基础-Linux磁盘规划

news/2024/7/7 20:06:50

一、大纲

操作系统怎么连接(识别)物理磁盘？
操作系统识别到的物理磁盘是怎么命名的？
单个物理磁盘是怎么分区的？
分区是怎么命名的？

磁盘的连接方式

IDE（Integrated Drive Electronics，电子集成驱动器），较常见。IDE硬盘的传输模式有以下三种：PIO(Programmed I/O)模式，DMA(Driect Memory Access)模式，Ultra DMA(简称UDMA)模式。
SCSI（Small Computer System Interface，小型计算机系统接口），是同IDE（ATA）完全不同的接口，IDE接口是普通PC的标准接口，而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。
光纤通道。
SATA（Serial ATA，串口硬盘），是未来和现在PC机硬盘的主流趋势。Serial ATA采用串行连接方式，串行ATA总线使用嵌入式时钟信号，具备了更强的纠错能力，与以往相比其最大的区别在于能对传输指令（不仅仅是数据）进行检查，如果发现错误会自动矫正，这在很大程度上提高了数据传输的可靠性。
SAS(Serial Attached SCSI)即串行连接SCSI，是新一代的SCSI技术，和现在流行的Serial ATA(SATA)硬盘相同，都是采用串行技术以获得更高的传输速度，并通过缩短连结线改善内部空间等。SAS是并行SCSI接口之后开发出的全新接口。此接口的设计是为了改善存储系统的效能、可用性和扩充性，并且提供与SATA硬盘的兼容性。
NVMe

Linux 的磁盘设备命名

磁盘的命名一般跟其连接方式有关，如您会看到在Linux中有 /dev/sda、/dev/sdb、/dev/sdc 等形式名称。dev是设备的简称。sd是小型计算机系统接口(SCSI)大容量存储驱动程序的简称。还有/dev/nvme0n1 ，这是NVMe设备的名称。

[root@localhost ~]# df -h
文件系统        容量  已用  可用 已用% 挂载点
/dev/sda3        58G  1.6G   57G    3% /
/dev/sda1      1014M  137M  878M   14% /boot
/dev/nvme0n1p1   21G   33M   21G    1% /mnt/minio2
/dev/nvme0n1p2   19G   33M   19G    1% /mnt/minio3

[root@localhost ~]# lsblk -f
NAME        FSTYPE  LABEL           UUID                                 MOUNTPOINT
sda
├─sda1      xfs                     5b17eb57-971f-4e74-9944-23c5e1886e3f /boot
├─sda2      swap                    a7d4d7be-1a7c-445b-bc65-525e5433c6b5 [SWAP]
└─sda3      xfs                     197efbad-5f75-466b-8d57-00356735c955 /
nvme0n1
├─nvme0n1p1 xfs                     b825e09c-60c6-4a09-86bc-c150018acbf6 /mnt/minio2
└─nvme0n1p2 xfs                     5aa038b9-a2b1-4f30-97c5-3f42f3966578 /mnt/minio3

磁盘分区

MBR(Master Boot Record)
GPT(GUID partition table)

MSDOS (MRB )

分区方式介

早期的 Linux 系统为了相容于 Windows 的磁盘，因此使用的是支持 Windows 的 MBR（Master Boot Record, 主要开机纪录区）的方式来处理开机管理程序与分区表！而开机管理程序纪录区与分区表则通通放在磁盘的第一个扇区，这个扇区通常是 512Bytes 的大小（旧的磁盘扇区都是 512Bytes 喔！）

MBR 共占用了一个扇区，也就是 512 Byte。其中 446 Byte 安装了启动引导程序，其后 64 Byte 描述分区表，最后的 2 Byte 是结束标记。我们已经知道，每块硬盘只能划分 4 个主分区，原因就是在 MBR 中描述分区表的空间只有 64 Byte。其中每个分区必须占用 16 Byte，那么 64 Byte 就只能划分 4 个主分区。每个分区的 16 字节的规划如表 2 所示。

存储字节	数据内容及含义
第 1 字节	引导标志
第 2 字节	本分区的起始磁道号
第 3 字节	本分区的起始扇区号
第 4 字节	本分区的起始柱面号
第 5 字节	分区类型，可以识别主分区和扩展分区
第 6 字节	本分区的结束磁道号
第 7 字节	本分区的结束扇区号
第 8 字节	本分区的结束柱面号
第 9~12 字节	本分区之前已经占用的扇区数
第 13~16 字节	本分区的总扇区数

