Linux磁盘存储与文件系统

成功不易，加倍努力！

1 磁盘结构
- 1.1 设备文件
- 1.2 硬盘类型
- 1.3 机械硬盘和固态硬盘
- 1.4 硬盘存储术语
2 管理存储
- 2.1 磁盘分区
- - 2.1.1 为什么分区
  - 2.1.2 分区方式
  - 2.1.3 BIOS和UEFI
  - 2.1.4 管理分区
- 2.2 文件系统
- - 2.2.1 文件系统概念
  - 2.2.2 文件系统类型
  - 2.2.3 文件系统的组成部分
  - 2.2.4 文件系统选择管理
- 2.3 挂载
- - 2.3.1 挂载文件系统mount
  - 2.3.2 卸载文件系统 umount
  - 2.3.3 查看挂载情况
  - 2.3.4 持久挂载
- 2.4 处理交换文件和分区
- - 2.4.1 swap 介绍
  - 2.4.2 交换分区实现过程
  - 2.4.3 swap的使用策略
- 2.5 移动介质
- - 2.5.1 使用光盘
  - 2.5.2 USB介质
- 2.6 磁盘常见工具
- - 2.6.1 文件系统空间占用等信息的查看工具 df
  - 2.6.2 查看某目录总体空间占用状态 du
  - 2.6.3 工具 dd
3 RAID
- 3.1 什么是RAID
- 3.2 RAID级别
4 逻辑卷管理器（LVM）
- 4.1 LVM介绍
- 4.2 实现逻辑卷
- - 4.2.1 pv管理工具
  - 4.2.2 vg管理工具
  - 4.2.3 lv 管理工具
  - 4.2.4 扩展和缩减逻辑卷
  - 4.2.5 跨主机迁移卷组
- 4.3 逻辑卷快照
- - 4.3.1 逻辑卷快照原理
  - 4.3.2 实现逻辑卷快照

1 磁盘结构

1.1 设备文件

一切皆文件：open(), read(), write(), close()

设备文件：关联至一个设备驱动程序，进而能够跟与之对应硬件设备进行通信

设备文件不显示大小，只显示设备号

设备号码：

主设备号：major number, 标识设备类型
次设备号：minor number, 标识同一类型下的不同设备

设备类型：

块设备：block，存取单位“块”，磁盘
字符设备：char，存取单位“字符”，键盘

磁盘设备的设备文件命名：

/dev/DEV_FILE
/dev/sdX #SCSI, SATA, SAS, IDE,USB
/dev/nvme0n# #nvme协议硬盘，如：第一个硬盘：nvme0n1，第二个硬盘：nvme0n2

# 虚拟磁盘：
/dev/vd
/dev/xvd#不同磁盘标识：a-z,aa,ab…
/dev/sda，/dev/sdb, ...#同一设备上的不同分区：1,2, ...
/dev/sda1
/dev/sda5

范例：创建设备文件

[root@centos8-A ~]#df /boot
Filesystem     1K-blocks   Used Available Use% Mounted on
/dev/sda1         999320 141808    788700  16% /boot
[root@centos8-A ~]#ls /boot
config-4.18.0-147.el8.x86_64
efi
grub2
initramfs-0-rescue-b74f53e89700498b96f22ddee0f70ced.img
initramfs-4.18.0-147.el8.x86_64.img
initramfs-4.18.0-147.el8.x86_64kdump.img
loader
lost+found
System.map-4.18.0-147.el8.x86_64
vmlinuz-0-rescue-b74f53e89700498b96f22ddee0f70ced
vmlinuz-4.18.0-147.el8.x86_64
[root@centos8-A ~]#mknod /data/partition-sda1 b 8 1  #b代表块设备，8代表主设备编号，1次要
[root@centos8-A ~]#ll /data/partition-sda1
brw-r--r-- 1 root root 8, 1 Apr 13 20:19 /date/partition-sda1
[root@centos8-A ~]#mount /data/partition-sda1 /mnt/
[root@centos8-A ~]#ls /mnt/
config-4.18.0-147.el8.x86_64
efi
grub2
initramfs-0-rescue-b74f53e89700498b96f22ddee0f70ced.img
initramfs-4.18.0-147.el8.x86_64.img
initramfs-4.18.0-147.el8.x86_64kdump.img
loader
lost+found
System.map-4.18.0-147.el8.x86_64
vmlinuz-0-rescue-b74f53e89700498b96f22ddee0f70ced
vmlinuz-4.18.0-147.el8.x86_64#创建一个和zero一样的设备文件
[root@centos8-A ~]#ll /dev/zero
crw-rw-rw- 1 root root 1, 5 Apr 13 20:16 /dev/zero
[root@centos8-A ~]#mknod /data/zero c 1 5
[root@centos8-A ~]#ll /data/zero
crw-r--r-- 1 root root 1, 5 Apr 13 20:22 /data/zero

1.2 硬盘类型

硬盘接口类型

IDE：133MB/s，并行接口，早期家用电脑，淘汰
SCSI：640MB/s，并行接口，早期服务器，淘汰
SATA：6Gbps，SATA数据端口与电源端口是分开的，即需要两条线，一条数据线，一条电源线
SAS：6Gbps，SAS是一整条线，数据端口与电源端口是一体化的，SAS中是包含供电线的，而SATA中不包含供电线。SATA标准其实是SAS标准的一个子集，二者可兼容，SATA硬盘可以插入SAS主板上，反之不成
USB：480MB/s
M.2：有Nvme接口

注意：速度不是由单纯的接口类型决定，支持Nvme协议硬盘速度是最快的

服务器硬盘大小

LFF：3.5寸，一般见到的那种台式机硬盘的大小
SFF：Small Form Factor 小形状因数，2.5寸，注意不同于2.5寸的笔记本硬盘

L、S分别是大、小的意思，目前服务器或者盘柜采用sff规格的硬盘主要是考内虑增大单位密度内的磁盘容量、增强散热、减小功耗

1.3 机械硬盘和固态硬盘

机械硬盘（HDD）：Hard Disk Drive，即是传统普通硬盘，主要由：盘片，磁头，盘片转轴及控制电机，磁头控制器，数据转换器，接口，缓存等几个部分组成。机械硬盘中所有的盘片都装在一个旋转轴上，每张盘片之间是平行的，在每个盘片的存储面上有一个磁头，磁头与盘片之间的距离比头发丝的直径还小，所有的磁头联在一个磁头控制器上，由磁头控制器负责各个磁头的运动。磁头可沿盘片的半径方向运动，加上盘片每分钟几千转的高速旋转，磁头就可以定位在盘片的指定位置上进行数据的读写操作。数据通过磁头由电磁流来改变极性方式被电磁流写到磁盘上，也可以通过相反方式读取。硬盘为精密设备，进入硬盘的空气必须过滤

固态硬盘（SSD）：Solid State Drive，用固态电子存储芯片阵列而制成的硬盘，由控制单元和存储单元（FLASH芯片、DRAM芯片）组成。固态硬盘在接口的规范和定义、功能及使用方法上与普通硬盘的完全相同，在产品外形和尺寸上也与普通硬盘一致相较于HDD，SSD在防震抗摔、传输速率、功耗、重量、噪音上有明显优势，SSD传输速率性能是HDD的2倍

相较于SSD，HDD在价格、容量占有绝对优势
硬盘有价，数据无价，目前SSD不能完全取代HHD

机械硬盘结构

想要访问速度快，就把数据放在外圈，即更小的扇区

固态硬盘（SSD）

1.4 硬盘存储术语

硬盘存储术语 CHS

head：磁头磁头数=盘面数
track：磁道磁道=柱面数，最外侧0磁道
sector：扇区，512bytes ，扇区增多可以存更多数据，不过这取决于最内侧扇区的最小极限
cylinder：柱面 1柱面=512 * sector数/trackhead数=51263*255=7.84M
CentOS 5 之前版本 Linux 以柱面的整数倍划分分区，CentOS 6之后可以支持以扇区划分分区

范例:

[root@centos8-A ~]#echo "scale=2;512*63*255/1024/1024" |bc
7.84#查看CHS
[root@centos6 ~]#fdisk -l /dev/sda
Disk /dev/sda: 214.7 GB, 214748364800 bytes
255 heads, 63 sectors/track, 26108 cylinders
Units = cylinders of 16065 * 512 = 8225280 bytes
Sector size (logical/physical): 512 bytes / 512 bytes
I/O size (minimum/optimal): 512 bytes / 512 bytes
Disk identifier: 0x0006fc79
Device Boot Start End Blocks Id System
/dev/sda1 * 1 131 1048576 83 Linux
Partition 1 does not end on cylinder boundary.
/dev/sda2 131 12879 102400000 83 Linux
/dev/sda3 12879 19253 51200000 83 Linux
/dev/sda4 19253 26109 55065600 5 Extended
/dev/sda5 19254 19515 2097152 82 Linux swap / Solaris
[root@centos8 ~]#fdisk -u=cylinder -l /dev/sda
Disk /dev/sda: 200 GiB, 214748364800 bytes, 419430400 sectors
Geometry: 255 heads, 2 sectors/track, 26108 cylinders
Units: cylinders of 510 * 512 = 261120 bytes
Sector size (logical/physical): 512 bytes / 512 bytes
I/O size (minimum/optimal): 512 bytes / 512 bytes
Disklabel type: dos
Disk identifier: 0x59474ddc
Device Boot Start End Cylinders Size Id Type
/dev/sda1 * 5 4117 4113 1G 83 Linux
/dev/sda2 4117 415323 411207 100G 83 Linux
/dev/sda3 415323 620926 205604 50G 83 Linux
/dev/sda4 620926 822413 201488 49G 5 Extended
/dev/sda5 620930 629154 8225 2G 82 Linux swap / Solaris

