24 KiB
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存储管理
一：基本分区
1. 分区方式
- MBR分区：主引导记录（MBR，Master Boot Record）
- 支持最大的磁盘容量 < 2TB，
- GPT分区：全局唯一标识分区表（GUID Partition Table）
2. 创建分区
MBR 分区方式
工具：fdisk
# 查看磁盘列表
[root@wxin ~]# fdisk -l
# 创建分区：
[root@wxin ~]# fdisk /dev/sdb # 启动分区工具
命令(输入 m 获取帮助)：n # 新建分区
Partition type:
p primary (0 primary, 0 extended, 4 free) # 主分区
e extended # 扩展分区
Select (default p): p # 选择主分区
分区号 (1-4，默认 1)： # 默认回车
起始 扇区 (2048-10485759，默认为 2048)： # 默认回车
将使用默认值 2048
Last 扇区, +扇区 or +size{K,M,G} (2048-10485759，默认为 10485759)：+1G # 输入分区大小
分区 1 已设置为 Linux 类型，大小设为 1 GiB
命令(输入 m 获取帮助)：w # 保存分区信息
The partition table has been altered!
Calling ioctl() to re-read partition table.
正在同步磁盘。
[root@wxin ~]# partprobe /dev/sdb # 刷新分区表
[root@wxin ~]# fdisk -l /dev/sdb # 查看分区结果
磁盘 /dev/sdb：5368 MB, 5368709120 字节，10485760 个扇区
Units = 扇区 of 1 * 512 = 512 bytes
扇区大小(逻辑/物理)：512 字节 / 512 字节
I/O 大小(最小/最佳)：512 字节 / 512 字节
磁盘标签类型：dos
磁盘标识符：0x7ebdf7b5
设备 Boot Start End Blocks Id System
/dev/sdb1 2048 2099199 1048576 83 Linux
常用命令：
n - 创建新分区
d - 删除分区
p - 查看分区表
t - 修改分区类型（例如将分区设为Linux swap的82）
w - 保存并退出
GPT 分区方式
工具：gdisk
[root@wxin ~]# gdisk /dev/sdc # 启动分区工具
Command (? for help): n # 创建新分区
Partition number (1-128, default 1): # 默认回车
First sector (34-10485726, default = 2048) or {+-}size{KMGTP}: # 默认回车
Last sector (2048-10485726, default = 10485726) or {+-}size{KMGTP}: +2G # 输入磁盘大小
Current type is 'Linux filesystem'
Hex code or GUID (L to show codes, Enter = 8300): # 默认回车
Changed type of partition to 'Linux filesystem'
Command (? for help): p # 查看磁盘信息
Disk /dev/sdc: 10485760 sectors, 5.0 GiB
Logical sector size: 512 bytes
Disk identifier (GUID): 33461B34-CB6D-4B38-B148-E2FC057F30BF
Partition table holds up to 128 entries
First usable sector is 34, last usable sector is 10485726
Partitions will be aligned on 2048-sector boundaries
Total free space is 6291389 sectors (3.0 GiB)
Number Start (sector) End (sector) Size Code Name
1 2048 4196351 2.0 GiB 8300 Linux filesystem
Command (? for help): w # 保存分区信息
Final checks complete. About to write GPT data. THIS WILL OVERWRITE EXISTING
PARTITIONS!!
Do you want to proceed? (Y/N): y
OK; writing new GUID partition table (GPT) to /dev/sdc.
The operation has completed successfully.
