Linux磁盘分区、逻辑卷、网络文件系统、autofs以及tuned相关简介和常用操作

2022-10-12 09:40:33

1. 文件系统功能介绍

定义：是一个组织文件系统，硬盘是不能直接存放文件的，需要将硬盘格式化并且指定格式化后的文件系统，才可以存放数据。
只需要知道文件系统的作用即可，并且不同文件系统的存放方法、算法以及优化等方式都可能不同。

2. windows文件系统相关

2.1 windows文件系统查看

windows安装过程中，其自带的驱动会识别出来计算机的硬盘。windows硬盘分区，Windows挂载硬盘可以通过分配盘符和挂载到某一目录两种方式实现。

2.2 磁盘初始化方式

磁盘初始化主要有MBR和GPT两种，区别是MBR初始化的磁盘当想建立第四个主分区的时候（且所有主分区的最大值为2T），第四个分区会变成逻辑分区，会将剩下的所有空间划分成扩展分区，然后在扩展分区中划出一部分作为逻辑分区，而GPT的初始化则最多可以达到1024个主分区加扩展分区（GPT单个分区的最大值为18EB=1810241024T）。
MBR（主引导记录）：是装有操作系统的第一个扇区，即如果磁盘选择以MBR方式进行初始化，那么其第一个扇区一定是512B，每个表项16字节，共64字节，也是因为这个原因，导致了MBR最多只能有四个分区。

3. Linux磁盘分区相关

3.1 查看Linux的磁盘设备文件

在vmworkstation workstation 15中，右击该虚拟机名称->设置中，在打开的设置窗口中，点击添加->硬盘可以直接添加硬盘。其中SATA和SCSI类型的硬盘都会被识别成/dev/sd*，IDE（ATA）硬盘，在早期的Linux版本中会被识别成/dev/hd*，例如第一块IDE硬盘会被识别为/dev/hda，第二块IDE硬盘会被识别为/dev/hdb，以此类推，SCSI/SATA硬盘同理。
对于SCSI和SATA来讲，第一块磁盘的第一个分区就是/dev/sda1，第二块磁盘下的第二个分区就是dev/sdb2，也就是说第n块硬盘下的第x个分区就是/dev/sdnx，其中n表示a、b、…、z，x表示1、2…。以下面Linux系统查看到的信息为例：

在上图中，共有一块SATA/SCSI类型的硬盘，被识别为/dev/sda，该硬盘被分为两个分区，分别为/dev/sda1和/dev/sda2，没有IDE类型的硬盘。

3.2 Linux手工分区

3.2.1 手工分区简介

Linux想使用磁盘的步骤是一样的，主要分为加硬盘->分区域->格式化->挂载这几个步骤。对于服务器来说，磁盘从使用目的来说大概分为三种，第一种是用来存放操作系统的，此类硬盘应该只存放操作系统以及系统配置文件，剩下任何数据都不应该主动存放在此硬盘中；第二种是用来存放本地大文件，一般这种磁盘我们叫做本地存储盘；第三种是用来存放本地大文件，但是没有真正存放在本地，而是使用了网络存储(SAN->storage area network)，一般这种磁盘我们叫做网络存储。
在Linux中，如果采用MBR分区，就是用fdisk命令，如果采用GPT分区，则采用gdisk命令。

3.2.2 MBR手工分区

命令：

fdisk -l 磁盘名：查看当前指定磁盘的分区情况
实例：

可以看到，sda磁盘被分为两个区，其中一个是sda1，一个是sda2分区，其中start列表示起始扇区，end列表示结束扇区，blocks表示总blocks数目。
fdisk 硬盘：为一个交互式命令，该命令所有的操作都是先保存到内存中，等到最后使用w提交时，才会真正生效。使用该命令时，会自动对硬盘进行初始化。
实例：

在进入交互式命令后，使用ｍ命令，可以调出帮助手册，其中常见参数说明如下：
1. n：添加一个新分区
2. l：列出当前支持的分区种类
3. p：列出当前状态所有分区
4. t：修改当分区类型
5. d：删除一个分区、

实例：添加分区，这里是添加一个大小为2G且从2048个扇区开始的分区，最后使用w来提交使操作生效。

注：创建分区时，由于每个分区其扇区(sector)必须连续，所以最好从默认的扇区开始进行分区，不让中间有扇区被空下来（即被两个分区隔断）。

3.2.3 GPT手工分区

由于当硬盘的大小超过2T时，就不能使用MBR分区了，所以在Linux中使用fdisk命令对超过2T的磁盘进行格式化时就会报错，此时就必须使用GPT即gdisk命令对磁盘进行格式化和分区。gdisk命令的使用方法和fdisk类似，其实现自动分区的方法也一样，都是通过提前将操作写入文件中然后通过输入重定向来完成。
实例：创建GPT分区

