磁盘管理简介

已于 2022-09-12 23:45:40 修改
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文章标签： 网络
于 2022-09-06 22:17:04 首次发布
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版权

磁盘管理

介绍

设备文件

  • 目录

    • /dev

  • 块设备

    • b-block，随机访问，如磁盘、光盘

  • 字符设备

    • c-character，线性访问，如键盘、打印机

查看磁盘

  • lsblk

磁盘命名方式

  • /dev/sd[a-z]

    • sd-串口设备

      • sata
      • usb
      • scsi
      • sas

  • /dev/hd[a-z]

    • hd-并口设备

      • ide

  • /dev/vd[a-z]

    • KVM虚拟化设备

  • /dev/sr0

    • 镜像文件，文件系统iso9660

  • 命名

    • 设备：/dev/sda /dev/sdb …
    • 分区：/dev/sda1 /dev/sda2 …

磁盘分类

  • 机械硬盘HDD

    • 物理结构

      • 主轴、磁盘、磁头、磁头臂、永磁铁、空气过滤片

    • 逻辑结构

      • 磁道

        • 以盘片中心为圆心，半径大小不同的同心圆组成的环形区域

      • 扇区

        • 磁道上的一段圆弧，1扇区512B，磁盘中最小单位
          B（Byte） 1Byte（字节）=8bit（比特）

      • 柱面

        • 是虚的，类似于桶壁，是由相同半径的磁道组成的圆柱形环壁 13个柱面约等于100M

      • 磁盘容量

        • 512byte(一个扇区大小)扇区数量柱面的个数*磁头的个数

  • 固态硬盘SSD

磁盘读写速度影响因素

  • 寻道时间
  • 旋转时间
  • 数据传输时间

存储类型

  • NAS(Network Attached Storage) 网络附加存储

    • 是一个网络上的文件系统 应用：NFS

  • SAN(Storage Area Network)存储区域网络

    • 是一个网络上的磁盘，性能最好，贵

  • DAS(Direct-attached Storage) 直连存储，如U盘、移动硬盘

  • 分布式存储 hdfa ceph

  • 云存储

设备文件

  • 创建mknod

    • mknod [OPTION]… NAME TYPE [MAJOR MINOR]

      • mknod /dev/sdb1 b 8 17

    • type：b c p

    • 一个设备可以对应有多个名称

  • 设备号

    • major

      • 主设备号，区分设备类型

    • minor

      • 次设备号，同一类型的编号

    • 查看

      • lsblk、cat /proc/partitions、ll第5列

磁盘分区

分区目的

  • 易于管理和使用,加速文件查找速度
  • 数据安全

分区表类型

  • MBR(msdos)

    • 特点

      • 最大支持2TB以内的硬盘
      • 主分区+扩展分区数量不超过4个
      • 扩展分区最多只有一个

    • 分区类型

      • 主分区primary

        • 编号1-4，可直接格式化使用

      • 扩展分区exrended

        • 编号1-4，不能直接格式化使用

      • 逻辑分区logical

        • 在扩展分区上划分，编号5-64(串口设备)，可格式化使用
          逻辑分区的分区表位于扩展分区内

    • 组成

      • MBR(主引导记录)位于磁盘的前512字节
        bootloader(446)+分区表(64)+magic number(2)
        引导加载程序 每个分区表占16B

  • GPT

    • 最大128个分区，无内存限制

  • loop

    • root、swap

分区相关

    1. 确定磁盘标签类型(如果是新磁盘)

  • 2）分区

  • 3）通知内核重读分区表：partprobe

    • 内核记录分区表的文件: /proc/partitions

  • 4）创建文件系统 或称为格式化

    • mkfs.xfs /dev/sdb1

      • -f 强制覆盖
      • -b 格式化时指定块的大小 默认4096

    • mkfs.ext4 /dev/sdb2

  • 5）挂载使用(相当于U盘要插到电脑上使用)

