第一章：磁盘结构

1.1 准备工作

• 在之前，我们在安装操作系统的时候，对于磁盘是通过自动安装分区的方式；但是，本次将采用自定义安装分区的方式，其划分如下：

分区名称	推荐大小	说明
引导分区（/boot）	500MB - 1GB。	存放引导加载程序和内核。 通常建议单独分区以避免引导相关问题。
交换分区（swap）	等于或略大于物理内存（RAM）的大小。	通常推荐 1-2 倍于RAM。 用于内存交换，帮助提高系统稳定性和性能，尤其是在内存不足的情况下。
根分区（/）	磁盘剩余的空间都划分给根分区。	这是最基本的分区，包含操作系统及其大多数的核心文件。

• 本人的配置，如下所示：

lsblk -o NAME,SIZE,FSTYPE,MOUNTPOINT

• 其对应的安装步骤如下（只给出不同的步骤，相同的步骤略）：

• 并且采用最小安装，即只安装基本功能：

• 安装必要的软件包：

dnf config-manager --set-enabled crb
dnf -y install epel-release

dnf -y install gcc make autoconf gcc-c++ glibc glibc-devel pcre \
    pcre-devel openssl openssl-devel systemd-devel zlib-devel \
    tree vim tmux lsof tcpdump bc bzip2 nfs-utils man-pages \
    wget bash-completion \
    lrzsz net-tools sysstat iotop iftop htop zip unzip nc \
    nmap telnet bc psmisc httpd-tools bind-utils nethogs expect

dnf -y groupinstall "Development Tools"

• 切换为英文环境：

localectl status # 查看当前的语言环境

dnf search locale en # 搜索英文语言包

dnf -y install glibc-langpack-en # 安装英文语言包

localectl set-locale LANG=en_US.UTF-8 # 切换 locale 为英文

source /etc/locale.conf # 手动加载配置文件，使其生效

localectl status # 查看当前的语言环境

1.2 设备文件

• Linux 中的哲学是：一切皆文件。对于普通文件而言，如果使用 C 语言来操作文件，通常会涉及到以下的四个函数：

/**
 * 打开文件
 * 
 * @param pathname 文件路径
 * @param flags 打开文件的标志
 * @param mode 文件权限（当创建文件时）
 * @return 文件描述符，如果出错返回 -1
 */
int open(const char *pathname, int flags, mode_t mode);

/**
 * 读取文件
 * 
 * @param fd 文件描述符
 * @param buf 存储读取数据的缓冲区
 * @param count 要读取的字节数
 * @return 实际读取的字节数，如果出错返回 -1
 */
ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);

/**
 * 写入文件
 * 
 * @param fd 文件描述符
 * @param buf 要写入数据的缓冲区
 * @param count 要写入的字节数
 * @return 实际写入的字节数，如果出错返回 -1
 */
ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);

/**
 * 关闭文件
 * 
 * @param fd 文件描述符
 * @return 成功时返回 0，如果出错返回 -1
 */
int close(int fd);

• 在 Linux 中，设备文件（Device Files）也是一种文件，并且设备文件是指向系统硬件设备的特殊文件，它们通常位于 /dev 目录下。

提醒

设备文件需要关联一个设备驱动程序，进而才能够和对应的硬件设备进行通信。

• 对于普通文件而言，我们知道：如果两个文件的 inode 相同（硬链接），就表明这两个文件是一样，即：

ll -i

• 但是，对于设备文件，却不一样；设备文件有两个主要的属性，即：主设备号（major number）和次设备号（minor number）。

  • 主设备号（major number）：用于标识设备的类型，即设备驱动程序。
  • 次设备号（minor number）：用于标识同一类型中具体的设备实例。

• 可以通过如下的命令，来查看设备文件的相应信息：

ll -i /dev/sd*

• Linux 中的设备类型，有如下两种：

设备类型	特点	例子
块设备（block）	块设备是按块访问的设备，如：硬盘和光驱。 它们有缓冲区，数据按块传输，可以随机访问。	/dev/sda /dev/sdb /dev/sr0 /dev/loop0 /dev/nvme0n1
字符设备（char）	字符设备是按字符流访问的设备，如：终端和串口。 它们没有缓冲区，数据按字节传输。	/dev/null /dev/zero /dev/random /dev/console /dev/pts

• 并且，Linux 中的硬盘命名（针对于硬盘接口类型而言）的规则，如下所示：

设备类型	设备名称格式	说明	示例
传统 IDE 硬盘	/dev/hd[a-d][1-16]	[a-d]：表示第几块硬盘。 [1-16]：表示第几块硬盘的第几个分区。	/dev/hda1, /dev/hdb3
SCSI/SATA/USB 硬盘	/dev/sd[a-z][1-15]	[a-z]：表示第几块硬盘。 [1-15]：表示第几块硬盘的第几个分区。	/dev/sda1, /dev/sdb2
NVMe 固态硬盘	/dev/nvme[0-9]n[0-9]	[0-9]：表示第几个 NVMe 固态硬盘。 [0-9]：表示第几个 NVMe 固态硬盘的第几个命名空间。	/dev/nvme0n1
NVMe 分区	/dev/nvme[0-9]n[0-9]p[1-15]	[0-9]：表示第几个 NVMe 固态硬盘。 [0-9]：表示第几个 NVMe 固态硬盘的第几个命名空间。 [1-15]：表示第几个 NVMe 固态硬盘的第几个命名空间的第几个分区。	/dev/nvme0n1p1

• 在 Linux 中，可以使用 mknod 命令来创建设备文件，其格式如下：

 mknod 设备文件名称 TYPE MAJOR MINOR

提醒

• TYPTE 选项：
  • b：创建一个带有缓存区的块设备文件。
  • c：创建一个不带缓冲区的字符设备文件。
• [MAJOR MINOR]：主设备号和次设备号。

• 示例：查询 CD-ROM 的主设备号和次设备号

ll /dev/sr0

• 示例：创建块设备文件

mknod def-sr0 b 11 0

• 示例：将刚创建的设备文件挂载到 /mnt 下，查看 CD-ROM 中的内容

mnt def-sr0 /mnt

1.3 硬盘类型

• 硬盘类型（硬盘接口类型），如下所示：

接口类型	特点	典型传输速度
IDE	又称为 PATA 接口，是一种老式硬盘接口类型，速度相对较慢，已逐渐被SATA 接口取代。	100-133 MB/s
SCSI	用于服务器和高性能工作站，支持多设备连接，具有高传输速度和可靠性，成本较高。	40-320 MB/s
SATA	传输速度快、连接稳定，常用于机械硬盘和固态硬盘。版本包括 SATA I（1.5Gbps）、SATA II（3.0Gbps）和SATA III（6.0Gbps）。	150 MB/s（SATA I），300 MB/s（SATA II），600 MB/s（SATA III）
SAS	SCSI 接口的串行版本，具有更高的传输速度和更强的连接能力，主要用于企业级存储设备和服务器。	300-1200 MB/s
USB	主要用于外接硬盘，通过 USB 接口（如：USB 2.0、USB 3.0、USB 3.1 等）连接到计算机，便于移动存储和数据传输。	60 MB/s（USB 2.0），625 MB/s（USB 3.0），1250 MB/s（USB 3.1）
M.2	为固态硬盘设计的小型接口，支持 NVMe 协议，具有极高的读写速度和低延迟，常用于高性能笔记本和台式机。	1000-3500 MB/s（依赖于 PCIe 通道数量）

