Linux磁盘及文件系统管理初步

（一）Linux系统管理

• 磁盘分区及文件系统管理
• RAID
• LVM
• 网络属性管理
• 程序包管理
• sed and awk
• 进程查看和管理
• 内核管理（编译和安装）
• 系统启动流程
• 定制、编译内核、busybox
• 系统安装：kickstart，dhcp，pxe
• shell脚本编程

（二）磁盘分区及文件系统管理

• 计算机组成：CPU，Memory(RAM)，I/O
  • 对于服务器来说，I/O主要包括：Disks，EhterCard
  • Disks：持久存储数据
  • 磁盘的接口类型
    • IDE（ata，二者不完全等同）：并口，133MB/s；iops：100次
    • SCSI：并口，UltraSCSI320：320MB/s; UltraSCSI640：640MB/s；iops：150次
    • SATA：串口，6gbps，处以8后单位才和IDE一致，一个是字节，一个是位；iops：100次
    • SAS：串口，6gbps；iops：150次
    • SATA是IDE的升级版
    • SAS是SCSI的升级版
    • IDE和SATA设计为桌面应用，在服务器上使用很快会损坏
    • USB：串口，3.0：480MB/s
    • 并口：同一线缆可以接多块设备
      • IDE：两个，主，从
      • SCSI
        • 宽带：16个设备-1，因为有一个接口被使用
        • 窄带：8个设备-1
    • 串口：同一线缆只能接一个设备
  • 硬盘的存储机制
    • 机械硬盘
    • 固态硬盘：PCI-E接口的固态硬盘iops可以达到几十万，高端服务器使用；普通桌面固态硬盘使用SATA接口，速度比机械硬盘提高三到五倍
  • 机械硬盘工作原理
    • track／磁道：同心圆
    • 平均寻道时间：5000rpm，7200rpm，10000rpm，15000rpm；rotation per minute
      • 旋转如此之快，必须真空封装，否则一粒灰尘就像巨石一样
    • sector／扇区：512bytes
    • cylinder／柱面：像一个薄薄的铁桶
      • 分区的划分基于柱面。越靠外的分区性能越好，因为单位时间内划过的距离大，C盘在最外层。
• Linux哲学思想：一切皆文件
  • 设备类型
    • 块设备（block）：随机访问，数据交换单位是“块”
    • 字符设备（character）：线性访问，数据交换单位是字符
  • 设备文件
    • ／dev
    • 关联至设备的驱动程序；设备的访问入口
    • 没有大小，只有设备号
      • 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设备；是特定设备的访问入口
    • mknod命令：创建块或字符的特殊文件（设备文件，虽然二者不完全等同）
      • mknod [OPTION]... NAME TYPE [MAJOR MINOR]；TYPE指块（b）还是字符（c）。例如：mknod /var/testdev c 111 1
        • -m MODE：创建后的设备文件的权限
    • 设备文件名：由“ICANN／互联网名称地址分配机构”决定
      • IDE：/dev/hd[a-z]
      • SCSI, SATA, USB, SAS：/dev/sd[a-z]
      • 分区是设备名加数字，例如：/dev/sda1
      • 注意：CentOS 6和7将硬盘设备文件统统标识为sd
      • 以上命名在每次开机时，顺序有可能变，因此引用设备采用下面的方式
      • 引用设备的方式
        • 设备文件名
        • 卷标
        • UUID
    • 磁盘分区两种类型：MBR，GPT
      • MBR：Master Boot Record／主引导记录，编号为0的扇区，512bytes。分为三个部分
        • 前446bytes：bootloader，引导启动操作系统的程序
        • 64bytes：分区表，每16bytes标识一个分区，所以一共只能有四个分区
          • 可以再拿出一个分区包含一个新分区表
          • 主分区，扩展分区，逻辑分区
          • 4个主分区
          • 3个主分区1个扩展分区，扩展分区里包括N个逻辑分区
        • 2bytes：MBR区域的有效性标识：55AA表示有效，否则为无效
        • 主分区和扩展分区的标识：1-4，如sda1
        • 逻辑分区只能从5开始，即使1-4没用完
      • GPT：课外作业
    • fdisk：分区命令
      • 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
      • 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命令保存到磁盘上
        • 子命令：
          • m：获取帮助
          • n：添加新分区
          • d：删除分区
          • t：改一个分区的system id
            • 主分区：83
            • 扩展分区：5
            • 逻辑分区：82
          • l：列出已知的分区类型
          • p：显示现有分区信息
          • w：保存退出
          • q：不保存退出
        • 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，内核可能在创建后无法直接直接识别
          • 查看内核是否已经识别新分区的方法是：cat /proc/partitions
          • 通知内核强制重读磁盘分区表
            • CentOS 5：partprobe [device]；如果device省略，则强制重读所有设备的分区表
            • CentOS 6/7：partx，kpartx
              • partx -a [device]
              • kpartx -af [device
          • 可能需要多次通知强制读取才能有效
    • 其它分区创建工具：parted，sfdisk