范例：识别SSD和机械硬盘类型

#1表示机械，0表示SSD
[root@centos8-A ~]#lsblk -d -o name,rota
NAME ROTA
sda     1
sr0     1[root@centos8-A ~]#ls /sys/block/
sda  sr0
[root@centos8-A ~]#cat /sys/block/*/queue/rotational
1
1
[root@centos8-A ~]#cat /sys/block/sda/queue/rotational
1
[root@centos8-A ~]#cat /sys/block/sr0/queue/rotational
1

区位记录磁盘扇区结构ZBR（Zoned Bit Recording）

CHS

CHS采用 24 bit位寻址
其中前10位表示cylinder，中间8位表示head，后面6位表示sector
最大寻址空间 8 GB

LBA（logical block addressing）

LBA是一个整数，通过转换成 CHS 格式完成磁盘具体寻址
ATA-1规范中定义了28位寻址模式，以每扇区512位组来计算，ATA-1所定义的28位LBA上限达到128 GiB。2002年ATA-6规范采用48位LBA，同样以每扇区512位组计算容量上限可达128Petabytes

由于CHS寻址方式的寻址空间在大概8GB以内，所以在磁盘容量小于大概8GB时，可以使用CHS寻址方式或是LBA寻址方式；在磁盘容量大于大概8GB时，则只能使用LBA寻址方式

2 管理存储

使用磁盘空间过程

设备分区
创建文件系统
挂载新的文件系统

2.1 磁盘分区

2.1.1 为什么分区

优化I/O性能
实现磁盘空间配额限制
提高修复速度
隔离系统和程序
安装多个OS
采用不同文件系统

2.1.2 分区方式

两种分区方式：MBR，GPT

2.1.2.1 MBR分区

MBR：Master Boot Record，1982年，使用32位表示扇区数，分区不超过2T

划分分区的单位：

CentOS 5 之前按整柱面划分
CentOS 6 版本后可以按Sector划分

0磁道0扇区：512bytes

446bytes: boot loader
64bytes：分区表，其中每16bytes标识一个分区
2bytes: 55AA

MBR分区中一块硬盘最多有4个主分区，也可以3主分区+1扩展(N个逻辑分区)

MBR分区：主和扩展分区对应的1–4，/dev/sda3，逻辑分区从5开始，/dev/sda5

MBR分区结构

硬盘主引导记录MBR由4个部分组成

主引导程序（偏移地址0000H–0088H），它负责从活动分区中装载，并运行系统引导程序
出错信息数据区，偏移地址0089H–00E1H为出错信息，00E2H–01BDH全为0字节
分区表（DPT,Disk Partition Table）含4个分区项，偏移地址01BEH–01FDH,每个分区表项长16个字节，共64字节为分区项1、分区项2、分区项3、分区项4
结束标志字，偏移地址01FE–01FF的2个字节值为结束标志55AA

MBR中DPT结构

范例: 备份MBR的分区表,并破坏后恢复

#备份MBR分区表
[root@centos8 ~]#dd if=/dev/sda of=/data/dpt.img bs=1 count=64 skip=446  #跳过前者
[root@centos8 ~]#scp /data/dpt.img 10.0.0.102:
#破坏MBR分区表
[root@centos8 ~]#dd if=/dev/zero of=/dev/sda bs=1 count=64 seek=446  #跳过后者
#无法启动
[root@centos8 ~]#reboot
#用光盘启动,进入rescue mode,选第3项skip to shell
#配置网络
#ifconfig ens160 10.0.0.8/24
#ip a a 10.0.0.8/24 dev/ens160
#scp 10.0.0.102:/root/dpt.img .
#恢复MBR分区表
#dd if=dpt.img of=/dev/sda bs=1 seek=446
#exit

问题：利用分区策略相同的另一台主机的分区表来还原和恢复当前主机破环的分区表？

2.1.2.2 GPT分区

GPT：GUID（Globals Unique Identifiers） partition table 支持128个分区，使用64位，支持8Z（512Byte/block ）和64Z （4096Byte/block）

使用128位UUID(Universally Unique Identifier) 表示磁盘和分区 GPT分区表自动备份在头和尾两份，并有CRC校验位

UEFI (Unified Extensible Firmware Interface 统一可扩展固件接口)硬件支持GPT，使得操作系统可以启动

GPT分区结构

GPT分区结构分为4个区域：

GPT头
分区表
GPT分区
备份区域

2.1.3 BIOS和UEFI

BIOS是固化在电脑主板上的程序，主要用于开机系统自检和引导操作系统。目前新式的电脑基本上都是UEFI启动

BIOS（Basic Input Output System 基本输入输出系统）主要完成系统硬件自检和引导操作系统，操作系统开始启动之后，BIOS的任务就完成了。系统硬件自检：如果系统硬件有故障，主板上的扬声器就会发出长短不同的“滴滴”音，可以简单的判断硬件故障，比如“1长1短”通常表示内存故障，“1长3短”通常表示显卡故障

BIOS在1975年就诞生了，使用汇编语言编写，当初只有16位，因此只能访问1M的内存，其中前640K称为基本内存，后384K内存留给开机和各类BIOS本身使用。BIOS只能识别到主引导记录（MBR）初始化的硬盘，最大支持2T的硬盘，4个主分区（逻辑分区中的扩展分区除外），而目前普遍实现了64位系统，传统的BIOS已经无法满足需求了，这时英特尔主导的EFI就诞生了

EFI（Extensible Firmware Interface）可扩展固件接口，是 Intel 为 PC 固件的体系结构、接口和服务提出的建议标准。其主要目的是为了提供一组在 OS 加载之前（启动前）在所有平台上一致的、正确指定的启动服务，被看做是BIOS 的继任者，或者理解为新版BIOS。

UEFI是由EFI1.10为基础发展起来的，它的所有者已不再是Intel，而是一个称作Unified EFI Form的国际组织

UEFI(Unified Extensible Firmware Interface)统一的可扩展固件接口，是一种详细描述类型接口的标准。

UEFI 相当于一个轻量化的操作系统，提供了硬件和操作系统之间的一个接口，提供了图形化的操作界面。最关键的是引入了GPT分区表，支持2T以上的硬盘，硬盘分区不受限制

BIOS和UEFI区别

BIOS采用了16位汇编语言编写，只能运行在实模式（内存寻址方式由16位段寄存器的内容乘以16(10H)当做段基地址，加上16位偏移地址形成20位的物理地址）下，可访问的内存空间为1MB，只支持字符操作界面

UEFI采用32位或者64位的C语言编写，突破了实模式的限制，可以达到最大的寻址空间，支持图形操作界面，使用文件方式保存信息，支持GPT分区启动，适合和较新的系统和硬件的配合使用

BIOS+MBR与UEFI+GPT

2.1.4 管理分区

列出块设备

lsblk

创建分区命令

fdisk 管理MBR分区,也可以管理GPT
gdisk 管理GPT分区
parted 高级分区操作，可以是交互或非交互方式

重新设置内存中的内核分区表版本，适合于除了CentOS 6 以外的其它版本 5，7，8

# 通知内核读取更新的分区表
partprobe /dev/sd

2.1.4.1 parted 命令

注意：parted的操作都是实时生效的，小心使用

格式：

parted [选项]... [设备 [命令 [参数]...]...]