• 硬盘接口类型的作用：
  • ① 连接硬盘和主板：接口类型决定了硬盘如何物理连接到计算机的主板上。
  • ② 速度传输速率：接口类型会影响数据在硬盘和主板之间传输的最大速率。
  • ③ 兼容性：不同的接口类型对应不同的标准和协议，确保硬盘与主板及其他组件的兼容性。

提醒

接口类型主要用于连接硬盘和主板，传输数据的效率和速度确实会受到接口类型的影响，但并不是唯一因素。影响硬盘速度的因素如下：

• ① 硬盘技术：
  • 机械硬盘（HDD）：依赖旋转磁盘和读写头，速度较慢。
  • 固态硬盘（SSD）：利用闪存技术，速度较快。
  • NVMe SSD：使用 NVMe 协议和 PCIe 总线，速度更快。
• ② 接口类型：
  • SATA：常见于 HDD 和 SATA SSD，最大传输速度为 600 MB/s。
  • PCIe/NVMe：常见于高性能 SSD，传输速度可达 3500 MB/s 甚至更高。
• ③ 主板和系统配置：主板支持的接口类型和带宽限制也会影响硬盘的实际性能。

1.4 机械硬盘和固态硬盘

1.4.1 机械硬盘

• 定义：机械硬盘（HDD，Hard Disk Drive）是一种带有机械马达结构的存储装置，主要由：盘片，磁头，盘片转轴及控制电 机，磁头控制器，数据转换器，接口，缓存等几个部分组成。
• 内部构造：

• 机械硬盘的工作原理，如下所示：

关键组件	特点
盘片和旋转轴	机械硬盘内部包含多个盘片，这些盘片平行安装在一个旋转轴上。 盘片高速旋转，通常达到每分钟几千转（RPM）。
磁头和磁头控制器	每个盘片的存储面上都有一个磁头，负责读取和写入数据。 磁头与盘片之间的距离非常小，比一根头发丝的直径还要小。 所有的磁头连接到一个磁头控制器上，由控制器控制各个磁头的移动。

• 机械硬盘的数据读写过程：
  • 磁头可以沿着盘片的半径方向移动，结合盘片的高速旋转，磁头能够快速定位到盘片的指定位置进行数据读写。
  • 数据写入：磁头通过电磁流改变盘片上磁性材料的极性来记录数据。
  • 数据读取：磁头感应盘片上磁性材料的极性变化，将其转换为电信号读取数据。
• 其对应的动画，如下所示：

提醒

• ① 硬盘是精密设备，内部空气需要保持清洁。

• ② 进入硬盘的空气必须经过过滤，以防止灰尘和杂质损害盘片和磁头。

• ③ 机械硬盘读取数据的时间 = 寻道（寻找数据所在的磁道）+ 机械硬盘转速的时间 + 数据读写的时间。

1.4.2 固态硬盘

• 定义：固态硬盘（SSD，Solid State Drive）是一种不带有机械马达结构的存储装置，主要带有闪存、主控芯片、缓存。
• 内部构造：

• 其工作原理，如下所示：

关键组件	特点
闪存存储芯片	SSD 主要依靠闪存芯片来存储数据。闪存是一种非易失性存储器，即使断电后数据也不会丢失。 常见的闪存类型包括 NAND 闪存和 NOR 闪存，SSD 通常使用 NAND 闪存。
存储单元	闪存芯片由多个存储单元组成，每个存储单元可以存储一个或多个比特的数据。 根据存储单元的比特数，闪存分为 SLC（单层单元）、MLC（多层单元）、TLC（三层单元）和 QLC（四层单元）等类型。 比特数越多，存储密度越高，但耐久性和速度相对较低。
控制器	SSD 内部有一个控制器，负责管理数据的读写、垃圾回收（Garbage Collection）、错误校正（Error Correction）等操作。 控制器还处理数据的均匀写入（Wear Leveling），以延长 SSD 的寿命。
缓存	许多 SSD 配备了缓存（如：DRAM缓存），用于加速数据的读写操作。 缓存可以提高性能，特别是在处理小文件或频繁访问的数据时。

• 固态硬盘的数据读写过程：

  • 写入数据：控制器将数据以电信号的形式发送到闪存单元，通过改变存储单元的电荷状态来记录数据。

  • 读取数据：控制器通过检测存储单元的电荷状态来读取数据，并将其转换回电信号。

提醒

• ① 垃圾回收：由于闪存的特性，写入新数据前需要先擦除旧数据。垃圾回收机制定期整理和清理存储单元，确保有足够的空闲空间用于新数据的写入。

• ② 均匀写入：控制器将数据写入分散到不同的存储单元，以防止某些单元过度磨损，延长 SSD 的使用寿命。

1.5 硬盘术语

1.5.1 CHS

• 机械硬盘的内部结构中，会出现如下的概念：

  • 磁头（head）：磁盘驱动器中的磁头用于读取和写入磁盘上的数据。每个磁盘表面都有一个磁头。
  • 磁道（track）：磁盘上同心圆形的路径，每个磁盘表面有多个磁道，用于存储数据。
  • 扇区（sector）：每个磁道分成若干扇区，是磁盘上最小的数据存储单位。每个扇区通常大小为 512 字节。
  • 柱面(cylinder)：柱面是垂直穿过磁盘所有盘片同一磁道的集合。换句话说，在不同盘片上但同一位置的磁道组成一个柱面。

• 其对应的逻辑图，如下所示：

提醒

• ① 磁头的数量 = 盘面的数量。
• ② 磁道的数量 = 柱面的数量。
• ③ 1 柱面 = 扇区的大小（521 B）× 扇区的数量（磁道的数量） × 磁头的数量。
• ④ 在 RHEL 5 之前的版本中，Linux 是以柱面的整数倍划分分区的（这种方式也称为 CHS（Cylinder Head Sector））；但是，在 RHEL 6 之后，Linux 都是以扇区来划分分区。

• 示例：查看扇区

fdisk -l

1.5.2 LBA（logical block addressing）

• 在之前的 CHS 中，机械硬盘是这样划分的：

• CHS 是采用 24 bit 寻址的；其中，前 10 bit 表示 cylinder，中间 8 bit 表示 head，后面 6 bit 表示 sector ，即最大寻址空间是：

echo "2 ^ 24 * 512 / 1024 / 1024 / 1024 " | bc # 8 GB

• 之所以，不再采用 CHS 的方式，就是因为它的最大寻址空间只支持 8GB ；现在的硬盘的容量，早就远远超过了 8GB。所以，现代的操作系统都是采用 LBA（logical block addressing）的方式，即：

  • LBA 是一个整数，通过转换成 CHS 格式完成磁盘具体寻址 。
  • ATA-1 规范中定义了 28 位寻址模式，以每扇区 512 位组来计算，ATA-1 所定义的 28 位 LBA 上限达到 128 GB。
  • 2002 年 ATA-6 规范采用 48 位 LBA，同样以每扇区 512 位组计算容量上限可达 128 PB。