3.2.4 扩展分区和逻辑分区

以MBR类型创建第四个分区时，会默认让再将所有剩余空间创建为一个扩展分区，这样就可以在扩展分区中再创建逻辑分区，相当于变相的解决MBR格式分区数量被限制的问题。如果仍使用主分区，则必须将所有空间一次分配完，否则剩余的空间将会浪费掉。

3.3 Linux自动分区

可以使用输入重定向来实现让fdisk命令进行自动分区的操作，例如创建一个名为partion的文件，内容如下：

n
p
1

+1G
w

然后使用命令fdisk /dev/硬盘 < partion就可以直接实现划分一个大小为1G，磁盘号为1的主分区。

4. 分区格式化与文件系统挂载

对于Linux分区来说，只有格式化之后才能使用，不格式化是无法使用的，Linux分区格式化之后就会变成文件系统，格式化的过程相当于对分区做了一个文件系统。

4.1 格式化Linux分区

Linux分区的文件系统通常有ext系列(ext2、ext3等)、xfs、btrfs等，一般来讲，Linux分区的文件系统目前还是常用ext4（该文件系统单个文件大小不能超过1T），不过centos7和rhel7开始，默认的安装文件系统就是xfs了。
格式化文件系统可以通过mkfs命令来实现，例如：

mkfs.ext2 /dev/sda1  # 将sda硬盘下的第一个分区格式化为ext2

实例：以实例添加的分区/dev/sdb1为例，相应的格式化如下：

在格式化分区后，可以将磁盘读写的粒度放大（为格式化前，磁盘分区的读写是以sector(扇区)为单位的）。格式化后，会立刻将一部分空间作为inode节点空间(inode节点用来存放文件的元数据和该文件block的所在位置，元数据即文件的属性)，将剩下的空间划定为block(用来存放文件内容)，一个block包含了多个扇区(1bock=2^n 个扇区)，即单个block越大(含的sector越多)，则粒度越大，磁盘的读取效率越高，但是浪费的空间越多(因为一个block只能存储一个文件中的部分内容)。
完成格式化后，后面再操作文件时，就会直接通过inode来进行操作，而当文件系统的inode用完了，则将不管磁盘是否有剩余空间，都不能再向其中新建文件了。

4.2 Linux文件系统挂载

可以通过命令mount来实现文件系统的挂载，格式为：

mount -t 文件系统类型 文件系统所在分区的路径 文件系统挂载点

如果是Linux原生的文件系统，则不需要使用-t参数进行指定，因为Linux可以自动识别出该文件系统，例如ext系列文件系统。
实例：挂载上面新创建的sdb1至/mnt/point1下

如果直接输入mount命令，则列出的是当前系统的所有挂载情况。
查看当前系统的挂载点情况可以通过df命令完成，加-h和-H参数可以使结果更加易于阅读，-i参数可以查看inode节点的使用情况。

4.3 Linux文件系统的持久性(持续性)挂载

上面所述的mount命令，只是临时挂载，当系统重启后，就需要重新挂载，如果想进行永久挂载，就需要将挂载信息写入/etc/fstab文件中，由于该文件特别重要，所以编辑该文件时必须先进行备份，防止误操作。
该文件的格式如下：

第一列为文件系统所在分区路径
第二列为文件系统挂载点
第三列为文件系统类型
第四列为挂载参数
第五列和第六列通常为0，只有挂载一些特殊的文件系统时，才需要进行变动

实例：将/dev/sdb1永久挂载在/mnt/point1中

打开/etc/fstab文件，写入如下内容，保存退出
输入mount -a命令将fstab文件中新增加的挂载记录自动挂载到Linux系统中，已挂载的且已在fstab文件中记录的，则会被自动忽略，通过下图可以看到，此时相应分区已经挂载成功：

完成上面两步后，再重启Linux系统，会看到新增加的记录已经被挂载了。
针对于.iso文件的挂载，通过ll命令可以看到/dev/cdrom是一个指向/dev/sr0的软连接，挂载时向fstab文件输入如下内容：

/dev/sr0   /mnt/iso    iso9660   defaults 0 0

然后通过mount -a命令就可以完成挂载了。
注：在/dev/disk/by-uuid下记录了所有硬件设备的uuid，而通过uuid也可以对设备进行挂载，用来代替文件系统所在分区的路径。而通过名称来进行挂载也是通过查找uuid来进行挂载的。具体如下：

