Linux—磁碟管理

語言: CN / TW / HK

時間 2022-08-14 23:23:00 部落格園精華區

主題: Linux 檔案系統

Linux 磁碟管理

1、磁碟簡介

1.1 認識磁碟

磁碟是一種計算機的外部儲存器裝置，由一個或多個覆蓋有磁性材料的鋁製或玻璃制的碟片組成，用來儲存使用者的資訊，這種資訊可以反覆地被讀取和改寫；絕大多數磁碟被永久封存在一個密封的盒子裡。

1.2 磁碟執行機理

簡單來說就是多個碟片之間靠主軸連線，電機帶動主軸做旋轉運動，通過多個磁頭臂的搖擺和磁碟的旋轉，磁頭就可以在磁碟旋轉的過程中就讀取到磁碟中儲存的各種資料。

1.3 磁碟的扇區、磁軌、柱面

磁軌：磁碟的每個盤面被劃分為許多同心圓，這些同心圓的軌道叫做磁軌。

扇區：一個盤面劃分為若干個內角相同的扇形，這樣盤面上的每個磁軌就被分為若干段圓弧，每段圓弧叫做一個扇區。每個扇區中的資料作為一個單元同時被讀入或寫入。每一個扇區是512位元組，其中有64個位元組儲存的是分割槽表，一條分割槽資訊佔16個位元組。

柱面：每一個碟片同一大小的同心圓可以看成連在一起的柱面，磁碟在分割槽的時候最小單位是柱面，每一個碟片的上下面都可以讀取資料，每一個磁頭，不可以跨盤面讀取資料。

1.4 磁碟的分類

IDE介面磁碟：特點價格低廉，相容性強，價效比高，資料傳輸較慢，不支援熱插拔等。

SCSI介面磁碟：傳輸速率高，讀寫效能好，執行穩定，可連線多個裝置；可支援熱插拔，佔用CPU低，但是價格相對來說比較貴，一般用於工作站或伺服器上。

SATA介面磁碟：結構簡單、支援熱插拔。

USB介面磁碟：行動硬碟，隨身攜帶，效能較低。

IDE介面的磁碟在Linux系統中命名為：/dev/hd[a-z]

SCSI、SATA、USB介面的磁碟在Linux系統中命名為：/dev/sd[a-z]

虛擬化磁碟在Linux系統中命名為：/dev/vd[a-z]

印表機裝置在Linux系統中命名為：/dev/lp[0-15]

2、磁碟分割槽

2.1 為什麼要分割槽？

易於管理和使用：

比如說我們把磁碟分成多個盤（分割槽）sda1、sda2、sda3、sda4，假設sda1盤為系統盤，其他的比如說遊戲、辦公、軟體盤，這樣我們想管理哪個盤直接選中操作即可不會影響其他盤；而且根據用途我們也能較快的去使用相應的磁碟。

有利於資料的安全：

通過分割槽可以降低資料損失的風險；出現硬碟壞道、錯誤操作、重灌系統都有可能造成資料損失，如果分割槽了，那麼我們就可以將損失最小化。

節約尋找檔案的時間：

尋找檔案的時間是指電腦搜尋檔案的時間；分割槽以後，電腦搜尋檔案時只需要在相對應的分割槽搜尋就可以了，沒必要進行全盤搜尋，大大節省了尋找檔案的時間。

磁碟分割槽圖示：

2.2 分割槽型別

MBR（Master Boot Record）和GPT（GUID Partition Table）是在磁碟上儲存分割槽資訊的兩種不同方式；這些分割槽資訊包含了分割槽從哪裡開始的資訊，這樣作業系統才知道哪個扇區是屬於哪個分割槽的，以及哪個分割槽是可以啟動的。在磁碟上建立分割槽時，你必須在MBR和GPT之間做出選擇。

MBR是Master Boot Record的簡稱，也就是主引導記錄，是位於磁碟最前邊的一段引導（Loader）程式碼，主要用來引導作業系統的載入與啟動。

特點：

MBR支援最大2TB磁碟，它無法處理大於2TB容量的磁碟
只支援最多4個主分割槽。若想要更多分割槽，需要建立擴充套件分割槽，並在其中建立邏輯分割槽

GPT磁碟是指使用GUID分割槽表的磁碟，GUID磁碟分割槽表（GUID Partition Table，縮寫：GPT）其含義為“全域性唯一標識磁碟分割槽表”，是一個實體硬碟的分割槽表的結構佈局的標準。