• 其对应的机械硬盘，是这么划分的：

第二章：存储管理

2.1 概述

• 在 Linux 中，对于一个新的硬盘的使用步骤，如下所示：
  • ① 分区：分区是将硬盘划分为独立区域的过程，每个分区可以独立使用和管理。
  • ② 格式化：格式化是将文件系统写入分区的过程，以便操作系统能够读取和写入数据。
  • ③ 挂载：挂载是将格式化的分区连接到文件系统树的过程，以便用户能够访问分区上的数据。

提醒

• ① Windows 和 Linux 有所不同。
• ② Windows 中不需要进行挂载，是由系统帮你自动挂载的。
• ③ 但是，Linux 需要手动挂载！！！

2.2 分区的好处

• 在计算机系统中，对硬盘进行分区有很多原因，即：

  • ① 优化 I/O 性能。
  • ② 实现磁盘空间配额限制。
  • ③ 提高修复速度。
  • ④ 隔离系统和程序。
  • ⑤ 安装多个OS 。
  • ⑥ 采用不同文件系统。

• 如果不对硬盘进行分区，将无法直接写入文件系统，原因如下：

  • ① 分区表的作用：
    • 硬盘上的分区表是存储设备的 “目录”，记录了每个分区的起始位置、大小等信息。
    • 操作系统依赖分区表来识别和访问硬盘上的不同分区。
    • 没有分区表，操作系统无法正确识别和管理磁盘空间。
  • ② 文件系统依赖分区：
    • 文件系统必须创建在分区上。分区提供了文件系统的边界和管理机制。
    • 没有分区，文件系统无法找到其管理的起始和结束位置，无法在磁盘上正确组织和存储数据。
  • ③ 物理和逻辑管理：
    • 分区帮助将硬盘的物理空间组织成更小的逻辑单元。
    • 每个分区可以独立管理，这简化了数据管理，提高了效率和安全性。例如：可以为不同用途（操作系统、数据、备份等）创建不同的分区，便于管理和维护。
  • ④ 兼容性和标准化：
    • 大多数操作系统和硬件控制器，都期望硬盘按照标准分区方案进行组织。
    • 分区方案（如 MBR 或 GPT）是行业标准，确保不同系统和设备之间的兼容性；如果不使用分区，可能会导致兼容性问题，使硬盘无法在不同系统中正常使用。

2.3 分区的方式

2.3.1 概述

• 目前，主流的硬盘分区方式，有如下的两种：
  • MBR（Master Boot Record，主记录引导）。
  • GPT（GUID Partition Table，GUID 分区表）。

提醒

• ① 目前，Win11 和 MacOS 已经强制使用 GPT 分区格式。
• ② Linux 目前还支持 MBR 分区格式；但是，GPT 分区格式是趋势。

2.3.2 MBR 分区

• MBR（Master Boot Record，主记录引导），诞生于 1982 年，使用 32 bit 来表示扇区数，所以分区最大不能超过 2 T，计算如下所示：

echo "2 ^ 32 * 512 / 1024 / 1024 / 1024 / 1024 " | bc # 2 TB

• MBR 通常位于硬盘的 0 磁道 0 扇区（512 bytes，即 512 B），其中：
  • 前 446 bytes 用于引导程序（boot loader），即包含启动计算机所需要的代码，通常用于引导操作系统。
  • 中间 64 bytes 就是分区表（partition table），每 16 bytes 标识一个分区。
  • 最后 2 bytes 是固定值 55AA，用于标识该扇区为有效的 MBR，BIOS 会检查此签名以验证 MBR 的有效性。

提醒

• ① 因为 MBR 的分区表的限制，所以 MBR 分区的硬盘最多有 4 个主分区，也可以有 3 个主分区 + 1 个扩展分区（N 个逻辑分区）。
• ② MBR 分区中的主分区和扩展分区对应的编号是 1 -4 ，逻辑分区到 5 开始。

• MBR 硬盘分区结构图：

• 其中，MBR 由以下 4 个部分组成：

地址范围	功能描述	备注
0000-0088	Master Boot Record，主引导程序	它负责从活动分区中装载，并运行系统引导程序。
0089-01BD	出错信息数据区	数据区，用于存储引导过程中可能发生的错误信息。
01BE-01CD	分区项1（16字节）	分区表
01CE-01DD	分区项2（16字节）	分区表
01DE-01ED	分区项3（16字节）	分区表
01EE-01FD	分区项4（16字节）	分区表
01FE-01FF	55aa	结束标志

• 示例：备份 MBR 分区表

dd if=/dev/sda of=/tmp/dpt.img bs=1 count=64 skip=446 # skip 表示复制 if 的时候跳过

• 示例：远程发送到其它机器

scp /tmp/dpt.img root@192.168.10.101:/root

• 示例：破坏 MBR 分区表

dd if=/dev/zero of=/dev/sda bs=1 count=64 seek=446 # seek 表示复制 of 的时候跳过

• 示例：关机，打开电源进入固件，以光盘启动，进入救援模式

shutdown -h now

• 示例：配置网络

ip addr add 192.168.10.100/24 dev ens160 # 如果没有网络，就配置网络

• 示例：查看 MBR 分区表

hexdump -C -n 512 /dev/sda

• 示例：从远程主机复制对应的文件

scp root@192.168.10.101:/root/dpt.img .

• 示例：恢复 MBR 分区表

dd if=dpt.img of=/dev/sda bs=1 seek=446

• 示例：再次查看 MBR 分区，看是否修复完毕

hexdump -C -n 512 /dev/sda

• 示例：退出光盘

exit

• 示例：关机，并重新设置硬盘为第一启动项

shutdown -n now

2.3.3 GPT 分区

• 在 MBR 硬盘中，分区信息直接存储于主引导记录（MBR）中（主引导记录中还存储着系统的引导程序）。但在 GPT 硬盘中，分区表的位置信息储存在 GPT 头中。但出于兼容性考虑，硬盘的第一个扇区仍然用作 MBR，之后才是 GPT 头。
• 跟现代的 MBR 一样，GPT 也使用逻辑区块地址（LBA）取代了早期的 CHS 寻址方式。传统 MB 信息存储于 LBA 0，GPT 头存储于 LBA 1，接下来才是分区表本身。
• GPT 使用 128 UUID 来表示磁盘和分区 ，GPT 分区表会自动备份在头和尾，并使用 CRC 进行校验。

• GPT 分区结构分为 4 个区域：

  • GPT 头 。
  • 分区表。
  • GPT 分区。
  • 备份区域。

• 其中，分区表头的格式，如下所示：

起始字节	长度	内容
0	8字节	签名（"EFI PART", 45 46 49 20 50 41 52 54）
8	4字节	修订（在1.0版中，值是00 00 01 00）
12	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）
16	4字节	分区表头（第0－91字节）的CRC32校验，在计算时，把这个字段作为0处理，需要计算出分区序列的CRC32校验后再计算本字段
20	4字节	保留，必须是0
24	8字节	当前LBA（这个分区表头的位置）
32	8字节	备份LBA（另一个分区表头的位置）
40	8字节	第一个可用于分区的LBA（主分区表的最后一个LBA + 1）
48	8字节	最后一个可用于分区的LBA（备份分区表的第一个LBA − 1）
56	16字节	硬盘GUID（在类UNIX系统中也叫UUID）
72	8字节	分区表项的起始LBA（在主分区表中是2）
80	4字节	分区表项的数量
84	4字节	一个分区表项的大小（通常是128）
88	4字节	分区序列的CRC32校验
92	*	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）

