[系统运维]Linux磁盘及文件的管理

前言

最近在工作中总能遇到同事吐槽电脑磁盘空间不足的情况，对于系统管理员来说，合理分配管理自己的磁盘文件系统是一项必备的技能。所以在此我总结了相关的资料以备不时之需。

一、磁盘结构及分区表示

1.磁盘基础

硬盘（Hard Disk Drive ，简称HDD）是计算机常用的存储设备之一

1.1 硬盘的结构

• 物理结构
  ①盘片：硬盘有多个盘片，每个盘片2面
  ②磁头：每面一个磁头
• 数据结构
  ①扇区：磁盘上的每个磁道被分为若干个弧段，这些弧段便是硬盘的扇区。硬盘的第一个扇区，叫做引导扇区。
  ②磁道：当磁盘旋转时，磁头若保持在一个位置上，则每个磁头都会在磁盘表面划出一个圆形轨迹，这些圆形轨迹就叫做磁道。
  ③柱面：在有多个盘片构成的盘组中，由不同盘片的面，但处于同一半径圆的多个磁道组成的一个圆柱面。
  如下图所示：
  
• 存储容量
  磁盘存储容量=磁头数X磁道（柱面）数X每道扇区数X每扇区字节数

1.2 硬盘的接口

硬盘按数据接口不同，大致分为 ATA（IDE）和 SATA 以及 SCSI 和 SAS

2.磁盘分区表示

2.1 MBR

• MBR是主引导记录（MBR：Master Boot Record），位于硬盘的第一个物理扇区处，MBR中包含硬盘的主引导程序和硬盘分区表，分区表有4个分区记录区，每个分区记录区占16字节。
• 主启动记录(MBR)磁盘分区支持最大卷为2.2TB，每个磁盘最多有4个主分区，或3个主分区、1个扩展分区和在扩展分区里面分多个逻辑分区。
• Linux中将硬盘、分区等设备均表示为文件

/dev/hda5    
#dev 是硬件设备文件所在目录
#hd 表示IDE设备，sd 表示SCSI设备
#a 表示硬盘的顺序号，以字母a,b,c...表示
#5 表示分区的顺序号，以数字1.2.3...表示

2.2 磁盘分区结构

常见的硬盘可以划分为主分区、扩展分区和逻辑分区，通常情况下主分区只有四个，而扩展分区可以看成是一个特殊的主分区类型，在扩展分区中可以建立逻辑分区。主分区一般用来安装操作系统，扩展分区则多用来存储文件数据。

• 主分区和扩展分区的序号限制在1~4
• 逻辑分区的序号始终从5开始

2.3 文件系统类型

文件系统类型决定了向分区中存放、读取文件数据的方式和效率，在对分区进行格式化时需要选择使用的文件系统类型。最常用的文件系统主要包括以下几种格式：

• EXT4：第4代扩展文件系统，用于存放文件和目录数据的分区，是 Linux系统中默认使用的文件系统。是典型的日志型文件系统，其特点是保存有磁盘存取记录的日志数据，便于恢复，在存取性能和稳定性方面更加出色。

• SWAP:交换文件系统，用于为Linux系统建立交换分区。交换分区的作用相当于虚拟内存，能够在一定程度上缓解物理内存不足的问题。一般建议将交换分区的大小设置为物理内存的 1.5～2倍。例如，对于拥有
  512MB物理内存的主机，其交换分区的大小建议设置为1024NB。如果服务器的物理内存足够大（如 8GB以上），也可以不设置交换分区。交换分区不用于直接存储用户的文件和目录等数据。

• XFS：是一种高性能的日志文件系统，特别擅长于处理大文件，可支持上百万T字节的存储空间。由于XFS文件系统开启日志功能，所以即便发生宕机也不怕数据遭到破坏，这种文件系统可以根据日志记录在短时间内进行数据恢复。

