linux磁盘管理及文件系统介绍

    硬盘是计算机必备组成部分，现在的硬盘分固态硬盘和传统机械硬盘，这里要介绍的是传统机械硬盘。

    一.硬盘最基本结构

        1.硬盘是由坚硬金属材料制成的涂以磁性介质的盘片，不同容量硬盘的盘片数不等。每个盘片有两面，都可记录信息。每个磁道被分成许多扇形的区域，每个区域叫一个扇区，每个扇区可存储128×2的N次方（N=0.1.2.3）字节信息。在DOS中每扇区是128×2的2次方=512字节，盘片表面上以盘片中心为圆心，不同半径的同心圆称为磁道。硬盘中，不同盘片相同半径的磁道所组成的圆柱称为柱面，如下图所示：

        2.MBR

        MBR：Master Boot Record，即硬盘的主引导记录，位于0磁道0扇区，大小512bytes。

        boot loader：引导加载器存放在MBR的前446bytes,用于引导操作系统。

        分区表：存放在boot loader之后的64bytes，用于存放分区信息。

        2bytes: 55AA（分区有效标识）

    二.磁盘的分区管理

       1. 由于分区表只有64bytes，一个分区占用大小16bytes，所以只能创建4个分区，通常使用 3主分区+1扩展(N个逻辑分区)  的分区模式。使用fdisk命令工具进行分区。

         fdisk -l [device…]   查看设备分区情况

        fdisk device    进入对设备磁盘进行操作

        常用的操作指令如下：

        d delete a partition  这是删除一个分区的动作；
        l list known partition types  是列出分区类型，以供我们设置相应分区的类型；
        m print this menu   是列出帮助信息；
        n add a new partition   添加一个分区；
        p print the partition table  列出分区表；
        q quit without saving changes  不保存退出；
        t change a partition's system id   改变分区类型；
        w write table to disk and exit  把分区表写入硬盘并退出；
      

        2.创建分区步骤：

            1).先输入n创建分区

            2).选择分区 e扩展分区 p主分区

            3).确认创建的分区号

            4).确认起始和终止柱面

            5).调整分区类型，L查看分区类型

            6).最后w把分区表写入硬盘并退出

        3.把分区信息同步到内核

            partx -a /dev/DEVICE 

            上述错误是正常现象用cat /proc/partitions 查看内核中是否已存在该分区信息

        三.文件系统

              在告知系统我的 partition 所在的起始与结束磁柱之后，之后则需要将 partition 格式化为我的操作系统认识的文件系统，常用的文件系统如下：

                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

              linux默认都支持ext文件系统，当一个 ext2 的 filesystem 被建立时， 他拥有 superblock / group description / block bitmap / inode bitmap / inode table / data             blocks 等等区域。要注意的是，每个ext2 filesystem 在被建立的时候，会依据 partition 的大小， 给予数个 block group ，而每个 block group 就有上述的这些部分。整个             filesystem 的架构可以下图展现:

                 为了简化，假设一个文件系统仅有1个blockgroup。

                  block：用来储存数据的最小单元，Block 的大小为 扇区 的 2 的次方倍数。

                  inode：每个文件都对应着一个inode，inode存储着文件的元数据

                  SuperBlock：记录整个 filesystem 相关信息，block和inode的总量和使用情况等等。

                  Group Description：记录 blockgroup 由何处开始记录。

                  Block bitmap：记录哪个 block 有没有被使用。  

                  Inode bitmap：此处记录那个 inode 有没有被使用。

                  Inode table：记录每个inode number对应文件所对应的metadata（元数据）。

                  Data Blocks： block 数据存放区。 

            可以通过dumpe2fs  分区  查看上述描述的信息。

             当我们新增一个文件或目录时：

                    1. 根据 inode bitmap / block bitmap 的信息，找到尚未被使用的 inode 与 block ， 进而将档案的属性与数据分别记载进 inode 与 block ；

                    2. 将刚刚被利用的 inode 与 block 的号码 (number) 告知 superblock、inode bitmap、block bitmap 等，让这些 metadata 更新信息。