分区名称

由于分区表就只有64 Bytes而已，最多只能容纳四笔分区的记录，这四个分区的记录被称为主要（Primary）或延伸（Extended）分区。
1. 其实所的“分区”只是针对那个64 Bytes的分区表进行设置而已！
2. 硬盘默认的分区表仅能写入四组分区信息
3. 这四组分区信息我们称为主要（Primary）或延伸（Extended）分区
4. 分区的最小单位“通常”为柱面（cylinder）
5. 当系统要写入磁盘时，一定会参考磁盘分区表，才能针对某个分区进行数据的处理
假设上面的硬盘设备文件名为/dev/sda时，那么这四个分区在Linux系统中的设备文件名则为/dev/sda1,/dev/sda2,/dev/sda3,/dev/sda4 ,这个数字一般是定死且与该分区所在的位置有关喔！

那/dev/sda5,/dev/sda6,/dev/sda7以是怎么来的呢，这是因为延伸（Extended）分区中又可以分出多个逻辑分区，以解决分区数量最大只有4个的问题。

注意：延伸（Extended）分区最多只能有一个，且必须是最后一个，主分区最多可以有4个(此时没有延伸（Extended）分区)

GPT(GUID partition table)

因为过去一个扇区大小就是 512Bytes 而已，不过目前已经有 4K 的扇区设计出现！为了相容于所有的磁盘，因此在扇区的定义上面，大多会使用所谓的逻辑区块位址（Logical Block Address, LBA）来处理。GPT 将磁盘所有区块以此 LBA（默认为 512Bytes 喔！）来规划，而第一个 LBA 称为 LBA0 （从 0 开始编号）。与 MBR 仅使用第一个 512Bytes 区块来纪录不同， GPT 使用了 34 个 LBA 区块来纪录分区信息！同时与过去 MBR 仅有一的区块，被干掉就死光光的情况不同， GPT 除了前面 34 个 LBA 之外，整个磁盘的最后 33 个 LBA 也拿来作为另一个备份！这样或许会比较安全些吧！详细的结构有点像下面的模样：

LBA0 （MBR 相容区块）

与 MBR 模式相似的，这个相容区块也分为两个部份，一个就是跟之前 446 Bytes 相似的区块，储存了第一阶段的开机管理程序！而在原本的分区表的纪录区内，这个相容模式仅放入一个特殊标志的分区，用来表示此磁盘为 GPT 格式之意。而不懂 GPT 分区表的磁盘管理程序，就不会认识这颗磁盘，除非用户有特别要求要处理这颗磁盘，否则该管理软件不能修改此分区信息，进一步保护了此磁盘喔！
LBA1 （GPT 表头纪录）

这个部份纪录了分区表本身的位置与大小，同时纪录了备份用的 GPT 分区（就是前面谈到的在最后 34 个 LBA 区块）放置的位置，同时放置了分区表的检验机制码（CRC32），操作系统可以根据这个检验码来判断 GPT 是否正确。若有错误，还可以通过这个纪录区来取得备份的 GPT（磁盘最后的那个备份区块）来恢复 GPT 的正常运行！
LBA2-33 （实际纪录分区信息处）

从 LBA2 区块开始，每个 LBA 都可以纪录 4 笔分区纪录，所以在默认的情况下，总共可以有 4的32次方 = 128 笔分区纪录喔！因为每个 LBA 有 512Bytes，因此每笔纪录用到 128 Bytes 的空间，除了每笔纪录所需要的识别码与相关的纪录之外，GPT 在每笔纪录中分别提供了 64bits 来记载开始/结束的扇区号码，因此，GPT 分区表对於单一分区来说，他的最大容量限制就会在“ 233TB = 8 ZB ”。

练习：

准备一台机器(虚拟机)

准备一台机器(虚拟机)，给它添加3个磁盘，如下图

开机后检查是否识别到磁盘

[root@localhost ~]# fdisk -l
## 这是第二块磁盘，识别到的名称为/dev/sdb
磁盘 /dev/sdb：42.9 GB, 42949672960 字节，83886080 个扇区
Units = 扇区 of 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

