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前言

• 磁盘（disk）是指利用磁记录技术存储数据的存储器
  磁盘是计算机主要的存储介质，可以存储大量的二进制数据，并且断电后也能保持数据不丢
  早期计算机使用的磁盘是软磁盘（Floppy Disk，简称软盘），如今常用的磁盘是硬磁盘（Hard disk，简称硬盘）
• 文件系统是操作系统用于明确存储设备（常见的是磁盘，也有基于NAND Flash的固态硬盘）或分区上的文件的方法和数据结构；即在存储设备上组织文件的方法
  操作系统中负责管理和存储文件信息的软件机构称为文件管理系统，简称文件系统

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一、磁盘基础

硬盘一般指电脑硬盘，是计算机最主要的存储设备（Hare Disk Drive，简称HDD）

1.磁盘结构

1.1 硬盘的物理结构

• 盘片：硬盘有多个盘片，每盘片2面
• 磁头：每面一个磁头

1.2 硬盘的数据结构

• 扇片：盘片被分为多个扇形区域，每个扇区存放512字节的数据，硬盘的最小存储单位
• 磁道：当磁盘旋转时，磁头若保持在一个位置，则每个磁头都会在磁盘表面划出一个圆形轨迹，这些圆形轨迹就叫做磁道
• 柱面：在有多个盘片构成盘组中，由不同盘片的面，但处于同一半径圆的多个磁道组成的圆柱面

1.3 硬盘的储存容量

• 硬盘存储容量=磁头数×磁道（柱面）数×每道扇区数×每扇区字节数（512字节
  ）
• 可以用柱面/磁头/扇区来唯一定位磁盘上每一个区域

1.4 硬盘的接口类型

名称	解释
ATA(IDE)	并口数据线连接主板与硬盘，抗干扰性太差，且排线占用空间较大，不利电脑内部散热，已逐渐被 SATA 所取代
SATA(Serial ATA)	抗干扰性强，支持热插拔等功能，速度快，纠错能力强
SCSI	小型机系统接口，SCSI硬盘广为工作站级个人电脑以及服务器所使用，资料传输时CPU占用率较低，转速快，支持热插拔等
SAS(Serial Attached SCSI)	是新一代的scSI技术，和sATA硬盘相同，都是采取序列式技术以获得更高的传输速度，可达到 6Gb/s

2.MBR与磁盘分区表示

2.1 MBR-主引导记录

• MBR是主引导记录（MBR：Master Boot Record），位于硬盘的第一个物理扇区处
• MBR中包含硬盘的主引导程序和硬盘分区表
• 分区表有4个分区记录区，每个分区记录区占16字节
• 主启动记录（MBR）磁盘分区支持最大卷为2.2TB，每个磁盘最多有4个主分区
  或3个主分区、1个扩展分区和在扩展分区里面分多个逻辑分区
• Linux中将硬盘、分区等设备均表示为文件
  

2.2 磁盘分区结构

• 磁盘中的主分区数目只有4个
• 主分区和扩展分区的序号限制在1~4
• 扩展分区再分为逻辑分区
• 逻辑分区的序号将始终从5开始

3.文件系统类型

• 文件系统类型决定了向分区中存放、读取文件数据的方式和效率，在对分区进行格式化时需要选择所使用的文件类型
• 在windows操作系统中，经常使用的文件系统类型包括FAT32、NTFS（查看你的C盘属性可以找到这个）等格式
• 而在Linux系统中，最常用的文件系统主要包括以下几种格式：

3.1 XFS文件系统

• 存放文件和目录数据的分区
• 高性能的日志型文件系统，特别擅长于处理大文件，可支持上百万TB的存储空间
• 即使宕机也不怕数据遭到破坏，可以根据日志记录在短时间内进行数据恢复
• CentOS 7系统中默认使用的文件系统

3.2 SWAP交换文件系统

• 为Linux系统建立交换分区（相当于虚拟内存，一定程度上缓解物理内存不足的问题）
• 一般设置为物理内存的1.5~2倍
• 交换分区不用于直接存储用户的文件和目录等数据

3.3 Linux支持的其他文件系统类型

• 广泛支持其他各种类型的文件系统
• EXT4：第4代扩展文件系统，用于存放文件和目录数据的分区，是Linux系统中默认使用的文件系统
• FAT32、NTFS、LVM…

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二、检测并确定新硬盘

• 在Linux服务器中，当现有硬盘的分区规划不能满足要求（例如，根分区的剩余空间过少，无法继续安装新的系统程序）时，就需要对硬盘中的分区进行重新规划和调整，有时候还需要添加新的硬盘设备来扩展存储空间
• 实现上述操作需要用到fdisk磁盘及分区管理工具，fdisk是大多数Linux系统中自带的基本工具之一