特點：

GPT對磁碟大小沒有限制
最多可以建立128個分割槽

3、分割槽工具使用

3.1 檢視分割槽使用情況

df	//命令檢視已掛載磁碟或分割槽使用情況，預設K為單位
-h	//以G或者T或者M人性化方式顯示
-i	//檢視inode使用情況
-T	//檢視檔案系統型別

[[email protected] ~]# df -h
裝置名稱      	  磁碟大小 已用大小 可用大小 使用百分比 掛載點
Filesystem             Size  Used  Avail   Use%      Mounted on
devtmpfs               1.9G     0   1.9G     0%      /dev
tmpfs                  1.9G     0   1.9G     0%      /dev/shm
tmpfs                  1.9G  9.7M   1.9G     1%      /run
tmpfs                  1.9G     0   1.9G     0%     
 /sys/fs/cgroup
/dev/mapper/rhel-root   55G   14G    42G    26%      /
/dev/sr0               7.9G  7.9G      0   100%      /mnt/cdrom
/dev/nvme0n1p1        1014M  229M   786M    23%      /boot
tmpfs                  376M  4.0K   376M     1%      /run/user/0
tmpfs                  376M  1.2M   375M     1%      /run/user/42

lsblk	//檢視所有磁碟和分割槽使用情況
[[email protected] ~]# lsblk 
NAME          MAJ:MIN RM  SIZE RO TYPE MOUNTPOINT
sr0            11:0    1  7.9G  0 rom  /mnt/cdrom
nvme0n1       259:0    0   60G  0 disk 
|-nvme0n1p1   259:1    0    1G  0 part /boot
|-nvme0n1p2   259:2    0   19G  0 part 
| |-rhel-root 253:0    0   55G  0 lvm  /
| `-rhel-swap 253:1    0    2G  0 lvm  [SWAP]
`-nvme0n1p3   259:3    0   40G  0 part 
  `-rhel-root 253:0    0   55G  0 lvm  /

du	//統計檔案佔用磁碟大小
-s	//列出總和
-h	//人性化顯示容量資訊

[[email protected] ~]# du -sh /etc/
30M     /etc/

3.2 磁碟分割槽工具

分割槽工具有fdisk和gdisk，當硬碟小於2T的時候我們應該用fdisk來分割槽，而當硬碟大於2T的時候則應用gdisk來進行分割槽；fdisk預設使用MBR分割槽表，gdisk預設使用GPT分割槽表。

//生產分割槽建議: 如無特殊需求, 直接使用整個磁碟即可, 無需分割槽
//學習分割槽建議: 1P+1E(3L) 2P+1E(2L) 3P+1E(1L) (僅適用於練習)      

fdisk	//磁碟分割槽工具，預設採用MBR分割槽表
-l	//列出系統中所有磁碟

[[email protected] ~]# fdisk -l			//檢視系統中磁碟資訊

[[email protected] ~]# fdisk  /dev/sdb		//對/dev/sdb進行分割槽
Command (m for help): m 			//獲取幫助
Command action
   a   toggle a bootable flag   		//切換分割槽啟動標記
   d   delete a partition     			//刪除分割槽
   l   list known partition types   		//顯示分割槽型別
   m   print this menu      			//顯示幫助選單
   n   add a new partition  			//新建分割槽
   o   create a new empty DOS partition table   //建立新的空白分割槽表
   p   print the partition table       		//顯示分割槽表的資訊
   q   quit without saving changes  		//不儲存退出
   t   change a partition's system id   	//修改分割槽ID型別,可以通過l檢視id
   w   write table to disk and exit     	//儲存退出

