Linux磁盘与文件系统管理

玄台
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认识Linux系统

磁盘组成与分区

磁盘中以扇区为最小单位。

磁盘分区表主要有两种格式，一种是限制较多的 MBR 分区表，一种是较新且限制较少的 GPT 分区 表。

MBR 分区表中，第一个扇区最重要，里面有：

（1）主要开机区（Master boot record, MBR）及分区表 （partition table）， 其中 MBR 占有 446 Bytes，而 partition table 则占有 64 Bytes。

（2）GPT 分区表除了分区数量扩充较多之外，支持的磁盘容量也可以超过 2TB。

/dev/sd[a-p][1-128]：为实体磁盘的磁盘文件名

/dev/vd[a-d][1-128]：为虚拟磁盘的磁盘文件名

文件系统特性

在磁盘分区之后都要进行格式化(format)之后才能使用，这是因为文件系统都有不同的格式和类型。

文件系统通常会将两部份的数据分别存放在不同的区块，权限与属性放置到 inode 中，实际数据则放置到 data block 区块中。

还有一个超级区块 （superblock） 会记录整个文件系 统的整体信息，包括 inode 与 block 的总量、使用量、剩余量

  • superblock：记录此 filesystem 的整体信息，包括inode/block的总量、使用量、剩余量， 以及文件系统的格式与相关信息等
  • inode：记录文件的属性，一个文件占用一个inode，同时记录此文件的数据所在的 block 号码
  • block：实际记录文件的内容，若文件太大时，会占用多个block

inode

  • 该文件的存取模式（read/write/excute）
  • 该文件的拥有者与群组（owner/group）
  • 该文件的容量；
  • 该文件创建或状态改变的时间（ctime）
  • 最近一次的读取时间（atime）； 最近修改的时间（mtime）
  • 定义文件特性的旗标（flag），如 SetUID...
  • 该文件真正内容的指向 （pointer）

inode 的数量与大小也是在格式化时就已经固定了

  • 每个 inode 大小均固定为 128 Bytes （新的 ext4 与 xfs 可设置到 256 Bytes）-
  • 每个文件都仅会占用一个 inode 而已

承上，因此文件系统能够创建的文件数量与 inode 的数量有关； 系统读取文件时需要先找到 inode，并分析 inode 所记录的权限与使用者是否符合，若符合才能够开始 实际读取 block 的内容。

与目录树的关系

创建目录时，系统会给目录分配一个inode和至少一个block，inode中存的时目录的相关权限和属性，而block中存的是文件名和文件对应的inode号

XFS日志式文件系统

xfs主要规划为三个部分，一个数据区 （data section）、一个文件系统活动登录区 （log section）以及一个实时运行区（realtime section）。

磁盘分区、格式化、检视与挂载

观察磁盘分区的状态： lsblk列出系统上的所有磁盘列表

参数选项
-d ：仅列出磁盘本身，并不会列出该磁盘的分区数据 
-f ：同时列出该磁盘内的文件系统名称 
-i ：使用 ASCII 的线段输出，不要使用复杂的编码 （再某些环境下很有用） 
-m ：同时输出该设备在 /dev 下面的权限数据 （rwx 的数据） 
-p ：列出该设备的完整文件名！而不是仅列出最后的名字而已。 
-t ：列出该磁盘设备的详细数据，包括磁盘伫列机制、预读写的数据量大小等
[root@lx:~]#lsblk
NAME          MAJ:MIN RM  SIZE RO TYPE MOUNTPOINT
sda             8:0    0   50G  0 disk 
├─sda1          8:1    0    1G  0 part /boot
└─sda2          8:2    0   49G  0 part 
  ├─klas-root 253:0    0 46.9G  0 lvm  /
  └─klas-swap 253:1    0  2.1G  0 lvm  [SWAP]
sdb             8:16   0  500G  0 disk 
sr0            11:0    1  4.3G  0 rom
  • NAME：就是设备的文件名啰！会省略 /dev 等前导目录！
  • MAJ:MIN：其实核心认识的设备都是通过这两个代码来熟悉的！分别是主要：次要设备代码！
  • RM：是否为可卸载设备 （removable device），如光盘、USB 磁盘等等
  • SIZE：当然就是容量啰！
  • RO：是否为只读设备的意思
  • TYPE：是磁盘 （disk）、分区 （partition） 还是只读存储器 （rom） 等输出
  • MOUTPOINT：挂载点！