[root@wxin ~]# partprobe /dev/sdc # 刷新分区表
常用命令：
n - 新建分区
w - 保存退出
3. 格式化与挂载分区
格式化分区
# 格式化为xfs（CentOS 7默认）
[root@wxin ~]# mkfs.xfs /dev/sdb1
meta-data=/dev/sdb1 isize=512 agcount=4, agsize=65536 blks
= sectsz=512 attr=2, projid32bit=1
= crc=1 finobt=0, sparse=0
data = bsize=4096 blocks=262144, imaxpct=25
= sunit=0 swidth=0 blks
naming =version 2 bsize=4096 ascii-ci=0 ftype=1
log =internal log bsize=4096 blocks=2560, version=2
= sectsz=512 sunit=0 blks, lazy-count=1
realtime =none extsz=4096 blocks=0, rtextents=0
# 格式化为ext4
[root@wxin ~]# mkfs.ext4 /dev/sdb2
mke2fs 1.42.9 (28-Dec-2013)
文件系统标签=
OS type: Linux
块大小=4096 (log=2)
分块大小=4096 (log=2)
Stride=0 blocks, Stripe width=0 blocks
65536 inodes, 262144 blocks
13107 blocks (5.00%) reserved for the super user
第一个数据块=0
Maximum filesystem blocks=268435456
8 block groups
32768 blocks per group, 32768 fragments per group
8192 inodes per group
Superblock backups stored on blocks:
32768, 98304, 163840, 229376
Allocating group tables: 完成
正在写入inode表: 完成
Creating journal (8192 blocks): 完成
Writing superblocks and filesystem accounting information: 完成
手动挂载分区
# 创建挂载点目录
[root@wxin ~]# mkdir /mnt/sdb1
# 临时挂载
[root@wxin ~]# mount /dev/sdb1 /mnt/sdb1
# 卸载分区
[root@wxin ~]# umount /mnt/sdb1
永久挂载
获取分区的UUID：
[root@wxin ~]# blkid /dev/sdb1
/dev/sdb1: UUID="52cd25d2-fc4f-4c9a-a9ab-18c86391f8ce" TYPE="xfs"
编辑/etc/fstab，添加以下行：
[root@wxin ~]# vim /etc/fstab
UUID=52cd25d2-fc4f-4c9a-a9ab-18c86391f8ce /mnt/sdb1 xfs defaults 0 0
应用配置：
[root@wxin ~]# mount -a
二：逻辑卷 LVM
逻辑卷管理（Logical Volume Manager, LVM） 是一种灵活的存储管理方式，允许动态调整磁盘空间、合并多个物理磁盘的容量，并支持快照和卷扩展等高级功能。
1. LVM 核心概念
术语：
- 物理卷（PV，Physical Volume）：物理磁盘或分区（如：
/dev/sdb1），需初始化为 LVM 可用的物理卷。 - 卷组（VG，Volume Group）：有多个物理卷（PV）组成的存储池，VG 的容量是所有 PV 的总合。
- 逻辑卷（LV，Logical Volume）：从卷组（VG）中划分的逻辑存储单元，可动态调整大小，类似传统分区。
- 物理扩展（PE，Physical Extent）：LVM 管理的最小存储单元（默认 4MB），用于分配和扩展逻辑卷。
2. LVM 基本操作
创建逻辑卷
# 初始化物理卷（将分区或磁盘设为PV）
[root@wxin ~]# pvcreate /dev/sdb4
# 查看物理卷
[root@wxin ~]# pvs
PV VG Fmt Attr PSize PFree
/dev/sdb4 lvm2 --- <2.00g <2.00g
[root@wxin ~]# pvscan
PV /dev/sda2 VG centos lvm2 [<19.00 GiB / 0 free]
PV /dev/sdb4 lvm2 [<2.00 GiB]
Total: 2 [<21.00 GiB] / in use: 1 [<19.00 GiB] / in no VG: 1 [<2.00 GiB]
[root@wxin ~]# pvdisplay
"/dev/sdb4" is a new physical volume of "<2.00 GiB"
--- NEW Physical volume ---
PV Name /dev/sdb4
VG Name
PV Size <2.00 GiB
Allocatable NO
PE Size 0
Total PE 0
Free PE 0
Allocated PE 0
PV UUID VENObl-2fk8-vQf3-3xyE-aNJK-I5LZ-RHX7iC
# 创建卷组（VG），将PV加入VG
[root@wxin ~]# vgcreate vg /dev/sdb4
Volume group "vg" successfully created
# 查看卷组
[root@wxin ~]# vgs
VG #PV #LV #SN Attr VSize VFree
vg 1 0 0 wz--n- <2.00g <2.00g
[root@wxin ~]# vgscan
Reading volume groups from cache.
