Linux学习基础篇（磁盘管理、文件系统选择及NFS）

1、磁盘管理

1.1、MBR与GPT

MBR（Master Boot Record）：磁盘主引导记录。由三部分组成，主引导程序（boot loader），446字节；分区表项（Disk Partition Table，DPT），负责说明磁盘上的分区情况，64字节；结束标志（Magic Number），2字节，固定为55AA。。

GPT（GUID Partition Table）：全局唯一标识分区列表，是一个物理硬盘的分区结构。它用来替代BIOS中的主引导记录分区表（MBR）。

MBR由传统的BIOS支出，而GPT则由UEFI支持。

MBR由于分区表只有64字节大小，所以只能有四个表项，表现为硬盘只能有4个主分区，如果需要超过4个分区，则必须使用3个主分区加一个扩展分区，在扩展分区中使用逻辑分区；几乎所有的操作系统都支持MBR；MBR支持32位和64位操作系统；MBR无法识别大于2T的分区，也无法支持大于2T的硬盘。

GPT没有4个主分区的限制，对分区的数量无限制；GPT可管理最大18EB的硬盘；要使用GPT作为启动盘，需要UEFI主板和操作系统的支持；GPT只支持64位操作系统。

UEFI的目标是取代传统BIOS，它不支持MBR，仅支持GPT。不过，近年出现的UEFI主板，采用UEFI+BIOS共存模式，并且BIOS中集成UEFI启动项。

1.2、使用fdisk工具对磁盘进行分区

fdisk是Linux下一款功能强大的磁盘分区管理工具，可以查看磁盘的使用情况，也可以对磁盘进行分区。fdisk仅支持MBR，不支持GPT，若要对GPT进行分区需要使用parted工具。

fdisk分为两个部分，查询模式和交互模式。使用命令fdisk –l可查看分区状况，使用命令fdisk 磁盘设备可进入交互操作模式。

交互操作模式下的常用命令如下：

• d：删除一个分区
• l ：查看支持的磁盘分区类型
• m：显示fdisk每个交互命令的详细含义
• n：增加一个新的分区
• p：显示分区信息
• q：不保存退出
• t：改变分区类型
• w：保存退出

注意：在使用fdisk工具完成分区后，需要使用mkfs.命令将分区格式化之后才可以挂载使用，mkfs.命令语法如下：

mkfs.文件系统类型 分区

例如，将/dev/sdb1分区格式化成xfs类型，可以使用以下命令：

[root@localhost ~]# mkfs.xfs /dev/sdb1

一个例子：添加一个15GB的硬盘，并将该硬盘分成一个10GB和一个5GB的分区。

在未添加硬盘前使用fdisk –l查看分区信息：

添加一个15GB的硬盘后使用fdisk –l查看分区信息（新添加的磁盘见红框处）：

使用fdisk /dev/sdb命令进入交互模式：

先输入p查看该磁盘的分区信息：

从返回的信息可以看到该磁盘尚未分区，此时先输入n创建一个10GB大小的分区：

fdisk工具提示创建主分区或者是扩展分区，这里会显示已经创建了几个主分区及扩展分区，输入p创建一个主分区：

提示输入分区号，fdisk工具会显示可以使用的分区号，这里我们输入1：

提示输入起始扇区，这里从头开始，即输入2048：

提示输入结束扇区，fdisk工具给出提示这里可以接受的参数，我们要划分的分区大小为10GB，这里可以输入+10G：

显示我们创建的分区信息，此时使用p查看该磁盘的分区信息：

此时已经可以看到我们划分的10GB的分区了，重复上面的动作继续划分一个大小为5GB的分区，然后使用p查看该磁盘的分区信息：

完成分区后，使用w保存退出fdisk工具：

此时使用fdisk –l命令查看磁盘信息（红框处）：

分区完成后，我们使用mkfs命令将/dev/sdb1格式化成xfs类型，/dev/sdb2格式化成ext4类型，然后使用mount命令将/dev/sdb1挂载到/data1、/dev/sdb2挂载到/data2，挂载完成后使用df -Th命令查看分区挂载信息（注意红框处信息）：

