系列文章目录

` 提示：仅用于个人学习，进行查漏补缺使用。
1.Linux介绍、目录结构、文件基本属性、Shell
2.Linux常用命令
3.Linux文件管理
4.Linux 命令安装(rpm、install)
5.Linux账号管理
6.Linux文件/目录权限管理

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提示：写完文章后，目录可以自动生成，如何生成可参考右边的帮助文档

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前言

本章大概内容有：

        磁盘基础、磁盘分区结构、MBR与磁盘分区标识、fdish命令、创建文件系统与挂载、卸载文件系统、创建交换文件系统、文件系统类型等

提示：以下是本篇文章正文内容，下面案例可供参考

一.磁盘基础

1.物理结构

1. 盘片（Platters）: 磁盘通常由多个平滑的金属盘片组成，这些盘片围绕一个中心轴高速旋转。每个盘片的一面被涂上一层磁性材料。
2. 磁头（Heads）: 磁头安装在一个磁头臂上，它可以在盘片的磁道上移动，以便在磁性介质上写入或读取数据。现代磁盘使用密封磁头，磁头臂在盘片上方非常小的距离内移动，以减少磨损。
3. 电机（Motor）: 马达驱动盘片旋转，同时磁头在磁头臂的引导下移动。
4. 控制电路（Controller）: 控制电路负责管理磁头的移动和数据的传输。

2.工作原理

1. 寻道（Seek）: 当系统需要访问磁盘上的数据时，控制电路发送信号给马达，使磁头移动到包含所需数据的磁道。
2. 定位（Rotational Latency）: 盘片旋转使磁头移动到正确的磁道后，还需要等待数据所在的扇区旋转到磁头下方。
3. 读写（Read/Write）: 当磁头在正确的位置时，它可以通过改变或检测磁性介质的磁化状态来读取或写入数据。
4. 同步（Synchronization）: 为了提高数据传输的效率，磁头在移动到下一个扇区之前会等待一个预定的时间，确保读取或写入操作完成。
5. 缓存（Cache）: 大多数硬盘都有一个小的内存缓存，用于临时存储最近访问的数据。这样，当系统再次请求相同的数据时，可以直接从缓存中获取，而不是从磁盘上读取。

