1. 简介
- 磁盘类型：
- 机械硬盘：盘片、磁头、转轴、控制电机
- 固态硬盘：SSD
- 硬盘尺寸（宽度）
- 接口
- 插头
- IDE/SATA
- 串口/并口
- 慢/快
- 老/新
- 转速（只有机械硬盘）
- 每分钟旋转的速度（rpm）
- 5400r/m
- 7200r/m
- 15000r/m
- 厂商
- 术语（磁盘非固态）
- 柱面
- 盘片
- 磁道：同心圆
- 扇面
- 扇区，每个扇区512字节
- 命名：计算机自动命名
- SATA口：
/dev/sda /dev/sdb，是一个文件
-
/dev：设备文件目录，
-
s：SATA口 | SCSI口 | USB口，h：IDE口 | ATA口
-
d：disk
-
a b：第一、二块
- 分区继续编号
1, 2, 3... /dev/sda1 /dev/sda2
- 分区方式
- MBR：主引导启动记录（Master Boot Record）位于磁盘最前边的一段引导，占据512字节
- 前446字节放Boot Loader，引导操作系统的启动；
- 64字节每16字节标识一个分区，最多支持4个分区；
- 最后2字节是Magic Number，一定是
55AA是分区结束标志；
- 支持的最大的容量<2TB；
- 超过4个分区，需要放弃主分区，改为3个逻辑分区和1个扩展分区。
- GPT：统一分区表（GUID Partition Table）
2. 管理磁盘
2.1 查看磁盘信息
买来磁盘插入，管理之前先查看磁盘的信息。而系统会自动给新插入的磁盘命名，这个不用手动命名。
一个磁盘分区由四个字符组成，前三个字符sd<a>代表是哪块磁盘，最后一个数字代表是哪一块分区。最前面权限前面的b代表是块block设备。
$ ll /dev/sd* # 查看磁盘信息
brw-rw---- 1 root disk 8, 0 1月 6 11:29 /dev/sda
brw-rw---- 1 root disk 8, 1 1月 6 11:29 /dev/sda1
brw-rw---- 1 root disk 8, 2 1月 6 11:29 /dev/sda2
brw-rw---- 1 root disk 8, 5 1月 6 11:29 /dev/sda5
$ lsblk # 列出块设备
NAME MAJ:MIN RM SIZE RO TYPE MOUNTPOINT
sr0 11:0 1 1024M 0 rom
sda 8:0 0 40G 0 disk
├─sda2 8:2 0 1K 0 part
├─sda5 8:5 0 958M 0 part [SWAP]
└─sda1 8:1 0 39.1G 0 part /
sr1 11:1 1 1024M 0 rom
$ fdisk -l [/dev/sda]
2.2 分区
fdisk指MBR格式分区。gdisk指GPT格式分区。
# fdisk常用子命令
m：help
p：print，查看当前分区信息
n：new
d：delete
w：save & quit
q：quit
l：查看分区类型信息
t：type，调整分区类型
L：查看分区的编号
:warning: 请记住，下面操作适合新加硬盘分区，如果是有东西的磁盘，会损坏原有文件。请谨慎操作！！！
- 创建分区
$ fdisk /dev/sdb
欢迎使用 fdisk (util-linux 2.23.2)。
更改将停留在内存中，直到您决定将更改写入磁盘。
使用写入命令前请三思。
Device does not contain a recognized partition table
使用磁盘标识符 0xe99ad669 创建新的 DOS 磁盘标签。
命令(输入 m 获取帮助): n # add a new partition
Partition type:
p primary(0 primary, 0 extended, 4 free)
e extended
Select (default p): p
分区号 (1-4, 默认 1): 1
起始 扇区 (2048-10485759), 默认为 2048) : # 主分区的范围，单位是512Bytes，即一个扇区是512字节。扇区编号从0开始。这里默认即可，即直接回车，0-2047放的是MBR，记录每个分区信息。
last 扇区, +扇区 or +size{K,M,G} (2048-10485759, 默认为 10485749) : +2G # 这里直接使用这种+nG就可以了。
分区 1 已设置为 Linux 类型, 大小设为 2 GiB
命令(输入 m 获取帮助): w # 真的要去做分区了，w之后就会真的创建分区
The partition table has been altered!
Calling ioctl() to re- read partition table.