分区命令

  • fdisk

    • 查询

      • fdisk -l

        • 列出所有设备的分区表信息

      • fdisk -l /dev/sda

        • 列出指定设备的分区表信息

    • 分区

      • 分区表

        • 默认使用MBR，磁盘标签类型：dos

      • fdisk /dev/sdb

        • n 创建分区

          • p 主分区
          • e 扩展分区
          • l 逻辑分区

        • p 打印分区表

        • d 删除分区

        • m 帮助菜单

        • q 不保存退出

        • w 保存退出

      • 步骤

        • n创建>p/s选择分区类型>选择分区编号>选择扇区起始块>输入分区大小（+1G）>w保存退出

  • parted

    • 语法

      • parted [选项] 设备 命令 参数

    • 选项

      • -l

        • 列出所有设备的分区表信息

      • -s

        • 脚本模式，不交互

    • 命令

      • p/print

        • 打印分区表

          • parted -s /dev/sdb p

      • mklabel/mktable

        • 创建磁盘标签，接msdos或gpt（新磁盘）
          改变磁盘标签将丢失该磁盘上所有的数据

          • parted -s /dev/sdd mktable gpt
          • parted -s /dev/sdd mklabel gpt

      • mkpart

        • 创建新的分区：
          mkpart 类型或名字 起始大小 结束大小

          • parted -s /dev/sdc mkpart p 0 5G
          • parted -s /dev/sdd mkpart d2 2G 4G

      • rm

        • 删除分区：rm 编号

          • parted -s /dev/sdc rm 1

      • rescue

        • 恢复分区：rescue 起始大小 结束大小

          • parted -s /dev/sdd rescue 0 10G

      • q/quit

        • 退出

  • gdisk

    • gdisk /dev/sdc

      • 功能键与fdisk一致
      • 使用GPT分区表，一个硬盘只能使用一种分区方式

文件系统

介绍

  • 文件系统是对存储空间的分配和管理，负责文件的存储并对存入的文件进行保护和检索的系统

  • 本地文件系统

    • windows：fat32、ntfs
    • linux：ext2、ext3、ext4、xfs、iso9660…

  • 网络文件系统

    • ngs、cifs、gludterfs、hdfs、ceph(分布式)

文件系统结构

  • superblock超级块

    • block与inode的总量、使用量、剩余量

      • df -i 查询inode

    • 大小：block-1/2/4KB，inode-128/256B

    • 挂载时间、写入数据的时间、检查 (fsck) 的时间等文件系统相关信息

    • 每个block group 都可能含有superblock，可用于superblock的修复

    • 若超级块损坏分区不能使用

  • inode table

    • 存储文件的元数据：权限、属主属组、大小、stat时间、文件内容所在的block number
    • 一个文件占用一个inode，若inode分配完，即使有空余内存也无法再存入文件
    • 如果两个的i节点相同， 说明他们是相同的文件

  • data block

    • 存储文件的实际数据，一个文件可能占用多个block

查看文件系统类型信息

  • dumpe2fs /dev/vg1/lv2 （ext家族系统）
  • xfs_info /dev/vg1/exam （xfs系统）

文件存储形式

  • 目录的内容为文件名及其inode映射

  • 文件的内容位于block中，由其inode索引

  • 文件操作

    • mv移动或重命名

      • 更改文件名及其inode的存放位置，inode不变

    • rm删除文件

      • 删除文件名及其inode映射
      • 该inode及其对应block置为可用状态(原内容仍存在但可覆盖)

    • cp复制文件

      • 分配新的inode，复制block

文件系统修复

  • ext

    • 案例1： 系统无法启动

      • 输入root密码 -> 修复损坏分区fsck /dev/sda2 -> yes -> reboot

    • 案例二：Read-only file system

      • 出现原因

        • 没有正常关机
        • 硬盘故障

      • 尝试解决

          1. 先卸载此分区
          1. 再fsck.ext4  -fy /dev/sdb1
          1. 最后挂载此分区，检查是否可以正常读写
        • 如果仍旧不可以正常读写，请报修磁盘

    • 案例三：修复superblock

      • 找到备份的superblock
        dumpe2fs -h /dev/datavg/lv1 |grep ‘Blocks per group’
      • 利用备份的 superblock恢复superblock
        fsck.ext4 -b 8192 /dev/datavg/lv1

