Linux磁盘分区及文件系统管理

   iops :  io per second
   磁盘接口类型：
       IDE  ： 并口，在高频下容易出错，133MB/s;
       SATA ： 串口，可高频，6gbps（1gbps=128MB/s）
       SCIS ： 并口，ultrascsi320 ，320MB/s
       SAS  ： 串口，6gbps
       USB  ： 串口，480MB/s

    硬盘类型：
        机械硬盘
            track ：磁道
            sector：扇区
            cylinder： 柱面，分区基于柱面；
            平均寻道时间： 5400rpm，7200rpm，10000rpm，15000rpm
                (铀分离的设备的转速达到30000rpm，机械硬盘这个转速已经很厉害了)
                高转速产生大量的热能，任何微小的尘粒在如此高转速下都会对硬盘造成影响)

    linux的设备类型：
        块（block） ： 随机访问；  
        字符（character）：线性访问；

    设备文件： FHS
         /dev
           设备文件： 关联至设备的驱动程序，设备的访问入口；
           设备号：
               major：主设备号，区分设备类型，用于标明设备所需要的驱动程序；
               minior：次设备号，区分同种类型下的不同的设备，是特定设备的访问入口；
    设备文件名
            磁盘：
               IDE：/dev/hd[a-z]
               SCSI,SATA,SAS,USB: /dev/sd[a-z]
            注意： Centos6和7统统将磁盘设备文件标识/dev/sd【[a-z]#
               如 /dev/sda
                  /dev/sda1,/dev/sda2;... 
    引用设备的方式： 设备文件名，卷标，UUID

    MBR及其使用：
       MBR： Master Boot Record 
       特点：
            占据磁盘0号sector，512bytes，分为三部分：
            446bytes：bootloader程序，引导启动操作系统；
            64bytes ： 分区表，每16个bytes标识一个分区，一共只有4个分区；
                4个主分区或者3主+1个扩展分区(多个逻辑分区)；
            2bytes  ： MBR区域的有效性标识，55AA为有效；

      GPT:Globally Unique IdentifierPartition Table Format  全局唯一标识符分区表。
      特点：
          驱动器上的每个分区都有一个全局唯一的标识符；
          支持几乎无限个分区数量，除非操作系统作出了限制；
          MBR占用的第一个sector现在是LBA0，GPT使用了34个LBA区块来纪录分区信息（第一个sector依然兼容的MBR）；
          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。
             LBA0 （MBR 相容区块）与MBR模式相近，前446B还是boot loader，后64B换成一个特殊标记，用于表面此磁盘是GPT格式。
             LBA1 （GPT 表头纪录）纪录分区表本身的位置与大小，备份 GPT 分区 放置的位置，以及校验码
             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个分区纪录，所以在默认的情况下，总共可以有4^32 = 128个分区纪录

        传统BIOS---->MBR格式。
        UEFI    ---->MBR格式+GPT格式  (Unified Extensible Firmware Interface：统一的可扩展固件接口)

      这里使用parted命令，fdisk也有gpt分区操作。
        （1）[root@localhost tmp]#parted；
        （2）help；
        （3）select device；
        （4）mklabel gpt；
        （5）mkpart；  
                   ---输入分区名字；
                   ---文件系统；
                   ---起始点，不要用0开头；
                   ---终结点；
                   ---起始点，可以用#G；
            此时已经分区成功
        （6）print 查看
        （7）quit

[root@localhost tmp]# parted
GNU Parted 3.1
Using /dev/sda
Welcome to GNU Parted! Type 'help' to view a list of commands.
(parted) select /dev/sdd
Using /dev/sdd
(parted) mklabel gpt
Warning: The existing disk label on /dev/sdd will be destroyed and all data on
this disk will be lost. Do you want to continue?
Yes/No? yes                                                               
(parted) mkpart                                                           
Partition name?  []? mygpd_data                                           
File system type?  [ext2]? ext4                                           
Start? 1                                                                  
End? 2G                       
(parted) print
Model: VMware, VMware Virtual S (scsi)
Disk /dev/sdd: 2147MB
Sector size (logical/physical): 512B/512B
Partition Table: gpt
Disk Flags: 
Number  Start   End     Size    File system  Name        Flags
 1      1049kB  2146MB  2145MB               mygpd_data

 1.查看 fdisk -k device
   2.管理 fdisk device
     fdisk 提供了一个交互式接口来管理分区，具有多个子命令；所有操作均在内存中完成；
     没有直接同步到磁盘，直到使用w命令保存到磁盘上；
     注意： 在已经分区并且已挂载其中某个分区的磁盘设备上创建新的分区，内核可能在其创建完成后无法识别；
        查看： cat /proc/partitions
        通知内核，强制读取磁盘分区：
           centos5： partprobe device；
           centos6.7： 
                 partx -a device
                 kpartx -a device
   分区创建工具：parted ； sfdisk