正在同步磁盘。
- 刷新下分区信息，让内核知道有了新的分区并读取。内核已知的分区位于
/proc/partitions文件中，可以查看。有时候partprobe也不好使，就需要重新启动计算机了。RHEL 6.x还支持partx命令刷新，重读分区表。
# 不写参数则是读取整个分区表
$ partprobe [/dev/sdb] # 分区准备，partition probe，就是刷新下证明分区做好了
- 查看分区。会发现已经对
/dev/sdb做好了一个分区：/dev/sdb1。
$ fdisk -l /dev/sdb
磁盘 /dev/sdb: 5366 MB, 5368709210 字节, 10485760 个扇区
Units = 扇区 or 1 * 512 = 512 bytes
扇区大小(逻辑/物理): 512 字节 / 512 字节
I/O大小(最小/最佳): 512 字节 / 512 字节
磁盘标签类型: dos
磁盘标识符: 0xe99ad669
设备 Boot Start End Blocks Id System
/dev/sdb1 2048 4196351 2097152 83 Linux
$ lsblk
NAME MAJ:MIN RM SIZE RO TYPE MOUNTPOINT
sda 8:0 0 20G 0 disk
|-sda1 8:1 0 1G 0 part /boot
|-sda2 8:2 0 19G 0 part
|-centos-root 253:0 0 17G 0 lvm /
|-centos-swap 253:1 0 2G 0 lvm [SWAP]
sdb 8:16 0 5G 0 disk
|-sdb1 8:17 0 2G 0 part
2.2 格式化
创建好的分区需要格式化之后才能使用，也就是创建文件系统，这里是高级格式化，低级格式化是在出厂的时候就已经做好了。
查看当前内核所支持的文件系统：cat /proc/filesystems。
创建文件系统的命令有：mke2fs，mkfs，mkfs.ext4。其中mkfs.ext4 == mkfs -t ext4。后续有关文件系统的命令查看下述文件系统小节。
# $ mke2fs [option] [/dev/sdb1] # 专门管理EXT类型的文件系统。
# -j创建EXT3+类型的文件系统
# -b指定块大小，默认为4096，可用取值1024、2048或4096
# -L指定卷标，即分区名称
# -m指定为超级用户保留的区块大小的百分比，不需要写%，默认是5%
# -i指定多少个字节一个inode，默认是8192bytes/inode
# -N指定总共可创建的inode个数
# -F指定强制创建文件系统
# -E用户指定额外文件系统属性
# make file system extend4
# 创建 文件系统 扩展系统：是文件系统的类型
# /dev/sdb1 第2块串口硬盘的第一个分区准备格式化了
# $ mkfs.ext4 /dev/sdb1
$ mkfs -t ext4 /dev/sdb1 # 和上一条命令一样，只是-t指定类型
mke2fs 1.42.9 (28-Dec-2013)
文件系统标签=
OS type: Linux
块大小=4096(log=2)
分块大小=4096(log=2)
Stride=0 blocks, Stripe width=0 blocks
131072 inodes, 524288 blocks
25214 blocks (5.00%) reserved for the super user
第一个数据块=0
Maximum filesystem blocks=536870912
16 block groups
32768 blocks per group, 32768 fragments per group
8192 inodes per group
Superblock backups stored on blocks:
32768, 98304, 163840, 229376, 294912
Allocating group tables: 完成
正在写入inode表: 完成
Creating journal (16384 blocks): 完成 # 日志功能
Writing superblocks and filesystem accounting information: 完成
This filesystem will be automatically checked every 20 mounts or
180 days, whichever comes first. Use tune2fs -c or -i to override.
2.3 挂载与卸载
挂载就是给创建好的文件系统寻找一个入口。
$ mkdir /mnt/disk1
# 设备可以用：设备文件、LABEL="LABLE_NAME"、UUID="UUID"
# 挂载点要求目录需要事先存在，此目录没有被其它进程使用，目录原有文件将会被暂时屏蔽。
# 没有参数：显示当前系统已经挂载的设备以及挂载点
# -a：表示挂载/etc/fstab文件中定义的所有文件系统
# -n：默认情况下，mount命令每挂载一个设备，都会把挂载的设备信息保存到/etc/mtab文件，-n表示静默不把信息写入此文件
# -t：指定要挂载的文件系统类型，可以不指定，mount会自动调用blkid命令获取文件系统类型
# -r：只读挂载，挂载光盘常用此选项
# -w：读写挂载，默认挂载方式
# -o：指定额外的挂载选项，即指定文件系统启用的属性
# async：异步写入，默认
# atime：每次更新inode时间戳。调优时最好关闭，noatime
# auto，可以使用-a选项挂载
# defaults：rw, suid, dev, exec, auto, nouser, and async
# dev：当前文件系统有其它设备文件系统就启用
# exec：允许二进制文件有执行权限的执行，对于U盘最后不要指定
# _netdev：网络设备映射到本地，网络不可用将可以自动跳过。挂载网络设备时有用
# owner：使得普通非root用户但设备拥有者可以挂载文件系统。同时使用nosuid和nodev
# remount：重新挂载，此时不指定挂载点就挂载在原挂载点
# ro：只读挂载
# rw：读写挂载
# sync：同步方式挂载
# suid：不安全，尽量nosuid
# loop：挂载本地回环设备，例如*.iso文件。
# --bind：
# --move：
$ mount [options] [-o options] [DEVICE] [MOUNT_POINT]