至此，分区结束。

1.3、使用parted工具对磁盘进行分区

由于fdisk工具只支持MBR，不支持GPT，所以fdisk只能对不大于2TB的硬盘进行分区，大于2TB的硬盘或者GPT的硬盘就需要使用parted工具进行分区。

parted工具也分为查询模式和交互模式，使用parted –l查看磁盘及分区信息，使用parted 磁盘设备可以进入交互模式，常用的交互命令如下：

• mklabel：创建分区表，设置磁盘使用MBR（parted下表示为msdos）或GPT。例如：mklable gpt
• mkpart：创建新分区，命令格式为mkpart 分区类型 [文件系统类型] 起始位置 结束位置。其中，分区类型主要有primary（主分区）、extended（扩展分区）、logical（逻辑分区）；文件系统类型有FAT32、ext3、ext4等
• print：输出分区信息，可简写为p。该命令有三个选项，选项free显示该磁盘的所以信息，并显示磁盘剩余空间；number显示指定分区的信息，如print 1；all或list显示所以磁盘信息
• rm：删除分区
• select：选择硬盘。输入parted命令进入交互模式时，默认使用的是第一块硬盘，如果需要使用其他硬盘可使用该命令进行切换。
• quit：退出parted（parted会自动保存对硬盘的修改）

一个例子：使用parted工具对新添加的一块15GB硬盘进行分区，使用GPT格式，并划分一个10GB大小和一个5GB大小的分区。

使用parted -l查看磁盘及分区信息（注意红框处）：

使用parted /dev/sdb命令进入交互模式：

该磁盘使用GPT，输入命令mklabel gpt：

parted工具的警告，提示改变该磁盘的格式会使数据全部丢失，是否继续，这里输入yes，之后输入print查看该磁盘的信息（注意红框处）：

磁盘已经改变成为GPT格式，接下去输入mkpart primary 0G 10G（这里不指定文件系统类型，等分区完成后使用mkfs命令格式化）：

输入命令print查看分区情况：

此时可以看到10GB的分区已经创建完毕，接下去重复上面的动作创建一个5GB的分区，创建完成后使用命令print查看分区信息：

两个分区已经创建，接下去使用mkfs格式化后使用mount挂载即可使用。

1.4、LVM逻辑卷管理

LVM，Logical Volume Manage，逻辑卷管理。是Linux下对磁盘分区进行管理的一种机制，LVM是建立在磁盘分区和文件系统之间的一个逻辑层，管理员利用LVM可以在磁盘不用重新分区的情况下动态调整分区大小。如果系统新增了一块硬盘，通过LVM即可将新增的硬盘空间直接扩展到原来的磁盘分区上。

LVM有以下几个概念：

• 物理存储设备（physical media）：存储设备文件，如/dev/sda等
• PV（physical volume）：物理卷
• VG（Volume Group）：卷组
• LV（logical volume）：逻辑卷
• PE（physical extent）：PV中可以分配的最小存储单元
• LE（logical extent）：LV中可以分配的最小存储单元

它们之间的关系如下图所示：

要使用LVM，系统中需要安装以下软件包：

lvm2
lvm2-libs
e2fsprogs
e2fsprogs-libs
xfsprogs

创建LVM：

1. 对磁盘进行分区
2. 创建物理卷：使用命令pvcreate 分区将指定的分区创建成PV，使用命令pvdisplay可以查看PV的信息
3. 创建卷组：使用命令vgcreate 卷组名称 PV分区将指定的PV创建加入卷组，使用命令vgdisplay可以查看卷组信息
4. 激活卷组：使用命令vgchange –a y 卷组名激活指定的卷组
5. 创建逻辑卷：使用命令lvcreate –L 容量大小|-l PE数量 –n 逻辑卷名称 卷组创建逻辑卷，使用命令lvdisplay可以查看逻辑卷信息
6. 使用命令mkfs.文件系统类型 /dev/卷组/逻辑卷格式化逻辑卷
7. 使用mount挂载逻辑卷

