Linux磁盘管理及软raid使用方法

一、磁盘的管理介绍

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1. 硬盘的格式：

硬盘分为两种格式MBR和GPT
MBR：在硬盘的0磁道0扇区上，该扇区大小为512个字节，专门用来存储MBR引导信息。
	MBR又分三部分：
		446个字节：存储boot loader，引导加载器
		64个字节：存储分区表，有多少个分区，每个分区从哪里开始再到哪里结束；其中每16个字节表示一个分区，因此，在MBR格式的硬盘上最多只能有四个主分区
		2个字节：前面信息的有效标识，结束标志。用四个16进制数表示为55aa，表示前510个字节是有效的，也就是说代表着分区是有效的，如果这两个值为空那么即使建立了分区也是不生效的。
	因为只有64个字节存放分区信息，所以MBR格式的硬盘上最多可分四个主分区，也可以划分三个主分区+一个扩展分区，扩展分区又可以划分多个逻辑分区；
	需要注意的是MBR最多支持2T的分区，超过2T的MBR识别不了，就需要GPT来实现
GPT：兼容MBR，最多可创建128个主分区，因为主分区数量够多，不在需要扩展分区，同时GPT也打破了MBR的最多2T分区的概念

磁盘管理常用的工具
MBR管理工具：fdisk
GPT管理工具：gdisk
高级管理工具：parted

2.fdisk:创建磁盘分区管理工具，MBR格式文件系统管理工具，对GPT格式的磁盘兼容性不好

fdisk -l：查看分区信息
fdisk /dev/device_name：管理磁盘的分区
fdisk创建分区会开启一个交互式窗口，其中有很多子命令
	m：查看可使用的命令有哪些
	p：显示当前磁盘的分区信息
	n：创建新分区
		p：为主分区
		e：为扩展分区
	d：删除分区
	w：保存分区信息并退出
	q：不保存分区信息退出
	t：修改分区的系统ID
	l：列出系统上所有的系统ID
	L：列出支持的所有分区类型或者是分区类型所代表的16进制的ID

3.gdisk：创建磁盘分区管理工具，GPT格式文件系统管理工具，和fdisk的操作基本相同

gdisk -l：查看分区信息
gdisk /dev/device_name
gdisk创建分区会开启一个交互式窗口，其中很很多命令
	?：显示支持的命令列表
	p：显示当前磁盘的分区信息
	n：创建新分区
	d：删除分区
	w：保存分区信息并退出
	q：不保存分区信息退出
	l：列出系统上所有的系统ID也就是所有的分区类型

4.parted:综合管理

用法：parted [选项]... [设备 [命令 [参数]...]...]
	parted /dev/sdb mklabel gpt|msdos：指定分区的类型
	parted /dev/sdb print：打印当前分区信息
	parted /dev/sdb mkpart primary 1 200 （默认M）：进行分区primary（主分区）extended（扩展分区），logical（逻辑分区）
	parted /dev/sdb rm 1：删除分区，这个删除是根据分区号进行删除的
	parted –l   列出分区信息

正常我们在系统开机的情况下直接添加的硬盘，系统是不会识别的，使用下面的命令让系统重读硬盘信息

echo '- - -' > /sys/class/scsi_host/host0/scan:触发硬件重新识别硬盘

对于刚创建好的分区来说，系统并不会识别，需要手动识别也就是我们需要同步分区表

同步分区表
	查看内核是否已经识别新的分区
		cat /proc/partations
	centos6通知内核重新读取硬盘分区表
		新增分区用
		partx -a /dev/DEVICE：增加分区的选项，也就是对这个设备增加分区让增加的分区生效
		kpartx -a /dev/DEVICE -f: force（强制）
		删除分区用
		partx -d --nr M-N（分区的序号） /dev/DEVICE：删除分区
	CentOS 5，7: 使用partprobe：同步分区信息，将硬盘信息与内存中的分区信息
		partprobe [/dev/DEVICE]：进行同步不加设备默认就是刷新所有设备的分区信息，添加设备只刷新指定设备的分区信息
注意：现在使用的硬盘分区必须是硬盘中一块连续的空间