## 这是第一块磁盘，识别到的名称为/dev/sda ,且这是系统安装的磁盘，所以我安装系统时已经做好了分区
磁盘 /dev/sda：64.4 GB, 64424509440 字节，125829120 个扇区
Units = 扇区 of 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：0x000a2a95
## 已经做好分区的系统盘
   设备 Boot      Start         End      Blocks   Id  System
/dev/sda1   *        2048     2099199     1048576   83  Linux
/dev/sda2         2099200     4196351     1048576   82  Linux swap / Solaris
/dev/sda3         4196352   125829119    60816384   83  Linux

## 这是第三块磁盘，识别到的名称为 /dev/nvme0n1
磁盘 /dev/nvme0n1：42.9 GB, 42949672960 字节，83886080 个扇区
Units = 扇区 of 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

为第二块磁盘分区

**开始分区第二块磁盘，这个使用MBR方式分区，使用的分区工具为 fdisk **

选择要分区的物理磁盘

[root@localhost ~]# fdisk /dev/sdb
欢迎使用 fdisk (util-linux 2.23.2)。
## 第一步，选择要分区的物理磁盘
Device does not contain a recognized partition table
使用磁盘标识符 0x7279f769 创建新的 DOS 磁盘标签。

输入m ，查看帮助文档

## 第二步，输入m ，查看帮助文档
命令(输入 m 获取帮助)：m
命令操作
   a   toggle a bootable flag
   b   edit bsd disklabel
   c   toggle the dos compatibility flag
   d   delete a partition
   g   create a new empty GPT partition table
   G   create an IRIX (SGI) partition table
   l   list known partition types
   m   print this menu
   n   add a new partition
   o   create a new empty DOS partition table
   p   print the partition table
   q   quit without saving changes
   s   create a new empty Sun disklabel
   t   change a partition's system id
   u   change display/entry units
   v   verify the partition table
   w   write table to disk and exit
   x   extra functionality (experts only)

输入n ，add a new partition(添加一个新分区)

## 第三步，输入n ，add a new partition(添加一个新分区)
命令(输入 m 获取帮助)：n
Partition type:
   p   primary (0 primary, 0 extended, 4 free)
   e   extended

输入p ，选择分区类型为主分区

## 第四步，输入p ，选择分区类型为主分区 
Select (default p): p

输入1 ，设置第一个分区

## 第五步，输入1 ，设置为第一个分区(总共可以有4个，所以选项是1-4)
分区号 (1-4，默认 1)：1

输入此分区的起始扇区，直接回车默认即

## 第六步，输入此分区的起始扇区，直接回车默认即可
起始 扇区 (2048-83886079，默认为 2048)：
将使用默认值 2048

输入此分区的结束扇区

## 第七步，输入此分区的结束扇区，使用 +25G 的格式，将起始扇区的后面25G大小分配给此分区
Last 扇区, +扇区 or +size{K,M,G} (2048-83886079，默认为 83886079)：+25G
分区 1 已设置为 Linux 类型，大小设为 25 GiB

到此分区设置完成

## 到此分区设置完成 下面是重复上面的步骤将剩余的空间分配给了第二个主分区
命令(输入 m 获取帮助)：n
Partition type:
   p   primary (1 primary, 0 extended, 3 free)
   e   extended
Select (default p): p
分区号 (2-4，默认 2)：
起始 扇区 (52430848-83886079，默认为 52430848)：
将使用默认值 52430848
Last 扇区, +扇区 or +size{K,M,G} (52430848-83886079，默认为 83886079)：
将使用默认值 83886079
分区 2 已设置为 Linux 类型，大小设为 15 GiB

保存并查看分区

## 最后，输入 w ,将前面的操作保存。
命令(输入 m 获取帮助)：w
The partition table has been altered!

Calling ioctl() to re-read partition table.
正在同步磁盘。
##  到此MRB分区完成。
NAME    MAJ:MIN RM  SIZE RO TYPE MOUNTPOINT
sda       8:0    0   60G  0 disk
├─sda1    8:1    0    1G  0 part /boot
├─sda2    8:2    0    1G  0 part [SWAP]
└─sda3    8:3    0   58G  0 part /
## 这就是刚刚上面完成的分区磁盘/dev/sdb 
sdb       8:16   0   40G  0 disk
├─sdb1    8:17   0   25G  0 part
└─sdb2    8:18   0   15G  0 part
sr0      11:0    1  918M  0 rom
## 这是还没有分区的第三块磁盘
nvme0n1 259:0    0   40G  0 disk

为第三块磁盘分区

开始分区第三块磁盘，这个使用GPT方式分区，使用的分区工具为 gdisk

[root@localhost ~]# gdisk /dev/nvme0n1
## 第一步，选择要分区的物理磁盘
GPT fdisk (gdisk) version 0.8.10

Partition table scan:
  MBR: not present
  BSD: not present
  APM: not present
  GPT: not present
## 使用的是GPT方式
Creating new GPT entries.

