【磁盘/文件系统】第一篇：磁盘管理和文件系统管理

一、 磁盘基础知识
本章学习之前需要了解以下几点：
　　•强调: Linux里面一切皆文件。
　　•I/O Ports即I/O设备地址，用来标识硬件对应的设备地址，来让操作系统以及cpu使用。
　　•注意: CPU的核数不一定就是越多越好，由于CPU协调之间的问题，性能可能不升反降。

1、 设备文件
　　①、什么是设备文件
　　　　设备文件会关联至一个设备驱动，进而能够跟与之对应的硬件设备进行通信
　　②、设备文件分类：
　　　　•块设备：block。存取单位"快"。典型代表：磁盘
　　　　•字符设备：char，存取单位"字符"。典型代表键盘

　　③、设备文件路径：

　　　　# /dev/dev_file

　　④、设备号码标识：
　　　　主设备号：major number，标识设备类型
　　　　次设备号：minor number，标识同一类设备号下的不同设备

[root@oldboy dev]# ls -l /dev/ | grep "sda"
lrwxrwxrwx. 1 root root           4 May 23 16:37 root -> sda3
brw-rw----. 1 root disk      8,   0 May 29 05:40 sda　　　　【注意：这是同一设备类型，所以主设备号都是8，由于是同一设备类型下的不同设备，所以次设备号不同，且sdade的次设备号是0】
brw-rw----. 1 root disk      8,   1 May 23 16:37 sda1
brw-rw----. 1 root disk      8,   2 May 23 16:37 sda2
brw-rw----. 1 root disk      8,   3 May 23 16:37 sda3

　　⑤、硬盘接口类型
　　　　接口速率而非硬件设备速率，同一个接口不同的硬盘速率不同

　　　并行（实现数据串行工作，类似双向两车道，但是之间有数据干扰）

　　　　　IDE：133MB/s

　　　　　SCSI：640MB/s

　　　串口（实现数据串行工作，类型单向四车道）

　　　　   SATA3：6Gbps(需要除以8来得到实际速率)

　　　　　SAS：6Gbps

　　　　　USB：480MB/s

　　　　单位(rpm): rotations per minute

　　⑥、磁盘设备的设备文件命名

　　　　命名格式： /dev/DEV_FILE

　　　　不同的主设备命名方法： /dev/sd#
　　　　　　【注意：#代表a-z】
　　　　　　如： 

　　　　　　 · IDE:：/dev/hd

　　　　　　 · SCSI, SATA, SAS, USB：/dev/sd

　　　　

　　　　同一主设备不同的分区命名：
　　　　　　【直接使用数字区分】
　　　　　　 如：/dev/sda /dev/sda2 /dev/sda2 /dev/sda3

2、机械式硬盘【这一部分写出来主要是了解作用：要了解什么是磁道、扇区、柱面】

　　机械硬盘主要由以下几部分组成：机械手臂（Boom）,磁头（Head）,转轴（Spindle），盘片（Platter）组成，在实际应用中又将盘片分成了磁道（Track），扇区（Sector）和柱面（Cylinder）

　　

                　　　　　

在实际应用中又将盘片分成了磁道（Track），扇区（Sector）和柱面（Cylinder）

　　　　　　　

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

3、分区原理知识点

　　前言：机械式硬盘是按柱面分区的

　　

　　①、0磁道0扇区

　　　　在传统的系统上，当我们启动计算机的时候，默认的最开始会读取0磁道0扇区的数据，其大小是512bytes，

　　　　它不属于任何分区，用来标识我们创建的分区信息等

　　　　0磁道0扇区的大小不会算在分区里面

446bytes: boot loader 主引导记录
64bytes: 分区表
16bytes: 标识一个分区　　　　　　【所以一个机械硬盘最多只能够分4个主分区，或者3个主分区+扩展分区(N个逻辑分区)】
2bytes: 55AA用来标识结尾

实战演练：(要知道 "dd"命令是干什么的)

# 备份MBR
dd if=/dev/sda1 of=/root/mbr bs=512 count=1

# 恢复MBR：
dd if=/root/mbr of=/dev/sda1 bs=512 count=1

# 恢复分区表：
dd if=/root/mbr of=/dev/sda1 bs=512 skip=446 count=66
　　注：mbr大小512 所以bs=512 count=1 bs=512 skip=446 count=66 用来确定分区表在备份文件中的位置

4、磁盘分区管理工具：【fdisk 、parted 、sfdisk】

　　本篇文章主要是讲解fdisk进行磁盘分区操作

　　fdisk 管理分区的前提条件：最多只能够管理15个分区

　　语法格式2： fdisk [-l, -u] [device]

　　　　参数说明：如果不带参数的话，直接进行分区

　　　　　　　　   -l：显示当前系统分区情况；后面如果带了具体的那个分区的话，就显示那个分区结构

　　　　　　　　   -u：对磁盘进行分区操作

　