$ mount [-t ext4] /dev/sdb1 /mnt/disk1
$ df -hT # -h人类友好，-T显示类型
Filesystem Type Size Used Avail Use% Mounted on
/dev/sda1 ext4 39G 32G 4.9G 87% /
/dev/sdb1 ext4 2.0G 6.0M 1.8G 1% /mnt/disk1
# 卸载要求没有被任何进程使用，否则显示device is busy
$ umount /mnt/disk1 # 卸载，挂载的反向操作
挂载前/mnt/disk1使用的是原来的磁盘，但是挂载之后，将会使用新的磁盘空间，即/dev/sdb1。但是这种挂载的方式，只会本次生效，下次开机就不会在了。如果要永久挂载需要写入到/etc/fstab文件中。
挂载点会屏蔽掉原有目录下的文件和目录，测试如下：
# 1. 先在 /mnt/sda3 目录下创建5个文件
root@basil:/mnt/sda3# ls
file1 file2 file3 file4 file5
# 2. 挂载/dev/sda4到/mnt/sda3
root@basil:/mnt/sda3# mount /dev/sda4 /mnt/sda3
# 3. 再次查看/mnt/sda3目录下的文件
root@basil:/mnt/sda3# lsblk
NAME MAJ:MIN RM SIZE RO TYPE MOUNTPOINT
sda 8:0 0 465.8G 0 disk
├─sda1 8:1 0 200M 0 part /boot/efi
├─sda2 8:2 0 59.2G 0 part
├─sda3 8:3 0 598M 0 part
├─sda4 8:4 0 143.4G 0 part /mnt/sda3
└─sda5 8:5 0 262.4G 0 part /
sr0 11:0 1 1024M 0 rom
root@basil:/mnt/sda3# ls /mnt/sda3
'$RECYCLE.BIN' DevSft Document Download DTLFolder ProgramFiles 'System Volume Information'
# 4. 卸载/dev/sda4
root@basil:/mnt/sda3# umount /mnt/sda3
# 5. 再次查看/mtn/sda3
root@basil:/mnt/sda3# ls /mnt/sda3
file1 file2 file3 file4 file5
卸载的时候有时候一直提示device is busy，可以通过fuser -v查看正在使用该文件系统的文件和套接字文件。
$ fuser -v /mnt/swapfile
USER PID ACCESS COMMAND
/mnt/swapfile: root kernel swap /mnt/swapfile
# 杀死进程：终止正在访问此挂载点的所有进程
$ fuser -km /mnt/swapfile
# 再次卸载
$ umount /mnt/swapfile
2.4 相关/etc/下文件
-
/etc/fstab是文件系统的配置文件。OS在开机初始化时，会自动挂载此文件中定义的每个文件系统。其格式是：设备 挂载点 文件系统类型 挂载选项 转储频率(没多少天做一次完全备份，0不备份，1每天，2每2天，...) 文件系统检测次序(只有根为1，0表示不检查)。设备可以用设备目录、UUID、卷标来指定。mount -a可以挂载定义在该文件的所有文件系统。
$ cat /etc/fstab
# /etc/fstab: static file system information.
#
# Use 'blkid' to print the universally unique identifier for a device; this may
# be used with UUID= as a more robust way to name devices that works even if
# disks are added and removed. See fstab(5).
#
# <file system> <mount point> <type> <options> <dump> <pass>
UUID=C14D-581B /boot/efi vfat umask=0077 0 2
UUID=5938cf13-d43f-4f50-bdbe-3b8349413419 / ext4 defaults 0 1
/mnt/swapfile swap swap defaults 0 0
其中修改挂载options对应的可以在defaults后面加上","继续添加，如defaults,acl。
-
/etc/mtab：文件系统挂载后的相关信息会写入/etc/mtab，挂载时使用mount -n将不会写入该文件。
3. 逻辑卷LVM
3.1 MBR
MBR（Master Boot Record）主引导启动记录，位于0磁道的0扇区的512字节，不属于操作系统，属于磁盘自己。
- 前446字节放Boot Loader，引导操作系统的启动；
- 64字节每16字节标识一个分区，最多支持4个分区，所以最大支持2TB的磁盘；
- 最后2字节是Magic Number，一定是
55AA是分区结束标志。
对于上面一个5G磁盘，继续划分后续3GB的空间，需要重新进行上面的步骤，但是实际进行操作的时候，需要一次性划分完毕。
要是需要超过4个分区，需要放弃一个主分区，采用扩展分区，即n之后选择e，extend分区。主分区和扩展分区在存储数据的时候没有区别，但是主分区才能装系统，而扩展分区不能安装系统。