3.磁盘接口类型：

1. IDE（Integrated Drive Electronics）

• 也称为ATA（Advanced Technology Attachment），IDE是一种并行接口，速度较慢，已经被SATA取代。

2. ATA

• ATA接口是IDE的扩展，提供了更高的传输速度。包括ATA/100、ATA/133等标准。

3. SATA（Serial ATA）

• SATA是一种串行接口，提供了更高的数据传输速度（最高可达6Gbps），同时减少了电缆的复杂性和长度。SATA接口是当前最常见的硬盘接口类型。

4. SAS（Serial Attached SCSI）

• SAS是一种高速串行接口，用于连接存储设备，如硬盘驱动器和磁带驱动器。它提供了高带宽和多任务处理能力，适用于企业级应用。

5. SCSI（Small Computer System Interface）

• SCSI是一种并行接口，用于连接多种存储设备。它提供高速数据传输和多任务处理能力，但比SAS和SATA更复杂，已经被SAS取代。

6. M.2

• M.2是一种新的接口标准，主要用于固态硬盘（SSD）的安装。它提供了更高的数据传输速度和更好的热管理，适用于超极本和小型化设备。

7. NVMe（Non-Volatile Memory Express）

• NVMe是一个用于连接NVMe SSD的接口标准，它是一种基于PCI Express的接口，提供了远高于SATA的传输速度，适用于高性能计算和存储解决方案。

8. PCIe（Peripheral Component Interconnect Express）

• PCIe是一种高速串行总线标准，也被用于连接NVMe SSD，提供了极高的数据传输速度。

**_PS: _**随着技术的进步，新的接口标准不断出现，以提供更快的数据传输速度和更好的兼容性。例如，SATA Express（SATAe）和NVMe over PCIe等接口都是基于现有技术的新标准，旨在提高SSD的性能和可靠性。

二.磁盘分区结构

• 磁盘分区类型
  • 主分区（Primary Partitions）：可以创建最多四个主分区。每个主分区都可以被格式化并安装文件系统。
  • **扩展分区（Extended Partitions）：**如果需要超过四个主分区，可以创建一个扩展分区。扩展分区本身不存放数据，而是用来创建更多的逻辑分区。
  • **逻辑分区（Logical Partitions）：**在扩展分区内部可以创建多个逻辑分区。逻辑分区就像主分区一样，可以被格式化并安装文件系统。
• 磁盘分区布局
  • MBR（Master Boot Record）：传统的分区方式，使用一个64字节的分区表来记录分区信息，最大支持2TB的磁盘大小。
  • **GPT（GUID Partition Table）：**较新的分区方式，使用128字节的GUID分区表来记录分区信息，最大支持18EB的磁盘大小。GPT分区方式支持更多的主分区（最多128个）。
• 分区命名
  • Linux系统中，磁盘分区以/dev/开头，后跟磁盘接口类型、磁盘编号和分区编号。
  • 例如，第一个SATA接口的第一个硬盘上的第一个主分区可能是/dev/sda1，第二个逻辑分区可能是/dev/sda2。
• 文件系统
  • 磁盘分区必须格式化为某种文件系统才能存储数据。
  • 常见的Linux文件系统包括ext2、ext3、ext4、XFS、ReiserFS、Swap等。每个文件系统都有其特点和最佳用途。
    • XFS【Xtremely Flexible Filesystem】，日志型文件系统，适用于大数据和需要高性能的场景
    • Swap 【交换空间】，一种特殊的磁盘空间，用于在物理内存不足时提供额外的虚拟内存
• 挂载点
  • 文件系统通常需要挂载到某个目录才能被系统访问。
  • 例如，根文件系统通常挂载到/目录，家目录文件系统可能挂载到/home目录。
• 磁盘分区工具
  • 常用的磁盘分区工具包括fdisk、parted和图形界面的GParted。

三.MBR与磁盘分区表示

1.概述

• MBR（Master Boot Record，主引导记录）是磁盘上的一个特殊扇区，它包含了启动加载程序、分区表和硬盘签名。分区表位于MBR的末尾，它定义了硬盘上的分区布局。分区表共占64字节，每个分区在分区表中占用16字节，因此MBR最多可以定义四个主分区，或者三个主分区和一个扩展分区。扩展分区可以用来创建更多的逻辑分区。

2.MBR分区表结构

• MBR分区表定义了分区从哪个柱面开始，到哪个柱面结束。它使用柱面、头和扇区的组合来表示分区的位置。每个分区的起始和结束位置各占4字节。

3.磁盘分区的Linux表示

1. IDE硬盘:
   • 第一块IDE硬盘：/dev/hda
   • 第一块IDE硬盘的第一个主分区：/dev/hda1
   • 第一块IDE硬盘的第二个主分区：/dev/hda2
   • 第一块IDE硬盘的扩展分区：/dev/hda3
   • 第一块IDE硬盘的第一个逻辑分区（在扩展分区内）：/dev/hda5
2. SATA硬盘:
   • 第一块SATA硬盘：/dev/sda
   • 第一块SATA硬盘的第一个主分区：/dev/sda1
   • 第一块SATA硬盘的第二个主分区：/dev/sda2
   • 第一块SATA硬盘的扩展分区：/dev/sda3
   • 第一块SATA硬盘的第一个逻辑分区（在扩展分区内）：/dev/sda5
3. SCSI硬盘:
   • 第一块SCSI硬盘：/dev/sdb
   • 第一块SCSI硬盘的第一个主分区：/dev/sdb1
   • 以此类推。
4. 其他接口:
   • 对于USB硬盘或其他接口的硬盘，表示方法通常与SATA硬盘相似，例如/dev/sdc、/dev/sdd等。

5.分区命名规则

• /dev/: 表示设备文件所在的目录。
• hd或sd: 表示硬盘类型，其中hd代表IDE硬盘，sd代表SATA、SCSI等硬盘。
• 字母：表示硬盘的物理位置，从a开始，然后是b、c等。
• 数字：表示分区号，从1开始，分区号通常与分区在硬盘上的物理位置无关。
  • 例如，第一块SATA硬盘的第一个主分区表示为/dev/sda1，第四个主分区表示为/dev/sda4。

6.扩展分区与逻辑分区
在MBR分区表中，扩展分区和逻辑分区的表示与主分区相同，但是它们是在扩展分区内创建的子分区。例如，如果/dev/sda3是扩展分区，那么在其内部创建的第一个逻辑分区可能是/dev/sda5。
了解MBR分区表和Linux中的磁盘分区表示对于管理磁盘和文件系统至关重要。随着技术的发展，分区表示方法也在不断演变，例如_使用UUID或路径_来标识分区，这些方法提供了更稳定的设备标识。

