟
動後，會造成檔案系統錯誤；
1.添加磁盤，給磁盤配置設定1G 空間；
[root@oldxu ~]# fdisk /dev/sdc # 配置設定1G分區 [root@oldxu ~]# mkfs.xfs /dev/sdc1 [root@oldxu ~]# mount /dev/sdc1 /mnt [root@oldxu ~]# echo “Hello” > /mnt/new.txt
2.使用 dd 模拟磁盤斷電損壞，然後取消挂載，會發現無法正常重新挂載；
[root@oldxu ~]# dd if=/dev/zero of=/dev/sdc bs=300M count=1
[root@oldxu ~]# umount /mnt
[root@oldxu ~]# mount /dev/sdb1 /mnt #無法挂載
3.使用 xfs_repair 修複檔案系統；
[root@oldxu ~]# xfs_repair /dev/sdc1
4.如出現修複失敗，可采用強制修複，但可能會造成部分資料丢失；
[root@oldxu ~]# xfs_repair -L /dev/sdc1
磁盤滿了；會提示錯誤；無法寫入資料；
磁盤沒有滿，但還是提示磁盤空間不足—> Inode滿了造成的問題：
一個檔案，至少占用1個inode、1個block塊；1TB；
存儲大量的小檔案； 500G
建立一個虛拟裝置檔案，大約100M，格式化為xfs
dd if=/dev/zero of=/opt/big bs=100M count=1
mkfs.xfs /opt/big
建立目錄，挂載
mkdir /new
mount /opt/big /new/
檢視目錄的空間、Inode的空間 df -h |grep new
df -i |grep new
進入目錄。，建立10w個檔案； cd /new/
在檢視磁盤空間，和Inode 的空間； df -i |grep new
![ACS基本配置-權限等級管理[圖]](data:image/gif;base64,R0lGODlhAQABAIAAAP///wAAACwAAAAAAQABAAACAkQBADs=)