• 主分区表和备份分区表的头分别位于硬盘的第二个扇区（LBA 1）以及硬盘的最后一个扇区。备份分区表头中的信息是关于备份分区表的。

2.4 BIOS 和 UEFI

• BIOS（Basic Input/Output System）和 UEFI（Unified Extensible Firmware Interface）是计算机系统启动和硬件初始化过程中使用的两种固件接口。它们在功能和设计上有显著差异。
• BIOS 是传统的固件接口，从上世纪 80 年代起广泛使用。它主要负责在操作系统加载前对计算机硬件进行初始化和测试。

• BIOS 的主要特点包括：

  • ① 16 位模式：BIOS 在启动过程中运行在 16 位实模式下，这限制了其能够直接访问的内存和硬件资源。
  • ② 启动过程：BIOS 使用主引导记录（MBR）来存储分区信息和启动代码。MBR 存储在磁盘的第一个扇区，仅支持最多 4 个主分区，每个分区最大为 2 TB。
  • ③ 界面和设置：BIOS 提供了一个简单的文本界面，用户可以通过此界面进行硬件配置和系统设置。
  • ④ 硬件支持：BIOS 对现代硬件的支持有限，尤其是大容量硬盘和新型外围设备。

• UEFI 是现代计算机系统使用的固件接口，旨在取代传统的 BIOS，并提供更强大的功能和更灵活的配置选项。

• UEFI 的主要特点包括：

  • ① 32 位和 64 位模式：UEFI 可以在 32 位或 64 位模式下运行，支持更大的内存地址空间和更高效的硬件访问。
  • ② 启动过程：UEFI 使用 GUID 分区表（GPT）来管理分区信息，支持的分区数量几乎没有限制，每个分区最大可达 18.8 百万 TB。
  • ③ 用户界面：UEFI 提供了更现代的图形用户界面（GUI），使用户可以更直观地进行系统配置和管理。
  • ④ 安全启动：UEFI 支持安全启动（Secure Boot），这是一种安全功能，可以防止未经授权的操作系统和恶意软件在启动过程中加载。
  • ⑤ 扩展性：UEFI 设计为模块化和可扩展的，允许制造商和开发人员添加新功能和扩展现有功能。

• 传统的 BIOS 运行流程，即 MBR + BIOS ：

• 现代的 UEFI 运行流程，即 UEFI + GPT ：

提醒

• ① BIOS 是一种传统的固件接口，已经服务于计算机系统几十年，但由于其局限性，逐渐被功能更强大、更灵活的 UEFI 所取代。
• ② UEFI 提供了对现代硬件和大容量存储的更好支持，并且具有更高的安全性和用户友好性，是当前和未来计算机系统的主流选择，如：Win11 等强制你必须使用 UEFI 。

2.5 管理分区

2.5.1 概述（⭐）

• 显示块设备：

lsblk -f

• 创建分区：

fdisk # 管理 MBR 分区和 GPT 分区

gdisk # 管理 GPT 分区

parted # 高级分区操作，可以是交互或非交互方式

提醒

• ① parted 用来管理分区是实时操作，需要谨慎使用。
• ② 在实际工作中，通常推荐使用 fdisk ，因为其是手动保存的，更为安全。
• ③ 有的时候，当我们使用 fdisk 、parted 或 gdisk 修改分区表后，可能内核尚未更新这些更改，此时就可以使用 partprobe 命令来强制内核重新扫描并更新分区信息，避免重启 Linux 操作系统。

2.5.2 准备工作

• 准备 2 块硬盘，一块是 2 TB 的容量，一块是 4 TB 的容量，即（此处只给出创建 2 TB 容量硬盘的步骤）：

• 还需要重启下，让内核知道，我们添加了新硬盘，即：

reboot

2.5.3 使用 parted 命令管理分区

• 格式：

parted [OPTION]... [DEVICE [COMMAND [PARAMETERS]...]...]

提醒

COMMAND：

• mklabel LABEL-TYPE：创建分区格式，LABEL-TYPE 是 msdos 或 gpt 。
• print：显示分区表。
• mkpart PART-TYPE [FS-TYPE] START END：创建新分区，指定分区的开始位置和结束位置。
• resizepart NUMBER END：调整分区的大小。
• rm NUMBER：删除分区。

• 常用命令选项：

parted /dev/sdb mklabel gpt|msdos # 创建 gpt 分区格式或 mbr 分区格式

parted /dev/sdb print # 显示分区格式和分区表（分区项）

parted /dev/sdb mkpart primary 1 10GB （默认M）# MBR 分区格式，创建主分区
parted /dev/sdb mkpart extended 10GB 20GB （默认M）# MBR 分区格式，创建扩展分区
parted /dev/sdb mkpart logical  10GB 15GB （默认M）# MBR 分区格式，创建逻辑分区

parted /dev/sdb mkpart mypartition 1GB 10GB # GPT 分区格式，创建自定义名称的分区

parted /dev/sdb rm 1 # 删除第一个分区

parted -l # 显示所有硬盘分区信息

提醒

• ① parted 用来管理分区是实时操作，需要谨慎使用。
• ② parted 可以是交互方式，也可以是非交互方式；通常而言，交互方式更为直观。

• 示例：显示所有块设备

lsblk -f

• 示例：显示所有硬盘分区信息

parted -l

• 示例：使用交互模式，对 /dev/sdc 创建 MBR 分区表

parted /dev/sdc # 通过 help 查看帮助

mklabel msdos # 创建 MBR 分区格式

• 示例：使用交互模式，对 /dev/sdc（MBR 分区表），创建第一个主分区

mkpart # enter 就会提示，创建 primary（主分区） 还是 extend（扩展分区）

# 默认是 ext2 ，可以输入 ext4 和 xfs ，
# 在交互模式下提示输入文件系统类型，这个类型信息仅用于记录，并不会实际创建文件系统。
ext4

start  1G # 开始分区位置

end 10G # 结束分区位置

quit # 退出交互式模式

2.5.4 使用 fdisk 命令管理分区（⭐）

• 格式：

fdisk -l [DEVICE...] # /dev/sda /dev/sdb ，查看分区以及扇区情况

fdisk DEVICE # 管理 MBR 分区或 GPT 分区

• 子命令列表：

子命令	描述
m	帮助
p（print the partition table）	显示分区列表信息
t（change a partition type）	更改分区类型
g（create a new empty GPT partition table）	创建 GPT 分区
o（create a new empty DOS partition table）	创建 MBR 分区
n（add a new partition）	创建新分区
d（delete a partition）	删除分区
v（verify the partition table）	校验分区表
u（change display/entry units）	转换单位
w（write table to disk and exit）	保存并退出
q （quit without saving changes）	不保存退出

