磁盘管理基础入门

操作环境只要有6和7版本的虚拟机就可以了

本章内容

1. 磁盘结构
2. 分区类型
3. 管理分区
4. 管理文件系统
5. 挂载设备
6. 管理虚拟内存

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磁盘管理基础入门

在windows或者Linux里，对新的磁盘进行管理，要进行下面3个步骤才可以使用：

1分区

2创建文件系统也就是格式化

3分配盘符或者的挂载到目录下

一设备文件的介绍

I/O Ports: I/O设备地址

一切皆文件：
open(), read(), write(), close()

1设备文件的类型

设备文件：关联至一个设备驱动程序，进而能够跟与之对应硬件设备进行通信

1.1块设备：block，存取单位“块”，磁盘或者光盘。

2620涉及到了扇区，一个扇区是512字节。

1.2字符设备：char，存取单位“字符”，键盘，比如/dev/null

[root@centos65 ~]# file  /dev/null 
/dev/null: character special

2设备号码：
主设备号：major number, 标识设备类型
次设备号：minor number, 标识同一类型下的不同设备

[root@centos73 ~]# ll /dev/sda1
brw-rw----. 1 root disk 8, 1 Feb 17 16:28 /dev/sda1
[root@centos73 ~]# ll /dev/sda2
brw-rw----. 1 root disk 8, 2 Feb 17 16:28 /dev/sda2
[root@centos73 ~]# ll /dev/sda3
brw-rw----. 1 root disk 8, 3 Feb 17 16:28 /dev/sda3
[root@centos73 ~]# ll /dev/sda4
brw-rw----. 1 root disk 8, 4 Feb 17 16:28 /dev/sda4
[root@centos73 ~]# ll /dev/sda5
brw-rw----. 1 root disk 8, 5 Feb 17 16:28 /dev/sda5
[root@centos73 ~]# lsblk 
NAME   MAJ:MIN RM  SIZE RO TYPE MOUNTPOINT
sda      8:0    0  200G  0 disk 
├─sda1   8:1    0    1G  0 part /boot
├─sda2   8:2    0   50G  0 part /
├─sda3   8:3    0   20G  0 part /app
├─sda4   8:4    0    1K  0 part 
└─sda5   8:5    0    2G  0 part [SWAP]
sr0     11:0    1  4.2G  0 rom  /mnt

2硬盘接口类型

2.1并行：

早期是使用并行接口，并行传输数据的。

（1）IDE：133MB/s

适用于家用电脑

右上角接口处有很多帧，左下角是电源接口

 （2）SCSI：640MB/s

服务器上的接口

大写的B表示的是字节，不需要除以8

 