Command (? for help): ?
b       back up GPT data to a file
c       change a partition's name
d       delete a partition
i       show detailed information on a partition
l       list known partition types
n       add a new partition
o       create a new empty GUID partition table (GPT)
p       print the partition table
q       quit without saving changes
r       recovery and transformation options (experts only)
s       sort partitions
t       change a partition's type code
v       verify disk
w       write table to disk and exit
x       extra functionality (experts only)
?       print this menu
##  过程和上面的fdisk类似，选择分区号(1-128),起始卷，结束卷，类型
Command (? for help): n
Partition number (1-128, default 1):
First sector (34-83886046, default = 2048) or {+-}size{KMGTP}:
Last sector (2048-83886046, default = 83886046) or {+-}size{KMGTP}: +20G
Current type is 'Linux filesystem'
Hex code or GUID (L to show codes, Enter = 8300):
Changed type of partition to 'Linux filesystem'

Command (? for help): n
Partition number (2-128, default 2):
First sector (34-83886046, default = 41945088) or {+-}size{KMGTP}:
Last sector (41945088-83886046, default = 83886046) or {+-}size{KMGTP}:
Current type is 'Linux filesystem'
Hex code or GUID (L to show codes, Enter = 8300):
Changed type of partition to 'Linux filesystem'
##  保存并退出 
Command (? for help): w

Final checks complete. About to write GPT data. THIS WILL OVERWRITE EXISTING
PARTITIONS!!

Do you want to proceed? (Y/N): y
OK; writing new GUID partition table (GPT) to /dev/nvme0n1.
The operation has completed successfully.
## 查看分区结果 
NAME        MAJ:MIN RM  SIZE RO TYPE MOUNTPOINT
## 刚刚完成分区的第三块磁盘
nvme0n1     259:0    0   40G  0 disk
├─nvme0n1p1 259:1    0   20G  0 part
└─nvme0n1p2 259:2    0   20G  0 part

创建文件系统


[root@localhost ~]# lsblk -f
NAME        FSTYPE  LABEL           UUID                                 MOUNTPOINT
sda
├─sda1      xfs                     5b17eb57-971f-4e74-9944-23c5e1886e3f /boot
├─sda2      swap                    a7d4d7be-1a7c-445b-bc65-525e5433c6b5 [SWAP]
└─sda3      xfs                     197efbad-5f75-466b-8d57-00356735c955 /
## 此时还没有识别到UUID和文件系统类型(FSTYPE)
sdb
├─sdb1
└─sdb2
nvme0n1
├─nvme0n1p1
└─nvme0n1p2
[root@localhost ~]# fdisk -l

磁盘 /dev/sdb：42.9 GB, 42949672960 字节，83886080 个扇区
Units = 扇区 of 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 ## 分区后的类型识别
磁盘标识符：0x7279f769

   设备 Boot      Start         End      Blocks   Id  System
/dev/sdb1            2048    52430847    26214400   83  Linux
/dev/sdb2        52430848    83886079    15727616   83  Linux

磁盘 /dev/nvme0n1：42.9 GB, 42949672960 字节，83886080 个扇区
Units = 扇区 of 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：gpt  ## 分区后的类型识别
Disk identifier: 27D98CF1-7E9E-4D73-9E93-B08F8AB56204
#         Start          End    Size  Type            Name
 1         2048     41945087     20G  Linux filesyste Linux filesystem
 2     41945088     83886046     20G  Linux filesyste Linux filesystem

## 新建4个目录，用来挂载4个分区
[root@localhost mnt]# mkdir /mnt/minio{1,2,3,4}
[root@localhost mnt]# ls
minio1  minio2  minio3  minio4

