Linux云计算-06_Linux磁盘管理

本章介绍硬盘简介、硬盘数据存储方式、如何在企业生产服务器添加硬盘、对硬盘进行分区、初始化、挂载等。

1 计算机硬盘简介

硬盘是计算机主要存储媒介之一，由一个或者多个铝制或者玻璃制的碟片组成，碟片外覆盖有铁磁性材料，硬盘内部由磁道、柱面、扇区、磁头等部件组成，如图所示：

Linux系统中硬件设备相关配置文件存放在/dev下，常见硬盘命名：/dev/hda、/dev/sda、/dev/sdb、/dev/sdc、/dev/vda。不同硬盘接口，在系统中识别的设备名称不一样。

IDE硬盘接口在Linux中设备名为/dev/hda，SAS、SCSI、SATA硬盘接口在Linux中设备名为sda，高效云盘硬盘接口会识别为/dev/vda等。

文件储存在硬盘上，硬盘的最小存储单位叫做Sector（扇区），每个Sector储存512字节。操作系统在读取硬盘的时候，不会逐个Sector的去读取，这样效率非常低，为了提升读取效率，操作系统会一次性连续读取多个Sector，即一次性读取多个Sector称为一个Block（块）。

由多个Sector组成的Block是文件存取的最小单位。Block的大小常见的有1KB、2KB、4KB，Block在Linux中常设置为4KB，即连续八个Sector组成一个Block。

可以通过如下方法查看Linux分区的Block大小：

[root@superman-vm01 ~]# stat /boot | grep "IO Block" 
  Size: 4096            Blocks: 8          IO Block: 4096   directory
[root@superman-vm01 ~]#

例如创建一个普通文件，文件大小为10Bytes，而默认设置Block为4K，如果有1万个小文件，由于每个Block只能存放一个文件，如果文件的大小比Block大，会申请更多的Block，相反如果文件的大小比默认Block小，仍会占用一个Block，这样剩余的空间会被浪费掉。

1万个文件理论只占用空间大小：10000x10=100000Bytes=97.65625MBytes；
1万个文件真实占用空间大小：10000x4096Bytes=40960000Bytes=40000MBytes=40GB；
根据企业实际需求，此时可以将Block设置为1K，从而节省更多的空间。

2 硬盘Block及Inode详解

通常而言，操作系统对于文件数据的存放包括两个部分：文件内容、权限及文件属性。操作系统文件存放是基于文件系统，文件系统会将文件的实际内容存储到Block中，而将权限与属性等信息存放至Inode中。

在硬盘分区中，还有一个超级区块 (SuperBlock) ，SuperBlock会记录整个文件系统的整体信息，包括Inode、Block总量、使用大小、剩余大小等信息，每个inode与block都有编号对应，方便Linux系统快速定位查找文件。

Superblock：记录文件系统的整体信息，包括inode与block的总量、使用大小、剩余大小，以及文件系统的格式与相关信息等；
Inode：记录文件的属性，权限，同时会记录该文件的数据所在的block编号；
Block：存储文件的内容，如果文件超过默认Block大小，会自动占用多个Block。

因为每个inode与block都有编号，而每个文件都会占用一个inode ，inode内则有文件数据放置的block号码。如果能够找到文件的inode，就可以找到该文件所放置数据的block号码，从而读取该文件内容。

操作系统进行格式化分区时，操作系统自动将硬盘分成两个区域。一个是数据Block区，用于存放文件数据；另一个是Inode Table区，用于存放inode包含的元信息。

每个inode节点的大小，可以在格式化时指定，默认为128Bytes或256Bytes，/boot分区Inode默认为128Bytes，其它分区默认为256Bytes，查看Linux系统Inode方法如下：

[root@superman-vm01 ~]# stat /boot | grep "Inode"   
Device: 801h/2049d      Inode: 64          Links: 5
[root@superman-vm01 ~]#

3 硬链接介绍

一般情况下，文件名和inode编号是一一对应的关系，每个inode号码对应一个文件名。但UNIX/Linux系统多个文件名也可以指向同一个inode号码。这意味着可以用不同的文件名访问同样的内容，对文件内容进行修改，会影响到所有文件名。但删除一个文件名，不影响另一个文件名的访问。这种情况就被称为硬链接（hard link）。