• 示例：查看指定硬盘上的分区和扇区信息

fdisk -l /dev/sda /dev/sdb /dev/sdc

• 示例：使用 fdisk 创建 MBR 分区表

fdisk /dev/sdb # 进入交互模式，默认是 MBR 分区表

p # 显示分区列表信息

• 示例：使用 fdisk （MBR 分区表）创建分区

n

p # 主分区
e # 扩展分区

1 # 选择分区数字，即第一个分区

+20G # 划分 20G 的容量给 1 分区；如果没有单位 ，即 +20000 ，就是从 2048 扇区到 20000 扇区划分给 1 分区

w # 保存并退出

• 示例：使用 fdisk（MBR 分区表）修改分区类型

fdisk /dev/sdb

t

4 # 第四个分区

05 # extended 扩展分区，83 Linux 就是 primary 主分区

w

• 示例：使用 fdisk（MBR 分区表）删除分区

fdisk /dev/sdb

p

d # 删除分区

4

w

• 示例：使用 fdisk 创建 GPT 分区表，并进行分区

fdisk /dev/sdc

g # 默认是 MBR 分区格式，转换为 GPT 分区格式

1 # 第一个分区

+200G

w

2.6 文件系统

2.6.1 概述

• 文件系统是操作系统中用于管理和组织存储设备（如：硬盘、固态硬盘、USB闪存等）上数据的一套方法和数据结构，即在存储设备上管理文件的方法。
• 如果没有文件系统，我们必须通过如下的命令，去读取磁盘中的二进制数据：

hexdump -C -n 512 /dev/sda

• 然后，通过对应的数据转换工具，去操作二进制数据，这既不直观，也不安全！！！

• 操作系统中负责管理和存储文件信息的软件结构称为文件管理系统，简称文件系统。从操作系统的角度上讲，文件系统是对文件存储设备的空间进行组织和分配，负责文件存储并对存入的文件进行保护和检索。具体地说，文件系统负责为用户建立文件，存入、读出、修改、转储文件，控制文件的 存取，安全控制，日志，压缩，加密等。

• 查看 Linux 支持的文件系统：

ll /lib/modules/`uname -r`/kernel/fs

• 我们也可以通过如下的命令，查看文件系统的帮助手册：

man 5 fs

2.6.2 文件系统的主要作用和常见类型

• 文件系统的主要作用包括以下几个方面：

  • ① 文件存储和组织：文件系统提供一种结构化的方式来存储文件和目录。它使用目录树结构，使得用户能够方便地对文件进行分类和组织。
  • ② 文件命名：文件系统允许用户为文件和目录命名，并且通常支持不同类型的文件名格式和命名规则。
  • ③ 文件访问：文件系统提供了读、写、修改和删除文件的功能。它管理文件的访问权限，确保文件安全和数据完整性。
  • ④ 存储管理：文件系统负责管理存储设备上的空闲空间和已用空间，确保文件可以高效地存储和检索。它使用各种算法来分配和回收存储空间，以减少碎片化。
  • ⑤ 元数据管理：文件系统存储和管理有关文件的信息（元数据），如文件大小、创建和修改时间、权限和所有者等。这些元数据有助于操作系统和用户对文件进行管理和控制。
  • ⑥ 数据恢复和容错：某些文件系统具有内置的数据恢复和容错机制，可以在硬件故障或意外中断时保护数据，提供一定程度的容错能力和数据恢复功能。

• 常见的文件系统类型包括：

  • FAT32 和 exFAT：主要用于闪存设备和兼容性需求广泛的场合。
  • NTFS：Windows 操作系统的默认文件系统，支持高级功能如权限管理、压缩和加密。
  • ext4：Linux 系统常用的文件系统，支持日志记录和大文件。
  • ZFS：一种高性能、高可靠性的文件系统，支持快照和数据压缩。
  • ……

警告

从 RHEL7 之后，RedHat 就开始推荐使用 ext4 文件系统和 xfs 文件系统。

2.6.3 回顾虚拟系统

• Linux 中的文件系统繁多，为了简化开发，操作系统就提供了一个统一的接口，即在用户层和文件系统层引入了一个中间层 -- 虚拟文件系统，即：

提醒

• ① 这样带来的好处就是解耦，即操作系统定义了所有文件系统都支持的数据接口和标准接口，而文件系统的实现者去实现这些接口就可以了，屏蔽了底层细节。
• ② 应用程序（如：ls、cat 等命令）只需要通过系统调用来调用虚拟文件系统的接口，就可以访问到磁盘上的文件；而不必关注每个文件系统的不同特性。

• 根据存储位置的不同，可以将文件系统分为三类：
  • 磁盘文件系统，直接把数据存储在磁盘中，如：ext2 、ext3、ext4、xfs 等都是这类文件系统。
  • 内存文件系统，这类文件系统的数据不是存储在硬盘的，而是占用内存空间，我们经常用到的 /proc 和 /sys 文件系统都属于这一类，读写这类文件，实际上是读写内核中相关的数据数据。
  • 网络文件系统，用来访问其他计算机数据的文件系统，如：NFS、CephFS 。

2.6.4 创建文件系统（格式化，⭐）

• 格式：

mkfs.FS_TYPE [-L 'LABEL'] [-b 1024|2048|4096] /dev/DEVICE

mkfs -t FS_TYPE [-L 'LABEL'] [-b 1024|2048|4096] /dev/DEVICE

• 常用选项：
  • -t FS_TYPE：设置文件类型，有 ext4、xfs、vfat 等，可以通过 cat /proc/filesystems 查看文件系统类型。
  • -L 'LABEL'：设置卷标，通常用来设置未来要挂载的目录。
  • -b 1024|2048|4096：设置 block 块的大小。

提醒

在使用 mkfs 等命名创建文件系统的时候，会生成一个唯一的 UUID ，其作用如下：

• ① 文件系统标识：UUID 是一个唯一的标识符，它可以用来唯一地标识一个文件系统。这在多个文件系统并存的情况下尤其有用。通过 UUID，可以确保每个文件系统都有一个独特的标识，从而避免混淆。
• ② 挂载点识别：在 /etc/fstab 文件中，可以使用文件系统的 UUID 来指定挂载点。这比使用设备名称（如 /dev/sda1）更可靠，因为设备名称可能会因为硬件变化或重新排列而改变，而 UUID 始终不变。
• ③ 设备稳定性：在系统启动时或热插拔设备时，设备名称可能会发生变化，而 UUID 始终与文件系统绑定，确保系统能正确地识别和挂载文件系统。
• ④ 文件系统管理：在某些文件系统管理工具和操作中（如 blkid、lsblk 等），可以通过 UUID 来识别和操作文件系统。这有助于管理员在进行维护和管理时快速准确地定位文件系统。

• 示例：创建 ext4 文件系统

mkfs.ext4 /dev/sdb1

• 示例：创建 xfs 文件系统

mkfs.xfs /dev/sdb2

• 示例：创建 xfs 文件系统，并设置 label 信息

mkfs.xfs -L '/mnt/sdb3' /dev/sdb3

2.6.5 查看和管理分区信息

2.6.5.1 查看块设备属性信息（⭐）

• 格式：

blkid [-U|--uuid <uuid>] [-L|--label <label>] [/dev/DEVICE]

• 对应的英文：block id，即用于显示或查看块设备（如：硬盘分区）的属性和 UUID。

• 常用的选项：

  • -U|--uuid <uuid>：根据指定的 UUID 来查找对应的设备。
  • -L|--label <label>：根据指定的 Label 来查找对应的设备。

