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- 磁盘结构
- 磁盘分区
- 磁盘分区管理
- 文件系统管理
- 挂载
一、磁盘结构
（一）设备文件
设备文件：
linux系统下一切皆文件，设备文件分为块设备和字符设备块设备：存取单位为“块”，如磁盘
字符设备：存取单位为“字符”，如键盘
-
设备号码：
- 主设备号：major number，标识设备类型
- 次设备号：minor number，标识同类型不同设备
- 下图红色方框内，逗号前为主设备号表示设备类型，逗号后为次设备号
- 创建设备文件 mknod
mknod filepath {b | c} m n // b指块设备，c指字符设备，m指主设备号，n指次设备号
（二）磁盘设备文件命名：/dev/DEV_FILE
物理磁盘
/dev/sd，虚拟磁盘/dev/vd不同磁盘标识：a-z排序，如
/dev/sda,/dev/sdb同磁盘的不同分区标识：数字排序，从1开始，但是并不一定连续编号，视分区方式而定，如
/dev/sda1，/dev/sda5
（三）磁盘物理概念
head：磁头，一张磁盘的两个面需要各配置一个磁头，磁头数等于盘面数
track：磁道，磁盘盘面分成许多同心圆，每个同心圆是一个磁道
sector: 扇区，磁道被分成长度相等的多个区段为扇区，每个扇区大小512bytes
cylinder: 柱面，硬盘上所有盘面上相同位置的磁道组合成的假想的圆柱面
（四）磁盘寻址
磁盘寻址方式：较老的CHS和较新的LBA方式
-
CHS寻址
- 采用24bit位寻址
- 其中前10位表示cylinder，中间8位表示head，后面6位表示sector。
- 最大寻址空间：(2^10) * (2^8) * (2^6) * 512B / (2^30) = 8GB
-
LBA寻址
- 采用48bit寻址
- 最大寻址空间128PB
磁盘小于8GB时两种寻址方式均可；当磁盘大于8GB时，必须使用LBA寻址方式。当前硬盘容量远大于8GB，CHS寻址已经基本淘汰。
二、磁盘分区
（一）磁盘分区的优势
优化I/O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
采用不同文件系统
（二）分区方式：MBR和GPT分区
1. MBR (Master Boot Record) 主引导记录
-
磁盘的0磁道0扇区被称为MBR，一共512bytes的空间分配如下：
- 446 bytes: boot loader 引导程序，linux使用grub2
- 64 bytes: DPT 分区表，每16byte描述一个分区，可以描述四个分区
- 2 bytes: 55AA，结束标志，表示磁盘有数据
从分区表的容量看，磁盘只能分为四个分区，称为主分区。为了能够分出更多分区，MBR允许建立一个扩展分区，再在扩建分区内创建逻辑分区。扩展分区占据一个主分区位置，分区信息存放在MBR中，从而主分区和扩展分区一共不能超过四个。
-
逻辑分区的分区信息存放：扩展分区中的每个逻辑分区的0扇区被称为EBR扩展引导记录，其512bytes的空间分配类似于MBR。
- 446bytes: 未使用
- 64byte: 分区表，第一个16bytes指向本逻辑分区，第二个16bytes指向下一个逻辑分区，其余两个16bytes尚未使用
- 2 bytes: 55AA，结束标志
BIOS（基本输入输出系统）硬件支持MBR分区方式，使操作系统启动
2. GPT (GUID Partition Table)
GUID (Global Unique Identifiers) 全局唯一标识符：GPT分区模式下没有主分区、扩展分区、逻辑分区之分，每个分区以128位的UUID (Universally Unique Identifier) 标识。
GPT分区表自动备份在分区头尾，并有CRC校验位
GPT分区支持128个分区，使用64位，支持8Z（512Byte/block ）64Z （4096Byte/block）
UEFI (统一扩展固件接口) 硬件支持GPT分区方式，使操作系统启动
（三）磁盘分区的管理
lsblk 列出块设备
-
磁盘分区管理工具
- fdisk 创建MBR分区
- gdisk 创建GPT分区
- parted 高级分区操作
1、parted 命令使用
语法：
parted [选项]... [设备[命令[参数]...]...]用例
parted /dev/sdb mklabel gpt|msdos //建立GPT或MBR分区
