第三周学习

1. 磁盘存储术语总结和理解.

1.1、磁盘物理结构相关(机器硬盘)

扇区:磁道的细分单位（通常为512字节或4KB），是磁盘最小的物理存储单元。
磁道:盘片上的同心圆环，数据存储在磁道上。
盘片:磁盘中存储数据的圆形磁性盘片，通常由玻璃或铝合金制成，表面覆盖磁性材料。
柱面:所有盘片同一半径位置的磁道组成的圆柱形结构，提升多磁头并行读写效率。
磁头:悬浮在盘片上方，用于读取或写入数据的微型电磁装置。

1.2 、存储技术分类

磁盘类型	原理	优劣势	使用场景
机器硬盘	依赖旋转盘片和磁头进行数据读写	价格相对便宜，读写速度慢，寿命长	适合需要持久化保存的数据和数据备份
固态硬盘	闪存芯片	读写速度快、功耗低，但寿命有限	做系统盘使用

1.3、存储管理技术

1、RAID
磁盘阵列技术，通过组合多块磁盘提升性能或冗余
2、LVM
逻辑卷管理，允许动态调整磁盘分区大小和组合多块物理磁盘。

1.4文件系统和分区

分区:

MBR
传统分区表格式，支持最大2TB磁盘和4个主分区。
GPT
现代分区表格式，支持更大磁盘（如18EB）和更多分区
文件系统：
NTFS：Windows默认，支持大文件和权限控制。
ext4：Linux常用，日志式文件系统。
APFS：Apple专用，针对SSD优化。
FAT32/exFAT：跨平台兼容，适合U盘

2. 总结MBR,GPT结构区别。

2.1结构组成

MBR
位置:磁盘的第一个扇区（0号扇区）
内容:
引导代码（446字节）:用于启动操作系统
分区表（64字节）:一个主分区固定占用16字节，所以最多只能记录4个主分区；
若需更多分区，需使用扩展分区（Extended Partition）和逻辑分区（Logical Partition）。
结束标志（2字节，0x55AA）

GPT:
位置：
保护性MBR‌（第1个扇区）：兼容旧系统，防止误识别为未格式化磁盘。
‌GPT头‌（第2个扇区）：包含磁盘GUID、分区表位置、备份头位置及CRC校验码。
分区表‌（后续多个扇区）：默认支持 ‌128个主分区‌（可扩展），每个分区条目128字节，包含GUID、名称、起止地址等元数据。
备份分区表与GPT头‌：存储在磁盘末端，提高容错能力。

2.2、分区容量限制

MBR:使用32位LBA（逻辑块地址），最大支持 ‌2TB‌ 的磁盘。超过此容量，剩余空间无法被识别
GPT‌：使用64位LBA，理论支持最大 ‌9.4ZB（1 ZB = 1亿TB）‌，满足现代大容量存储需求

2.3、安全性和可靠性

‌* MBR‌：
无校验机制，分区表损坏可能导致数据丢失
依赖单一备份，恢复困难。

‌GPT‌：
支持 ‌CRC32校验‌（检测数据完整性）
提供备份分区表与GPT头，可自动修复损坏
支持分区属性标记（如“只读”或“隐藏”）

2.4、适用场景

MBR‌：
旧硬件（传统BIOS）
小容量硬盘（≤2TB）
需兼容老旧系统（如Windows XP）
GPT‌：
新硬件（UEFI固件）
大容量硬盘（>2TB）
需多分区（如服务器、工作站）
要求高数据安全性与恢复能力

2.5、总结对比表

‌特性	‌MBR	‌ ‌GPT
‌最大磁盘容量	2TB	9.4ZB（理论值）
‌最大主分区数	4个（扩展分区支持逻辑分区）	默认128个
兼容性	传统BIOS与所有系统	UEFI + 现代系统（数据分区通用）
安全性	无校验机制	CRC校验 + 备份分区表
‌适用场景	旧硬件、小容量磁盘	新硬件、大容量磁盘、高可靠性需求

3. 总结学过的分区，文件系统管理。

3.1 磁盘分区

一、磁盘分区核心概念

1、‌分区的定义

将物理磁盘划分为多个逻辑单元，每个单元视为独立磁盘，用于安装系统、存储数据或隔离用途。

2、分区表的作用

记录磁盘分区的起始位置、大小、类型等信息，操作系统通过分区表识别和管理分区。

二、磁盘分区的类型

1、主分区

特点:
- 可安装操作系统（如Windows系统盘通常为主分区）。
- MBR磁盘最多支持‌4个主分区‌，GPT磁盘无数量限制。
‌限制‌：若使用MBR磁盘且需更多分区，必须使用扩展分区。