范例：

parted /dev/sdb mklabel gpt|msdos
parted /dev/sdb print
parted /dev/sdb mkpart primary 1 200 （默认M）
parted /dev/sdb rm 1
parted –l 列出所有硬盘分区信息

范例：

[root@centos8-A ~]#parted /dev/sdc print
Error: /dev/sdc: unrecognised disk label
Model: VMware, VMware Virtual S (scsi)
Disk /dev/sdc: 10.7GB
Sector size (logical/physical): 512B/512B
Partition Table: unknown
Disk Flags:
[root@centos8-A ~]#parted /dev/sdc mklabel gpt
Information: You may need to update /etc/fstab.[root@centos8-A ~]#parted /dev/sdc print
Model: VMware, VMware Virtual S (scsi)
Disk /dev/sdc: 10.7GB
Sector size (logical/physical): 512B/512B
Partition Table: gpt
Disk Flags: Number  Start  End  Size  File system  Name  Flags[root@centos8-A ~]#parted /dev/sdc mkpart primary 1 1001
Information: You may need to update /etc/fstab.[root@centos8-A ~]#parted /dev/sdc print
Model: VMware, VMware Virtual S (scsi)
Disk /dev/sdc: 10.7GB
Sector size (logical/physical): 512B/512B
Partition Table: gpt
Disk Flags: Number  Start   End     Size    File system  Name     Flags1      1049kB  1001MB  1000MB               primary[root@centos8-A ~]#parted /dev/sdc mkpart primary 1002 1102
Information: You may need to update /etc/fstab.[root@centos8-A ~]#parted /dev/sdc print
Model: VMware, VMware Virtual S (scsi)
Disk /dev/sdc: 10.7GB
Sector size (logical/physical): 512B/512B
Partition Table: gpt
Disk Flags: Number  Start   End     Size    File system  Name     Flags1      1049kB  1001MB  1000MB               primary2      1002MB  1102MB  99.6MB               primary[root@centos8-A ~]#parted /dev/sdc rm 2
Information: You may need to update /etc/fstab.[root@centos8-A ~]#parted /dev/sdc print
Model: VMware, VMware Virtual S (scsi)
Disk /dev/sdc: 10.7GB
Sector size (logical/physical): 512B/512B
Partition Table: gpt
Disk Flags: Number  Start   End     Size    File system  Name     Flags1      1049kB  1001MB  1000MB               primary[root@centos8-A ~]#parted /dev/sdc mklabel msdos
Warning: The existing disk label on /dev/sdc will be destroyed and all data on this disk will be lost.
Do you want to continue?
Yes/No? Y
Information: You may need to update /etc/fstab.[root@centos8-A ~]#parted /dev/sdc print
Model: VMware, VMware Virtual S (scsi)
Disk /dev/sdc: 10.7GB
Sector size (logical/physical): 512B/512B
Partition Table: msdos
Disk Flags: Number  Start  End  Size  Type  File system  Flags[root@centos8-A ~]#parted /dev/sdc
GNU Parted 3.2
Using /dev/sdc
Welcome to GNU Parted! Type 'help' to view a list of commands.
(parted) help                                                             align-check TYPE N                        check partition N for TYPE(min|opt) alignmenthelp [COMMAND]                           print general help, or help on COMMANDmklabel,mktable LABEL-TYPE               create a new disklabel (partition table)mkpart PART-TYPE [FS-TYPE] START END     make a partitionname NUMBER NAME                         name partition NUMBER as NAMEprint [devices|free|list,all|NUMBER]     display the partition table, available devices, free space,all found partitions, or a particular partitionquit                                     exit programrescue START END                         rescue a lost partition near START and ENDresizepart NUMBER END                    resize partition NUMBERrm NUMBER                                delete partition NUMBERselect DEVICE                            choose the device to editdisk_set FLAG STATE                      change the FLAG on selected devicedisk_toggle [FLAG]                       toggle the state of FLAG on selected deviceset NUMBER FLAG STATE                    change the FLAG on partition NUMBERtoggle [NUMBER [FLAG]]                   toggle the state of FLAG on partition NUMBERunit UNIT                                set the default unit to UNITversion                                  display the version number and copyright information of GNUParted
(parted)

2.1.4.2 分区工具fdisk和gdisk

gdisk [device...] 类fdisk 的GPT分区工具
fdisk -l [-u] [device...] 查看分区
fdisk [device...] 管理MBR分区

子命令：

p 分区列表
t 更改分区类型
n 创建新分区
d 删除分区
v 校验分区
u 转换单位
w 保存并退出
q 不保存并退出

查看内核是否已经识别新的分区

cat /proc/partations

Centos6 通知内核重新读取硬盘分区表

新增分区用

partx -a /dev/DEVICE
kpartx -a /dev/DEVICE -f: force
#示例：
[root@centos6 ~]#partx -a /dev/sda

删除分区用

partx -d --nr M-N /dev/DEVICE
#示例：
[root@centos6 ~]#partx -d --nr 6-8 /dev/sda

范例:非交互式创建分区

echo -e 'n\np\n\n\n+2G\nw\n' | fdisk /dev/sdc

磁盘热插拔方式：

[root@centos8-A ~]#for i in /sys/class/scsi_host/host*/scan;do echo "- - -" >$i;done
[root@centos8-A ~]#fdisk -l
Disk /dev/sda: 200 GiB, 214748364800 bytes, 419430400 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
Disklabel type: dos
Disk identifier: 0x8898be7eDevice     Boot     Start       End   Sectors  Size Id Type
/dev/sda1  *         2048   2099199   2097152    1G 83 Linux
/dev/sda2         2099200 211814399 209715200  100G 83 Linux
/dev/sda3       211814400 216008703   4194304    2G 82 Linux swap / Solaris
/dev/sda4       216008704 419430399 203421696   97G  5 Extended
/dev/sda5       216010752 320868351 104857600   50G 83 LinuxDisk /dev/sdb: 20 GiB, 21474836480 bytes, 41943040 sectors
Units: sectors of 1 * 512 = 512 bytes
Sector size (logical/physical): 512 bytes / 512 bytes
I/O size (minimum/optimal): 512 bytes / 512 bytesDisk /dev/sdc: 10 GiB, 10737418240 bytes, 20971520 sectors
Units: sectors of 1 * 512 = 512 bytes
Sector size (logical/physical): 512 bytes / 512 bytes
I/O size (minimum/optimal): 512 bytes / 512 bytesDisk /dev/sdd: 5 GiB, 5368709120 bytes, 10485760 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

2.2 文件系统

2.2.1 文件系统概念

文件系统是操作系统用于明确存储设备或分区上的文件的方法和数据结构；即在存储设备上组织文件的方法。操作系统中负责管理和存储文件信息的软件结构称为文件管理系统，简称文件系统

从系统角度来看，文件系统是对文件存储设备的空间进行组织和分配，负责文件存储并对存入的文件进行保护和检索的系统。具体地说，它负责为用户建立文件，存入、读出、修改、转储文件，控制文件的存取，安全控制，日志，压缩，加密等

支持的文件系统：

/lib/modules/`uname -r`/kernel/fs

各种文件系统：https://en.wikipedia.org/wiki/Comparison_of_file_systems

帮助：man 5 fs

2.2.2 文件系统类型

Linux 常用文件系统

ext2：Extended file system 适用于那些分区容量不是太大，更新也不频繁的情况，例如 /boot 分区
ext3：是 ext2 的改进版本，其支持日志功能，能够帮助系统从非正常关机导致的异常中恢复
ext4：是 ext 文件系统的最新版。提供了很多新的特性，包括纳秒级时间戳、创建和使用巨型文件(16TB)、最大1EB的文件系统，以及速度的提升
xfs：SGI，支持最大8EB的文件系统
swap
iso9660 光盘
btrfs（Oracle）
reiserfs

Windows 常用文件系统

FAT32
NTFS
exFAT

Unix：

FFS（fast）
UFS（unix）
JFS2

网络文件系统：

NFS
CIFS

集群文件系统：

GFS2
OCFS2（oracle）

分布式文件系统：

fastdfs
ceph
moosefs
mogilefs
glusterfs
Lustre

RAW：
未经处理或者未经格式化产生的文件系统

常用的文件系统特性：

FAT32

最多只能支持16TB的文件系统和4GB的文件

NTFS

最多只能支持16EB的文件系统和16EB的文件

EXT3

最多只能支持32TB的文件系统和2TB的文件，实际只能容纳2TB的文件系统和16GB的文件
Ext3目前只支持32000个子目录
Ext3文件系统使用32位空间记录块数量和 inode数量
当数据写入到Ext3文件系统中时，Ext3的数据块分配器每次只能分配一个4KB的块

EXT4：

EXT4是Linux系统下的日志文件系统，是EXT3文件系统的后继版本
Ext4的文件系统容量达到1EB，而支持单个文件则达到16TB
理论上支持无限数量的子目录
Ext4文件系统使用64位空间记录块数量和 inode数量
Ext4的多块分配器支持一次调用分配多个数据块
修复速度更快

XFS

根据所记录的日志在很短的时间内迅速恢复磁盘文件内容
用优化算法，日志记录对整体文件操作影响非常小
是一个全64-bit的文件系统，最大可以支持8EB的文件系统，而支持单个文件则达到8EB
能以接近裸设备I/O的性能存储数据

查看支持的文件系统：

cat /proc/filesystems

2.2.3 文件系统的组成部分

内核中的模块：ext4, xfs, vfat
Linux的虚拟文件系统：VFS
用户空间的管理工具：mkfs.ext4,mkfs.xfs,mkfs.vfat

2.2.4 文件系统选择管理

2.2.4.1 创建文件系统

创建文件管理工具

mkfs命令：
- (1) mkfs.FS_TYPE /dev/DEVICE
  ext4 xfs btrfs vfat
- (2) mkfs -t FS_TYPE /dev/DEVICE
  -L ‘LABEL’ 设定卷标
mke2fs：ext系列文件系统专用管理工具

常用选项

-t {ext2|ext3|ext4|xfs} 指定文件系统类型
-b {1024|2048|4096} 指定块 block 大小
-L ‘LABEL’ 设置卷标
-j 相当于 -t ext3， mkfs.ext3 = mkfs -t ext3 = mke2fs -j = mke2fs -t ext3
-i # 为数据空间中每多少个字节创建一个inode；不应该小于block大小
-N # 指定分区中创建多少个inode
-I 一个inode记录占用的磁盘空间大小，128---4096
-m # 默认5%,为管理人员预留空间占总空间的百分比
-O FEATURE[,...] 启用指定特性
-O ^FEATURE 关闭指定特性

