linux 文件系统管理三部曲之一：磁盘分区

硬盘和主板的连接的地方：叫接口，硬盘的接口类型:

iops：i/o per second：每秒的读写次数。

• IDE(ata)：并口（数据并行传输），理论最大传输 133MB/S；iops：100次
• SCSI：并口，Ultrascsi320：320MB/s；Ultrascsi640：640MB/s；iops：150-200次
• SATA：串口（不能并行传输），768MB/s；iops：100次
• SAS：串口，768MB/s；iops：150-200次
• USB：串口，480MB/s
• 上述接口的固态硬盘：iops：400次
• pci-e接口的固态硬盘：iops：10万次

桌面用的固态硬盘的接口一般是SATA的。

并口：同一个线缆可以接多块设备

• IDE：2个。主硬盘，从硬盘
• SCSI：
  • 宽带：16-1个
  • 窄带：8-1个

串口：只能接一个。

硬盘种类：机械硬盘，固态硬盘

• 机械硬盘：由很多盘片组成，盘片上有很多同心圆中心有一个同心轴（叫主轴），每个盘片的正反面都有一个磁头，就像留声机，有一个手臂（arm），支撑所有磁头。

  硬盘结构图片请参考：硬盘的物理结构和工作原理

  • track：磁道

  • sector：扇区，512bytes

  • cylinder：柱面：圆柱体的外表面（除去上下2个圆面）

    分区划分是以柱面为单位的。

  • 平均寻道时间：硬盘的同心轴旋转的速度。越快IO越好。

    5400转/分，7200转/分，10000转/分，15000转/分

  • 最外层的磁道，同一段时间内转过的长度最大，所以IO最快，所以把C盘划分到外层，所以windows的操作系统都装在C盘上。

Linux的哲学思想：一切皆文件

设备类型：

• block（块）：随机访问，数据交换单位是block
• character（字符）：线性访问，数据交换单位是character

设备文件：

• 关联到设备的驱动程序；设备的访问入口。
• 设备文件是作为程序的参数，就相当于执行对应的设备驱动程序。
• 设备文件的特点是没有文件大小，只有设备号。

设备号：

• major：主设备号：区分设备的类型（鼠标还是键盘），用于标明所需要的驱动程序。

• minor：次设备号：区分同种类型下的不同设备（有2个显示器，区分是哪个显示器）。是特定设备的访问入口。

创建设备文件命令：mknod：make block or character special files

• 语法：mknod [OPTION]... NAME TYPE [MAJOR MINOR]
  • NAME：设备文件名字
  • TYPE：设备类型，是block还是character
  • 不指定设备号，会自动分配。
• 选项：-m：指定设备文件的权限。

# mknod testdev c 111 1
# ll testdev
crw-r--r--. 1 root root 111, 1 Dec 25 18:42 testdev
# mknod -m 664 testdev1 c 111 1
# ll testdev1
crw-rw-r--. 1 root root 111, 1 Dec 25 18:42 testdev1

设备文件的名字不是随便的，是有标准的，由ICANN制定。

操纵系统给硬盘的设备文件的命名规则：

• IDE接口的硬盘：/dev/hd
• SCSI,SATA,USB,SAS接口的硬盘：/dev/sd
• 由于同一种类的接口的硬盘可能存在多个，所以后面加字母a-z。例如hda，hdb；sda，sdb等。

# ll /dev/sda*
brw-rw----. 1 root disk 8, 0 Dec 25 10:10 /dev/sda
brw-rw----. 1 root disk 8, 1 Dec 25 10:10 /dev/sda1
brw-rw----. 1 root disk 8, 2 Dec 25 10:10 /dev/sda2

设备的引用问题：

• 比如主板上插了2个串口的SCSI硬盘，2个USB
• 第一次操作系统启动后，把SCSI的2个盘识别为sda，sdb；把2个USB识别为sdc，sdd。
• 下次操作系统启动后，有可能就倒过来了。所以不好识别。

所以有了下面的设备引用方式：

• 设备文件的名字：操作系统启动时，识别到了设备，然后给了个名字
• 卷标（Filesystem label）：
• UUID：随机的128bit的数字：在给分区格式化(安装文件系统）的时候，生成的随机数字。

