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linux磁盤分區(qū)、文件系統(tǒng)及目錄結(jié)構(gòu)
 1、Linux中如何表示硬盤和分區(qū)
硬盤分區(qū)包括主分區(qū)、擴(kuò)展分區(qū)、邏輯分區(qū)三種類型,之所以會有這樣的區(qū)分,是因?yàn)樵谟脖P的主引導(dǎo)扇區(qū)中用來存放分區(qū)信息的空間只有64個(gè)字節(jié)(主引導(dǎo)扇區(qū)一共只有512字節(jié)空間),而每一個(gè)分區(qū)的信息都要占用16字節(jié)空間,因而理論上一塊磁盤最多只能擁有4個(gè)分區(qū),當(dāng)然這4個(gè)分區(qū)都是主分區(qū)。這在計(jì)算機(jī)早期是沒什么問題的,但后來隨著硬盤空間越來越大,4個(gè)分區(qū)就遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠了,所以才又引入了擴(kuò)展分區(qū)的概念。擴(kuò)展分區(qū)也是主分區(qū),但是在擴(kuò)展分區(qū)中可以再創(chuàng)建新的分區(qū),這些分區(qū)就被稱為邏輯分區(qū),邏輯分區(qū)的數(shù)量就不再受主引導(dǎo)扇區(qū)空間大小的限制了,像IDE磁盤最多可以創(chuàng)建60個(gè)邏輯分區(qū)。
在Windows系統(tǒng)中,我們一般都是只創(chuàng)建一個(gè)主分區(qū)(也就是C盤),再將剩余的磁盤空間全部劃給擴(kuò)展分區(qū),最后在擴(kuò)展分區(qū)中創(chuàng)建邏輯分區(qū)。在“磁盤管理”工具中可以清楚地查看到這種邏輯關(guān)系。

在Linux系統(tǒng)中所有的磁盤以及磁盤中的每個(gè)分區(qū)都是用文件的形式來表示的。比如在你的電腦中有一塊硬盤,硬盤上劃分了3個(gè)分區(qū),那么在Linux系統(tǒng)中就會有相應(yīng)的4個(gè)設(shè)備文件,一個(gè)是硬盤的設(shè)備文件,另外每個(gè)分區(qū)也有一個(gè)設(shè)備文件,所有的設(shè)備文件都統(tǒng)一存放在/dev目錄中。
不同類型的硬盤和分區(qū)的設(shè)備文件命名都有統(tǒng)一的規(guī)則,具體表述形式如下:
硬盤:對于IDE接口的硬盤設(shè)備,表示為“hdX”形式的文件名,對于SATA或SCSI接口的硬盤設(shè)備,則表示為“sdX”形式的文件名,其中“X”可以為a、b、c、d等字母序號。例如,將系統(tǒng)中的第1個(gè)IDE設(shè)備表示為“hda”,將第2個(gè)SATA設(shè)備表示為“sdb”。
分區(qū):表示分區(qū)時(shí),以硬盤設(shè)備的文件名作為基礎(chǔ),在后邊添加該分區(qū)對應(yīng)的數(shù)字序號即可。例如,第1個(gè)IDE硬盤中的第1個(gè)分區(qū)表示為“hda1”、第2個(gè)分區(qū)表示為“hda2”,第2個(gè)SATA硬盤中的第3個(gè)分區(qū)表示為“sdb3”,第4個(gè)分區(qū)表示為“sdb4”等。
需要注意的是,由于主分區(qū)的數(shù)目最多只有四個(gè),因此主分區(qū)和擴(kuò)展分區(qū)的序號也就限制在1~4之間,而邏輯分區(qū)的序號將始終從5開始。例如,即便第1個(gè)IDE硬盤中只劃分了一個(gè)主分區(qū)、一個(gè)擴(kuò)展分區(qū),則新建的第1個(gè)邏輯分區(qū)的序號仍然是從5開始,應(yīng)表示為“sda5”,第2個(gè)邏輯分區(qū)表示為“sda6”。

另外,對于所有使用USB接口的移動(dòng)存儲設(shè)備,不論是移動(dòng)硬盤、優(yōu)盤,還是USB光驅(qū),都一律使用/dev/sdxx的設(shè)備文件。光驅(qū)(光盤)的設(shè)備文件一般默認(rèn)為/dev/cdrom,這個(gè)就與光驅(qū)的接口無關(guān)了。