  • xfs

    • xfs_metadump -o /dev/sdb1 /save/sdb1.metadump#保存元数据信息
    • umount /dev/sdb1#卸载文件系统
    • xfs_repair -L /dev/sdb1#强制日志文件(log)清空
    • xfs_repair -n /dev/sdb1#文件系统检查
    • xfs_repair /dev/sdb1#文件系统修复

文件链接

  • 软链接/符号链接

    • 特点

      • 1.类似于windows快捷方式，存放的是路径
      • 2.产生新的inode
      • 3.可以跨文件系统创建
      • 4.删除源文件后链接文件无效
      • 5.可以对目录做软链接

    • 创建

      • ln -s 链接源 链接名

        • ln -s /file1 /home/file11

    • 文件类型

      • l 链接文件

  • 硬链接

    • 特点

      • 1.对主要数据文件备份 防止误删除
      • 2.不产生新的inode
      • 3.任意删除一个文件名,文件都不会损坏
      • 4.不可以对目录做硬链接
      • 5.不可以跨文件系统创建

    • 创建

      • ln 链接源 链接名

        • ln /file2 /home/file22

    • 文件类型

      • 与链接源文件类型一致

挂载

挂载目的

  • 通过挂载点，得到访问设备的入口

命令

  • mount挂载

    • 用法

      • mount [-t vfstype] [-o option[,option]…] device dir

        • mount /dev/sdb1 /file

      • 挂载点目录需已存在，同一挂载点只能挂载一个设备，一个设备可挂载多个目录

    • 选项

      • -t 指定文件系统类型
      • -o 指定挂载属性
      • -a 挂载/etc/fstab中的未挂载项

    • 挂载属性

      • ro 只读文件系统 read only

      • rw 可读写 read write

      • remount 重新挂载已挂载的文件系统

      • defaults 默认属性：rw, suid, dev, exec,auto, nouser, and async

        async 异步写入
        sync 同步写入
        auto/noauto 是否支持开机挂载
        dev/nodev 是否支持设备文件
        exec/noexec 是否允许分区上拥有可运行二进制文件
        suid/nosuid 是否允许分区上含有suid/sgid的文件格式
        user/nouser 是否允许分区让任何使用者运行mount
        _netdev 如果连的上就开机挂载，如果连不上就不挂载