硬盘分区概念

硬盘的空间很大，为了更细致的使用它，要给它划分成独立的区域，叫分区。如何识别分区呢？使用/dev/sda#，/dev/hda#。

#：为数字，可能是1位的数字，也可能是2位的数字。

注意：centos5根据硬盘接口的类型，把IDE的命名位hd，把SCSI等的命名位sd。但是centos6和7，不管是什么接口的硬盘，一律用sd[a-z]来命名了。

硬盘分区类型：

• MBR：Master boot record：主引导记录（扇区）

  在0号track（磁道），0号sector（扇区）里，有512bytes

  这512bytes分为3部分：

  • 前446bytes：bootloader程序，引导操作系统启动的程序。

  • 接下来的64bytes：分区表（fat），用16个字节标识一个硬盘的可使用区域，所以一共只能有4个分区（硬盘的可使用区域）。

    • 如果想要超过4个分区怎么办？

      让某一个分区，不直接指定硬盘空间的具体可使用区域，而是指向硬盘的一个小地方，这个地方又放了一张分区表（fat），这个分区表的大小可以随意指定，所以这个分区表里就可以放n多的分区的索引，再由此索引，指定具体的分区（硬盘的可使用区域）。

      所以就可以有了：

      • 3主分区，1个扩展分区。扩展分区里再分n个逻辑分区。
      • 主分区和扩展分区的数字，是从1-4的；逻辑分区是从5开始，即使主分区+扩展分区还没到4，逻辑分区也是从5开始。

  • 最后2个bytes：MBR区域是否有效的标识。如果是55AA（16进制），则说明有效。否则，说明无效。

• GPT：未调查

分区管理命令：fdisk

• 查看硬盘里的分区情况：fdisk -l [-u][device...]

  不指定设备文件的话，就显示所有硬盘的分区情况。

  指定设备文件的话，就显示指定硬盘的分区情况。

  # fdisk -l
  
  Disk /dev/sda: 64.4 GB, 64424509440 bytes, 125829120 sectors（扇区）
  Units = sectors of 1 * 512 = 512 bytes（每个扇区是512bytes）
  Sector size (logical/physical): 512 bytes / 512 bytes（扇区的逻辑/物理size都是512bytes）
  I/O size (minimum/optimal): 512 bytes / 512 bytes（IO大小512bytes）
  Disk label type: dos（dos代表是MBR的分区类型）
  Disk identifier: 0x000bc639（磁盘的UUID，16位的数字）
  
     Device Boot      Start         End      Blocks   Id  System
  /dev/sda1   *        2048     2099199     1048576   83  Linux
  /dev/sda2         2099200   125829119    61864960   8e  Linux LVM
  
  # fdisk -l /dev/sda
  
  Disk /dev/sda: 64.4 GB, 64424509440 bytes, 125829120 sectors
  Units = sectors of 1 * 512 = 512 bytes
  Sector size (logical/physical): 512 bytes / 512 bytes
  I/O size (minimum/optimal): 512 bytes / 512 bytes
  Disk label type: dos
  Disk identifier: 0x000bc639
  
     Device Boot      Start         End      Blocks   Id  System
  /dev/sda1   *        2048     2099199     1048576   83  Linux
  /dev/sda2         2099200   125829119    61864960   8e  Linux LVM
  

  • 【Start End】：centos6是从哪个柱面开始到哪个柱面结束；centos7是从哪个扇区开始到哪个扇区结束。
  • 【Boot】：下的*，代表linux系统装在这个分区里。
  • 【block】：代表这个分区里有多少个block
  • 【Id】：16进制的数字，代表分区的种类
    • 83：一般linux分区
    • 5：扩展分区（Extended）
    • 82：交换分区（Linux swap）
  • 【system】：Id的说明。

• 管理分区：fdisk device

  fdisk提供一个交互式接口来管理分区，进入交互式以后，在里面可以使用很多子命令。

  所有操作的结果都是暂时保存在内存中，还没有写入到磁盘，直到使用了w命令后，才会把操作反应到磁盘，也就是操作才生效。这个命令非常危险。

Command action
   a   toggle a bootable flag
   b   edit bsd disklabel
   c   toggle the dos compatibility flag
   d   delete a partition（删除分区）
   g   create a new empty GPT partition table
   G   create an IRIX (SGI) partition table
   l   list known partition types（显示磁盘种类，也就是上面用fdisk -l命令的指向结果里的Id）
   m   print this menu（获取帮助）
   n   add a new partition（添加新的分区）
   o   create a new empty DOS partition table
   p   print the partition table（显示现有的分区信息） 
   q   quit without saving changes（不保存，直接退出）
   s   create a new empty Sun disklabel
   t   change a partition's system id（修改分区的Id，也就是修改文件系统的种类）
   u   change display/entry units
   v   verify the partition table
   w   write table to disk and exit（保存并退出）
   x   extra functionality (experts only)