卷组的扩展：

使用命令vgextend 卷组名 PV分区扩展卷组

逻辑卷的扩展：

使用命令lvextend –l +PE数量|-L +容量大小 逻辑卷路径扩展逻辑卷

删除LVM：

1. 卸载逻辑卷对应的分区
2. 删除逻辑卷：使用命令lvremove 逻辑卷路径删除逻辑卷
3. 删除卷组：使用命令vgremove 卷组删除卷组
4. 删除物理卷：使用命令pvremove PV分区删除物理卷

额外的：

使用命令xfs_growfs 挂载点可以在线扩展xfs分区；使用命令resize2fs 设备名可以在线扩展ext4分区。

一个创建LVM的例子：添加两块15GB大小的硬盘，一块划分成10GB大小和5GB大小的两个分区，另一块划分成10GB大小的一个分区，将这三个分区创建成PV，并加入到名为VG1的卷组中，VG1卷组中分别创建大小为15GB和9GB的LV，15GB大小的LV挂载到/data1，9GB大小的LV挂载到/data2

使用fdisk工具对两块硬盘进行分区，分区后的结果如下：

使用pvcreate将/dev/sdb1、/dev/sdb2和/dev/sdc1创建成PV：

通过pvdisplay命令可以看到新创建的三个PV：

使用vgcreate命令创建卷组VG1，并将刚才创建的三个PV加入该卷组：

使用vgdisplay命令查看刚创建的VG1：

使用命令vgchange激活VG1：

在卷组中分别创建大小为15GB和9GB的两个LV：

格式化这两个LV：

使用mount挂载这两个LV，然后使用df –Th命令查看挂载后的结果：

可以看到两个LV已经挂载完成，至此LVM的创建已完成。

扩展卷组及逻辑卷的一个例子：将/dev/sdc剩下的5GB空间分区，并将其加入卷组VG1，逻辑卷LV2扩展5GB的空间

使用vgdisplay命令查看VG1的信息：

注意Free PE栏的信息，该栏为VG1的剩余空间。使用vgextend命令将/dev/sdc2加入到卷组VG1中：

使用vgdisplay命令查看扩展后的VG1信息，注意Free PE栏：

使用lvdisplay命令查看逻辑卷LV2的信息，注意LV Size栏的信息：

使用lvextend命令为逻辑卷LV2扩展5GB大小的空间：

使用lvdisplay命令查看逻辑卷LV2的信息，此时LV Size的值已经扩大了：

至此，扩展卷组和逻辑卷完成。

2、生产环境文件系统选择

Linux下常见的的文件系统有DOS文件系统msdos，Windows下的FAT和NTFS，光盘文件系统ISO-9660，单一文件系统ext2和日志文件系统ext3、ext4、xfs，集群文件系统gfs（Red Hat Global File System）、ocfs2（oracle cluster File System）、虚拟文件系统（如 /proc），网络文件系统（NFS）。

对于读操作频繁，同时小文件众多的环境，使用ext4文件系统是个不错的选择。由于ext3的目录结构是线型的，因此当一个目录下文件的数量较多时，ext3的性能下降比较厉害，而ext4的延迟分配、多块分配和盘区功能使ext4适合对大量小文件的操作。大量实践证明，如果生产环境需要对文件进行大量的创建和删除操作的话，ext4是更高效的文件系统，接下来依次是xfs、ext3。例如网站应用，邮件系统等，都可使用ext4文件系统来达到最优性能。

对于写操作频繁的环境，如果是一些大数据文件操作，同时应用本身需要大量的写日志操作，那么xfs是最佳的选择。根据实际应用经验，对xfs、ext4、ext3块写入性能对比，整体上性能差不多，但在效率上（CPU利用率）最好的是xfs，接下来依次是ext4和ext3。

对性能要求不高、数据安全要求不高的环境，ext3/ext2文件系统是比较好的选择，因为ext2没有日志记录功能，这样就节省了很多磁盘性能。例如linux系统下的/tmp分区就可以采用ext2文件系统。