  • umount卸载

    • umount 设备名称/挂载点

  • 查看

    • 已挂载文件系统信息

      • df -h

    • 查看设备uuid

      • blkid /dev/sdb1

开机挂载

  • 通过配置文件

    • vim /etc/fstab

    • /dev/sdb1 /mnt xfs defaults 0 0
      #设备名称 挂载点 系统类型 挂载属性 dump fsck

      • 设备名称

        • /dev/sdb1
        • UUID=设备uuid
        • 10.11.59.110:/abc #远程挂载

      • 挂载属性

        • defaults
        • defaults,ro…

      • dump备份

        • 0 不备份
        • 1 一天一次
        • 2 两天一次

      • fach检查

        • 0 不检查
        • 1 先检查
        • 2 后检查

    • 编辑完后使用mount -a挂载测试，如果有错将导致系统启动失败

  • 通过脚本文件

    • vim /etc/rc.d/rc.local

      • mount /dev/sdb1 /mnt/sdb1

    • chmod +x /etc/rc.d/rc.local

    • 开机过程中执行的一个脚本，不会影响系统启动。注意加上执行权限

交换分区

作用

  • 用硬盘空间当作内存使用防止OOM内存溢出

查看swap

  • free -m
  • top
  • swapon -s
  • swapon -d

制作方法

  • 用分区实现

    • 1.准备新分区

      • /dev/sdb2

    • 2.格式化成swap分区

      • mkswap /dev/sdb2

    • 3.激活swap分区

      • swapon /dev/sdb2

    • 4.查看swap分区

      • swapon -s

    • 5.开机挂载

      • vim /etc/fstab
        /dev/sdb2 swap swap defaults 0 0

  • 用文件实现

    • 1.使用/dev/zero设备制作1G的/tmp/swap.txt文件

      • dd if=/dev/zero of=/tmp/swap bs=1M count=1024
        ll /tmp/swap -h

    • 2.格式化成swap分区

      • mkswap /tmp/swap

    • 3.激活swap

      • swapon /tmp/swap.txt

    • 4.查看swap分区

      • swapon -d

    • 5.开机挂载

      • vim /etc/fstab
        /tmp/swap.txt swap swap defaults 0 0

  • dd

    • 复制文件，根据设置参数转换为文件命令

      • if: input file|device 从 file|device中读取
      • of: output file|device 写到file|device里去
      • bs: blocksize 块的大小
      • count：块的数量

    • /dev/zero 无限0资源设备

    • /dev/null 垃圾桶 黑洞设备文件

卸载swap

  • 1.让swap无效

    • swapoff /dev/sdb2
    • swapoff /tmp/swap.txt
    • swapoff -a 关闭所有

  • 2.删除/etc/fstab配置文件内的设置

  • 3.删除交换文件

    • rm -rf /tmp/swap.txt

磁盘阵列

介绍

  • RAID独立的磁盘冗余阵列，将多块物理磁盘按照不同的方式组合起来形成一个硬盘组，从而提供比单个磁盘更高的存储性能和安全性
  • 组成raid的不同方式称为raid的级别，常见级别：0 1 5 6 10 50

raid的分类

  • 软raid

    • 用软件实现，为了提高速度，所有操作都是通过操作系统及cpu实现

  • 硬raid

    • 通过硬件来实现

      • 1.主板集成raid
      • 2.阵列卡做raid

raid级别

  • raid 0

    • 条带集，将数据分散存储到多个磁盘（同时读写），磁盘利用率100%，存储性能最高，但无数据保护

  • raid 1

    • 镜像集，将数据全部复制到另一块磁盘备份，读写性能较差，利用率最低，数据安全性最高

  • raid 5

    • 带奇偶校验条带集，数据块和对应校验信息存放在不同磁盘，可通过校验码及其他盘恢复一块损坏盘数据，多个磁盘可同时写入，综合性能最佳

  • raid 10

    • 先将4块硬盘做成两组raid1，再将两组raid1做成raid0

制作软raid

  • 命令

    • mdadm -C /dev/md5 -l 5 -n 3 -x 1 /dev/sd{b…e}

      • -C, --create 创建阵列
      • -n 指定设备数量，后面跟上设备列表
      • -x 指定备盘
      • -l 指定raid的级别
      • -v 显示创建过程
      • -D 查看raid的详细信息

  • 查看创建好的raid阵列

    • mdadm -D /dev/md5
    • cat /proc/mdstat

  • 格式化制作文件系统

    • mkfs.xfs /dev/md5

  • 挂载

    • mount /dev/md5 /md5

  • 测试

    • mdadm -f /dev/md5 /dev/sdc #指定一个磁盘为坏磁盘（仅模拟）
    • mdadm -r /dev/md5 /dev/sdc #热拔（删除）/dev/sdc
    • mdadm -a /dev/md5 /dev/sdf#添加新设备到raid阵列

  • 关闭

    • umount /dev/md5
    • mdadm -S /dev/md5

  • 启动

    • mdadm -Ds > /etc/mdadm.conf #将当前raid信息保存至配置文件，已便以后进行装配
    • mdadm -A /dev/md5

  • 删除

    • 1.先卸载

    • 2.停止阵列

    • 3.删除配置文件

    • 4.清除成员的元数据

      • mdadm --zero-superblock /dev/sd{b…f}

LVM逻辑卷管理

概念

  • 物理卷PV：单个硬盘或分区做成
  • 物理区域PE：PV中的最小存储单元，指定后不可更改，同一卷组中PV的PE大小需一致
  • 卷组VG：单个或多个物理卷组成
  • 逻辑卷LV：从卷组中获取空间，可格式化挂载使用，支持在线扩容
  • 逻辑区域LE：LV中的最小存储单元，大小取决于PE