Found volume group "vg" using metadata type lvm2
[root@wxin ~]# vgdisplay
--- Volume group ---
VG Name vg
System ID
Format lvm2
Metadata Areas 1
Metadata Sequence No 1
VG Access read/write
VG Status resizable
MAX LV 0
Cur LV 0
Open LV 0
Max PV 0
Cur PV 1
Act PV 1
VG Size <2.00 GiB
PE Size 4.00 MiB
Total PE 511
Alloc PE / Size 0 / 0
Free PE / Size 511 / <2.00 GiB
VG UUID ahZ9N2-U8vr-fX8R-n9Xl-bPVe-kQmo-o7E2uP
# 从VG中创建逻辑卷（LV）
[root@wxin ~]# lvcreate -n lv -L 1G vg
Logical volume "lv" created.
# 或使用剩余所有空间：
[root@wxin ~]# lvcreate -n lv2 -l 100%Free vg
Logical volume "lv2" created.
# 查看逻辑卷
[root@wxin ~]# lvs
LV VG Attr LSize Pool Origin Data% Meta% Move Log Cpy%Sync Convert
lv vg -wi-a----- 1.00g
lv2 vg -wi-a----- 1020.00m
[root@wxin ~]# lvscan
ACTIVE '/dev/vg/lv' [1.00 GiB] inherit
ACTIVE '/dev/vg/lv2' [1020.00 MiB] inherit
[root@wxin ~]# lvdisplay
--- Logical volume ---
LV Path /dev/vg/lv
LV Name lv
VG Name vg
LV UUID j5RSvc-2aSh-1GN2-JKOf-LPyg-R6n4-cqodjy
LV Write Access read/write
LV Creation host, time wxin, 2025-03-25 13:25:54 +0800
LV Status available
# open 0
LV Size 1.00 GiB
Current LE 256
Segments 1
Allocation inherit
Read ahead sectors auto
- currently set to 8192
Block device 253:2
--- Logical volume ---
LV Path /dev/vg/lv2
LV Name lv2
VG Name vg
LV UUID hPMJg9-ZWDM-xzvE-tFfG-KDPe-x2KZ-zjzPUp
LV Write Access read/write
LV Creation host, time wxin, 2025-03-25 13:26:24 +0800
LV Status available
# open 0
LV Size 1020.00 MiB
Current LE 255
Segments 1
Allocation inherit
Read ahead sectors auto
- currently set to 8192
Block device 253:3
# 格式化逻辑卷（如XFS）
[root@wxin ~]# mkfs.xfs /dev/vg/lv
meta-data=/dev/vg/lv isize=512 agcount=4, agsize=65536 blks
= sectsz=512 attr=2, projid32bit=1
= crc=1 finobt=0, sparse=0
data = bsize=4096 blocks=262144, imaxpct=25
= sunit=0 swidth=0 blks
naming =version 2 bsize=4096 ascii-ci=0 ftype=1
log =internal log bsize=4096 blocks=2560, version=2
= sectsz=512 sunit=0 blks, lazy-count=1
realtime =none extsz=4096 blocks=0, rtextents=0
# 挂载逻辑卷
[root@wxin ~]# mkdir /mnt/lv
[root@wxin ~]# mount /dev/vg/lv /mnt/lv
删除逻辑卷
# 查看所有逻辑卷
[root@wxin ~]# lvs
# 或查看详细信息
[root@wxin ~]# lvdisplay
# 检查挂载点
[root@wxin ~]# mount | grep <LV名称或挂载点>
# 卸载
[root@wxin ~]# umount /mnt/vg-lv
# 删除指定逻辑卷
[root@wxin ~]# lvremove /dev/vg/lv
# 查看卷组详细信息
[root@wxin ~]# vgdisplay vg
