Linux磁盘管理-优快云博客

盘片（Platters）：机械硬盘通常有多个盘片组成，每个盘片都是一个圆形的金属或玻璃基板，上面涂油磁性材料。
磁头（Read/Write Heads）：每个盘片都有两个磁头，一个用于读取数据，另一个用于写入数据。磁头位于盘片上方和下方，通过磁性浮动臂和驱动器来移动。
磁道（Tracks）：盘片被划分为多个同心圆轨道，称为磁道。每个磁道可以存储一定量的数据。
扇区（Spindle）：盘片通过主轴连接在一起，并由电机驱动主轴转动。通常，硬盘的转速以每分钟转数（RPM）来表示，如5400RPM、7200RPM或10000RPM。
磁头臂（Actuator Arm）：磁头臂是一个可移动的机械臂，上面安装有磁头。它通过电机和控制器的控制，可以在盘片上移动磁头。
磁头定位器（Head Positioner）：磁头定位器负责精确定位磁头在盘片上的位置。它使用电磁力将磁头臂移动到正确的磁道上。
控制器（Controller):硬盘上的控制器是一个电子设备，负责控制硬盘的操作。他管理磁头的移动、数据的读写、错误检测和纠正等功能。

与传统硬盘相比，SSD固态电子盘具有的优势

SSD采用电子存储介质进行数据存储和读取的一种技术，拥有极高的存储性能，被认为是存储技术发展的未来新星。

第一、SSD完全的半导体化，不存在数据查找时间、延迟时间，数据存储速度快。

第二、SSD全部采用闪存芯片，经久耐用，防震抗摔，即使发生与硬物碰撞，数据丢失的可能性也能降到最低。

第三、得益于无机械部件及闪存芯片，SSD没有任何噪音，功耗低。

第四、质量轻，比常规1.8英寸硬盘重量轻20-30克，使得便携设备搭载多块SSD成为可能。

2、硬盘尺寸

LFF，3.5寸，一般见到的那种台式机硬盘的大小

2.5寸

1.8寸

3.5寸不可以更换为2.5寸的小硬盘，但2.5寸的却可以更换为3.5寸的

3、插拔方式

热插拔

非热插拔

4、硬盘接口

IDE=133MB/S,并行接口，早期家用电脑“并口”；

SATA（Serial ATA），SATA=6G,数据端口与电源端口是分开的，所以需要两条线，一条数据线，一条电源线；（长的电源线，短的数据线）"串口"，支持热插拔；

SCSI，649MB/S,并行接口，早期服务器（小型计算机的接口）；

SAS代替了scsi（Serial Attached SCSI），当前SAS接口居多，SAS=6G,电源线与数据线是一体化的，SATA标准是SAS标准的一个子集，两者是兼容关系，SATA硬盘可以插到SAS主板上，反之则不行；

5、硬盘设备命名

物理硬盘 /dev/sd[a-z]

