檔案系統操作與磁碟管理

檔案系統操作與磁碟管理 - 實驗樓
https://www.shiyanlou.com/courses/document/62
檔案系統操作與磁碟管理
實驗介紹
本節實驗的檔案系統操作的內容十分簡單,只會包含幾個命令的幾個
引數的講解,但掌握這些也將對你在學習 Linux 和實驗樓後續其他課
程的過程中有極大幫助。
因為本課程的定位為入門基礎,儘快上手,故沒有打算涉及太
多理論內容,前面省略了關於 Linux 檔案系統的一些基本知
識,也因為我們是線上實驗環境,所以也避開了很少一部分但
又十分重要的關於硬體的內容,我們只能期待使用者能夠抱著提
高自學能力的心態自己去補充相關的知識。
一、簡單檔案系統操作
1.檢視磁碟和目錄的容量
使用 df 命令檢視磁碟的容量
$ df
在實驗樓的環境中你將看到如下的輸出內容:
但在實際的物理主機上會更像這樣:
一般使用情況下,我們更多隻是關心第一行的內容也就是環境中的
rootfs 或者物理主機上的 /dev/sda2
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"rootfs" : (Root File System)它是 Ramfs(Ramfs 是一個非
常簡單的 Linux 檔案系統用於實現磁碟快取機制作為動態可調
整大小的基於 ram 的檔案系統)或者 tmpfs 的一個特殊例項,
它作為系統啟動時核心載入記憶體之後,在掛載真正的的磁碟之
前的一個臨時檔案系統。通常的主機會在系統啟動後用磁碟上
的檔案系統替換,只是在一些嵌入式系統中會只存在一個
rootfs ,或者像我們目前遇到的情況執行在虛擬環境中共享主
機資源的系統也可能會採用這種方式。
物理主機上的 /dev/sda2 是對應著主機硬碟的分割槽,後面的數字表示
分割槽號,數字前面的字母 a 表示第幾塊硬碟(也可能是可移動磁
盤),你如果主機上有多塊硬碟則可能還會出現 /dev/sdb,/dev/sdc
這些磁碟裝置都會在 /dev 目錄下以檔案的存在形式。
接著你還會看到"1k-blocks"這個陌生的東西,它表示以磁碟塊大小的
方式顯示容量,後面為相應的以塊大小表示的已用和可用容量,在你
瞭解 Linux 的檔案系統之前這個就先不管吧,我們以一種你應該看得
懂的方式展示:
$ df -h
現在你就可以使用命令檢視你主機磁碟的使用情況了。至於掛載點如
果你還記得前面第 4 節介紹 Linux 目錄樹結構的內容,那麼你就應該
能很好的理解掛載的概念,這裡就不再贅述。
使用 du 命令檢視目錄的容量
這個命令前面其實已經用了很多次了:
#
$
#
$
預設同樣以 blocks 的大小展示
du
加上`-h`引數,以更易讀的方式展示
du -h
-d 引數指定檢視目錄的深度
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# 只檢視1級目錄的資訊
$ du -h -d 0 ~
# 檢視2級
$ du -h -d 1 ~
du (estimate file space usage)命令與 df (report file system disk
space usage)只用一字只差,首先就希望注意不要弄混淆了,以可以
像我這樣從man手冊中獲取命令的完整描述,記全稱就不會搞混了。
二、簡單的磁碟管理
下面涉及的命令具有一定的危險性,操作
不當可能會丟失你的個人資料,初學者建
議在虛擬環境中進行操作
通常情況下,這一小節應該直接將如何掛載解除安裝磁碟,如何格式化磁
盤,如何分割槽,但如你所見,我們的環境中沒東西給你掛,也沒東西
給你格和分,所以首先我們會先建立一個虛擬磁碟來進行後續的練習
操作
1.建立虛擬磁碟
dd 命令簡介(部分說明來自dd (Unix) wiki
(http://zh.wikipedia.org/wiki/Dd_(Unix)))
dd 命令用於轉換和複製檔案,不過它的複製不同於 cp 。之前提到過
關於 Linux 的很重要的一點,一切即檔案,在 Linux 上,硬體的裝置
驅動(如硬碟)和特殊裝置檔案(如 /dev/zero 和 /dev/random )
都像普通檔案一樣,只要在各自的驅動程式中實現了對應的功能,dd
