计算机硬盘分区知识简介、Linux企业级分区方案建议

前言

环境：centos7.9
我们知道，计算机使用硬盘存储数据，硬盘是无关于计算机操作系统的，即不管你安装Windows还是Linux也好，硬盘硬盘的分区方式、接口类型都是与你安装的操作系统无关的。
本篇我们来讲解一些关于硬盘的基础知识，如硬盘的分区方式、硬盘的接口联系，以及Linux操作系统下硬盘的命名规则等。
关于硬盘分区这里有一篇更好的文章：https://www.eassos.cn/jiao-cheng/ying-pan/mbr-vs-gpt.php

磁盘和硬盘的区别是什么

之前一直不太理解磁盘和硬盘是什么含义，一直绝对硬盘就是磁盘，反正就是计算机存储数据一个盘，百度了一下得知：硬盘是磁盘中的一种，软盘也是磁盘。硬盘和磁盘的区别为：硬盘属于磁盘的一种，硬盘由磁盘组装而成。圆形的磁性盘片被装在一个盒子里密封起来，即可称之为硬盘。这样做的目的是为了防止磁盘表面划伤而导致数据丢失。硬盘内部结构由固定面板、控制电路板、盘头组件、接口及附件等极大部分组成，而盘头组件是构成硬盘的核心，封装在硬盘的净化腔体内，包括浮动磁头组件、磁头驱动机构、盘片及主轴驱动机构、前置读写控制电路等。
反正，我觉得没必要去纠结这两个名词，下文提到的磁盘硬盘大家可以联想到是一个意思就行了。

Linux系统磁盘分区相关知识

1、物理硬盘是不能被直接使用的，要在该硬盘上划分出分区后，才能够使用。
2、磁盘分区有主分区、扩展分区和逻辑分区之分，一块磁盘最多可以有4个主分区，其中一个主分区的位置可以用一个扩展分区替换，在这个扩展分区内可以划分多个逻辑分区；
3、如果规划的分区数量超过4个，则分区组合为3primary+1extend或2p+1e或1p+1e；
4、一块磁盘最多只能有一个扩展分区，扩展分区不能直接使用，必须在扩展分区上划分逻辑分区，然后格式化创建文件系统，之后才能存取数据。

硬盘的分区方式

我们最常见的硬盘的分区方式有两种：MBR、GPT。

硬盘分区方式之MBR分区

MBR的全称是Master Boot Record，即主引导记录，它是存在于硬盘上的第1个扇区，而且这是一个特殊的启动扇区，这个扇区包含了已安装的操作系统的一些相关信息，并用一段代码来启动操作系统，这一小段代码就是Bootloader，我们称bootloader为主引导程序；
我们知道一个扇区占512字节，下面我们来看下这个硬盘上的第1个扇区都保存了哪些信息：
1、bootloader主引导程序，446字节，一个扇区512字节，现在已经有446字节被引导程序占用了，还剩66字节了；
2、分区表（Disk Partition Table）,分区表信息，占66字节。
分区表保存了硬盘的分区信息，比如这块硬盘有多少个分区等消息都保存在分区表中，操作系统通过读取分区表内的信息，就能够知道该硬盘的分区信息了；
每个分区需要占用16字节大小，保存有文件系统标识，起始柱面，磁头号，扇区号，起始扇区位置（4字节），分区总扇区数目（4字节）等内容（66/16=4，这也是为什么MBR方案最多分4个主分区的原因）；
分区表中保存的分区信息都是主分区与扩展分区的分区信息，扩展分区不能直接使用，需要在扩展分区内划分一个或多个逻辑分区后才能使用；
逻辑分区的分区信息是保存在扩展分区内而不是保存在分区表中的，这样就可以突破MBR分区只能保存4个分区的限制了。