2.LVM知識點(diǎn):
每個(gè)Linux使用者在安裝Linux時(shí)都會遇到這樣的困境:在為系統(tǒng)分區(qū)時(shí),如何精確評估和分配各個(gè)硬盤分區(qū)的容量,因?yàn)橄到y(tǒng)管理員不但要考慮到當(dāng)前某個(gè)分區(qū)需要的容量,還要預(yù)見該分區(qū)以后可能需要的容量的最大值。因?yàn)槿绻烙?jì)不準(zhǔn)確,當(dāng)遇到某個(gè)分區(qū)不夠用時(shí)管理員可能甚至要備份整個(gè)系統(tǒng)、清除硬盤、重新對硬盤分區(qū),然后恢復(fù)數(shù)據(jù)到新分區(qū)。
雖然現(xiàn)在有很多動(dòng)態(tài)調(diào)整磁盤的工具可以使用,例如Partation Magic等等,但是它并不能完全解決問題,因?yàn)槟硞€(gè)分區(qū)可能會再次被耗盡;另外一個(gè)方面這需要重新引導(dǎo)系統(tǒng)才能實(shí)現(xiàn),對于很多關(guān)鍵的服務(wù)器,停機(jī)是不可接受的,而且對于添加新硬盤,希望一個(gè)能跨越多個(gè)硬盤驅(qū)動(dòng)器的文件系統(tǒng)時(shí),分區(qū)調(diào)整程序就不能解決問題。
因此完美的解決方法應(yīng)該是在零停機(jī)前提下可以自如對文件系統(tǒng)的大小進(jìn)行調(diào)整,可以方便實(shí)現(xiàn)文件系統(tǒng)跨越不同磁盤和分區(qū)。幸運(yùn)的是Linux提供的邏輯盤卷管理(LVM,Logical Volume Manager)機(jī)制就是一個(gè)完美的解決方案。
LVM是邏輯盤卷管理(Logical Volume Manager)的簡稱,它是Linux環(huán)境下對磁盤分區(qū)進(jìn)行管理的一種機(jī)制,LVM是建立在硬盤和分區(qū)之上的一個(gè)邏輯層,來提高磁盤分區(qū)管理的靈活性。通過LVM系統(tǒng)管理員可以輕松管理磁盤分區(qū),如:將若干個(gè)磁盤分區(qū)連接為一個(gè)整塊的卷組(volume group),形成一個(gè)存儲池。管理員可以在卷組上隨意創(chuàng)建邏輯卷組(logical volumes),并進(jìn)一步在邏輯卷組上創(chuàng)建文件系統(tǒng)。管理員通過LVM可以方便的調(diào)整存儲卷組的大小,并且可以對磁盤存儲按照組的方式進(jìn)行命名、管理和分配,例如按照使用用途進(jìn)行定義:“development”和“sales”,而不是使用物理磁盤名“sda”和“sdb”。而且當(dāng)系統(tǒng)添加了新的磁盤,通過LVM管理員就不必將磁盤的文件移動(dòng)到新的磁盤上以充分利用新的存儲空間,而是直接擴(kuò)展文件系統(tǒng)跨越磁盤即可。
LVM基本術(shù)語
LVM是在磁盤分區(qū)和文件系統(tǒng)之間添加的一個(gè)邏輯層,來為文件系統(tǒng)屏蔽下層磁盤分區(qū)布局,提供一個(gè)抽象的盤卷,在盤卷上建立文件系統(tǒng)。下面是幾個(gè)LVM術(shù)語:
物理存儲介質(zhì)(The physical media)
這里指系統(tǒng)的存儲設(shè)備:硬盤,如:/dev/hda1、/dev/sda等等,是存儲系統(tǒng)最低層的存儲單元。
物理卷(physical volume)
物理卷就是指硬盤分區(qū)或從邏輯上與磁盤分區(qū)具有同樣功能的設(shè)備(如RAID),是LVM的基本存儲邏輯塊,但和基本的物理存儲介質(zhì)(如分區(qū)、磁盤等)比較,卻包含有與LVM相關(guān)的管理參數(shù)。
卷組(Volume Group)
LVM卷組類似于非LVM系統(tǒng)中的物理硬盤,其由物理卷組成??梢栽诰斫M上創(chuàng)建一個(gè)或多個(gè)“LVM分區(qū)”(邏輯卷),LVM卷組由一個(gè)或多個(gè)物理卷組成。
邏輯卷(logical volume)