也可以讀取自和/或寫入到這些檔案。這樣, dd 也可以用在備份硬體
的引導扇區、獲取一定數量的隨機資料或者空資料等任務中。 dd 程式
也可以在複製時處理資料,例如轉換位元組序、或在 ASCII 與 EBCDIC
編碼間互換。
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dd 的命令列語句與其他的 Linux 程式不同,因為它的命令列選項格式
為 選項=值 ,而不是更標準的 --選項 值 或 -選項=值 。 dd 預設從標準
輸入中讀取,並寫入到標準輸出中,但可以用選項 if (input file,輸
入檔案)和 of (output file,輸出檔案)改變。
我們先來試試用 dd 命令從標準輸入讀入使用者輸入到標準輸出或者一個
檔案:
# 輸出到檔案
$ dd of=test bs= 10 count= 1 # 或者 dd if=/dev/stdin
of=test bs=10 count=1
# 輸出到標準輸出
$ dd if = /dev/stdin of= /dev/stdout bs= 10 count= 1
上述命令從標準輸入裝置讀入使用者輸入(預設值,所以可省略)然後
輸出到 test 檔案, bs (block size)用於指定塊大小(預設單位為
Byte,也可為其指定如'K','M','G'等單位), count 用於指定塊數
量。如上圖所示,我指定只讀取總共 10 個位元組的資料,當我輸入了
“hello shiyanlou”之後加上空格回車總共 16 個位元組(一個英文字元佔
一個位元組)內容,顯然超過了設定大小。使用和 du 和 cat 命令看到的
寫入完成檔案實際內容確實只有 10 個位元組(那個黑底百分號表示這裡
沒有換行符),而其他的多餘輸入將被擷取並保留在標準輸入。
前面說到 dd 在拷貝的同時還可以實現資料轉換,那下面就舉一個簡單
的例子:將輸出的英文字元轉換為大寫再寫入檔案:
$ dd if = /dev/stdin of=test bs= 10 count= 1 conv=ucas
e
你可以在 man 文件中檢視其他所有轉換引數。
使用 dd 命令建立虛擬映象檔案
通過上面一小節,你應該掌握了 dd 的基本使用,下面就來使用 dd 命
令來完成建立虛擬磁碟的第一步。
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從 /dev/zero 裝置建立一個容量為 256M 的空檔案:
$ dd if = /dev/zero of=virtual.img bs= 1 M count= 256
$ du -h virtual.img
然後我們要將這個檔案格式化(寫入檔案系統),這裡我們要學到一
個(準確的說是一組)新的命令來完成這個需求。
使用 mkfs 命令格式化磁碟(我們這裡是自己建立的虛
擬磁碟映象)
你可以在命令列輸入 mkfs 然後按下 Tab 鍵,你可以看到很多個以
mkfs 為字首的命令,這些不同的字尾其實就是表示著不同的檔案系
統,可以用 mkfs 格式化成的檔案系統:
我們可以簡單的使用下面的命令來將我們的虛擬磁碟映象格式化為
ext4 檔案系統:
$ mkfs.ext4 virtual .img
可以看到實際 mkfs.ext4 是使用 mke2fs 來完成格式化工作的。
mke2fs 的引數很多,不過我們也不會經常格式化磁碟來玩,所以就掌
握這基本用法吧,等你有特殊需求時,再檢視 man 文件解決。
更多關於檔案系統的知識,請檢視wiki: 檔案系統
(http://zh.wikipedia.org/wiki/%E6%96%87%E4%BB%B6%E7%B3
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%BB%9F#Linux_.E6.94.AF.E6.8F.B4.E7.9A.84.E6.AA.94.E6.A1.88.E7.B3.BB.E7.B5.B1)
ext3 (http://zh.wikipedia.org/wiki/Ext3),ext4 (http://zh.wikipedia.org
