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Linux磁盘与文件系统管理

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课程介绍

学习磁盘的管理以及文件系统相应的功能。

拿到一个新的物理磁盘,如何使用磁盘?如何在新的磁盘放置数据,管理数据?

在管理磁盘时,可以用传统的方式:创建分区、格式化、分配。

Linux也是类似的,首先分区、指定系统、将之前的分区挂载到文件夹。

磁盘存储和文件系统

 

本章学习磁盘的管理以及文件系统相应的功能。

拿到一个新的物理磁盘,如何使用磁盘?如何在新的磁盘放置数据,管理数据?

在管理磁盘时,可以用传统的方式:创建分区、格式化、分配。

Linux也是类似的,首先分区、指定系统、将之前的分区挂载到文件夹。

 

目录:

一、设备文件

二、设备类型

三、设备号码

四、硬盘接口类型

五、机械硬盘结构

六、硬盘储存术语

七、ZBR(Zoned Bit Recording)(打破不平衡)

八、机械硬盘和固定硬盘

九、设备文件

十、机械硬盘结构

十一、固态硬盘和机械硬盘

十二、CHS和LBA

十三、分区类型

十四、磁盘分区

 

 

首先来介绍一下磁盘的基本概念:在使用磁盘时,有一些专业术语,例如:sectors、cylinders、track;柱面=512*sectors/track*head数。track磁道.

 

这些术语在了解之后才会更好的使用Linux系统。所以下面我们来了解Linux的硬盘结构。

 

一、设备文件:

设备在Linux内有很多文件,不同文件的开口各有不同,对应的设备也不同。

l/0 Ports: 1/0设备地址

一切皆文件:open(), read(), write(), close()

 

 

二、设备类型:

块设备:block,存取单位“块”,磁盘(通常具有缓存,而且是随机的;大部分表现为物理上看的见的设备;)

字符设备:char,存取单位 “字符”,键盘(具有一定的顺序;大部分表现为逻辑上的设备例如:null、zero、tty)

 

上述两个设备存放的不是大小,而是两个数字;前者是设备的主要编号(类别),后者是设备的次要编号(序号)。

设备的名称可人为指定。操作:(cp -a /dev/null)

 

设备文件:关联至一个设备驱动程序,进而能够跟与之对应硬件设备进行通信。

 

三、设备号码:

主设备号:major number,标识设备类型

次设备号:minor number,标识同一类型下的不同设备

当设备名对应的主要编号和次要编号相同时,那么代表的是同一个设备。

 

 

四、硬盘接口类型

1、并行:

IDE: 133MB/S(早期)

SCSI: 640MB/S(老硬盘)

B指以字节为单位;

 

2、串口:

SATA: 6Gbps(最大传输速度,版本不同,速度不同)

SAS: 6Gbps(生产中常用)

bps指每秒钟传递多少位;

USB: 480MB/S

 

3、rpm(影响速度的指标,指每分钟转速):

rotations

per minute

 

 

 

 

 

 

 

五、机械硬盘结构

 

磁头悬浮在盘片上面,可以读取数据;

转速越快,读取越快;

轴上带有马达,可以高速旋转;

 

六、硬盘储存术语

 

 

 

 

 

 

 

 

 

track磁道。(许多圈,类似于操场跑道)

排在外面的圈编号较小;从外到内依次减小;

磁道又被分为许多小块,叫做扇区(sector  512 字节);

外圈到内圈的扇区是相同的,想要增大磁盘存放的密度,尽可能在每个磁道划分更多的扇区(但是拥有极限);

区位记录磁盘扇区结构

 

七、ZBR(Zoned Bit Recording)(打破不平衡)

旋转相同的角度,外圈读取的更多;

Head(磁头):盘面的数量和磁头的数量相同;

整个硬盘的总容量:512*sectors/track*track数
*head数;

Cylinder柱面=512*sectors/track*head数。

早期以柱面为单位划分分区;

CHS硬盘三维。

sectors/track:6bit 000000 111111 63(一个磁道存放最多扇区数0-63)