LVM的邏輯卷類似于非LVM系統(tǒng)中的硬盤分區(qū),在邏輯卷之上可以建立文件系統(tǒng)(比如/home或者/usr等)。
PE(physical extent)
每一個(gè)物理卷被劃分為稱為PE(Physical Extents)的基本單元,具有唯一編號的PE是可以被LVM尋址的最小單元。PE的大小是可配置的,默認(rèn)為4MB。
LE(logical extent)
邏輯卷也被劃分為被稱為LE(Logical Extents) 的可被尋址的基本單位。在同一個(gè)卷組中,LE的大小和PE是相同的,并且一一對應(yīng)。
3.RAID知識點(diǎn)
     RAID,為Redundant Arrays of Independent Disks的簡稱,中文為廉價(jià)冗余磁盤陣列。主要RAID級別:RAID 0、RAID 1、RAID 5、RAID 6、RAID 0+1
    磁盤陣列其實(shí)也分為軟陣列 (Software Raid)和硬陣列 (Hardware Raid) 兩種. 軟陣列即通過軟件程序并由計(jì)算機(jī)的 CPU提供運(yùn)行能力所成. 由于軟件程式不是一個(gè)完整系統(tǒng)故只能提供最基本的 RAID容錯(cuò)功能. 其他如熱備用硬盤的設(shè)置, 遠(yuǎn)程管理等功能均一一欠奉. 硬陣列是由獨(dú)立操作的硬件提供整個(gè)磁盤陣列的控制和計(jì)算功能. 不依靠系統(tǒng)的CPU資源. 由于硬陣列是一個(gè)完整的系統(tǒng), 所有需要的功能均可以做進(jìn)去. 所以硬陣列所提供的功能和性能均比軟陣列好. 而且, 如果你想把系統(tǒng)也做到磁盤陣列中, 硬陣列是唯一的選擇. 故我們可以看市場上 RAID 5 級的磁盤陣列均為硬陣列. 軟 陣列只適用于 Raid 0 和 Raid 1.
RAID 0:將多個(gè)較小的磁盤合并成一個(gè)大的磁盤,不具有冗余,并行I/O,速度最快。RAID 0亦稱為帶區(qū)集。它是將多個(gè) 磁盤并列起來,成為一個(gè)大硬盤。在存放數(shù)據(jù)時(shí),其將數(shù)據(jù)按磁盤的個(gè)數(shù)來進(jìn)行分段,然后同時(shí)將這些數(shù)據(jù)寫進(jìn)這些盤中,系統(tǒng)有數(shù)據(jù)請求就可以被多個(gè)磁盤并行的執(zhí)行,每個(gè)磁盤執(zhí)行屬于它自己的那部分?jǐn)?shù)據(jù)請求。這種數(shù)據(jù)上的并行操作可以充分利用總線的帶寬,顯著提高磁盤整體存取性能, 所以,在所有的級別中,RAID 0的速度是最快的。但是RAID 0沒有冗余功能的,如果一個(gè)磁盤(物理)損壞,則所有的數(shù) 據(jù)都無法使用。
RAID 1:兩組相同的磁盤系統(tǒng)互作鏡像,速度沒有提高,但是允許單個(gè)磁盤錯(cuò),可靠性最高。RAID 1就是鏡像。其原理為 在主硬盤上存放數(shù)據(jù)的同時(shí)也在鏡像硬盤上寫一樣的數(shù)據(jù)。當(dāng)主硬盤(物理)損壞時(shí),鏡像硬盤則代替主硬盤的工作。因 為有鏡像硬盤做數(shù)據(jù)備份,所以RAID 1的數(shù)據(jù)安全性在所有的RAID級別上來說是最好的。但是其磁盤的利用率卻只有50%, 是所有RAID上磁盤利用率最低的一個(gè)級別。
RAID 5:是一種存儲性能、數(shù)據(jù)安全和存儲成本兼顧的存儲解決方案。RAID 5不對存儲的數(shù)據(jù)進(jìn)行備份,而是把數(shù)據(jù)和相對應(yīng)的奇偶校驗(yàn)信息存儲到組成RAID5的各個(gè)磁盤上,并且奇偶校驗(yàn)信息和相對應(yīng)的數(shù)據(jù)分別存儲于不同的磁盤上。當(dāng)RAID5的一個(gè)磁盤數(shù)據(jù)發(fā)生損壞后,利用剩下的數(shù)據(jù)和相應(yīng)的奇偶校驗(yàn)信息去恢復(fù)被損壞的數(shù)據(jù)。RAID 5可以理解為是RAID 0和RAID 1的折衷方案。