KVM虚拟化：

/dev/vd[a-z] (半虚拟化驱动）

/dev/sd[a-z] (全虚拟化驱动）

（二）、磁盘分区方式

分区的目的：文件分类，将一块硬盘分成几个小块。用来根据使用存放不同的文件。

MBR格式

分区命令：fdisk

一共可以分4个主分区（4个主分区，扩展分区，逻辑分区）例如：3主 +1扩展（n逻辑）

MBR 只能分小于2TB的硬盘。

一块硬盘最多分4个主分区。也可以划分3个主分区和一个扩展分区，扩展分区下面可以划分多个逻辑分区。

GPT格式

分区命令：gdisk（parted---rhel6）

一共可以分128个主分区

GPT大于小于2TB都可以。最大超过目前硬件可以支撑的硬盘大小。

GPT格式分区就不存在扩展分区、逻辑分区的概念。

#注意：从MBR转到GPT，或从GPT转换到MBR会导致数据全部丢失！因为转换格式要格式化硬盘。

二、基本分区

首先给关机状态的虚拟机添加磁盘

这里在添加硬盘时多添加几块，方便后续练习实验；

[root@localhost ~]# lsblk #查看磁盘设备。当硬盘已经被添加，但是还没有格式化没有挂载的时候，使用lsblk查看硬盘信息；

NAME：设备的名称

MAJ：MIN 主设备号：次设备号

RM：设备是否可移动。0表示不可移动设备，1表示制度设备。

TYPE：设备的类型。常见的类型包括disk（硬盘）、part（分区）、rom（制度存储设备）等。

1、fdisk

MBR 14个分区（4个主分区，扩展分区，逻辑分区）

[root@localhost ~]# fdisk -l /dev/sdb #查看磁盘分区信息

[root@localhost ~]# fdisk /dev/sdb #开始分区

m：查看帮助
n：新建分区
w：保存退出
p：打印分区信息

parteprobe /dev/sdb        #更新磁盘分区表，手动让内核更新分区表。不需要重启；

lsblk                        #查看磁盘设备

如果在创建三个主分区后需要一个以上的分区，那么就需要在第二步的时候选择创建扩展分区，然后在扩展分区的基础上创建逻辑分区，这样就可以满足创建更多分区的需求；

MBR与GPT分区格式转换的方法：

[root@lnmt ~]# parted -s /dev/sdb malabel gpt        #将/dev/sdb（MBR）格式转化成为（GPT）格式

[root@lnmt ~]# parted -s /dev/sdb malabel msdos        #将/dev/sdb（GPT）格式转化成（MBR）格式

2、gdisk创建分区

[root@lnmt ~]# yum -y install gdisk        #安装分区工具

[root@lnmt ~]# gdisk -l /dev/sdb                #查看磁盘分区信息

[root@lnmt ~]# gdisk /dev/sdb                #开始分区

[root@lnmt ~]# partprobe /dev/sdb        #刷新分区表

3、创建文件系统（格式化)

[root@lnmt ~]# mkfs.ext4 /dev/sdb1    #格式化成ext4格式的文件系统
[root@lnmt ~]# mkfs.xfs /dev/sdb2    #格式化成xfs格式的文件系统

4、挂载mount使用

[root@lnmt ~]# mkdir /mnt/disk1    #创建挂载目录
[root@lnmt ~]# mount /dev/sdb1 /mnt/disk1/    #挂载

5、查看磁盘挂载与磁盘使用空间

-T 打印文件系统类型

-h 人性化显示，磁盘空间大小

6、取消挂载

[root@lnmt ~]# umount /mnt/disk1    #卸载硬盘
[root@lnmt ~]# umount -l /mnt/disk1    #强制卸载硬盘，即使目录有资源被进程占用，也可以卸载
[root@lnmt ~]# fuser 挂载点    #查找占用文件的进程pid然后杀死，再进行卸载

三、开机自动挂载

1、/etc/fstab文件实现开机的时候自动挂载

[root@lnmt ~]# blkid /dev/sdb1    #查看uuid和文件系统类型
/dev/sdb1: UUID="5be2ae51-a819-47e0-aeb6-eb75dcd0b6f4" TYPE="ext4"
[root@lnmt ~]# vim /etc/fstab
    UUID=5be2ae51-a819-47e0-aeb6-eb75dcd0b6f4  /mnt/disk1  ext4   defaults    0 0

参数解释：

第一列：挂载设备

（1）/dev/sdb1

（2）UUID=设备的uuid RHEL6/7的默认写法，同一台机器内唯一的一个设备标识

第二列：挂载点

第三列：文件系统类型

第四列：文件系统属性

第五列：是否对文件系统进行磁带备份：0 #不备份

第六列：是否检查文件系统：0 #不检查

[root@lnmt ~]# mount -a    #自动挂载

2、/etc/rc.d/rc.local开机自动挂载

这个配置文件会在用户登陆之前读取，这个文件中写入了什么命令，在每次系统启动时都会执行一次。也就是说，如果有任何需要在系统启动时运行的工作，则只需写入 /etc/rc.d/rc.local 配置文件即可；