      格式化： 
        低级格式化,分区之前，划分磁道；
        高级格式化,分区之后对分区创建文件系统，
            superblock,i节点inode table,数据块data block，目录块directory block，
            间接块indirection blockblock ，位图索引inode bitmap，block bitmap；
      元数据区+实际数据区
      元数据区：inode table
            文件元数据：文件大小，权限、宿主宿组、时间戳、数据块指针等，不记录文件名；
            元数据区对每一个文件的信息记录格式是统一的，给出一个模板然后根据文件的实际情况填写而已；
        数据块指针的记录内容是有限的，决定了文件的大小上限。根据数据块指针到数据区取得文件的实际数据。 
        符合链接文件：存储数据指针的空间中存储了文件的真实访问路径。
        设备文件：   存储数据指针的空间中存储了设备号。
        这两种文件都不占据数据区。

Linux文件系统： ext2，ext3，ext4，xfs，btrfs
       光盘： ISO9660
       网络文件系统： nfs，clfs
       集群文件系统： gfs2，ocfs2
       内核级分布式文件系统： ceph
       
       windows文件系统：vfat，ntfs
              windows无法识别linux的文件系统，因此，存储设备在需要两种系统之间交叉使用时，
          应使用两者同时支持的文件系统：vfat
              # mkfs.vfat device
          注意： U盘格式为ntfs的话，可以用一个NTFS-3G的插件，安装后linux可以支持NTFS文件，linux将其识别为ntfs-3g文件系统
               ntfs-3g-ntfsprogs-2011.3.32.tgz
          解压后执行./config   make  makeinstall  编译安装
          若U盘被识别为sda3设备，则执行如下指令
          #mount -t ntfs-3g /dev/sda /mnt/win
          
       伪文件系统：proc，sysfs，tmpfs，hugepagefs
           用户空间的分布式文件系统： mogilefs，moonsefs，glusterfs

           交互文件系统：swap；
           linux上交互分区必须使用独立的文件系统，该system ID必须为82,通过fdisk上的t进行设置；
           创建swap文件系统：  mkswap  device
            启用       :   swapon devcie
                              -a : 启用在/etc/fstab文件中所有的swap设备。
            禁用       :   swapoff devcie
        创建一个大小为1G的swap分区，并启用。

[root@localhost ~]# fdisk /dev/sde
Command (m for help): n
Partition type:
   p   primary (0 primary, 0 extended, 4 free)
   e   extended
Select (default p): p
Partition number (1-4, default 1): 1
First sector (2048-4194303, default 2048): 
Using default value 2048
Last sector, +sectors or +size{K,M,G} (2048-4194303, default 4194303): +1G     
Partition 1 of type Linux and of size 1 GiB is set
Command (m for help): t
Selected partition 1
Hex code (type L to list all codes): 82
Changed type of partition 'Linux' to 'Linux swap / Solaris'
Command (m for help): w
The partition table has been altered!
[root@localhost ~]# mkswap /dev/sde1
Setting up swapspace version 1, size = 1048572 KiB
no label, UUID=adcb05b1-3368-4e97-80c8-7ed13e959c63
[root@localhost etc]# free -m
              total        used        free      shared  buff/cache   available
Mem:           3778         380         166           6        3231        3140
Swap:          2047           6        2041
[root@localhost etc]# swapon /dev/sde1
[root@localhost etc]# free -m
              total        used        free      shared  buff/cache   available
Mem:           3778         381         165           6        3231        3139
Swap:          3071           6        3065

 1.创建文件系统工具: mkfs
      mkfs.ext2;  mkfs.ext3; mkfs.ext4; mkfs.xfs;
   查看文件系统类型:  blkid device;
   mke2fs命令
     mke2fs [OPTIONS] device
       -t {ext2|ext3|ext4}
       -b {1024|2048|4096}
       -L  LABEL卷标
       -j  创建日志功能文件系统ext3
       -i # 多少个字节一个inode
       -N # 创建inode的总数
       -m # 预留空间，百分表
       -O [^] 以指定的特性创建目标文件系统；