MBR位于磁盘的0柱面0磁头l扇区处，其中前446字节存储Boot Loader信息，中间64bytes用来存储分区信息，以及其起始扇区号，后2字节存储MBR是。这里只能存储这么多分区。而为了扩展，用户需要放弃一块主分区（一般是最后一块主分区），设置为扩展分区，扩展分区不能存放数据。该扩展分区，再次划分，即为逻辑分区，逻辑分区才能存放数据。
最佳实践：一块硬盘使用MBR方式划分分区，数量上选择：
- 4个主分区
- 3个主分区+1个扩展分区（N个逻辑分区）
3.2 逻辑分区
扩展分区一定占用4号分区。
如果已经画好了4个分区，需要在fdist /dev/sdb中删除一个分区（第4个分区，如有数据做好备份）。
$ fdisk /dev/sdb
命令(输入 m 获取帮助): p
磁盘 /dev/sdb: 5368 MB, 5368709120 字节, 10485760 个扇区
Units = 扇区 or 1 * 512 = 512 bytes
扇区大小(逻辑/物理): 512 字节 / 512 字节
I/O大小(最小/最佳): 512 字节 / 512 字节
磁盘标签类型: dos
磁盘标识符: 0xe99ad669
Device Boot Start End Blocks Id System
/dev/sdb1 2048 4196351 2097152 83 Linux
/dev/sdb2 4196352 4605951 204800 83 Linux
/dev/sdb3 4605952 5015551 204800 83 Linux
命令(输入 m 获取帮助): d
分区号(1-4, 默认 4): 4
分区 4 已删除
命令(输入 m 获取帮助): n
Partition type:
p primary(0 primary, 0 extended, 4 free)
e extended
Select (default p): e
已选择分区 4
起始 扇区 (5015552-10485759), 默认为 5015552) :
将使用默认值 5015552
last 扇区, +扇区 or +size{K,M,G} (5015552-10485759, 默认为 10485749) : # 因为没有分区号了，所以这里一定需要回车，不然后续也没法使用了
分区 4 已设置为 Extended 类型, 大小设为 2.6 GiB
命令(输入 m 获取帮助): n # 但是扩展分区不能直接挂载，需要继续划分逻辑分区
All primary partitions are in use
添加逻辑分区 5
起始 扇区 (5017600-10485759), 默认为 5017600) :
将使用默认值 5017600
last 扇区, +扇区 or +size{K,M,G} (5017600-10485759, 默认为 10485749) : +200M
分区 5 已设置为 Linux 类型，大小设为 200 MiB
命令(输入 m 获取帮助): n # 但是扩展分区不能直接挂载，需要继续划分逻辑分区
All primary partitions are in use
添加逻辑分区 6
起始 扇区 (5429248-10485759), 默认为 5429248) :
将使用默认值 5429248
last 扇区, +扇区 or +size{K,M,G} (5429248-10485759, 默认为 10485749) :
分区 6 已设置为 Linux 类型，大小设为 2.4 GiB
命令(输入 m 获取帮助): p
磁盘 /dev/sdb: 5368 MB, 5368709120 字节, 10485760 个扇区
Units = 扇区 or 1 * 512 = 512 bytes
扇区大小(逻辑/物理): 512 字节 / 512 字节
I/O大小(最小/最佳): 512 字节 / 512 字节
磁盘标签类型: dos
磁盘标识符: 0xe99ad669
Device Boot Start End Blocks Id System
/dev/sdb1 2048 4196351 2097152 83 Linux
/dev/sdb2 4196352 4605951 204800 83 Linux
/dev/sdb3 4605952 5015551 204800 83 Linux
/dev/sdb4 5015552 10485759 2735104 5 Extended
/dev/sdb5 5840896 6252543 204800 83 Linux
/dev/sdb6 6252544 10485759 2530304 83 Linux
命令(输入 m 获取帮助): w # 已经不能继续划分了
$ partprobe /dev/sdb
$ lsblk
$ mkfs -t ext4 /dev/sdb3 # 不能挂载/dev/sdb4因为它就只有500B是逻辑分区信息，逻辑分区同样挂载，但是就不能挂在/dev/sdb4
$ mount -t ext4 /dev/sdb3 /mnt/disk3
$ df -hT
3.3 逻辑卷管理
传统方式下不同的磁盘之间不能混用。即一个超级大的文件（如单个蓝光电影）要跨磁盘存储不可行，即磁盘A和磁盘B剩余空间大于这个文件，但是单个磁盘的空间不足够。物理磁盘的空间是固定的，不便于管理（拷贝、删除、授权）。
逻辑卷（LVM，logic volume manager）是管理磁盘的一种方式，它的特点是随意扩展磁盘的大小，不限制。基本磁盘的过程是购买物理磁盘之后，进行分区、格式化、挂载，LVM的过程是买来物理磁盘之后，变成物理卷，加入卷组，在卷组中抽调空间制作逻辑卷，再格式化、挂载。
术语：
- 物理卷，physical volume，PV
- 卷组，volume group，VG
- 逻辑卷，logic volume，LV
# 1. 买磁盘
# 2. 创建物理卷，把磁盘插入然后转为物理卷
# pvcreate 磁盘位置
$ pvcreate /dev/sdf
Physical volume "/dev/sdf" successfully created.