所以，采用MBR分区方案有如下特点：
1、最多只能分4个分区，最多只能有1个扩展分区，可以没有扩展分区；
2、所以MBR分区只能这样分区：4个都是主分区或者3个主分区+1个扩展分区，然后在这个扩展分区里面再分n个逻辑分区；
2、操作系统只能安装在主分区上，所以必须保证至少要有1个主分区；
3、扩展分区必须格式化为逻辑分区才能使用，一个扩展分区可以格式化为n个逻辑分区；
4、若是MBR分区的其硬盘容量最大只能支持2TB，但兼容性好，Linux下使用fdisk工具对2TB的硬盘进行分区，因为超过2TB的硬盘，fdisk无法分区的。

MBR分区小结

1、一个扇区占512字节，而MBR分区方案使用硬盘的第一个物理扇区中的64个字节作为分区表的空间来保存硬盘分区信息，每个分区的信息要占16个字节。所以，MBR分区表最多只能保存4个分区的分区信息。
2、MBR分区方案中，有三种类型的分区：主分区、扩展分区和逻辑分区。扩展分区与逻辑分区是为了突破分区表中只能保存4个分区的限制而出现的。
3、MBR分区表中保存的分区信息都是主分区与扩展分区的分区信息，扩展分区不能直接使用，需要在扩展分区内划分一个或多个逻辑分区后才能使用。逻辑分区的分区信息保存在扩展分区内而不是保存在MBR分区表内，这样，就可以突破MBR分区表只能保存4个分区的限制。
4、16个字节的分区信息保存有分区活动状态标志、文件系统标识、起止柱面号、磁头号、扇区号、起始扇区位置（4个字节）、分区总扇区数目（4个字节）等内容。这里最重要的是：分区的起始扇区位置与分区的总扇区数，都是用4个字节表示的。
5、一般每个扇区的容量是512字节，4个字节的扇区能表示的最大容量是2TB，由4可知，在MBR分区表中，分区的起始位置不能大于2TB，分区的最大容量，也不能大于2TB。所以，对2TB以上容量的物理硬盘，不适合使用MBR分区方案。

如果你一个普通用户，对技术细节不是那么感兴趣，那其实关于MBR分区方案你需要记住的只有两点：
1、本来MBR分区表只能保存四个分区的信息，但通过扩展分区与逻辑分区的使用，MBR突破了这个限制。
2、由于MBR分区表中，表示地址的参数是只有4个字节，所以导致MBR分区方案中，分区的起始位置不能大于2TB，分区的最大容量，也不能大于2TB。所以，对2TB以上容量的物理硬盘，不适合使用MBR分区方案。

硬盘分区方式之GTP分区

1、支持无限多个主分区（但操作系统可能会限制，如Windows系统最多128个分区）；
2、单个分区最大支持18EB的容量（1EB=1024PB，1PB=1024TB）；
3、Windows7 64位以后支持gtp

常用硬盘的接口类型、IDE、SATA、SCSI、SAS

IDE硬盘接口，我们称之为并口；IDE的英文全称为“Integrated Drive Electronics”，即“电子集成驱动器”,，是用传统的 40-pin 并口数据线连接主板与硬盘的，接口速度最大为133MB/s，因为并口线的抗干扰性太差，且排线占用空间较大，不利电脑内部散热，已逐渐被 SATA 所取代。其接口如下图所示：

SATA接口，我们称之为串口；SATA接口类型，其英文名称为：Serial Advanced Technology Attachment。使用SATA（Serial ATA）口的硬盘又叫串口硬盘，是未来PC机硬盘的趋势。其接口如下图所示：

