Linux 磁盘管理

1、磁盘简介

1.1 认识磁盘

磁盘是一种计算机的外部存储器设备，由一个或多个覆盖有磁性材料的铝制或玻璃制的碟片组成，用来存储用户的信息，这种信息可以反复地被读取和改写；绝大多数磁盘被永久封存在一个密封的盒子里。

1.2 磁盘运行机理

简单来说就是多个盘片之间靠主轴连接，电机带动主轴做旋转运动，通过多个磁头臂的摇摆和磁盘的旋转，磁头就可以在磁盘旋转的过程中就读取到磁盘中存储的各种数据。

1.3 磁盘的扇区、磁道、柱面

磁道： 磁盘的每个盘面被划分为许多同心圆，这些同心圆的轨道叫做磁道。

扇区： 一个盘面划分为若干个内角相同的扇形，这样盘面上的每个磁道就被分为若干段圆弧，每段圆弧叫做一个扇区。每个扇区中的数据作为一个单元同时被读入或写入。每一个扇区是512字节，其中有64个字节存储的是分区表，一条分区信息占16个字节。

柱面： 每一个盘片同一大小的同心圆可以看成连在一起的柱面，磁盘在分区的时候最小单位是柱面，每一个盘片的上下面都可以读取数据，每一个磁头，不可以跨盘面读取数据。

1.4 磁盘的分类

IDE接口磁盘： 特点价格低廉，兼容性强，性价比高，数据传输较慢，不支持热插拔等。

SCSI接口磁盘： 传输速率高，读写性能好，运行稳定，可连接多个设备；可支持热插拔，占用CPU低，但是价格相对来说比较贵，一般用于工作站或服务器上。

SATA接口磁盘： 结构简单、支持热插拔。

USB接口磁盘： 移动硬盘，随身携带，性能较低。

IDE接口的磁盘在Linux系统中命名为：/dev/hd[a-z]

SCSI、SATA、USB接口的磁盘在Linux系统中命名为：/dev/sd[a-z]

虚拟化磁盘在Linux系统中命名为：/dev/vd[a-z]

打印机设备在Linux系统中命名为：/dev/lp[0-15]

2、磁盘分区

2.1 为什么要分区？

易于管理和使用：
比如说我们把磁盘分成多个盘（分区）sda1、sda2、sda3、sda4，假设sda1盘为系统盘，其他的比如说游戏、办公、软件盘，这样我们想管理哪个盘直接选中操作即可不会影响其他盘；而且根据用途我们也能较快的去使用相应的磁盘。

有利于数据的安全：
通过分区可以降低数据损失的风险；出现硬盘坏道、错误操作、重装系统都有可能造成数据损失，如果分区了，那么我们就可以将损失最小化。

节约寻找文件的时间：
寻找文件的时间是指电脑搜索文件的时间；分区以后，电脑搜索文件时只需要在相对应的分区搜索就可以了，没必要进行全盘搜索，大大节省了寻找文件的时间。

磁盘分区图示：

2.2 分区类型

MBR（Master Boot Record）和GPT（GUID Partition Table）是在磁盘上存储分区信息的两种不同方式；这些分区信息包含了分区从哪里开始的信息，这样操作系统才知道哪个扇区是属于哪个分区的，以及哪个分区是可以启动的。在磁盘上创建分区时，你必须在MBR和GPT之间做出选择。

MBR是Master Boot Record的简称，也就是主引导记录，是位于磁盘最前边的一段引导（Loader）代码，主要用来引导操作系统的加载与启动。

特点：

• MBR支持最大2TB磁盘，它无法处理大于2TB容量的磁盘
• 只支持最多4个主分区。若想要更多分区，需要创建扩展分区，并在其中创建逻辑分区

GPT磁盘是指使用GUID分区表的磁盘，GUID磁盘分区表（GUID Partition Table，缩写：GPT）其含义为“全局唯一标识磁盘分区表”，是一个实体硬盘的分区表的结构布局的标准。

特点：

• GPT对磁盘大小没有限制
• 最多可以创建128个分区

3、分区工具使用

3.1 查看分区使用情况

df	//命令查看已挂载磁盘或分区使用情况，默认K为单位
-h	//以G或者T或者M人性化方式显示
-i	//查看inode使用情况
-T	//查看文件系统类型

[[email protected] ~]# df -h
设备名称      	  磁盘大小 已用大小 可用大小 使用百分比 挂载点
Filesystem             Size  Used  Avail   Use%      Mounted on
devtmpfs               1.9G     0   1.9G     0%      /dev
tmpfs                  1.9G     0   1.9G     0%      /dev/shm
tmpfs                  1.9G  9.7M   1.9G     1%      /run
tmpfs                  1.9G     0   1.9G     0%     
 /sys/fs/cgroup
/dev/mapper/rhel-root   55G   14G    42G    26%      /
/dev/sr0               7.9G  7.9G      0   100%      /mnt/cdrom
/dev/nvme0n1p1        1014M  229M   786M    23%      /boot
tmpfs                  376M  4.0K   376M     1%      /run/user/0
tmpfs                  376M  1.2M   375M     1%      /run/user/42