[root@lnmt ~]# vim /etc/rc.d/rc.local
    mount /dev/sdb1 /mnt/disk1/
[root@lnmt ~]# chmod +x /etc/rc.d/rc.local    #添加执行权限
[root@lnmt ~]# reboot

四、文件系统分类

1、分类

本地文件系统，不能在网络上用——ntfs、xfs、ext2、ext3、ext4、fat32

网络文件系统，也可以在本地使用——nfs、glusterfs、hdfs、ceph

2、概念

作用：管理文件的一套系统。文件的编辑，拷贝，粘贴，移动等；

理解inode：inoed块、i节点--索引节点。专门存储inode信息。也就是是文件的属性-(也叫元信息).它是文件或目录在磁盘里的唯一标识，linux读取文件首先要读取到这个索引节点,每一个文件都有对应的inode，里面包含了与该文件有关的一些信息。

inode内容

文件的字数

文件拥有者的user id

文件的group id

文件的读、写、执行权限

我呢见的时间戳，共有三个：ctime（最近访问），mtime（最近改动），atime（最近更改）

链接数，即有多少文件指向这个inode

查看inode信息

[root@lnmt ~]# stat /etc/hosts

[root@lnmt ~]# ls -i /etc/hosts    #-i:查看inode号
    18003023 /etc/hosts

3、EXT

EXT 家族支持度最广：andirons

但创建文件系统（格式化）慢！

修复慢！

文件系统存储容量有限

4、XFS

XFS 同样是一种日志式文件系统：

高容量，支持大存储

高性能，创建/修复文件系统快

格式化快

五、LVM逻辑卷

1、LVM管理

LVM概念：LVM是Linux环境中对磁盘分区进行管理的一种机制，是建立在硬盘和分区之上，文件系统之下的一个逻辑层，可提高磁盘分区管理的灵活性。

LVM的特点

#传统分区的缺点：

传统的文件系统是基于分区的，一个文件系统对应一个分区。这种方式比较直观，但不宜改变。当一个分区空间已满时，无法对其扩充，只能采用重新分区/建立文件系统，非常麻烦；或把分区中的数据移到另一个更大的分区中。

#当采用LVM时：

1，将硬盘的多个分区由LVM统一为卷组管理，可以方便的加入或移走分区以扩大或减小卷组的可用容量，充分利用硬盘空间；

2，当硬盘空间不足而加入新的硬盘时，不必将数据从原硬盘迁到新硬盘，而只需把新的分区加入卷组并扩充逻辑卷即可。

3，文件系统建立在LVM上，可以跨分区，方便使用；

#使用LVM主要是方便管理、增加了系统的扩展性。可以跨分区，多个硬盘组合。

2、创建LVM

首先准备添加3块磁盘：可以是/dev/sdb这种没有分区的也可以是/dev/sdb这种已经分区了的

注意：如果没有pv命令，安装 #yum -y install lvm2

[root@localhost ~]# pvcreate /dev/sdb    #创建pv
[root@localhost ~]# pvs / pvscan / pvdisplay   #三种查看pv的方法

以上是第一步，创建物理卷；

[root@localhost ~]# vgcreate vg1 /dev/sdb    #创建卷组，这里还可以-s来指定创建分区的PE大小
[root@localhost ~]# vgs / vgscan / vgdisplay    #查看卷组

第二步：创建卷组；

[root@localhost ~]# lvcreate -L 2G -n lv1 vg1    #创建lv
[root@localhost ~]# lvcreate -l 200 -n lv2 vg1    #采用PE的方式创建一个lv
[root@localhost ~]# lvcreate -l free PE -n lv2 vg1     #PE的另一种写法
[root@localhost ~]# lvs / lvscan / lvdisplay #查看lv的三种命令

