13 Linux磁盘管理

1.磁盘的基本概念

1.什么是磁盘

绝大多数人对硬盘都不陌生，
一块小小的硬盘里，就可以存储海量的照片音乐和电影，尤其是我们喜爱的各类动作片。
但如此小的空间，是如何储存那么多信息的呢？

每个硬盘中心都是一摞高速运转的圆盘，在圆盘上附着的一圈金属颗粒，每个金属颗粒都有自己的磁化程度，用于储存0和1。

当记录数据时，硬盘的磁头开始通电，形成强磁场，数据在磁场的作用下转变成电流，使颗粒磁化，从而将信息记录在圆盘上。

由海量颗粒组成的信息，就是我们存在硬盘里的数据。

什么是磁盘、软盘、硬盘？

2.磁盘的基本结构

1.什么是盘片: 硬盘一般有一个或多个盘片，每个盘片可以有两面，即第一个盘片的正面为0面，反面为1面然后依次类推。
2.什么是磁道:每个盘片的盘面在出厂的时候被划分出了多个同心圆环，数据就存储在这样的同心圆环上面，我们将这样的圆环称为磁道(Track)，每个盘面可以划分多个磁道。但肉业不可见。
3.什么是扇区: 在硬盘出厂时会对磁盘进行一次低格，其实就是再每个磁道划分为若干个弧段，每个弧段就是一个扇区 (Sector)。扇区是硬盘上存储的物理单位，现在每个扇区可存储512字节数据已经成了业界的约定。
4.什么是柱面:柱面实际上就是我们抽象出来的一个逻辑概念，简单来说就是处于同一个垂直区域的磁道称为 柱面 ，即各盘面上面相同位置磁道的集合。这样数据如果存储到相同半径磁道上的同一扇区，这样可以实现并行读取，主要是减少磁头寻道时间。
5.什么是磁头: 读取磁盘磁道上面金属块，主要负责读或写入数据。

3.磁盘的预备知识

我们需要简单了解下磁盘的接口类型、磁盘涉及的相关术语、磁盘在Linux下的命名方式。

1.磁盘的接口类型

IDE，Scsi（已经被淘汰）
)

SATA III 与SAS(企业使用较多)

ssd的Msata接口为超极本设计，但是被m.2接口的SSD替代，而m.2接口(支持SATA、PCI-E双通道协议)

1、M.2接口是为超极本量身定做的新一代接口标准，以取代原来的mSATA接口。拥有更小巧的规格尺寸，还是更高的传输性能，M.2都远胜于mSATA。 m2接口百度百科 固态硬盘SATA和mSATA有什么区别
2、M.2几个名词需要各位读者知道了解，SATA和PCI-E AHCI和NVMe
3、最后呢，可以扩展了解 M.2固态硬盘使用过程中常见问题？

2.磁盘的基本术语

尺寸: 2.5英寸 3.5英寸
容量：KB MB GB TB PB EB
转速：7500 15000
IOPS：每秒能够发生IO的次数

3.磁盘在系统上的命名方式

设备名称	分区信息	设备类型
/dev/sda	/dev/sda1	第一块物理磁盘第一分区
/dev/sdb	/dev/sdb2	第二块物理磁盘第二个分区
/dev/vdd	/dev/vdd4	第四块虚拟磁盘的第四个分区

PS1：系统中分区由数字编号表示，1~4留给主分区使用和扩展分区，逻辑分区从5开始，为什么分区还有限制？不应该是随意分配？因为MBR分区表只能分配4个主分区？why？
MBR为什么只能划分4个主分区

PS2: 前面我们已经提到过MBR分区表只能分配4个主分区，但现在还有一种新型的分区表GPT，GPT支持分配128个主分区。注意MBR与GPT之间不能互转，会导致数据丢失。
MBR与GPT之间又有什么区别