5. 逻辑卷详解

5.1 逻辑卷简介

如果对磁盘直接使用fdisk分区，那么这种分区叫做Linux的标准分区，Linux的标准分区如果被格式化成文件系统后，挂载使用，那么一旦文件系统的空间满了，是无法扩容的，只能将数据备份到其他地方，然后创建一个容量更大的文件系统，再将数据放入该系统中，这种方法效率极低。而逻辑卷的出现，就解决了这种问题。
其解决方案具体为再分区时不直接格式化磁盘，而是将其加入到物理卷(PV Physical Volume)中，然后再在物理卷中创建卷组(VG Volume Group)，在卷组中挂载逻辑卷(LG Logical Volume)。由于可以往物理卷中加入磁盘或者分区，所以理论上物理卷是无限大的，故此就可以创建无数个卷组，在一个卷组中可以创建多个逻辑卷。每一个逻辑卷就相当于一个分区，通过将逻辑卷格式化为文件系统后进行挂载，就可以使用了。
当逻辑卷空间不够时，就可以通过向卷组请求空间来进行扩容，卷组空间不够就向物理卷请求空间，从而解决了标准分区用满后不能直接扩容的问题。

5.2 物理卷的创建与删除

5.2.1 创建物理卷

首先，对磁盘进行分区(方法如上所述)(不分区也可以，创建物理卷时直接使用硬盘路径即可)，然后通过命令pvcreate命令来创建物理卷了，格式为pvcreate 分区所在路径/硬盘
实例：创建物理卷

通过pvs命令即可查看创建的物理卷，通过pvdisplay命令可以查看物理卷的详细信息，格式为pvdisplay 物理卷所在路径
实例：查看sdb详细信息

5.2.2 删除物理卷

通过pvremove命令可以直接删除物理卷，格式为pvremove 物理卷所在路径

pvremove 物理卷所在路径
# 实例：删除sda1物理卷
pvremove /dev/sda1

== 实例：== 删除物理卷sdb

注：如果物理卷已被卷组使用，则无法删除。

5.3 卷组的创建、扩容和删除

5.3.1 卷组的创建

通过vgcreate 卷组名物理卷路径来创建卷组，卷组中的最小单位是PE(Physical Extended)，即物理扩展，可以通过-s参数指定。
实例：在磁盘sdb上面创建卷组vg1，且指定pe大小为8Mb

注： vgcreate最后指定的路径必须是在物理卷里，在较新的版本中，如果后面指定的路径不在物理卷里，会自动将后面的分区/磁盘加入物理卷中。

5.3.2 卷组的扩容

通过命令vgextend 卷组名分区/磁盘所在路径就可以实现对指定卷组的扩容，例如vgextend vg1 /dev/sdb表示将物理卷中的sdb直接划入到卷组vg1中，从而实现了对对卷组vg1的扩容。

5.3.3 卷组的删除

通过命令vgremove 卷组名就可以删除卷组了，和物理卷类似，当vg中有逻辑卷在使用时，vg是无法删除的。

5.4 逻辑卷的创建、扩容和删除

5.4.1 逻辑卷的创建

通过命令lvcreate -n 逻辑卷名 -L 逻辑卷大小卷组名来创建逻辑卷。
实例：在卷组vg1中创建一个大小为20G、名为lv1的逻辑卷

注：逻辑卷创建完成后，就可以直接格式化为文件系统使用了，如果卷组下面创建了一个新的逻辑卷，那么该逻辑卷就会自动在设备文件路径出现/dev/vgname/lvname。如上面的lv1路径为：/dev/vg1/lv1，其是一个软连接，指向/dev/dm*，所以也就说明，dev下面的dm(device mapper)设备表示的就是逻辑卷。
通过lvs可以查看逻辑卷的详情。

5.4.2 逻辑卷的扩容

通过命令lvextend 逻辑卷所在路径 -L 扩容大小就可以实现对逻辑卷的扩容，例如lvextend /dev/vg1/lv1 -L 300M表示将上面的逻辑卷lv1扩容300M（实际大小必为PE的整数倍）。扩容完成后再通过命令resize2fs 挂载点所在路径/逻辑卷所在路径将扩充的容量加入到文件系统中，这样就可以使用了，针对例子，相应的命令为：resize2fs /dev/vg1/lv1，执行完成后，就可以使用df命令查看相应的逻辑卷容量已经变化。

5.4.3 逻辑卷的删除

通过lvremove 逻辑卷所在路径就可以直接删除逻辑卷，例如lvremove /dev/vg1/lv1就可以直接删除上面创建的逻辑卷。

6. swap分区

swap分区也叫虚拟内存，其是在硬件内存资源不够的时候将磁盘部分容量当作内存来使用。创建swap分区时，主要有以下几步：

使用命令fdisk创建分区；
使用命令mkswap 分区所在路径来格式化该分区；
进入到etc/fstab文件中，按照格式swap文件系统的分区所在路径 swap swap defaults 0 0添加创建的分区即可；然后使用命令swapon -a来完成对swap分区的挂载操作。而命令swapoff -a则可以卸载全部分区。还可以在命令后面直接加分区所在路径来挂载/卸载指定分区，例如swapon /dev/sdb1表示挂载/dev/sdb1swap分区。