• Linux系统还广泛支持其他各种类型的文件系统：
  如JFS、FAT16、FAT32、NTFS 等。

• Centos 6默认使用EXT4而Centos 7默认使用XFS

二、管理磁盘及分区

在Linux服务器中，当现有硬盘的分区规划不能满足要求，例如，根分区的剩余空间过少，无法继续安装新的系统程序时，就需要对磁盘中的分区进行重新规划和调整，有时候还需要添加新的硬盘设备来扩展存储空间。

1.检测并确认新硬盘——fdisk

• 想要实现上面所说的操作需要用到 fdisk 磁盘及分区管理工具，fdisk 是大多数Linux系统中自带的基本工具之一，具有查看和管理磁盘分区的作用。
  fdisk 命令格式如下：

fdisk -l  [磁盘设备]  
或
fdisk     [磁盘设备]

案例
用fdisk 命令查看当前我的磁盘信息：

[root@localhost ~]#fdisk -l

磁盘 /dev/sda：64.4 GB, 64424509440 字节，125829120 个扇区
Units = 扇区 of 1 * 512 = 512 bytes
扇区大小(逻辑/物理)：512 字节 / 512 字节
I/O 大小(最小/最佳)：512 字节 / 512 字节
磁盘标签类型：dos
磁盘标识符：0x00090272

   设备 Boot      Start         End      Blocks   Id  System
/dev/sda1   *        2048     1026047      512000   83  Linux
/dev/sda2         1026048     9414655     4194304   82  Linux swap / Solaris
/dev/sda3         9414656   125829119    58207232   83  Linux

磁盘 /dev/sdb：85.9 GB, 85899345920 字节，167772160 个扇区
Units = 扇区 of 1 * 512 = 512 bytes
扇区大小(逻辑/物理)：512 字节 / 512 字节
I/O 大小(最小/最佳)：512 字节 / 512 字节
磁盘标签类型：dos
磁盘标识符：0x4b3de2b9

   设备 Boot      Start         End      Blocks   Id  System
/dev/sdb1            2048    41945087    20971520   83  Linux

上面输出信息中包含了各硬盘的整体情况和分区情况，其中“/dev/sda”为原有的硬盘设备，而“/dev/sdb”为新增的硬盘，对于已有的分区，将通过列表的方式输出以下的信息：

• Decice：分区的设备文件名称
• Boot：是否引导分区。是，则有“ * ”标识
• Start：该分区在硬盘中的起始位置（柱面数）
• End：该分区在硬盘中的结束位置（柱面数）
• Blocks：分区的大小，以Blocks(块)为单位，默认的块大小为1024字节
• Id：分区对应的系统ID号。83表示Linux 中的EXT4分区、8e 表示LVM逻辑卷
• System：分区类型

2.规划硬盘中的分区

在硬盘中创建、删除、更改分区等操作同样通过 fdisk 命令进行

• 执行如下命令即可进入交互式的分区管理界面中：

[root@localhost ~]#fdisk /dev/sdb
欢迎使用 fdisk (util-linux 2.23.2)。
更改将停留在内存中，直到您决定将更改写入磁盘。
使用写入命令前请三思。
命令(输入 m 获取帮助)：

• 输入特定的分区操作指令可以完成各项分区管理任务，例如，输入“m” 指令后，可以查看各种操作指令的帮助信息：

命令(输入 m 获取帮助)：m
命令操作
   a   toggle a bootable flag
   b   edit bsd disklabel
   c   toggle the dos compatibility flag
   d   delete a partition
   g   create a new empty GPT partition table
   G   create an IRIX (SGI) partition table
   l   list known partition types
   m   print this menu
   n   add a new partition
   o   create a new empty DOS partition table
   p   print the partition table
   q   quit without saving changes
   s   create a new empty Sun disklabel
   t   change a partition's system id
   u   change display/entry units
   v   verify the partition table
   w   write table to disk and exit
   x   extra functionality (experts only)