3、网络文件系统NFS

3.1、什么是NFS

NFS，Network File System，网络文件系统。它允许网络上的不同操作系统通过TCP/IP网络共享数据。使用NFS，首先在服务端共享出文件或目录，然后客户端将共享的文件或目录挂载到本地，这样在客户端上就可以很方便的使用服务端提供的文件，实现数据共享。

3.2、NFS服务端配置

NFS服务端的运行需要以下的软件包支持：

rpcbind
nfs-utils

确定安装好需要的软件包后，需要启动rpc服务和NFS服务，使用以下命令启动这两个服务：

systemctl start rpcbind
systemctl start nfs

可以使用以下命令查看所需的服务的运行状况：

systemctl status rpcbind
systemctl status nfs

/etc/exports文件为NFS服务端的配置文件，文件默认为空，该文件的格式为：

共享路径 客户端地址(选项)

• 共享路径：服务端上共享出来以供客户端使用的目录
• 客户端地址：允许访问服务端资源的客户端，可以是IP地址、主机名或域名，支持匹配
• 选项：ro，read only，客户端对共享资源只有读的权限；rw，read write，客户端对共享资源有读写权限；no_root_squash，信任客户端root用户，即如果登录的客户端用户为root，那么此用户拥有共享资源的最高权限；root_squash，不信任客户端root用户，即如果登录的客户端用户为root，那么该用户将被映射成nfsnobody，对于共享资源只有只读权限；all_squash，不管客户端登录的是什么用户，都将被映射成nfsnobody；no_all_squash，默认值，只有当客户端用户的UID和GID与服务端共享文件的UID和GID相同时，才对该文件有读写权限；sync，默认值，资料同步写入磁盘；async，资料暂时存放在内存，不写入磁盘

一个例子：服务端共享/mnt目录，允许客户端192.168.0.23登录并将登录的所有用户映射成nfsnobody，客户端对该目录只有只读的权限

在/etc/exports中做如下配置：

/mnt 192.168.0.23(ro,all_squash)

在完成/etc/exports文件的配置后，使用以下命令可以使配置立即生效：

exportfs [选项]

常用选项：

• -r：重新挂载/etc/exports中定义的共享目录
• -v：在屏幕上输出详细信息

3.3、NFS客户端配置

客户端需要安装的软件包即运行的服务与服务端相同。

使用以下命令挂载NFS服务端共享的目录：

mount -t nfs NFS服务端:目录 本地目录

例如：在NFS服务端192.168.0.22上共享/mnt目录，客户端需将其挂载在本机的/nfs目录下，使用命令如下

mount -t nfs 192.168.0.22:/mnt /nfs

使用以下命令可以查看NFS服务端上的共享目录：

showmount -e NFS服务端

4、反删除工具extundelete

4.1、简介及恢复原理

由于Linux没有类似Windows中回收站的功能，所以一旦误删除文件就只能通过数据恢复工具来找回。在Linux下有很多开源的数据恢复工具，常见的有debugfs、R-Linux、ext3grep、extundelete等，比较常用的有ext3grep和extundelete，这两个工具的恢复原理基本一样，但是ext3grep仅支持ext3的恢复，且恢复速度较慢，extundelete支持ext3/ext4，恢复速度更快，功能更加强大。

extundelete的恢复原理如下：

首先通过文件系统的inode信息（根目录的inode一般为2）来获得当前文件系统下所有文件的信息，包括存在的和已经删除的文件，然后利用inode信息结合日志去查询该inode所在的block位置，包括直接块，间接块等信息。最后利用dd命令将这些信息备份出来，从而恢复数据文件。

4.2、extundelete的使用

访问extundelete官网：http://extundelete.sourceforge.net/下载extundelete的源码包，通过源码编译安装extundelete。注意：extundelete的编译安装需要依赖包e2fsprogs、e2fsprogs-devel，请先确保已安装这两个包。

extundelete的常用选项：

• --restore-inode ：恢复指定节点的文件，恢复的文件会自动放在软件运行目录下的RESTORED_FILES文件夹中，使用节点编号作为参数
• --restore-file：恢复指定目录的文件，恢复的文件会自动放在软件运行目录下的RESTORED_FILES文件夹中，使用目录作为参数
• --restore-all：恢复所有的目录和文件