2、扩展分区

特点
- 本身不直接存储数据，仅作为逻辑分区的“容器”。
- 每个MBR磁盘只能有‌1个扩展分区‌（占主分区名额）。
逻辑分区
- 在扩展分区内创建，数量不限（具体受操作系统限制，如Windows支持128个）
- 用于存储普通数据（如D盘、E盘）

三、分区表类型对比（MBR vs GPT）

‌特性‌	‌MBR‌	‌GPT‌
‌兼容性‌	旧系统（如Windows XP）支持	需64位系统 + UEFI启动（Windows 8+推荐）
‌最大磁盘容量‌	2TB	理论18EB（支持超大磁盘）
‌分区数量‌	4个主分区，或3主分区+1扩展分区	128个分区（Windows默认限制）
‌数据安全性‌	分区表单一备份，易损坏	多备份分区表，支持CRC校验，更可靠
‌典型应用‌	旧电脑、小容量硬盘	新电脑、大容量硬盘（尤其是超过2TB的磁盘）

四、高级分区方案

LVM（Linux逻辑卷管理）

动态调整分区大小，支持逻辑卷组合多个物理磁盘。

‌RAID分区

通过硬件或软件实现磁盘阵列（如RAID 0加速、RAID 1备份）。

3.2、文件系统管理

‌Windows常用‌
- ‌NTFS‌：支持大文件、权限控制、日志功能（推荐系统盘）。
- ‌FAT32‌：兼容性强（U盘、跨平台），但单文件不能超过4GB。
- ‌exFAT‌：无4GB限制，适合移动存储设备（如SD卡）。
‌Linux常用‌
- ‌ext4‌：主流日志文件系统，支持大容量存储。
- ‌XFS‌：高性能，适合大文件处理。
- ‌swap分区‌：用作虚拟内存（类似Windows的页面文件）。
‌macOS常用‌
- ‌APFS‌：苹果专用，优化SSD性能，支持加密和快照。
- ‌HFS+‌：旧版macOS文件系统。
‌跨平台共享‌
- 使用‌exFAT‌或‌FAT32‌（NTFS在macOS下需额外驱动）。

4. 总结raid 0, 1, 5, 10, 01的工作原理。总结各自的利用率，冗余性，性能，至少几个硬盘实现。

‌RAID 类型‌	‌工作原理‌	‌利用率‌	‌冗余性‌	‌性能‌	‌最少硬盘数‌
‌RAID 0‌	数据条带化（分块并行读写），无冗余机制	‌100%‌	无冗余，单盘故障数据全毁	‌读写性能最高‌（并行操作）	‌2+‌
‌RAID 1‌	数据镜像（完全复制到两块硬盘）	‌50%‌	高冗余（单盘故障不影响运行）	写入性能较低（需同步镜像），读取性能较高（可并行读）	‌2+‌
‌RAID 5‌	分布式奇偶校验（数据块与校验信息分散存储）	‌(N-1)/N‌（如 3 盘利用率为 66.7%）	单盘容错（校验恢复）	读取接近 RAID0，写入略低（需计算校验）	‌3+‌
‌RAID 10‌	先镜像再条带化（RAID 1 + RAID 0），每组镜像独立存储	‌50%‌	高冗余（每组镜像允许单盘故障）	读写性能优异（兼顾并行与镜像）	‌4+（偶数）‌
‌RAID 01‌	先条带化再镜像（RAID 0 + RAID 1），单条带故障即全组失效	‌50%‌	低冗余（条带故障导致数据全毁）	性能与 RAID10 接近，但可靠性更低	‌4+（偶数）‌

4.1、‌RAID 0

‌RAID 0‌将一块数据分割成多个部分，每块磁盘存储总数据的一部分，数据并行处理，读写效率高；但是由于没有数据备份，只要其中任意一块磁盘损坏，总数据丢失，安全性低。

4.2、‌RAID 1

RAID 1将一块数据同时写入两块磁盘，其中一块磁盘作为数据备份。其中任意一块磁盘损坏不影响数据的使用，安全性高

4.3、RAID 5

RAID 5也称为分布式奇偶校验（Distributed Parity），它将数据和奇偶校验信息分散在多个磁盘上。RAID 5可以容错一个磁盘的故障，同时提供较高的读写速度和磁盘利用率。它是目前综合性能最佳的数据保护解决方案之一，广泛应用于数据中心等场景

如上图，Dp,Cp,BP,Ap是我们的校验值，任意的A1-A4,B1-B4,C1-C4,D1-D4一块磁盘数据损坏后，我们都可以利用奇偶校验信息重新恢复数据

4.4、‌RAID 10

两个RAID1组成一个RAID10

RAID-10也被称为RAID 1+0，是RAID 1与RAID 0的结合体。它首先创建多个RAID 1镜像对，然后将这些镜像对组合成一个RAID 0阵列。这种结构既提供了RAID 0的高性能，又具备了RAID 1的数据冗余和容错能力。由于采用了RAID 0的条带化技术，RAID-10能够并行读写多个磁盘，从而显著提高数据传输速度。