//建立主分割槽
Command (m for help): n 			//新建分割槽
Partition type:
   p   primary (0 primary, 0 extended, 4 free)  //主分割槽
   e   extended 				//擴充套件分割槽
Select (default p): p   			//選擇主分割槽
Partition number (1-4, default 1):  		//分割槽序號
First sector (2048-2097151, default 2048): 	//起始扇區位置，回車預設即可
Using default value 2048
Last sector, +sectors or +size{K,M,G} (2048-2097151, default 2097151): +50M //結束扇區位置，+50M表示此分割槽大小為50MB

//建立擴充套件分割槽
Command (m for help): n 			//新建分割槽
Partition type:
   p   primary (1 primary, 0 extended, 3 free)
   e   extended
Select (default p): e   			//建立擴充套件分割槽
Partition number (2-4, default 2):
First sector (104448-2097151, default 104448):
Using default value 104448
Last sector, +sectors or +size{K,M,G} (104448-2097151, default 2097151):  //回車預設劃分所有空間給擴充套件分割槽

//建立邏輯分割槽
Command (m for help): n 			//新建分割槽
Partition type:
   p   primary (1 primary, 1 extended, 2 free)
   l   logical (numbered from 5)
Select (default p): l   			//建立邏輯分割槽
Adding logical partition 5
First sector (106496-2097151, default 106496):
Using default value 106496
Last sector, +sectors or +size{K,M,G} (106496-2097151, default 2097151): +100M  //分配100MB空間

//檢視分割槽建立
Command (m for help): p
Device Boot      Start         End      Blocks   Id  System
/dev/sdb1            2048      104447       51200   83  Linux
/dev/sdb2          104448     2097151      996352    5  Extended
/dev/sdb5          106496      311295      102400   83  Linux

//儲存分割槽
Command (m for help): w
The partition table has been altered!
Calling ioctl() to re-read partition table.
Syncing disks.

//安裝parted, 重新整理核心立即生效分割槽配置,無需重啟
[[email protected] ~]# dnf -y install parted
[[email protected] ~]# partprobe /dev/sdb

//檢查磁碟是否是MBR分割槽方式
[[email protected] ~]# fdisk -l /dev/sdb | grep type
Disk label type: dos
gdisk	//磁碟分割槽工具，預設採用GPT分割槽表

[[email protected] ~]# gdisk /dev/sdb
Command (? for help): n     			//建立新分割槽
Partition number (1-128, default 1):
First sector (34-2097118, default = 2048) or {+-}size{KMGTP}:
Last sector (2048-2097118, default = 2097118) or {+-}size{KMGTP}: +500M //分配500M大小

Command (? for help): p 			//檢視分割槽情況
Number  Start (sector)    End (sector)  Size       Code  Name
   1            2048         1026047   500.0 MiB   8300  Linux filesystem

Command (? for help): w 			//儲存分割槽
Do you want to proceed? (Y/N): y    		//確認
OK; writing new GUID partition table (GPT) to /dev/sdb.
The operation has completed successfully.

//檢查磁碟是否是gpt格式
[[email protected] /]# fdisk /dev/sdb -l | grep type
Disk label type: gpt

//安裝parted, 重新整理核心立即生效分割槽配置,無需重啟
[[email protected] ~]# yum -y install parted
[[email protected] ~]# partprobe /dev/sdb

3.2 磁碟格式化

mkfs命令用來格式化磁碟或分割槽，建立檔案系統；磁碟分割槽後必須格式化建立檔案系統才能正常使用。

mkfs	//格式化磁碟或分割槽
-b	//設定資料區塊佔用空間大小，目前支援1024、2048、4096 bytes每個塊。
-t	//用來指定什麼型別的檔案系統，可以是ext3，ext4, xfs
-i	//設定inode的大小
-N	//設定inode數量，防止Inode數量不夠導致磁碟不足
-L	//預設該分割槽的標籤label

//使用-t指定方式建立xfs檔案系統
[[email protected] ~]# mkfs -t xfs  /dev/sdb1

//也可以使用另一種方式格式化sdb1分割槽為ext4檔案系統
[[email protected] ~]# mkfs.ext4  /dev/sdb1

3.3 磁碟掛載

磁碟分割槽格式化之後, 在Linux中必須進行掛載才能進行使用；掛載分割槽前需要建立掛載點, 掛載點就是一個目錄，如果往掛載點目錄寫入資料, 實際上會寫入到掛載的分割槽當中；掛載點建議是空目錄, 如果不是也不影響掛載分割槽的使用，但是原有的檔案會被隱藏。