创建硬链接的命令为：ln superman1.txt superman2.txt，其中superman1.txt为源文件，superman2.txt为目标文件。如上命令源文件与目标文件的inode号码相同，都指向同一个inode。inode信息中有一项叫做"链接数"，记录指向该inode的文件名总数，这时会增加1，变成2，如图7-3所示：

同样删除一个superman2.txt文件，就会使得superman1.txt inode节点中的"链接数"减1。如果该inode值减到0，表明没有文件名指向这个inode，系统就会回收这个inode号码，以及其所对应block区域，如图所示：

实用小技巧：硬链接不能跨分区链接，硬链接只能对文件生效，对目录无效，也即是目录不能创建硬链接。硬链接源文件与目标文件共用一个inode值，从某种意义上来，节省inode空间。不管是单独删除源文件还是删除目标文件，文件内容始终存在。同时链接后的文件不占用系统多余的空间。

4 软链接介绍

除了硬链接以外，还有一种链接-软链接。文件superman1.txt和文件superman2.txt的inode号码虽然不一样，但是文件superman2.txt的内容是文件superman1.txt的路径。读取文件superman2.txt时，系统会自动将访问者导向文件superman1.txt。

无论打开哪一个文件，最终读取的都是文件superman1.txt。这时，文件superman2.txt就称为文件superman1.txt的"软链接"（soft link）或者"符号链接（symbolic link）。

文件superman2.txt依赖于文件superman1.txt而存在，如果删除了文件superman1.txt，打开文件superman2.txt就会报错："No such file or directory"。

软链接与硬链接最大的不同是文件superman2.txt指向文件superman1.txt的文件名，而不是文件superman1.txt的inode号码，因此文件superman1.txt的inode链接数不会发生变化，如图所示：

实用小技巧：软链接可以跨分区链接，软链接支持目录同时也支持文件的链接。软链接源文件与目标文件Inode不相同，从某种意义上来说，会消耗inode空间。不管是删除源文件还是重启系统，该软链接还存在，但是文件内容会丢失，一旦新建源同名文件名，软链接文件恢复正常。

5 Linux下磁盘实战操作命令

企业真实场景由于硬盘常年大量读写，经常会出现坏盘，需要更换硬盘。或者由于磁盘空间不足，需添加新硬盘，新添加的硬盘需要经过格式化、分区才能被Linux系统所使用，虚拟机CentOS 7 Linux模拟真实服务器添加一块新硬盘，不需要关机，直接插入用硬盘即可，一般硬盘均支持热插拔功能。企业中添加新硬盘的操作流程如下：

5.1 fdisk分区命令参数

常用参数包括m、n、p、e、d、w。

b						编辑bsd disklabel；
c						切换dos兼容性标志；
d						删除一个分区；
g						创建一个新的空GPT分区表；
G						创建一个IRIX（SGI）分区表；
l						列出已知的分区类型；
m						打印帮助菜单；
n						添加一个新分区；
o						创建一个新空DOS分区表；
p						打印分区表信息；
q						退出而不保存更改；
s						创建一个新的空的Sun磁盘标签；
t						更改分区的系统ID；
u						更改显示/输入单位；
v						验证分区表；
w						将分区表写入磁盘并退出；
x						额外功能。

5.2 检测识别的硬盘设备

新添加硬盘被识别为/dev/sdb，如果有多块硬盘，会依次识别成/dev/sdc、/dev/sdd等设备名称，如图所示：

fdisk -l

5.3 创建磁盘分区

基于新硬盘/dev/sdb设备，创建磁盘分区/dev/sdb1，如图所示：

fdisk /dev/sdb

5.4 创建/dev/sdb1分区方法

fdisk /dev/sdb，然后按n-p-1-Enter键-Enter键-Enter键-w，最后执行fdisk -l|head -10，如图（a）、图（b）所示：