• 交互模式中的常用指令如下：

Command (m for help) : m     #输入m指令

三、管理文件系统

在Linux系统中，使用fdisk工具在硬盘中建立分区以后，还需要对分区进行格式化并挂载到系统中指定的目录，然后才能用于存储文件、目录等数据。

1.创建文件系统

创建文件系统的过程也即格式化分区的过程，在Linux系统中使用 mkfs 命令格式可以格式化 XFS 、EXT4 、FAT等不同类型的分区，而使用mkswap命令可以格式化Swap交换分区。

1.1mkfs 命令

• 命令的基本格式如下：

mkfs  -t  文件系统类型  分区设备

例如，把分区/dev/sdb1格式化为EXT4文件系统：

[root@localhost ~]# mkfs -t ext4 /dev/sdb1

• 一般来说，不建议在Linux系统中创建或使用windows中的文件系统类型，包括FAT16、FAT32等，一些特殊情况，如Windows系统不可用、U盘系统被病毒破坏等除外。

1.2 mkswap 命令

在Linux系统中，Swap 分区的作用类型于windows系统中的“虚拟内存”，可以在一定程度上缓解物理内存不足的情况。当当前Linux主机运行的服务较多，需要更多的交换空间支撑时，可以为其增加新的交换分区。

mkswap 的基本命令格式如下：

mkswap  分区设备

示例：

[root@localhost ~]#fdisk /dev/sdb                            #首先需要把ID号设置为82
命令(输入 m 获取帮助)：t
分区号 (1,2，默认 2)：2
Hex 代码(输入 L 列出所有代码)：82
已将分区“Linux LVM”的类型更改为“Linux swap / Solaris”
命令(输入 m 获取帮助)：w                                        #保存并退出

[root@localhost ~]#mkswap /dev/sdb2                         
正在设置交换空间版本 1，大小 = 20971516 KiB
无标签，UUID=26a53c44-7a81-4b0d-943d-913d1f904fd5
[root@localhost ~]#cat /proc/meminfo |grep SwapTotal        #开启之前可以先查看一下
SwapTotal:       4194300 kB
[root@localhost ~]#swapon /dev/sdb2                         #启用交换空间
[root@localhost ~]#cat /proc/meminfo |grep SwapTotal        #查看是否开启成功
SwapTotal:      25165816 kB
[root@localhost ~]#swapoff /dev/sdb2                        #关闭交换空间
[root@localhost ~]#cat /proc/meminfo |grep SwapTotal        #查看是否关闭成功
SwapTotal:       4194300 kB

2.挂载、卸载文件系统

在Linux系统中，对各种存储设备中的资源访问（如读取，保存文件等）都是通过目录结构进行的，虽然系统核心能够通过“设备文件”的方式操纵各种设备，但是对于用户来说，还需要增加一个“挂载”的过程，才能像正常访问目录一样访问存储设备中的资源。

2.1 挂载文件系统

mount命令基本格式如下：

mount   [-t文件系统类型]  [存储设备挂载点]

• 其中，文件系统类型通常可以省略，由系统自动识别，存储设备对应分区的设备文件名或网络资源路径，挂载点即用户指定用于挂载的目录，例如，以下操作用于将光盘设备挂载在 /media/cdrom 目录：

[root@localhost ~]#mount /dev/cdrom /media/cdrom

• 使用不带选项或者参数的mount命令时，将显示出当前系统中已挂载的各个分区的相关信息，最近挂载的文件系统将显示在最后边，如下所示：

• 在工作中，会经常从互联网中下载一些软件或应用系统的ISO镜像文件，在无法刻录光盘的情况下，需要将其解压才能浏览使用其中的文件数据。如果使用 mount 挂载则无需揭开文件包即可浏览、使用ISO镜像文件中的数据。
  在挂载ISO镜像文件时，要注意的一点就是“.iso”镜像文件通常被视为一种特殊的“回环”文件系统，因此在挂载时需要添加“-o loop”选项。
  案例，执行以下操作可以将下载的CentOS系统的DVD光盘镜像文件“CentOS-7-x86_64-DVD-1611.iso”挂载到/media/mnt 目录下

