Linux 磁盘和文件系统

1.分区

MRB（Master Boot Recorder）MBR(MasterBoot Recorder)主引导分区仅提供最多4个分区，主分区（Primary,P）与扩展分区（Extended,E）,如3P+1E，扩展分区最多只能有1个

基本MBR结构

偏移量(位置)(within sector)

长度(inbytes)

解释

十进制

十六进制

000 – 445

000 – 1BD

446

引导程序

446 – 509

1BE – 1FD

主分区表

510 – 511

1FE – 1FF

引导记录

16-byte分区表结构

RelativeOffsets(within entry)

长度

(bytes)

内容

引导标记 (80h =active)

1 – 3

CHS 开始位置

分区类型描述

5 – 7

CHS 结束位置

8 – 11

启始扇区

12 – 15

分区大小 (扇区单位)

MBR 永远占用了第一个扇区，通常为512bytes大小。在这512bytes中被MBR本身的程序用去了446bytes。于是，真正描述分区信息的就只有 64 bytes。而根据4个主分区的设计，每一个分区能用到的只有 16bytes. 那么！这16bytes是如何工作的？在表2中，有2个“开始位置”，我们分开理解。

硬盘的历史过程中，第一个遇到的问题就是 8G 瓶颈。这就是因为在 CHS 描述方式中，描述起点和终点均为3个 byte。我们假设是 FF FFFF ，所以是16*16*16*16*16*16*512=8589934592这就是 8G 瓶颈的由来了。

但是今天 CHS 方式几乎已经不用了。后面还有 4 个 bytes 的“启始” 是给 LPA 方式用的。

他的极限就是 8589934592 * 256 =2199023255552 这就是 2T 的限制由来了。

在硬盘容量的历史中，有很多因素决定了它的限制。BIOS，ATA（IDE），文件系统。

GBT （Globally Uniqueidentifier Partition Table Format）

GPT头的基本结构

起始字节

长度

内容

8字节

签名（”EFI PART”, 45 46 49 20 50 41 52 54）

4字节

修订（比如，1.0，值是 00 00 01 00）

4字节

分区表头的大小（单位是字节，通常是92字节，即 5C 00 00 00）

4字节

分区表头前3项（第0－15字节）的CRC32校验，如果值正在计算，则是 0

4字节

保留，必须是 0

8字节

当前LBA（这个分区表头的位置）

8字节

备份LBA（备份分区表头的位置）

8字节

第一个可用于分区的LBA（主分区表的最后一个LBA + 1）

8字节

最后一个可用于分区的LBA（备份分区表的最后一个LBA ? 1）

16字节

硬盘GUID（在类UNIX系统中也叫UUID）

8字节

分区表项的起始LBA（对于主分区表来说，这个值是 LBA 2）

4字节

分区表的数量

4字节

一个分区表的大小（通常是128）

4字节

分区串行的CRC32校验

保留，剩余的字节必须是0（对于512字节LBA的硬盘即是420个字节）

GPT分区表项的格式起始字节长度内容

016字节分区类型GUID1616字节分区GUID328字节起始LBA（小端序）408字节末尾LBA488字节60表示“只读”）5672字节分区名（可以包括36个UTF-16（小端序）字符）