5.常见的文件系统分类

常用的Linux文件系统：
		ext2(Extended file system) :适用于那些分区容量不是太大，更新也不频繁的情况，例如 /boot 分区
		ext3:是 ext2 的改进版本，其支持日志功能，能够帮助系统从非正常关机导致的异常中恢复。它通常被用作通用的文件系统
		ext4:是 ext 文件系统的最新版。提供了很多新的特性，包括纳秒级时间戳、创建和使用巨型文件(16TB)、最大1EB的文件系统，以及速度的提升（配合gpt使用）
		xfs：SGI，支持最大8EB的文件系统
		btrfs（Oracle）, reiserfs, jfs（AIX）, swap
光盘：iso9660
Windows：FAT32, exFAT,NTFS
Unix: FFS（fast）, UFS（unix）, JFS2
网络文件系统：NFS, CIFS
集群文件系统：GFS2, OCFS2（oracle）
分布式文件系统： fastdfs,ceph, moosefs, mogilefs, glusterfs, Lustre

6.创建文件系统的工具：

mkfs命令
	第一种方式：直接使用以文件系统为后缀的命令mkfs.btrfs、mkfs.ext2、mkfs.ext4、mkfs.minix、mkfs.vfat、mkfs.cramfs、mkfs.ext3、mkfs.fat、mkfs.msdos、mkfs.xfs
	第二种方式：-t：指定文件系统类型
	-L：设定卷标，相当于注释
对于交换文件系统swap，有特定的工具，但是要将磁盘的系统ID改为8e
mkswap	/dev/device_name
blkid:查看指定设备的属性信息
	-U：根据UUID查找到对应的设备
	-L：根据卷标查找到对应的设备
tune2fs：调整文件系统的相关属性
	-l：查看超级块中的信息
	-L：设定或修改卷标
	-m：调整预留百分比
	-r：指定预留块数
	-o：设定默认挂在选项
	-c #：指定挂载次数达到#次后进行自检，0或-1为关闭此功能
	-i #：每次挂载多少天之后进行自检，0或-1为关闭此功能
dumpe2fs：显示文件系统属性信息
	-h：只显示超级块中的信息

文件系统的检测：
fsck：检查并修复Linux文件系统，修复完成后文件会变得不完整
	-t：指定文件系统类型
	-a：自动修复
	-r：交互式修复
e2fsck：专用于修复ext 系列的文件系统
	-y：对问题自定回复yes
	-f：强制检查
	-p：自动修复

7.超级块

作用是存储文件系统的大小，有多少是空的和已经填满的占多少，以及他们各自的总数和其他信息，要是用一个分区来访问数据，第一个就访问的是超级块，所以超级块如果坏了，那磁盘就基本没救了
超级块占用第一号物理块，是文件系统的控制块。
超级块是用存放元数据的，也就是从几到几是属于一个块的文件系统，比如大小，空闲块的数目，空闲块的索引表，空闲的iNode节点数目，空闲的iNode索引表等等。
为了防止超级块损坏，就需要对超级块进行备份，以便损坏时可以修复。

8.文件系统的挂载和卸载

挂载：将额外文件系统与根文件系统某现存的目录建立起关联关系，进而使得此目录做为其它文件访问入口的行为
卸载:为解除此关联关系的过程
mount：挂载工具
	格式：mount 设备 挂载点
根文件系统默认给定了临时挂载点：/mnt、/opt、/media
当然也可以挂载到别的目录，但是挂载目录必须事先存在，且最好为空目录，要不目录下文件将被隐藏；
常用的mount挂在选项：
	-t：指定文件系统类型
	-r：只读挂载，目录下内容只可以读
	-w：读写挂载，目录下内容可读可写，可修改
	-L label：以卷标方式指定设备，mount -L label 挂载点，很少用
	-U UUID：以UUID的方式指定设备，通常写在/etc/fstab文件中，常用
	-a：自动挂载/etc/fstab文件中的所有设备，会自动扫描，没有挂载的就会挂载，已经挂载的忽略
	-n：挂载时，不更新/etc/mtab文件
	-B：绑定到一个目录上
	-o option：mount的-o选项丰富多彩，定制很多可用的挂载选项；
		remount：重新挂载，在不卸载的情况下添加额外挂载选项
			ro：只读挂载
			rw：读写挂载
		async：异步I/O，数据写操作先在内存完成，然后在整体同步到磁盘上
		sync：同步I/O，数据一边写一边存到磁盘上
		atime/noatime：是否修改文件的访问时间，追求性格时可关闭，因为修改访问时间也会有写磁盘操作
		dirname/nodirname：是否修改目录的访问时间
		auto/noauto：设备是否支持自动挂载，mount -a选项
		dev/nodev：是否支持在此设备上使用设备文件
		exec/noexec：是否允许执行此设备上的二进制程序
		suid/nosuid：是否支持次设备上的文件拥有特殊权限
		user/nouser：是否支持普通用户挂在此设备
		acl：在此设备上是否支持使用ACL，centos7默认支持，之前的版本默认不支持
	挂载时可同时使用多选项，使用逗号隔开即可
	mount不加选项默认的挂载选项：
		rw,suid,dev,exec,auto,nouser,async
交换分区的挂载：
	swapon：启用swap分区
		-a：使/etc/fstab中,所有标记了'sw'的交换设备生效
		-s：显示系统上所有swap分区信息
		-p #：可指定优先级
	swapoff：禁用一个swap分区
		-a：禁用所有
	free：可查看内存和swap使用信息情况
		-m：以MB为单位显示
		-g：以GB为单位显示
卸载命令
	查看挂载情况
		findmnt MOUNT_POINT|device：确认是否是挂载点
	查看正在访问指定文件系统的进程
		lsof MOUNT_POINT
		fuser -v MOUNT_POINT
	终止所有在正访问指定的文件系统的进程
		fuser -km MOUNT_POINT：把使用此进程的所有目录全部关闭掉
	卸载
		umount DEVICE
		umount MOUNT_POINT