parted /dev/sdb print //显示磁盘分区情况
parted /dev/sdb mkpart primary 1 200 //建立主分区，大小从1M到200M
parted /dev/sdb rm 1 //删除编号为1的分区
parted -l //列出所有块设备分区情况
- 实验：
1.将新添加200G的磁盘建立MBR分区表
命令：parted /dev/sdb mklabel msdos
2.建立主分区1，大小从1M到1024M
命令：parted /dev/sdb mkpart primary 1 1024
3.建立主分区2，大小从1025M到3072M
命令：parted /dev/sdb mkpart primary 1025 3072
4.删除主分区2
命令：parted /dev/sdb rm 2
2、fdisk 命令使用
- 用法：
fdisk -l [-u] [device...] //查看分区，使用-u=cylinders选项以柱面为单位查看
#----------------------------------------------------------------------------#
fdisk device //管理分区
子命令：
p //分区列表
t //更改分区类型
n //创建新分区
d //删除分区
v //校验分区
u //转换单位
w //保存并退出
q //不保存并退出
- 实验：
1.新加一块100G的磁盘/dev/sdb，分别以扇区和柱面为单位查看磁盘分区信息
命令：
fdisk -l /dev/sdb
fdisk -l -u=cylinders /dev/sdb
2.磁盘分区：第一个主分区500M，第二个主分区10G，扩展分区50G，其中第一个逻辑分区20G，第二个逻辑分区占用扩展分区剩余空间
2.1命令fdisk /dev/sdb后，进入提示页面，输入n代表新建分区：
（1）提示选择分区类型，输入p或者直接回车表示新建主分区；
（2）提示选择分区编号，默认1，回车选择默认设置；
（3）提示分区开始扇区，回车按默认设置；
（4）提示分区结束扇区，输入+500M，代表分区大小500M，回车完成第一个主分区设置。其余分区设置基本类似，按提示操作即可。
2.2分区建立完成后，输入p查看分区列表
3.删除第一个20G逻辑分区，查看分区表发现原第二个逻辑分区的命名有了变化，证明磁盘的命名并不稳定，编写脚本时要特别防止代码中出现硬盘设备名称
4.删除50G扩展分区，发现内部的逻辑分区同时被删除
5.不保存分区设置并退出：输入q即可
- gdisk用于GPT分区，使用方式和fdisk类似。
3、同步分区表
使用分区工具划分分区后，需要将磁盘上的分区信息同步至内存中
查看内核是否已经识别新的分区：
cat /proc/partitionsCentOS 6上同步分区
partx或kpartx
partx -a /dev/device //同步增加的分区，-a 增加分区
kpartx -a /dev/device //同步增加的分区，-f 强制同步分区表
partx -d --nr M-N /dev/device //同步减少的分区，-d 删除分区，-nr 指明删除分区范围
kpartx -d /dev/device //同步减少的分区
- CentOS 5和CentOS 7上同步分区
partprobe
partprobe [/dev/device] //同步分区
三、文件系统
功能：组织和分配存储设备的空间
查看系统支持的文件系统类型：ls /lib/modules/`uname -r`/kernel/fs
-
文件系统类型
- linux：ext2, ext3, ext4, xfs, swap
- 光盘:：iso9660
- Windows：fat32, exfat, ntfs
- 网络文件系统：NFS, CIFS
- RAW：未经处理或未经格式化产生的文件系统
-
是否支持日志
- 支持日志：ext3, ext4, xfs
- 不支持日志：ext2, vfat
四、文件系统管理
（一）创建文件系统 mkfs
- 语法：
mkfs.fstype /dev/device //fstype: ext3,ext4,xfs .etc
mkfs -t fstype /dev/device //fstype: ext3,ext4,xfs .etc
- mke2fs：ext文件系统专用管理工具，使用mkfs建立ext文件系统自动调用此命令
选项：
-t {ext2 | ext3 | ext4} //分区类型