4.磁盘基本分区Fdisk

1.添加一块小于2TB的磁盘进行使用，步骤如下:
1.给虚拟机添加一块新的硬盘
2.使用fdisk进行分区
3.使用mkfs进行格式化
4.使用mount进行挂载
PS: 生产分区建议，如无特殊需求直接使用整个磁盘即可，无需分区。
PS: 学习分区建议: 1P+1E(3L) 2P+1E(2L) 3P+1E(1L) (仅适用于练习)

[root@lqz ~]# fdisk -l
[root@lqz ~]# fdisk  /dev/sdb
Command (m for help): m         #输入m列出常用的命令
Command action
   a   toggle a bootable flag               #切换分区启动标记
   b   edit bsd disklabel                   #编辑sdb磁盘标签
   c   toggle the dos compatibility flag    #切换dos兼容模式
   d   delete a partition                   #删除分区
   l   list known partition types           #显示分区类型
   m   print this menu                       #显示帮助菜单
   n   add a new partition                  #新建分区
   o   create a new empty DOS partition table   #创建新的空白分区表
   p   print the partition table            #显示分区表的信息
   q   quit without saving changes          #不保存退出
   s   create a new empty Sun disklabel     #创建新的Sun磁盘标签
   t   change a partitions system id       #修改分区ID,可以通过l查看id
   u   change display/entry units           #修改容量单位,磁柱或扇区
   v   verify the partition table           #检验分区表
   w   write table to disk and exit         #保存退出
   x   extra functionality (experts only)   #拓展功能

1.fdisk创建主分区

Command (m for help): n
Partition type:
   p   primary (0 primary, 0 extended, 4 free)  #主分区
   e   extended  #扩展分区
Select (default p): p   #选择创建主分区
Partition number (1-4, default 1):  #默认创建第一个主分区
First sector (2048-2097151, default 2048): #默认扇区回车
Using default value 2048
Last sector, +sectors or +size{K,M,G} (2048-2097151, default 2097151): +50M #分配50MB

2.fdisk创建扩展分区

Command (m for help): n  #新建分区
Partition type:
   p   primary (1 primary, 0 extended, 3 free)
   e   extended
Select (default p): e   #创建扩展分区
Partition number (2-4, default 2):
First sector (104448-2097151, default 104448):
Using default value 104448
Last sector, +sectors or +size{K,M,G} (104448-2097151, default 2097151): #空间都给到扩展分区

3.fdisk创建逻辑分区

Command (m for help): n  #新建分区
Partition type:
   p   primary (1 primary, 1 extended, 2 free)
   l   logical (numbered from 5)
Select (default p): l   #创建逻辑分区
Adding logical partition 5
First sector (106496-2097151, default 106496):
Using default value 106496
Last sector, +sectors or +size{K,M,G} (106496-2097151, default 2097151): +100M  #分配100MB空间

4.fdisk查看分区情况，并保存

Command (m for help): p #查看分区创建
Device Boot      Start         End      Blocks   Id  System
/dev/sdb1            2048      104447       51200   83  Linux
/dev/sdb2          104448     2097151      996352    5  Extended
/dev/sdb5          106496      311295      102400   83  Linux

#保存分区
Command (m for help): w
The partition table has been altered!
Calling ioctl() to re-read partition table.
Syncing disks.

#检查磁盘是否是MBR分区方式
[root@lqz ~]# fdisk /dev/sdb -l|grep type
Disk label type: dos

#安装parted, 刷新内核立即生效,无需重启
[root@lqz ~]# yum -y install parted
[root@lqz ~]# partprobe /dev/sdb

5.格式化磁盘

mkfs格式化磁盘，实质创建文件系统，文件系统类似于将房子装修成3室一厅，还是2室一厅。

#选项: 
# -b  设定数据区块占用空间大小，目前支持1024、2048、4096 bytes每个块。
# -t  用来指定什么类型的文件系统，可以是ext4, xfs
# -i  设定inode的大小
# -N  设定inode数量，防止Inode数量不够导致磁盘不足