第三步：创建lv，这里我用了三种命令创建了三个lv；

-L：指定lv的大小；

-n：给创建的lv起一个名字；

-l 200 ：指定PE数量来制定lv大小；

3、制作文件系统并挂载

[root@localhost ~]# mkfs.xfs /dev/vg1/lv1    #制作xfs的文件系统
[root@localhost ~]# mkfs.ext4 /dev/vg1/lv2    #制作ext4的文件系统
[root@localhost ~]# mkdir /mnt/lv{1..2}    #创建挂载点
[root@localhost ~]# mount /dev/vg1/lv1 /mnt/lv1    #挂载
[root@localhost ~]# mount /dev/mapper/vg1-lv2 /mnt/lv2    #挂载的另一种写法

挂载以后：df -hT #查看磁盘挂载信息

不过此时只是临时挂载，要想永久挂载就需要前文提到的修改系统文件以达到开机自己挂载，在这我也就不再多赘述了；

4、LVM逻辑卷扩容

4.1、VG管理

如果lv所在的vg有空间直接对lv扩容就可以了！

扩大VG vgextend

[root@localhost ~]# pvcreate /dev/sdc    #创建新的物理卷
[root@localhost ~]# vgextend vg1 /dev/sdc    #vg1卷组名，将/dev/sdc扩展到vg1中

扩大LV lvextend

[root@localhost ~]# lvextend -L 5G /dev/vg1/lv1    #这是指将lv1扩容到5G
[root@localhost ~]# lvextend -L +3G /dev/vg1/lv1    #这是指在原有基础上加3G
[root@localhost ~]# lvectend -l +200 /dev/vg1/lv1    #PE写法，在原有的基础上加200个PE

FS（file system）文件系统扩容

这里介绍xfs和ext4两种文件系统的扩容；

[root@localhost ~]# xfs_growfs /dev/vg1/lv1    #xfs文件系统扩容
[root@localhost ~]# resize2fs /dev/vg1/lv1    #ext4文件系统扩容

5、LVM逻辑卷缩容

重要提示：在进行任何磁盘操作前，请务必备份重要数据。操作错误可能导致数据丢失；

备份数据：再开始缩小逻辑卷之前，首先备份其中所有的数据，以防止数据丢失。

卸载逻辑卷：如果逻辑卷包含操作系统的根目录或者已挂载的其他重要目录，需要再进入单用户模式下或使用Live CD环境下卸载该逻辑卷。这是因为无法在线缩小当前正在使用的逻辑卷。

卸载文件系统：在缩小逻辑卷之前，确保已卸载文件系统。如果是ext2/ext3/ext4文件系统，可以使用 “umount /mnt/vg/lv”

检查文件系统：在缩小逻辑卷之前，最好使用文件系统检查工具检查文件系统是否有错误。对于ext2/ext3/ext4文件系统可以运行：“e2fsck -f /de/vg/lv”

缩小逻辑卷：使用lvresize命令来缩小逻辑卷。例如缩小到10G，可以运行：

lvresize --resizefs --size 10G /dev/vg/lv

重新挂载逻辑卷

验证操作：确认文件系统和逻辑卷已成功缩小到所需大小

请注意，缩小逻辑卷涉及风险，如果操作不当可能导致数据丢失。因此，再进行此操作之前，无比备份所有重要数据，并谨慎操作。如果你对这些步骤不确定或不熟悉，建议寻求专业人士的帮助。