-b {1024 | 2048 | 4096} //指定块的大小
-L 'LABEL' //指定卷标
-j //相当于-t ext3，mkfs.ext3 = mkfs -t ext3 = mke2fs -j = mke2fs -t ext3
-i # //一个inode标识多少字节空间，不要小于block大小，格式化后不能更改
-N # //指定分区中创建多少个inode
-I # //一个inode记录占用的磁盘空间大小，范围：128至4096，格式化后不能更改
-m # //为管理人员预留空间占总空间的百分比，默认5%
-O FEATURE //启用指定特性
-O ^FEATURE //关闭指定特性
- 实验：
现在有三个分区尚未创建文件系统，按以下配置创建：
（1）/dev/sdb1，ext3分区，卷标"USER"；
（2）/dev/sdb2，ext4分区，块大小2048字节，2048字节/inode；
（3）/dev/sdb3，ext4分区，预留空间占比2%。 - 命令：
mkfs.ext3 -L 'USER' /dev/sdb1
mke2fs -t ext4 -b 2048 -i 2048 /dev/sdb2
mkfs -t ext4 -m 2 /dev/sdb3
对/dev/sdb1建立文件系统后，显示的信息中：第一个红框表示卷标设置成功，第二个红框表示默认有5%的分区空间预留给超级用户，第三个红框表示超级块备份到分区的很多地方
对/dev/sdb2建立文件系统后，显示的信息中：红框中的inode数和block数基本相同，这是因为建立文件系统时块大小和每个inode标识块的大小相同。-i选项数值应该大于-b选项值，只有这样产生的inode数才会少于block数。否则，inode数大于block数，多出的inode数就被浪费掉了。
对/dev/sdb3建立文件系统后，显示的信息中：红框中的为超级用户的预留空间为总空间的2%。
（二）管理文件系统
- blkid 查询块设备属性
blkid -U UUID //根据指定的UUID查询设备
blkid -L LABLE //根据指定的LABLE查询设备
- findfs 查找分区，功能与blkid类似
findfs UUID="uuid" //根据指定的UUID查询设备
findfs LABEL="label" //根据指定的LABLE查询设备
- tune2fs 修改ext文件系统的可修改属性
-l //查看指定文件系统超级块（superblock）信息
-L 'LABEL' //修改卷标，也可以使用 e2label /dev/device label 修改
-m # //修改预留给管理员的空间百分比
-j //将ext2升级为ext3，即添加日志功能
-O //文件系统属性启用或禁用，禁用在属性前加^
-o //调整文件系统的默认挂载选项，禁用在属性前加^
-U UUID //修改UUID号
- 实验：将分区/dev/sdb2预留给管理员空间的百分比调至3%，增加卷标"TWO"，挂载属性添加acl支持
命令：
tune2fs -l /dev/sdb2
tune2fs -L 'TWO' -m 3 -o acl /dev/sdb2
首先使用-l选项查看当前文件系统的配置信息，第一个红框表明默认挂载选项为空，第二个红框38556/771120=5%表明为管理员预留的5%空间率。
修改文件系统属性后，再次查看，如图红框中所示：增加了acl挂载选项，为管理员预留的空间率变为23133/771120=3%。
- dumpe2fs 显示超级块和块组信息
dumpe2fs /dev/device //显示设备的超级块和块组信息
dumpe2fs -h /dev/device //只显示设备的超级块信息
（三）文件系统检测和修复
常发生在死机、意外关机之后
文件系统修复必须在未挂载状态下
-
fsck (File System Check) 文件系统修复工具
语法，以下两种格式均可：
fsck.FS_TYPE [options] /dev/device
fsck -t FS_TYPE [options] /dev/device选项：
-p: 自动修复错误
-r: 交互式修复错误
e2fsck ext文件系统修复工具
e2fsck -y /dev/device //修复过程自动回答yes
e2fsck -f /dev/device //强制检测修复分区，即使分区没问题也执行
- 实验：修复文件系统
命令：
dumpe2fs /dev/sdb1 | head -100
