Linux-存储管理

盘片（Platters）：机械硬盘通常由多个盘片组成，每个盘片都是一个圆形的金属或玻璃基板，上面涂有磁性材料。
磁头（Read/Write Heads）：每个盘片都有两个磁头，一个用于读取数据，另一个用于写入数据。磁头位于盘片上方和下方，通过磁性浮动臂和驱动器来移动。
磁道（Tracks）：盘片被划分为多个同心圆轨道，称为磁道。每个磁道可以存储一定量的数据。
扇区（Sectors）：每个磁道被划分为多个扇区，每个扇区可以存储固定大小的数据块，通常为512字节。
主轴（Spindle）：盘片通过主轴连接在一起，并由电机驱动主轴旋转。通常，硬盘的转速以每分钟转数（RPM）来表示，如5400 RPM、7200 RPM或10000 RPM。
磁头臂（Actuator Arm）：磁头臂是一个可移动的机械臂，上面安装有磁头。它通过电机和控制器的控制，可以在盘片上移动磁头。
磁头定位器（Head Positioner）：磁头定位器负责精确定位磁头在盘片上的位置。它使用电磁力将磁头臂移动到正确的磁道上。
控制器（Controller）：硬盘的控制器是一个电子设备，负责控制硬盘的操作。它管理磁头的移动、数据的读写、错误检测和纠正等功能。

当计算机需要读取或写入数据时，控制器将指令发送给磁头臂和磁头，使其移动到正确的位置，并在磁道上读取或写入数据。机械硬盘的工作原理基于磁性材料的磁化和反磁化过程，通过改变磁场的方向来存储和检索数据。然而，由于机械硬盘使用机械部件进行数据访问，因此速度较慢，且容易受到物理冲击和震动的影响。

SDD的优势：

SSD采用电子存储介质进行数据存储和读取的一种技术，拥有极高的存储性能，被认为是存储技术发展的未来新星。
内存直接当成硬盘使用

第一，SSD完全的半导体化，不存在数据查找时间、延迟时间，数据存取速度快。
第二，SSD全部采用闪存芯片，经久耐用，防震抗摔，即使发生与硬物碰撞，数据丢失的可能性也能够降到最小。　　
第三，得益于无机械部件及闪存芯片，SSD没有任何噪音，功耗低。　
第四，质量轻，比常规1.8英寸硬盘重量轻20-30克，使得便携设备搭载多块SSD成为可能。

常见硬盘尺寸：3.5寸 2.5寸 1.8寸

从插拔方式：热插拔、非热插拔

硬盘照片：

从硬盘接口：

IDE(已经淘汰---也叫ATA)
SATA (Serial ATA)，是当前主流的一种硬盘接口
SCSI（小型计算机的接口--很少了）
SAS代替了scsi (Serial Attached SCSI)，当前SAS接口居多

IDE和SATA的区别：

1、接口不同，传输的速率不同。IDE根据规范，最高到133MB/s，而SATA3.0，可达6Gb/S，速度差距巨大。
2、SATA支持热插拔。

SAS与SCSI的区别 ：

1、接口不同；
2、SAS兼容SATA，SCSI不兼容SATA；

2.磁盘分区

2.1 硬盘设备命名

物理硬盘： /dev/sd[a-z]

KVM虚拟化:
/dev/vd[a-z]（半虚拟化驱动）
/dev/sd[a-z]（全虚拟化驱动）

2.2 磁盘分区方式

分区的目的是便于进行文件分类。将一块硬盘分成几个小块，用来根据使用存放不同的文件。

分区格式：MBR格式、GPT格式

MBR格式
分区命令：fdisk
一共可以分14个分区（4个主分区，扩展分区，逻辑分区）例如: 3主 + 1扩展（n逻辑）
MBR 小于2TB的硬盘。
一块硬盘最多分4个主分区。
一块硬盘可以直接划分4个主分区，也可以划分3个主分区和一个扩展分区，扩展分区下面可以划分多个逻辑分区

GPT格式
分区命令：gdisk(parted---rhel6)
一共可以分128个主分区
GPT大于小于2TB都可以。最大可以多大，超过目前硬件可以支撑的硬盘大小
#注意：从MBR转到GPT，或从GPT转换到MBR会导致数据全部丢失！因为转换格式要格式化硬盘

2.3 磁盘分区

首先在关机状态给虚拟机添加磁盘，磁盘名为：sdb

[root@localhost ~]# ll /dev/sd*
brw-rw---- 1 root disk 8, 0 7月 19 17:30 /dev/sda
brw-rw---- 1 root disk 8, 1 7月 19 17:30 /dev/sda1
brw-rw---- 1 root disk 8, 2 7月 19 17:30 /dev/sda2
brw-rw---- 1 root disk 8, 3 7月 19 17:30 /dev/sda3
brw-rw---- 1 root disk 8, 16 7月 19 17:35 /dev/sdb