# 删除卷组
[root@wxin ~]# vgremove vg
# 删除物理卷
[root@wxin ~]# pvremove /dev/sdb4
扩展逻辑卷
# 添加物理卷
[root@wxin ~]# pvcreate /dev/sdb3
# 扩展卷组
[root@wxin ~]# vgextend vg /dev/sdb3
# 查看卷组
[root@wxin ~]# vgs
VG #PV #LV #SN Attr VSize VFree
vg 2 1 0 wz--n- 2.99g 1.99g
# 扩展逻辑卷
[root@wxin ~]# lvextend -L +1G /dev/vg/lv
[root@wxin ~]# df -hT
文件系统 类型 容量 已用 可用 已用% 挂载点
/dev/mapper/vg-lv ext4 976M 2.6M 907M 1% /mnt/vg-lv
# 扩展文件系统
[root@wxin ~]# resize2fs /dev/vg/lv
[root@wxin ~]# df -hT
文件系统 类型 容量 已用 可用 已用% 挂载点
/dev/mapper/vg-lv ext4 2.0G 3.0M 1.9G 1% /mnt/vg-lv
三：交换分区 SWAP
1. 交换分区的类型
| 类型 | 说明 |
|---|---|
| 交换分区 | 独立的磁盘分区（类型为82或8200） |
| 交换文件 | 文件形式的虚拟交换空间，无需分区 |
| LVM逻辑卷 | 将逻辑卷（LV）格式化为交换空间，灵活性更高 |
2. 创建交换空间
创建交换分区
# 创建分区
[root@wxin ~]# fdisk /dev/sdc
# 格式化交换分区
[root@wxin ~]# mkswap /dev/sdc1
# 激活交换分区
[root@wxin ~]# swapon /dev/sdc1
# 永久挂载
[root@wxin ~]# blkid /dev/sdc1
[root@wxin ~]# vim /etc/fstab
UUID=3a412f3b-3877-4984-b9c0-2464f047c65e none swap defaults 0 0
创建交换文件
# 生成交换文件
[root@wxin ~]# fallocate -l 4G /swapfile
[root@wxin ~]# dd if=/dev/zero of=/swapfile bs=1M count=4096
# 设置权限并格式化
[root@wxin ~]# chmod 600 /swapfile
[root@wxin ~]# mkswap /swapfile
# 激活并永久挂载
[root@wxin ~]# swapon /swapfile
[root@wxin ~]# echo "/swapfile none swap defaults 0 0" | sudo tee -a /etc/fstab
使用 LVM 逻辑卷
# 创建逻辑卷
[root@wxin ~]# pvcreate /dev/sdb2
[root@wxin ~]# vgcreate vg2 /dev/sdb2
[root@wxin ~]# lvcreate -n lv_swap -L 500M vg2
# 格式化为交换空间
[root@wxin ~]# mkswap /dev/vg2/lv_swap
[root@wxin ~]# swapon /dev/vg2/lv_swap
# 永久挂载
[root@wxin ~]# blkid /dev/vg2/lv_swap
[root@wxin ~]# vim /etc/fstab
UUID=7d7b8efd-2009-4e6b-8d78-03aab7097460 none swap defaults 0 0
3. 禁用或删除交换分区
临时禁用
[root@wxin ~]# swapoff /dev/sdb1 # 分区或逻辑卷
[root@wxin ~]# swapoff /swapfile # 交换文件
永久删除
-
禁用交换分区：
[root@wxin ~]# swapoff /swapfile -
删除文件或分区：
[root@wxin ~]# rm -f /swapfile # 删除交换文件 [root@wxin ~]# lvremove /dev/vg_data/lv_swap # 删除逻辑卷 -
清理
/etc/fstab中的对应条目。
4. 查看交换空间状态
# 查看所有交换设备/文件
free -h
swapon -s
cat /proc/swaps
四：文件系统
EXT4 文件系统
EXT4（Fourth Extended File System） 是 Linux 系统中最广泛使用的日志文件系统。支持最大单个文件为16TB。
名词
组块（Block Groups）是Ext4文件系统的核心管理单元，将整个存储空间划分为多个逻辑分区，每个组块独立管理元数据和数据块，旨在提升性能、减少碎片并增强可靠性。
组块的结构
- 超级快（Superblock）：存储全局文件系统信息，如总块数、块大小、Inode总数、挂载状态等。
- 组描述符（Group Descriptor）：记录组块内部资源分配状态，如空闲块数、空闲Inode数、块位图位置等。