# 3. 创建卷组
# vgcreate 卷组名 物理卷
$ vgcreate vg1 /dev/sdf
Volume group "vg1" successfully created.
# 4. 创建逻辑卷，必须从卷组名称去拿空间
# lvcreate -L 大小 -n 逻辑卷名 卷组
$ lvcreate -L 200M -n lv1 vg1
Logical volume "lv1" created.
# 5. 格式化
# 先卷组名后逻辑卷名
$ mkfs.ext4 /dev/vg1/lv1
# 6. 挂载
$ mount /dev/vg1/lv1 /mnt/lv1
# 7. 验证
$ df -hT
接下来进行扩容。
# 1. 创建物理卷
$ pvcreate /dev/sdg
# 查看物理卷
$ pvs
PV VG Fmt Attr PSize PFree
/dev/sdf vg1 lvm2 a-- <5.00g 1020.00m
/dev/sdg lvm2 --- <5.00g 5.00g # 还没有加入卷组
# 2. 加入卷组（扩展）
# vgextend 卷组名 物理卷
$ vgextend vg1 /dev/sdg
# 查看卷组
$ vgs
VG #PV #LV #SN Attr VSize VFree
vg1 2 1 0 wz--n- 9.99g 5.99g
# 3. lv扩容（逻辑卷扩容）
$ lvextend -L +4G /dev/vg1/lv1
# 4. fs扩容（文件系统扩容）
$ resize2fs /dev/vg1/lv1
resize2fs 1.42.9 (28-Dec-2013)
Filesystem at /dev/vg1/lv1/ is mounted on /mnt/lv1; on-line resizing required
old_desc_blocks = 1, new_desc_blocks = 1
The filesystem on /dev/vg1/lv1 is now 2097152 blocks long.
不要轻易卸载磁盘，否则会出现问题，如果一定需要卸载磁盘，则需要反着来。
4. 交换分区管理SWAP
4.1 简介
物理内存分页（page frame）进行管理，虚拟地址使得程序以为自己可以使用完整的内存空间，OS自动完成虚拟地址和物理地址的映射关系。
SWAP就是一个普通的分区，防止OOM（Out Of Memory），可以“提升”内存容量，其实就是虚拟内存，只不过Linux换了叫法。经常需要使用的数据就可以放到交换分区，可以提升数据的读取速度。
Linux有物理内存就不会使用交换分区。
:star:最佳实践
- 一般SWAP的空间是物理内存的2倍。
- 大于4GB小于16GB内存的系统，最小需要4GB的交换分区；
- 大于16GB小于64GB内存的系统，最小需要8GB的交换分区；
- 大于64GB小于256GB内存的系统，最小需要16GB的交换分区；
4.2 创建交换分区
4.2.1 使用空闲磁盘
这里使用的是新的磁盘或者一份不再使用的磁盘分区。
$ free -m
total used free shared buff/cache available
Mem: 3782 1523 243 95 2015 1882
Swap: 0 0 0
Linux系统下磁盘设备的类型主要使用（fdist /dev/sdc， m显示帮助，L显示类型，t更换类型）
- 82：Linux Swap
- 83：Linux
- 85：Linux Extend
- 8e：LVM
# 1. 创建SWAP分区
$ fdisk /dev/sdc
命令(输入 m 获取帮助): n
Partition type:
p primary(0 primary, 0 extended, 4 free)
e extended
Select (default p): p
分区号(1-4, 默认 1) :
起始 扇区 (2048-10485759), 默认为 2048) :
将使用默认值 2048
Last 扇区, +扇区 or +size{K,M,G} (2048-10485759, 默认为 10485749) : +2G
分区 1 已设置为 Linux 类型, 大小设为 2 GiB
命令(输入 m 获取帮助): t # 更改分区的类型，这个可以不改，也就是不需要下面的82
已选择分区 1
Hex 代码(输入 L 列出所有代码): 82 # 使用的是82代表的是 Linux 交换分区，这里一定需要修改！！！
已将分区"Linux"的类型更改为"Linux swap / Solaris"
命令(输入 m 获取帮助): w # 保存即可
$ partprobe /dev/sdc
$ ll /dev/sdc*
# 2. 格式化，创建SWAP文件系统
$ mkswap /dev/sdc1 # 格式化，创建文件系统
正在设置交换空间版本 1, 大小 = 2097148 KiB
无标签, UUID=51bd294d-7fb1-49c7-8807-696d74b3b74b
# 3. 挂载
# -a：启用所有定义在/etc/fstab中的交换设备
$ swapon /dev/sdc1 # 挂载swap分区
$ swapoff /dev/sdc1 # 卸载swap分区
# 4. 验证现在的交换分区
$ free -m # -m表示以Mb为单位查看
4.2.2 使用本地回环文件