GPT磁盘与MBR磁盘 GPT（Globally Unique Identifier Partition TableFormat）一种由基于 Itanium 计算机中的可扩展固件接口（EFI）使用的磁盘分区架构。与主启动记录（MBR）分区方法相比，GPT具有更多的优点，因为它允许每个磁盘有多达128 个分区，支持高达18 千兆兆字节的卷大小，允许将主磁盘分区表和备份磁盘分区表用于冗余，还支持唯一的磁盘和分区ID （GUID）。与支持最大卷为 2 TB （terabytes）并且每个磁盘最多有4 个主分区（或3 个主分区，1个扩展分区和无限制的逻辑驱动器）的主启动记录（MBR）磁盘分区的样式相比，GUID分区表（GPT）磁盘分区样式支持最大卷为18 EB （exabytes）并且每磁盘最多有128 个分区。与MBR 分区的磁盘不同，至关重要的平台操作数据位于分区，而不是位于非分区或隐藏扇区。另外，GPT分区磁盘有多余的主要及备份分区表来提高分区数据结构的完整性。在运行带有 Service Pack 1 （SP1）的WindowsServer 2003 的基于 x86 的计算机和基于 x64 的计算机上，操作系统必须驻留在 MBR 磁盘上。其他的硬盘可以是 MBR 或 GPT。在基于 Itanium 的计算机上，操作系统加载程序和启动分区必须驻留在 GPT 磁盘上。其他的硬盘可以是MBR 或GPT。在单个动态磁盘组中既可以有 MBR，也可以有GPT 磁盘。也使用将基本GPT 和MBR 磁盘的混合，但它们不是磁盘组的一部分。可以同时使用MBR 和GPT 磁盘来创建镜像卷、带区卷、跨区卷和RAID-5 卷，但是MBR 的柱面对齐的限制可能会使得创建镜像卷有困难。通常可以将MBR 的磁盘镜像到GPT 磁盘上，从而避免柱面对齐的问题。可以将MBR 磁盘转换为GPT 磁盘，并且只有在磁盘为空的情况下，才可以将GPT 磁盘转换为MBR 磁盘。否则数据将发生丢失！！！不能在可移动媒体，或者在与群集服务使用的共享 SCSI 或Fibre Channel 总线连接的群集磁盘上使用GPT 分区样式

基本磁盘与动态磁盘磁盘的使用方式可以分为两类：一类是“基本磁盘”。基本磁盘非常常见，我们平时使用的磁盘类型基本上都是“基本磁盘”。“基本磁盘”受26个英文字母的限制，也就是说磁盘的盘符只能是26个英文字母中的一个。因为A、B已经被软驱占用，实际上磁盘可用的盘符只有C～Z24个。另外，在“基本磁盘”上只能建立四个主分区（注意是主分区，而不是扩展分区）；另一种磁盘类型是“动态磁盘”。“动态磁盘”不受26个英文字母的限制，它是用“卷”来命名的。“动态磁盘”的最大优点是可以将磁盘容量扩展到非邻近的磁盘空间。动态硬盘，是指在磁盘管理器中将本地硬盘升级得来的。动态磁盘与基本磁盘相比，最大的不同就是不再采用以前的分区方式，而是叫做卷集（Volume），卷集分为简单卷、跨区卷、带区卷、镜像卷、RAID-5卷。基本磁盘和动态磁盘相比，有以下区别： 1、卷集或分区数量。动态磁盘在一个硬盘上可创建的卷集个数没有限制。而基本磁盘在一个硬盘上只能分最多四个主分区。 2、磁盘空间管理。动态磁盘可以把不同磁盘的分区创建成一个卷集，并且这些分区可以是非邻接的，这样的大小就是几个磁盘分区的总大小。基本磁盘则不能跨硬盘分区并且要求分区必须是连续的空间，每个分区的容量最大只能是单个硬盘的最大容量，存取速度和单个硬盘相比也没有提升。 3、磁盘容量大小管理。动态磁盘允许我们在不重新启动机器的情况下调整动态磁盘大小，而且不会丢失和损坏已有的数据。而基本磁盘的分区一旦创建，就无法更改容量大小，除非借助于第三方磁盘工具软件，比如PQMagic。 4、磁盘配置信息管理和容错。动态磁盘将磁盘配置信息放在磁盘中，如果是RAID容错系统会被复制到其他动态磁盘上，这样可以利用RAID-1的容错功能，如果某个硬盘损坏，系统将自动调用另一个硬盘的数据，保持数据的完整性。而基本磁盘将配置信息存放在引导区，没有容错功能。基本磁盘转换为动态磁盘可以直接进行，但是该过程是不可逆的。要想转回基本磁盘，只有把所有数据全部拷出，然后删除硬盘所有分区后才能转回去。

