11.Linux磁盘管理
1.磁盘概述
1.1 什么是磁盘
1.2 磁盘物理结构
1.2.1 什么是盘片
1.2.2 什么是磁道
1.2.3 什么是扇区
1.2.4 什么是柱面
1.2.5 什么是磁头
1.3 磁盘的接口类型
1.3.1 IDE-SCSI
1.3.2 SATA-SAS
1.3.3 MSATA-M2
2.磁盘命名
2.1 物理服务器
2.2 虚拟服务器
3.分区管理
3.1 为什么要分区
3.2 fdisk分区工具
3.3 gdisk分区工具
3.4 mkfs格式化系统
4.挂载管理
4.1 临时挂载mount
4.2 临时卸载umount
4.3 永久挂载fstab
4.3.1 永久挂载配置抒写
4.3.2 配置文件/etc/fstab
5.虚拟磁盘SWAP
5.1 什么是SWAP
5.2 为什么需要SWAP
5.3 SWAP基本应用
5.3.1 扩展swap分区
5.3.2 缩小swap分区
6.文件系统
6.1 文件系统的作用
6.2 文件系统的类型
6.3 文件系统结构
6.4 文件系统故障修复
- 磁盘满了、Inode满了
大多数人对硬盘都不陌生，一块小小的硬盘里，就可以存储海量的照片音乐和电影，尤其是我们喜爱的各类动作片。但如此小的空间，是如何储存那么多信息的呢？
每个硬盘中心都是一摞高速运转的圆盘，在圆盘上附着的一圈金属颗粒，每个金属颗粒都有自己的磁化程度，主要用于储存0和1。
在数据写入时，硬盘的磁头开始通电，周围会产生磁场，数据在磁场的作用下转变成电流，使磁盘的金属颗粒磁化，从而将信息记录在圆盘上。
由海量颗粒组成的信息，就是我们存在硬盘里的数据。
磁盘物理结构-1点击此按钮 磁盘物理结构-2点击此按钮
硬盘一般有一个或多个盘片，每个盘片可以有两面，即第一个盘片的正面为0面，反面为1面然后依次类推。
每个盘片的盘面在出厂的时候被划分出了多个同心圆环，数据就存储在这样的同心圆环上面，我们将这样的圆环称为磁道 Track ，每个盘面可以划分多个磁道。但肉业不可见。
在硬盘出厂时会对磁盘进行一次低格，其实就是再每个磁道划分为若干个弧段，每个弧段就是一个扇区 Sector 。扇区是硬盘上存储的物理单位，现在每个扇区可存储512字节数据已经成了业界的约定。
柱面实际上就是我们抽象出来的一个逻辑概念，简单来说就是处于同一个垂直区域的磁道称为 柱面 ，即各盘面上面相同位置磁道的集合。这样数据如果存储到相同半径磁道上的同一扇区，这样可以实现并行读取，主要是减少磁头寻道时间。
读取磁盘磁道上面金属块，主要负责读或写入数据。
IDE，Scsi （已经被淘汰）
SATA III 与 SAS
应
接口类型 接口速率 盘片 写入速度 用
转速 场
景
SATA III
（1T 6Gbps/s 7.5k/s 300MB/s 个
300- 人
400）
SAS 企
（300Gb 8Gbps/s~12Gbps/s 15k/s 300MB/s~600MB/s
业
3000）
百度云盘：
1.SATA盘；
阿里云：
服务器，虚拟机–>高效云盘（300MB/s）-- >SSD（300-400/MB）
数据库SAS（300-400MB/s）–> 阿里云 （ 100MB/s 配置一样；）
MSATA 与 M.2
MSATA 接口是专门为超级笔记本而设计的，m.2接口
参考文档
m.2 接口是 inter 推出的一种替代 MSATA 新的接口
规范；
m.2 接口相比 MSATA 接口有两方面的优势
1.速度优势
2.体积优势
M.2接 支持接 兼容性 读取速度 写入速度
口类型 口类型
Socket SATA、 几乎主
板都支 700MB/s 550MB/s
2 PCI-E X2
持
需要检
Socket PCI-E ×4 查主板 4GB/s
3 Nvme 是否支
持
真实物理服务器
设备名称 分区信息 设备类型
/dev/sda /dev/sda1 第一块物理磁盘第一分区
/dev/sdb /dev/sdb2 第二块物理磁盘第二个分区
/dev/sdd /dev/sdd4 第四块物理磁盘的第四个分
区
阿里云主机或者KVM虚拟化主机的磁盘命名格式；
/dev/vda /dev/vda1 第一块虚拟磁盘的第一个分
/dev/vdb /dev/vdb2 第二块虚拟磁盘的第二个分
/dev/vdc /dev/vdc3 第三块虚拟磁盘的第三个分
分区是为了便于数据分门别类的存储；分区有 MBR、 GPT 两种方式；
分区表：（记录分区的编号、每个编号从哪个扇区开始，到哪个扇区结束）
MBR ：主引导记录，用来找到磁盘上的操作系统，并且引导启动（0磁道，1扇区，512字节）
446字节：boot loader
64字节：存储分区表，每16字节表示一个分区，
最多四个“主分区”（主分区+扩展分区）
2字节：结束位；
GPT ：新型的分区表 GPT 支持分配128个主分区。
MBR 与GPT 的区别，传送门
注意 MBR 与 GPT 之间不能互转，会导致数据丢失。
fdisk 仅支持分配小于 2TB 的磁盘（MBR）
查看当前设备 fdisk -l
对设备进行分区 fdisk /dev/sdb
分区命令
m：显示帮助
n：创建新分区
d：删除分区
p：查看分区
w：保存分区
q：退出
分区案例：
案例1：分配4个分区（4P）
案例2：分配5个分区（1P+1E+4L）