/wiki/Ext4)
如果你想想知道 Linux 支援哪些檔案系統你可以輸入 ls -l
/lib/modules/$(uname -r)/kernel/fs (我們的環境中無法檢視)
檢視。
使用 mount 命令掛載磁碟到目錄樹
使用者在 Linux/UNIX 的機器上開啟一個檔案以前,包含該檔案的檔案系
統必須先進行掛載的動作,此時使用者要對該檔案系統執行 mount 的指
令以進行掛載。通常是使用在 USB 或其他可移除儲存裝置上,而根目
錄則需要始終保持掛載的狀態。又因為 Linux/UNIX 檔案系統可以對應
一個檔案而不一定要是硬體裝置,所以可以掛載一個包含檔案系統的
檔案到目錄樹。
Linux/UNIX 命令列的 mount 指令是告訴作業系統,對應的檔案系統
已經準備好,可以使用了,而該檔案系統會對應到一個特定的點(稱
為掛載點)。掛載好的檔案、目錄、裝置以及特殊檔案即可提供使用者
使用。
我們先來使用 mount 來檢視下主機已經掛載的檔案系統:
$ sudo mount
輸出的結果中每一行表示一個裝置或虛擬裝置,每一行最前面是裝置
名,然後是 on 後面是掛載點,type 後面表示檔案系統型別,再後面
是掛載選項(比如可以在掛載時設定以只讀方式掛載等等)。
那麼我們如何掛載真正的磁碟到目錄樹呢, mount 命令的一般格式如
下:
mount [options] [source] [directory]
一些常用操作:
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mount [-o [操作選項] ] [-t 檔案系統型別] [-w|--rw|--
ro] [檔案系統源] [掛載點]
我們現在直接來掛載我們建立的虛擬磁碟映象到 /mnt 目錄:
$ mount -o loop -t ext4 virtual.img /mnt
# 也可以省略掛載型別,很多時候 mount 會自動識別
# 以只讀方式掛載
$ mount -o loop --ro virtual.img /mnt
# 或者mount -o loop,ro virtual.img /mnt
使用 umount 命令解除安裝已掛載磁碟
# 命令格式 sudo umount 已掛載裝置名或者掛載點,如:
$ sudo umount /mnt
不過遺憾的是,由於我們環境的問題(環境中使用的 Linux 核心在編
譯時沒有新增對 Loop device的支援),所以你將無法掛載成功:
另外關於 loop 裝置,你可能會有諸多疑問,那麼請看下面來自維基百科
/dev/loop (http://zh.wikipedia.org/wiki//dev/loop)的說明:
在類 UNIX 系統中,/dev/loop(或稱vnd (vnode disk)、
lofi(迴圈檔案介面))是一種偽裝置,這種裝置使得檔案可以
如同塊裝置一般被訪問。
在使用之前,迴圈裝置必須與現存檔案系統上的檔案相關聯。
這種關聯將提供給使用者一個應用程式介面,介面將允許檔案視
為塊特殊檔案(參見裝置檔案系統)使用。因此,如果檔案中
包含一個完整的檔案系統,那麼這個檔案就能如同磁碟裝置一
般被掛載。
這種裝置檔案經常被用於光碟或是磁碟映象。通過迴圈掛載來
掛載包含檔案系統的檔案,便使處在這個檔案系統中的檔案得
以被訪問。這些檔案將出現在掛載點目錄。如果掛載目錄中本
身有檔案,這些檔案在掛載後將被禁止使用。
使用 fdisk 為磁碟分割槽(關於分割槽的一些概念不清楚的
使用者請參看主開機記錄 (http://zh.wikipedia.org/wiki/%E4
%B8%BB%E5%BC%95%E5%AF%BC%E8%AE%B0
%E5%BD%95))
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同樣因為環境原因中沒有物理磁碟,也無法建立虛擬磁碟的原因我們
就無法實驗練習使用該命令了,下面我將以我的物理主機為例講解如
何為磁碟分割槽。
# 檢視硬碟分割槽表資訊
$ sudo fdisk -l
輸出結果中開頭顯示了我主機上的磁碟的一些資訊,包括容量扇區
數,扇區大小,I/O 大小等資訊。