练习：创建一个1G的分区，并格式化为ext4文件系统。要求：
（1）block大小为2048，预留空间20%，卷标为MYDATA，

[root@localhost tmp]# fdisk /dev/sde  
        Command (m for help): n
Partition type:
   p   primary (0 primary, 0 extended, 4 free)
   e   extended
Select (default p): p
Partition number (1-4, default 1): 1
First sector (2048-4194303, default 2048): 
Using default value 2048
Last sector, +sectors or +size{K,M,G} (2048-4194303, default 4194303): +1G
Partition 1 of type Linux and of size 1 GiB is set
Command (m for help): w
The partition table has been altered!
Calling ioctl() to re-read partition table.
Syncing disks.
root@localhost tmp]# mke2fs -t ext4 -b 2048 -L MYDATA -m 20 /dev/sde1
mke2fs 1.42.9 (28-Dec-2013)
Filesystem label=MYDATA
OS type: Linux
Block size=2048 (log=1)
Fragment size=2048 (log=1)
Stride=0 blocks, Stripe width=0 blocks
65536 inodes, 524288 blocks
104857 blocks (20.00%) reserved for the super user
First data block=0
Maximum filesystem blocks=268959744
32 block groups
16384 blocks per group, 16384 fragments per group
2048 inodes per group
Superblock backups stored on blocks: 
        16384, 49152, 81920, 114688, 147456, 409600, 442368
Allocating group tables: done                            
Writing inode tables: done                            
Creating journal (16384 blocks): done
Writing superblocks and filesystem accounting information: done

挂载与卸载： mount umount
    根文件系统外的其它文件系统，要想能够被访问到，都必须通过‘关联’至根文件系统上的某个目录来实现，
  此‘关联’操作即‘挂载’，此目录即为挂载点。
    挂载点： mount point 用于作为另一个文件系统的访问入口
       (1): 事先存在；
       (2): 应用使用未被或或不会被其它目录进程使用的目录；
       (3): 挂载点下原有的文件建会被隐藏；
        思考一个问题：将一个装有linux系统的磁盘(根文件系统A)接到另一台linux系统(B)的设备上，然后挂载在B系统一个目录下，
            B上的某用户(root或者普通用户)对A文件的读写执行权限？

          mount [-fnrsvw] [-t vfstype] [-o options] device dir
             -r：  只读
             -w：  读写(默认选项)
             -n：  禁止同步(默认情况下，设备挂载与卸载都同步到/etc/mtab中)
             -t --vfstype：  指定文件类型
             -L --LABEL： 以label方式指明设备
             -U --UUID ： 以uuid方式指明设备
             -o ： 自动挂载所有支持自动挂载的设备
                sync/async： 同步/异步
                atime/noatime： 是否更新其访问的时间戳
                diratime/nodiratime： 只针对目录时间戳
                remount： 重挂
                acl： 支持使用acl功能
                  #mount -o acl device dir
                  #mount -o alc device
                ro：只读
                rw：读写
                exec/noexec  是否允许运行此设备上的文件  
      使用技巧：mount --bind 源目录 目标目录，  可以实现将目录绑定至另一个目录上，作为其临时访问入口。

      查看当前系统所有已挂载设备：
      # mount
      # cat /etc/mtab
      # cat /proc/mounts

        umount [-dflnrv] {dir|device}...
             正在被进程访问的挂载点无法被卸载
      查看被何进程使用：
      #lsof mount_point
      #fuser -v mount_point
 
[root@localhost /]# fuser -v /dev/sde1
USER        PID ACCESS COMMAND
/dev/sde1:    root     kernel swap  /dev/sde1

UUID=795d1641-c4f8-4f72-911b-6eedfe2ac733 /          xfs     defaults        0 0
UUID=ecde1354-5470-4692-bc2b-9cc94bd3b11c /boot        xfs     defaults        0 0
UUID=ad488060-c1c6-4871-a8e2-228de0b90457 swap         swap    defaults        0 0

        (1)要挂载的设备：设备文件，LABEL，UUID，伪文件系统
        (2)挂载点,swap类型的挂载点为swap
        (3)文件系统类型
        (4)挂载选项
        (5)转储频率，0从不，1每天，2每隔一天
        (6)自检次序

接上面的练习：
   （2) 挂载至/mydata目录，要求挂载时禁止程序自动运行，且不更新文件的访问时间戳。
   （3）可开机自动挂载。

[root@localhost mydata]# mount -o noatime noexec -L MYDATA /mydata   ---错误，o后面的参数以，分隔
[root@localhost mydata]# mount -o noatime,noexec -L MYDATA /mydata
[root@localhost /]# vim /etc/fstab 
UUID=795d1641-c4f8-4f72-911b-6eedfe2ac733 /      xfs     defaults        0 0
UUID=ecde1354-5470-4692-bc2b-9cc94bd3b11c /boot    xfs     defaults        0 0
UUID=ad488060-c1c6-4871-a8e2-228de0b90457 swap    swap     defaults        0 0
LABEL=MYDATA                /mydata   ext4     defaults        0 0