Linux磁盘与分区

正在从新装载虚拟机，碰到磁盘分区一阵头大，花了一下午对分区的基本原理做了一个梳理

 

一、磁盘

 

硬盘内部结构：

磁盘：由盘片、机械手臂、磁头、主轴马达组成，而数据的写入主要是在盘片上面，盘片上又细分为扇区与柱面两种单位，扇区每个为512bytes那么大  。

 

其中，磁盘的第一个扇区特别重要。

MBR(Master Boot Record)主引导记录扇区：使用位于磁盘的0号扇区（一扇区等于512bytes），来表示整个磁盘的整体分区情况，整个0号扇区：由引导代码、MBR分区表、MBR结束标志3部分构成，一共占用512个bytes。其中引导代码占用446bytes，MBR分区表占用64bytes，MBR结束标志占用2bytes，MBR扇区一共占用512bytes。

1、引导代码：占MBR分区的前446bytes，负责整个系统的启动。如果引导代码被破坏，系统将无法启动

2、分区表：占引导代码后面的64bytes，是整个硬盘的分区表。每个分区使用的字节为16个，所以这确定了MBR分区方式最多只有4个主分区（包含扩展分区在内）。

3、MBR结束标志：占用最后2个字节，一直为"55AA".

 

磁道：上图中硬盘被一圈圈分成18等分的同心圆，这些同心圆就是磁道，但打开硬盘，用户不能看到这些，它实际上是被磁头磁化的同心圆.这些磁道是有间隔的，因为磁化单元太近会产生干扰。

扇区：每个磁道中被分成若干等份的区域，扇区是硬盘数据存储的最小单位。

柱面：假如一个硬盘只有上图中的3个磁盘片，每一片中的磁道数是相等的.从外圈开始，这些磁道被分成了0磁道、1磁道、2磁道...具有相同磁道编号的同心圆组成面就称作柱面.为了便于理解，柱面可以看作没有底的铁 桶.从上图可以看出，柱面数就是磁盘上的磁道数，柱面是硬盘分区的最小单位。因此，一个硬盘的容量=柱面*磁头*扇区*512。

簇：扇区是硬盘数据存储的最小单位，但操作系统无法对数目众多的扇区进行寻址，所以操作系统就将相邻的扇区组合在一起，形成一个簇，然后再对簇进行管理。每个簇可以包括2、4、8、16、32、64个扇区。

 

磁盘连接的方式

主流的磁盘接口为SATA接口。

SATA/USB/SCSI等磁盘接口都是使用SCSI模块来驱动的，因此这些接口的磁盘设备文件名都是/dev/sd[a-p]的格式。顺序需要根据Linux内核检测到磁盘的顺序来决定。

比如PC上面有两个SATA磁盘以及一个USB磁盘，而主板上面有6个SATA的插槽。这两个SATA磁盘分别安插在转的SATA1 SATA5接口上，那么

1.SATA1插槽上的文件名 /dev/sda

2.SATA2插槽上的文件名 /dev/sdb

3.USB磁盘(开机完成后才被系统识别) /dev/sdc

 

 

二、分区

 

• 在Windows操作系统中，是先将物理地址分开，再在分区上建立目录.在Windows操作系统中，所有路径都是从盘符开始，如C://program file。
• Linux正好相反，是先有目录，再将物理地址映射到目录中。在Linux操作系统中，所有路径都是从根目录开始。Linux默认可分为3个分区，分别是boot分区、swap分区和根分区。

无论是Windows操作系统，还是Linux操作系统，每个分区均可以有不同的文件系统，如FAT32、NTFS、Yaffs2等。

 

为什么要分区

1. 防止数据丢失：如果系统只有一个分区，那么这个分区损坏，用户将会丢失所的有数据。
2. 增加磁盘空间使用效率：可以用不同的区块大小来格式化分区，如果有很多1K的文件，而硬盘分区区块大小为4K，那么每存储一个文件将会浪费3K空间。这时我们需要取这些文件大小的平均值进行区块大小的划分。
3. 数据激增到极限不会引起系统挂起：将用户数据和系统数据分开，可以避免用户数据填满整个硬盘，引起的系挂起。

 

Linux系统默认分区

boot分区

该分区对应于/boot目录，约100MB.该分区存放Linux的Grub(bootloader)和内核源码。用户可通过访问/boot目录来访问该分区.换句话说，用户对/boot目录的操作就是操作该分区。（一般由本机MBR与硬盘MBR共同组成）

swap分区

该分区没有对应的目录，故用户无法访问。

Linux下的swap分区即为虚拟内存.虚拟内存用于当系统内存空间不足时，先将临时数据存放在swap分区，等待一段时间后，然后再将数据调入到内存中执行.所以说，虚拟内存只是暂时存放数据，在该空间内并没有执行。所以，swap分区只能由系统访问，其大小为物理内存的2倍。

/ 根分区

在Linux操作系统中，除/boot目录外的其它所有目录都对应于该分区.因此，用户可通过访问除/boot目录外的其它所有目录来访问该分区。

 

Linux系统分区的基本要求

1、至少要有一个根（/）分区，用来存放系统文件及程序。其大小至少在5GB以上。

2、要有一个swap（交换）分区，它的作用相当于Windows里的虚拟内存，swap分区的大小一般为物理内存容量的1.5倍（内存<8G）。但当系统物理内存大于8GB时，swap分区配置8-16GB即可，太大无用，浪费磁盘空间。swap分区不是必须的，但是大多数情况还是设置比较好，个别企业的数据库应用场景不分swap。