参考这个Linux SWAP分区和虚拟内存。临时救急还行，正常使用性能差。
# 1. 创建一个由连续空间的swap文件
# 如备份MBR数据：dd if=/dev/sda of=/mnt/usb/mbr.backup bs=512 count=1
# 如还原MBR数据：dd if=/mnt/usb/mbr.backup of=/dev/sda bs=512 count=1
# dd：用于复写命令，类似cp命令，但是cp以文件为单位，dd是流数据，可以只复制文件的某些字节
# if=/src：复写的是哪里的信息，这里是/dev/zero是一个全0文件，就是0
# of=/dst：写到哪里去，这里是/mnt下的swapfile文件，swapfile为自己创建，这个路径也可以换成别的
# bs=#：block size，就是块大小，这里是1MB
# count=#：复写次数，count * bs ≈ 4GB
# seek=#：从哪里开始，之前的都跳过了。
$ dd if=/dev/zero of=/mnt/swapfile bs=4M count=1000
1000+0 records in
1000+0 records out
4194304000 bytes (4.2 GB, 3.9 GiB) copied, 93.8471 s, 44.7 MB/s
# 2. 创建Linux swapfile
$ mkswap /mnt/swapfile # 可以使用LABLE="SWAP_FILE_LABLE"来指定卷标
Setting up swapspace version 1, size = 3.9 GiB (4194299904 bytes)
no label, UUID=6bd404bf-620e-432a-9544-7e09081496fe
# 3. 激活swap文件，到这里已经可以使用了
$ swapon /mnt/swapfile
# 4. 验证启用情况，-m表示以MB为单位
$ free -m
total used free shared buff/cache available
Mem: 3782 1564 119 95 2098 1849
Swap: 3999 0 3999
但是下次开机又没有了，所以需要写入/etc/fstab文件，其中包括文件的名字和swap类型：
# 写入/etc/fstab
echo "/mnt/swapfile swap swap defaults 0 0" >> /etc/fstab
校验下swap文件是否加上
删除类似于磁盘的
# 1. 取消swapfile
$ swapoff /mnt/swapfile
# 2. 编辑/etc/fstab文件，去掉此swap文件对应记录
# 3. 删除该swapfile
$ rm /mnt/swapfile
5. 文件系统
文件系统是需要OS内核操作的。
格式化的过程是创建文件系统，EXT4将4096字节（4KB）作为一个block。挂载是给磁盘找到一个入口。
每个磁盘分区都是一个文件系统，在Linux中最后都挂载到根目录/下。
文件系统分类
- Windows：FAT16，FAT32，NTFS，CIFS（网络），光盘：ISO9660
- Linux： VFAT，EXT2，EXT3，EXT4（索引型文件系统），XFS，reiserfs，jfs，jfs2，nfs（网络），ocfs（集群），gfs2
- Linux为了支持众多的文件系统类型，对其又进行了一次封装，称为VFS（Virtual File System），对应用程序提供统一接口来管理文件。
EXT2和EXT3+的区别：
- EXT3/EXT4也叫做日志文件系统（journal file system）。磁盘分为了：元数据区、数据区和日志区。修复文件的时候需要查找日志区，缩减了开机检查时间，但是需要多读多写一次inode到日志区。
- EXT2的完整性不高，但是速度很快。
5.1 Linux文件系统重要概念
首先声明，下面是EXT类型的文件系统，是Linux常用的文件系统，不同的文件系统类型，管理方式有所不同。
5.1.1 块
Linux OS存储数据的时候，分开存储块的可用性和块内容，每个块4KB。块的可用性使用**块位图（bitmap）**标识，1为占用，0为可用。块block是具体存储信息的，而索引是如何快速找到空闲块（可用块）及已占用的块（不可用块），块是最基本的存储单位，一个块是4KB，10KB的文件占用的是3个块，而不能用的2KB不能被其他文件信息占用，这也就产生了文件碎片。
5.1.2 inode
文件的元数据和文件的内容分开存放。文件的元数据存储在inode（index node，索引节点），占用128字节，有一个唯一的inode编号，引用一个文件，有对应的属主属组，文件权限，时间戳，连接数，文件大小（一个文件系统会指明单个文件最大的大小。），所在块数量和编号，但是没有文件名。inode的可用性使用inode位图进行管理。Linux中目录也是一个文件，存储inode号以及对应的文件名，每一条称为一个d-entry，创建文件和删除文件都相当于操作d-entry。
一个EXT4文件系统中可能的inode位图样式：
现在EXT3和EXT4类型的文件系统支持最大16TB，XFS文件系统支持最大100TB。mkfs [-t ext4]执行过多少次，计算机就有多少个文件系统。
# 查看文件的inode编号
$ ls -li 1
3698361 -rw-rw-r-- 1 basil basil 12769 12月 27 17:29 1