在使用fdisk命令的时候注意：
# fdisk -u /dev/sda　　　　【正确】
# fdisk -u /dev/sda1　　　 【错误】

　在分区操作上：以下是子命令管理操作

 　　   p: print, 显示已有分区；

           n: new, 创建　　　　　　　　【在分区的时候注意：因为必须保留1-4这4个数字给主分区和扩展分区使用，所以逻辑分区的数字必须从5开始】

           d: delete, 删除

           w: write, 写入磁盘并退出

           q: quit, 放弃更新并退出

           m: 获取帮助

            l: 列表所分区id

            t: 调整分区id

分区保存退出之后还要进行以下几步操作才行

 　　①、查看内核是否已经识别分区命令：

　　　　# cat /proc/partaions 

 　　②、如果内核没有识别，则通知内核重新读取磁盘分区表　　　

　　　　方法一：
　　　　　　# partx [-a,-n] /dev/DEVICE
　　　　　　　-a:读取全部全部分区表
　　　　　　　-n:读取指定的分区表

　　　　方法二：
　　　　　　#kpartx [-a,-f] /dev/DEVICE
　　　　　　　-a:读取全部全部分区表
　　　　　　　-f:强制读取分区表 【注意：这种方法不建议使用，如果上面的读取方法不行的话，最后才使用这种方法】

　　　　方法三： 【注意：这个方法只适用于centos5.x系列】
　　　　　　# partprobe [/dev/DEVICE]

　　 ③、做了上面几步之后，如果想使用当前分区的磁盘的话，还需要格式化磁盘

　　　　　　

案例分析：

[root@oldboy ~]# fdisk -l　　　　【查看当前系统里面的所有分区情况】
　　
Disk /dev/sda: 10.7 GB, 10737418240 bytes
255 heads, 63 sectors/track, 1305 cylinders
Units = cylinders of 16065 * 512 = 8225280 bytes
Sector size (logical/physical): 512 bytes / 512 bytes
I/O size (minimum/optimal): 512 bytes / 512 bytes
Disk identifier: 0x0006ac8d

   Device Boot      Start         End      Blocks   Id  System
/dev/sda1   *           1          26      204800   83  Linux
Partition 1 does not end on cylinder boundary.
/dev/sda2              26         113      694272   82  Linux swap / Solaris
Partition 2 does not end on cylinder boundary.
/dev/sda3             113        1306     9585664   83  Linux

[root@oldboy ~]# fdisk -u /dev/sda　　　　　　【在磁盘sda上面创建新的分区】

WARNING: DOS-compatible mode is deprecated. It's strongly recommended to
         switch off the mode (command 'c').

Command (m for help): n
Command action
   e   extended
   p   primary partition (1-4)
e　　　　　　　　　　【扩展分区】
Selected partition 4
First sector (63-20971519, default 63): 
Using default value 63
Last sector, +sectors or +size{K,M,G} (63-2047, default 2047): 1000

Command (m for help): p　　　　【查看分区信息】

Disk /dev/sda: 10.7 GB, 10737418240 bytes
255 heads, 63 sectors/track, 1305 cylinders, total 20971520 sectors
Units = sectors of 1 * 512 = 512 bytes
Sector size (logical/physical): 512 bytes / 512 bytes
I/O size (minimum/optimal): 512 bytes / 512 bytes
Disk identifier: 0x0006ac8d

   Device Boot      Start         End      Blocks   Id  System
/dev/sda1   *        2048      411647      204800   83  Linux
Partition 1 does not end on cylinder boundary.
/dev/sda2          411648     1800191      694272   82  Linux swap / Solaris
Partition 2 does not end on cylinder boundary.
/dev/sda3         1800192    20971519     9585664   83  Linux
/dev/sda4              63        1000         469    5  Extended
Partition 4 does not end on cylinder boundary.

Partition table entries are not in disk order

Command (m for help): w　　　　【保存分区信息并退出】
The partition table has been altered!

Calling ioctl() to re-read partition table.

WARNING: Re-reading the partition table failed with error 16: Device or resource busy.
The kernel still uses the old table. The new table will be used at
the next reboot or after you run partprobe(8) or kpartx(8)
Syncing disks.
[root@oldboy ~]# cat /proc/partitions 　　【查看内核是否已经识别了分区，这里内核没有识别分区】
major minor  #blocks  name

   8        0   10485760 sda
   8        1     204800 sda1
   8        2     694272 sda2
   8        3    9585664 sda3
[root@oldboy ~]# partx -a /dev/sda　　　　【通知内核重新读取磁盘分区信息】
BLKPG: Device or resource busy
error adding partition 1
BLKPG: Device or resource busy
error adding partition 2
BLKPG: Device or resource busy
error adding partition 3
[root@oldboy ~]# cat /proc/partitions 　　【再次查看，内核已经识别了分区】
major minor  #blocks  name

   8        0   10485760 sda
   8        1     204800 sda1
   8        2     694272 sda2
   8        3    9585664 sda3
   8        4        469 sda4