[root@localhost ~]#mount -o loop CentOS-7-x86_64-DVD-1611.iso /media/mnt

2.2 卸载文件系统

需要卸载文件系统时，使用的命令是 umount，使用挂载点目录或对应设备的文件名作为卸载参数。

• 卸载已挂载的文件系统——umount
  命令格式如下：

umount   [存储设备位置]
umount   [挂载点目录]

• 由于同一个设备可以被挂载到多个目录下，所以一般建议通过挂载点的目录位置来进行卸载，例如，执行如下操作可以卸载掉挂载的光盘设备：

[root@localhost ~]#umount /dev/cdrom 

2.3 设置文件系统的自动挂载

系统中的/etc/fstab文件可以视为mount命令的配置文件，其中存储了文件系统的静态挂载数据，Linux系统在每次开机时，会自动读取这个文件的内容，自动挂载所指定的文件系统
默认的fstab文件中包括了根分区，/boot分区、交换分区及proc、tmpfs等伪文件系统的挂载配置

• 执行如下命令可以查看其中的配置文件：

[root@localhost ~]#cat /etc/fstab 

UUID=e92a9632-e630-4f3b-8e13-b777bbd4c167 /                       xfs     defaults        0 0
UUID=7ad71f91-b022-484a-8a4a-a05b63a67d32 /boot                   xfs     defaults        0 0
UUID=34623334-0206-4e5b-be69-d2d85bdfcce4 swap                    swap    defaults        0 0
/dev/sdb1                                 /home                   xfs     defaults        0 0

在“/etc/fstab”文件中，每一行记录对应一个分区或设备的挂载配置信息，从左到右包括六个字段，含义如下：

• 第一个字段：设备名或分区
• 第二个字段：文件系统的挂载点目录的位置
• 第三个字段：文件系统类型
• 第四个字段：文件系统挂载参数
• 第五个字段：表示文件系统是否需要备份，一般1为需要，0为不需要。
• 第六个字段：该数字用于决定在系统启动时进行磁盘检查的顺序。0表示不进行检查，1表示优先检查。

通过在“/etc/fastb”文件中添加相应的挂载配置，可以实现开机后自动挂载指定的分区，例如，执行以下操作将添加自动挂载分区/dev/sdb1 的配置记录：

[root@localhost ~]#vim /etc/fstab 

设置磁盘分区和自动挂载具体步骤请看案例操作

3.查看磁盘使用情况

3.1 mount 命令

不带选项及参数的mount 命令可以显示分区的挂载情况，若要了解系统中已挂载的文件系统磁盘使用情况，如剩余磁盘空间比例等，可以使用 df 命令。

• 命令格式如下：

df [选项] [文件] 或[设备]

• 常用选项如下：

3.2 lsblk 命令

lsblk 命令能列出系统上所有的磁盘

命令格式如下：

lsblk [参数]

• 常用选项和参数如下：

例如，输入 lsblk 命令，会显示出我的所有磁盘信息：

[root@localhost ~]#lsblk
NAME                MAJ:MIN RM  SIZE RO TYPE MOUNTPOINT
sda                   8:0    0   60G  0 disk 
├─sda1                8:1    0  500M  0 part /boot
├─sda2                8:2    0    4G  0 part [SWAP]
└─sda3                8:3    0 55.5G  0 part /
sdb                   8:16   0   60G  0 disk 
├─sdb1                8:17   0   20G  0 part 
│ └─vgname1-lvname1 253:0    0   30G  0 lvm  /opt
└─sdb2                8:18   0   20G  0 part 
sdc                   8:32   0   60G  0 disk 
├─sdc1                8:33   0   20G  0 part 
│ └─vgname1-lvname1 253:0    0   30G  0 lvm  /opt
├─sdc2                8:34   0   20G  0 part 
└─sdc3                8:35   0   20G  0 part 
sr0                  11:0    1  4.2G  0 rom  /run/media/root/CentOS 7 x86_64

总结

在工作中出于谨慎考虑，对于磁盘及文件的管理需要非常熟练，需要了解各项报错的原因以及如何去解决问题，以免造成无法估量的后果。