查看硬盘信息：

[root@localhost ~]# 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 2G 0 part [SWAP]
└─sda3 8:3 0 17G 0 part /
sdb 8:16 0 20G 0 disk
sr0 11:0 1 973M 0 rom

NAME：           设备的名称
MAJ:MIN           主设备号:次设备号
RM               设备是否可移动。0表示不可移动设备，1表示可移动设备。
RO               设备是否为只读。0表示可读写设备，1表示只读设备。
TYPE           TYPE：设备的类型。常见的类型包括disk（硬盘）、part（分区）、rom（只读存储设备）等。

MBR格式

分区命令：fdisk

创建分区

[root@localhost ~]# fdisk -l /dev/sdb #查看磁盘分区信息

[root@localhost ~]# fdisk /dev/sdb #给sdb硬盘分区

输入 m 查看帮助

输入 n 进行分区

选择 p：主分区或 e：扩展分区

默认回车

设置主分区大小创建主分区，然后
Command (m for help): p ---打印分区信息

输入w保存退出

partprobe /dev/sdb #更新磁盘分区表，手动让内核更新分区表，不需要重启。

GPT格式

yum -y install gdisk #安装分区工具

[root@localhost ~]# gdisk -l /dev/sdc #查看磁盘分区信息

[root@localhost ~]# gdisk /dev/sdc #给sdc硬盘分区

输入 n 创建分区

选择分区序号和大小，输入p打印分区信息，输入w保存信息

创建文件系统

mkfs.ext4 /dev/sdb1 #格式化成ext4格式的文件系统

mkfs.xfs /dev/sdc2 #格式化成xfs格式的文件系统

挂载：

临时挂载，重启后会自动取消挂载

mkdir /mnt/disk1 #创建挂载目录

mkdir /mnt/disks #创建挂载目录

mount /dev/sdb1 /mnt/disk1/

mount /dev/sdc2 /mnt/disks/

查看磁盘挂载与磁盘使用空间 ：df -Th

-T 打印文件系统类型
-h 人性化显示，磁盘空间大小

取消挂载：

umount /mnt/disks/

强力卸载：

方法一：umount -l /mnt/disk1/ # 强行卸载，即使目录有资源被进程占用，也可以卸载

方法二：安装fuser：yum -y install psmisc

fuser /挂载点

3. fstab开机自动挂载

3.1./etc/fstab文件实现开机的时候自动挂载

blkid /dev/sdb1 #查看uuid和文件系统类型

开机自动挂载：

vim /etc/fstab

写入：UUID=fc66a0a7-cb1e-4b39-80ab-8ceb6f895f19 /mnt/data2 xfs defaults 0 0

参数解释：
第1列:挂载设备
(1)/dev/sda5
(2)UUID=设备的uuid rhel6/7的默认写法同一台机器内唯一的一个设备标识
第2列:挂载点
第3列:文件系统类型
第4列:文件系统属性
第5列:是否对文件系统进行磁带备份：0 不备份
第6列:是否检查文件系统：0 不检查

mount -a #自动挂载

3.2 /etc/rc.d/rc.local开机自动挂载

这个配置文件会在用户登陆之前读取，这个文件中写入了什么命令，在每次系统启动时都会执行一次。也就是说，如果有任何需要在系统启动时运行的工作，则只需写入 /etc/rc.d/rc.local 配置文件即可

vim /etc/rc.d/rc.local #将挂载命令直接写到文件中

chmod +x /etc/rc.d/rc.local #添加执行权限

reboot重启

4. 文件系统

4.1 分类

分类：
本地文件系统，不能在网络上用。
Windows：ntfs

Linux：xfs ext2、ext3，ext4

u盘：fat32
网络文件系统，也可以在本地用。
nfs （共享磁盘） glusterfs hdfs（大数据） ceph（分布式存储）

4.2概念

作用：
管理文件的一套系统。
文件的编辑，拷贝，粘贴，移动。

inode ：inoed块、i节点--索引节点。专门存储inode信息。也就是是文件的属性-(也叫元信息).它是文件或目录在磁盘里的唯一标识，linux读取文件首先要读取到这个索引节点,每一个文件都有对应的inode，里面包含了与该文件有关的一些信息。

inode的内容

文件的字节数
文件拥有者的User ID
文件的Group ID
文件的读、写、执行权限
文件的时间戳，共有三个：ctime，mtime，atime。
链接数，即有多少文件名指向这个inode