- 快位图（Block Bitmap）：标记组块内每个数据块的使用状态（1位表示1个块，0=空闲，1=已用）。
- 索引节点（Inode）：存储文件的元数据（权限、时间戳、大小、数据块指针等）
- 数据块（Block）：存储文件的实际内容（二进制数据、目录条目等）
# 查看索引节点
[root@wxin ~]# df -i
# 查看数据块
[root@wxin ~]# df -k
一个文件或目录占用一个inode，一个文件占用一个或多个block
五：文件链接
1. 定义
| 特性 | 硬链接（Hard Link） | 软链接（Symbolic Link） |
|---|---|---|
| 本质 | 直接指向文件的 Inode | 指向文件的 路径名（类似快捷方式） |
| 创建命令 | ln 源文件 硬链接名 |
ln -s 源文件 软链接名 |
| Inode 关系 | 与原文件 共享同一 Inode | 独立 Inode，存储源文件路径字符串 |
| 文件类型 | 普通文件（ls -l 显示无特殊标记） |
特殊文件（ls -l 显示 l 类型，如 lrwxrwxrwx） |
2. 关键区别
1. 跨文件系统支持
- 硬链接：仅限同一文件系统（同一块磁盘分区）。原因为Inode编号仅在文件系统内唯一。
- 软连接：可跨文件系统（甚至指向网络路径）
2. 目录链接
- 硬链接：不允许用户创建目录的硬链接
- 软连接：可指向目录
3. 源文件删除的影响
- 硬链接：删除原文件后，硬链接仍可访问数据（只要存在至少一个硬链接）。
- 软连接：原文件删除后，软链接变为“悬空链接”（Dangling Link），访问报错。
4. 文件属性同步
- 硬链接：所有硬链接共享同一 Inode，修改权限、时间戳等属性会同步。
- 软连接：自身属性（如权限、时间戳）独立，与目标文件无关。
3. 示例
创建与验证
# 创建原文件
[root@wxin ~]# echo "hello world" > original.txt
# 创建硬链接
[root@wxin ~]# ln original.txt hardlink.txt
# 创建软链接
[root@wxin ~]# ln -s original.txt softlink.txt
# 查看 Inode 和链接数
[root@wxin ~]# ls -li
35586588 -rw-r--r--. 2 root root 12 3月 25 19:47 hardlink.txt
35586588 -rw-r--r--. 2 root root 12 3月 25 19:47 original.txt
33830562 lrwxrwxrwx. 1 root root 12 3月 25 19:48 softlink.txt -> original.txt
观察点：硬链接与原文件 Inode 相同（1050323），链接数均为 2；软链接有独立 Inode（1050324）。
删除原文件
[root@wxin ~]# rm -rf original.txt
# 访问硬链接（正常）
[root@wxin ~]# cat hardlink.txt
hello world
# 访问软链接（报错）
[root@wxin ~]# cat softlink.txt
cat: softlink.txt: 没有那个文件或目录
六：RAID（独立磁盘冗余阵列）
RAID（Redundant Array of Independent Disks）通过组合多个物理磁盘提升存储系统的性能、容量和可靠性。
1. 常见 RAID 对比
| RAID 级别 | 最小磁盘数 | 容错能力 | 存储利用率 | 读写性能 | 典型应用场景 |
|---|---|---|---|---|---|
| RAID 0 | 2 | ❌ 无冗余 | 100% | 读写性能最优 | 临时数据、高速缓存 |
| RAID 1 | 2 | ✅ 允许1块磁盘故障 | 50% | 读性能优，写性能一般 | 关键数据镜像（如系统盘） |
| RAID 5 | 3 | ✅ 允许1块磁盘故障 | (N−1)/N(N−1)/N | 读优，写需计算奇偶校验 | 通用文件存储、数据库 |
| RAID 6 | 4 | ✅ 允许2块磁盘故障 | (N−2)/N(N−2)/N | 读优，写性能较差 | 大容量归档存储 |
| RAID 10 | 4 | ✅ 每组镜像允许1块故障 | 50% | 读写性能优 | 高并发事务处理、虚拟化 |
2. 核心原理
1. RAID 0（条带化）
- 原理：数据分块（Striping）后轮询写入多个磁盘。
- 优势：最大化吞吐量（理论速度 = 单盘速度 × 磁盘数）。
- 风险：任一磁盘故障导致全部数据丢失。
- 示例：4 块磁盘的 RAID 0，存储利用率 100%，容量 = 4×单盘容量。
2. RAID 1（镜像）
- 原理：数据完全复制到所有成员盘（Mirroring）。
- 优势：高可靠性，读操作可并行（多副本）。
- 缺点：存储效率低（50%），写性能受限于最慢磁盘。
- 变体：RAID 1E（支持奇数磁盘的镜像）。
3. RAID 5（分布式奇偶校验）
- 原理：数据与奇偶校验块（Parity）分布式存储在所有磁盘。
- 奇偶校验块位置轮换（如磁盘1存块1的校验，磁盘2存块2的校验等）。