7. Linux网络文件系统

Linux网络文件系统也叫nfs(network file system)，在rhel中想要搭建网络文件系统，总共分为以下步骤：

首先要在客户端和服务端系统中从系统安装镜像中安装nfs-utils和vim；
在需要共享的服务器系统中编辑etc/exports文件，格式如下：

	要共享的目录  要共享的网段(权限)
	# 实例:将服务器上的/root/share_file目录共享到网段192.168.136.0网段，权限为读和写
	/root/share_file 192.168.136.0/24(rw)

使用命令systemctl restart nfs-server重启nfs文件系统服务
在客户端创建网络文件系统的挂载点，这里创建/mnt/nfs-client目录；
使用命令mount -t nfs nfs服务端ip地址:/root/share_file /mnt/nfs_client挂载共享的网络文件系统，如果要实现nfs的持久性挂载，也需要在/etc/fstab文件中进行添加。

注：也可以在服务端创建一个新的分区，然后将该分区先挂载到服务端，然后将服务端的挂载点分享出去，这样就可以控制分享出去的空间的大小（因为如果是真实目录，则共享出去的可用空间为该目录所在文件系统容量的大小）。

8. autofs按需挂载

想要使用该功能，先要先使用命令yum -y install autofs来安装autofs(其安装包位于rhel的镜像中)，其主要的配置文件为/etc/auto.master，其默认内容如下：

/misc    /etc/auto.misc

其中/misc表示挂载点父目录；etc/auto.misc表示该挂载点父目录相应的配置文件，当使用命令systemctl start autofs启动autofs后，就会在相应目录下看到父目录（这里为根目录下的misc目录）。
而/etc/auto.misc文件中则记录了挂载什么样的设备，例如挂载cdrom设备，且将其挂载到temp目录下，则可以写为：temp -fstype=iso9660,ro,nosuid,nodev :/dev/cdrom，这样，当autofs启动后，就会多出一个挂载点父目录，然后在父母录中使用命令ls 挂载点目录后，就会将其自动挂载（其他命令也可以，只要能操作挂载点目录即可）。如果需要挂载其他设备，则可以按照如下格式，在/etc/auto.master文件中按如下格式添加相应内容，然后以auto.misc文件为示例创建相应的配置文件即可。

# auto.master  格式（超时表示超过指定秒数无操作即自动卸载）
挂载点父目录   记录挂载信息的配置文件   --timeout 秒数

9. Linux的tuned调优

9.1 tuned简介

tuned是一项守护程序，它会使用udev来监控联网装置，并且根据选择的配置文件对系统设置进行静态和动态的微调。其中动态微调默认是禁用的，在/etc/tuned/tuned-main.conf文件中，将dynamic_tuning修改为1。
例如办公室工作站，大多数时间里，以太网接口是非活跃状态的，可能只会偶尔发送一些电子邮件等，对于这些负载，网络接口不需要一直满载运行，而tuned有一个针对网络设备的监控和微调插件，能够检测这种低活跃度，当活跃度较低时自动降低该设备的运行速度。

9.2 tuned的基本操作

tuned常用的命令如下：

安装tuned：yum -y install tuned
启动tuned：systemctl start tuned（安装完后默认启动）
设置tuned开机自启：systemctl enable tuned
查看可用的已安装配置文件：tuned-adm list
查看目前已激活的配置文件：tuned-adm active
选择或激活某一项配置文件：tuned-adm profile profile
例如：tuned-adm profile powersave表示启用低功耗调优配置，用于最大化的节能，尽可能减少实际耗电量。
根据当前系统情况自动推荐相应的调优方向：tuned-adm recommend

9.3 tuned的基本模式

tuned除了上面的powersave外，还有以下几种方式：

balanced：默认的节电配置文件，其目的是为了在性能和节能之间找到平衡。其唯一的缺点是会增加延迟。
throughput-performance：将服务器向高吞吐两优化的配置文件，会禁用节电机制且启用sysctl设置，提升磁盘和网络IO的吞吐性能，并且切换到deadline计划程序。CPU调控器被设定为performence。
latency-performance：将服务器向低延迟优化的配置文件，他会禁用节电机制并启用sysctl设置，改善延迟。
network-latency：用于低延迟网络微调的配置文件。
network-throughput：用于微调网络吞吐量的配置文件
virtual-guest：针对虚拟客机设计的配置文件，会降低虚拟内存的swap，增加磁盘的预读值。
virtual-host：基于enterprise-storage的配置文件，会降低虚拟内存的sawppiness，增加磁盘预读值，并且启动更积极的脏页回写。
sap：针对SAP软件进行最佳性能优化的配置文件。
desktop：基于balanced文件，针对台式机电脑进行优化的配置文件，会额外启动autogroups计划程序。

码农公寓

目录