#1.格式化整个磁盘
[root@lqz ~]# mkfs.ext4  /dev/sdb 

#2.格式化磁盘的某个分区
[root@lqz ~]# mkfs.xfs  /dev/sdb1

6.使用mount挂载并使用

如果需要使用该磁盘的空间，需要准备一个空的目录作为挂载点，与该设备进行关联。

[root@lqz ~]# mkdir /data
[root@lqz ~]# mount /dev/sdb1 /data

5.磁盘的基本分区Gdisk

前面我们已经了解到fdisk分区，但fdisk不支持给高于2TB的磁盘进行分区。如果有单块盘高于2TB，建议使用Gdisk进行分区。

1.使用gdisk进行磁盘分区

#1.安装gdisk分区工具
[root@lqz ~]# yum install gdisk -y

#2.创建一个新分区，500MB大小
[root@lqz ~]# gdisk /dev/sdb
Command (? for help): n     #创建新分区
Partition number (1-128, default 1):
First sector (34-2097118, default = 2048) or {+-}size{KMGTP}:
Last sector (2048-2097118, default = 2097118) or {+-}size{KMGTP}: +500M #分配500M大小

Command (? for help): p #打印查看
Number  Start (sector)    End (sector)  Size       Code  Name
   1            2048         1026047   500.0 MiB   8300  Linux filesystem

Command (? for help): w #保存分区
Do you want to proceed? (Y/N): y    #确认
OK; writing new GUID partition table (GPT) to /dev/sdb.
The operation has completed successfully.

#3.创建完成后，可以尝试检查磁盘是否为gpt格式
[root@lqz-node1 /]# fdisk /dev/sdb -l|grep type
Disk label type: gpt

#4.安装parted, 刷新内核立即生效,无需重启
[root@lqz ~]# yum -y install parted
[root@lqz ~]# partprobe /dev/sdb

2.使用mkfs进行格式化磁盘。前面已经介绍过，此处不反复介绍。

[root@lqz ~]# mkfs.xfs  /dev/sdb

3.使用mount命令将某个目录挂载该分区，进行使用。

[root@lqz ~]# mkdir /data_gdisk
[root@lqz ~]# mount /dev/sdb /data_gdisk

6.磁盘挂载方式Mount

前面我们已经提到过，如果需要使用磁盘的空间，需要准备一个空的目录作为挂载点，与该设备进行关联。mount主要是为文件系统指定一个访问入口。
PS: 类似我的商场没有门，那么就无法进入购买商品，此时通过mount命令可以创建一个入口。给超市安装一个门。如图:

1.通过mount进行挂载，但重启将会失效。我们称为临时生效。

# 选项：-t指定文件系统挂载分区 -a 挂载/etc/fstab中的配置文件 -o 指定挂载参数
# 挂载/dev/sdb1至db1目录
[root@lqz ~]# mkdir /db1
[root@lqz ~]# mount -t xfs /dev/sdb1  /db1/

2.挂载的磁盘，如果不想使用可以使用umount进行卸载。

#选项： -l 强制卸载

#1.卸载目录方式
[root@lqz ~]# umount /db1

#2.卸载设备方式
[root@lqz ~]# umount /dev/sdb1

#3.umount不能卸载的情况
[root@lqz db1]# umount /db1  
umount: /db1: device is busy.
        (In some cases useful info about processes that use
         the device is found by lsof(8) or fuser(1)

#PS: 如上情况解决办法有两种, 1.切换至其他目录 2.使用'-l'选项强制卸载    
[root@student db1]# umount -l /db1

3.如果需要实现永久挂载则需要将挂载信息写入/etc/fstab配置文件中实现。

#1.使用blkid命令获取各设备的UUID
[root@lqz ~]# blkid |grep "sdb1"
/dev/sdb1: UUID="e271b5b2-b1ba-4b18-bde5-66e394fb02d9" TYPE="xfs"