3、/boot分区，这是Linux系统的引导分区，用于存放系统引导文件，如Linux内核等。所有文件的总大小一般只有几十MB，并且以后也不会增大太多。因此，该分区可以设置位100~200MB，这个分区也不是必须的。

 

Linux系统推荐分区方案

方案1：网站集群架构中的某个节点服务器，即数据有多份或者数据不重要的服务器，建议的分区方案如下：

/boot：设置位100~200MB。

/swap：物理内存的1.5倍，当内存大于等于8GB时，给8-16GB即可

/：剩余硬盘空间大小（/usr,/home,/var等分区和/共用一份分区，这相当于在Windows系统中的C盘一样，所有数据和系统文件都放在了一起）

方案2：数据库及存储角色的服务器，即有大量重要数据的业务，建议分区方案如下：

/boot：设置为100~200MB。

/：大小设置为50~200GB，只存放系统相关文件，网站业务数据不放在这里。

/data：剩余硬盘空间大小，放数据库及存储重要数据的，data的名称也可以起别的名字。

提示：本方案其实就是把重要数据单独分区，便于备份和管理

方案3：大网站或门户级别企业的分区思路

/boot：设置为100MB

swap：物理内存的1.5倍，当内存大于等于8GB时，给8-16GB即可

/：大小设置为50~200GB，只存放系统相关文件，网站业务数据不放在这里。

剩余空间保留，不再进行分区，将来分配给部门，由他们自己根据需求再分~

提示：此种分区方案更灵活，比较适合业务线比较多需求不确定的大企业使用

 

请注意以下信息：

1. 其实所谓的”分区”只是针对那个64bytes的分区表进行设置而已。
2. 硬盘默认的分区表仅能写入四组分区信息。
3. 这四组分区信息我们称为主(Primary)和扩展(Extended)分区。
4. 分区的最小单位为柱面(cylinder)。

 

三、Linux系统分区命令

 

fdisk

• 查看硬盘分区信息
• 划分磁盘成为若干个区
• 为每个分区指定分区的文件系统

fdisk -l    查看硬盘及分区信息

fdisk -l /dev/sda    查看特定分区信息

dev/sdX 这一类的设备是指硬盘物理卷，只要装在了系统里就会显示的。

/dev/mapper/XXX 这一类是逻辑卷，逻辑卷跟物理卷不同，一个逻辑卷可以横跨N多块硬盘，且可以实时增大缩小其空间，这种灵活度已经超出了sdX这样单块硬盘的能力了。

逻辑卷是基于物理卷上的，所有的逻辑盘的大小加起来小于等于设备内装的硬盘的大小。

fdisk  /dev/sda    修改磁盘分区

 

知识点扩展

 

挂载点

利用一个目录当成进入点， 将磁盘分区的数据放置在该目录下。也就是说，进入该目录就可以读取该分区的意思。

这个操作称为 “挂载”，那个进入点的目录称为 挂载点 。

根目录一定需要挂载到某个分区。

 

虚拟内存

虚拟内存别称虚拟存储器（Virtual Memory）。电脑中所运行的程序均需经由内存执行，若执行的程序占用内存很大或很多，则会导致内存消耗殆尽。为解决该问题，Windows中运用了虚拟内存技术，即匀出一部分硬盘空间来充当内存使用。当内存耗尽时，电脑就会自动调用硬盘来充当内存，以缓解内存的紧张。若计算机运行程序或操作所需的随机存储器(RAM)不足时，则 Windows 会用虚拟存储器进行补偿。它将计算机的RAM和硬盘上的临时空间组合。当RAM运行速率缓慢时，它便将数据从RAM移动到称为“分页文件”的空间中。将数据移入分页文件可释放RAM，以便完成工作。 一般而言，计算机的RAM容量越大，程序运行得越快。若计算机的速率由于RAM可用空间匮乏而减缓，则可尝试通过增加虚拟内存来进行补偿。

 

主分区、扩展分区、逻辑分区

• 一个硬盘主分区至少有1个，最多4个；
• 扩展分区可以没有，最多1个；
• 主分区+扩展分区总共不能超过4个。

主分区也叫引导分区，Windows系统一般需要安装在这个主分区中，这样才能保证开机自动进入系统。简单来说，主分区就是可以引导电脑开机读取文件的一个磁盘分区，一块硬盘，最多可以同时创建4个主分区，当创建完四个主分区后，就无法再创建扩展分区和逻辑分区了（占用了所有硬盘空间）。此外，主分区是相互独立的，一般对应磁盘上的第一个分区，目前绝大多数电脑，在分区的时候，一般都是将C盘分成主分区。

分出主分区后，其余的部分可以分成扩展分区，一般是剩下的部分全部分成扩展分区，也可以不全分，剩下的部分就浪费了。

扩展分区不能直接使用，必须分成若干逻辑分区。所有的逻辑分区都是扩展分区的一部分。一般情况下，windows系统中的D、F等盘就是逻辑分区，也属于扩展分区。

硬盘的容量=主分区的容量+扩展分区的容量；扩展分区的容量=各个逻辑分区的容量之和+未分完的容量。

 

LVM逻辑卷管理（Logical Volume Manager）

LVM的做法是将几个物理的分区（或磁盘）通过软件组合成为一块看起来是独立的大磁盘(VG)，然后将这块大磁盘再经过分成可使用分区(LV)，最终就能够挂载使用。

物理卷：实际的物理分区

卷组：物理分区的集合

逻辑卷：从卷组中划分出的虚拟分