1. Linux系统磁盘管理体系

(1) Linux的磁盘管理主要分为5个步骤：

① 在Linux服务器上添加相应的硬盘（如/dev/sda、sdb、sdc…）；

② 对全新的服务器（没有操作系统）做RAID（raid0、raid1、raid5等模式）或逻辑卷LVM；

③ 对磁盘进行分区；

④ 创建完分区后对该分区作格式化操作；

⑤ 最后作挂载操作，将分区挂载到Linux文件系统中即可存放数据。

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(2) 磁盘读写数据的原理

① 磁盘是按照柱面为单位读写数据的，即先读取同一个盘面的某一个磁道，读完之后，如果数据没有读完，磁头也不会切换其他的磁道，而是选择切换磁头，读取下一个盘面的相同半径的磁道，直到所有盘面的相同半径的磁道读取完成之后，如果数据还没有读写完成，才会切换其他不同半径的磁道，这个切换磁道的过程称为寻道。

② 不同磁头间的切换是电子切换，而不同磁道间的切换需要磁头做径向运动，这个径向运动需要步进电机调节，这个动作是机械的切换。

③ 磁头寻道是机械运动，切换磁头是电子切换。

2. RAID简介

(1) 什么是RAID

  • 磁盘阵列（Redundant Arrays of Independent Disks，RAID），有“独立磁盘构成的具有冗余能力的阵列”之意。
  • 磁盘阵列是由很多块独立的磁盘，组合成一个容量巨大的磁盘组，利用个别磁盘提供数据所产生加成效果提升整个磁盘系统效能。利用这项技术，将数据切割成许多区段，分别存放在各个硬盘上。
  • 磁盘阵列还能利用同位检查（Parity Check）的观念，在数组中任意一个硬盘故障时，仍可读出数据，在数据重构时，将数据经计算后重新置入新硬盘中。
  • RAID技术分类：基于硬件的RAID技术和基于软件的RAID技术。

(2) RAID级别对比

RAID级别

模式优点

模式缺点

适用的场景

RAID0

读写速度是几种模式中最快

不存在冗余

MySQL，Redis等主从复制的场景

RAID1

100%冗余

读写速度一般，成本较高

较为重要的数据，需单独存储，且不能宕机的业务场景，如：系统盘，监控等

RAID5

具备一定的性能和冗余，允许坏一块盘，读数据性能较好，具有奇偶校验

写入数据的性能不高

通常的业务场景都可适用

RAID10

读写速度非常快，100%冗余

成本高

性能和冗余都有要求的业务场景，如：数据库主库或主存储的节点

(3) RAID与逻辑卷LVM的区别

  • 什么是LVM： LVM的全称为（Logic Volume Management）逻辑卷管理，其最大的用途是可以灵活的管理磁盘的容量，让磁盘分区可以随意的放大或者缩小，便于更好的应用磁盘的剩余空间。LVM是在硬盘的分区之上，创建一个逻辑层，以方便系统管理整个硬盘分区系统。LVM最先是由IBM开发，在AIX系统上实现，OS/2操作系统与HP-UX也支持这个功能。在1998年，HeinzMauelshagen根据在HP-UX上的LVM管理器，写出了第一个linux版本。换句话说，磁盘分区类似于我们的衣柜，而LVM更像是衣柜中一个个的抽屉存放不同的衣服，利用LVM可更好的管理磁盘分区的空间。
  • RAID与LVM的区别：
  • LVM：灵活的管理磁盘的容量，有一定的冗余和性能功能，但是很弱；
  • RAID：更侧重于性能和数据安全，如果过于强调性能与备份，那么还是应该使用RAID功能，而不是LVM。