1.faisk命令-查看或管理磁盘分区

• 格式：

  • fdisk -l [磁盘设备]
  • 列出当前系统中所有硬盘设备设备及其分区的信息
    或
    
    fdisk [磁盘设备]
    

• 解释

  • Device（设备）：分区的设备文件名词
  • Boot：是否是引导分区
    若是，则有"*"标识
  • Start：该分区在硬盘中的起始位置（柱面数）
  • End：该分区在硬盘中的结束位置（柱面数）
  • Blocks：分区的大小，以 Blocks（块）为单位，默认的块大小为 1024 字节
  • ID：分区对应的系统 ID 号
    例，83表示Linux中的XFS分区或EXT4分区、8e表示LWM逻辑卷
  • System：分区类型

2.管理磁盘分区

• fdisk /dev/sda
  
• 常用命令
  • m：获取帮助菜单（很详细）
  • n： 新建分区
  • p：查看分区情况
  • d：删除分区
  • t：变更分区的类型
  • w：保存分区操作并退出
  • q：不保存分区操作并退出

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三、创建文件系统

• 在Linux系统中，使用fdisk工具在硬盘中建立分区以后，还需要对分区进行格式化并挂载到系统中指定的目录，然后才能用于存储文件、目录等数据，接下来将学习如何格式化并挂载分区
• 创建文件系统的过程也即格式化分区的过程，在Linux系统中使用mkfs（Make Filesystem，创建文件系统）命令格式可以格式化XFS , EXT4 ,FAT等不同类型的分区，而使用mkswap命令可以格式化Swap交换分区

1.mkfs命令-创建文件系统（格式化）

• 格式：
  mkfs -t 文件系统类型 分区设备

2.mkswap命令-创建交换文件系统

• 格式：
  mkswap 分区设备

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四、挂载、卸载文件系统

• 在Linux系统中，对各种存储设备中的资源访问（如读取，保存文件等）都是通过目录结构进行的，虽然系统核心能够通过“设备文件”的方式操纵各种设备，但是对于用户来说，还需要增加一个“挂载”的过程，才能像正常访问目录一样访问存储设备中的资源
• 当然，在安装Linux操作系统的过程中，自动建立或识别的分区通常会由系统自动完成挂载，如“/”分区，“boot”分区等
  然而对于后来新增加的硬盘分区，光盘等设备，有时候还需要管理员手动进行挂载，实际上用户访问的是经过格式化后建立的文件系统
  挂载一个分区时，必须为其制定一个目录作为挂靠点（或称为挂载点），用户通过这个目录访问设备中 的文件，目录数据

1.mount命令-挂载文件系统、ISO镜像到指定文件夹

• 格式
  • mount [-t 类型] 储存设备 挂载点目录
  • mount -o loop ISO镜像文件 挂载点目录
    • -t：用于指定文件系统类型，通常可以省略，由系统自动识别
    • -o：挂载参数列表，以英文逗号分隔；或用来描述特殊设备，用loop指定

2.umount命令-卸载已挂载的文件系统

• 格式
  • umount [-lf] 存储设备目录或者挂载点目录
• 选项
  • -l 表示解除正在繁忙的文件系统
  • -f 表示强制执行

3.设置文件系统的自动挂载

• 系统中的/etc/fstab文件可以视为mount命令的配置文件，其中存储了文件系统的静态挂载数据，Linux系统在每次开机时，会自动读取这个文件的内容，自动挂载所指定的文件系统
• 默认的fstab文件中包括了根分区，/boot分区，交换分区及proc，tmpfs等伪文件系统的挂载配置
• /etc/fstab配置文件
  • 包含需要开机后自动挂载的文件系统记录
    
• 在/etc/fstab文件中，每一行记录对应一个分区或设备的挂载配置信息，从左到右包括六个字段，含义如下：

字段	解释
第1字段	设备名或设备卷标名
第2字段	文件系统的挂载点目录的位置
第3字段	文件系统类型，如 xfs、swap 等
第4字段	挂载参数，即mount命令"-o"选项后可使用的参数；例如，defaults（默认参数）、rw（可读写）、ro（只读）、noexe c（禁用执行程序）
第5字段	表示文件是否需要 dump 备份（dump是一个备份工具）；一般设为1时表示需要，设为0时将被dump忽略
第6字段	该数字决定在系统启动时进行磁盘检查的顺序。0表示未进行检查，1表示优先检置，2表示其次检查。根分区可设为1，其他分区设为2

4.df命令-查看磁盘使用情况

• 不带选项和参数的mount命令可以显示分区的挂载情况，若要了解系统中已经挂载各文件系统的磁盘使用情况（如剩余磁盘空间等），可以使用df命令
• df命令使用文件或者设备作为命令参数
  常用选项：
  • “-h”：用于显示更容易读的容量单位
  • “-T”：用于显示对应文件系统的类型
  • “-i”：用于用于显示分区的inode号码数量