‌4.5、RAID 01

RAID-01也被称为RAID 0+1，是先将多个硬盘组合成RAID 0阵列，然后再对这些RAID 0阵列进行镜像。这种结构相对复杂，且在实际应用中较少见。RAID-01通过RAID 0阵列实现了数据的条带化存储，从而提高了数据传输速度。然而，由于镜像操作的存在，其整体性能可能略低于纯RAID 0阵列。

5. 总结LVM的基本原理，完成实验对LVM的创建和磁盘扩容。

5.1、LVM原理

‌LVM‌（逻辑卷管理）是 Linux 系统中用于动态管理磁盘空间的工具，通过抽象层将物理存储设备与逻辑存储分离，
提供灵活的容量调整、快照、备份等功能。其核心原理可分为以下层级结构：

1、核心组成

LVM 架构包含 ‌物理存储层‌、‌逻辑抽象层‌ 和 ‌文件系统层‌：

层级	组件	‌作用
物理存储层	‌物理卷PV	将物理磁盘（如 /dev/sda1）初始化为 LVM 可管理的存储单元。
‌逻辑抽象层	‌卷组VG	聚合多个 PV 为统一存储池，支持动态扩展或缩减。
‌逻辑抽象层	‌逻辑卷LV	从 VG 中划分的逻辑存储空间（如 /dev/vg01/lv_data），可挂载为文件系统。
‌文件系统层	‌文件系统（如 ext4、xfs）	在 LV 上创建文件系统，供用户或应用程序使用。

2、关键技术原理

2.1、物理卷（PV）与物理区域（PE）

PV 由 ‌物理区域（PE, Physical Extent）‌ 组成，每个 PE 是固定大小的数据块（默认 4MB）
PE 是 LVM 的最小存储单位，所有 PV 的 PE 大小需一致

2.2、卷组（VG）的资源池化

VG 将多个 PV 的空间合并为一个虚拟存储池，屏蔽底层物理设备差异。
支持随时向 VG 中添加或删除 PV，实现存储资源的动态扩展。

2.3、逻辑卷（LV）的灵活性

LV 从 VG 中分配空间，可动态调整大小（扩容/缩容），无需停机
LV 空间由 ‌逻辑区域（LE, Logical Extent）‌ 组成，每个 LE 对应一个 PE
支持高级功能:快照、镜像、条带化等

3、LVM 核心优势

1、动态存储管理

在线调整 LV 大小，无需重新分区或重启系统。
2、存储资源池化
整合多块磁盘的空间，统一分配管理。
3、灵活的容量扩展
通过添加新磁盘扩展 VG，LV 可突破单物理盘容量限制。
4、高可用性与备份
快照功能支持快速备份与恢复。

4、LVM vs 传统分区

| ‌特性 | 传统分区 | ‌LVM|
|---|---|---|---|
| 容量调整 | 需重新分区，可能丢失数据| 可能丢失数据动态调整，无需停机 |
| ‌存储池化 | 单块磁盘独立管理 | 多磁盘合并为统一资源池 |
| ‌最大分区数‌ | 受分区表限制（如 MBR 最多4主分区 | 理论无限制（由 VG 容量决定） |
| ‌适用场景 | 简单存储需求 | 需要灵活扩展或复杂存储管理的场景 |

总结
LVM 通过 ‌物理卷→卷组→逻辑卷‌ 的三层抽象，实现了存储资源的动态管理与高效利用，
是服务器、虚拟机和大规模存储场景中的关键技术。

5.2、LVM实例创建

1、添加5块硬盘

2、创建PV物理卷

3、创建VG卷组

然后查看下PV的PE大小

4、创建LV

5、应用lv环境

6、LV的动态扩容

我们先将VG卷组池扩容

将lV1卷组扩容

最后还要将文件系统扩容

还有种一步到位的方法同时将卷组和文件系统同时扩容

7、LV的缩容

LV的缩容就麻烦点

LV缩容实例

8、LV,VG,PV的删除

取消挂载的LV->删除LV->删除VG->删除PV

6. 总结变量命名规则，不同类型变量（环境变量，位置变量，只读变量，局部变量，状态变量）如何使用。

6.1变量命名规则

一、基本命名规则

1、字符组成

仅允许使用字母（a-z, A-Z）、数字（0-9）和下划线（_），且‌不能以数字开头‌
示例合法名：myVar、_count；非法名：9am、my-var
2、避免关键字
禁止使用 Shell 关键字（如 if、else、for 等），可通过 help 命令查看完整保留字列表
3、大小写敏感
区分大小写，例如 name 与 Name 视为不同变量
4、特殊符号与空格
变量名中‌不允许包含空格、连字符（-）或其他特殊符号‌（如 *、$）