## 直接挂载，发现是失败的，并没有看到/dev/sdb的挂载信息
[root@localhost mnt]# mount /dev/sdb1 /mnt/minio1
mount: /dev/sdb1 写保护，将以只读方式挂载
mount: 未知的文件系统类型“(null)”
[root@localhost mnt]# mount |grep /dev/sd
/dev/sda3 on / type xfs (rw,relatime,seclabel,attr2,inode64,noquota)
/dev/sda1 on /boot type xfs (rw,relatime,seclabel,attr2,inode64,noquota)

## 创建文件系统xfs
[root@localhost mnt]# mkfs.xfs /dev/sdb1
meta-data=/dev/sdb1              isize=512    agcount=4, agsize=1638400 blks
         =                       sectsz=512   attr=2, projid32bit=1
         =                       crc=1        finobt=0, sparse=0
data     =                       bsize=4096   blocks=6553600, imaxpct=25
         =                       sunit=0      swidth=0 blks
naming   =version 2              bsize=4096   ascii-ci=0 ftype=1
log      =internal log           bsize=4096   blocks=3200, version=2
         =                       sectsz=512   sunit=0 blks, lazy-count=1
realtime =none                   extsz=4096   blocks=0, rtextents=0
[root@localhost mnt]# mkfs.xfs /dev/sdb2
meta-data=/dev/sdb2              isize=512    agcount=4, agsize=982976 blks
##  将其挂载到目录
[root@localhost mnt]# df -h|grep /dev/sdb
[root@localhost mnt]# mount /dev/sdb1 /mnt/minio1
[root@localhost mnt]# mount /dev/sdb2 /mnt/minio2
[root@localhost mnt]# mount |grep /dev/sdb
/dev/sdb1 on /mnt/minio1 type xfs (rw,relatime,seclabel,attr2,inode64,noquota)
/dev/sdb2 on /mnt/minio2 type xfs (rw,relatime,seclabel,attr2,inode64,noquota)
## 将另一块磁盘的两个分区也初始化 
[root@localhost mnt]# mkfs.xfs /dev/nvme0n1p1
[root@localhost mnt]# mkfs.xfs /dev/nvme0n1p2
## 查看磁盘和分区信息 ，此时UUID和FSTYPE都已经有了
[root@localhost mnt]# lsblk -f
NAME        FSTYPE  LABEL           UUID                                 MOUNTPOINT
sda
├─sda1      xfs                     5b17eb57-971f-4e74-9944-23c5e1886e3f /boot
├─sda2      swap                    a7d4d7be-1a7c-445b-bc65-525e5433c6b5 [SWAP]
└─sda3      xfs                     197efbad-5f75-466b-8d57-00356735c955 /
sdb
├─sdb1      xfs                     f2e2d9d0-809c-405d-b2d7-0615befbdcd7 /mnt/minio1
└─sdb2      xfs                     78179d06-4434-4e2f-851c-42f144e28c5d /mnt/minio2
sr0         iso9660 CentOS 7 x86_64 2018-11-25-21-21-31-00
nvme0n1
├─nvme0n1p1 xfs                     884eb534-1337-4d7f-93dd-2fc3ecd2fb6d
└─nvme0n1p2 xfs                     fa5fa835-e6dd-45cf-8f32-01bcf5a43ef9

挂载

## 上面是通过命令一次性挂载磁盘，重启后就会失效，下面使用系统配置文件/etc/fstab 实现开机自动挂载
[root@localhost ~]# mount -a
[root@localhost ~]# mount |grep /dev/
/dev/sdb1 on /mnt/minio1 type xfs (rw,relatime,seclabel,attr2,inode64,noquota)
/dev/sdb2 on /mnt/minio2 type xfs (rw,relatime,seclabel,attr2,inode64,noquota)
/dev/nvme0n1p1 on /mnt/minio3 type xfs (rw,relatime,seclabel,attr2,inode64,noquota)
/dev/nvme0n1p2 on /mnt/minio4 type xfs (rw,relatime,seclabel,attr2,inode64,noquota)
[root@localhost ~]# df -h
文件系统        容量  已用  可用 已用% 挂载点
/dev/sdb1        25G   33M   25G    1% /mnt/minio1
/dev/sdb2        15G   33M   15G    1% /mnt/minio2
/dev/nvme0n1p1   20G   33M   20G    1% /mnt/minio3
/dev/nvme0n1p2   20G   33M   20G    1% /mnt/minio4

http://lihuaxi.xjx100.cn/news/873266.html