案例3：分配6个分区（3P+1E+3L）
gdisk 支持分配大于 2TB 的磁盘
查看当前设备 gdisk [-l] device 对设备进行分区 gdisk /dev/sdb
?：显示帮助
p：打印分区
案例1：分配4个主分区（4P）
案例2：分配5个主分区（5P）
案例3：分配6个主分区（6P）
mkfs 命令用于格式化硬盘，类似于将房子装修成3室一厅，还是2室一厅；
-b ：设定数据区块占用空间大小，目前支持 1024、2048、4096 bytes 每个块；
-t ：用来指定什么类型的文件系统，可以是 ext4、 xfs ；
提示：
1.分区工具，可以针对整块磁盘，或者单个分区进
行格式化操作
2.一般情况下建议，不要直接格式化使用整磁盘，要分区后再格式化，头部有预留空间；
1.使用 mkfs 命令，格式化整个硬盘
ex2 ext3 ext4
[root@oldxu ~]# mkfs.ext4 /dev/sdb
2.使用 mkfs 命令，格式化磁盘的某个分区
[root@oldxu ~]# mkfs.xfs /dev/sdb1
3.使用 mkfs 命令指定一个数据块的大小 4096字节=4k
[root@dns-master ~]# mkfs.xfs -b size=1024 /dev/sdb2
当需要使用磁盘空间的时，需要准备一个目录作为挂载点，然后使用 mount 命令与该设备进行关联；
通过mount进行挂载，但重启将会失效。我们称为临时生效。
-t ：指定文件系统挂载分区；
-a ：检查并且挂载 /etc/fstab 配置文件中未挂载的设备；
-o ：指定挂载参数，ro、rw ；
1.挂载磁盘设备；
[root@oldxu ~]# mkdir /db1
[root@oldxu ~]# mount -t xfs /dev/sdb1 /db1
2.挂载磁盘设备，设置参数为仅可读；
[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] 进行临时卸载。
-l ：强制卸载；
1.卸载入口目录示例；
[root@oldxu ~]# umount /db1
2.卸载设备方式示例；
[root@oldxu ~]# umount /dev/sdb1
3.如碰到无法正常卸载情况处理；
[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)
#如上情况解决办法有两种，1.切换至其他目录 2.强制卸载
[root@student db1]# umount -l /db1
如果需要实现永久挂载，则需要将挂载相关信息写入 /etc/fstab 配置文件中实现。
配置文件规范： 设备名称|挂载的入口目录|文件系统类型|挂载参数|是否备份|是否检查
1.获取设备名称，或者获取设备 UUID
2.手动临时挂载测试；
3.写入 /etc/fstab 配置文件；
4.使用 mount -a 检查是否存在错误；
1.获取设备名称，或设备的UUID
[root@oldxu ~]# blkid |grep “sdb1” /dev/sdb1: UUID=“e271b5b2-b1ba-4b18-bde5-66e394fb02d9” TYPE=“xfs”
2.手动挂载测试
[root@oldxu ~]# mount UUID=“e271b5b2-b1ba-4b18-bde5-66e394fb02d9” /db1
3.写入 /etc/fstab 测试
手动编写
[root@oldxu ~]# tail -1 /etc/fstab
UUID=e271b5b2-b1ba-4b18-bde5-66e394fb02d9 /db1 xfs defaults 0 0
自动实现
[root@oldxu ~]# blkid |grep /dev/sda1 | awk -F ‘[: ]+’ ‘{print $2}’ | \
sed -r ‘s#(.*)#\1 /db1 xfs defaults 0 0#g’ >> /etc/fstab
4.加载 /etc/fstab 配置文件, 同时检测是否存在语法错误
[root@oldxu ~]# mount –a
/etc/fstab 配置文件格式
第一列：指定需要挂载的设备
设备名称：/dev/sdb1
设备ID：UUID
第二列：挂载的入口目录
第三列：文件系统类型
xfs 类型
ext4 类型
第四列：挂载参数
async/sync ：使用同步或异步方式存储数据；
默认 async
user/nouser ：是否允许普通用户使用mount
命令挂载。默认nouser
exec/noexe ：是否允许可执行文件执行。默认
exec
suid/nosuid ：是否允许存在suid 属性的文
件。默认suid
auto/noauto ：执行 mount -a 命令时，此文件
系统是否被主动挂载。默认auto
rw/ro ：是否以只读或者读写模式进行挂载。默
认rw
defaults ：具有
rw,suid,dev,exec,auto,nouser,async 等参
数；
第五列：是否要备份磁盘
0：不做备份
1：每天进行备份操作
2：不定日期的进行备份操作
第六列： 开机是否检验扇区
0：不要检验磁盘是否有坏道
1：检验
2：校验 (当1级别检验完成之后进行2级别检验)