二、赋值规范

1、格式要求

赋值符号 = 两侧‌禁止空格‌，例如 name=value 正确，name = value 错误
若变量值含空格或特殊字符，需用引号包裹：双引号允许变量替换 "$var"，单引号保留字面量 '$var'
2、动态赋值

可通过命令输出赋值，例如

current_dir=$(pwd)    #$(pwd)会执行shell的pwd命令，将命令结果赋值给 current_dir变量

三、注意事项

1、长度与兼容性

变量名理论上无长度限制，但为兼容老旧 Shell 环境，建议控制在 ‌255 个字符内‌
2、只读变量
使用 readonly 声明常量，常量名通常全大写，例如：
readonly MAX_SIZE=100

四、命名建议

1、可读性

优先使用描述性名称（如 student_id 而非 var1）
多单词命名推荐小写字母 + 下划线分隔（如 file_path）
2、常量规范
常量推荐全大写（如 PI=3.14），并与普通变量区分

6.2、不同类型变量的使用场景

1、环境变量

全局有效，当前 Shell 及其所有子进程均可访问，使用 export 或 declare -x 定义
```
[root@rocky9-15 week3]# export NAME="jimmy"   # 定义环境变量
[root@rocky9-15 week3]# env | grep NAME       # 查看环境变量  
HOSTNAME=rocky9-15
NAME=jimmy
LOGNAME=root
```
注:没有写进/etc/profile文件的环境变量会在随着shell进程中止而失效

2、位置变量

仅在脚本或函数内部有效，用于接收命令行参数；自动生成，通过 $1, $2 ... $n 引用（$0 为脚本名）

[root@rocky9-15 week3]# bash 1.sh "Hello 1" "Hello 2"
第一个位置变量:Hello 1
第二个位置变量:Hello 2
[root@rocky9-15 week3]# cat 1.sh 
#!/bin/bash
first_var=$1
second_var=$2
echo "第一个位置变量:$1"
echo "第二个位置变量:$2"

3、只读变量

取决于声明位置（可为全局或局部)，使用 readonly 或 declare -r 定义，作为一个常量使用

[root@rocky9-15 week3]# readonly MAX=100  #定义一个只读变量
[root@rocky9-15 week3]# MAX=100
-bash: MAX：只读变量

4、局部变量

仅在当前函数或代码片段中有效，子进程不可见;

[root@rocky9-15 week3]# bash 2.sh 
我是局部变量:10
[root@rocky9-15 week3]# cat 2.sh 
#!/bin/bash

function demo() {
  local count=10   # 局部变量
  echo "我是局部变量:$count"
}

demo #调用函数

5、状态变量

Shell 内置变量，全局有效;
‌典型变量‌：
- $?：上一条命令的退出状态码（0 表示成功，非 0 表示失败）
- $$：当前 Shell 的进程 ID

[root@rocky9-15 week3]# 
ls /nonexistent
ls: 无法访问 '/nonexistent': 没有那个文件或目录
[root@rocky9-15 week3]# echo $? # 输出非 0，表示失败  
2

[root@rocky9-15 week3]# echo $$ #查看当前 Shell 的进程 ID
3116

‌变量类型‌	‌作用域‌	‌可修改性‌	‌生命周期‌	‌典型用途‌
环境变量	全局（含子进程）	可修改	进程终止或配置文件持久化	系统路径、全局配置
位置变量	脚本/函数内部	只读	脚本执行期间	接收命令行参数
只读变量	定义位置决定（全局/局部）	不可修改	进程终止	常量定义
局部变量	函数/代码块内部	可修改	函数/代码块结束	临时计算或数据隔离
状态变量	全局	自动更新	动态变化	获取命令状态或进程信息

7、编写一个脚本猜数字，使用判断提示用户比目标数字是大还是小

[root@rocky9-15 week3]# cat cui.sh 
#!/bin/bash
# 编写一个脚本猜数字，使用判断提示用户比目标数字是大还是小
read -p "请输入你的数字: " input_num #接受用户数据
suiji_num=$(( RANDOM % 100 + 1 )) # 生成1-100内的随机数字

while [ "$input_num" -ne "$suiji_num" ] #当用户输入的数字和我们随机生产的数字不同时进行循环
do
  if [ "$input_num" -lt "$suiji_num" ]; then
    read -p "你输入的数字小于正确数字，请重新输入数字: " input_num
  else
    read -p "你输入的数字大于正确数字，请重新输入数字: " input_num
  fi
done

echo "恭喜你，你答对了，正确数字是: $suiji_num"

验证脚本效果

posted @ 2025-05-14 21:38 reddemo 阅读(83) 评论(0) 收藏举报

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