目前不使用并行接口，因为会有比较强的干扰。

2.2串行接口

（1）SATA：6Gbps

家用电脑目前都是这种类型。

（2）SAS：6Gbps

 小写的b表示每秒钟传递多少位为单位，要除以8才可以转换成字节。

 问题1T的固态磁盘是什么概念？

（3）USB：480MB/s

rpm表示机械磁盘的转速。其里面有盘片和马达。转的越快读写性能就越好。

笔记本电脑一般是5000多的转速。台式电脑性能会更好。

 rpm: rotations   per    minute

3硬盘存储的分类

3.1机械硬盘（HDD）：Hard Disk Drive，即是传统普通硬盘。

主要由：盘片，磁头，盘片转轴及控制电机，磁头控制器，数据转换器，接口，缓存等几个部分组成。

机械硬盘中所有的盘片都装在一个旋转轴上，每张盘片之间是平行的，在每个盘片的存储面上有一个磁头，

磁头与盘片之间的距离比头发丝的直径还小，所有的磁头联在一个磁头控制器上，由磁头控制器负责各个磁头的运动。


磁头可沿盘片的半径方向运动，加上盘片每分钟几千转的高速旋转，磁头就可以定位在盘片的指定位置上进行数据的读写操作。

数据通过磁头由电磁流来改变极性方式被电磁流写到磁盘上，也可以通过相反方式读取。

硬盘为精密设备，进入硬盘的空气必须过滤。

3.2固态硬盘（SSD）：Solid State Drive，用固态电子存储芯片阵列而制成的硬盘，由控制单元和存储单元（FLASH芯片、DRAM芯片）组成。

固态硬盘在接口的规范和定义、功能及使用方法上与普通硬盘的完全相同，在产品外形和尺寸上也与普通硬盘一致。


相较于HDD，SSD在防震抗摔、传输速率、功耗、重量、噪音上有明显优势，SSD传输速率性能是HDD的2倍。

相较于SSD，HDD在价格、容量、使用寿命上占有绝对优势。

注意硬盘有价，数据无价，目前SSD不能完全取代HHD。因为一方面是如果硬盘损坏了，固态的不能还原，机械的可以还原一部分。

另外一方面是前者的价格更高，1T的固态磁盘要2000多，机械磁盘是300多。

4设备文件的命名

磁盘设备的设备文件命名：/dev/DEV_FILE

4.1在6和7上面，SCSI, SATA, SAS, IDE,USB: /dev/sd

4.2虚拟磁盘：/dev/vd

虚拟化的使用很广泛，比如我们在电脑上安装和使用vmvare，在其上面又安装了操作系统。

在Linux上面运行windows操作系统也可以的。模拟出来的硬盘就叫做vd

在生产中可能会使用到云服务器，比如阿里云，实际上是虚拟机。

很多企业都使用云服务器，因为比较省事。

一般是使用混合云，公有云和私有云相结合。

4.3不同磁盘标识：a-z,aa,ab…

/dev/sda, /dev/sdb, ...

同一设备上的不同分区：1,2, ...
/dev/sda1, /dev/sda5

5分区策略

分区策略有两种，MBR和GPT

MBR分区有3种类型，主分区，扩展分区，逻辑分区。

主分区最多4个，而且不能再细分了，是最小的使用单位。在电脑上至少要有一个主分区来引导计算机使用。

如果是有好几块硬盘，那么有的硬盘是可以不要有主分区的，只要有一个硬盘上面有主分区引导启动就可以了，其他的可以作为数据磁盘。

并且扩展分区加上主分区最多4个，也就是扩展分区要占用主分区的名额。

扩展分区是不能直接使用的，只能作为容器使用。也就是要对其进行细分，细分成逻辑分区。

二硬盘存储的相关术语

硬盘存储术语，针对的是机械磁盘

head：磁头
track：磁道
cylinder: 柱面
sector: 扇区，512bytes

1head：磁头

磁头悬浮在贴近但是不挨着盘片的位置，利用电磁来读取上面的数据。

盘片固定在轴上的，盘片会随着轴的转动而转动。

磁头要从里圈到外圈来回的转动才可以读取整个盘片的数据。

因为盘片有内圈和外圈，如果不转的话只能读取内圈数据。

2磁道，扇区

磁头处于什么位置，当盘片转动的时候那么就把一圈的数据读取出来了。

这一圈就是磁道，就好比是操场的跑道一样。

磁道是逻辑上的概念，实际上看不到的。

内圈磁道要短，外圈磁道要长。但是在早期不论是内外都划分了更小的单位就是扇区，而且是按照中心线划的。

 

内圈的扇区空间明显要比外圈的扇区空间要小，但是每个扇区的容量都是512字节。

这样内圈空间就比较紧张，外圈就比较空旷。

注意是6个位存放一圈磁道的扇区。也就是00000-111111，一共是2^6，64个扇区。

但是要去除起始的一个扇区，所以一圈磁道存储了63个扇区，这63个扇区是用来存储数据的。

一圈63个扇区，每个扇区512字节，一圈占的空间就是512x63

磁道，是以10个位来存储的，也就是1024条磁道。

最外圈的磁道，也就是最长的磁道的编号是0，最里圈是1023

注意在计算机里面0是有存在意义的，所以第1条磁道编号是0

root账号的ID也是0

注意盘片是很多张的，而且都是正反两面。

也就是一张盘片有两个盘面，而且都存储了数据。有几个盘面就有几个磁头。

下面就是有6个盘面，那么就有6个磁头。

磁头数量是用8个位来表示的。也就是支持256个磁头。

那么一块硬盘的最大容量是 63x512x1024x256=8455716864字节=8257536K=8064M

这是早期时候的空间了，现在更大了。

计算和查看磁盘空间，文件大小的单位是字节，在网络中传输数据也就是网速是以位为单位。

[root@centos73 ~]# bc
bc 1.06.95
Copyright 1991-1994, 1997, 1998, 2000, 2004, 2006 Free Software Foundation, Inc.
This is free software with ABSOLUTELY NO WARRANTY.
For details type `warranty'. 
63*512*1024*256
8455716864
8455716864/1024
8257536
8257536/1024
8064

