磁盘管理、文件系统管理

磁盘管理

磁盘设备

• 机械硬盘（非固态）

• I/O Ports —– I/O 设备地址

• 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：关联一个设备驱动程序，进而能够跟与之对应的硬件设备进行通信；

– 设备号码：

• 主设备号 major number；标识设备类型

• 次设备号 minor number；标识同一类设备中的不同设备

Linux系统硬件设备文件储存在/dev目录下

– 硬盘接口：

• 并行{IDE、SCSI}

• 串口{SATA、SAS、USB}

/dev目录下的硬盘名称一般是/sd*（*代表[a-z]）；不同分区之间用数字区分，例如：/sda1、/sda2、/sda3….

– 机械硬盘

• track：磁道

• cylinder：柱面

• secotr：扇区 （512byte）
  0扇区（mbr）512byte中 446byte是boot loader；
  64byte是分区表（所以最多4个分区）；
  2byte是4个16进制数值（55AA表示前55个已经使用）；

扩展：分区是按照柱面划分的，mbr只能识别2T以下的单块硬盘，超过2T需要使用GPT

磁盘分区

-分区工具：fdisk

• fdisk：

    fdisk -l [-u] [device...]  { -l：显示磁盘信息；}
    fdisk内置命令：
               p  -查看磁盘信息；
               m -打开帮助信息；
               n -新创建一个分区；
               d -删除分区；
               w -保存退出；
               q -放弃保存退出；
               l -列出分区ID
               t -修改ID

分好区以后，内核中不一定能识别到分区，内核没有识别到分区的话无法进行格式化、文件系统等操作；

• 解决

  查看内核有无识别到分区： cat /etc/partations
  让内核重新扫描识别分区：partx -a /dev/DEVICE
                             -n M:N
                       kpartx -a /dev/DEVICE
                             -f: force
       ------------以上是centos 6-7 使用-----------------
  CentOS 5: 使用:partprobe [/dev/DEVICE]

文件系统管理

• Linux文件系统：ext2、ext3、ext4、xfs、btrfs、reiserfs、jfs、swap
  swap：交换分区；用磁盘空间当内存来使用（虚拟内存）

• 扩展：

  光盘： iso9660;
  windows： fat32、ntfs
  网络文件系统：NFS、CIFS
  集群文件系统：GF32、OCFS2
  分布式文件系统：ceph、moosefs、mgilefs、Glusterfs、Lustre

-日志文件系统

• 日志型文件系统是一种特殊类型的文件系统，它记录一个被称为日志的追踪文件。日志可以让系统能够修复在异常终止时出现的不一致情况。它通过追踪之前提交到主文件系统的更改。在计算机非正常关机的情况下，任何数据丢失都可被重建。因此,这种文件系统不太可能遭受破坏，并且可以使文件系统快速恢复工作。

• 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

• 内核中的模块：ext4、xfs、vfat

• 用户空间的管理工具：mkfs.ext4、mkfs.xfs、mkfs.vfat

扩展：Linux的虚拟文件系统叫VFS

-创建文件系统

• 查看当前系统上所支持的文件系统类型： cat /proc/filesystems

• 显示分区属性：blkid [DEVICE]

• mkfs

     (1) # mkfs.FS_TYPE /dev/DEVICE
                ext4
                xfs
                btrfs
                vfat
      (2) # mkfs -t FS_TYPE /dev/DEVICE

            -L 'LABEL': 设定卷标
            
      备注： mkfs.FS_TYPE /dev/DEVICE = mkfa -t FS_TYPE /dev/DEVICE
                例子： mkfs.ext4 /dev/sdb1 = mkfa -t ext4 /dev/sdb1

• mke2fs

           mke2fs：ext系列文件系统专用管理工具
                -t:设置类型 {ext2|ext3|ext4}                
                -b: 设置块大小{1024|2048|4096}  不自己设置默认大小是4096                
                -L 'LABEL':设定卷标                
                -j: 相当于 -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   
                               
         备注：mke2fs -t ext_TYPE = mkfs.ext_TYPE /dev/DEVICE = mkfa -t ext_TYPE /dev/DEVICE
                例子： mke2fs -t ext4 /dev/sdb1 = mkfs.ext4 /dev/sdb1 = mkfa -t ext4 /dev/sdb1

• mkswap

        mkswap：创建交换分区
            mkswap [options] device
                -L 'LABEL':卷标
            注意：调整其分区的ID为82；

• e2label

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

• tune2fs

        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；

• dumpe2fs

        dumpe2fs [DEVICE] 查看超级块的详细信息
            -h：查看超级块信息

-文件系统检测

• fsck

        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

        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；

-文件系统挂载

• 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
        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；

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

• 卸载命令：

        # 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
            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

• 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；

命令总结：fdisk, partx, mkfs, mkswap, mke2fs, tune2fs, blkid, dumpe2fs, e2label, fsck, e2fsck,
mount, umount, free, df, du, swapon, swapoff, fuser

文件系统上的其它概念：

-Inode: Index Node, 索引节点

文件名是源数据但是inode不包含文件名

• 地址指针：地址指针储存的大小决定块的大小

• 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（软链接）：

            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（符号链接）
                -v: verbose

• 文件管理操作对文件的影响：

        文件删除：把inode引用次数降低为0，对应的位图标记为空闲
        文件复制：数据的读取、写入
        文件移动：不同分区之间移动就是把数据读取出来复制一份写入目标，然后删除源文件；
             同分区内改变路径 inode不变；