掛載分為兩種臨時掛載和永久掛載；臨時掛載即重啟之後失效，永久掛載即開機自動掛載。

臨時掛載磁碟：

mount		//磁碟掛載命令，實質為檔案系統指定訪問入口
-t		//指定掛載分割槽的檔案系統型別，如ext3，ext4, xfs
-o		//指定掛載引數
-a		//重新讀取/etc/fstab配置檔案的所有掛載

//掛載/dev/sdb1至db1目錄
[[email protected] ~]# mkdir /mnt/disk1
[[email protected] ~]# mount -t xfs /dev/sdb1  /mnt/disk1

//fstab被損壞情況下,讓只讀檔案系統可寫（正常情況下不使用）
[[email protected] ~]# mount -o rw,remount /

永久掛載磁碟：

blkid		//獲取所有分割槽的UUID

//blkid命令獲取sdb1分割槽的UUID
[[email protected] ~]# blkid | grep "sdb1"
/dev/sdb1: UUID="e271b5b2-b1ba-4b18-bde5-66e394fb02d9" TYPE="xfs"

//使用UUID臨時掛載磁碟sdb1分割槽至於db1
[[email protected] ~]# mount UUID="e271b5b2-b1ba-4b18-bde5-66e394fb02d9" /mnt/disk1

//將掛載寫入到/etc/fstab中，實現永久掛載, 開機自動掛載
[[email protected] ~]# vim /etc/fstab    
UUID=e271b5b2-b1ba-4b18-bde5-66e394fb02d9 /mnt/disk1 xfs  defaults 0  0

//載入fstab配置檔案, 同時檢測語法是否有錯誤
[[email protected] ~]# mount –a

fstab配置檔案介紹：

[[email protected] ~]# vim /etc/fstab
分割槽標識(UUID或裝置名)                      掛載點     檔案型別  掛載引數    不檢查 不備份
UUID=e271b5b2-b1ba-4b18-bde5-66e394fb02d9 /mnt/disk1        xfs  defaults    0     0

//掛載引數, 可寫fstab配置檔案, 也可以mount時使用-o引數指定
引數             引數意義                                  系統預設值
async            系統每隔一段時間把記憶體資料寫入磁碟中
sync             時時同步記憶體和磁碟中資料；
suid，nosuid     允許/不允許分割槽有suid屬性                  suid
rw，ro           可以指定檔案系統是隻讀(ro)或可寫(rw)        rw
exec，noexec     允許/不允許可執行檔案執行，不要掛載根分割槽    exec
user，nouser     允許/不允許root外的其他使用者掛載分割槽         nouser
auto，noauto     開機自動掛載/不自動掛載                    auto
defaults         預設檔案系統掛載設定			  rw, suid, dev, exec, auto, nouser, async

//載入fstab配置檔案中所有配置
[[email protected] ~]# mount -a

解除安裝掛載磁碟：

umount		//取消掛載
-lf		//強制取消掛載

//使用站點目錄解除安裝
[[email protected] ~]# umount /mnt/disk1

//使用裝置名解除安裝/dev/sdb1
[[email protected] ~]# umount /dev/sdb1

//umount不能解除安裝的情況
[[email protected] db1]# umount /db1  
umount: /db1: device is busy.
        (In some cases useful info about processes that use
         the device is found by lsof(8) or fuser(1)
       
//如上情況解決辦法有兩種, 切換至其他目錄或使用'-l'選項強制解除安裝    
[[email protected] db1]# umount -lf /db1

4、SWAP交換分割槽

交換分割槽SWAP就是LINUX下的虛擬記憶體分割槽,它的作用是在實體記憶體使用完之後,將磁碟空間(也就是SWAP分割槽)虛擬成記憶體來使用。交換分割槽一般指定虛擬記憶體的大小為實際記憶體的1~1.5倍。如果實際記憶體超過8GB，可以直接劃分16GB給虛擬記憶體即可。