9.文件系统空间查看工具：df,du

df:列出文件系统的整体磁盘使用量	
	-a ：列出所有的文件系统，包括系统特有的 /proc 等文件系统；
	-k ：以 KBytes 的容量显示各文件系统；
	-m ：以 MBytes 的容量显示各文件系统；
	-h ：以人们较易阅读的 GBytes, MBytes, KBytes 等格式自行显示；
	-H ：以 M=1000K 取代 M=1024K 的进位方式；
	-T ：显示文件系统类型, 连同该 partition 的 filesystem 名称 (例如 ext3) 也列出；
	-i ：不用硬盘容量，而以 inode 的数量来显示
du:检查磁盘空间使用量
	-a ：列出所有的文件与目录容量，因为默认仅统计目录底下的文件量而已。
	-h ：以人们较易读的容量格式 (G/M) 显示；
	-s ：列出总量而已，而不列出每个各别的目录占用容量；
	-S ：不包括子目录下的总计，与 -s 有点差别。
	-k ：以 KBytes 列出容量显示；
	-m ：以 MBytes 列出容量显示；
dd：用指定大小的块拷贝一个文件，并在拷贝的同时进行指定的转换。
	参数：
		if=文件名：输入文件名，默认为标准输入。即指定源文件。
		of=文件名：输出文件名，缺省为标准输出。即指定目的文件。
		bs=bytes：同时设置读入/输出的块大小为bytes个字节。
		count=blocks：仅拷贝blocks个块，块大小等于ibs指定的字节数。
	常用就是以上四个
		例：dd if=/dev/zero of=/root/file1 bs=1 count=1G，会生成一个1G大小的文件
			dd命令可以测试磁盘的IO速率，以上例子就可看出
		
		ibs=bytes：一次读入bytes个字节，即指定一个块大小为bytes个字节。
		obs=bytes：一次输出bytes个字节，即指定一个块大小为bytes个字节。
		cbs=bytes：一次转换bytes个字节，即指定转换缓冲区大小。
		skip=blocks：从输入文件开头跳过blocks个块后再开始复制。
		seek=blocks：从输出文件开头跳过blocks个块后再开始复制。
		conv=conversion：用指定的参数转换文件。
			ascii：转换ebcdic为ascii
			ebcdic：转换ascii为ebcdic
			ibm：转换ascii为alternate ebcdic
			block：把每一行转换为长度为cbs，不足部分用空格填充
			unblock：使每一行的长度都为cbs，不足部分用空格填充
			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
			swab：交换输入的每对字节
			noerror：出错时不停止
			notrunc：不截短输出文件
			sync：将每个输入块填充到ibs个字节，不足部分用空（NUL）字符补

10.实现开机自动挂载

以上是临时挂载，重启则失效，要开机自动挂载就需要写到文件中，其实Linux要想永久保存配置，就是写成文件方式
/etc/fstab：文件内记录的条目对应不同的设备，系统启动后会读此文件，自动挂载文件中记录的设备
文件的格式:每一行为一个设备的挂载信息。
一行中的信息有：
	/etc/fstab每行定义一个要挂载的文件系统
	1、要挂载的设备或伪文件系统
		设备文件
		LABEL：LABEL=""
		UUID：UUID=""
		伪文件系统名称：proc, sysfs
	2、挂载点
	3、文件系统类型：ext4,xfs,nfs,none
	4、挂载选项：defaults ，acl，bind
	5、转储频率：0：不做备份 1：每天转储 2：每隔一天转储
	6、fsck检查的文件系统的顺序：允许的数字是0, 1, 和2
		0：不自检
		1：首先自检；一般只有rootfs才用
		2：非rootfs使用