（a）fdisk /dev/sdb创建/dev/sdb1分区

（b) fdisk –l查看/dev/sdb1分区

5.5 格式化分区

mkfs.xfs /dev/sdb1格式化磁盘分区，如图所示：

5.6 挂载分区

/dev/sdb1分区格式化后，使用mount命令挂载到/data/目录，并加入/etc/fstab开机启动，如图所示：

# 创建/data/数据目录
mkdir /data

# 挂载/dev/sdb1分区至/data/目录
mount /dev/sdb1 /data

# 查看磁盘分区详情
df -h

# 开机自动挂载(永久挂载)
echo "/dev/sdb1        /data                       xfs     defaults        0 0" >>/etc/fstab

6 基于GPT格式磁盘分区

MBR分区标准决定了MBR只支持在2TB以下的硬盘，为了支持能使用大于2T硬盘空间，需使用GPT格式进行分区。创建大于2TB的分区，需使用parted工具。

在企业真实环境中，通常一台服务器有多块硬盘，整个硬盘容量可能为10T，需要基于GTP格式对10T硬盘进行分区，操作步骤如下：

# 新建/dev/sdb的磁盘标签类型为GPT
parted /dev/sdb mklabel gpt

# 将/dev/sdb整个空间分给同一个分区
parted /dev/sdb mkpart primary 0 100%

# 忽略警告
ignore

# 格式化分区
mkfs.xfs /dev/sdb1

# 创建挂载目录
mkdir /data

# 临时挂载
mount /dev/sdb1 /data

# 开机自动挂载(永久挂载)
echo "/dev/sdb1        /data                       xfs     defaults        0 0" >>/etc/fstab

6.1 检测识别的硬盘设备

fdisk -l

如图所示，假设/dev/sdb 为10T硬盘，使用GPT格式来格式化磁盘：

6.2 设置分区类型为GPT格式

6.2.1 非交互方式

执行命令：parted -s /dev/sdb mklabel gpt和parted /dev/sdb mkpart primary 0 100%如图所示：

6.2.2 交互方式

parted命令行也可以进行分区，如图（a）、（b）、（c）所示：

parted > select /dev/sdb > mklabel gpt > mkpart primary 0 -1 > print > quit

6.3 格式化磁盘

基于mkfs.xfs /dev/sdb格式化磁盘，如图所示：

6.4 挂载分区

创建挂载目录并挂载：

7 Mount命令工具

Mount命令工具主要用于将设备或者分区挂载至Linux系统目录下，Linux系统在分区时，也是基于mount机制将/dev/sda分区挂载至系统目录，将设备与目录挂载之后，Linux操作系统方可进行文件的存储。

7.1 Mount命令参数详解

如下为企业中Mount命令常用参数详解：

mount [-Vh]
mount -a [-fFnrsvw] [-t vfstype]
mount [-fnrsvw] [-o options [,...]] device | dir
mount [-fnrsvw] [-t vfstype] [-o options] device dir
-V：			                    显示mount工具版本号；
-l：			                    显示已加载的文件系统列表；
-h：			                    显示帮助信息并退出；
-v：			                    输出指令执行的详细信息；
-n：			                    加载没有写入文件/etc/mtab中的文件系统；
-r：			                    将文件系统加载为只读模式； 
-a：			                    加载文件/etc/fstab中配置的所有文件系统；
-o:				                 指定mount挂载扩展参数，常见扩展指令：rw、remount、loop等，其中-o相关指令如下：
-o atime：						系统会在每次读取文档时更新文档时间；
-o noatime：						系统会在每次读取文档时不更新文档时间；
-o defaults:					 使用预设的选项 rw,suid,dev,exec,auto,nouser等；
-o exec                          允许执行档被执行；
-o user、-o nouser：			    使用者可以执行 mount/umount的动作；
-o remount：						 将已挂载的系统分区重新以其他再次模式挂载；
-o ro：							 只读模式挂载；
-o rw：							 可读可写模式挂载；
-o loop                           使用loop模式，把文件当成设备挂载至系统目录。
-t：			                     指定mount挂载设备类型，常见类型nfs、ntfs-3g、vfat、iso9660等，其中-t相关指令如下：
iso9660                           光盘或光盘镜像；
msdos 	                          Fat16文件系统；
vfat  	                          Fat32文件系统；
ntfs	                          NTFS文件系统；
ntfs-3g                           识别移动硬盘格式；
smbfs 	                          挂载Windows文件网络共享；
nfs		                          Unix/Linux文件网络共享。