• 示例：查看块设备的属性信息

blkid /dev/sdb1

• 示例：根据指定的 UUID 来查找对应的设备

blkid -U cd50d802-cdb6-48bd-9109-963e29ad3c12

• 示例：根据指定的 LABEL 来查找对应的设备

blkid -L /mnt/sdb3

2.6.5.2 管理 ext 文件系统的 LABEL

• 格式：

e2label /dev/DEVICE [label]

• 功能：改变 ext 文件系统的 LABEL 信息。

提醒

如果没有传递 label 信息，默认就是显示指定设备的 ext 文件系统的 LABEL 信息。

• 示例：改变 ext 文件系统的 LABEL 信息

e2label /dev/sdb1 "/mnt/sdb1"

• 示例：查询 ext 文件系统的 LABEL 信息

e2label /dev/sdb1

2.6.5.3 查找分区

• 格式：

findfs [LABEL=value]

findfs [UUID=value]

• 功能：根据 LABEL 或 UUID 查询文件系统对应的设备路径，即分区。

• 示例：根据 LABEL 查询文件系统对应的设备路径，即分区

findfs LABEL="/mnt/sdb1"

• 示例：根据 UUID 查询文件系统对应的设备路径，即分区

findfs UUID="e771fe1e-c4d6-4484-a2e1-a45b2ceef7e0"

2.6.5.4 ext4 文件系统的底层细节

• ext4 文件系统的底层，如下所示：

• ext4 文件系统的磁盘布局，由以下几个主要部分组成：

  • 引导扇区（Boot Sector）：第一个扇区，包含启动加载程序（如果存在）。
  • 超级块（Superblock）：超级块是每个文件系统的核心，它保存了文件系统的配置和状态信息，如：块大小、文件系统的总块数、已使用块数等。
  • 组描述符表（Block Group Descriptor）：包含了所有块组的描述符，每个描述符存储了块组的起始地址、块位图的地址、inode 位图的地址、inode 表的起始地址等。
  • 块组（Block Groups）：文件系统被划分为多个块组，每个块组包含以下几个部分：
    • 块位图（Block Bitmap）：这是一个位图，表示数据块的使用情况。每个位对应一个数据块，0 表示未使用，1 表示已使用。
    • inode 位图（Inode Bitmap）：类似于块位图，表示 inode 的使用情况。
    • inode 表（Inode Table）：inode 是文件系统中的核心数据结构，每个 inode 记录了一个文件或目录的元数据（如权限、所有者、大小、指向数据块的指针等）。
    • 数据块（Data Blocks）：数据块是存储实际数据的地方，文件的数据和目录的内容都存储在这里。

• 数据读取的流程，如下所示：

  • ① 查找超级块 -> 获取组描述符表。
  • ② 从组描述符表找到对应的块组。
  • ③ 从 inode 位图中查找 inode 表的入口。
  • ④ 从 inode 表中读取文件的 inode 信息。
  • ⑤ 通过 inode 中的指针找到文件数据所在的数据块。
  • ⑥ 从数据块中读取文件数据。

2.6.5.5 调整 ext 文件系统的可调参数

• 格式：

tune2fs [-l] [-L LABEL] /dev/DEVICE

• 常用选项：

  • -l：显示文件系统的超级块信息（超级块包含文件系统的元数据信息，如：文件系统大小、空闲块数、挂载次数等）。
  • -L LABEL：修改标签。

• 示例：查看 ext4 的超级块

tune2fs -l /dev/sdb1

• 示例：查看 ext4 文件系统的标签

tune2fs -L "/mnt/sdb1-m" /dev/sdb1

2.6.5.6 查看 ext 文件系统的信息

• 格式：

dumpe2fs [-h] /dev/DEVICE

• 功能：显示超级块和磁盘块分组信息。

提醒

如果加上 -h ，则只显示超级块信息。

• 示例：显示超级块和磁盘块分组信息

dumpe2fs /dev/sdb1

• 示例：只显示超级块信息

dumpe2fs -h /dev/sdb1

2.6.5.7 查看 xfs 的信息

• 格式：

xfs_info /dev/DEVICE

• 示例：显示 xfs 文件系统的信息

xfs_info /dev/sdb2

2.6.6 文件系统的检测和修复

2.6.6.1 概述

• 文件系统出现故障通常发生于死机或非正常关机之后，挂载的文件文件标记为 "no clean" 。

警告

• ① 不要在挂载状态下，进行文件系统的修复，请先使用 umount 命令卸载文件系统！！！
• ② 实际工作中，通常会使用 RAID 或 LVM 技术，来实现数据的备份和恢复，防止出现单块硬盘上的分区或文件系统损坏而造成数据丢失！！！

2.6.6.2 文件系统检测和修复

• fsck 命令：

fsck.FS_TYPE [-p][-y][-f] /dev/DEVICE # FS_TYPE 需要和分区上的文件系统类型相同

fsck -t FS_TYPE [-p][-y][-f] /dev/DEVICE # FS_TYPE 需要和分区上的文件系统类型相同

提醒

常用选项：

• -p：自动进行安全的修复文件系统问题。
• -y：自动应答为 yes。
• -f：强制修复。

• e2fsck 命令（ext 系列文件专用的检测修复工具）：

e2fsck [-p][-y][-f][-n] /dev/DEVICE

提醒

常用选项：

• -n：只检查。

• -p：自动进行安全的修复文件系统问题。

• -y：自动应答为 yes。

• -f：强制修复。

• xfs_repair 命令（xfs文件系统专用检测修复工具）：

xfs_repair [-d][-n][-f] /dev/DEVICE

提醒

常用选项：

• -f：修复文件而不是块设备。

• -n：只检查。

• -d：允许修复只读的挂载设备，在单用户下修复 / 时使用，然后立即 reboot 。

• 示例：将 ext4 文件系统挂载到某个目录，并复制文件到其中

mount /dev/sdb1 /mnt

cp /etc/fstab /mnt

ll /mnt

• 示例：破坏 ext4 文件系统，并查看文件是否损坏

dd if=/dev/zero of=/dev/sdb1 bs=1M count=1

ll /mnt

• 示例：查询 ext4 文件系统的超级块信息

tune2fs -l /dev/sdb1

• 示例：卸载文件系统

umount /dev/sdb1

• 示例：检测文件系统

e2fsck -n /dev/sdb1

• 示例：修复文件系统

e2fsck -y /dev/sdb1

• 示例：查询 ext4 文件系统的超级块信息

tune2fs -l /dev/sdb1

• 示例：挂载，并查看文件是否恢复成功

mount /dev/sdb1 /mnt

ll /mnt

2.7 挂载（⭐）

2.7.1 概述

• 挂载：就是将额外的文件系统和根文件系统某个现存的目录建立关联关系，进而使得此目录可以作为其他文件访问的入口的行为。
• 卸载：解除这种关联关系的行文。

提醒

• ① 将设备（文件系统）关联到某个目录，该目录被称为挂载点（mount point），挂载点下原有文件在挂载完成后会被临时隐藏，因此，挂载点目录一般为空。
• ② 进程正在使用中的设备无法被卸载。