SCSI接口类型
　　其英文名称为：Small Computer System Interface。SCSI并不是专门为硬盘设计的接口，是一种广泛应用于小型机上的高速数据传输技术。SCSI接口具有应用范围广、多任务、带宽大、CPU占用率低，以及热插拔等优点，但较高的价格使得它很难如IDE硬盘般普及，因此SCSI硬盘主要应用于中、高端服务器和高档工作站中。其特点为：传输速率高、读写性能好、可连接多个设备、可支持热插拔，但是价格相对来说比较贵。
　　
SAS接口类型
　　其英文名称为：Serial Attached SCSI。其可以向下兼容SATA。具体来说，二者的兼容性主要体现在物理层和协议层的兼容。在物理层，SAS接口和SATA接口完全兼容，SATA硬盘可以直接使用在SAS的环境中，从接口标准上而言，SATA是SAS的一个子标准，因此SAS控制器可以直接操控SATA硬盘，但是SAS却不能直接使用在SATA的环境中，因为SATA控制器并不能对SAS硬盘进行控制；在协议层，SAS由3种类型协议组成，根据连接的不同设备使用相应的协议进行数据传输。其中串行SCSI协议（SSP）用于传输SCSI命令；SCSI管理协议（SMP）用于对连接设备的维护和管理；SATA通道协议（STP）用于SAS和SATA之间数据的传输。因此在这3种协议的配合下，SAS可以和SATA以及部分SCSI设备无缝结合。其传输速率比SATA要快很多。具体如下展示
　　

Linux磁盘分区命名及编号方式

在Linux中，一切皆文件，而设备其实是系统中的一种特殊文件，这些特殊文件存放在/dev/目录下，不同的设备对应不同的名称，如下：
1、系统的第一块IDE接口的硬盘称为 /dev/hda；
2、系统的第二块IDE接口的硬盘称为 /dev/hdb；
3、系统的第一块SCSI接口的硬盘称为 /dev/sda；
4、系统的第二块SATA接口的硬盘称为 /dev/sdb；

一块硬盘可以划分多个不同的分区，为了表示不同的分区，通常会用数字进行编号，如下：
1、系统的第一块IDE接口的硬盘的第1个分区称为 /dev/hda1；
2、系统的第一块IDE接口的硬盘的第5个分区称为 /dev/hda5；
3、系统的第二块SCSI接口的硬盘的第1个分区称为 /dev/sdb1；
4、系统的第二块SATA接口的硬盘的第5个分区称为 /dev/sdb5；

需要注意的是：在对分区编号时，数字1-4只能留给主分区或扩展分区使用，逻辑分区（在扩展分区基础上建立）编号只能从编号5开始。

从Cent7开始，不管是IDE接口还是SCSI接口还是SATA接口，其命名一致为sdx开头，如：/dev/sda2，其含义表示如下:
s=硬盘接口类型（sata/scsi）,d=disk(硬盘)，a=第1块硬盘（b为第二块，以此类推），2=表示该硬盘的第2个分区

在对Linux系统设置了分区之后，还要在分区上创建文件系统才能安装系统，这个在安装时由系统自行完成创建。

买一块硬盘要考虑的因素

1、寻道时间：是指硬盘在接收到系统指令后，磁头从开始移动到移动至数据所在的磁道所花费时间的平均值，它一定程度上体现硬盘读取数据的能力，是影响硬盘内部数据传输率的重要参数，单位为毫秒（ms）。
2、硬盘的转速：转速(Rotationl Speed)，是硬盘内电机主轴的旋转速度，也就是硬盘盘片在一分钟内所能完成的最大转数。转速的快慢是标示硬盘档次的重要参数之一，它是决定硬盘内部传输率的关键因素之一，在很大程度上直接影响到硬盘的速度。硬盘的转速越快，硬盘寻找文件的速度也就越快，相对的硬盘的传输速度也就得到了提高。硬盘转速以每分钟多少转来表示，单位表示为RPM，RPM是Revolutions Per minute的缩写，是转/每分钟。RPM值越大，内部传输率就越快，访问时间就越短，硬盘的整体性能也就越好。
3、硬盘接口类型：磁头读取到数据后，通过数据线进行传输，所以一个好的硬盘接口类型也能大大提高数据传输速率。