查看inode信息

stat /etc/hosts

ls -i /etc/hosts -i：查看/etc/hosts 的inode号

EXT和XFS

EXT 家族支持度最广：andirons
但创建文件系统（格式化）慢！
修复慢！
文件系统存储容量有限！

XFS 同样是一种日志式文件系統：
高容量，支持大存储
高性能，创建/修复文件系统快
格式化快

5. 逻辑卷LVM

5.1 LVM管理

LVM是Linux环境中对磁盘分区进行管理的一种机制，是建立在硬盘和分区之上、文件系统之下的一个逻辑层，可提高磁盘分区管理的灵活性。

传统分区的缺点:
传统的文件系统是基于分区的，一个文件系统对应一个分区。这种方式比较直观，但不易改变。当一个分区空间已满时，无法对其扩充，只能采用重新分区、建立文件系统或把分区中的数据移到另一个更大的分区中的方法。

采用LVM时的优势：
1.将硬盘的多个分区由LVM统一为卷组管理，可以方便的加入或移走分区以扩大或减小卷组的可用容量，充分利用硬盘空间；
2.当磁盘空间不足而加入新的硬盘时，不必将数据从原硬盘迁移到新硬盘，而只须把新的分区加入卷组并扩充逻辑卷即可。
3.文件系统建立在LVM上，可以跨分区，方便使用；

使用LVM主要是方便管理、增加了系统的扩展性。可以跨分区，多个硬盘组合。

5.2 LVM制作

制作步骤：添加硬盘 ——> 制作卷组——> 制作逻辑卷——> 制作文件系统——> 进行挂载

制作物理卷：pvcreate /dev/sdd

查看物理卷：pvs 、pvscan 、pvdisplay

制作卷组：vgcreate cloud（卷组名） /dev/sdd

查看卷组：vgs 、vgscan 、vgdisplay

制作逻辑卷：

lvcreate -L +5G（设置逻辑卷大小） cloud -n lv1（逻辑卷名）

lvcreate -l 1250（PE数量，1PE=4MB）cloud -n lv1（逻辑卷名）

lvcreate -l +100%FREE cloud -n lv1（逻辑卷名） #将卷组剩余空间全部分配给逻辑卷

查看逻辑卷：lvs 、lvscan 、lvdisplay

制作文件系统：

mkfs.xfs /dev/cloud/lv1 #xfs系统

mkfs.ext4 /dev/cloud/lv1 #ext4系统

挂载：mount /dev/cloud/lv1

自动挂载同上

5.3 逻辑卷扩容

扩容步骤：制作物理卷 ——> 扩容卷组 ——> 逻辑卷扩容 ——>文件系统扩容

添加硬盘：sde

物理卷扩容：vgextend cloud /dev/sde

逻辑卷扩容：lvextend -l +100%FREE /dev/cloud/lv1

文件系统扩容：

ext4：resize2fs /dev/cloud/lv1

xfs：xfs_growfs /dev/cloud/lv1

5.4 逻辑卷缩容

重要提示：在进行任何磁盘操作前，请务必备份重要数据。操作错误可能导致数据丢失。

备份数据： 在开始缩小逻辑卷之前，首先备份其中的所有数据，以防止数据丢失。
卸载逻辑卷： 如果逻辑卷包含操作系统的根目录或者已挂载的其他重要目录，需要在进入单用户模式下或使用 Live CD 环境下卸载该逻辑卷。这是因为无法在线缩小当前正在使用的逻辑卷。
卸载文件系统： 在缩小逻辑卷之前，确保已卸载文件系统。如果是 ext2/ext3/ext4 文件系统，可以使用以下命令：
```
umount /mnt/vg2/lv1/
```
检查文件系统： 在缩小逻辑卷之前，最好使用文件系统检查工具检查文件系统是否有错误。对于 ext2/ext3/ext4 文件系统，可以运行：
```
e2fsck -f /dev/vg2/lv1
```
缩小逻辑卷： 使用 lvresize 命令来缩小逻辑卷。例如，假设你要将逻辑卷 /dev/vg2/lv1 缩小到 10G，可以运行：
```
lvresize --resizefs --size 10G /dev/vg2/lv1 
```
这将缩小逻辑卷的大小，并自动调整文件系统大小。
重新挂载逻辑卷： 如果你在步骤2中卸载了逻辑卷，现在可以重新挂载它。
验证操作： 确认文件系统和逻辑卷已成功缩小到所需大小。

请注意，缩小逻辑卷涉及风险，如果操作不当可能导致数据丢失。因此，在进行此操作之前，务必备份所有重要数据，并谨慎操作。如果你对这些步骤不确定或不熟悉，建议寻求专业人士的帮助。