四.检测并确认新硬盘——fdisk命令

• 概述
  • fdisk是Linux系统中的一个磁盘分区工具，用于创建、删除、查看和管理磁盘分区。
  • fdisk可以对MBR（Master Boot Record）分区和GPT（GUID Partition Table）分区的硬盘进行操作。
• 基本用法

fdisk /dev/sdb										##对/dev目录下的sdb设备进行分区

• 选项：
  • p：打印分区表。
  • n：添加一个新的分区。
  • d：删除一个分区。
  • t：更改分区类型（只适用于MBR分区）。
  • w：写入分区表并退出fdisk。
  • q：退出fdisk而不写入任何更改。
  • l：列出所有合法的分区类型。
  • m：显示fdisk的帮助菜单。

五.创建文件系统与挂载、卸载文件系统

• 需求： 1.添加一块盘 2.划分分区-以主分区为主 3.使用xfs文件系统格式化和定义设备文件 4.创建/abc目录，将新建分区挂载到/abc上

以下是完成这些步骤的详细指导：

步骤 1: 添加一块硬盘

     1. 首先，确保系统识别了新添加的硬盘。【添加后一定要按确定】

通在终端中输入lsblk或fdisk -l命令来查看所有已识别的磁盘。

lsblk

或

fdisk -l

步骤 2: 划分分区

使用fdisk工具来对硬盘进行分区，例如：

fdisk /dev/sdb

在fdisk命令行界面中，创建主分区：

n # 添加新分区
p # 选择主分区
1 # 第一个主分区

按照提示完成分区的创建，并保存和退出。

**PS:**这里分区大小可设置如：+20G（指定大小为20GB，如按Enter键表示默认所有空间）

步骤 3: 格式化文件系统

使用mkfs命令来格式化分区。以下是一个使用XFS文件系统的例子：

mkfs.xfs -f /dev/sdb1

确保替换/dev/sdb1为您刚刚创建的主分区的设备文件名。

步骤 4: 挂载分区

创建挂载点：

mkdir /abc

将分区挂载到/abc目录：

mount /dev/sdb1 /abc

通过运行df -h命令来确认分区是否已成功挂载。

df -h

步骤 5: 设置开机自动/永久挂载

在系统启动时自动挂载分区，可以编辑/etc/fstab文件。找到已经挂载的分区，并添加以下行：

/dev/sdb1 /abc xfs defaults 0 0

确保替换/dev/sdb1为您的主分区设备文件名，并替换/abcf创建的挂载点目录名。
现在，硬盘已经添加、分区、格式化并挂载到指定的目录上了。

六.创建交换文件系统

1.概述

• 在Linux操作系统中，交换空间（swap space）是一种特殊类型的文件系统，用于虚拟内存的管理。
• 当系统的物理内存（RAM）不足时，Linux内核可以使用交换空间来扩展可用内存。
• 交换空间通常在硬盘上创建，虽然也可以在网络硬盘或其他可用的存储设备上创建，但通常**不推荐**这样做，因为速度较慢。

2.基本步骤

1. 确定交换空间的大小

   • 交换空间的大小可以根据需要分配，但是建议的大小至少应该是系统物理内存的两倍。
   • 例如，如果系统有2GB的物理内存，建议至少创建4GB的交换空间。

2. 创建交换分区 使用fdisk等工具在硬盘上创建一个交换分区。

fdisk /dev/sdb

  - 在`fdisk`交互界面中，使用`n`添加一个新的分区，然后选择`p`作为分区类型，表示交换分区。
  - 设置交换分区的起始和结束位置，然后用`w`保存退出。 

3. 激活交换分区：
   创建交换分区的文件系统格式，并使用mkswap命令激活它：

mkswap /dev/sdb1

其中/dev/sdb1是刚创建的交换分区的设备文件。
4. **编辑/etc/fstab文件： **
为了在系统启动时自动挂载交换分区，需要编辑/etc/fstab文件，添加如下行：

/dev/sdb1 swap swap defaults 0 0

这行表示在启动时自动挂载/dev/sdb1作为交换空间。
**5. 重启系统： **
重启系统以使交换空间的设置生效。 （_PS:_init 6 或reboot重启 init2 关闭）
**6. 检查交换空间： **
重启后，可以使用swapon -s命令检查系统当前的交换空间设置，确认它已经被激活。