RAID 5可以為系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)安全保障,但保障程度要比Mirror低而磁盤空間利用率要比Mirror高。RAID 5具有和RAID 0相近似的數(shù)據(jù)讀取速度,只是多了一個(gè)奇偶校驗(yàn)信息,寫入數(shù)據(jù)的速度比對單個(gè)磁盤進(jìn)行寫入操作稍慢。同時(shí)由于多個(gè)數(shù)據(jù)對應(yīng)一個(gè)奇偶校驗(yàn)信息,RAID 5的磁盤空間利用率要比RAID 1高,存儲成本相對較低。硬盤的利用率為n-1。
RAID 6:與RAID 5相比,增加了第二個(gè)獨(dú)立的奇偶校驗(yàn)信息塊。 兩個(gè)獨(dú)立的奇偶系統(tǒng)使用不同的算法, 數(shù)據(jù)的可靠性非常高. 即使兩塊磁盤同時(shí)失效,也不會影響數(shù)據(jù)的使用。 但需要分配給奇偶校驗(yàn)信息更大的磁盤空間,相對于RAID 5有更大的“寫損失”。RAID 6 的寫性能非常差, 較差的性能和復(fù)雜的實(shí)施使得RAID 6很少使用。
RAID 0+1:同時(shí)具有RAID 0和RAID 1的優(yōu)點(diǎn)。RAID0+1也通過數(shù)據(jù)的100%備份提供數(shù)據(jù)安全保障,因此RAID 0+1的磁盤空間利用率與RAID 1相同,存儲成本高。RAID 0+1的特點(diǎn)使其特別適用于既有大量數(shù)據(jù)需要存取,同時(shí)又對數(shù)據(jù)安全性要求嚴(yán)格的領(lǐng)域,如銀行、金融、商業(yè)超市、倉儲庫房、各種檔案管理等。也稱為RAID 10
冗    余:采用多個(gè)設(shè)備同時(shí)工作,當(dāng)其中一個(gè)設(shè)備失效時(shí),其它設(shè)備能夠接替失效設(shè)備繼續(xù)工作的體系。在PC服務(wù)器上,通 常在磁盤子系統(tǒng)、電源子系統(tǒng)采用冗余技術(shù)。
4. Linux使用的文件系統(tǒng)類型
文件系統(tǒng)類型決定了向分區(qū)中存放、讀取文件數(shù)據(jù)的方式和效率,在對分區(qū)進(jìn)行格式化時(shí)需要選擇所使用的文件系統(tǒng)類型。在Windows系統(tǒng)中,硬盤分區(qū)通常都是采用FAT32或NTFS文件系統(tǒng),而在Linux系統(tǒng)中,硬盤分區(qū)則大都是采用EXT4文件系統(tǒng)。
EXT4,第4代擴(kuò)展文件系統(tǒng),是RHEL6中默認(rèn)使用的文件系統(tǒng)類型,屬于典型的日志型文件系統(tǒng)。其特點(diǎn)是保持有磁盤存取記錄的日志數(shù)據(jù),便于恢復(fù),性能和穩(wěn)定性更加出色。
除了EXT4文件系統(tǒng)之外,Linux中還有一個(gè)比較特殊的SWAP類型的文件系統(tǒng),swap文件系統(tǒng)是專門給交換分區(qū)使用的。交換分區(qū)類似于Windows系統(tǒng)中的虛擬內(nèi)存,能夠在一定程度上緩解物理內(nèi)存不足的問題。不同的是,在Windows系統(tǒng)中是采用一個(gè)名為pagefile.sys的系統(tǒng)文件作為虛擬內(nèi)存使用,而在Linux系統(tǒng)中則是劃分了一個(gè)單獨(dú)的分區(qū)作為虛擬內(nèi)存,這個(gè)分區(qū)就被稱為交換分區(qū)。交換分區(qū)的大小通常設(shè)置為主機(jī)物理內(nèi)存的2倍,如主機(jī)的物理內(nèi)存大小為1GB,則交換分區(qū)大小設(shè)置為2GB即可。
5. Linux的目錄結(jié)構(gòu)
在Windows系統(tǒng)中,為每個(gè)分區(qū)分配一個(gè)盤符,在資源管理器中通過盤符就可以訪問相應(yīng)的分區(qū)。每個(gè)分區(qū)使用獨(dú)立的文件系統(tǒng),在每一個(gè)盤符中都會有一個(gè)根目錄。