blkid 列出设备的 UUID 等参数

[root@lx:~]#blkid
/dev/mapper/klas-swap: UUID="0ade10c9-40f6-4d2a-8e1d-934474800604" TYPE="swap"
/dev/sr0: BLOCK_SIZE="2048" UUID="2023-03-31-21-06-57-00" LABEL="Kylin-Server-10" TYPE="iso9660"
/dev/mapper/klas-root: UUID="6cac1d1f-35b0-40b9-af73-c1d3243e7e19" BLOCK_SIZE="512" TYPE="xfs"
/dev/sda2: UUID="hgK3Rb-yiU1-f43o-lT7c-FatC-NLYl-2Gvdpi" TYPE="LVM2_member" PARTUUID="1873d1e8-02"
/dev/sda1: UUID="f32340b3-19ad-400e-b731-a9edca312394" BLOCK_SIZE="512" TYPE="xfs" PARTUUID="1873d1e8-01"

parted 列出磁盘的分区表类型与分区信息

[root@lx:~]#parted /dev/sda print
Model: VMware, VMware Virtual S (scsi)
Disk /dev/sda: 53.7GB
Sector size (logical/physical): 512B/512B
Partition Table: msdos
Disk Flags: 

Number  Start   End     Size    Type     File system  Flags
 1      1049kB  1075MB  1074MB  primary  xfs          boot
 2      1075MB  53.7GB  52.6GB  primary               lvm

磁盘分区工具gdisk/fdisk

在分区管理中，使用不同的工具（如 fdisk 和 gdisk）来处理 MBR（主引导记录）和 GPT（GUID 分区表）主要是因为这两种分区格式的结构和实现方式存在显著差异。以下是对这两个工具及其适用范围的详细说明：

MBR 和 GPT 分区格式

  1. MBR（主引导记录）

    • 由 BIOS 使用的一种较旧的分区格式。
    • 最大支持 2TB 的单个分区。
    • 最多支持 4 个主分区，或 3 个主分区 + 1 个扩展分区。
    • 分区信息存储在硬盘的前 512 字节中，包括主引导记录。

  2. GPT（GUID 分区表）

    • 由 UEFI 使用的现代分区格式。
    • 最大支持 9.4ZB 的单个分区（理论上）。
    • 支持多达 128 个分区（具体数量取决于实现）。
    • 包含冗余的分区表，分为主 GPT 表和备份 GPT 表，增加了数据的安全性。

工具差异

  • fdisk

    • 是用来管理 MBR 分区表的实用程序。
    • 不支持 GPT 分区表，仅能处理传统的 MBR 格式。

  • gdisk

    • 是 GNU 的 GPT fdisk 工具，专门用来管理 GPT 分区表。
    • 提供了一个类似于 fdisk 的界面，但功能和支持的分区格式不同。

使用parted进行分区

格式化磁盘

mkfs.xfs，格式化的速度超级快，必须格式化磁盘才能使用

开机自动挂载

/etc/fstab或者/etc/rc.local 在 Linux 系统中，挂载磁盘的方式通常取决于磁盘的类型和挂载的需求。以下是一些基本的原则和建议：

/etc/fstab

/etc/fstab 文件是用于在系统启动时自动挂载文件系统的配置文件。适合在此文件中挂载的类型包括：

  • 常用磁盘分区：例如，根分区 (/)、用户分区 (/home)。
  • 网络文件系统：例如 NFS、CIFS。
  • 外部存储设备：如 USB 驱动器和其他类型的存储设备，只要你希望在每次启动时都挂载它们。

示例：

/dev/sda1   /       ext4    defaults    0   1
/dev/sdb1   /data   ext4    defaults    0   2