2.2.4.2 查看和管理分区信息

blkid 可以查看块设备属性信息

格式：

blkid [OPTION]... [DEVICE]

常用选项：
-U UUID 根据指定的UUID来查找对应的设备
-L LABEL 根据指定的LABEL来查找对应的设备

e2label：管理ext系列文件系统的LABEL

e2label DEVICE [LABEL]

findfs ：查找分区

findfs [options] LABEL=<label>
findfs [options] UUID=<uuid>

范例：

[root@centos8 ~]#findfs UUID=f7f53add-b184-4ddc-8d2c-5263b84d1e15
/dev/sda2

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 ^has_journal
-o 调整文件系统的默认挂载选项，–o ^acl
-U UUID 修改UUID号

dumpe2fs：显示ext文件系统信息，将磁盘块分组管理
-h：查看超级块信息，不显示分组信息

范例：查看ext文件系统的元数据和块组信息

[root@centos8-A ~]#dumpe2fs /dev/sda1
dumpe2fs 1.44.6 (5-Mar-2019)
Filesystem volume name:   <none>
Last mounted on:          /boot
Filesystem UUID:          0bdcc1e0-2296-48b9-ad64-084ffd1a1963
Filesystem magic number:  0xEF53
Filesystem revision #:    1 (dynamic)
Filesystem features:      has_journal ext_attr resize_inode dir_index filetype needs_recovery extent 64bit flex_bg sparse_super large_file huge_file dir_nlink extra_isize metadata_csum
Filesystem flags:         signed_directory_hash
Default mount options:    user_xattr acl
Filesystem state:         clean
Errors behavior:          Continue
Filesystem OS type:       Linux
Inode count:              65536
Block count:              262144
Reserved block count:     13107
Free blocks:              214378
Free inodes:              65227
First block:              0
Block size:               4096
Fragment size:            4096
Group descriptor size:    64
Reserved GDT blocks:      127
Blocks per group:         32768
Fragments per group:      32768
Inodes per group:         8192
Inode blocks per group:   512
Flex block group size:    16
Filesystem created:       Sat Mar 14 14:48:49 2020
Last mount time:          Tue Apr 14 11:56:41 2020
Last write time:          Tue Apr 14 11:56:41 2020
Mount count:              8
Maximum mount count:      -1
Last checked:             Sat Mar 14 14:48:49 2020
Check interval:           0 (<none>)
Lifetime writes:          275 MB
Reserved blocks uid:      0 (user root)
Reserved blocks gid:      0 (group root)
First inode:              11
Inode size:           256
Required extra isize:     32
Desired extra isize:      32
Journal inode:            8
Default directory hash:   half_md4
Directory Hash Seed:      ae27b268-3a54-454c-b5e0-44c7c4c3d9da
Journal backup:           inode blocks
Checksum type:            crc32c
Checksum:                 0xdca79bf7
Journal features:         journal_incompat_revoke journal_64bit journal_checksum_v3
Journal size:             32M
Journal length:           8192
Journal sequence:         0x0000015e
Journal start:            1
Journal checksum type:    crc32c
Journal checksum:         0xcaf602b3Group 0: (Blocks 0-32767) csum 0x32a1 [ITABLE_ZEROED]Primary superblock at 0, Group descriptors at 1-1Reserved GDT blocks at 2-128Block bitmap at 129 (+129), csum 0x9a555db1Inode bitmap at 137 (+137), csum 0x88a77188Inode table at 145-656 (+145)28511 free blocks, 7885 free inodes, 8 directories, 7884 unused inodesFree blocks: 4257-32767Free inodes: 308-8192
Group 1: (Blocks 32768-65535) csum 0x10f2 [ITABLE_ZEROED]Backup superblock at 32768, Group descriptors at 32769-32769Reserved GDT blocks at 32770-32896Block bitmap at 130 (bg #0 + 130), csum 0x018b5172Inode bitmap at 138 (bg #0 + 138), csum 0x669fcff0Inode table at 657-1168 (bg #0 + 657)7458 free blocks, 8190 free inodes, 2 directories, 8189 unused inodesFree blocks: 35862-36481, 36485-40959, 40967-41471, 41625, 41635-41985, 41988-42495, 42497-43007, 44988-45055, 62560-62975, 63485-63487Free inodes: 8195-16384
Group 2: (Blocks 65536-98303) csum 0xb354 [INODE_UNINIT, ITABLE_ZEROED]Block bitmap at 131 (bg #0 + 131), csum 0x9a672984Inode bitmap at 139 (bg #0 + 139), csum 0x00000000Inode table at 1169-1680 (bg #0 + 1169)23148 free blocks, 8192 free inodes, 0 directories, 8192 unused inodesFree blocks: 67584-72191, 72289-72319, 72345-72351, 72374-72383, 72423-72703, 73330-73727, 80491-98303Free inodes: 16385-24576
Group 3: (Blocks 98304-131071) csum 0xd27c [INODE_UNINIT, BLOCK_UNINIT, ITABLE_ZEROED]Backup superblock at 98304, Group descriptors at 98305-98305Reserved GDT blocks at 98306-98432Block bitmap at 132 (bg #0 + 132), csum 0x00000000Inode bitmap at 140 (bg #0 + 140), csum 0x00000000Inode table at 1681-2192 (bg #0 + 1681)32639 free blocks, 8192 free inodes, 0 directories, 8192 unused inodesFree blocks: 98433-131071Free inodes: 24577-32768
Group 4: (Blocks 131072-163839) csum 0xf707 [INODE_UNINIT, ITABLE_ZEROED]Block bitmap at 133 (bg #0 + 133), csum 0x89cbf419Inode bitmap at 141 (bg #0 + 141), csum 0x00000000Inode table at 2193-2704 (bg #0 + 2193)24576 free blocks, 8192 free inodes, 0 directories, 8192 unused inodesFree blocks: 139264-163839Free inodes: 32769-40960
Group 5: (Blocks 163840-196607) csum 0x20f1 [INODE_UNINIT, BLOCK_UNINIT, ITABLE_ZEROED]Backup superblock at 163840, Group descriptors at 163841-163841Reserved GDT blocks at 163842-163968Block bitmap at 134 (bg #0 + 134), csum 0x00000000Inode bitmap at 142 (bg #0 + 142), csum 0x00000000Inode table at 2705-3216 (bg #0 + 2705)32639 free blocks, 8192 free inodes, 0 directories, 8192 unused inodesFree blocks: 163969-196607Free inodes: 40961-49152
Group 6: (Blocks 196608-229375) csum 0xfe2d [INODE_UNINIT, BLOCK_UNINIT, ITABLE_ZEROED]Block bitmap at 135 (bg #0 + 135), csum 0x00000000Inode bitmap at 143 (bg #0 + 143), csum 0x00000000Inode table at 3217-3728 (bg #0 + 3217)32768 free blocks, 8192 free inodes, 0 directories, 8192 unused inodesFree blocks: 196608-229375Free inodes: 49153-57344
Group 7: (Blocks 229376-262143) csum 0x9057 [INODE_UNINIT, ITABLE_ZEROED]Backup superblock at 229376, Group descriptors at 229377-229377Reserved GDT blocks at 229378-229504Block bitmap at 136 (bg #0 + 136), csum 0x92d053adInode bitmap at 144 (bg #0 + 144), csum 0x00000000Inode table at 3729-4240 (bg #0 + 3729)32639 free blocks, 8192 free inodes, 0 directories, 8192 unused inodesFree blocks: 229505-262143Free inodes: 57345-65536

xfs_info：显示示挂载或已挂载的 xfs 文件系统信息

xfs_info mountpoint|devname

范例：

[root@centos8-A ~]#xfs_info /dev/sda5
meta-data=/dev/sda5              isize=512    agcount=4, agsize=3276800 blks=                       sectsz=512   attr=2, projid32bit=1=                       crc=1        finobt=1, sparse=1, rmapbt=0=                       reflink=1
data     =                       bsize=4096   blocks=13107200, imaxpct=25=                       sunit=0      swidth=0 blks
naming   =version 2              bsize=4096   ascii-ci=0, ftype=1
log      =internal log           bsize=4096   blocks=6400, version=2=                       sectsz=512   sunit=0 blks, lazy-count=1
realtime =none                   extsz=4096   blocks=0, rtextents=0

超级块和INODE TABLE

块组描述符表(GDT)

ext文件系统每一个块组信息使用32字节描述，这32个字节称为块组描述符，所有块组的块组描述符组成块组描述符表GDT(group descriptor table)。虽然每个块组都需要块组描述符来记录块组的信息和属性元数据，但是不是每个块组中都存放了块组描述符。将所有块组的块组信息组成一个GDT保存,并将该GDT存放于某些块组中，类似存放superblock和备份superblock的块

2.2.4.3 文件系统检测和修复

文件系统夹故障常发生于死机或者非正常关机之后，挂载为文件系统标记为“no clean”