六、交换分区

交换分区管理Swap--也叫虚拟内存

作用：提升内存的容量，防止OOM（Out of Memory）

现象是当内存不够的时候内核会随即杀死进程，它认为占用内存多的进程。（内核会先删除占用内存多的进程）

swap分区大小的设置规则：

再Linux系统，我们可以参照Redhat公司为RHEL5、RHEL6推荐的SWAP空间的大小划分原则，在你没有其他特别需求时，可以作为很好的参考依据。

内存小于4GB，推荐不少于2GB的swap空间；

内存4GB~16GB，推荐不少于4GB的swap空间；

内存16GB~64GB，推荐不少于8GB的swap空间；

内存64GB~256GB，推荐不少于16GB的swap空间；

1、查看当前的交换分区

[root@localhost ~]# free -m    #查看内存
[root@localhost ~]# swapon -s    #查看交换分区信息

2、增加交换分区

增加交换分区，可以是基本分区，LVM，File；

基本分区制作交换分区

[root@localhost ~]# fdisk /dev/sdd    #分一个主分区出来
[root@localhost ~]# partbrobe /dev/sdd     #刷新分区表
[root@localhost ~]# mkswap /dev/sdd1        #初始化
[root@localhost ~]# blkid /dev/sdd        #查看UUID
[root@localhost ~]# vim/det/fstab        #制作开机自动挂载
[root@localhost ~]# swapon -a        #激活swap分区
[root@localhost ~]# swapoff /dev/sdd         #关闭swap分区

file制作

[root@localhost ~]# dd if=/dev/zero of=/swap.img bs=1M count=2000
[root@localhost ~]# mkswap /swap.img    #初始化
[root@localhost ~]# vim /etc/fstab    #设置开机自动挂载
[root@localhost ~]# chmod 600 /swap.img    #交换分区权限设置为600，默认为644权限不安全
[root@localhost ~]# swapon -a    #激活
[root@localhost ~]# swapon -s    #查看交换分区信息

七、mount详解

常见的挂载选项：

-o：指定问价虚拟同属性

rw：读写

ro：只读

noexec：不允许执行二进制文件

exec：允许执行二进制文件

auto： mount -a 开机自动挂载

remount：在线重新挂载

案例一、exec/noexec

[root@localhost ~]# mount /dev/vg1/lv1 /mnt/lv1    #挂载默认是有执行权限的
[root@localhost ~]# mount -o noexec /dev/vg1/lv2 /mnt/lv2    #设置不允许执行二进制文件

案例二、取消挂载

[root@localhost ~]# umount /mnt/lv2    
[root@localhost ~]# umount -l /mnt/lv2    #强制卸载

八、磁盘阵列

1、RAID介绍

RAID即独立磁盘冗余阵列，通常简称为磁盘阵列。简单来说，RAID是由多个独立的高性能磁盘驱动器组成的磁盘子系统，从而提供比单个磁盘更高的存储性能数据冗余的技术。

注意：所有服务器在安装操作系统之前必须先做RAID【常识】

最常见的RAID级别：0、1、5、6、10（10是1和0的组合）

1）raid0 --数据条带卷

最少需要两块磁盘，分别往每一块磁盘上写一部分数据；

优点：

读写速度快
磁盘利用率100%

缺点：不提供数据冗余，无数据校验，不能保证数据的正确性，存在单点故障。

应用场景：

1）对数据完整性要求不高的场景，如：日志存储，个人娱乐

2）要求读写效率高，安全性能要求不高的，如图像工作站

2）raid1 --镜像raid

通过磁盘数据镜像实现数据冗余，再成对的独立磁盘上产生互为备份的数据。一般需要两块盘，每块磁盘上都会存储一份完整数据。其数据安全性就会较高，但是磁盘空间利用率是比较低的。

优点：提供数据冗余，数据双倍存储安全性高支持容错。读速度快。

缺点：写速度慢，无数据校验。磁盘利用率不高。磁盘利用率：50%；

应用场景：

存放重要数据，如数据存储领域。

3）raid5

RAID5应该是目前最常见的RAID等级，它的校验数据分布在阵列中的所有磁盘上。RAID5的磁盘上同时存储数据和校验数据。当一个数据盘损坏时，系统可以根据其他数据块和对应的校验数据来重建损坏的数据。

raid5最少需要3块磁盘。

优点：

可以找回丢失的数据----数据可以通过校验计算得出
冗余磁盘----->（需要4块磁盘将其中一块做热备）当某一块磁盘坏掉后，冗余磁盘会自动替换上去
有校验机制
读写速度高
磁盘利用率高

