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磁盘管理、文件系统管理

2021-05-16 9 min read # 杂记-Linux

Linux磁盘管理

  • I/O Ports: I/O设备地址；
    • 一切皆文件：
      • open(), read(), write(), close()
      • 块设备：block，存取单位“块”，磁盘
      • 字符设备：char，存取单位“字符”，键盘
      • 设备文件：关联至一个设备驱动程序，进而能够跟与之对应硬件设备进行通信；
        • 设备号码：
          • 主设备号：major number, 标识设备类型
          • 次设备号：minor number, 标识同一类型下的不同设备
        • 硬盘接口类型：
          • 并行：
            IDE：133MB/s
            SCSI：640MB/s
          • 串口：
            SATA：6Gbps
            SAS：6Gbps
            USB：480MB/s
            rpm: rotations per minute
        • /dev/DEV_FILE

          磁盘设备的设备文件命名：

          • IDE: /dev/hd
            SCSI, SATA, SAS, USB: /dev/sd
            • 不同设备：a-z
              /dev/sda, /dev/sdb, ...
            • 同一设备上的不同分区：1,2, ...
              /dev/sda1, /dev/sda5
        • 机械式硬盘：
          • track：磁道
          • cylinder: 柱面
          • secotr: 扇区
            ** 512bytes **
          • 如何分区：
            ** 按柱面 **
          • 0磁道0扇区：512bytes
          MBR: Master Boot Record
           446bytes: boot loader
	          64bytes：分区表
	          16bytes: 标识一个分区
            2bytes: 55AA

tips
4个主分区；
3主分区+1扩展(N个逻辑分区)
逻辑分区

问题：UEFI, GPT？

分区管理工具：fdisk, parted, sfdisk

fdisk：对于一块硬盘来讲，最多只能管理15分区；

  • 语法：
    fdisk -l [-u] [device...]
用法
# fdisk device(/dev/sd{a,b,c})
	子命令：管理功能
	p: print, 显示已有分区；
	n: new, 创建
	d: delete, 删除
	w: write, 写入磁盘并退出
	q: quit, 放弃更新并退出
	m: 获取帮助
	l: 列表所分区id
	t: 调整分区id
  • 查看内核是否已经识别新的分区：

# cat /proc/partations

  • 通知内核重新读取硬盘分区表：
partx -a /dev/DEVICE
	-n M:N

	kpartx -a /dev/DEVICE
		-f: force

tips:
CentOS 5: 使用partprobe

partprobe [/dev/DEVICE]

Linux文件系统管理：

  • Linux文件系统:
    • ext2
    • ext3
    • ext4
    • xfs
    • btrfs
    • reiserfs
    • jfs
    • swap
      • swap: 交换分区
    • 光盘：iso9660
  • Windows：
    • fat32
    • ntfs
  • Unix:
    • FFS
    • UFS
    • JFS2
  • 网络文件系统：
    • NFS
    • CIFS
  • 集群文件系统：
    • GFS2
    • OCFS2
  • 分布式文件系统：
    • ceph
    • moosefs
    • mogilefs
    • GlusterFS
    • Lustre
  • 根据其是否支持"journal"功能：
    • 日志型文件系统: ext3, ext4, xfs, ...
    • 非日志型文件系统: ext2, vfat
  • 文件系统的组成部分：
    • 内核中的模块：ext4, xfs, vfat
    • 用户空间的管理工具：mkfs.ext4, mkfs.xfs, mkfs.vfat
  • Linux的虚拟文件系统：VFS

创建文件系统：mkfs命令

创建文件系统类型：

# mkfs.FS_TYPE /dev/DEVICE

ext4

xfs

btrfs

vfat

在哪一个设备设备上创建文件系统：

# mkfs -t FS_TYPE /dev/DEVICE

用法：
-L 'LABEL': 设定卷标
mke2fs：ext系列文件系统专用管理工具
	-t {ext2|ext3|ext4}
	-b {1024|2048|4096}
	-L 'LABEL'
	-j: 相当于 -t ext3
	mkfs.ext3 = mkfs -t ext3 = mke2fs -j = mke2fs -t ext3
	-i #: 为数据空间中每多少个字节创建一个inode；此大小不应该小于block的大小；
	-N #：为数据空间创建个多少个inode；
	-m #: 为管理人员预留的空间占据的百分比；
	-O FEATURE[,...]：启用指定特性
	-O ^FEATURE：关闭指定特性

创建交换分区 mkswap

mkswap [options] device
	-L 'LABEL'
	前提：调整其分区的ID为82；

其它常用工具：

  • blkid：块设备属性信息查看
blkid [OPTION]... [DEVICE]
	+ -U UUID: 根据指定的UUID来查找对应的设备
	+ -L LABEL：根据指定的LABEL来查找对应的设备

  • e2label：管理ext系列文件系统的LABEL
    e2label DEVICE [LABEL]

  • tune2fs：重新设定ext系列文件系统可调整参数的值

	-l：查看指定文件系统超级块信息；super block
	-L 'LABEL'：修改卷标
	-m #：修预留给管理员的空间百分比
	-j: 将ext2升级为ext3
	-O: 文件系统属性启用或禁用
	-o: 调整文件系统的默认挂载选项
	-U UUID: 修改UUID号；
  • mpe2fs：
    -h：查看超级块信息