2.7.2 挂载

• 格式：

mount [-rvwa] [-o options] device mountpoint

• 其中，device 指的是要挂载的设备，有如下的四种形式：

挂载设备的形式	样例
设备文件	/dev/sdb1
卷标（-L 'LABEL'）	-L '/mnt/sdb1'
UUID（-U 'UUID'）	-U 'e771fe1e-c4d6-4484-a2e1-a45b2ceef7e0'
伪文件系统名称	proc、sysfs、devtmpfs、tmpfs

• 其中，mountpoint 是挂载点，必须事前存在，建议使用空目录。
• 常用选项：

-r, --read-only # 只读挂载，类似于 -o ro

-w, --rw, --read-write # 读写挂载，默认

-a, --all # 将 /etc/fstab 文件中所列出的挂载信息加载进内存

-L 'LABEL' # 以卷标指定挂载设备
-U 'UUID' # 以 UUID 指定要挂载的设备
-B, --bind # 绑定目录到另一个目录上

-o options：# (挂载文件系统的选项)，多个选项使用逗号分隔
   async   # 异步模式,内存更改时,写入缓存区buffer,过一段时间再写到磁盘中，效率高，但不安全
   sync   # 同步模式,内存更改时，同时写磁盘，安全，但效率低下
   atime/noatime # 启用或关闭（目录和文件的访问时间）
   diratime/nodiratime # 启用或关闭（目录的访问时间）
   auto/noauto # 是否支持开机自动挂载，是否支持 -a 选项
   exec/noexec # 是否允许文件系统上执行二进制文件
   dev/nodev # 是否支持在此文件系统上使用设备文件
   suid/nosuid # 是否支持 suid 和 sgid 权限
   remount # 重新挂载
   ro/rw # 只读、读写
   user/nouser # 是否允许普通用户挂载此设备，/etc/fstab使用
   acl/noacl # 启用此文件系统上的 acl 功能
   loop # 使用 loop 设备
   _netdev # 当网络可用时才对网络资源进行挂载，如：NFS 文件系统
   defaults # 相当于 rw, suid, dev, exec, auto, nouser, async

重要

挂载规则：

• ① 一个挂载点同一时间只能挂载一个设备
• ② 一个挂载点同一时间挂载了多个设备，只能看到最后一个设备的数据，其它设备上的数据将被隐藏。
• ③ 一个设备可以同时挂载到多个挂载点。
• ④ 通常挂载点一般是已存在空的目录。

• 示例：挂载（临时挂载，一旦重启，挂载关系将会失效，也称为手动挂载）

mkdir -pv /mnt/sdb1-m

mount /dev/sdb1 /mnt/sdb1-m

2.7.3 卸载

• 格式：

umount /dev/DEVICE|mountpoint

• 示例：使用设备名卸载

umount /dev/sdb1

• 示例：使用挂载点卸载

umount /mnt/sdb1-m

2.7.4 查看挂载信息

• 格式：

mount # 通过查看 /etc/mtab 文件显示当前已挂载的所有设备

提醒

• ① /etc/mtab 是一个在 Linux 系统中用于记录当前挂载文件系统的文件。它包含了系统当前挂载的所有文件系统的信息，包括挂载点、文件系统类型和挂载选项。
• ② /etc/mtab 通常由系统自动生成和更新，不需要手动编辑。系统会在每次挂载或卸载文件系统时更新该文件。

• 格式：

cat /proc/mounts  # 查看内核追踪到的已挂载的所有设备

提醒

• ① 现代 Linux 系统中，/proc/mounts 文件提供了与 /etc/mtab 类似的信息，并且总是最新的，因为它直接从内核获取数据。
• ② 由于 /etc/mtab 可能会因为某些原因不准确，因此有时建议查看 /proc/mounts 以获取当前系统的挂载信息。

• 示例：查看挂载信息

mount

• 示例：查看挂载信息

cat /proc/mounts

2.7.5 查看挂载点情况

• 格式：

findmnt /dev/DEVICE|mountpoint

• 示例：

findmnt /dev/sdb1

2.7.6 查看正在访问指定文件系统的进程并终止

• 查看正在访问指定文件系统的进程：

lsof mount_point|文件

fuser -v mount_point|文件

• 终止所有在正访问指定的文件系统的进程：

fuser -km mount_point # -k,--kill 杀死，-m,--mount 挂载

警告

卸载之前，必须保证没有任何进程访问该文件系统中的文件。

• 示例：使用另外一种用户进入挂载点，并访问文件系统中的数据

su - x

cd /mnt/sdb1-m/

tail -f /mnt/sdb1-m/fstab

• 示例：查看正在访问指定文件系统的进程

fuser -v /mnt/sdb1

• 示例：终止所有在正访问指定的文件系统的进程

fuser -km /mnt/sdb1

2.7.7 永久挂载

• 之前，通过 mount 都是手动挂载的方式，一旦系统重启，挂载关联关系将会失败；如果需要永久挂载，就需要将挂载关联关系保存到磁盘上的配置文件中，即 /etc/fstab 文件。

提醒

可以通过 man 5 fstab 命令查看 fstab 配置文件的格式。

• 示例：永久挂载

vim /etc/fstab

:r!blkid /dev/sdb1 

UUID=dd222109-67e4-4b93-a74b-6c227055f53c /mnt                   ext4    defaults        0 0

systemctl daemon-reload

# 自动挂载所有支持自动挂载的设备(定义在了 /etc/fstab 文件中，且挂载选项中有 auto 功能)
mount -a

2.7.8 挂载文件（将文件作为设备使用）

• mount 也支持将一个文件作为 loop 设备，挂载到指定的目录中，作为文件系统来使用。

提醒

其步骤如下：

• ① 创建一个空文件。
• ② 在这个文件上创建文件系统。
• ③ 创建挂载点，即空目录。
• ④ 将文件系统镜像挂载到挂载点。

• 示例：创建一个空文件

dd if=/dev/zero of=$HOME/data.img bs=1M count=1024

• 示例：将文件作为一个设备文件，在上面创建文件系统

mkfs.ext4 $HOME/data.img

• 示例：创建挂载点，即空目录

mkdir -pv /mnt/iso

• 示例：将文件系统镜像挂载到挂载点，并复制文件进去

mount $HOME/data.img /mnt/iso # losetup -a 查询所有的回环设备

cp /etc/fstab /mnt/iso

• 示例：将该文件远程发送到其它系统中，并挂载到指定目录，再查看

scp $HOME/data.img root@192.168.10.101:/root

mount $HOME/data.img /mnt

ll /mnt

2.8 交换分区

2.8.1 概述

• 在 Linux 操作系统中，swap 分区（交换分区）是一种虚拟内存技术，用于扩展物理内存的容量。它通过在磁盘上分配一块空间来存储临时不常用的数据，当物理内存不足时，系统会将部分内存数据移至 swap 分区，以释放更多的物理内存用于当前进程。
• swap 分区的作用如下：
  • ① 扩展内存：在物理内存（RAM）不足的情况下，swap 分区可以作为扩展的内存空间使用。
  • ② 内存管理：当系统需要更多的内存而物理内存已经用完时，swap 分区可以防止系统崩溃或强制终止进程。
  • ③ 性能管理：通过将不常用的内存数据移至 swap 分区，系统可以更有效地管理内存资源。
• 但是，配置过多 swap 空间会造成存储设备处于分配和闲置状态，造成浪费，过多 swap 空间还会掩盖内存泄露。