6. 交换分区

交换分区管理 Swap---也叫虚拟内存

作用：提升内存的容量，防止OOM（Out Of Memory）

现象是当内存不够的时候内核会随机杀死进程，它认为占用内存多的进程（内核会先删除占用内存多的进程）。

查看当前的交换分区：free -m

查看交换分区信息：swapon -s

方法一：

分一个主分区：fdisk /dev/sdd

刷新分区表：partprobe /dev/sdd

初始化： mkswap /dev/sdd1

挂载

激活swap分区：swapon -a

swapon -s

关闭swap分区：swapoff /dev/sdd1

方法二 file制作：

dd if=/dev/zero of=/swap2.img bs=1M count=512

dd ：读入

if=/dev/zero of=/swap2.img：从空设备里面拿空块到交换分区

bs=1M：块多大

count=512：一共多少

初始化：mkswap /swap2.img

挂载

激活swap分区：swapon -a

swapon -s

7. mount详解

常见的挂载选项：

mount #查看已经挂载上的系统的属性

默认挂载具有执行权限

-o 指定文件系统属性
rw   读写
ro   只读
noexec   不允许执行二进制文件
exec   允许执行二进制文件
auto   mount -a 开机自动挂载
remount   在线重新挂载

取消挂载：unmount

案例：

[root@linux-server ~]# mount /dev/vg1/lv1 /mnt/lv1/ #挂载默认是有执行权限的
[root@linux-server ~]# mount -o noexec /dev/vg1/lv2 /mnt/lv2 #不允许执行二进制文件

8. raid -- 磁盘阵列

8.1 RAID介绍

RAID （ Redundant Array of Independent Disks ）即独立磁盘冗余阵列，通常简称为磁盘阵列。简单地说， RAID 是由多个独立的高性能磁盘驱动器组成的磁盘子系统，从而提供比单个磁盘更高的存储性能和数据冗余的技术。

最常见的raid级别:0、1、5、6、10:是 1和0 的组合

raid0 ——数据条带卷
最少需要两块磁盘，分别往每一块磁盘上写一部分数据
优点:
1.读写速度快，
2.磁盘利用率：100%
缺点:不提供数据冗余，无数据检验，不能保证数据的正确性，存在单点故障。

应用场景：
1）对数据完整性要求不高的场景，如：日志存储，个人娱乐
2）要求读写效率高，安全性能要求不高，如图像工作站
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raid1 又叫镜像raid，通过磁盘数据镜像实现数据冗余，在成对的独立磁盘上产生互为备份的数据。
一般需要两块磁盘，每块磁盘上都会存储一份完整数据。其数据安全性就会较高，但是磁盘空间利用率是比较低的。

优点:提供数据冗余，数据双倍存储安全性高支持容错。读速度快
缺点:写速度慢，无数据校验。磁盘利用率不高
磁盘利用率：50%

应用场景：
存放重要数据，如数据存储领域
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raid5：RAID5应该是目前最常见的 RAID 等级，它的校验数据分布在阵列中的所有磁盘上。RAID5的磁盘上同时存储数据和校验数据。当一个数据盘损坏时，系统可以根据其他数据块和对应的校验数据来重建损坏的数据。　

raid5最少需要3块磁盘。
优点:
1.可以找回丢失的数据---数据可以通过校验计算得出，
2.冗余磁盘-->（需要4快磁盘将其中一块做热备）当某一块磁盘坏掉后，冗余磁盘会自动替换上去
3.有校验机制
4.读写速度高
5.磁盘利用率高
缺点：
1.磁盘越多安全性能越差

#定义：
RAID 5是RAID 0和RAID 1的折中方案。RAID 5具有和RAID0相近似的数据读取速度，只是多了一个校验信息。RAID5的磁盘空间利用率要比RAID 1高，存储成本相对较低，是目前运用较多的一种解决方案。

应用场景：安全性高，如金融、数据库、存储等。
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raid6：RAID6 等级是在 RAID5 的基础上为了进一步增强数据保护而设计的一种 RAID 方式。
RAID6引入双重校验的概念，最少需要四块磁盘，它可以保护阵列中同时出现两个磁盘失效时，阵列仍能够继续工作，不会发生数据丢失。
优点：
1.容错：允许两块磁盘同时坏掉。读写快。
2.良好的随机读性能
3.有校验机制

缺点：
1.写入速度差
2.成本高

应用场景：对数据安全级别要求比较高的企业=========================================================================
RAID10：先做镜像再作条带--也叫混合raid
优点：
1.较高的IO性能
2.有数据冗余
3.无单点故障
4.安全性能高
缺点：成本稍高
应用场景：
特别适用于既有大量数据需要存取，同时又对数据安全性要求严格的领域，如银行、金融、商业超市、仓储库房、各种档案管理等。

标签：存储管理,分区,文件系统,dev,Linux,挂载,磁盘,硬盘
From： https://blog.csdn.net/weixin_64502313/article/details/140763383

1.硬盘

1.1 初识硬盘