实际操作的一个列子：

第一步：fdisk /dev/sda

第二步：键入“P”，分区信息

第三步：键入“n”，添加一个新分区

• 自动给定分区编号（5已经有了，所以新分区编号为6）
• 指定起始扇区，直接按回车表示使用默认值
• 指定扇区大小（结束扇区）：+size。直接按回车表示使用默认值
• 再次键入“P”查看一下
• 键入“d”
• 键入“6”，把刚才的分区删除

第四步：再次键入“n”，添加一个新分区

第五步：再次键入“n”，添加一个新分区

第六步：键入“w”，保存退出

• • • 文件系统
      • 格式化
        • 低级格式化：出厂时，由硬件生产商进行的，在分区之前进行，作用是划分磁道
        • 高级格式化：在分区之后对分区进行，不是对磁盘进行，作用是创建文件系统
      • 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（限制了文件的大小），等等。但是不包含文件名。
          • 因为inode大小都是一样的，所以高级格式化的时候，会直接创建好所有的inode，只不过都是空的
        • 数据区：包含了若干个block块
          • 每个文件只能包含整数个block，会有一定的浪费；这就是为什么文件的总大小和使用的总空间有时候会不一致；
          • 如果文件包含的block都是不连续的，说明碎片很多
          • 数据区里需要有一段预留空间，供管理人员移动文件等管理操作时使用
        • 不同的文件系统设计，导致了各个的特点不同
        • 块和inode的比率，需要根据经验值来判断，让浪费不要太多
        • 符号链接文件：元数据中，数据块指针里存储的是真实文件的访问路径
        • 设备文件：元数据中，数据块指针里存储的是设备的主设备号和次设备号
      • bitmap index / 位图索引：在元数据区，有两段存储空间，每一位对应一个inode或者block，表示该inode或者block是否被使用
      • 实际中，每个分区被分成了很多个块组，每个块组包含自己元数据区和数据区，
        • 块组信息存储在超级块中，超级块和它的冗余备份分别存储在块组中
        • 每个块组的元数据区中有块组描述符 / group descriptor，记录了该块组的信息
        • 位图索引都是在块组级别实现的
      • ls -i：查看文件的inode编号
      • 目录机制：
        • 目录也是文件
        • 数据块中存储的是内部的一级子目录和文件对应的inode
      • VFS：virtual file system，屏蔽底层不同的文件系统的差异
      • 各种文件系统
        • Linux的文件系统
          • ext2，ext3（CentOS 5），ext4（CentOS 6），该系列的文件系统表现不佳，接近于废弃状态
          • xfs（CentOS 7），企业级的64位文件系统，单个文件大小没有上限
          • reiserfs，反删除功能非常好，很容易将删除的文件找回来。但是领导者入狱，所以江河日下。
          • btrfs：目前仍然处于测试实验型阶段
        • 光盘的文件系统：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文件系统：vfat，ntfs
        • 伪文件系统：proc，sysfs，tmpfs，hugepagefs
        • Unix文件系统：UFS，FFS，JFS
        • 交换文件系统：swap（虚拟内存和真实内存进行数据交换时使用）
        • 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
            • 具体实现各不相同，mkfs.ext2, mkfs.ext3, mkfs.ext4, mkfs.xfs, mkfs.vfat...
            • 或者统一使用mkfs -t命令，例如mkfs -t ext2 /dev/sda3
        • 检测及修复文件系统的工具
          • fsck
            • fsck.ext2, fsck.ext3...
        • 查看文件系统属性的工具
          • ext系列文件系统：dumpe2fs，tune2fs
          • 其它各个文件系统工具各不相同
        • 调整文件系统特性的工具
          • ext系列文件系统：tune2fs
          • 其它各个文件系统工具各不相同
      • journal／日志
        • 文件系统可以分为有日志的文件系统和无日志的文件系统
          • ext2无日志，其它linux的文件系统都有日志
        • 日志原理是，除了元数据区和数据区，再划分一个日志区，在创建一个文件的时候，先把元数据放到日志区，如果创建成功，再把元数据移到元数据区。如果中间出现断电等问题，查看日志区即可知道哪些文件的创建有问题
      • 链接文件：访问同一个文件的不同路径
        • 硬链接：指向同一个inode的多个文件路径
          • 目录不支持硬链接，避免循环链接
          • 硬链接不能跨文件系统
          • 创建硬链接会增加inode的引用计数
          • 创建方式：ln SourceFile LinkFile
            • -v：verbose，显示过程
        • 软链接／符号链接：指向一个文件路径的另一个文件路径；即inode的数据指针里存放了一个字符串（一个路径）
          • 软链接文件与源文件是两个独立的文件，各自有自己的inode
          • 支持对目录创建符号链接
          • 可以跨文件系统
          • 删除软链接文件不影响源文件；但删除源文件，软链接会变成无效链接
          • 创建软链接不会增加源文件inode的引用计数
          • 文件大小为其指向的源文件路径字符串的字节数
          • 软链接文件的权限通常为777，但是这不是源文件的权限
          • 创建方式：ln -s SourceFile LinkFile
            • -v：verbose，显示过程