(4) RAID各级别举例说明

RAID0

RAID1

RAID5

容量

如4块磁盘加一起（40G），具备最高的存储性能，原理是把连续的数据分散到4个磁盘上存取（并行方式）

损失50%容量，如：2块10G磁盘做RAID1后，容量为20G，原理是写入一个硬盘的数据百分之百地自动复制到另一块硬盘上，实现存储双份的数据

损失一块硬盘的数据容量

性能

理论上磁盘读写速度比单盘提升4倍，磁盘越多倍数越小

理论上写性能和单盘相差不大

可损坏一块盘，RAID5数据安全保障程度比RAID1低，但磁盘利用率比RAID1高

冗余

无冗余，损坏1块盘，整个RAID就都不能使用

RAID1提供最高的数据安全保障，冗余度50%

通常的业务场景都可适用

特点

速度快、无冗余、容量无损失

50%冗余，容量损失一半

容量损失一块盘，写数据通过奇偶检验，RAID0和RAID1的折中方案

3. 磁盘分区重点小结

① 给磁盘分区的实质就是针对上述0磁头0磁道1扇区的前446字节之后的64bytes的分区表进行设置，即主要是划分起始以及结束磁头号、扇区号即柱面号。
② 磁盘分区工具主要有fdisk（适合给小于2TB的磁盘分区），parted（擅长给大于2TB的磁盘分区），首选fdisk，只有磁盘大于2TB时才去选parted。
补充举例题：一台服务器若是有6块600G的磁盘，做raid5后总大小为3TB，此时无法安装系统，请问为什么？）

  • 方法1：做raid5后，无需装系统回到raid界面，继续分1个小的虚拟磁盘200G用以装操作系统，完成后再把剩余的2.8T通过parted做分区操作。
  • 方法2：可拿1块盘做raid0，剩下5块盘做raid5，将raid0作为系统盘。
  • 方法3：装系统时可选择gpt的分区格式（其他分区格式：dos，mbr等），即可安装操作系统。

③ MBR与GPT分区格式

  • MBR即“主引导记录”，由IBM公司早年提出。它是存在于磁盘驱动器开始部分的一个特殊的启动扇区。这个扇区包含了已安装的操作系统系统信息，并用一小段代码来启动系统。如果安装Windows，其启动信息就放在这一段代码中；如果MBR的信息损坏或误删就无法正常启动Windows，这时需找一个引导修复软件工具来修复它。Linux系统中MBR通常会是GRUB加载器。当一台电脑启动时，它会先启动主板自带的BIOS系统，bios加载MBR，MBR再启动Windows，这就是mbr的启动过程。
  • GPT全程为GUID Partition Table，即“全局唯一标识磁盘分区表”。一种更为先进新颖的磁盘组织方式，使用UEFI启动的磁盘组织方式。最开始是为了更好的兼容性，后来因为其更大的支持内存（mbr分区最多支持2T的磁盘），更多的兼容而被广泛使用，特别是苹果的MAC系统全部使用gpt分区。gtp不在有分区的概念，所有CDEF盘都在一段信息中存储。可以简单的理解为更先进但是使用不够广泛的技术。
  • 格式区别： 因为兼容问题，gpt其实在引导的最开始部分也有一段mbr引导，也叫做“保护引导”，为了防止设备不支持uefi 区别内存支持：mbr最多支持2T，而gpt理论上是无限制的。因为兼容问题，gpt其实在引导的最开始部分也有一段mbr引导，也叫做“保护引导”，为了防止设备不支持uefi 区别内存支持：mbr最多支持2T，而gpt理论上是无限制的。
4. 磁盘分区命令总结

#查看挂载情况

lsblk

#设置磁盘分区

fdisk /dev/... (p 输出 d 删除 n 创建 q 不保存退出 w 保存退出)

#同步磁盘分区情况

partprobe

#格式化磁盘分区（/dev/sda5）

mkfs.xfs -f -n ftype=1 /dev/sda4
mkfs.xfs -f -n ftype=1 /dev/sda5

#挂载文件目录到分区

mount /dev/sda4 /var/log
mount /dev/sda5 /var/lib/docker

#卸载磁盘分区

umount -v /var/log
umount -v /var/lib/docker

#若无法卸载，强制停止分区

fuser -km /var/lib/docker

#同步/etc/fstab文件

blkid | grep sda4 | sed s/\"//g | awk '{print $2 " /var/log xfs defaults 0 0 # /var/log"}' >> /etc/fstab
blkid | grep sda5 | sed s/\"//g | awk '{print $2 " /var/lib/docker xfs defaults 0 0 # /var/lib/docker"}' >> /etc/fstab

#继续查看查看挂载情况

lsblk

#查看分区是否已挂载到文件系统中

df -h