/etc/rc.local

/etc/rc.local 是一个脚本文件，可用于在系统启动时执行任意命令。这种方法适用于以下场景：

  • 动态或特殊情况下的挂载：你需要根据条件决定是否挂载的文件系统。
  • 不需要在启动时自动挂载但需要在系统运行后挂载的文件系统。
  • 需要执行额外命令：比如挂载之后执行特定的操作。

示例：

#!/bin/bash
mount /dev/sdb1 /mnt/external_drive

选择建议

  • 如果你的挂载是静态且较为标准的（例如大多数用户的文件夹），建议使用 /etc/fstab。
  • 如果你需要在特定条件下挂载或需要执行其他命令，建议使用 /etc/rc.local。

总的来说，最佳实践是尽可能使用 /etc/fstab 进行挂载配置，以保持系统的一致性和简洁性。

mount -a 
mount [-l]
mount [-t 文件系统] LABEL='' 挂载点 
mount [-t 文件系统] UUID='' 挂载点 
mount [-t 文件系统] 设备文件名 挂载点 
选项与参数： 
-a ：依照配置文件 /etc/fstab 的数据将所有未挂载的磁盘都挂载上来 
-l ：单纯的输入 mount 会显示目前挂载的信息。加上 -l 可增列 Label 名称！ 
-t ：可以加上文件系统种类来指定欲挂载的类型。常见的 Linux 支持类型有：xfs, ext3, ext4, reiserfs, vfat, iso9660（光盘格式）, nfs, cifs, smbfs （后三种为网络文件系统类型） 
-n ：在默认的情况下，系统会将实际挂载的情况实时写入 /etc/mtab 中，以利其他程序的运行。 但在某些情况下（例如单人维护模式）为了避免问题会刻意不写入。此时就得要使用 -n 选项。
-o ：后面可以接一些挂载时额外加上的参数！比方说帐号、密码、读写权限等： 
async, sync: 此文件系统是否使用同步写入 （sync） 或非同步 （async） 的 内存机制，请参考文件系统运行方式。默认为 async。 
atime,noatime: 是否修订文件的读取时间（atime）。为了性能，某些时刻可使用 noatime ro, rw: 挂载文件系统成为只读（ro） 或可读写（rw） 
auto, noauto: 允许此 filesystem 被以 mount -a 自动挂载（auto） 
dev, nodev: 是否允许此 filesystem 上，可创建设备文件？ dev 为可允许 
suid, nosuid: 是否允许此 filesystem 含有 suid/sgid 的文件格式？ 
exec, noexec: 是否允许此 filesystem 上拥有可执行 binary 文件？ 
user, nouser: 是否允许此 filesystem 让任何使用者执行 mount ？一般来说， mount 仅有 root 可以进行，但下达 user 参数，则可让 一般 user 也能够对此 partition 进行 mount 。 
defaults: 默认值为：rw, suid, dev, exec, auto, nouser, and async 
remount: 重新挂载，这在系统出错，或重新更新参数时，很有用！

# Device Mount point filesystem parameters dump fsck 
/dev/mapper/centos-root / xfs defaults 0 0 UUID=94ac5f77-cb8a-495e-a65b-2ef7442b837c 
/boot xfs defaults 0 0 /dev/mapper/centos-home /home xfs defaults 0 0 
/dev/mapper/centos-swap swap swap defaults 0 0

第一栏Device：要挂载的设备 第二栏Mount point：挂载点 第三栏filesystem：文件系统类型 第四栏parameters：挂载参数一般为默认 第五栏dump：能否被 dump 备份指令作用 第六栏fsck：是否以 fsck 检验扇区

swap内存交换空间

第一步：使用gdisk创建一个swap的空间 第二步：创建swap格式，mkswap /dev/xxx 第三步：swapon /dev/xxx 载入

以文件创建swap分区

步骤一：使用dd创建一个自定义大小的文件

dd if=/dev/zero of=/tmp/swap bs=1M count=128

步骤二：mkswap 格式化文件

步骤三：载入swapon

步骤四：swapoff关闭swap的挂载

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