lsblk	//查看所有磁盘和分区使用情况
[[email protected] ~]# lsblk 
NAME          MAJ:MIN RM  SIZE RO TYPE MOUNTPOINT
sr0            11:0    1  7.9G  0 rom  /mnt/cdrom
nvme0n1       259:0    0   60G  0 disk 
|-nvme0n1p1   259:1    0    1G  0 part /boot
|-nvme0n1p2   259:2    0   19G  0 part 
| |-rhel-root 253:0    0   55G  0 lvm  /
| `-rhel-swap 253:1    0    2G  0 lvm  [SWAP]
`-nvme0n1p3   259:3    0   40G  0 part 
  `-rhel-root 253:0    0   55G  0 lvm  /

du	//统计文件占用磁盘大小
-s	//列出总和
-h	//人性化显示容量信息

[[email protected] ~]# du -sh /etc/
30M     /etc/

3.2 磁盘分区工具

分区工具有fdisk和gdisk，当硬盘小于2T的时候我们应该用fdisk来分区，而当硬盘大于2T的时候则应用gdisk来进行分区；fdisk默认使用MBR分区表，gdisk默认使用GPT分区表。

//生产分区建议: 如无特殊需求, 直接使用整个磁盘即可, 无需分区
//学习分区建议: 1P+1E(3L) 2P+1E(2L) 3P+1E(1L) (仅适用于练习)      

fdisk	//磁盘分区工具，默认采用MBR分区表
-l	//列出系统中所有磁盘

[[email protected] ~]# fdisk -l			//查看系统中磁盘信息

[[email protected] ~]# fdisk  /dev/sdb		//对/dev/sdb进行分区
Command (m for help): m 			//获取帮助
Command action
   a   toggle a bootable flag   		//切换分区启动标记
   d   delete a partition     			//删除分区
   l   list known partition types   		//显示分区类型
   m   print this menu      			//显示帮助菜单
   n   add a new partition  			//新建分区
   o   create a new empty DOS partition table   //创建新的空白分区表
   p   print the partition table       		//显示分区表的信息
   q   quit without saving changes  		//不保存退出
   t   change a partition's system id   	//修改分区ID类型,可以通过l查看id
   w   write table to disk and exit     	//保存退出

//创建主分区
Command (m for help): n 			//新建分区
Partition type:
   p   primary (0 primary, 0 extended, 4 free)  //主分区
   e   extended 				//扩展分区
Select (default p): p   			//选择主分区
Partition number (1-4, default 1):  		//分区序号
First sector (2048-2097151, default 2048): 	//起始扇区位置，回车默认即可
Using default value 2048
Last sector, +sectors or +size{K,M,G} (2048-2097151, default 2097151): +50M //结束扇区位置，+50M表示此分区大小为50MB

//创建扩展分区
Command (m for help): n 			//新建分区
Partition type:
   p   primary (1 primary, 0 extended, 3 free)
   e   extended
Select (default p): e   			//创建扩展分区
Partition number (2-4, default 2):
First sector (104448-2097151, default 104448):
Using default value 104448
Last sector, +sectors or +size{K,M,G} (104448-2097151, default 2097151):  //回车默认划分所有空间给扩展分区

//创建逻辑分区
Command (m for help): n 			//新建分区
Partition type:
   p   primary (1 primary, 1 extended, 2 free)
   l   logical (numbered from 5)
Select (default p): l   			//创建逻辑分区
Adding logical partition 5
First sector (106496-2097151, default 106496):
Using default value 106496
Last sector, +sectors or +size{K,M,G} (106496-2097151, default 2097151): +100M  //分配100MB空间

//查看分区创建
Command (m for help): p
Device Boot      Start         End      Blocks   Id  System
/dev/sdb1            2048      104447       51200   83  Linux
/dev/sdb2          104448     2097151      996352    5  Extended
/dev/sdb5          106496      311295      102400   83  Linux

//保存分区
Command (m for help): w
The partition table has been altered!
Calling ioctl() to re-read partition table.
Syncing disks.

