本章介紹硬碟簡介、硬碟資料儲存方式、如何在企業生產伺服器新增硬碟、對硬碟進行分割槽、初始化、掛載等。

1 計算機硬碟簡介

硬碟是計算機主要儲存媒介之一，由一個或者多個鋁製或者玻璃制的碟片組成，碟片外覆蓋有鐵磁性材料，硬碟內部由磁軌、柱面、扇區、磁頭等部件組成，如圖所示：

Linux系統中硬體裝置相關配置檔案存放在/dev下，常見硬碟命名：/dev/hda、/dev/sda、/dev/sdb、/dev/sdc、/dev/vda。不同硬碟介面，在系統中識別的裝置名稱不一樣。

IDE硬碟介面在Linux中裝置名為/dev/hda，SAS、SCSI、SATA硬碟介面在Linux中裝置名為sda，高效雲盤硬碟介面會識別為/dev/vda等。

檔案儲存在硬碟上，硬碟的最小儲存單位叫做Sector（扇區），每個Sector儲存512位元組。作業系統在讀取硬碟的時候，不會逐個Sector的去讀取，這樣效率非常低，為了提升讀取效率，作業系統會一次性連續讀取多個Sector，即一次性讀取多個Sector稱為一個Block（塊）。

由多個Sector組成的Block是檔案存取的最小單位。Block的大小常見的有1KB、2KB、4KB，Block在Linux中常設定為4KB，即連續八個Sector組成一個Block。

可以透過如下方法檢視Linux分割槽的Block大小：

[root@superman-vm01 ~]# stat /boot | grep "IO Block" 


  Size: 4096            Blocks: 8          IO Block: 4096   directory


[root@superman-vm01 ~]#

例如建立一個普通檔案，檔案大小為10Bytes，而預設設定Block為4K，如果有1萬個小檔案，由於每個Block只能存放一個檔案，如果檔案的大小比Block大，會申請更多的Block，相反如果檔案的大小比預設Block小，仍會佔用一個Block，這樣剩餘的空間會被浪費掉。

1萬個檔案理論只佔用空間大小：10000x10=100000Bytes=97.65625MBytes；
1萬個檔案真實佔用空間大小：10000x4096Bytes=40960000Bytes=40000MBytes=40GB；
根據企業實際需求，此時可以將Block設定為1K，從而節省更多的空間。

2 硬碟Block及Inode詳解

通常而言，作業系統對於檔案資料的存放包括兩個部分：檔案內容、許可權及檔案屬性。作業系統檔案存放是基於檔案系統，檔案系統會將檔案的實際內容儲存到Block中，而將許可權與屬性等資訊存放至Inode中。

在硬碟分割槽中，還有一個超級區塊 (SuperBlock) ，SuperBlock會記錄整個檔案系統的整體資訊，包括Inode、Block總量、使用大小、剩餘大小等資訊，每個inode與block都有編號對應，方便Linux系統快速定位查詢檔案。

Superblock：記錄檔案系統的整體資訊，包括inode與block的總量、使用大小、剩餘大小，以及檔案系統的格式與相關資訊等；
Inode：記錄檔案的屬性，許可權，同時會記錄該檔案的資料所在的block編號；
Block：儲存檔案的內容，如果檔案超過預設Block大小，會自動佔用多個Block。

因為每個inode與block都有編號，而每個檔案都會佔用一個inode ，inode內則有檔案資料放置的block號碼。如果能夠找到檔案的inode，就可以找到該檔案所放置資料的block號碼，從而讀取該檔案內容。

作業系統進行格式化分割槽時，作業系統自動將硬碟分成兩個區域。一個是資料Block區，用於存放檔案資料；另一個是Inode Table區，用於存放inode包含的元資訊。

每個inode節點的大小，可以在格式化時指定，預設為128Bytes或256Bytes，/boot分割槽Inode預設為128Bytes，其它分割槽預設為256Bytes，檢視Linux系統Inode方法如下：

[root@superman-vm01 ~]# stat /boot | grep "Inode"   


Device: 801h/2049d      Inode: 64          Links: 5


[root@superman-vm01 ~]#

3 硬連結介紹

一般情況下，檔名和inode編號是一一對應的關係，每個inode號碼對應一個檔名。但UNIX/Linux系統多個檔名也可以指向同一個inode號碼。這意味著可以用不同的檔名訪問同樣的內容，對檔案內容進行修改，會影響到所有檔名。但刪除一個檔名，不影響另一個檔名的訪問。這種情況就被稱為硬連結（hard link）。

