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Linux磁盘管理与文件系统(一):磁盘、MBR与分区和文件系统

Linux磁盘管理与文件系统(一):磁盘、MBR与分区和文件系统


1、磁盘结构

物理结构

  • 盘片:磁盘驱动器中的主要部件,通常由多个盘片组成。这些盘片在磁盘驱动器中旋转,用于读写数据。每个盘片的两面都可以进行数据存储。
  • 磁头:磁头是用于读取和写入数据的设备,它们通常安装在一个可以在盘片上方移动的磁头臂上。每个盘片面都有一个磁头,负责与盘片表面进行数据的交互。

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数据结构

  • 扇区:扇区是磁盘的最小存储单位,通常大小为512字节或4096字节。数据以扇区为单位存储和读取,每个扇区都有一个唯一的编号。
  • 磁道:磁道是磁盘盘片上的同心圆,每个磁道上包含多个扇区。磁头在盘片的不同磁道之间移动来读取或写入数据。
  • 柱面:柱面是由多个磁道组成的垂直集合,横跨所有盘片面。柱面用于定义磁盘的物理布局,通过指定柱面、磁头和扇区的组合,可以唯一定位磁盘上的数据。

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硬盘存储容量

  1. 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(通常为512字节)

    解释

    • 磁头数:硬盘上的磁头总数。
    • 磁道(柱面)数:每个盘片上的磁道数量,等于柱面数量。
    • 每道扇区数:每个磁道上的扇区数量。
    • 每扇区字节数:每个扇区的字节数,通常为512字节或4096字节。

数据区域定位

通过柱面/磁头/扇区的组合,可以唯一定位磁盘上每一个数据区域。

磁盘接口类型

  • IDE(Integrated Drive Electronics)
    • 早期的磁盘接口标准,后来被 SATA 取代。也称为 ATA(Advanced Technology Attachment)。
  • SATA(Serial ATA)
    • 当前广泛使用的磁盘接口标准,比 IDE 提供更高的数据传输速度和更简化的连接。
  • SCSI(Small Computer System Interface)
    • 广泛用于服务器和高性能工作站的接口标准,支持多个设备连接。
  • SAS(Serial Attached SCSI)
    • 继承自 SCSI 的串行接口标准,提供更高的传输速度和更好的性能。
  • 光纤通道(Fibre Channel)
    • 高速数据传输接口,常用于存储区域网络(SAN)中。

2、MBR与磁盘分区表示

主引导记录(MBR)

  • MBR 位置

    MBR(Master Boot Record,主引导记录)位于硬盘的第一个物理扇区处,即磁盘的第一个扇区(通常为512字节)。

  • MBR 内容包含硬盘的主引导程序和硬盘分区表

    • 主引导程序:用于启动操作系统的引导程序。
    • 硬盘分区表:记录硬盘的分区信息。
  • 分区表

    • 包含 4 个分区记录,每个分区记录占用 16 字节。

磁盘分区结构

  • 主分区
    • 硬盘中的主分区最多只有 4 个。( MBR限制)
    • 主分区的序号范围是 1 到 4。
  • 扩展分区
    • 如果需要更多分区,可以使用一个扩展分区。
    • 扩展分区可以包含多个逻辑分区。
  • 逻辑分区
    • 扩展分区内部可以进一步分割为多个逻辑分区。
    • 逻辑分区的序号从 5 开始。

示例

假设有一个磁盘,并且需要创建 6 个分区,磁盘使用的是 MBR 分区表:

  1. 创建主分区
    • 分区 1: 主分区
    • 分区 2: 主分区
    • 分区 3: 主分区
    • 分区 4: 主分区
  2. 创建扩展分区(第 4 个主分区被用作扩展分区):
    • 分区 4: 扩展分区
  3. 在扩展分区内创建逻辑分区
    • 分区 5: 逻辑分区
    • 分区 6: 逻辑分区

磁盘分区表示

在 Linux 系统中,硬盘和分区以文件的形式进行表示,文件名的命名解释:

  • /dev/sdb5:表示硬盘的第5个分区,其中 sdb 代表 SCSI 磁盘(或者 SATA 磁盘,通常由系统使用 sd 表示)。
  • hd:表示 IDE 设备。例如,/dev/hda 代表第一个 IDE 硬盘,/dev/hdb 代表第二个 IDE 硬盘。
  • sd:表示 SCSI 设备或 SATA 设备。例如,/dev/sda 代表第一个 SCSI 或 SATA 硬盘,/dev/sdb 代表第二个硬盘。
  • 硬盘的顺序号:以字母 a, b, c 等表示硬盘的顺序。例如,/dev/sda 是第一个硬盘,/dev/sdb 是第二个硬盘。
  • 分区的顺序号:以数字 1, 2, 3 等表示硬盘上的分区。主分区的顺序号从 14,第一个逻辑分区从 5 开始。例如,/dev/sda1 是第一个主分区,/dev/sda5 是第一个逻辑分区。

3、文件系统类型

XFS 文件系统

  • 介绍:XFS 是一种高性能的日志型文件系统,特别擅长处理大文件。
  • 特点
    • 支持上百万 TB 的存储空间。
    • 高效的文件和目录数据存储。
    • 优秀的并发性能,适用于大规模数据处理。

Swap 交换文件系统

  • 介绍:Swap 文件系统用于在系统内存不足时充当虚拟内存,帮助系统稳定运行。
  • 设置:一般设置为物理内存的 1.5 至 2 倍。
  • CentOS 默认创建并使用 Swap 分区。

Linux 支持的其他文件系统类型

  • EXT4:第四代扩展文件系统,广泛使用于 Linux 系统中,具有高效的存储和恢复性能。
  • FAT32:一种简单的文件系统,广泛用于各种设备,但不支持大文件(最大 4GB)。
  • NTFS:Windows 系统的主要文件系统,支持大文件和多种高级功能。
  • LVM:逻辑卷管理,用于灵活管理磁盘分区和存储空间。

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