Linux对分区的基本要求

1、至少要有一个根/分区，用来存放系统文件及程序，其大小至少在5GB以上；
2、要有一个swap交换分区，它的作用相当于windows里的虚拟内存，swap分区的大小一般为物理内存容量的1.5倍（内容<8GB），但当系统物理内存大于8GB时，swap分区大小配置为8GB -16GB即可，太大无用，浪费磁盘空间；swap交换分区并不是必须的，但大多数情况下应该设置。
3、/boot 分区，这时Linux系统引导分区，用于存放系统引导文件，如Linux内核等，所有的文件总大小一般只有几十MB，并且以后也不会增大太多，因此boot分区可以是设置为100-200MB，这个分区也不是必须的。
4、/home分区，如果是多个用户的话，为了保护用户的数据，给/home单独一个分区；
5、/usr分区，用来放户安装的软件；

分区和挂载点的概念

我们知道，一块硬盘想要使用，必须先进行分区，分区完之后就要进行格式化成一个指定类型的文件系统，这样才能真正使用了，就能存放数据了，这是windows中的概念，在Linux系统中优点区别，Linux中也要对一块新的硬盘进行分区，分区的时候需要把分区与Linux的某个目录进行关联，我们称之为挂载，被挂载的目录称之为挂载点，比如，分了一个boot分区，把这个分区挂载到boot目录下，这样boot目录就能使用了

企业生产场景中Linux分区方案

方案1：针对网站集群架构中的某个节点服务器分区，该服务器上的数据有多份（其他节点也有）且数据不太重要，建议的分区方案如下：
/boot 设置为100-200MB；
swap 设置为物理内存的1.5倍，但当物理内存大于或等于8GB时，配置为8-16GB即可；
/ 剩余硬盘空间都分给根分区（/usr、/home、/var等分区都和/ 根分区共用一个分区，这相当于在windows中只有一个C盘，所有数据和系统文件当放在一起）

方案2：针对数据库及存储角色的服务器分区，该服务器业务有大量重要的数据，建议分区方案如下：
/boot 设置为100-200MB；
swap 设置为物理内存的1.5倍，但当物理内存大于或等于8GB时，配置为8-16GB即可；
/ 大小设置为50-200GB，只存放系统相关文件，不存放网站等业务数据；
/data 剩余硬盘空间大小，存放数据库及网页业务等重要数据资源，当然data的名称也可以换成别的名字；
本方案其实是把重要数据单独分区，便于备份和管理。

方案3：针对大网站或门户级别企业的服务器分区，建议如下：
/boot 设置为100-200MB；
swap 设置为物理内存的1.5倍，但当物理内存大于或等于8GB时，配置为8-16GB即可；
/ 大小设置为50-200GB，只存放系统相关文件，不存放网站等业务数据；
剩余硬盘空间大小保留，不再进行分区，将来分配给不同部门使用，由他们根据自己的需求再划分。
这种分区方案更灵活，比较合适业务线较多、需求不明确的大企业使用。

除了以上建议的三种分区/boot、swap、/ 根，还可以有额外的分区，如 /home分区、/usr分区、/var分区，为什么要使用这些创建这些分区呢，因为，即使不创建这些额外的分区，Linux安装完成后，该有的home目录、usr目录、var目录还是会有，只不过，这些目录是挂载在/根分区下的，这样问题就来了，当根分区坏了的时候要重装系统了怎么办，就因为home目录是挂载在根分区下的，你想要的安装系统就必须安装在根分区，那么所有的家目录里的用户数据就会丢失，所以，分一个home分区并挂载到home目录下是很有必要的做法，同理/usr分区、/var分区也是同样的道理。

挂载点

挂载点，就是Linux下访问磁盘分区的入口，即如果要往/boot分区（/dev/sda1）写入数据，就必须要通过这个分区的挂载点/boot入口来写入数据，也可以理解为，一个分区创建好后，想要使用这个分区就必须格式化它并创建文件系统，然后把这个分区与一个目录进行挂联，这种管联就叫做挂载，这个目录就叫做挂载点，以后直接往这个挂载点目录写入数据即可。