//安装parted, 刷新内核立即生效分区配置,无需重启
[[email protected] ~]# dnf -y install parted
[[email protected] ~]# partprobe /dev/sdb

//检查磁盘是否是MBR分区方式
[[email protected] ~]# fdisk -l /dev/sdb | grep type
Disk label type: dos
gdisk	//磁盘分区工具，默认采用GPT分区表

[[email protected] ~]# gdisk /dev/sdb
Command (? for help): n     			//创建新分区
Partition number (1-128, default 1):
First sector (34-2097118, default = 2048) or {+-}size{KMGTP}:
Last sector (2048-2097118, default = 2097118) or {+-}size{KMGTP}: +500M //分配500M大小

Command (? for help): p 			//查看分区情况
Number  Start (sector)    End (sector)  Size       Code  Name
   1            2048         1026047   500.0 MiB   8300  Linux filesystem

Command (? for help): w 			//保存分区
Do you want to proceed? (Y/N): y    		//确认
OK; writing new GUID partition table (GPT) to /dev/sdb.
The operation has completed successfully.

//检查磁盘是否是gpt格式
[[email protected] /]# fdisk /dev/sdb -l | grep type
Disk label type: gpt

//安装parted, 刷新内核立即生效分区配置,无需重启
[[email protected] ~]# yum -y install parted
[[email protected] ~]# partprobe /dev/sdb

3.2 磁盘格式化

mkfs命令用来格式化磁盘或分区，创建文件系统；磁盘分区后必须格式化创建文件系统才能正常使用。

mkfs	//格式化磁盘或分区
-b	//设定数据区块占用空间大小，目前支持1024、2048、4096 bytes每个块。
-t	//用来指定什么类型的文件系统，可以是ext3，ext4, xfs
-i	//设定inode的大小
-N	//设定inode数量，防止Inode数量不够导致磁盘不足
-L	//预设该分区的标签label

//使用-t指定方式创建xfs文件系统
[[email protected] ~]# mkfs -t xfs  /dev/sdb1

//也可以使用另一种方式格式化sdb1分区为ext4文件系统
[[email protected] ~]# mkfs.ext4  /dev/sdb1

3.3 磁盘挂载

磁盘分区格式化之后, 在Linux中必须进行挂载才能进行使用；挂载分区前需要创建挂载点, 挂载点就是一个目录，如果往挂载点目录写入数据, 实际上会写入到挂载的分区当中；挂载点建议是空目录, 如果不是也不影响挂载分区的使用，但是原有的文件会被隐藏。

挂载分为两种临时挂载和永久挂载；临时挂载即重启之后失效，永久挂载即开机自动挂载。

临时挂载磁盘：

mount		//磁盘挂载命令，实质为文件系统指定访问入口
-t		//指定挂载分区的文件系统类型，如ext3，ext4, xfs
-o		//指定挂载参数
-a		//重新读取/etc/fstab配置文件的所有挂载

//挂载/dev/sdb1至db1目录
[[email protected] ~]# mkdir /mnt/disk1
[[email protected] ~]# mount -t xfs /dev/sdb1  /mnt/disk1

//fstab被损坏情况下,让只读文件系统可写（正常情况下不使用）
[[email protected] ~]# mount -o rw,remount /

永久挂载磁盘：

blkid		//获取所有分区的UUID

//blkid命令获取sdb1分区的UUID
[[email protected] ~]# blkid | grep "sdb1"
/dev/sdb1: UUID="e271b5b2-b1ba-4b18-bde5-66e394fb02d9" TYPE="xfs"

//使用UUID临时挂载磁盘sdb1分区至于db1
[[email protected] ~]# mount UUID="e271b5b2-b1ba-4b18-bde5-66e394fb02d9" /mnt/disk1

//将挂载写入到/etc/fstab中，实现永久挂载, 开机自动挂载
[[email protected] ~]# vim /etc/fstab    
UUID=e271b5b2-b1ba-4b18-bde5-66e394fb02d9 /mnt/disk1 xfs  defaults 0  0

//加载fstab配置文件, 同时检测语法是否有错误
[[email protected] ~]# mount –a

fstab配置文件介绍：

[[email protected] ~]# vim /etc/fstab
分区标识(UUID或设备名)                      挂载点     文件类型  挂载参数    不检查 不备份
UUID=e271b5b2-b1ba-4b18-bde5-66e394fb02d9 /mnt/disk1        xfs  defaults    0     0

//挂载参数, 可写fstab配置文件, 也可以mount时使用-o参数指定
参数             参数意义                                  系统默认值
async            系统每隔一段时间把内存数据写入磁盘中
sync             时时同步内存和磁盘中数据；
suid，nosuid     允许/不允许分区有suid属性                  suid
rw，ro           可以指定文件系统是只读(ro)或可写(rw)        rw
exec，noexec     允许/不允许可执行文件执行，不要挂载根分区    exec
user，nouser     允许/不允许root外的其他用户挂载分区         nouser
auto，noauto     开机自动挂载/不自动挂载                    auto
defaults         默认文件系统挂载设置			  rw, suid, dev, exec, auto, nouser, async