dd if=/dev/zero of=/dev/sdb1 bs=1 count=4096
tune2fs -l /dev/sdb1
e2fsck -y /dev/sdb1
首先使用dumpe2fs 命令查看块组信息，如图第2行指明/dev/sdb1分区的主超级块位于块1，下一步考虑破坏块1制造磁盘文件系统损坏
可以看到使用dd命令在对/dev/sdb1分区的前4096字节破坏后，磁盘出现了损坏，提示没有发现有效的系统超级块
可以看到/dev/sdb1修复成功，红框内文件系统状态为clean
五、挂载 mount
挂载：将文件系统与当前目录树中的目录建立联系，从而通过进入目录访问该文件系统
卸载：解除文件系统与被挂载目录的联系关系
被挂载的目录称作挂载点，挂载后目录下的内容将暂时被隐藏，无法被访问
挂载点一般选择空目录，避免目录原内容无法访问的问题
（一）mount 挂载命令
语法：
mount [options] device mount_point分区设备：包含设备文件、UUID、卷标、伪文件系统
UUID: -U "UUID" 卷标：-L "LABEL"挂载点：建议使用空目录
选项：
-t vsftype //指定要挂载设备的文件系统类型，不指明系统会检测文件系统类型
-r //readonly，只读挂载
-w //read and write, 读写挂载
-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（在/etc/fstab文件定义，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 挂载文件系统的子选项：
async //异步模式
sync //同步模式——内存更改时同时写磁盘
atime/noatime //是否更新文件系统文件和目录的atime时间戳
diratime/nodiratime //是否更新目录的atime时间戳
auto/noauto //是否支持自动挂载，即是否支持-a选项
exec/noexec //是否支持在文件系统上运行应用程序
dev/nodev //是否支持在此文件系统上使用设备文件
suid/nosuid //是否支持suid和sgid权限
remount //重新挂载，经常在给只读文件系统增加写属性时配合-rw选项使用
ro //只读
rw //读写
user/nouser //是否允许普通用户挂载此设备，/etc/fstab使用
acl //启用此文件系统上的acl功能
loop //使用loop设备
defaults //相当于rw, suid, dev, exec, auto, nouser, async, and relatime
cat /proc/mounts查看内核追踪到的所有已挂载设备，mount -n选项的挂载也可以看到实验：
按以下要求挂载：
（1）/dev/sdb1挂在到/mnt/dir1，不更新时间戳
（2）/dev/sdb2挂在到/mnt/dir2，只读模式，然后不卸载直接改为读写模式
（3）/dev/sdb3挂在到/mnt/dir3，不支持suid和sgid权限，不更新/etc/mtab
（4）将/app/file1文件挂载到/mnt/dir4
（5）将/etc目录挂载到/mnt/dir5
（6）将/dev/sdb2挂载到/mnt/dir6
命令：
//first step
mount -o noatime /dev/sdb1 /mnt/dir1
//second step
mount -o ro /dev/sdb2 /mnt/dir2
mount -o remount,rw /dev/sdb2 /mnt/dir2
//third step
mount -o nosuid -n /dev/sdb3 /mnt/dir3
//forth step
dd if=/dev/zero of=/app/file1 bs=1M count=500
mkfs -t ext3 /app/file1
mount -o loop /app/file1 /mnt/dir4
//fifth step
mount -B /etc /mnt/dir5
//sixth step
mount /dev/sdb2 /mnt/dir6
mount /dev/sdb3 /mnt/dir1
第一步，挂载成功。
第二步，第一次挂载时采用只读模式，导致无法新建文件；重新挂载时改为读写模式，成功新建文件。
第三步，挂载后无论df命令还是mount命令都无法看到/dev/sdb3的挂载信息。