注意：一定不要在挂载状态下执行下面命令修复
fsck: File System Check

fsck.FS_TYPE
fsck -t FS_TYPE

注意：FS_TYPE 一定要与分区上已经文件类型相同

常用选项：

-a 自动修复
-r 交互式修复错误

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
-p 自动进行安全的修复文件系统问题

xfs_repair：xfs文件系统专用检测修复工具

常用选项：

-f 修复文件，而设备
-n 只检查
-d 允许修复只读的挂载设备，在单用户下修复 / 时使用，然后立即reboot

范例：修改破坏的ext文件系统

[root@centos8-A ~]#lsblk -f
NAME   FSTYPE  LABEL                      UUID                                 MOUNTPOINT
sda
├─sda1 ext4                               0bdcc1e0-2296-48b9-ad64-084ffd1a1963 /boot
├─sda2 xfs                                6498b37b-cbbf-4771-8327-b65704274aef /
├─sda3 swap                               8424a27b-4f74-4249-b229-0ba992a5c4e7 [SWAP]
├─sda4
└─sda5 xfs                                ac47bfa1-5d5b-4a47-8a9d-776d0fe81a0c /data
sdb
├─sdb1
├─sdb2 ext4                               1ac79d3b-c56d-445c-8c09-e515940f3929
└─sdb3
sdc
sr0    iso9660 CentOS-8-1-1911-x86_64-dvd 2020-01-03-21-42-40-00
[root@centos8-A ~]#mount /dev/sdb2 /mnt
[root@centos8-A ~]#cp /etc/fstab /mnt/f1
[root@centos8-A ~]#cp /etc/fstab /mnt/f2
[root@centos8-A ~]#ls /mnt
f1  f2  lost+found
[root@centos8-A ~]#dd if=/dev/zero of=/dev/sdb2 bs=1M count=1
1+0 records in
1+0 records out
1048576 bytes (1.0 MB, 1.0 MiB) copied, 0.00179228 s, 585 MB/s
[root@centos8-A ~]#ls /mnt
[root@centos8-A ~]#tune
tune2fs    tuned      tuned-adm
[root@centos8-A ~]#tune2fs -l /dev/sdb2
tune2fs 1.44.6 (5-Mar-2019)
tune2fs: Bad magic number in super-block while trying to open /dev/sdb2
[root@centos8-A ~]#df
Filesystem                1K-blocks                 Used Available Use% Mounted on
devtmpfs                     907304                    0    907304   0% /dev
tmpfs                        924204                    0    924204   0% /dev/shm
tmpfs                        924204                 9588    914616   2% /run
tmpfs                        924204                    0    924204   0% /sys/fs/cgroup
/dev/sda2                 104806400              5126508  99679892   5% /
/dev/sda1                    999320               141808    788700  16% /boot
tmpfs                        184840                 1168    183672   1% /run/user/42
tmpfs                        184840                    4    184836   1% /run/user/0
/dev/sda5                  52403200               398576  52004624   1% /data
/dev/sdb2      73786976294838042176 73786976294831939584   6086208 100% /mnt
[root@centos8-A ~]#umount /mnt
[root@centos8-A ~]#e2fsck /dev/sdb2
e2fsck 1.44.6 (5-Mar-2019)
ext2fs_open2: Bad magic number in super-block
e2fsck: Superblock invalid, trying backup blocks...
/dev/sdb2 was not cleanly unmounted, check forced.
Resize inode not valid.  Recreate<y>? yes
Pass 1: Checking inodes, blocks, and sizes
esPass 2: Checking directory structure
Pass 3: Checking directory connectivity
Pass 4: Checking reference counts
Pass 5: Checking group summary information
Block bitmap differences:  +(98304--99072) +(163840--164608) +(229376--230144) +(294912--295680) +(819200--819968) +(884736--885504)
Fix<y>? yes
Free blocks count wrong for group #0 (23768, counted=23769).
Fix<y>?
/dev/sdb2: e2fsck canceled./dev/sdb2: ***** FILE SYSTEM WAS MODIFIED *****
#-y可以自动回复yes
[root@centos8-A ~]#e2fsck /dev/sdb2 -y
e2fsck 1.44.6 (5-Mar-2019)
/dev/sdb2 was not cleanly unmounted, check forced.
Pass 1: Checking inodes, blocks, and sizes
Pass 2: Checking directory structure
Pass 3: Checking directory connectivity
Pass 4: Checking reference counts
Pass 5: Checking group summary information
Free blocks count wrong for group #0 (23768, counted=23769).
Fix? yesFree blocks count wrong for group #1 (31999, counted=31997).
Fix? yesFree blocks count wrong (1525649, counted=1525648).
Fix? yesFree inodes count wrong for group #0 (8181, counted=8179).
Fix? yesFree inodes count wrong (393205, counted=393203).
Fix? yesPadding at end of inode bitmap is not set. Fix? yes/dev/sdb2: ***** FILE SYSTEM WAS MODIFIED *****
/dev/sdb2: 13/393216 files (0.0% non-contiguous), 47216/1572864 blocks
[root@centos8-A ~]#tune2fs -l /dev/sdb2
tune2fs 1.44.6 (5-Mar-2019)
Filesystem volume name:   <none>
Last mounted on:          <not available>
Filesystem UUID:          1ac79d3b-c56d-445c-8c09-e515940f3929
Filesystem magic number:  0xEF53
Filesystem revision #:    1 (dynamic)
Filesystem features:      has_journal ext_attr resize_inode dir_index filetype extent 64bit flex_bg sparse_super large_file huge_file dir_nlink extra_isize metadata_csum
Filesystem flags:         signed_directory_hash
Default mount options:    user_xattr acl
Filesystem state:         clean
Errors behavior:          Continue
Filesystem OS type:       Linux
Inode count:              393216
Block count:              1572864
Reserved block count:     78643
Free blocks:              1525648
Free inodes:              393203
First block:              0
Block size:               4096
Fragment size:            4096
Group descriptor size:    64
Reserved GDT blocks:      767
Blocks per group:         32768
Fragments per group:      32768
Inodes per group:         8192
Inode blocks per group:   512
Flex block group size:    16
Filesystem created:       Tue Apr 14 17:41:13 2020
Last mount time:          n/a
Last write time:          Tue Apr 14 18:03:24 2020
Mount count:              0
Maximum mount count:      -1
Last checked:             Tue Apr 14 18:03:24 2020
Check interval:           0 (<none>)
Lifetime writes:          70 MB
Reserved blocks uid:      0 (user root)
Reserved blocks gid:      0 (group root)
First inode:              11
Inode size:           256
Required extra isize:     32
Desired extra isize:      32
Journal inode:            8
Default directory hash:   half_md4
Directory Hash Seed:      5aaa63ea-a369-4cba-9c75-73457da28dd6
Journal backup:           inode blocks
Checksum type:            crc32c
Checksum:                 0x05d57301
[root@centos8-A ~]#mount /dev/sdb2 /mnt
[root@centos8-A ~]#ls /mnt
f1  f2  lost+found
[root@centos8-A ~]#cat /mnt/f1#
# /etc/fstab
# Created by anaconda on Sat Mar 14 14:48:55 2020
#
# Accessible filesystems, by reference, are maintained under '/dev/disk/'.
# See man pages fstab(5), findfs(8), mount(8) and/or blkid(8) for more info.
#
# After editing this file, run 'systemctl daemon-reload' to update systemd
# units generated from this file.
#
UUID=6498b37b-cbbf-4771-8327-b65704274aef /                       xfs     defaults        0 0
UUID=0bdcc1e0-2296-48b9-ad64-084ffd1a1963 /boot                   ext4    defaults        1 2
UUID=ac47bfa1-5d5b-4a47-8a9d-776d0fe81a0c /date                   xfs     defaults        0 0
UUID=8424a27b-4f74-4249-b229-0ba992a5c4e7 swap                    swap    defaults        0 0
UUID=754848f9-bbf1-4b22-8347-398d598052cb /cui_data               xfs     defaults        0 0

2.3 挂载

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

卸载:为解除此关联关系的过程

把设备关联挂载点：mount Point
挂载点下原有文件在挂载完成后会被临时隐藏，因此，挂载点目录一般为空
进程正在使用中的设备无法被卸载

2.3.1 挂载文件系统mount

格式：

mount [-fnrsvw] [-t vfstype] [-o options] device mountpoint

device：指明要挂载的设备

设备文件：例如:/dev/sda5
卷标：-L ‘LABEL’, 例如 -L ‘MYDATA’
UUID： -U ‘UUID’：例如 -U ‘0c50523c-43f1-45e7-85c0-a126711d406e’
伪文件系统名称：proc, sysfs, devtmpfs, configfs

mountpoint：挂载点目录必须事先存在，建议使用空目录

mount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，mount不可见
-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
auto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
-o options：(挂载文件系统的选项)，多个选项使用逗号分隔async 异步模式,内存更改时,写入缓存buffer,过一段时间再写到磁盘中，效率高，但不安全sync 同步模式,内存更改时，同时写磁盘，安全，但效率低下atime/noatime 包含目录和文件diratime/nodiratime 目录的访问时间戳auto/noauto 是否支持开机自动挂载，是否支持-a选项exec/noexec 是否支持将文件系统上运行应用程序dev/nodev 是否支持在此文件系统上使用设备文件suid/nosuid 是否支持suid和sgid权限remount 重新挂载ro/rw 只读、读写user/nouser 是否允许普通用户挂载此设备，/etc/fstab使用acl/noacl 启用此文件系统上的acl功能loop 使用loop设备_netdev 当网络可用时才对网络资源进行挂载，如：NFS文件系统defaults 相当于rw, suid, dev, exec, auto, nouser, async