在Linux系統(tǒng)中,將所有的目錄和文件數(shù)據(jù)組織為一個(gè)樹型的目錄結(jié)構(gòu),整個(gè)系統(tǒng)中只存在一個(gè)根目錄,所有的分區(qū)、目錄、文件都在同一個(gè)根目錄下面。
在Linux系統(tǒng)中定位文件或目錄位置時(shí),使用“/”進(jìn)行分隔(區(qū)別于Windows中的“\”)。在整個(gè)樹型目錄結(jié)構(gòu)中,使用獨(dú)立的一個(gè)“/”表示根目錄,根目錄是Linux文件系統(tǒng)的起點(diǎn)。在根目錄下面按用途不同劃分有很多子目錄,而一個(gè)硬盤分區(qū)只有掛載到某個(gè)目錄中才能被訪問,這個(gè)指定的目錄就被稱為掛載點(diǎn)。例如將分區(qū)“/dev/hda2”掛載到根目錄“/”,那么通過訪問根目錄“/”就可以訪問到“/dev/hda2”分區(qū),這個(gè)分區(qū)也就稱為根分區(qū)。對于初學(xué)者,除了交換分區(qū)以外,一般只需要再創(chuàng)建2個(gè)分區(qū),分別作為根分區(qū)和/boot分區(qū),基本就可以滿足需求了。
/root:管理員的家目錄;
/bin: 可執(zhí)行文件, 用戶命令
/boot: 系統(tǒng)啟動(dòng)相關(guān)的文件,如內(nèi)核、initrd,以及grub(bootloader)
/dev: 設(shè)備文件  
         設(shè)備文件:字符設(shè)備、塊設(shè)備
         塊設(shè)備:(硬盤、光盤)隨機(jī)訪問,數(shù)據(jù)塊
         字符設(shè)備:(鍵盤、鼠標(biāo))線性訪問,按字符為單位
         設(shè)備號:主設(shè)備號(major device number)和此設(shè)備號(minor device number)
         系統(tǒng)核心就是通過這兩個(gè)號碼來判斷設(shè)備的。
/etc:配置文件
/home:默認(rèn)用戶的家目錄,每一個(gè)用戶的家目錄通常默認(rèn)為/home/USERNAME
         ~:表示當(dāng)前用戶的家目錄
         ~USERNAME:則表示USERNAME的家目錄
/var:系統(tǒng)執(zhí)行過程中經(jīng)常變化的文件
/lib:系統(tǒng)使用的函數(shù)庫目錄
         靜態(tài)庫, .a
         動(dòng)態(tài)庫, Windows(.dll), Linux(.so:shared object)
/lib/modules:內(nèi)核模塊文件
/usr:shared, read-only (全局共享只讀)
         系統(tǒng)主要程序、圖形界面所需要的文件、額外的函數(shù)庫、本機(jī)自行安裝的軟件、共享目錄與文件
         /usr/bin、/usr/sbin:一般身份和管理員可執(zhí)行的文件
         /usr/lib:各應(yīng)用軟件的函數(shù)庫文件

         /usr/local:
         /usr/local/bin
         /usr/local/sbin
         /usr/local/lib

/media:掛載點(diǎn)目錄,移動(dòng)設(shè)備
/mnt:掛載點(diǎn)目錄,額外的臨時(shí)文件系統(tǒng)
/opt:可選目錄,第三方程序的安裝目錄 -> /usr/local/
/proc:偽文件系統(tǒng),內(nèi)核映射文件
/sys:偽文件系統(tǒng),跟硬件設(shè)備相關(guān)的屬性映射文件
/tmp:臨時(shí)文件, /var/tmp
/sbin:管理命令
/lost+found:系統(tǒng)發(fā)生錯(cuò)誤時(shí),會將一些遺失的片段放置此目錄


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