此时，只能从/proc/mounts下才能看到。
将/bin/cat文件拷贝至/mnt/dir3并为其增加suid权限，登录普通用户并尝试访问/etc/shadow文件失败。此时，重新挂载将属性改为suid，再登录普通用户并尝试访问/etc/shadow文件成功。
第四步，使用dd命令创建文件，使用mkfs命令创建文件系统，df结果证明文件也可以挂载。
第五步，mount时使用-B选项成功挂载。此时，发现原目录和挂载点目录下文件完全相同，并且出现了相同文件inode号相同，inode节点数却是1的特殊现象。
第六步，将/dev/sdb2挂载到/mnt/dir6后发现挂载成功，/mnt/dir2和/mnt/dir6都能够访问/dev/sdb2分区内容。将/dev/sdb3挂载到/mnt/dir1后发现挂载成功，但/mnt/dir1访问的是/dev/sdb3分区内容，/dev/sdb1分区内容被隐藏。所以，单个分区可以挂载到不同目录，但不要把几个分区挂载到同一个目录。
（二）unmount 卸载命令
卸载前需要确保文件系统没有被进程访问，如果有，需要查询是什么进程访问文件系统，如有必要需要终止占用的进程。
查看挂载情况
findmnt mount_point | device查看正在访问文件系统的进程
// 两个命令均可
lsof mount_point
fuser -v mount_point
终止正在访问文件系统的进程
fuser -km mount_point卸载
umount mount_point | device在有进程访问时卸载分区
在另一个终端用vim访问/mnt/dir1目录内的文件，用lsof或fuer -v发现访问程序，使用fuer -km命令强行结束访问分区的vim程序，从而顺利卸载分区。
（三）/etc/fstab 文件
/etc/fstab文件用于配置文件系统体系，系统启动时按照此文件的设置挂载文件系统，同时被mount, fsck等工具使用
-
/etc/fstab文件格式：每行定义一个要挂载的文件系统，具体如下
- 要挂载的文件系统：可以是设备文件、UUID、LABEL和伪文件系统（e.g. proc）
- 挂载点
- 文件系统类型
- 挂载选项：defaults
- 备份频率：0-不备份；1-每天备份；2-隔一天备份
- 自检次序：0-不自检；1-首先自检，一般只有根文件系统才会设置
实验：系统启动时自动挂载分区，具体如下：
（1）/dev/sdb1挂载到/mnt/dir1
（2）将/app/file1文件挂载到/mnt/dir4
（3）将/etc目录挂载到/mnt/dir5
编辑/etc/fstab文件增加如下几行：
UUID=c825e990-eb35-49b1-9f94-72b06786b612 /mnt/dir1 ext3 defaults 0 0
/app/file1 /mnt/dir4 ext3 loop 0 0
/etc /mnt/dir5 none bind 0 0
通过blkid查看/dev/sdb1的UUID，用于编辑/etc/fstab文件。编辑完成后，重启系统会按照/etc/fstab的设置启动各个分区。当新添加的配置信息的挂载选项中有auto时（default中有auto，直接写loop或者bind也包含default选项），执行mount -a选项会自动挂载/etc/fstab文件有auto选项的新添加条目。
（四）交换分区：系统内存的补充
-
交换分区设置步骤：
- 创建交换分区
fdisk或文件，注意改变分区类型 - 使用
mkswap命令写入特殊签名 - 在
/etc/fstab文件中添加条目 - 使用
swapon -a激活交换分区
- 创建交换分区
启用交换分区
swapon [options] [device]
-a //激活所有交换分区
-p priority //指定优先级，priority=0~32767,值越大优先级越高
禁用交换分区
swapoff [options] [device]-
交换分区优先级：
- 交换分区优先级值越大优先级越高
- 系统指定的交换分区优先级从-1开始，每加入一个用户没有指定的交换分区，其优先级减一，故越早加入的系统指定交换分区优先级越高
- 用户指定的交换分区优先级范围：0-32767，所以任意用户指定的交换分区优先级高于系统指定
- 调整交换分区优先级用于优化性能，提高存取速度较快的交换分区优先级
实验：交换分区的设置
命令：
fdisk /dev/sdb5
mkswap /dev/sdb5
vim /etc/fstab
swapon -a