#2.使用UUID挂载磁盘sdb1分区至于db1， 测试挂载
[root@lqz ~]# mount UUID="e271b5b2-b1ba-4b18-bde5-66e394fb02d9" /db1

#3.写入/etc/fstab中，实现开机自动挂载
[root@lqz ~]# tail -1 /etc/fstab    
UUID=e271b5b2-b1ba-4b18-bde5-66e394fb02d9 /db1 xfs  defaults 0  0

#4.加载fstab配置文件, 同时检测语法是否有错误
[root@lqz ~]# mount –a

3./etc/fstab配置文件编写格式

要挂载的设备	挂载点(入口)	文件系统类型	挂载参数	是否备份	是否检查
/dev/sdb1	/db1	xfs	defaults	0	0

第四列：挂载参数。挂载参数有很多，在这块我们了解即可，不必深究。

参数	含义
async/sync	是否为同步方式运行。默认async
user/nouser	是否允许普通用户使用mount命令挂载。默认nouser
exec/noexe	是否允许可执行文件执行。默认exec
suid/nosuid	是否允许存在suid属性的文件。默认suid
auto/noauto	执行mount -a 命令时，此文件系统是否被主动挂载。默认auto
rw/ro	是否以只读或者读写模式进行挂载。默认rw
default	具有rw,suid,dev,exec,auto,nouser,async等默认参数的设定

第五列：是否进行备份。通常这个参数的值为0或者1

选项	含义
0	代表不做备份
1	代表要每天进行备份操作
2	代表不定日期的进行备份操作

第六列：是否检验扇区：开机的过程中，系统默认会以fsck检验我们系统是否为完整

选项	含义
0	不要检验磁盘是否有坏道
1	检验
2	校验 (当1级别检验完成之后进行2级别检验)

7.虚拟磁盘介绍SWAP

Swap分区在系统的物理内存不够时，将硬盘空间中的一部分空间释放出来，以供当前运行的程序使用。
PS: 当物理内存不够时会随机kill占用内存的进程，从而产生oom，临时使用swap可以解决。

1.创建分区，并格式化为swap分区。

[root@lqz ~]# fdisk  /dev/sdb       #分1个G大小
[root@lqz ~]# mkswap /dev/sdb1      #格式化为swap

2.查看当前swap分区大小，然后进行扩展和缩小

[root@lqz ~]# free -m
              total        used        free      shared  buff/cache   available
Mem:           1980        1475          80          10         424         242
Swap:          2047           4        2043

#1.扩展swap分区大小
[root@lqz ~]# swapon /dev/sdb2
[root@lqz ~]# free -m
              total        used        free      shared  buff/cache   available
Mem:           1980        1475          80          10         424         242
Swap:          3047           4        2043
[root@lqz ~]# swapon -a #代表激活所有的swap

#2.缩小swap分区大小
[root@lqz ~]# swapoff /dev/sdb1
[root@lqz ~]# free -m
              total        used        free      shared  buff/cache   available
Mem:           1980        1475          80          10         424         242
Swap:          2047           4        2043
[root@lqz ~]# swapoff -a #代表关闭所有的swap

3.检查当前swap分区有哪些设备

[root@lqz ~]# swapon -s
文件名             类型      大小   已用  权限
/dev/dm-1   partition   2097148   4616    -2
/dev/sdb1   partition   1048572   0       -2

4.如果磁盘没有过多的分区可用，也可以通过文件增加SWAP空间，本质上还是磁盘

[root@lqz ~]# dd if=/dev/zero of=/opt/swap_file bs=1M count=500
[root@lqz ~]# chmod 0600 /opt/swap_file
[root@lqz ~]# mkswap -f /opt/swap_file 
[root@lqz ~]# swapon /opt/swap_file
[root@lqz ~]# free -m

PS: 如果希望swap开机自动挂载，将swap信息追加至/etc/fstab即可。