建立硬連結的命令為：ln superman1.txt superman2.txt，其中superman1.txt為原始檔，superman2.txt為目標檔案。如上命令原始檔與目標檔案的inode號碼相同，都指向同一個inode。inode資訊中有一項叫做"連結數"，記錄指向該inode的檔名總數，這時會增加1，變成2，如圖7-3所示：

同樣刪除一個superman2.txt檔案，就會使得superman1.txt inode節點中的"連結數"減1。如果該inode值減到0，表明沒有檔名指向這個inode，系統就會回收這個inode號碼，以及其所對應block區域，如圖所示：

實用小技巧：硬連結不能跨分割槽連結，硬連結只能對檔案生效，對目錄無效，也即是目錄不能建立硬連結。硬連結原始檔與目標檔案共用一個inode值，從某種意義上來，節省inode空間。不管是單獨刪除原始檔還是刪除目標檔案，檔案內容始終存在。同時連結後的檔案不佔用系統多餘的空間。

4 軟連結介紹

除了硬連結以外，還有一種連結-軟連結。檔案superman1.txt和檔案superman2.txt的inode號碼雖然不一樣，但是檔案superman2.txt的內容是檔案superman1.txt的路徑。讀取檔案superman2.txt時，系統會自動將訪問者導向檔案superman1.txt。

無論開啟哪一個檔案，最終讀取的都是檔案superman1.txt。這時，檔案superman2.txt就稱為檔案superman1.txt的"軟連結"（soft link）或者"符號連結（symbolic link）。

檔案superman2.txt依賴於檔案superman1.txt而存在，如果刪除了檔案superman1.txt，開啟檔案superman2.txt就會報錯："No such file or directory"。

軟連結與硬連結最大的不同是檔案superman2.txt指向檔案superman1.txt的檔名，而不是檔案superman1.txt的inode號碼，因此檔案superman1.txt的inode連結數不會發生變化，如圖所示：

實用小技巧：軟連結可以跨分割槽連結，軟連結支援目錄同時也支援檔案的連結。軟連結原始檔與目標檔案Inode不相同，從某種意義上來說，會消耗inode空間。不管是刪除原始檔還是重啟系統，該軟連結還存在，但是檔案內容會丟失，一旦新建源同名檔名，軟連結檔案恢復正常。

5 Linux下磁碟實戰操作命令

企業真實場景由於硬碟常年大量讀寫，經常會出現壞盤，需要更換硬碟。或者由於磁碟空間不足，需新增新硬碟，新新增的硬碟需要經過格式化、分割槽才能被Linux系統所使用，虛擬機器CentOS 7 Linux模擬真實伺服器新增一塊新硬碟，不需要關機，直接插入用硬碟即可，一般硬碟均支援熱插拔功能。企業中新增新硬碟的操作流程如下：

5.1 fdisk分割槽命令引數

常用引數包括m、n、p、e、d、w。

b      編輯bsd disklabel；


c      切換dos相容性標誌；


d      刪除一個分割槽；


g      建立一個新的空GPT分割槽表；


G      建立一個IRIX（SGI）分割槽表；


l      列出已知的分割槽型別；


m      列印幫助選單；


n      新增一個新分割槽；


o      建立一個新空DOS分割槽表；


p      列印分割槽表資訊；


q      退出而不儲存更改；


s      建立一個新的空的Sun磁碟標籤；


t      更改分割槽的系統ID；


u      更改顯示/輸入單位；


v      驗證分割槽表；


w      將分割槽表寫入磁碟並退出；


x      額外功能。

5.2 檢測識別的硬碟裝置

新新增硬碟被識別為/dev/sdb，如果有多塊硬碟，會依次識別成/dev/sdc、/dev/sdd等裝置名稱，如圖所示：

fdisk -l

5.3 建立磁碟分割槽

基於新硬碟/dev/sdb裝置，建立磁碟分割槽/dev/sdb1，如圖所示：

fdisk /dev/sdb

5.4 建立/dev/sdb1分割槽方法

fdisk /dev/sdb，然後按n-p-1-Enter鍵-Enter鍵-Enter鍵-w，最後執行fdisk -l|head -10，如圖（a）、圖（b）所示：