我們重點開一下中間的分割槽資訊,/dev/sda1,/dev/sda2 為主分割槽分
別安裝了 Windows 和 Linux 作業系統,/dev/sda3 為交換分割槽(可以
理解為虛擬記憶體),/dev/sda4 為擴充套件分割槽其中包含 /dev/sda5,/dev
/sda6,/dev/sda7,/dev/sda8 四個邏輯分割槽,因為主機上有幾個分割槽
之間有空隙,沒有對齊邊界扇區,所以分割槽之間的不是完全連續的。
# 進入磁碟分割槽模式
$ sudo fdisk virtual .img
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在進行操作前我們首先應先規劃好我們的分割槽方案,這裡我將在使用
128M(可用 127M 左右)的虛擬磁碟映象建立一個 30M 的主分割槽剩
餘部分為擴充套件分割槽包含 2 個大約 45M 的邏輯分割槽。
操作完成後輸入 p 檢視結果如下:
最後不要忘記輸入 w 寫入分割槽表。
使用 losetup 命令建立映象與迴環裝置的關聯
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$ sudo losetup /dev/loop 0 virtual.img
# 如果提示裝置忙你也可以使用其它的迴環裝置,"ls /dev/l
oop*"參看所有迴環裝置
# 解除裝置關聯
$ sudo losetup -d /dev/loop 0
然後再使用 mkfs 格式化各分割槽(前面我們是格式化整個虛擬磁碟映象
檔案或磁碟),不過格式化之前,我們還要為各分割槽建立虛擬裝置的
對映,用到 kpartx 工具,需要先安裝:
$ sudo apt-get install kpartx
$ sudo kpart kpartx -av /dev/loop 0
# 取消對映
$ sudo kpart kpartx -dv /dev/loop 0
接著再是格式化,我們將其全部格式化為 ext4:
$ sudo mkfs.ext4 -q /dev/mapper/loop0p1
$ sudo mkfs.ext4 -q /dev/mapper/loop0p5
$ sudo mkfs.ext4 -q /dev/mapper/loop0p6
格式化完成後在 /media 目錄下新建四個空目錄用於掛載虛擬磁碟:
$ mkdir -p /media/virtualdisk _ { 1 .. 3 }
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# 掛載磁碟分割槽
$ sudo mount /dev/mapper/loop0p1 /media/virtualdisk_
1
$ sudo mount /dev/mapper/loop0p5 /media/virtualdisk_
2
$ sudo mount /dev/mapper/loop0p6 /media/virtualdisk_
3
#
$
$
$
解除安裝磁碟分割槽
sudo umount /dev/mapper/loop0p1
sudo umount /dev/mapper/loop0p5
sudo umount /dev/mapper/loop0p6
然後:
$ df -h
作業
cowsay 命令,可以讓你在終端裡以一種動物說話的形式列印出一段
話。
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# 安裝
$ sudo apt-get install cowsay
# 預設是一隻牛
$ cowsay hello shiyanlou
# 加上'-l'引數列印所有支援的動物(其實不只是動物)種類
$ cowsay -l
# 使用'-f'引數選擇動物種類
$ cowsay -f elephant hello shiyanlou
# 此外它還可以結合我們之前的作業講過的 fortune 命令一
起使用
$ fortune | cowsay -f daemon
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