挂载规则:

一个挂载点同一时间只能挂载一个设备
一个挂载点同一时间挂载了多个设备，只能看到最后一个设备的数据，其它设备上的数据将被隐藏
一个设备可以同时挂载到多个挂载点
通常挂载点一般是已存在空的目录

2.3.2 卸载文件系统 umount

卸载时：可使用设备，也可以使用挂载点

umount 设备名|挂载点

2.3.3 查看挂载情况

查看挂载

#通过查看/etc/mtab文件显示当前已挂载的所有设备
mount
#查看内核追踪到的已挂载的所有设备
cat /proc/mounts

查看挂载点情况

findmnt MOUNT_POINT|device

查看正在访问指定文件系统的进程

lsof MOUNT_POINT
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

2.3.4 持久挂载

将挂载保存到 /etc/fstab 中可以下次开机时，自动启用挂载

/etc/fstab格式帮助：

man 5 fstab

每行定义一个要挂载的文件系统,，其中包括共 6 项

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
挂载点：必须是事先存在的目录
文件系统类型：ext4，xfs，iso9660，nfs，none
挂载选项：defaults ，acl，bind
转储频率：0：不做备份 1：每天转储 2：每隔一天转储
fsck检查的文件系统的顺序：允许的数字是0 1 2
0：不自检，1：首先自检；一般只有rootfs才用 2：非rootfs使用

添加新的挂载项，需要执行下面命令生效

mount -a

范例：centos7, 8 /etc/fstab 的分区UUID错误，无法启动

自动进入emergency mode,输入root 密码
#cat /proc/mounts 可以查看到/ 以rw方式挂载
#vim /etc/fstab
#reboot

范例：centos 6 /etc/fstab 的分区UUID错误，无法启动

如果/etc/fstab 的挂载设备出错，比如文件系统故障，并且文件系统检测项（即第6项为非0），将导致无法启动
自动进入emergency mode,输入root 密码
#cat /proc/mounts 可以查看到/ 以ro方式挂载，无法直接修改配置文件
#mount -o remount,rw /
#vim /etc/fstab
将故障行的最后1项，即第6项修改为0，开机不检测此项挂载设备的健康性，从而忽略错误，能实现启动

范例：/etc/fstab格式

[root@centos8 ~]#cat /etc/fstab
UUID=cb7cae1e-d227-4f64-872b-cd6cce20c911 /data/mysql ext4 noatime
0 0
/disk.img data/disk xfs defaults
0 0
/etc /mnt/etc none bind
0 0
[root@centos6 ~]#cat /etc/fstab
/disk.img /mnt/disk ext4 loop 0 0

2.4 处理交换文件和分区

2.4.1 swap 介绍

swap交换分区是系统RAM的补充，swap 分区支持虚拟内存。当没有足够的 RAM 保存系统处理的数据时会将数据写入 swap 分区，当系统缺乏 swap 空间时，内核会因 RAM 内存耗尽而终止进程。配置过多 swap 空间会造成存储设备处于分配状态但闲置，造成浪费，过多 swap 空间还会掩盖内存泄露

注意：为优化性能，可以将swap 分布存放，或高性能磁盘存放

官方推荐推荐系统 swap 空间
https://access.redhat.com/documentation/zh-cn/red_hat_enterprise_linux/7/html/installation_guide/sect-disk-partitioning-setup-ppc#sect-recommended-partitioning-scheme-ppc

2.4.2 交换分区实现过程

创建交换分区或者文件
使用mkswap写入特殊签名
在/etc/fstab文件中添加适当的条目
使用swapon -a 激活交换空间

启用swap分区

swapon [OPTION]... [DEVICE]

选项：

-a：激活所有的交换分区
-p PRIORITY：指定优先级，也可在/etc/fstab 在第4列指定：pri=value

范例:创建swap分区

[root@centos8-A ~]#echo -e 'n\np\n\n\n+4G\nt\n82\nw\n' | fdisk /dev/sdb
[root@centos8-A ~]#mkswap /dev/sdb1
mkswap: /dev/sdb1: warning: don't erase bootbits sectors(dos partition table detected). Use -f to force.
Setting up swapspace version 1, size = 4 GiB (4293914624 bytes)
no label, UUID=5e31b65a-8484-4b67-867b-d94f05ab39a6
[root@centos8-A ~]#blkid /dev/sdb1
/dev/sdb1: UUID="5e31b65a-8484-4b67-867b-d94f05ab39a6" TYPE="swap" PTUUID="a3a1d6f4" PTTYPE="dos" PARTUUID="3d602e67-03"
[root@centos8-A ~]#vim /etc/fstab
UUID=5e31b65a-8484-4b67-867b-d94f05ab39a6 swap                    swap    defaults        0 0[root@centos8-A ~]#swapon -a
[root@centos8-A ~]#free -htotal        used        free      shared  buff/cache   available
Mem:          1.8Gi       254Mi       1.0Gi       9.0Mi       527Mi       1.3Gi
Swap:         6.0Gi          0B       6.0Gi
[root@centos8-A ~]#cat /proc/swaps
Filename                Type        Size    Used    Priority
/dev/sda3                               partition   2097148 0   -2
/dev/sdb1                               partition   4193276 0   -3

禁用swap分区：

swapoff [OPTION]... [DEVICE]

范例:禁用swap分区

[root@centos8 ~]#sed -i.bak '/swap/d' /etc/fstab
[root@centos8 ~]#swapoff -a

SWAP的优先级

可以指定swap分区0到32767的优先级，值越大优先级越高

如果用户没有指定，那么核心会自动给swap指定一个优先级，这个优先级从-1开始，每加入一个新的
没有用户指定优先级的swap，会给这个优先级减一

先添加的swap的缺省优先级比较高，除非用户自己指定一个优先级，而用户指定的优先级(是正数)永远高于核心缺省指定的优先级(是负数)

2.4.3 swap的使用策略

/proc/sys/vm/swappiness 的值决定了当内存占用达到一定的百分比时，会启用swap分区的空间

范例：

[root@centos8 ~]# cat /proc/sys/vm/swappiness
30
[root@rhel5 ~]# cat /proc/sys/vm/swappiness
60

说明：内存在使用到100-30=70%的时候，就开始出现有交换分区的使用。简单地说这个参数定义了系统对swap的使用倾向，默认值为30，值越大表示越倾向于使用swap。可以设为0，这样做并不会禁止对swap的使用，只是最大限度地降低了使用swap的可能性