（a）fdisk /dev/sdb建立/dev/sdb1分割槽

（b) fdisk –l檢視/dev/sdb1分割槽

5.5 格式化分割槽

mkfs.xfs /dev/sdb1格式化磁碟分割槽，如圖所示：

5.6 掛載分割槽

/dev/sdb1分割槽格式化後，使用mount命令掛載到/data/目錄，並加入/etc/fstab開機啟動，如圖所示：

# 建立/data/資料目錄


mkdir /data






# 掛載/dev/sdb1分割槽至/data/目錄


mount /dev/sdb1 /data






# 檢視磁碟分割槽詳情


df -h






# 開機自動掛載(永久掛載)


echo "/dev/sdb1        /data                       xfs     defaults        0 0" >>/etc/fstab

6 基於GPT格式磁碟分割槽

MBR分割槽標準決定了MBR只支援在2TB以下的硬碟，為了支援能使用大於2T硬碟空間，需使用GPT格式進行分割槽。建立大於2TB的分割槽，需使用parted工具。

在企業真實環境中，通常一臺伺服器有多塊硬碟，整個硬碟容量可能為10T，需要基於GTP格式對10T硬碟進行分割槽，操作步驟如下：

# 新建/dev/sdb的磁碟標籤型別為GPT


parted /dev/sdb mklabel gpt






# 將/dev/sdb整個空間分給同一個分割槽


parted /dev/sdb mkpart primary 0 100%






# 忽略警告


ignore






# 格式化分割槽


mkfs.xfs /dev/sdb1






# 建立掛載目錄


mkdir /data






# 臨時掛載


mount /dev/sdb1 /data






# 開機自動掛載(永久掛載)


echo "/dev/sdb1        /data                       xfs     defaults        0 0" >>/etc/fstab

6.1 檢測識別的硬碟裝置

fdisk -l

如圖所示，假設/dev/sdb 為10T硬碟，使用GPT格式來格式化磁碟：

6.2 設定分割槽型別為GPT格式

6.2.1 非互動方式

執行命令：parted -s /dev/sdb mklabel gpt和parted /dev/sdb mkpart primary 0 100%如圖所示：

6.2.2 互動方式

parted命令列也可以進行分割槽，如圖（a）、（b）、（c）所示：

parted > select /dev/sdb > mklabel gpt > mkpart primary 0 -1 > print > quit

Linux雲端計算-06_Linux磁碟管理

6.3 格式化磁碟

基於mkfs.xfs /dev/sdb格式化磁碟，如圖所示：

6.4 掛載分割槽

建立掛載目錄並掛載：

7 Mount命令工具

Mount命令工具主要用於將裝置或者分割槽掛載至Linux系統目錄下，Linux系統在分割槽時，也是基於mount機制將/dev/sda分割槽掛載至系統目錄，將裝置與目錄掛載之後，Linux作業系統方可進行檔案的儲存。

7.1 Mount命令引數詳解

如下為企業中Mount命令常用引數詳解：

mount [-Vh]


mount -a [-fFnrsvw] [-t vfstype]


mount [-fnrsvw] [-o options [,...]] device | dir


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


-V：                       顯示mount工具版本號；


-l：                       顯示已載入的檔案系統列表；


-h：                       顯示幫助資訊並退出；


-v：                       輸出指令執行的詳細資訊；


-n：                       載入沒有寫入檔案/etc/mtab中的檔案系統；


-r：                       將檔案系統載入為只讀模式； 


-a：                       載入檔案/etc/fstab中配置的所有檔案系統；


-o:                     指定mount掛載擴充套件引數，常見擴充套件指令：rw、remount、loop等，其中-o相關指令如下：


-o atime：      系統會在每次讀取文件時更新文件時間；


-o noatime：      系統會在每次讀取文件時不更新文件時間；


-o defaults:      使用預設的選項 rw,suid,dev,exec,auto,nouser等；


-o exec                          允許執行檔被執行；


-o user、-o nouser：       使用者可以執行 mount/umount的動作；


-o remount：       將已掛載的系統分割槽重新以其他再次模式掛載；


-o ro：        只讀模式掛載；


-o rw：        可讀可寫模式掛載；


-o loop                           使用loop模式，把檔案當成裝置掛載至系統目錄。


-t：                        指定mount掛載裝置型別，常見型別nfs、ntfs-3g、vfat、iso9660等，其中-t相關指令如下：


iso9660                           光碟或光碟映象；


msdos                            Fat16檔案系統；


vfat                             Fat32檔案系統；


ntfs                           NTFS檔案系統；


ntfs-3g                           識別行動硬碟格式；


smbfs                            掛載Windows檔案網路共享；


nfs                            Unix/Linux檔案網路共享。