//加载fstab配置文件中所有配置
[[email protected] ~]# mount -a

卸载挂载磁盘：

umount		//取消挂载
-lf		//强制取消挂载

//使用站点目录卸载
[[email protected] ~]# umount /mnt/disk1

//使用设备名卸载/dev/sdb1
[[email protected] ~]# umount /dev/sdb1

//umount不能卸载的情况
[[email protected] db1]# umount /db1  
umount: /db1: device is busy.
        (In some cases useful info about processes that use
         the device is found by lsof(8) or fuser(1)
       
//如上情况解决办法有两种, 切换至其他目录或使用'-l'选项强制卸载    
[[email protected]calhost db1]# umount -lf /db1

4、SWAP交换分区

交换分区SWAP就是LINUX下的虚拟内存分区,它的作用是在物理内存使用完之后,将磁盘空间(也就是SWAP分区)虚拟成内存来使用。交换分区一般指定虚拟内存的大小为实际内存的1~1.5倍。如果实际内存超过8GB，可以直接划分16GB给虚拟内存即可。

//为系统添加SWAP分区

//查看内存和SWAP交换分区的使用情况
[[email protected] ~]# free -mh
              total        used        free      shared  buff/cache   available
Mem:           1.8G        258M        103M         61M        1.4G        1.3G
Swap:             0           0           0 <--- 没有交换分区

//使用磁盘创建一个分区作为SWAP交换分区，并且把分区类型更改为82
[[email protected] ~]# fdisk  /dev/sdb

Command (m for help): n 			//新建分区
Partition type:
   p   primary (0 primary, 0 extended, 4 free)
   e   extended
Select (default p): p   			//选择主分区
Partition number (1-4, default 1):  		//分区序号
First sector (2048-2097151, default 2048): 	//起始扇区位置，回车默认即可
Using default value 2048
Last sector, +sectors or +size{K,M,G} (2048-2097151, default 2097151): +2G //结束扇区位置，+2G表示此分区大小为2G

Select (default p): t				//修改分区id
Partition number (default 1)			//选择要成为SWAP的分区
Hex code (type L to list all codes):82  	//修改成id为82
Changed type of partition 'Linux LVM' to 'Linux swap / Solaris'.

Command (m for help): p

   设备 Boot      Start         End      Blocks   Id  System
/dev/sdb1            2048     2099199     1048576   83  Linux
/dev/sdb2         2099200     6293503     2097152   82  Linux swap / Solaris <---修改成功

Command (m for help): w

//强烈建议对分区做了修改后都刷新一下
[[email protected] ~]# partprobe  /dev/sdb

//把sdb1格式化为交换分区
[[email protected] ~]# mkswap  /dev/sdb1
正在设置交换空间版本 1，大小 = 2097148 KiB
无标签，UUID=ba08eb90-2003-44e6-9769-9a9351aebb05

//启动交换分区
[[email protected] ~]# swapon /dev/sdb1
或者
[[email protected] ~]# swanon -a  //启动所有交换分区

//查看交换分区
[[email protected] ~]# free -mh
              total        used        free      shared  buff/cache   available
Mem:           1.8G        258M        103M         61M        1.4G        1.3G
Swap:            2G           0          2G

//永久挂载交换分区
[[email protected] ~]# blkid /dev/sdb1
/dev/sdb1: UUID="ba08eb90-2003-44e6-9769-9a9351aebb05" TYPE="swap" 

[[email protected] ~]# vim /etc/fstab 
UUID=ba08eb90-2003-44e6-9769-9a9351aebb05  swap	swap	defaults  0 0

5、生产磁盘故障案例

//Inode被占满，导致磁盘有可用的剩余空间也无法继续使用

[[email protected] ~]# dd if=/dev/zero of=/opt/newdisk bs=1k count=1024
[[email protected] ~]# mkfs.ext4 -i 1024 /opt/newdisk
[[email protected] ~]# mkdir /mnt/data
[[email protected] ~]# mount -t ext4 -o loop /opt/newdisk /mnt/data/

//inode被占满
[[email protected] ~]# cd /mnt/data/
[[email protected] data]# touch {1..20000}
touch: cannot touch `19997': No space left on device
touch: cannot touch `19998': No space left on device
touch: cannot touch `19999': No space left on device
touch: cannot touch `20000': No space left on device

//inode被占满，剩余block也是无法继续使用
[[email protected] ~]# df -h|grep data
/opt/newdisk    891K   34K  806K   5% /mnt/data/

[[email protected] ~]# df -i | grep data
/opt/newdisk      1024  1024       0  100% /mnt/data/

//假设现在线上正在运行Nginx服务, Nginx产生的日志已经达到了20个G, 磁盘眼看就看沾满了, 请问不重启Nginx的方式如何处理

//删除文件, 但虽然文件被删除但是Nginx持续占用着文件, 所以空间并不会被释放
rm -f access.log

//正确做法如下, 使用重定向清空该文件即可释放文件内容
> access.log