二、软raid的介绍

1.什么是raid

        RAID是“Redundant Array of Independent Disk”的缩写，中文意思是独立冗余磁盘阵列。冗余磁盘阵列技术诞生于1987年，由美国加州大学伯克利分校提出。简单地解释，就是将N台硬盘通过RAID Controller(分Hardware，Software)结合成虚拟单台大容量的硬盘使用。RAID的采用为存储系统(或者服务器的内置存储)带来巨大利益，其中提高传输速率和提供容错功能是最大的优点。

        RAID磁盘阵列(Redundant Array of Independent Disks)，其特色是N台硬盘同时读取速度加快及提供容错性Fault Tolerant，所以RAID主要是解决访问数据的存储速度问题(Storage)不是备份问题(Backup Solution)。简单的说，RAID是一种把多块独立的硬盘(物理硬盘)按不同的方式组合起来形成一个硬盘组(逻辑硬盘)，从而提供比单个硬盘更高的存储性能和提供数据备份技术。根据磁盘陈列的不同组合方式，可以将RAID分为不同的级别。磁盘阵列中针对不同的应用使用的不同技术,称为RAID level,而每一level都代表着不同技术,目前业界公认的标准是RAID 0~RAID 5。

2.raid的特性：

• 扩大了存储能力 可由多个硬盘组成容量巨大的存储空间。

• 降低了单位容量的成本 市场上最大容量的硬盘每兆容量的价格要大大高于普及型硬盘，因此采用多个普及型硬盘组成的阵列其单位价格要低得多。

• 提高了存储速度 单个硬盘速度的提高均受到各个时期的技术条件限制，要更进一步往往是很困难的，而使用RAID，则可以让多个硬盘同时分摊数据的读或写操作，因此整体速度有成倍地提高。

• 可靠性 RAID系统可以使用两组硬盘同步完成镜像存储，这种安全措施对于网络服务器来说是最重要不过的了。

• 容错性 RAID控制器的一个关键功能就是容错处理。容错阵列中如有单块硬盘出错，不会影响到整体的继续使用，高级RAID控制器还具有拯救数据功能。

• 对于IDE RAID来说，目前还有一个功能就是支持ATA/66/100。

3.raid的实现方式：

• 外接式磁盘阵列：通过扩展卡提供适配能力

• 内接式RAID：主板集成RAID控制器，安装OS前在BIOS里配置

• 软件RAID：通过OS实现

4.raid的级别

raid级别：	
	raid-0：分布式存储数据
		读、写性能提升
		无容错能力
		最少磁盘数2,2+
		磁盘利用率100%

	raid-1：镜像式存储数据
		读性能提升、写性能略有下降
		有冗余能力
		最少磁盘数2，2N
		可用空间50%
	
	raid-5：
		读、写性能提升
		有冗余能力，允许最多一块磁盘损坏
		最少磁盘数3,3+
		可用空间 ：N-1
	
	raid-6：
		读、写性能提升
		有容错能力，允许最多两块盘损坏
		最少磁盘数4,4+
		可用空间 ：N-2
		
	raid-1 0 ===  raid-0 1	：先做1 在做0 或者 先做0 在做1
		读、写性能提升
		有容错能力。每组镜像最多只能坏一块
		最少磁盘数4，4+
		可用空间100%
		raid-10用的多
实现软件radio
	mdadm工具：为软件raid提供管理
			-V：版本信息
			-v：创建时详细信息
			-q：静默模式
		创建选项：-C
			-l：指定raid级别
			-n：设备的个数
			-a：yes|no，是否自动创建设备文件
			-c：指定chunk大小
			-x：指定空闲盘个数
		管理选项：--add
			-r：移除一个设备
			-f：模拟一个设备故障

5.创建一个软raid

要求：创建一个可用空间为1G的RAID1设备，文件系统为ext4，有一个空闲盘，开机可自动挂载至/backup目录

创建raid1需要两块磁盘，这里选用sdb sdc做练习，空闲磁盘用sdd
首先使用fdisk工具将硬盘分区，id修改为raid

w保存分区信息sdc和sdd使用同样的操作创建分区因为时组织在一起使用，我们创建完raid之后再进行格式化，不需要单个磁盘格式化，创建raid并查看

写入文件系统

配置/etc/fstab文件实现开机自动挂载

6.清除软raid