df -i可以查看inode的总数量、已经使用的数量以及未使用的数量。如果inode使用完毕了，则将不能继续在该磁盘创建文件。但是只要磁盘还有空间（block），仍然可以向其中写入数据，如果block被占用完了，inode也占用完了，则不能继续向该磁盘写入数据。
5.1.3 超级块和块组
磁盘管理中，把一个分区继续划分为block group块组，然后Super Block存储这些块组的基本信息元数据。Super Block是索引和块的结合体，代表的是block和inode的总量：未使用的与已使用的inode和block数量。举例就是超市门口的储物柜，索引就是显示器给配发的小条，箱子就是块，而一整套储物柜就是一个superblock。块组描述符表用来存储块组的信息。
每个分区第一个块（编号为0），预留出来作为Boot Block引导块，多系统共存的时候有必要用到，被MBR中的Boot Loader调用，各自引导不同系统启动。后续块进行划分为块组。如下格式存储：
- Super Block不一定每个块组都有，需要备份，但是不需要所有块组都备份
- GDT： Group Description Table，块组描述符表，存储块组信息，需要备份
5.2 相关操作
5.2.1 创建文件系统
创建文件系统的命令有：mke2fs，mkfs，mkfs.ext4。其中mkfs.ext4 == mkfs -t ext4。
-
mke2fs
$ mke2fs [option] [/dev/sdb1] # 专门管理EXT类型的文件系统。
# -j创建EXT3+类型的文件系统
# -b指定块大小，默认为4096，可用取值1024、2048或4096
# -L指定卷标，即分区名称
# -m指定为超级用户保留的区块大小的百分比，不需要写%，默认是5%
# -i指定多少个字节一个inode，默认是8192bytes/inode
# -N指定总共可创建的inode个数
# -F指定强制创建文件系统
# -E用户指定额外文件系统属性
-
mkfs
# make file system extend4
# 创建 文件系统 扩展系统：是文件系统的类型
# /dev/sdb1 第2块串口硬盘的第一个分区准备格式化了
# $ mkfs.ext4 /dev/sdb1
$ mkfs -t ext4 /dev/sdb1 # 和上一条命令一样，只是-t指定类型
5.2.1 文件系统信息
- 查看创建好的文件系统
$ blkid [/dev/sdb] # 查询文件系统的属性
# UUID
# TYPE
# LABEL
/dev/sda5: UUID="5938cf13-d43f-4f50-bdbe-3b8349413419" TYPE="ext4" PARTUUID="1a370aa8-6503-ae4c-b0ab-16498612443c"
$ e2label [/dev/sdb] [lable name] # 查看或者定义卷标
- 文件系统的相关属性
$ tune2fs /dev/sda5 # 调整文件系统的相关属性，不需要重新格式化
# -j：不损害原有数据，将ext2升级为ext3，反过来降级不行
# -L LABEL：设定卷标label
# -m #：调整预留给超级用户的百分比
# -r #：指定预留块数
# -o：设定默认挂载选项，常用的是acl
# -c #：设定多少次挂载后自检，0或-1表示关闭此功能
# -i #：每挂载多少天后自检，0或-1表示关闭此功能
# -l： 显示超级块中的信息
# -C：
$ dumpe2fs /dev/sda5 # 显示文件属性信息
# -h：只显示超级块信息
5.2.3 修复文件系统
:warning:下述命令有些适用于CentOS 6，有些适用于CentOS 7，不同的类型系统命令可能不同。
$ fsck /dev/sda5 # 检查并修复文件系统
# -t：FS_TYPE：指定文件系统，千万不要指定错了，不指定系统会自动检测。
# -a：自动修复，不会询问
$ e2fsck /dev/sda5 # 专门修复EXT文件系统
# -p：自动修复
# -f：强制检测
5.3 文件链接
5.3.1 软链接（符号链接）
symbol link，符号链接，类似于Windows中的快捷方式。在d-entry中存储的不是文件名和inode，而是文件名和另一个文件路径。需要根据此路径再查找文件。
$ ln -s /src/path /dst/path # -s代表的是符号链接
root@basil-2020:/home/basil# ll /proc/1/fd # 下面只看标准的输入输出
lrwx------ 1 root root 64 1月 8 09:30 0 -> /dev/null # 标准输入
lrwx------ 1 root root 64 1月 8 09:30 1 -> /dev/null # 标准输出
lrwx------ 1 root root 64 1月 8 09:30 2 -> /dev/null # 标准错误输出
这里权限之前的l代表的就是这是一个链接文件。
修改源文件，查看符号链接文件也随之而改变，修改符号链接文件，源文件也被修改（其实本来就是一个文件）。
删除符号链接不影响源文件，删除源文件，符号链接也将失去作用。
软链接可以跨分区（文件系统）。
软链接不影响链接数，就是ll中第2列。
软链接可以对文件和目录做软链接。
