Linux磁盘设备基础

free -m 查看系统内存

[root@zhang /]# free -m

total       used       free     shared    buffers     cached

Mem:          1004        226        777          0         29        150

-/+ buffers/cache:         46        957

Swap:          199          0        199

linux系统的特性是将系统不用的物理内存缓存起来，所以777不是系统真正的缓存,957才是

buffers是写入缓冲区，sync命令是将buffers缓冲区数据写入磁盘

cache为读出缓存，磁盘里的数据读出来存到cache里

磁盘的内部结构主要是包括:盘片、磁头、盘片主轴、控制电机、磁头控制器、数据转换器、磁盘接口、缓存等几个部分。

磁头组件:由读写磁头、传动手臂、传动轴三部分组成。

磁盘读取数据的工作原理是利用特定的磁粒子的极性来记录数据。

磁盘片:盘片是磁盘存储数据的真正载体

磁盘接口是磁盘与主机系统之间的连接部件。

磁盘类型:

IDE是早期的家用，被淘汰了

SCSI 早期的服务器领域  好用但是昂贵

SATA流行的家用领域  --SATA口磁盘又叫做串口磁盘  支持热插拔

SAS 流行的服务器领域   --结合了SATA和SCSI的优点而诞生的

FC—光纤通道   高端服务器

硬盘选择的小结:

1.主轴转数

2.磁盘接口和类型

固态磁盘普遍使用SATA接口

固态磁盘的优点：

启动快  读取延时小  碎片不影响读取  写入速度快  无噪音 防震

缺点:贵，容量小，读写寿命短，数据恢复难

1)企业级SAS应用

企业里最常见的工业级SAS硬盘是15000转/分 ---用于提供生产线上的普通对外提供服务的对外服务器。例如:生产线上的数据库业务，存储业务，图片业务。SAS是生产环境的首选

2)企业级SATA硬盘

SATA硬盘7200-10000转/分，常见容量为1T和2T。使用量大，要求不高使用SATA

3)SSD固态电子盘

一般用于数据量小并且有超大规模高并发业--可以通过磁盘加内存缓存的技术方式解决这个大规模并发问题

磁盘使用小结:

1.线上的业务，使用SAS

2.线下的业务，使用SATA

3.线上高并发、小容量的业务，使用SSD磁盘

4.根据数据的访问热度，智能分析分层从存储。智能分析的案例 淘宝(sata500G+ssd80G)

特别注意:

千万不要用SATA磁盘来做在线高并发服务的数据存储或数据库业务。

操作系统是以扇区为单位将信息存储在磁盘上的。每个扇区为512个字节

小结:

1.扇区大小是512字节

2.扇区主要分为两部分:标识符头标和数据段

3.标识符(头标)：三维地址(哪个柱面(磁道)，磁头号，哪个扇区)，标识扇区是否可靠。

4.数据段: 数据和保护数据的纠错码(ECC)

磁道柱面扇区总括

1.一块磁盘有1个或多个盘片，一个盘片有两个磁头，磁头数=盘面数。 柱面数=磁道数

2.同一个盘面，以盘片中心为圆心，每个不同半径的圆形轨迹就是一个磁道

fdisk -l

磁盘大小=磁道数(=柱面数cylinders)*磁头数(head)*512字节*扇区数(sectors/track)

磁盘大小=柱面数*柱面大小(Unit)

磁盘读写原理小结:

1)磁盘是按照柱面为单位读写数据的，即先读取同一个盘面的某一个磁道，读完整个磁道之后，如果数据没有读完，磁头也不会切换到同一盘面的其他磁道，而是切换磁头

2)不同磁头间的切换是电子切换

磁盘基础知识回顾:

1)磁盘的作用:存储数据，物理设备。

3.5寸磁盘为例:

2)外部结构:

正面板:固定面板:产地，容量，日期，转数，品牌，条形码，跳线，电压，透气孔，内六角螺丝。

反面板:绿色控制电路板，上面有芯片，电容，电阻，缓存作用(free -m)等

Buffer写入缓冲区，cache读取缓存区

侧面:电源接口，跳线，数据接口(ide sata sas scsi)

3)内部结构:

磁盘片:2-14片 ，每个面都可以放数据

主轴:里面有轴承，马达

磁头组件:磁头，机械手臂，传动轴

前置控制电路，数据转换器，永久磁铁，步进电机(控制磁头径向移动)

核心组件:磁头及盘片

4)磁盘存取原理:

磁盘读数据时:将磁盘上的磁离子极性转换成电脉冲信号，然后通过数据转换器转换成电脑可以识别的数据。

5)磁盘读写数据的原理

磁盘读写数据时，按照柱面来读写数据的。可能会先读一个盘面的某一个磁道的数据，读完之后，在向下读取相同磁道，不同盘面的数据，知道所有盘面相同磁道的数据被读取完毕，切换到下一个柱面。这个切换过程叫做寻道，寻道要靠步进电机控制，让磁头做移动了，这是机械运动，因此很慢，写同理。

6)磁盘相关名词:

Disk 磁盘

Head 磁头

Sector 扇区

Track 磁道

Cylinder 柱面

Units 单元块(一个柱面的大小)

Block 磁盘块

inode 索引节点

主引导记录MBR的所在地:

0磁头0磁道1扇区(512字节)

前446字节代表主引导记录,后64字节代表磁盘分区表(每个分区占16字节,这就是为什么linux系统主分区+扩展分区只能有四个的原因),最后2字节为分区结束标识

磁盘分区表的16字节都代表什么

1 bytes 分区状态 1bytes 起始磁头号 2bytes 分区起始扇区和柱面号 1bytes 分区类型

1 bytes 结束磁头号 2bytes 分区结束扇区和柱面号 4bytes 线性寻址 4bytes 分区大小

磁盘分区:

fdisk 适合小于2T的磁盘分区  --fdisk /dev/sdb

分区结束后 partprode /dev/sdb  告诉系统内核修改了分区

parted适合大于2T的磁盘分区，也可以对小于2T的磁盘进行分区

parted /dev/sdb mklabel gpt     parted /dev/sdb mkpart 0 2048000

磁盘分区知识:

分区实质:修改分区表，划分起始柱面号和扇区号

一块磁盘分区:最多4p,3p+e,2p+e,1p+e,1p,2p,3p   p主分区 e扩展分区 l逻辑分区

最多有一个扩展分区，操作系统的限制，扩展分区不能直接用，必须划分逻辑分区

fdisk 分区的原理，就是修改64位字节分区表。不能对大于2T的磁盘分区

parted GNU分区工具，可以适合各种分区情况，当然也支持大于2T分区

生产分区的建议:

常规分区:web集群节点

/boot 100-200M

swap 内存1.5(内存大于8G，就只分8-16G)

/ 80-200G

/data 数据分区

门户网站:灵活分区

/boot 100-200M

swap 内存1.5(内存大于8G，就只分8-16G)

/ 80-200G

剩余分区不分，留着，将来领用的部分自己再分

文件系统小结:

1.文件系统:文件系统是对一个存储设备上的数据和源数据进行组织的一种机制,常见文件系统如ext2,ext3,ext4,NTFS或FAT,FAT32

2.分区必须格式化创建文件系统才能存放数据(所以必须格式化)，不同分区只能有一种文件系统

3.

Linux下常见的文件系统ext2，ext3，ext4，zfs，xfs和Reiserfs

文件系统的选型

1)SAS/SATA硬盘文件系统选择

a.reiserfs 大量小文件业务首选 reiserfs

b.xfs 数据库MYSQL业务，门户案例

c.ext4 视频下载，流媒体，

Centos默认的文件系统，都是很优秀的

文件系统介绍：

磁盘分区之后，必须格式化，划分文件系统，才能进行数据的存放

文件系统类型:ext2(没有日志功能),ext3(有日志功能可以通过日志文件恢复丢失的文件),

ext4(Centos 6 默认的文件系统),xfs(Centos 7 默认的文件系统),reiserfs(大量小文件的首选)

选择文件系统的关键:维护成本，性能，可靠，综合权衡

选择文件系统的好与坏不是很重要，重要的在于你的前端有多少缓存，能帮磁盘挡住数据

前端缓存:CDN--->内部web cache-->数据库和存储cache--->最后到磁盘(数据库和存储)