Track/cylinder:10bit 2^10=1024(每个盘面的磁道数和柱面数相同);

head数:8bit 255

早期总容量:512*63*1024*255

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

八、机械硬盘和固定硬盘

1、机械硬盘 (HDD):

 Hard Disk Drive,即是传统普通硬盘,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。

 

机械硬盘中所有的盘片都装在一个旋转轴上,每张盘片之间是平行的,每个盘片的存储面上有一个磁头,磁头与盘片之间的距离比头发丝的直径还小,所有的磁头联在一个磁头控制器上,由磁头控制器负责各个磁头的运动。

 

磁头可沿盘片的半径方向运动,加上盘片每分钟几千转的高速旋转,磁头就可以定位在盘片的指定位置上进行数据的读写操作。

数据通过磁头电磁流来改变极性方式被电磁流写到磁盘上,也可以通过相反方式读取。

硬盘为精密设备,进入硬盘的空气必须过滤

 

2、固态硬盘(SSD):

Solid State Drive,用固态电子存储芯片阵列而制成的硬盘,由控制单元和存储单元 (FLASH芯片、DRAM芯片)组成。

固态硬盘在接口的规范和定义、功能及使用方法上与普通硬盘的完全相同,在产品外形和尺寸上也与普通硬盘一致(一旦损坏,不可修复)

 

3、相较于HDD,SSD在防震抗摔、传输速率、功耗、重量、噪音上有明显优势,SSD传输速率性能是HDD的2倍;

 

相较于SSD,HDD在价格、容量、使用寿命上占有绝对优势

磁盘有价,数据无价,目前SSD不能完全取代HHD。

 

 

 

九、设备文件

1、磁盘设备的设备文件命名:

/dev/DEV FILE

SCSI, SATA, SAS, IDE,USB: /dev/sd

虛拟磁盘:/dev/vd

 

2、不同磁盘标识:

a-Z,aa,ab

/dev/sda, /dev/sdb,

 

同一设备上的不同分区:

1,2,(主分区可直接用来存放数据1-4、拓展分区可以用来划分小分区+主分区<=4、逻辑分区n)

/dev/sda1, /dev/sda5

 

 

3、硬盘存储术语

head:磁头

 track:磁道

 cylinder:柱面

 sector:扇区,512bytes

 

 

十、机械硬盘结构

 

 

 

十一、固态硬盘和机械硬盘

 

全部为电子芯片,没有接口;

 

十二、CHS和LBA

1、CHS

(1)采用24bit位寻址

(2)其中前10位表示cylinder,中间8位表示head,后面6位表示sector

(3)最大寻址空间8GB

 

2、BA (logical block addressing)

(1)LBA是一个整数,通过转换成CHS格式完成磁盘具体寻址

(2)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 GiB。

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 Petabytes;(k,m,g,t,p,e,z,y,b,n,d)

 

 

4、由于CHS(8G以内)寻址方式的寻址空间在大概8GB以内,所以在磁盘容量小于大概8GB;可以使用CHS寻址方式或是LBA寻址方式;在磁盘容量大于大概8GB时,则只能使用LBA寻址方式。

 

 

 

十三、分区类型

使用分区空间(方便管理数据)

(1)设备识别

(2)设备分区(将不同数据隔离,互相不会产生干扰)

(3)创建文件系统

(4)标记文件系统

(5)在/etc/fstab文件中创建条目

(6)挂载新的文件系统

 

 

十四、磁盘分区

1、为什么分区?

(1)优化1/0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

 

 

2、分区

(1)两种分区方式:MBR(早期为dos),GPT(在计算机管理看分区)

 

(2)MBR: Master Boot Record, 1982年,使用32位表示扇区数分区不超过2T

 

(3)如何分区:按柱面

 

(4)0磁道0扇区:512bytes

446bytes: boot loader

64bytes:分区表,其中每16bytes标识一个分区

2bytes: 55AA

 

(5)4个主分区;3主分区+1扩展(N个逻揖分区)

 

 

MBR分区结构

 

 

 

GTP分区结构

 

 

 

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