其大小指定的是路径所包含的字符个数。
其权限和最终要访问的文件权限不一定一致，最终访问权限取决于最终文件的权限。
5.3.2 硬链接
指向同样的inode编号的不同文件路径。
$ ln /src/path /dst/path # 和符号链接只差一个 -s
硬链接不能跨分区，只能在同一分区做硬链接。
硬链接会修改链接数。只有当链接数为1并且再次删除的时候才能完全删除该文件。
硬链接不能对目录来做，只能对文件做。
子目录数越多，硬链接越多。
6. RAID(廉价磁盘冗余阵列)
6.1 简介
RAID，Redundant Array of Independent Disks，用于容错和提升读写速度。级别仅代表磁盘组织方式不同，没有上下之分。
RAID0，RAID0是条带集，需要2块磁盘以上，主要用于读写速率快100%*N，就是可以并发写入。但是不能容错。（不重要的数据）
RAID1，俗称镜像卷或者镜像集，只需要两块硬盘（最好是容量一致），读性能上升（可以交替读），写性能下降，同时写入相同数据，最终空间利用率是50%，读写速率一般，主要是为了容错。（操作系统）
RAID2
RAID3
RAID4
RAID5，带有奇偶校验。至少三块硬盘（最好容量一致），N块硬盘只有（N-1）块存储具体数据，另一块用于存储奇偶校验和（另外一般还有一块硬盘作为热备盘）。坏一块可以找到出错的数据并恢复，两块坏就恢复不了了。空间利用率是(N-1)/N，读写性能都有提升，也用于容错。（重要数据）
10:
性能表现：读、写提升
冗余能力：有
空间利用率：1/2
至少需要4块
01:
性能表现：读、写提升
冗余能力：有
空间利用率：1/2
至少需要4块
50:
性能表现：读、写提升
冗余能力：有
空间利用率：(n-2)/n
至少需要6块
jbod:
性能表现：无提升
冗余能力：无
空间利用率：100%
至少需要2块
6.2 不同场景
- 硬RAID：需要RAID卡，有自己的CPU，处理速度快，有电池和无电池。
- 软RAID：通过操作系统实现，例如Windows、Linux。是逻辑RAID，md代表multi disks。尽量减少使用。
mdadm模式化的命令
- -n #: 设备个数
- -a {yes|no}: 是否自动为其创建设备文件
- -c: CHUNK大小, 2^n，默认为64K
- -x #: 指定空闲盘个数
- --add, --remove, --fail
-
mdadm /dev/md# --fail /dev/sda7
cat /proc/mdstat查看RAID信息。
# 创建RAID，支持将任何块设备作为RAID
# 创建 RAID名字 级别 RAID数量 热备数量 要使用的磁盘
# mdadm -C(reate) RAID名字 -l(evel) -n(umber) 热备数量 要使用的磁盘，也可以分开写出/dev/sdb, /dev/sdc, /dev/sdd, /dev/sde
# 需要将磁盘分区指定为fd类型，即Linux raid autodetect，fdisk时使用t和L。
$ mdadm -C /dev/md0 -l5 -n3 -x1 /dev/sd{b,c,d,e}
# 格式化（创建文件系统）
$ mkfs.ext4 /dev/md0
# 挂载
$ mount /dev/md0 /mnt/raid5
# 验证，如果使用的4块磁盘都是相同1G的数量，这里就只会看到只有2G可用，因为1G奇偶校验，1G热备。
$ df -hT
# 查看
# -D(etail)，查看详细信息
$ mdadm -D /dev/md0
/dev/md0:
Version: 1.2
Creation Time: Mon Feb 24 11:56:42 2020
Raid Level: raid5
Array Size: 2095104 (2046.00 MiB 2145.39 MB)
Used Dev Size: 1047552 (1023.00 MiB 1072.69 MB)
Raid Devices: 3
Total Devices: 4
Persistence: Superblock is persistent
Update Time: Mon Feb 24 11:59:14 2020
State: clean
Active Devices: 3
Working Devices: 4
Failed Devices: 0
Spare Devices: 1
Layout: left-symmetric
Chunk Size: 512K
Consistency Policy: resync
Name: localhost.localdomain:0 (local to host localhost. localdomain)
UUID: 96105589:ef4bbbf2:8efa4eac:ab2240e4
Events: 18
Number Major Minor RaidDevice State
0 8 16 0 active sync /dev/sdb # 数据组
1 8 16 1 active sync /dev/sdc # 数据组
4 8 16 2 active sync /dev/sdd # 数据组
3 8 64 - spare /dev/sde # 热备组
强制移除磁盘：mdadm /dev/md0 -f /dev/sdb -r /dev/sdb
参考资料
- inode structure in EXT4 filesystem