创建

  • 1.准备物理磁盘/分区

  • 2.创建PV：pvcreate /dev/sdb

  • 3.创建VG：vgcreate vg1 /dev/sdb

  • 4.创建LV

    • lvcreate -L 4G -n lv1 vg1
    • lvcreate -l 10 -n lv1 vg1
    • #-l 指定PE数量；-L指定具体空间

  • 5.创建文件系统并挂载

    • mkfs.xfs /dev/vg1/lv1
    • mount /dev/vg1/lv1 /mnt/lv1

查看

  • pvs/pvscan/pvdisplay
  • vgs/vgscan/vgdisplay
  • lvs/lvscan/lvdisplay

扩容

  • pv扩容>vg扩容>lv扩容>文件系统扩容

  • 1.pv扩容：添加磁盘/分区，pvcreate /dev/sdc 创建pv （有空间则省略）

  • 2.vg扩容：vgextend vg1 /dev/sdc vgs查看剩余空间 （有空间则省略）

  • 3.lv扩容：lvextend -L +5G /dev/vg1/lv1 #增加5G / -l +10

  • 4.文件系统扩容

    • xfs系统

      • xfs_growfs /dev/vg1/lv1 #也可写挂载点

    • ext系统

      • resize2fs /dev/vg1/lv1

    • 若lv未被使用则省略

缩容

  • 注意

    • 1.风险大有可能造成数据的损坏
    • 2.确保缩减后的空间大小依然能存储原来的所有数据
    • 3.不要在线缩容
    • 4.在缩减之前强制检查文件系统

  • ext4缩容

    • 1）先卸载：umount /lv0
    • 2）强制检查文件系统：e2fsck -f /dev/vg0/lv0
    • 3）缩减文件系统：resize2fs /dev/vg0/lv0 1800M
    • 4）缩减逻辑卷：lvreduce -L 1800M /dev/vg0/lv0
    • 5）测试缩减逻辑卷后逻辑卷能否正常使用

  • XFS不支持缩容

删除

  • lvremove /dev/vg1/lv2
  • vgremove vg1
  • pvremove /dev/sdb

改名

  • vgrename
  • lvrename

快照

  • 工作原理

    • LVM中snapshot通过“写时复制”(copy on write) 来实现，即当一个snapshot创建的时候，仅拷贝原始卷里数据的元数据(meta-data)；创建的时候，并不会有数据的物理拷贝，因此snapshot的创建几乎是实时的，当原始卷上有写操作执行时，snapshot跟踪原始卷块的改变，这个时候原始卷上将要改变的数据在改变之前被拷贝到snapshot预留的空间里。
    • 改变数据包括：增、删、改，增加时会生成一个字符设备文件用于标记该文件原始不存在

  • 实验步骤

    • 1.挂载lv0逻辑卷，在逻辑卷内写入数据：mount /dev/vg0/lv0 /lv0
    • 2.给/dev/vg0/lv0逻辑卷做快照：lvcreate -n lv0.snap -s -L 800M /dev/vg0/lv0
    • 3.改变lv0逻辑卷的数据
    • 4.恢复数据 会删除快照卷 恢复之前要卸载
      umount /dev/vg0/lv0；lvconvert --merge /dev/vg0/lv0.snap
    • 5.挂载lv0逻辑卷查看数据是否恢复到拍快照的那一刻的状态

杂七杂八

改变根

  • chroot /test #将/test目录作为根

查看程序所依赖的库

  • ldd /bin/cat

备份MBR

  • 注意

    • MBR一定要备份在另外的磁盘上

  • 实验

    • 备份/dev/sda的MBR

    • 步骤

        1. 将/dev/sda的MBR备份到/dev/sdb1
        • mount /dev/sdb1 /mnt/
        • dd if=/dev/sda of=/mnt/MBR.bak bs=512 count=1
        1. 破坏/dev/sda的MBR
        • dd if=/dev/zero of=/dev/sda bs=512 count=1
        1. 重启系统,发现已经无法启动
        1. 进入救援模式,恢复/dev/sda的MBR
        • mkdir /sdb1
        • mount /dev/sdb1 /sdb1
        • dd if=/sdb1/MBR.bak of=/dev/sda

      • reboot

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