2.5 移动介质

挂载意味着使外来的文件系统看起来如同是主目录树的一部分，所有移动介质也需要挂载，挂载点通常在/media 或/mnt下

访问前，介质必须被挂载
摘除时，介质必须被卸载
按照默认设置，非根用户只能挂载某些设备（光盘、DVD、软盘、USB等等）

2.5.1 使用光盘

在图形环境下自动启动挂载/run/media//

手工挂载

mount /dev/cdrom /mnt/

操作光盘

eject 弹出光盘
eject -t 弹入光盘

创建ISO文件

cp /dev/cdrom /root/centos.iso
mkisofs -r -o /root/etc.iso /etc #来自于genisoimage包

刻录光盘

wodim –v –eject centos.iso

2.5.2 USB介质

查看USB设备是否识别

lsusb

被内核探测为SCSI设备
/dev/sdaX、/dev/sdbX或类似的设备文件
在图形环境中自动挂载在/run/media//

手动挂载

mount /dev/sdX# /mnt

范例：插入U盘后可以看到日志信息

[root@centos8 ~]#tail /var/log/messages -f
Apr 15 14:25:06 centos8 kernel: usb 4-1: new SuperSpeed Gen 1 USB device number
2 using xhci_hcd
Apr 15 14:25:06 centos8 kernel: usb 4-1: New USB device found, idVendor=0951,
idProduct=1666, bcdDevice= 1.10
Apr 15 14:25:06 centos8 kernel: usb 4-1: New USB device strings: Mfr=1,
Product=2, SerialNumber=3
Apr 15 14:25:06 centos8 kernel: usb 4-1: Product: DataTraveler 3.0
Apr 15 14:25:06 centos8 kernel: usb 4-1: Manufacturer: Kingston
Apr 15 14:25:06 centos8 kernel: usb 4-1: SerialNumber: AC220B280A43B03189723CA0
Apr 15 14:25:06 centos8 kernel: usb-storage 4-1:1.0: USB Mass Storage device
detected
Apr 15 14:25:06 centos8 kernel: scsi host3: usb-storage 4-1:1.0
Apr 15 14:25:06 centos8 kernel: usbcore: registered new interface driver usbstorage
Apr 15 14:25:06 centos8 kernel: usbcore: registered new interface driver uas
Apr 15 14:25:07 centos8 kernel: scsi 3:0:0:0: Direct-Access Kingston
DataTraveler 3.0 PMAP PQ: 0 ANSI: 6
Apr 15 14:25:07 centos8 kernel: sd 3:0:0:0: Attached scsi generic sg4 type 0
Apr 15 14:25:07 centos8 kernel: sd 3:0:0:0: [sdd] 60555264 512-byte logical
blocks: (31.0 GB/28.9 GiB)
Apr 15 14:25:07 centos8 kernel: sd 3:0:0:0: [sdd] Write Protect is off
Apr 15 14:25:07 centos8 kernel: sd 3:0:0:0: [sdd] Write cache: disabled, read
cache: enabled, doesn't support DPO or FUA
Apr 15 14:25:07 centos8 kernel: sdd: sdd1
Apr 15 14:25:07 centos8 kernel: sd 3:0:0:0: [sdd] Attached SCSI removable disk
Apr 15 14:30:02 centos8 systemd[1]: Started /usr/bin/systemctl start man-dbcache-
update.
Apr 15 14:30:02 centos8 systemd[1]: Starting man-db-cache-update.service...
Apr 15 14:30:03 centos8 systemd[1]: Started man-db-cache-update.service.
Apr 15 14:33:21 centos8 kernel: usb 4-1: USB disconnect, device number 2
^C
[root@centos8 ~]#dmesg
[ 1861.537401] usb 4-1: new SuperSpeed Gen 1 USB device number 2 using xhci_hcd
[ 1861.551660] usb 4-1: New USB device found, idVendor=0951, idProduct=1666,
bcdDevice= 1.10
[ 1861.551663] usb 4-1: New USB device strings: Mfr=1, Product=2, SerialNumber=3
[ 1861.551664] usb 4-1: Product: DataTraveler 3.0
[ 1861.551665] usb 4-1: Manufacturer: Kingston
[ 1861.551666] usb 4-1: SerialNumber: AC220B280A43B03189723CA0
[ 1861.568499] usb-storage 4-1:1.0: USB Mass Storage device detected
[ 1861.570443] scsi host3: usb-storage 4-1:1.0
[ 1861.570822] usbcore: registered new interface driver usb-storage
[ 1861.574790] usbcore: registered new interface driver uas
[ 1862.628850] scsi 3:0:0:0: Direct-Access Kingston DataTraveler 3.0 PMAP
PQ: 0 ANSI: 6
[ 1862.631979] sd 3:0:0:0: Attached scsi generic sg4 type 0
[ 1862.634222] sd 3:0:0:0: [sdd] 60555264 512-byte logical blocks: (31.0 GB/28.9
GiB)
[ 1862.636424] sd 3:0:0:0: [sdd] Write Protect is off
[ 1862.636429] sd 3:0:0:0: [sdd] Mode Sense: 45 00 00 00
[ 1862.640597] sd 3:0:0:0: [sdd] Write cache: disabled, read cache: enabled,
doesn't support DPO or FUA
[ 1862.650723] sdd: sdd1
[ 1862.656289] sd 3:0:0:0: [sdd] Attached SCSI removable disk

范例：格式化U盘为 FAT32 文件系统

[root@centos8 ~]#dnf -y install dosfstools
[root@centos8 ~]#mkfs.vfat /dev/sdd1
mkfs.fat 4.1 (2017-01-24)
[root@centos8 ~]#mount /dev/sdd1 /mnt

范例：查看USB设备

[root@centos8 ~]#yum -y install usbutils
[root@centos8 ~]#lsusb
Bus 004 Device 002: ID 0951:1666 Kingston Technology DataTraveler 100 G3/G4/SE9
G2
Bus 004 Device 001: ID 1d6b:0003 Linux Foundation 3.0 root hub
Bus 003 Device 001: ID 1d6b:0002 Linux Foundation 2.0 root hub
Bus 001 Device 001: ID 1d6b:0002 Linux Foundation 2.0 root hub
Bus 002 Device 003: ID 0e0f:0002 VMware, Inc. Virtual USB Hub
Bus 002 Device 002: ID 0e0f:0003 VMware, Inc. Virtual Mouse
Bus 002 Device 001: ID 1d6b:0001 Linux Foundation 1.1 root hub

2.6 磁盘常见工具

2.6.1 文件系统空间占用等信息的查看工具 df

常用选项

df [OPTION]... [FILE]...

范例：

[root@centos8-A ~]#df -Th
Filesystem     Type      Size  Used Avail Use% Mounted on
devtmpfs       devtmpfs  887M     0  887M   0% /dev
tmpfs          tmpfs     903M     0  903M   0% /dev/shm
tmpfs          tmpfs     903M  9.4M  894M   2% /run
tmpfs          tmpfs     903M     0  903M   0% /sys/fs/cgroup
/dev/sda2      xfs       100G  4.9G   96G   5% /
/dev/sda1      ext4      976M  139M  771M  16% /boot
tmpfs          tmpfs     181M  1.2M  180M   1% /run/user/42
tmpfs          tmpfs     181M  4.0K  181M   1% /run/user/0
/dev/sda5      xfs        50G  390M   50G   1% /data
/dev/sdb2      ext4      5.9G   24M  5.6G   1% /mnt
[root@centos8-A ~]#lsblk -f
NAME   FSTYPE  LABEL                      UUID                                 MOUNTPOINT
sda
├─sda1 ext4                               0bdcc1e0-2296-48b9-ad64-084ffd1a1963 /boot
├─sda2 xfs                                6498b37b-cbbf-4771-8327-b65704274aef /
├─sda3 swap                               8424a27b-4f74-4249-b229-0ba992a5c4e7 [SWAP]
├─sda4
└─sda5 xfs                                ac47bfa1-5d5b-4a47-8a9d-776d0fe81a0c /data
sdb
├─sdb1
├─sdb2 ext4                               1ac79d3b-c56d-445c-8c09-e515940f3929 /mnt
└─sdb3
sdc
sr0    iso9660 CentOS-8-1-1911-x86_64-dvd 2020-01-03-21-42-40-00

2.6.2 查看某目录总体空间占用状态 du

du [OPTION]... DIR

常用选项

-h human-readable
-s summary
--max-depth=# 指定最大目录层级

2.6.3 工具 dd

dd 命令：convert and copy a file
格式：

dd if=/PATH/FROM/SRC of=/PATH/TO/DEST bs=# count=#

常用选项

if=file 从所命名文件读取而不是从标准输入
of=file 写到所命名的文件而不是到标准输出
ibs=size 一次读size个byte
obs=size 一次写size个byte
bs=size block size, 指定块大小（既是是ibs也是obs)
cbs=size 一次转化size个byte
skip=blocks 从开头忽略blocks个ibs大小的块
seek=blocks 从开头忽略blocks个obs大小的块
count=n 复制n个bs
conv=conversion[,conversion...] 用指定的参数转换文件conversion 转换参数:
ascii 转换 EBCDIC 为 ASCII
ebcdic 转换 ASCII 为 EBCDIC
lcase 把大写字符转换为小写字符
ucase 把小写字符转换为大写字符
nocreat 不创建输出文件
noerror 出错时不停止
notrunc 不截短输出文件
sync 把每个输入块填充到ibs个字节，不足部分用空(NUL)字符补齐
fdatasync 写完成前，物理写入输出文件

范例：

#备份MBR
dd if=/dev/sda of=/tmp/mbr.bak bs=512 count=1
#破坏MBR中的bootloader
dd if=/dev/zero of=/dev/sda bs=64 count=1 seek=446
#有一个大与2K的二进制文件fileA。现在想从第64个字节位置开始读取，需要读取的大小是128Byts。又有
fileB, 想把上面读取到的128Bytes写到第32个字节开始的位置，替换128Bytes，实现如下
dd if=fileA of=fileB bs=1 count=128 skip=63 seek=31 conv=notrunc
#将本地的/dev/sdx整盘备份到/dev/sdy
dd if=/dev/sdx of=/dev/sdy
#将/dev/sdx全盘数据备份到指定路径的image文件
dd if=/dev/sdx of=/path/to/image
#备份/dev/sdx全盘数据，并利用gzip压缩，保存到指定路径
dd if=/dev/sdx | gzip >/path/to/image.gz
#将备份文件恢复到指定盘
dd if=/path/to/image of=/dev/sdx
#将压缩的备份文件恢复到指定盘
gzip -dc /path/to/image.gz | dd of=/dev/sdx
#将内存里的数据拷贝到root目录下的mem.bin文件
dd if=/dev/mem of=/root/mem.bin bs=1024
#拷贝光盘数据到root文件夹下，并保存为cdrom.iso文件
dd if=/dev/cdrom of=/root/cdrom.iso
#销毁磁盘数据
dd if=/dev/urandom of=/dev/sda1
#通过比较dd指令输出中命令的执行时间，即可确定系统最佳的block size大小
dd if=/dev/zero of=/root/1Gb.file bs=1024 count=1000000
dd if=/dev/zero of=/root/1Gb.file bs=2048 count=500000
dd if=/dev/zero of=/root/1Gb.file bs=4096 count=250000
#测试硬盘写速度
dd if=/dev/zero of=/root/1Gb.file bs=1024 count=1000000
#测试硬盘读速度
dd if=/root/1Gb.file bs=64k | dd of=/dev/null