文件系统检测：

fsck: File System CheCk
fsck.FS_TYPE
fsck -t FS_TYPE
	-a: 自动修复错误
	-r: 交互式修复错误

	Note: FS_TYPE一定要与分区上已经文件类型相同；

e2fsck：ext系列文件专用的检测修复工具
	-y：自动回答为yes; 
	-f：强制修复；

文件系统管理：

  • 将额外文件系统与根文件系统某现存的目录建立起关联关系，进而使得此目录做为其它文件访问入口的行为称之为挂载；

  • 解除此关联关系的过程称之为卸载；

    • 把设备关联挂载点：Mount Point

    mount

    • 卸载时：可使用设备，也可以使用挂载点

    umount

  • 注意：挂载点下原有文件在挂载完成后会被临时隐藏；

  • 挂载方法：mount DEVICE MOUNT_POINT

    • mount：通过查看/etc/mtab文件显示当前系统已挂载的所有设备
      语法：mount [-fnrsvw] [-t vfstype] [-o options] device dir
      • device：指明要挂载的设备；
        • (1) 设备文件：例如/dev/sda5
        • (2) 卷标：-L 'LABEL', 例如 -L 'MYDATA'
        • (3) UUID, -U 'UUID'：例如 -U '0c50523c-43f1-45e7-85c0-a126711d406e'
        • (4) 伪文件系统名称：proc, sysfs, devtmpfs, configfs
      • dir：挂载点
        • 事先存在；建议使用空目录；
        • 进程正在使用中的设备无法被卸载；
      • mount 常用命令选项：
      -t vsftype：指定要挂载的设备上的文件系统类型；
-r: readonly，只读挂载；
-w: read and write, 读写挂载；
-n: 不更新/etc/mtab； 
-a：自动挂载所有支持自动挂载的设备；(定义在了/etc/fstab文件中，且挂载选项中有“自动挂载”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；
		注意：查看内核追踪到的已挂载的所有设备：cat /proc/mounts
-o options：(挂载文件系统的选项)
	async：异步模式；
	sync：同步模式；
	atime/noatime：包含目录和文件；
	diratime/nodiratime：目录的访问时间戳
	auto/noauto：是否支持自动挂载
	exec/noexec：是否支持将文件系统上应用程序运行为进程
	dev/nodev：是否支持在此文件系统上使用设备文件；
	suid/nosuid：
	remount：重新挂载
	ro：
	rw:
	user/nouser：是否允许普通用户挂载此设备
	acl：启用此文件系统上的acl功能

注意：上述选项可多个同时使用，彼此使用逗号分隔；

默认挂载选项：defaults
rw, suid, dev, exec, auto, nouser, and async

  • 卸载方法：umount
# umount DEVICE
# umount MOUNT_POINT
  • 查看正在访问指定文件系统的进程：

# fuser -v MOUNT_POINT

  • 终止所有在正访问指定的文件系统的进程：

# fuser -km MOUNT_POINT

  • 挂载交换分区：
    • 启用：swapon
    • 语法：swapon [OPTION]... [DEVICE]
    swapon [OPTION]... [DEVICE]
-a：激活所有的交换分区；
-p PRIORITY：指定优先级；
    • 禁用：swapoff [OPTION]... [DEVICE]
  • 内存空间使用状态：
free [OPTION]
	-m: 以MB为单位
	-g: 以GB为单位
  • 文件系统空间占用等信息的查看工具：
df:
	-h: human-readable
	-i：inodes instead of blocks
	-P: 以Posix兼容的格式输出;
  • 查看某目录总体空间占用状态：
du：
du [OPTION]... DIR
	-h: human-readable
	-s: summary

命令总结：mount, umount, free, df, du, swapon, swapoff, fuser

  • 文件挂载的配置文件：/etc/fstab
    • 每行定义一个要挂载的文件系统；

      要挂载的设备或伪文件系统\挂载点\文件系统类型\挂载选项\转储频率\自检次序\

      • 要挂载的设备或伪文件系统：

        • 设备文件、LABEL(LABEL="")、UUID(UUID="")、伪文件系统名称(proc, sysfs)

      • 挂载选项：

        • defaults

      • 转储频率：

        • 0：不做备份
        • 1：每天转储
        • 2：每隔一天转储

      • 自检次序：

        • 0：不自检
        • 1：首先自检；一般只有rootfs才用1；
        • ...
  • 文件系统上的其它概念：
    • Inode: Index Node, 索引节点
    • 地址指针：
      • 直接指针：
      • 间接指针：
      • 三级指针：
      • inode bitmap：对位标识每个inode空闲与否的状态信息；
    • 链接文件：
      • 硬链接：
      • 不能够对目录进行；
      • 不能跨分区进行；
      • 指向同一个inode的多个不同路径；创建文件的硬链接即为为inode创建新的引用路径，因此会增加其引用计数；
      • 符号链接：
        • 可以对目录进行；
        • 可以跨分区；
        • 指向的是另一个文件的路径；其大小为指向的路径字符串的长度；不增加或减少目标文件inode的引用计数；
      ln [-sv] SRC DEST
	-s：symbolic link
	-v: verbose
    • 文件管理操作对文件的影响：
      • 文件删除：
      • 文件复制：
      • 文件移动：
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