磁盘管理 分区 挂载 逻辑卷 RIAD

磁盘管理

Linux系统中一切皆是文件

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

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

设备类型：

• 块设备：block，存取单位“块”，磁盘
• 字符设备：char，存取单位“字符”，键盘

1. 磁盘结构和容量

1.1 磁盘的结构

硬盘的物理结构

• 盘片：硬盘有多个盘片，每盘片有2面（正反两面）
• 磁头：每面一个磁头，并不是只有一个磁头，磁头也不会碰到盘面，磁头等于盘片数量

硬盘的数据结构

• 扇区：盘片被分为多个扇形区域，每个扇区存放512字节的数据
• 磁道：同一盘片不同半径的同心圆
• 柱面：不同盘片相同半径构成的圆（柱面和磁道数量相同）

1.2 硬盘存储容量

• 硬盘存储容量＝磁头数（8个2进制）×磁道（柱面）数×每道扇区数（6个二进制）×每扇区字节数 1柱面=512 * 扇区数/磁头数×磁道=51263255=7.84M
• 可以用柱面/磁头/扇区来唯一定位磁盘上每一个区域

1.3 硬盘的接口（常用）和大小

接口类型 磁盘的接口类型决定了磁盘的读（output）和写（input）的速度（传输速度）

• SATA：6Gbps，SATA数据端口与电源（长的电源，数据线短的）端口是分开的，即需要两条线，一条数据线，一条电源线
• SAS：6Gbps，SAS是一整条线，数据端口与电源端口是一体化的，SAS中是包含供电线的，而SATA中不包含供电线。SATA标准其实是SAS标准的一个子集，二者可兼容，SATA硬盘可以插入SAS主板上，反之不行。
• 光纤接口

服务器硬盘大小

• LFF：3.5寸，一般见到的那种台式机硬盘的大小
• SFF：Small Form Factor 小形状因数，2.5寸，注意不同于2.5寸的笔记本硬盘 L、S分别是大、小的意思，目前服务器或者盘柜采用sff规格的硬盘主要是考虑增大单位密度内的磁盘容量、增强散热、减小功耗，2.5寸硬盘可通过托架放入3.5寸硬盘。

1.4 硬盘的分类

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。

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、容量占有绝对优势，硬盘有价，数据无价，目前SSD不能完全取代HHD。

2. 磁盘的分区

2.1 磁盘分区的优缺点

在window系统中磁盘可以不分区，Linux系统中磁盘一定要分区。

分区的优点 ： I/O（读写）性能
             实现磁盘空间配额限制
             提高修复速度
             隔离系统和程序
             安装多个OS（系统)
             采用不同文件系统
             
 分区的缺点： 只能对连续的空间进行分区
             分区完成后无法增加或减少分区空间

2.2 磁盘分区的技术

mbr分区 MBR磁盘采用MBR分区表，由于MBR用4个字节存储分区总扇区数，最大可以表示2的32次方，一个扇区512字节，那么分区的容量或者磁盘容量都不能超过2TB。常见的硬盘可以划分为主分区、扩展分区和逻辑分区，通常情况下主分区只有四个，而扩展分区可以看成是一个特殊的主分区类型，在扩展分区中可以建立逻辑分区。主分区一般用来安装操作系统，扩展分区则多用来存储文件数据。

gpt分区 GPT：GUID（Globals Unique Identifiers）partition table支持128个分区，使用64位，支持8Z（512Byte/block ）64Z （ 4096Byte/block）使用128位UUID(Universally Unique Identifier) 表示磁盘和分区 GPT分区表自动备份在头和尾两份，并有CRC校验位UEFI (Unified Extensible Firmware Interface 统一可扩展固件接口)硬件支持GPT，使得操作系统可以启动。

2.3 分区工具

分区工具fdisk，支持2T以下的硬盘分区，位于硬盘的第一个物理扇区（512字节），前446字节主引导记录（开机引导程序）后64字符分区表，表明每个分区的范围，每个分区表知识占16个字符，MBR只能分4个分区，最后2个字节（55AA）表示结束。

命令：fdisk [磁盘设备]

选项	用法	选项	用法
- m	打印出菜单	- t	改变分区的属性，系统ID
- p	打印出当前分区表	- w	保存
- n	新建一个分区	- q	不保存退出
- d	删除一个分区	- l	列出磁盘分区表