在虚拟机里添加一个硬盘，然后给这个硬盘分区。

下图是在虚拟机上新添加的硬盘，大小是1GB。

添加硬盘前：

# ll /dev/sda*
brw-rw----. 1 root disk 8, 0 Dec 25 10:10 /dev/sda
brw-rw----. 1 root disk 8, 1 Dec 25 10:10 /dev/sda1
brw-rw----. 1 root disk 8, 2 Dec 25 10:10 /dev/sda2

添加硬盘后：发现多了一个/dev/sdb，所以新添加的硬盘被操作系统识别到了。

# ll /dev/sd*
brw-rw----. 1 root disk 8,  0 Dec 26 13:26 /dev/sda
brw-rw----. 1 root disk 8,  1 Dec 26 13:26 /dev/sda1
brw-rw----. 1 root disk 8,  2 Dec 26 13:26 /dev/sda2
brw-rw----. 1 root disk 8, 16 Dec 26 13:28 /dev/sdb

查看一下新硬盘的情况：

发现硬盘大小是：1073MB，和添加的1GB大小符合；硬盘分区类型是MBR

# fdisk /dev/sdb
Welcome to fdisk (util-linux 2.23.2).

Command (m for help): p

Disk /dev/sdb: 1073 MB, 1073741824 bytes, 2097152 sectors
Units = sectors of 1 * 512 = 512 bytes
Sector size (logical/physical): 512 bytes / 512 bytes
I/O size (minimum/optimal): 512 bytes / 512 bytes
Disk label type: dos
Disk identifier: 0x0e2a2184

   Device Boot      Start         End      Blocks   Id  System

创建一个主分区：

Command (m for help): n
Partition type:
   p   primary (0 primary, 0 extended, 4 free)
   e   extended
Select (default p): p（问你是创建主分区p，还是扩展分区e）
Partition number (1-4, default 1): 1（因为上面选的是主分区，所以问你主分区的分区号）
First sector (2048-2097151, default 2048): 2048（正在创建的这个分区，从哪个扇区开始创建）
Last sector, +sectors or +size{K,M,G} (2048-2097151, default 2097151): +200M（创建多大的分区）
Partition 1 of type Linux and of size 200 MiB is set（告诉你一个200M的分区创建成功了）

Command (m for help): p

Disk /dev/sdb: 1073 MB, 1073741824 bytes, 2097152 sectors
Units = sectors of 1 * 512 = 512 bytes
Sector size (logical/physical): 512 bytes / 512 bytes
I/O size (minimum/optimal): 512 bytes / 512 bytes
Disk label type: dos
Disk identifier: 0x87b57c10

   Device Boot      Start         End      Blocks   Id  System
/dev/sdb1            2048      411647      204800   83  Linux
Command (m for help): w（保存!)
The partition table has been altered!

Calling ioctl() to re-read partition table.
Syncing disks.

上面创建了一个/dev/sdb1分区。

查看刚创建的分区是否被操作系统识别了：查看文件/proc/partitions，发现/dev/sdb1已经在里面了，就说明了操作系统已经识别了刚创建的分区了。

# cat /proc/partitions
major minor  #blocks  name

   8        0   62914560 sda
   8        1    1048576 sda1
   8        2   61864960 sda2
   8       16    1048576 sdb
   8       17     204800 sdb1
  11        0    1048575 sr0
 253        0   38834176 dm-0
 253        1    4063232 dm-1
 253        2   18960384 dm-2

上面创建分区的操作是在centos7里做的，所以操作系统才能马上就识别到刚创建的分区/dev/sdb1，但是如果是centos5或者6，就不能马上识别出刚创建出来的分区。需要用下面的命令，告诉操作系统我刚创建了一个分区，请识别它，谢谢。下面的命令一般执行第一次时，不会成功，再执行一次就好了。

• centos5：partprobe [device]

• centos6/7：partx，kpartx

  partx -a [device]

  kpartx -af [device]

如果磁盘空间满了,系统就无法工作了

所以，在划分数据区的时候，最好预留一块区域，当满了的时候，管理员可以启动这块预留区域，然后操作系统就能工作了。