swapoff -a
分区时注意改变作为交换分区的分区system id，通过fdisk工具的t选项将id号由默认83改为82
建立swap分区，通过blkid命令可以看到/dev/sdb5已经成为swap分区
vim编辑/etc/fstab文件，增加条目，内容如下：
UUID=2b29e986-cd2c-435e-9431-6636c834a1e5 swap swap defaults 0 0
挂载交换分区成功，查看优先级发现系统默认新添加的交换分区优先级低于旧交换分区
再次编辑/etc/fstab文件，将/dev/sdb5分区的挂载选项增加pri值为10，再次挂载交换分区，此时发现/dev/sdb5的优先级最高
（五）挂载移动介质
访问移动介质前必须挂载
摘除移动介质前必须卸载
挂载点通常在/media和/mnt下
1. 使用光盘
光盘自动挂载目录：
/run/media/<user>/<label>手动挂载：
mount /dev/cdrom /mnt卸载并弹出光盘：
eject创建iso文件：
cp /dev/cdrom filename.iso //从光盘创建iso文件
mkisofs -r -o filename.iso /path //将目录下的所有文件打包为iso文件
- 实验：将CentOS 6.9 两张光盘内容合成为一个iso文件
命令：
//first step 将光盘1的内容复制到/app/CentOS_6.9_Final_Everything目录下
cp -r /media/CentOS_6.9_Final/ /app/CentOS_6.9_Final_Everything
//second step 将光盘2的内容复制到/app/CentOS_6.9_Final_Everything目录下
cp -r /media/CentOS_6.9_Final/Packages/* /app/CentOS_6.9_Final_Everything/Packages/
//third step 安装mkdvdiso.sh的依赖isomd5sum
yum install isomd5sum
//final step 执行mkdvdiso.sh生成可启动的iso文件
bash mkdvdiso.sh /app/CentOS_6.9_Final_Everything/ /app/CentOS_6.9_x86_64_Final_Everything.iso
2. 挂载USB介质
查看USB设备是否被识别
lsusbUSB介质会被内核识别为SCSI设备，设备编号类似/dev/sdb1
自动挂载目录：
/run/media/<user>/<label>手动挂载：
mount /dev/sdb1 /mnt
（六） 磁盘管理常用工具
free 内存空间状态查询
free [-m | -g | -h] //-m 以MB为单位，-g 以GB为单位，-h以人类易读方式显示df 文件系统占用等信息查询
df [options] [files]
-H //以1000为单位
-h //以人类易读方式显示
-i //显示节点号
-T //显示文件系统类型
- du 查看目录总体空间占用情况
du [options] dir
-h //以人类易读方式显示
-s //显示摘要信息
- dd 转化并复制文件
语法：dd if=/path/to/src of=/path/to/dest bs=# count=#
解释：
if //从设备文件、文件处输入
of //输出至文件
bs //指定输入、输出的块大小
ibs //一次输入块的大小
obs //一次输出块的大小
cbs //一次转化块的大小
skip //从开头忽略输入的块数
seek //从开头忽略输出的块数
count //拷贝记录数
应用：
dd if=/dev/sda of=/tmp/mbr.bak bs=512 count=1 //备份MBR
dd if=/dev/zero of=/dev/sda bs=64 count=1 seek=446 //破坏MBR的分区表
dd if=/dev/sda of=/dev/sdb //将磁盘/dev/sda整体备份至/sdb/sdb
dd if=/dev/sda of=/path/to/image //将磁盘/dev/sda整体备份为image文件
dd if=/path/to/image of=/dev/sda //将image文件恢复至磁盘/dev/sda
dd if=/dev/urandom of=/dev/sda //用随机数据填充硬盘，可用于销毁数据