 5、文件系统管理操作

　　1）文件系统类型介绍：

　　linux文件系统类型：ext2、ext3、ext4、xfs 【btfrs、reiserfs、jfs、swap(交换分区)、光盘(iso9660)】
　　swap: 交换分区

　　windows: fat32 、utfs
　　unix: FFS、UFS、JFS2
　　网络文件系统：NFS、CIFS
　　集群文件系统：GFS2、OCFS2
　　分布式文件系统：ceph

　　根据其是否支持"journal"功能，又分为
　　　日志文件系统：ext3,ext4,xfs,...
　　　非日子文件系统：ext2,vfat

　　文件系统的组成部分：

         内核中的模块：ext4, xfs, vfat

         用户空间的管理工具：mkfs.ext4, mkfs.xfs, mkfs.vfat　　【其实是一一对应的】

 　　Linux的虚拟文件系统：VFS------linux系统上可同时使用多种文件系统类型，最终都统一成VFS来进行管理，

　　　　　　　　　　　　　使用cat /proc/filesystems命令来查看系统支持的文件系统类型，

　　　　　　　　　　　　　lsmod命令能查看已装载的模块

 2）创建文件系统（格式化）：

 　　mkfs命令：　　

　　语法1： mkfs.FS_TYPE  /dev/DEVICE

　　语法2：mkfs -t  FS_TYPE  /dev/DEVICE   [上面一个可以说成是下面这个的简写]

 　　　　　　FS_TYPE 选项： 

　　　　　　　　ext4、xfs、btrfs、vfat

 　　　　　　共同参数：

 　　　　　　　 -L # : 设定卷标名为#

 案例详解：

 3）文件系统专用管理工具：

　　mke2fs命令 【是ext系列文件系统专用管理工具】

 　　　　语法：mke2fs [OPTIONS] /dev/DEVICE

 　　　　　　　　参数：

　　　　　　　　-t: (ext2ext3ext4)
　　　　　　　　-b:指定block大小，不指定的话默认（1024.2048.4096）
　　　　　　　　-L: 指定卷标
　　　　　　　　-j: 相当于 -t ext3

　　　　　　　　-i # : 为数据空间中没多少个字节创建一个inode;ci大小不应该小雨block大小
　　　　　　　　-n # : 为数据空间创建多少个inode
　　　　　　　　-m # : 为管理人员预留的空间占据百分比；默认百分之5的空间
　　　　　　　　-O FEATURE[,...] : 启用指定特性
　　　　　　　　-O ^FEATURE[,...]: 关闭指定特性

 　　　　举例：mke2fs -b 2048 -m 3 -L MYDATA /dev/sda4

4）创建交换分区

　　命令：mkswap 

　　　　使用命令的前提：必须先调整其分区的ID为82 (使用fdisk 里面的 "t" 选项实现)

　　　　命令格式： mkswap [OPTIONS] ... DEVICE

　　　　　　参数： -L : "LABLE"

 5）其他常用工具

 　　blkid命令 :快设备属性信息查看

　　　　语法： blkid [OPTIONS]... [/dev/DEVICE]

　　　　　　参数： 

　　　　　　　-L：根据指定的LABLE来查找对于的设备

　　　　　　　-U：根据指定设备的UUID来查找对于的设备
　　　　

　　　　【注意：如果前面跟了参数的话，是根据指定参数来查找设备文件，后面路径不要写(写了也没有用)；
　　　　　　如果前面不给参数的话，是查看设备文件的UUID和LABEL等，后面就必须写上是哪个设备文件】　　

　　e2lable命令:管理ext系列文件系统的LABLE

　　　　语法： e2lable [LABLE]  DEVICE

　  tune2fs命令:重新设定ext系列文件系统可调整参数的值　　

　　　　参数：
　　　　　-l：查看文件系统的超级块信息：super block
　　　　　-L 'LABLE' : 修改卷标
　　　　　-j: 将 ext2 升级为ext3 （相当于 "-t ext3"）
　　　　　-m # : 为管理人员预留的空间占据百分比；默认百分之5的空间
　　　　　-O FEATURE[,...] : 启用指定特性
　　　　　-O ^FEATURE[,...] 关闭指定特性
　　　　　　tune2fs -O has_journal /dev/sda5, 会把原先的ext2文件系统改为ext3, 
　　　　　　tune2fs -O ^has_journal /dev/sda5 禁用此属性
　　　　　-o：调整文件系统的默认挂载选项，用法和上面一样，关于属性名可以man tune2fs来查看，
　　　　　　例如tune2fs -o ^acl /dev/sda5 #禁用默认挂载选项的acl功能
　　　　　-U UUID : 修改UUID号;UUID但是随机 生成的，要修改的场景不多

　　　　

　　　　dumpe2fs命令    

　　　　-h：　　查看超级快信息

　　　　举例：  dumpe2fs  /dev/sda4 会详细的显示文件系统信息,或者说是布局信息，比如分组情况，块信息，inode位置等

　　

6）文件系统的检测工具（常用于异常关机导致文件系统出错的情况）：

　　　　注意事项：无论是异常关机还是正常关机，开机时不要进行文件自动检测，最好是开机后进行文件手动检测