2. 文件系统

查看linux支持的文件系统：ls -l /lib/modules/’uname -r’/kernel/fs

[root@holandstonestone]# ls -l /lib/modules/2.6.32-220.el6.x86_64/kernel/fstotal 132drwxr-xr-x. 2 root root 4096 Feb 4 14:21 autofs4drwxr-xr-x. 2 root root 4096 Feb 4 14:21 btrfsdrwxr-xr-x. 2 root root 4096 Feb 4 14:21 cachefilesdrwxr-xr-x. 2 root root 4096 Feb 4 14:21 cifsdrwxr-xr-x. 2 root root 4096 Feb 4 14:21 configfsdrwxr-xr-x. 2 root root 4096 Feb 4 14:21 cramfsdrwxr-xr-x. 2 root root 4096 Feb 4 14:21 dlmdrwxr-xr-x. 2 root root 4096 Feb 4 14:21 ecryptfsdrwxr-xr-x. 2 root root 4096 Feb 4 14:21 exportfsdrwxr-xr-x. 2 root root 4096 Feb 4 14:21 ext2drwxr-xr-x. 2 root root 4096 Feb 4 14:21 ext3drwxr-xr-x. 2 root root 4096 Feb 4 14:21 ext4drwxr-xr-x. 2 root root 4096 Feb 4 14:21 fatdrwxr-xr-x. 2 root root 4096 Feb 4 14:21 fscachedrwxr-xr-x. 2 root root 4096 Feb 4 14:21 fusedrwxr-xr-x. 2 root root 4096 Feb 4 14:21 gfs2drwxr-xr-x. 2 root root 4096 Feb 4 14:21 jbddrwxr-xr-x. 2 root root 4096 Feb 4 14:21 jbd2drwxr-xr-x. 2 root root 4096 Feb 4 14:21 jffs2drwxr-xr-x. 2 root root 4096 Feb 4 14:21 lockd-rwxr–r–. 1 root root 19920 Nov 9 21:53 mbcache.kodrwxr-xr-x. 2 root root 4096 Feb 4 14:21 nfsdrwxr-xr-x. 2 root root 4096 Feb 4 14:21 nfs_commondrwxr-xr-x. 2 root root 4096 Feb 4 14:21 nfsddrwxr-xr-x. 2 root root 4096 Feb 4 14:21 nlsdrwxr-xr-x. 2 root root 4096 Feb 4 14:21 squashfsdrwxr-xr-x. 2 root root 4096 Feb 4 14:21 ubifsdrwxr-xr-x. 2 root root 4096 Feb 4 14:21 udfdrwxr-xr-x. 2 root root 4096 Feb 4 14:21 xfs

[root@holandstonestone]# ls -l /lib/modules/2.6.32-220.el6.x86_64/kernel/fs |wc

30 263 1441

查看linux系统当前已启用的文件系统：cat /proc/filesystems

[root@holandstonestone]#cat /proc/filesystems

nodev sysfsnodev rootfsnodev bdevnodev procnodev cgroupnodev cpusetnodev tmpfsnodev devtmpfsnodev binfmt_miscnodev debugfsnodev securityfsnodev sockfsnodev usbfsnodev pipefsnodev anon_inodefsnodev inotifyfsnodev devptsnodev ramfsnodev hugetlbfs iso9660nodev pstorenodev mqueuenodev selinuxfs ext4nodev rpc_pipefsnodev autofs

银盘最小的存储单位：扇区（1扇区=512byte）

逻辑块（Block）：在分区进行文件系统格式化时所制定的“最小存储单位”

1个block最多只能容纳1个文件

在进行分区时，每个分区就是一个文件系统，每个文件系统开始位置的那个block称为superblock(超级块)，访问数据时，首先经过的时superblock，所以若superblock坏了，磁盘也就不能工作了。

　3、 EXT2文件系统（inode）

　　1）Ext2规划出inode表和block区域.