- 校验计算：异或（XOR）或更复杂的算法（如 Reed-Solomon）。
- 重建：故障盘数据通过剩余磁盘的校验和数据恢复。
- 缺点：写惩罚（Write Penalty）高，每次写入需更新校验块。
4. RAID 6（双分布式奇偶校验）
- 原理：类似 RAID 5，但使用两种独立校验（如 P+Q 校验）。
- 优势：容忍双盘故障，适合大容量磁盘（降低重建失败风险）。
- 缺点：存储利用率更低，写性能进一步下降。
5. RAID 10（条带化镜像）
- 原理：先镜像（RAID 1）再条带化（RAID 0）。
- 磁盘分为多组镜像对，数据条带化写入各组。
- 优势：高读写性能与容错能力的平衡。
- 示例：4 块磁盘的 RAID 10 分为两组镜像，每组2块，容量 = 2×单盘容量。
3. 软 RAID 示例
[root@wxin ~]# ll /dev/sd*
brw-rw----. 1 root disk 8, 0 3月 25 17:03 /dev/sda
brw-rw----. 1 root disk 8, 1 3月 25 17:03 /dev/sda1
brw-rw----. 1 root disk 8, 2 3月 25 17:03 /dev/sda2
brw-rw----. 1 root disk 8, 16 3月 25 17:03 /dev/sdb
brw-rw----. 1 root disk 8, 32 3月 25 17:03 /dev/sdc
brw-rw----. 1 root disk 8, 48 3月 25 17:03 /dev/sdd
brw-rw----. 1 root disk 8, 64 3月 25 17:03 /dev/sde
# 创建RAID
[root@wxin ~]# mdadm -C /dev/md0 -l5 -n3 -x1 /dev/sd{b,c,d,e}
mdadm: Defaulting to version 1.2 metadata
mdadm: array /dev/md0 started.
# 格式化
[root@wxin ~]# mkfs.ext4 /dev/md0
mke2fs 1.42.9 (28-Dec-2013)
文件系统标签=
OS type: Linux
块大小=4096 (log=2)
分块大小=4096 (log=2)
Stride=128 blocks, Stripe width=256 blocks
655360 inodes, 2618880 blocks
130944 blocks (5.00%) reserved for the super user
第一个数据块=0
Maximum filesystem blocks=2151677952
80 block groups
32768 blocks per group, 32768 fragments per group
8192 inodes per group
Superblock backups stored on blocks:
32768, 98304, 163840, 229376, 294912, 819200, 884736, 1605632
Allocating group tables: 完成
正在写入inode表: 完成
Creating journal (32768 blocks): 完成
Writing superblocks and filesystem accounting information: 完成
# 挂载
[root@wxin ~]# mkdir /mnt/raid5
[root@wxin ~]# mount /dev/md0 /mnt/raid5/
# 查看RAID 信息
[root@wxin ~]# mdadm -D /dev/md0
/dev/md0:
Version : 1.2
Creation Time : Tue Mar 25 20:04:36 2025
Raid Level : raid5
Array Size : 10475520 (9.99 GiB 10.73 GB)
Used Dev Size : 5237760 (5.00 GiB 5.36 GB)
Raid Devices : 3
Total Devices : 4
Persistence : Superblock is persistent
Update Time : Tue Mar 25 20:05:53 2025
State : clean
Active Devices : 3
Working Devices : 4
Failed Devices : 0
Spare Devices : 1
Layout : left-symmetric
Chunk Size : 512K
Consistency Policy : resync
Name : wxin:0 (local to host wxin)
UUID : 2cd876a1:70d7ba7a:efd30b04:a91143c0
Events : 20
Number Major Minor RaidDevice State
0 8 16 0 active sync /dev/sdb
1 8 32 1 active sync /dev/sdc
4 8 48 2 active sync /dev/sdd
3 8 64 - spare /dev/sde