2.8.2 swap 分区建议

• swap 分区的大小通常建议根据系统的物理内存大小和用途来设置。传统建议是：
  • 对于 2GB 或更小的 RAM，swap 大小应为物理内存的两倍。
  • 对于 2GB 到 8GB 的 RAM，swap 大小应与物理内存相同。
  • 对于 8GB 以上的 RAM，swap 大小应为 4GB 到 8GB。

提醒

• ① 不过，具体的 swap 大小需要根据实际使用情况和需求来决定。

• ② 通过正确配置和管理 swap 分区，Linux 系统可以更高效地利用内存资源，提升系统的稳定性和性能。

• ③ 在将来使用容器化技术，如：Docker 等，会需要将 swap 分区关闭，是因为性能问题、内存限制和隔离、简化资源管理等原因。

2.8.3 创建交换分区

• 步骤：

  • ① 创建分区：使用 fdisk 、gdisk 或 parted 等工具创建一个新的分区，并需要将分区类型设置为 19 或 8200 （Linux 的 swap 分区）。
  • ② 格式化分区：使用 mkswap 工具格式化所创建的新的分区。
  • ③ 启用分区：使用 swapon 命令启动新的分区。
  • ④ 永久挂载：通过编辑 /etc/fstab 文件，在其中配置 swap ，以实现即使系统重启也会自动挂载 swap 分区。
  • ⑤ 查看分区是否创建成功：使用 free -h 或 swapon --show 命令验证。

• 示例：创建分区

fdisk /dev/sdb

• 示例：格式化分区

mkswap /dev/sdb4

• 示例：启用分区（手动启用，重启会失效）

swapon /dev/sdb4

• 示例：查看是否启用成功

free -h

swapon --show

• 示例：永久挂载

vim /etc/fstab

:r!blkid /dev/sdb4

UUID=1a6e9b62-112f-4531-aa6e-c0b1d2d48db5 none  swap    defaults        0 0 # 增加

swapon -a

2.8.4 关闭 swap 分区（⭐）

• 手动关闭（临时关闭，重启无效）：

swapoff -a # 关闭当前会话的 swap ，重启之后无效

• 永久关闭：

sed -ri 's/.*swap.*/#&/' /etc/fstab # 需要重启

• 示例：关闭 swap 分区

swapoff -a

sed -ri 's/.*swap.*/#&/' /etc/fstab

2.9 移动介质

2.9.1 概述

• 挂载意味着将外来的文件系统看起来如同主目录树的一部分，所有的移动介质同样也需要挂载，挂载点通常在 /media 或 /mnt 下。
• 在访问移动介质之前，需要将移动介质挂载到主目录树。
• 在摘除移动介质之前，需要将移动介质从主目录树上卸载。

2.9.2 光盘

• 在图形化界面，会自动挂载到 /run/media 目录下。
• 但是，如果是命令行界面，还需要手动挂载，即：

mount /dev/sr0 /mnt # /dev/cdrom 是 /dev/sr0 的软链接，某种意义上两者是等价的

• 创建 iso 文件：

cp /dev/sr0 ~/almaLinux9.iso  # 需要先挂载，再复制

mkisofs -r -o ~/etc.iso /etc # dnf -y install xorriso

2.9.3 USB

• 在图形化界面，会自动挂载到 /run/media 目录下。
• 但是，在命令行界面，还需要手动挂载，即：

mount /dev/sdX /mnt

• 可以通过查看系统日志，以确认 USB 设备是否识别：

dmesg | tail

• 查看 USB 设备，即：

lsusb # dnf -y install usbutils

2.10 磁盘常用工具（⭐）

2.10.1 df

• 格式：

df [-h][-i][-T]... [/dev/DEVICE]...

提醒

• 对应的英文：disk free。
• 功能：查看文件系统（分区）的磁盘空间使用情况。
• 常用选项：
  • -h，--human-readable：以人类可读的方式显示，如：20 GB 等，默认是以 KB 为单位。
  • -i, --inodes：显示 inode 的信息，而不显示 block，默认不显示。
  • -T，--print-type：打印文件系统。

• 示例：

df -h

• 示例：

df -i

• 示例：

df -Th

2.10.2 du

• 格式：

du [-h][-s][-a][-d]... [FILE|DIRECTORY]...

提醒

• 对应的英文：disk usage。
• 功能：显示文件（集合）或目录在磁盘上的使用空间。
• 常用选项：
  • -h，--human-readable：以人类可读的方式显示，如：20 GB 等，默认是以 KB 为单位。
  • -s，--summarize：显示总数。
  • -d，--max-depth=N：指定最大目录层级。
  • -a, --all：显示所有的文件，而不仅仅包括目录。

• 示例：

du -sh /etc

• 示例：查询指定目录中，文件体积最大的前 5 个

find /etc -type f -exec du -h {} + | sort -rn | head -n 5

2.10.3 dd

2.10.3.1 概述

• 格式：

dd if=/PATH/FROM/SRC of=/PATH/TO/DEST bs=# count=#

提醒

• 对应的英文：convert and copy a file。
• 功能：转换和复制文件，常用于备份整个硬盘或创建磁盘映像。
• 常用的选项：

if=file # inputfile，从所命名文件读取而不是从标准输入

of=file # outputfile，写到所命名的文件而不是到标准输出

ibs=BYTES  # 一次性读入指定的块，默认是 512B 的块大小，可以使用 b、K、M、G 、T、P、E、Z、Y 等单位

obs=BYTES # 一次性写入指定的块，默认是 512B 的块大小，可以使用 b、K、M、G 、T、P、E、Z、Y 等单位

bs=BYTES # 一次性读入和写入指定的块，默认是 512B 的块大小，会覆盖 ibs 和 obs

cbs=BYTES # 一次性转换指定的块，默认是 512B 的块大小，可以使用 b、K、M、G 、T、P、E、Z、Y 等单位

skip=blocks   # 当读取文件的时候，从开头忽略 blocks 个 ibs 大小的块

seek=blocks   # 当写入文件的时候，从开头忽略 blocks 个 obs 大小的块

count=n  # 复制 n 个 bs

conv=conversion[,conversion...] # 用指定的参数转换文件
	ascii # 转换 EBCDIC 为 ASCII
    ebcdic # 转换 ASCII 为 EBCDIC
    lcase # 把大写字符转换为小写字符
    ucase # 把小写字符转换为大写字符
    nocreat # 不创建输出文件
    noerror # 出错时不停止
    notrunc # 不截短输出文件
    sync # 把每个输入块填充到ibs个字节，不足部分用空(NUL)字符补齐
    fdatasync # 写完成前，物理写入输出文

2.10.3.3 应用示例

• 示例：将本地的 /dev/sda 整盘备份到 /dev/sdb 中（危险，谨慎使用）

dd if=/dev/sda of=/dev/sdb bs=40M status=progress

• 示例：将本地的 /dev/sda 整盘备份到 /dev/sdb 中（危险，谨慎使用，借助镜像文件）

dd if=/dev/sda of=/mnt/backup.img bs=40M status=progress

dd if=/mnt/backup.img of=/dev/sdb bs=40M status=progress