3.提炼补充：

创建swap之前，目标分区应通过fdisk工具将分区类型ID 号设为82

• fdisk /dev/sdb

–>t
–>82
mkswap /dev/sdb5
swapon /dev/sdb5 #启用新增加的交换分区
swapoff /dev/sdb5 #停用指定的交换分区
swapon -s #查看每个分区的swap状态信息
free -m #查看总的swap状态信息

• 首先，swap交换分区的设置需要先建立一个分区，然后使用fdisk /dev/sdb 进入后对已有的分区进行 修改类型-》通过修改ID的方式进行设置，例如swap-ID 82，修改完成后，w保存退出。
• 通常来说，下一步需要进行文件系统格式化和创建，但因为当前类型是SWAP类型，所以需要创建的类型，不是文件系统，而是SWAP类型

七.文件系统类型

• XFS文件系统
  • 存放文件和目录数据的分区
  • 高性能的日志型文件系统，特别擅长于处理大文件，可支持上百万TB的存储空间
  • CentOS 7系统中默认使用的文件系统
• SWAP，交换文件系统
  • 为Linux系统建立交换分区
  • 一般设置为物理内存的1.5~2倍
• Linux支持的其他文件系统类型
  • EXT4、FAT32、NTFS、LVM

八.补充

1.df【disk free】命令

• 概述
  • Linux和Unix系统中用来显示文件系统的磁盘空间使用情况的工具。
  • 通常情况下，它并不显示所有磁盘的空间使用情况，而是**重点**关注挂载的文件系统。
• 基本语法

df [选项] [目录或文件系统]

• 选项
  • -ah：以人类可读的格式（例如KB、MB、GB）显示文件系统大小，并显示所有的文件系统。
  • -h：与-ah相似，但是不包括隐藏的文件系统，例如/proc和/sys。
  • -i：显示inode使用情况，而不是磁盘空间。
  • -k：以KB为单位显示大小。
  • -m：以MB为单位显示大小。
  • -t：显示文件系统的类型。
  • -x：排除某些文件系统类型。
  • -H：与-h选项类似，但是使用1024字节为1KB（适用于TB、GB等更大的单位）。
  • -T：显示文件系统的类型。
  • -L：只列出与指定模式匹配的文件系统。
  • -l：只显示本地文件系统。
  • -P：以POSIX的格式输出，每行显示一个文件系统。
  • -X：排除某些文件系统类型。
  • -i：显示inode的使用情况。
  • -N：显示NFS文件系统统计信息。
  • -S：显示SSFS文件系统统计信息（例如，网络附加存储）。
  • -F：指定文件系统类型，以获取特定类型的文件系统信息。
  • -B：以指定的大小为单位显示块和大小信息。
• 示例：

# 显示所有文件系统的磁盘空间使用情况，并以人类可读的格式显示
df -ah

# 显示所有本地文件系统的磁盘空间使用情况，并以MB为单位显示大小
df -lhm

# 显示除隐藏文件系统之外的所有文件系统的磁盘空间使用情况
df -h

2. free -m 命令

作用：

     - 显示内存和swap交换空间使用情况的工具
     - 查询内存与swap交换分区的使用率命令

free -m命令的输出通常包含以下列：

     - `total`：总的物理内存大小。
     - `used`：已使用的物理内存大小。
     - `free`：未使用的物理内存大小。
     - `shared`：多个进程共享的内存大小。
     - `buffers`：内核缓冲区大小。
     - `cached`：用于缓存文件的内存大小。
     - `available`：可用内存大小（实际可用给进程的内存）。
     - `Swap`：交换空间的大小。
     - `used`：已使用的交换空间大小。
     - `free`：未使用的交换空间大小。

使用场景：

     - 进行故障排除
     - 检查是否有足够的可用内存。
     - 确定是否存在内存泄漏或过度使用缓存。
     - 监控内存使用情况，以便进行性能调优。
     - 帮助用户和管理员监控系统的内存使用情况，以及进行内存相关的问题诊断和调优

3.iostat命令

  - 一个监控工具，用于报告系统的CPU使用情况和磁盘I/O统计信息。
  - 帮助系统管理员和用户了解系统的I/O子系统性能，诊断I/O瓶颈并优化系统性能。