分区工具gdisk，可以支持2T以上的硬盘分区，可分128个分区。

2.4 分区的分类（mbr）

• 主分区：可以直接使用，安装程序，存储文件。序号为1-4
• 扩展分区：不可以直接使用，需要再划分逻辑分区，是特殊的主分区。
• 逻辑分区：可以直接使用，储存文件。序号从5开始。

对于一个硬盘来说，主分区至少有 1 个，最多有 4 个；扩展分区可以没有，最多只能有 1 个，且主分区 扩展分区总共不能超过 4 个；逻辑分区可以有若干个。

df -Th

lsblk -f

3. 文件系统（mkfs)

操作系统中负责管理和存储文件信息的软件结构称为文件管理系统，简称文件系统。是负责为用户建立文件，存入、读出、修改、转储文件，控制文件的存取，安全控制，日志，压缩，加密等。

XFS （centos7默认文件系统） 根据所记录的日志在很短的时间内迅速恢复磁盘文件内容，用优化算法，日志记录对整体文件操作影响非常小，是一个全64-bit的文件系统，最大可以支持8EB的文件系统，1EB=1024PB，1PB=1024TB，1TB=1024G，而支持单个文件则达到8EB能以接近裸设备I/O的性能存储

EXT4 （centos6默认文件系统） Extended file system 适用于那些分区容量不是太大，更新也不频繁的情况，例如 /boot 分区是 ext 文件系统的最新版。提供了很多新的特性，包括纳秒级时间戳、创建和使用巨型文件(16TB)、最大1EB的文件系统，以及速度的提升1EB=1024PB=1024*1024TB

NTFS（xfs）（windows默认文件系统） NTFS文件系统所具备3个功能：错误预警功能、磁盘自我修复功能和日志功能，单个文件64GB

swap （当内存不足时，将硬盘空间转换成内存空间） swap交换分区是系统RAM的补充，swap分区支持虚拟内存。当没有足够的 RAM 保存系统处理的数据时会将数据写入 swap分区，当系统缺乏 swap 空间时，内核会因 RAM 内存耗尽而终止进程。配置过多 swap 空间会造成存储设备处于分配状态但闲置，造成浪费，过多 swap 空间还会掩盖内存不足。

RAW： 裸文件系统,未经处理或者未经格式化产生的文件系统。

iso9660 光驱文件系统

命令：mkfs [选项] [文件系统类型]

选项	用法	选项	用法
-t {ext2|ext3|ext4|xfs}	指定文件系统类型	-i	为数据空间中每多少个字节创建一个inode；不应该小于block大小
-b {1024|2048|4096}	指定块 block 大小	-I	一个inode记录占用的磁盘空间大小，128-4096
-L ‘LABEL’	设置卷标	-N	指定分区中创建多少个inode
-m	默认5%,为管理人员预留空间占总空间的百分比	-O FEATURE[,...]	启用指定特性-O ^FEATURE

文件系统检测和修复 fsck.FS_TYPE fsck -t FS_TYPE

-a 自动修复 -r 交互式修复错误

e2fsck：ext系列文件专用的检测修复工具 xfs_repair：xfs文件系统专用检测修复工具

4. 挂载与解挂载(mount)

挂载：将外部设备与系统内部文件目录（文件夹）相关联，访问此目录相当于访问关联的外部设备。注：挂载后原文件夹中的内容不可用，最好使用空文件夹进行挂载；挂载的文件夹为挂载点。

永久挂载 需要将挂载点写入文件 /etc/fstab 中，建议使用UUID可以确保唯一。

挂载规则

• 一个挂载点同一时间只能挂载一个设备
• 一个挂载点同一时间挂载了多个设备，只能看到最后一个设备的数据，其它设备上的数据将被隐藏
• 一个设备可以同时挂载到多个挂载点
• 通常挂载点一般是已存在空的目录