 

这是早期时候的空间了，现在更大了。

后来做了改进了， ZBR（Zoned Bit Recording）区位记录磁盘扇区结构

早期的扇区最外圈很空旷，最里圈很挤。

磁头不论是在里圈还是在外圈读取的扇区数是一样的。

而ZBR不一样，磁头处于外圈，那么读取的扇区数量就更多。

如果要提高数据的访问速度，那么磁头就要放到外圈。

可以把要求访问快的数据放到外圈，也就是放到编号更小的磁道上。

盘片是固定在轴上的，只要轴转，盘片也会转。所有的磁头位置也是一样的。

如果硬盘没有数据读取了，那么磁头就会移动到磁头的停泊区。

所以在电脑处于开机状态的时候要防止硬盘损坏，也就是磁头不要划伤盘片。

 

3柱面

每个盘面都有最外圈，也就是0磁道。把所有的0磁道称为0柱面。所有的1磁道称为1柱面，所有的1023磁道称为1023柱面。

因为相同的磁道看起来像立体的柱子一样。

一个柱面存放了 512x63x256=8257536=8064K

不到8M

早期的版本，比如centos5划分分区是以柱面的整数倍为单位的，

比如1柱面，2柱面，3柱面放到1个分区里面，4柱面，5柱面放到另外一个分区里面。

 不能出现2.5柱面，3.5柱面这样划分，而是要整柱面划分分区的。

所以早期的分区大小都是8M的整数倍。

现在不上这样了，从centos6开始可以精确到以扇区来划分。也就是只要是512字节的整数倍都可以。

但是不是整柱面划分会出现报警提示。Partition 1 does not end on cylinder boundary.

[root@centos65 ~]# fdisk -l

Disk /dev/sda: 214.7 GB, 214748364800 bytes
255 heads, 63 sectors/track, 26108 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: 0x0000c75a

   Device Boot      Start         End      Blocks   Id  System
/dev/sda1   *           1         131     1048576   83  Linux
Partition 1 does not end on cylinder boundary.不是以柱面的边界划分
/dev/sda2             131        6505    51200000   83  Linux
/dev/sda3            6505        9055    20480000   83  Linux
/dev/sda4            9055       26109   136985600    5  Extended
/dev/sda5            9055        9316     2097152   82  Linux swap / Solaris

Start End表示一个分区的开始柱面到结束的柱面，第2个分区和第1个分区都使用了131号柱面。

 如果是以扇区为单位划分1G的分区就更不好计算。而以柱面划分就更好计算。

一般精确到柱面也够用了，因为现在的硬盘更大了，不在乎这么点空间的区别了

 买硬盘1T，实际上是达不到的，也就是1000G左右。商家卖的硬盘是以10的几次方计算的。

所有的商家都是这么卖的，算是行业的潜规则了。

三硬盘的寻址方式

CHS和LBA

CHS磁盘3维

采用24bit位寻址，涉及前面所所有使用到的位，组合加起来。6位+8位+10位
其中前10位表示cylinder柱面，中间8位表示head磁头，后面6位表示sector扇区。

最大寻址空间8GB，现在不使用这种方法了。

LBA（logical block addressing）

LBA是一个整数，通过转换成CHS格式完成磁盘具体寻址

LBA采用48个bit位寻址

最大寻址空间128PB

由于CHS寻址方式的寻址空间在大概8GB以内，所以在磁盘容量小于大概8GB时，可以使用CHS寻址方式或是LBA寻址方式。

在磁盘容量大于大概8GB时，则只能使用LBA寻址方式。