//為系統新增SWAP分割槽

//檢視記憶體和SWAP交換分割槽的使用情況
[[email protected] ~]# free -mh
              total        used        free      shared  buff/cache   available
Mem:           1.8G        258M        103M         61M        1.4G        1.3G
Swap:             0           0           0 <--- 沒有交換分割槽

//使用磁碟建立一個分割槽作為SWAP交換分割槽，並且把分割槽型別更改為82
[[email protected] ~]# fdisk  /dev/sdb

Command (m for help): n 			//新建分割槽
Partition type:
   p   primary (0 primary, 0 extended, 4 free)
   e   extended
Select (default p): p   			//選擇主分割槽
Partition number (1-4, default 1):  		//分割槽序號
First sector (2048-2097151, default 2048): 	//起始扇區位置，回車預設即可
Using default value 2048
Last sector, +sectors or +size{K,M,G} (2048-2097151, default 2097151): +2G //結束扇區位置，+2G表示此分割槽大小為2G

Select (default p): t				//修改分割槽id
Partition number (default 1)			//選擇要成為SWAP的分割槽
Hex code (type L to list all codes):82  	//修改成id為82
Changed type of partition 'Linux LVM' to 'Linux swap / Solaris'.

Command (m for help): p

   裝置 Boot      Start         End      Blocks   Id  System
/dev/sdb1            2048     2099199     1048576   83  Linux
/dev/sdb2         2099200     6293503     2097152   82  Linux swap / Solaris <---修改成功

Command (m for help): w

//強烈建議對分割槽做了修改後都重新整理一下
[[email protected] ~]# partprobe  /dev/sdb

//把sdb1格式化為交換分割槽
[[email protected] ~]# mkswap  /dev/sdb1
正在設定交換空間版本 1，大小 = 2097148 KiB
無標籤，UUID=ba08eb90-2003-44e6-9769-9a9351aebb05

//啟動交換分割槽
[[email protected] ~]# swapon /dev/sdb1
或者
[[email protected] ~]# swanon -a  //啟動所有交換分割槽

//檢視交換分割槽
[[email protected] ~]# free -mh
              total        used        free      shared  buff/cache   available
Mem:           1.8G        258M        103M         61M        1.4G        1.3G
Swap:            2G           0          2G

//永久掛載交換分割槽
[[email protected] ~]# blkid /dev/sdb1
/dev/sdb1: UUID="ba08eb90-2003-44e6-9769-9a9351aebb05" TYPE="swap" 

[[email protected] ~]# vim /etc/fstab 
UUID=ba08eb90-2003-44e6-9769-9a9351aebb05  swap	swap	defaults  0 0

5、生產磁碟故障案例

//Inode被佔滿，導致磁碟有可用的剩餘空間也無法繼續使用

[[email protected] ~]# dd if=/dev/zero of=/opt/newdisk bs=1k count=1024
[[email protected] ~]# mkfs.ext4 -i 1024 /opt/newdisk
[[email protected] ~]# mkdir /mnt/data
[[email protected] ~]# mount -t ext4 -o loop /opt/newdisk /mnt/data/

//inode被佔滿
[[email protected] ~]# cd /mnt/data/
[[email protected] data]# touch {1..20000}
touch: cannot touch `19997': No space left on device
touch: cannot touch `19998': No space left on device
touch: cannot touch `19999': No space left on device
touch: cannot touch `20000': No space left on device

//inode被佔滿，剩餘block也是無法繼續使用
[[email protected] ~]# df -h|grep data
/opt/newdisk    891K   34K  806K   5% /mnt/data/

[[email protected] ~]# df -i | grep data
/opt/newdisk      1024  1024       0  100% /mnt/data/

//假設現在線上正在執行Nginx服務, Nginx產生的日誌已經達到了20個G, 磁碟眼看就看沾滿了, 請問不重啟Nginx的方式如何處理

//刪除檔案, 但雖然檔案被刪除但是Nginx持續佔用著檔案, 所以空間並不會被釋放
rm -f access.log

//正確做法如下, 使用重定向清空該檔案即可釋放檔案內容
> access.log

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