命令：mount [设备名] [挂载点] findmnt 查看是否为挂载点

选项	功能
-t fstype	指定要挂载的设备上的文件系统类型,如:ext4,xfs
-r readonly	只读挂载
-w read and write	读写挂载,此为默认设置,可省略
-n	不更新/etc/mtab，mount不可见
-a	自动挂载所有支持自动挂载的设备(定义在了/etc/fstab文件中，且挂载选项中有auto功能)
-L 'LABEL'	以卷标指定挂载设备
-U 'UUID'	以UUID指定要挂载的设备
-B, --bind	绑定目录到另一个目录上
-o options：(挂载文件系统的选项)	多个选项使用逗号分隔
rw/ro	是否对挂载的文件系统拥有读写权限，rw 为默认值，表示拥有读写权限；ro 表示只读权限。
async/sync	此文件系统是否使用同步写入（sync）或异步（async）的内存机制，默认为异步 async。
dev/nodev	是否允许从该文件系统的 block 文件中提取数据，为了保证数据安装，默认是 nodev。
auto/noauto	是否允许此文件系统被以 mount -a 的方式进行自动挂载，默认是 auto。
suid/nosuid	设定文件系统是否拥有 SetUID 和 SetGID 权限，默认是拥有。
exec/noexec	设定在文件系统中是否允许执行可执行文件，默认是允许。
user/nouser	设定此文件系统是否允许让普通用户使用 mount 执行实现挂载，默认是不允许（nouser），仅有 root 可以。
defaults	定义默认值，相当于 rw、suid、dev、exec、auto、nouser、async 这 7 个选项。
remount	重新挂载已挂载的文件系统，一般用于指定修改特殊权限。

解挂载

• umount 设备名|挂载点 卸载时：可使用设备，也可以使用挂载点
• fuser -v MOUNT_POINT 查看正在访问指定文件系统的进程
• fuser -km MOUNT_POINT 终止所有在正访问指定的文件系统的进程

mountpoint：挂载点目录必须事先存在，建议使用空目录

5. 逻辑卷

LVM 是 Logical Volume Manager 的简称，译为中文就是逻辑卷管理。LVM可以允许对卷进行方便操作的抽象层，包括重新设定文件系统的大小，允许在多个物理设备间重新组织文件系统，LVM可以弹性的更改LVM的容量，实现逻辑上的管理方式，通过交换PE来进行资料的转换，将原来LV内的PE转移到其他的设备中以降低LV的容量，或将其他设备中的PE加到LV中以加大容量。

它是 Linux 下对硬盘分区的一种管理机制。LVM 适用于管理大存储设备，并允许用户动态调整文件系统的大小。此外，LVM 的快照功能可以帮助我们快速备份数据。LVM 为我们提供了逻辑概念上的磁盘，使得文件系统不再关心底层物理磁盘的概念。

• 物理卷（Physical Volume，PV）：就是真正的物理硬盘或分区
• 卷组（Volume Group，VG）：将多个物理卷合起来就组成了卷组。组成同一个卷组的物理卷可以是同一块硬盘的不同分区，也可以是不同硬盘上的不同分区。我们可以把卷组想象为一块逻辑硬盘。
• 逻辑卷（Logical Volume，LV）：卷组是一块逻辑硬盘，硬盘必须分区之后才能使用，我们把这个分区称作逻辑卷。逻辑卷可以被格式化和写入数据。我们可以把逻辑卷想象为分区。
• 物理扩展（Physical Extend，PE）：PE 是用来保存数据的最小单元，我们的数据实际上都是写入 PE 当中的。PE 的大小是可以配置的，默认是 4MB。

功能	pv物理卷	vg卷组	lv 逻辑卷
scan 扫描	pvscan	vgscan	lvscan
create 建立	pvcreate	vgcreate	lvcreate
display 显示	pvdisplay	vgdisplay	lvdisplay
remove 删除	pvremove	vgremove	lvremove
extend 扩展		vgextend	lvextend
reduce 减少		vgreduce	lvreduce

lvcreate 选项： -L 容量：指定逻辑卷大小，单位为 MB、GB、TB 等； -l 个数：按照 PE 个数指定逻辑卷大小，这个参数需要换算容量，太麻烦； -n 逻辑卷名：指定逻辑卷名；

扩容逻辑卷 lvextend -L (扩容大小单位M G T）逻辑卷名 -r

6. 磁盘配额

磁盘配额（Quota）就是 Linux 系统中用来限制特定的普通用户或用户组在指定的分区上占用的磁盘空间或文件个数的。

1. 磁盘配额限制的用户和用户组，只能是普通用户和用户组，也就是说超级用户 root 是不能做磁盘配额的；
2. 磁盘配额限制只能针对分区，而不能针对某个目录，换句话说，磁盘配额仅能针对文件系统进行限制，举个例子，如果你的 /dev/sda5 是挂载在 /home 底下，那么，在 /home 下的所有目录都会受到磁盘配额的限制；
3. 可以通过限制用户可用的 block 数量来限制用户可用的磁盘容量，也可以通过限制用户可用的 inode 数量来限制用户可以上传或新建的文件个数。