范例;

[root@centos8-B ~]#cat f1.txt
abcdef
[root@centos8-B ~]#cat f2.txt
123456789
[root@centos8-B ~]#dd if=f1.txt of=f2.txt bs=1 count=2 skip=3 seek=4
2+0 records in
2+0 records out
2 bytes copied, 0.000131818 s, 15.2 kB/s
[root@centos8-B ~]#cat f2.txt
1234de[root@centos8-B ~]#echo 123456789 > f2.txt
[root@centos8-B ~]#cat f2.txt
123456789
[root@centos8-B ~]#cat f1.txt
abcdef
[root@centos8-B ~]#dd if=f1.txt of=f2.txt bs=1 count=2 skip=3 seek=4 conv=notrunc
2+0 records in
2+0 records out
2 bytes copied, 0.000205361 s, 9.7 kB/s
[root@centos8-B ~]#cat f2.txt
1234de789

3 RAID

3.1 什么是RAID

RAID：Redundant Arrays of Inexpensive（Independent） Disks 廉价（独立）磁盘冗余阵列

1988年由加利福尼亚大学伯克利分校（University of California-Berkeley） “A Case for RedundantArrays of Inexpensive Disks”,多个磁盘合成一个“阵列”来提供更好的性能、冗余，或者两者都提供

RAID功能实现

提高IO能力,磁盘并行读写
提高耐用性,磁盘冗余算法来实现

RAID实现的方式

外接式磁盘阵列：通过扩展卡提供适配能力
内接式RAID：主板集成RAID控制器，安装OS前在BIOS里配置
软件RAID：通过OS实现

3.2 RAID级别

级别：多块磁盘组织在一起的工作方式有所不同

RAID-0：条带卷，strip
RAID-1：镜像卷，mirror
RAID-2
…
RAID-5
RAID-6
RAID-10
RAID-01
RAID级别

3.2.1 RAID-0

以 chunk 单位,读写数据

读、写性能提升
可用空间：N*min(S1,S2,…)
无容错能力
最少磁盘数：2, 2+

3.2.2 RAID-1

读性能提升、写性能略有下降
可用空间：1*min(S1,S2,…)
有冗余能力
最少磁盘数：2, 2N

3.2.3 RAID-4

多块数据盘异或运算值存于专用校验盘
磁盘利用率 (N-1)/N
有冗余能力
至少3块硬盘才可以实现

3.2.4 RAID-5

读、写性能提升
可用空间：(N-1)*min(S1,S2,…)
有容错能力：允许最多1块磁盘损坏
最少磁盘数：3, 3+

3.2.5 RAID-6

读、写性能提升
可用空间：(N-2)*min(S1,S2,…)
有容错能力：允许最多2块磁盘损坏
最少磁盘数：4, 4+

3.2.6 RAID-10

读、写性能提升
可用空间：N*min(S1,S2,…)/2
有容错能力：每组镜像最多只能坏一块
最少磁盘数：4, 4+

3.2.7 RAID-01

多块磁盘先实现RAID0,再组合成RAID1

3.2.8 RAID-50

多块磁盘先实现RAID5,再组合成RAID0

3.2.9 其它级别

JBOD：Just a Bunch Of Disks

功能：将多块磁盘的空间合并一个大的连续空间使用
可用空间：sum(S1,S2,…)

RAID7

可以理解为一个独立存储计算机，自身带有操作系统和管理工具，可以独立运行，理论上性能最高的
RAID模式

常用级别：
RAID-0, RAID-1, RAID-5, RAID-10, RAID-50, JBOD

4 逻辑卷管理器（LVM）

4.1 LVM介绍

LVM: Logical Volume Manager 可以允许对卷进行方便操作的抽象层，包括重新设定文件系统的大小，允许在多个物理设备间重新组织文件系统

LVM可以弹性的更改LVM的容量

通过交换PE来进行资料的转换，将原来LV内的PE转移到其他的设备中以降低LV的容量，或将其他设备中的PE加到LV中以加大容量

实现过程

将设备指定为物理卷
用一个或者多个物理卷来创建一个卷组，物理卷是用固定大小的物理区域（Physical Extent，
PE）来定义的
在物理卷上创建的逻辑卷，是由物理区域（PE）组成
可以在逻辑卷上创建文件系统并挂载

第一个逻辑卷对应设备名：/dev/dm-#
dm: device mapper，将一个或多个底层块设备组织成一个逻辑设备的模块

软链接：

/dev/mapper/VG_NAME-LV_NAME
/dev/VG_NAME/LV_NAME

范例

/dev/mapper/vol0-root
/dev/vol0/root

4.2 实现逻辑卷

4.2.1 pv管理工具

显示pv信息

pvs：简要pv信息显示
pvdisplay

创建pv

pvcreate /dev/DEVICE

删除pv

pvremove /dev/DEVICE

4.2.2 vg管理工具

显示卷组

vgs
vgdisplay

创建卷组

vgcreate [-s #[kKmMgGtTpPeE]] VolumeGroupName PhysicalDevicePath
[PhysicalDevicePath...]

管理卷组

vgextend VolumeGroupName PhysicalDevicePath [PhysicalDevicePath...]
vgreduce VolumeGroupName PhysicalDevicePath [PhysicalDevicePath...]

删除卷组

先做pvmove
再做vgremove

4.2.3 lv 管理工具

显示逻辑卷

lvs
Lvdisplay

创建逻辑卷

lvcreate -L #[mMgGtT] -n NAME VolumeGroup

范例：

lvcreate -l 60%VG -n mylv testvg
lvcreate -l 100%FREE -n yourlv testvg

删除逻辑卷

lvremove /dev/VG_NAME/LV_NAME

重设文件系统大小

fsadm [options] resize device [new_size[BKMGTEP]]
resize2fs [-f] [-F] [-M] [-P] [-p] device [new_size]
xfs_growfs /mountpoint

范例：

#创建物理卷
pvcreate /dev/sda3
#为卷组分配物理卷
vgcreate vg0 /dev/sda3
#从卷组创建逻辑卷
lvcreate -L 256M -n data vg0
#mkfs.xfs /dev/vg0/data
#挂载
mount /dev/vg0/data /mnt/data#

4.2.4 扩展和缩减逻辑卷

扩展逻辑卷：

lvextend -L [+]#[mMgGtT] /dev/VG_NAME/LV_NAME
#针对ext
resize2fs /dev/VG_NAME/LV_NAME
#针对xfs
xfs_growfs MOUNTPOINT
lvresize -r -l +100%FREE /dev/VG_NAME/LV_NAME

缩减逻辑卷：
注意：缩减有数据损坏的风险

umount /dev/VG_NAME/LV_NAME
e2fsck -f /dev/VG_NAME/LV_NAME
resize2fs /dev/VG_NAME/LV_NAME #[mMgGtT]
lvreduce -L [-]#[mMgGtT] /dev/VG_NAME/LV_NAME
mount

4.2.5 跨主机迁移卷组

源计算机上
1 在旧系统中，umount所有卷组上的逻辑卷
2 禁用卷组

vgchange –a n vg0
lvdisplay

3 导出卷组

vgexport vg0
pvscan
vgdisplay

4 拆下旧硬盘在目标计算机上,并导入卷组：

vgimport vg0

5 启用

vgchange –ay vg0

6 mount 所有卷组上的逻辑卷

4.3 逻辑卷快照

4.3.1 逻辑卷快照原理

快照是特殊的逻辑卷，它是在生成快照时存在的逻辑卷的准确拷贝,对于需要备份或者复制的现有数据临时拷贝以及其它操作来说，快照是最合适的选择,快照只有在它们和原来的逻辑卷不同时才会消耗空间，建立快照的卷大小小于等于原始逻辑卷,也可以使用lvextend扩展快照

逻辑卷管理器快照
快照就是将当时的系统信息记录下来，就好像照相一般，若将来有任何数据改动了，则原始数据会被移动到快照区，没有改动的区域则由快照区和文件系统共享

逻辑卷快照工作原理

在生成快照时会分配给它一定的空间，但只有在原来的逻辑卷或者快照有所改变才会使用这些空间
当原来的逻辑卷中有所改变时，会将旧的数据复制到快照中
快照中只含有原来的逻辑卷中更改的数据或者自生成快照后的快照中更改的数据

由于快照区与原本的LV共用很多PE的区块，因此快照与被快照的LV必须在同一个VG中.系统恢复的时候的文件数量不能高于快照区的实际容量

4.3.2 实现逻辑卷快照

范例：

#为现有逻辑卷创建快照  -p r设定为只读  -l指定PE数量 -s创建快照
lvcreate -l 64 -s -n data-snapshot -p r /dev/vg0/data
#挂载快照
mkdir -p /mnt/snap
mount -o ro /dev/vg0/data-snapshot /mnt/snap
#恢复快照
umount /dev/vg0/data-snapshot
umount /dev/vg0/data
lvconvert --merge /dev/vg0/data-snapshot
#删除快照
umount /mnt/databackup
lvremove /dev/vg0/databackup