　Inode：存储文件属性，以及文件内容放在哪个block中（pointer），1个inode：128byte

　　Block：存储文件内容

　　2）inode表记录的信息有：

　　文件的拥有者与用户组（owner/group）

　　文件的访问模式（read/write/excute）

　　文件类型（type）

　　文件的建立或状态改变时间（ctime）、最近读取时间（atime）、最近修改时间（mtime）

　　文件大小

　　定义文件属性的标志（flag）

　　文件正真内容的指针（pointer）

　　**Ls命令的默认时间是mtime(ex:ls –la –time=atime PATH)

　　3）Linux如何读取文件内容？

　　（1）目录：在ext2建立一个目录时，ext2会分配给该目录一个inode和至少一个block

　　Inode：记录该目录的属性和指向分配到的那个block

　　Block：记录这个目录下文件或目录的关联性

　　（2）文件：在ext2建立一个文件时，ext2会分配给至少一个inode和相对于该文件大小的block数量

　　Inode：记录文件的相关属性，不记录文件名

　　Block：记录文件名，文件的相关连接

　　4）如何读取文件系统的信息

　　Dumpe2fs/dev/hda1

　　4、载入点

　　载入点是进入该文件系统的入口，一定是目录而不是文件

　　5、磁盘与目录的容量

　　查看当前磁盘最大允许容量、已用容量、当前所在目录的已用容量：df和du

　　/dev/hda 一个分区

　　/dev/hda1、/dev/hda2、/dev/hda3为主分区，/dev/hda5+/dev/hda6+…=/dev/hda4为扩展分区

　　Du类似于windows中的资源管理器

　　6、连接文件：ln（类似于windows中的快捷方式）

　　多个link file可能指向同一个sourcefile，连接文件分为硬连接和符号连接

　　1）硬连接（实际连接）：在某个目录下新增一个该文件的关联数据，不会用掉inode与磁盘空间

　　2）符号连接（快捷方式）：建立一个独立的文件，让数据的读取指向它连接的文件内容。（使用的较多），source file被删除后，连接文件不能打开

　　重建连接文件：ln

　7、磁盘分区

　　1）分区：fdisk [-l] 设备名称（主要用来查看和修改分区表）

　　2）删除分区：

　　fdisk [-l] 设备名称进入fdisk画面

　　p 先看分区信息

　　d 删除分区并要求您选择一个分区，选l

　　w 保存到磁盘数据表中，并离开fdisk

　　3）新增分区

　　fdisk [-l] 设备名称进入fdisk画面

　　n 新增分区

　　4）磁盘格式化

　　Mke2fs [-bicLJ] 设备名称

　　5）磁盘检验

　　Fsck [-AtCary] 设备名称（检查硬盘有没有坏轨）

　　目录lost+found，在fsck处理完后，会将错误文件放入此目录

　　Badblocks [-svw] 设备名称（类似于windows的磁盘扫描）

　　Sync （直接将暂存在内存中的数据写入磁盘）

　　6）磁盘载入

　　Mount [-tonL] 设备名称代号载入点

　　Mount/dev/cdrom （载入光盘）

　　Mount –a （将整个系统中记录的文件系统与载入点对应的数据全部载入）

　　7）磁盘卸载

　　Unmount 设备号或载入点

　　8）修改磁盘参数

　　Mknod 设备名称 [bcp][Major] [Minor]

　　E2label 设备名称新的label名称

　　Tune2fs [-jlL] 设备号

　　Hdparm [-icdmXTt] 设备名称

　　8、设置启动载入

　　1）载入软盘

　　Mount –text2 /dev/fd0 /media/floppy （ext2格式）

　　Mount –t vfat /dev/fd0/media/floppy （windows格式）

　　Umount/media/floppy （卸载后才可取出软盘）

　　2）载入windows磁盘

　　Mkdir /mnt/win98

　　Mount –t vfat /dev/hda1/mnt/win98

　　Mount –t vfat –oiocharset=cp950 /dev/hda1 /mnt/win98 （加入中文编码）

　　3）载入U盘

　　Mkdir /mnt/usb

　　Mount –t vfat /dev/sda1/mnt/usb

　　4）启动载入/etc/fstab和/etc/mtab

　　/etc/fstab是使用mount将设备载入到系统的某个载入点所需执行的命令内容

　　载入点：就是目录

　　9、建立虚拟内存

　　可以通过建立虚拟内存设备或建立虚拟内存文件来扩充虚拟内存

同生天地间，为何我不能。

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