使用条件 磁盘配额要想正常使用，有以下几个前提条件：

1. 内核必须支持磁盘配额。
2. 系统中必须安装了 Quota 工具。我们的 Linux 中默认安装了 Quoted 工具
3. 要支持磁盘配额的分区必须开启磁盘配额功能。这项功能可以手动开启，不再是默认开启的

软限制和硬限制

软限制可理解为警告限制，硬限制就是真正的限制了。比如，规定软限制为 100MB，硬限制为 200MB,那么，当用户使用的磁盘空间为 100~200MB 时，用户还可以继续上传和新建文件，但是每次登录时都会收到一条警告消息，告诉用户磁盘将满。

操作

xfs_quota -x -c 'limit -u bsoft=80M bhard=100M isoft=40 ihard=50 lisi' /mnt/

-x:表示启动专家模式，在当前模式下允许对配额系统进行修改的所有管理命令可用。 -c: 表示直接调用管理命令。 -u: 指定用户账号对象 -g: 指定组账号对象 bsoft: 设置磁盘容量的软限制数值(默认单位为KB)。 bhard:设置磁盘容量的硬限制数值(默认单位为KB)。 isoft:设置磁盘文件数的软限制数值。 ihard:设置磁盘文件数的硬限制数值。

7. 磁盘分区-挂载-逻辑卷-扩容操作

7.1 分区

使用fdisk分区工具进行分区，将/dev/sdb分成一个主分区和一个逻辑分区

添加硬盘

添加硬盘后需要重启或刷新接口使用scan

ls /sys/class/scsi_host/ 查看硬盘接口数量

刷新所有硬盘接口 命令如下

• echo "- - -" >/sys/class/scsi_host/host0/scan
• echo "- - -" >/sys/class/scsi_host/host1/scan
• echo "- - -" >/sys/class/scsi_host/host2/scan 划分主分区
• fdisk（需要分区的设备）-n（新建） -p（主分区）-w（保存）
• 主分区默认分区号1-4

划分扩展分区

• 扩展分区不可以直接使用，需要对扩展分区进行逻辑分区划分
• n(新建）-e（扩展分区）-l（逻辑分区）-w（保存）
• 逻辑分区默认分区号从5开始

刷新分区

• 创建后分区如果分区未出现可以使用 partprobe 刷新检测分区表；也可以重启

分区后查看分区情况

• lsblk 可查看分区情况

• fdisk -l 显示系统所有硬盘分区

7.2 创建文件系统（格式化）

7.3 挂载

创建挂载点空文件夹

永久挂载

7.4 创建逻辑卷

7.5 挂载逻辑卷

7.6 扩容逻辑卷

没有空间扩容

8. raid

独立硬盘冗余阵列（RAID, Redundant Array of Independent Disks），旧称廉价磁盘冗余阵列（Redundant Array of Inexpensive Disks），简称磁盘阵列。利用虚拟化存储技术把多个硬盘组合起来，成为一个或多个硬盘阵列组，目的为提升性能或数据冗余，或是两者同时提升。RAID 层级不同，数据会以多种模式分散于各个硬盘，RAID 层级的命名会以 RAID 开头并带数字，例如：RAID 0、RAID 1、RAID 5、RAID 6、RAID 7、RAID 01、RAID 10、RAID 50、RAID 60。每种等级都有其理论上的优缺点，不同的等级在两个目标间获取平衡，分别是增加数据可靠性以及增加存储器群）读写性能。

简单来说，RAID把多个硬盘组合成为一个逻辑硬盘，因此，操作系统只会把它当作一个实体硬盘。RAID常被用在服务器电脑上，并且常使用完全相同的硬盘作为组合。由于硬盘价格的不断下降与RAID功能更加有效地与主板集成，它也成为普通用户的一个选择，特别是需要大容量存储空间的工作，如：视频与音频制作。

RAID功能实现**

• 提高IO能力
• 提高耐用性,
• 磁盘冗余备份

RAID实现的方式

• 外接式磁盘阵列：通过扩展卡提供适配能力
• 内接式RAID：主板集成RAID控制器，安装OS前在BIOS里配置
• 软件RAID：通过OS实现

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