缺点：磁盘越多安全性能越差

#定义：

RAID5是RAID0和RAID1的折中方案。RAID 5具有和RAID 0相似的数据读取速度，只是多了一个校验信息。

RAID 5的磁盘空间利用率吧比RAID 1高，存储成本相对较低，是目前运用较多的一种解决方案。

应用场景：安全性较高，如金融、数据库、存储等。

4）RAID 6

RAID 6是在RAID 5的基础上为了进一步增强数据保护而设计的一种RAID方式。

RAID 6引入双重校验的概念，至少需要四块磁盘，他可以保护阵列中同时出现两个磁盘失效时，阵列仍能够继续工作，不会发生数据丢失。

优点：

容错，允许两块磁盘同时坏掉。读写快。
良好的随机读性能
有校验机制

缺点：

写入速度差
成本高

应用场景：对数据安全级别要求较高的企业

5）RAID 10（混合raid）

优点：

较高的IO性能
有数据冗余
无单点故障
安全性能高

缺点：成本稍高

应用场景：特别适用于既有大量数据需要存取，同时又对数据安全性要求严格的领域，如银行、金融、商业超市、仓储库房、各种档案管理等。

RAID类型	个数	利用率	优缺点
RAID0 条带集	2＋	100%	读写速率最快，不容错
RAID1 镜像集	2	50%	读写速率一般，容错
RAID5 带奇偶校验条带集	3＋	(n-1）/n	读写速率快，容错，允许坏一块
RAID6 带奇偶校验条带集双校验dp	4＋	(n-2）/n	读写快，容错，允许坏两块
RAID10 RAID1的安全＋RAID0的高速	4	50%	读写速率快，容错

2、制作磁盘阵列

本次以RAID5为项目实验（3快硬盘）+热备（1块硬盘）

1）准备四块硬盘

[root@localhost ~]# ll /dev/sd*
brw-rw---- 1 root disk 8, 16 10月  4 13:20 /dev/sdb
brw-rw---- 1 root disk 8, 32 10月  4 13:20 /dev/sdc
brw-rw---- 1 root disk 8, 48 10月  4 13:20 /dev/sdd
brw-rw---- 1 root disk 8, 64 10月  4 13:20 /dev/sde

2）创建RAID

[root@localhost ~]# mdadm -C /dev/md0 -l5 -n3 -x1 /dev/sd{b..e}
mdadm: Defaulting to version 1.2 metadata
mdadm: array /dev/md0 started.
-C        #创建RAID
/dev/md    #第一个RAID设备
-l5        #RAID5
-n         #RAID成员的数量
-x         #热备盘的数量

3）格式化，挂载

[root@localhost ~]# mkfs.ext4 /dev/md0
[root@localhost ~]# mkdir /mnt/raid0
[root@localhost ~]# mount /dev/md0 /mnt/raid0
[root@localhost ~]# cp -r /etc /mnt/raid0

4）查看RAID信息

5）模拟一块硬盘坏掉，并移除

终端一：

[root@localhost raid0]# watch -n 1 'mdadm -D /dev/md0 | tail'    #watch持续查看

终端二：

[root@localhost raid0]# mdadm /dev/md0 -f /dev/sdb -r /dev/sdb    #模拟坏了并移除

6）设置RAID开机生效

[root@localhost raid0]# mdadm -D -s
ARRAY /dev/md0 metadata=1.2 spares=1 name=localhost.localdomain:0 UUID=16981bf0:62771092:7c61c4c7:b79e00e5
[root@localhost raid0]# mdadm -D -s > /etc/mdadm.conf