磁盘的分区,建立文件系统,挂载

2024-02-28 15:07:22

这一节要将整个磁盘,分区,文件系统的脉络讲清楚.

首先,我们必须明确,我们的文件,数据包括我们的操作系统,都是存储在哪?存储在磁盘中.

磁盘是啥?上图那东西就是磁盘,是可以存储数据的地方.

另外,我们一般都不会使用一整块磁盘,我们都会对磁盘进行分区,就好像使用window系统,我们有C盘,D盘,E盘,F盘一样.这些盘是什么?这些盘就是所谓的分区.

为什么需要分区,首先是分区可以更加方便地让我们管理和使用文件.而且倘如某个分区出错时,也只需要备份和恢复对应的分区即可,总的来说,就是更加方便我们维护和管理.

磁盘文件名:
正常的实体机器大概使用的都是 /dev/sd[a-] 的磁盘文件名，至于虚拟机环境底下，为了加速，可能就会使用 /dev/vd[a-p] 这种装置文件名喔！

再以 SATA 接口来说，由于 SATA/USB/SAS 等磁盘接口都是使用 SCSI 模块来驱动的，因此这些接口的磁盘装置文件名都是/dev/sd[a-p]的格式。所以 SATA/USB 接口的磁盘根本就没有一定的顺序，那如何决定他的装置文件名呢？

对于磁盘更深入的了解可以参考以下链接:
磁盘深入理解

磁盘盘上面又可细分出扇区(Sector)与磁道(Track)两种单位，其中扇
区的物理量设计有两种大小，分别是 512bytes 与 4Kbytes。

磁盘的分区大致分为以下两种，一种是MBR分区，一种是GPT分区。

先来简单讲一下MBR分区吧。

早期的分区是磁柱为基本单位，所谓的磁柱，这么说，磁盘其实是由很多个磁片组成的，而每个磁片上都有很多个同心圆轨道。那么所有磁片的同一个同心圆轨道就为一个磁柱。

磁盘实际在存储数据时，先从一个扇区拿，然后区同一个磁柱的下一个磁片，直到所有磁片存取完再去下一个扇区，然后同一磁道上所有扇区都取完再去下一磁道。

MBR分区：
而开机管理程序纪录区与分区表则通通放在磁盘的第一个扇区，这个扇区通常是 512bytes 的大小 (旧的磁盘扇区都是 512bytes 喔！)。

 主要启动记录区(Master Boot Record, MBR)：可以安装开机管理程序的地方，有 446 bytes
 分区表(partition table)：记录整颗硬盘分区的状态，有 64 bytes。

而因为分区表仅有64字节，而一组记录需要16字节，所以只能记录4组记录去。每组记录区记录了该区段的起始与结束的磁柱号码。

但是，我们实际上是不止能分出四个分区槽的。可能还能分成十个以上。那就是利用延伸分区来处理。延伸分区的想法是：既然第一个扇区所在的分区表只能记录四笔数据，那我可否利用额外的扇区来记录更多的分区信息？实际上图示有点像底下这样：

也就是说，MBR会分一个延伸分区，而这个延伸分区的第一个扇区就也可以记录分区表，然后从延伸分区分出很多个逻辑分区来。

但是MBR有个致命的缺陷，就是没法直接2T以上的磁盘。所以为了支持2T以上的磁盘，我们不得不求助于GPT。

GPT

因为过去一个扇区大小就是 512bytes 而已，不过目前已经有 4K 的扇区设计出现！为了兼容于所有的磁盘，因此在扇区的定义上面，大多会使用所谓的逻辑区块地址(Logical Block Address, LBA)来处理。

GPT 将磁盘所有区块以此 LBA(预设为512bytes 喔！) 来规划，而第一个 LBA 称为 LBA0 (从0 开始编号)。

也就是无论扇区是512bytes还是4K，限制GPT都是用LBA来规划（预设为512bytes），如果扇区也为512bytes，那么一个扇区就是一个LBA，如果是4K，那么一个扇区内就可以用很多个LBA。

与 MBR 仅使用第一个 512bytes 区块来纪录不同， GPT 使用了 34 个 LBA 区块来纪录分区信息！
同时与过去 MBR 仅有一的区块，被干掉就死光光的情况不同， GPT 除了前面 34 个 LBA 之外，整个磁盘的最后 33 个 LBA 也拿来作为另一个备份！这样或许会比较安全些吧！详细的结构有点像底下的模样(注 1)：

也就是说446bytes用来存开机管理程序，剩下66bytes来标识此分区为GPT分区。

什么意思，就是说扇区号码是用二进制来记载的，那么64bits就可以记载2的64方个扇区地址，而每个扇区可以存储512bytes，所以总共可以村下的内存是
好吧，上面讲的只是磁盘分区时能采取的两种不同方式。做个不洽当的类比，磁盘分区就像切正方形豆腐，而切豆腐也可以有多种方式，比如只能切成一整条一整条长方形的，只能切四五条比如MBR。或者说可以将大正方形切成很多很多小的正方形，比如说GPT。