Swap 分区在系统的物理内存不够时，将硬盘中的一部分空间供当前运行的程序使用。
当物理内存不够时会随机 kill 占用内存的进程，从而产生oom ，临时使用 swap 可以解决。
案例：模拟服务器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.创建分区，并格式化为 swap 分区。
[root@oldxu ~]# fdisk /dev/sdb
格式化为swap
[root@oldxu ~]# mkswap /dev/sdb1
2.查看当前 swap 分区大小
[root@oldxu ~]# free -m
total used free
shared buff/cache available
Mem: 1980 1475 80
10 424 242
Swap: 2047 4 2043
扩展swap 分区，使用 swapon 命令
swapon device ：将某个磁盘大小添加到 swap 分
区中
swapon -a ：添加所有 swap 分区
[root@oldxu ~]# swapon /dev/sdb1
[root@oldxu ~]# free -m
Swap: 3047 4 2043
缩小 swap 分区，使用 swapoff 命令
swapoff device ：关闭某个磁盘的 swap 分区 swapoff -a ：关闭所有 swap 分区
[root@oldxu ~]# swapoff /dev/sdb1
用户无法直接与硬件进行交互，那如果需要申请100G磁盘空间，怎么办？
为了简化磁盘使用的过程，操作系统提供了一个辅助系统FS （文件系统）
Windows ：FAT32、NTFS
Linux ：EXT2、EXT3、EXT4、XFS、VFAT、NTFS-3g
磁盘被划分为两大存储区域，一类是存储元数据 inode ，一类是存储真实数据data block
inode 划分了很多inode block ，每个block 块为
128B
data 划分了很多data block ，每个block 块为4k
如下图所示：磁盘在存储文件时，至少占用一个 inode 、与一个block
目前有个1T的磁盘设备，那么它被格式化后会被划分几千万个4k 的block 块，那如何从这么多block 块中定位到哪个是可用的，哪个是不可用的呢；
如果进行全盘扫描，一次要扫描几千万个block 块，需要花费很长的时间，有什么办法可以解决？
inode bitmap ：inde 位图
block bitmap ：block 位图
文件删除原理
首先删除目录下的文件名称，然后将 inode、 block 的bitmap 状态修改为可用状态，但文件并没
有真正的被删除，还有恢复的可能性，而一旦有新的数据写入，将其覆盖，数据才算真正的删除
文件移动原理
仅仅将文件名称从一个目录移动到另一个目录下面，并不会修改其inode 和block ；
在 Linux 系统中，为了增加系统性能，通常系统会将
一些数据先写入内存中，然后在刷新至磁盘中；
万一公司服务器突然断电或者其他未知原因，再次启
动后，会造成文件系统错误；
1.添加磁盘，给磁盘分配1G 空间；
[root@oldxu ~]# fdisk /dev/sdc # 分配1G分区 [root@oldxu ~]# mkfs.xfs /dev/sdc1 [root@oldxu ~]# mount /dev/sdc1 /mnt [root@oldxu ~]# echo “Hello” > /mnt/new.txt
2.使用 dd 模拟磁盘断电损坏，然后取消挂载，会发现无法正常重新挂载；
[root@oldxu ~]# dd if=/dev/zero of=/dev/sdc bs=300M count=1
[root@oldxu ~]# umount /mnt
[root@oldxu ~]# mount /dev/sdb1 /mnt #无法挂载
3.使用 xfs_repair 修复文件系统；
[root@oldxu ~]# xfs_repair /dev/sdc1
4.如出现修复失败，可采用强制修复，但可能会造成部分数据丢失；
[root@oldxu ~]# xfs_repair -L /dev/sdc1
磁盘满了；会提示错误；无法写入数据；
磁盘没有满，但还是提示磁盘空间不足—> Inode满了造成的问题：
一个文件，至少占用1个inode、1个block块；1TB；
存储大量的小文件； 500G
创建一个虚拟设备文件，大约100M，格式化为xfs
dd if=/dev/zero of=/opt/big bs=100M count=1
mkfs.xfs /opt/big
创建目录，挂载
mkdir /new
mount /opt/big /new/
查看目录的空间、Inode的空间 df -h |grep new
df -i |grep new
进入目录。，创建10w个文件； cd /new/
在查看磁盘空间，和Inode 的空间； df -i |grep new
![ACS基本配置-权限等级管理[图]](data:image/gif;base64,R0lGODlhAQABAIAAAP///wAAACwAAAAAAQABAAACAkQBADs=)