linux 硬盘和分区管理

在 Linux 中，硬盘和分区管理是一个关键的任务，它涉及到对硬盘进行分区、格式化、挂载以及监控和维护等操作。

1. 硬盘设备的识别：

   • 在 Linux 中，所有硬盘设备都被视为文件，并存储在 /dev 目录下。
   • 常见的硬盘设备命名约定为 /dev/sdX，其中 X 表示字母，如 /dev/sda、/dev/sdb 等。
   • 可以使用命令 lsblk 或 fdisk -l 来查看系统中已安装的硬盘设备和它们的分区情况。

2. 分区表类型：

   • Linux 支持两种主要的分区表类型：MBR（Master Boot Record）和 GPT（GUID Partition Table）。
   • MBR 支持最多4个主分区，或3个主分区和1个扩展分区（可以包含多个逻辑分区）。
   • GPT 支持更大容量的硬盘，可以创建数千个分区，并提供更好的数据完整性和容错能力。

3. 分区管理工具：

   • 在 Linux 中，可以使用多种工具进行分区管理，最常用的包括 fdisk、parted 和 gdisk。
   • fdisk 用于 MBR 分区表，parted 和 gdisk 用于 GPT 分区表。

4. 创建分区：

   • 使用适当的分区管理工具，可以创建新的分区或编辑现有的分区表。
   • 例如，使用 fdisk 命令创建新分区：sudo fdisk /dev/sdX，然后按照提示进行操作。

5. 格式化文件系统：

   • 创建分区后，需要使用 mkfs 命令对分区进行格式化，以创建文件系统。
   • 例如，格式化 ext4 文件系统：sudo mkfs.ext4 /dev/sdX1。

6. 挂载分区：

   • 格式化后的分区需要挂载到文件系统树的一个目录下，才能让用户访问其中的数据。
   • 可以使用 mount 命令挂载分区，也可以将其添加到 /etc/fstab 文件中以实现开机自动挂载。

7. 监控和维护：

   • 使用命令 df 可以查看已挂载分区的磁盘使用情况。
   • 使用命令 du 可以查看指定目录的磁盘使用情况。
   • 定期执行磁盘检查命令 fsck 可以检测和修复文件系统的错误。

8. RAID（磁盘阵列）：

   • RAID 是将多个硬盘组合成一个逻辑单元的技术，提高数据存储性能和冗余性。
   • Linux 支持多种 RAID 模式，如 RAID 0、RAID 1、RAID 5 等。

9. LVM（逻辑卷管理）：

   • LVM 是 Linux 中一种高级的硬盘和分区管理技术，允许在逻辑上将多个物理硬盘合并为一个逻辑卷组（Volume Group）。
   • LVM 提供了更灵活的存储管理，允许在逻辑卷组内动态创建、删除和调整逻辑卷（Logical Volume）的大小。

10. 扩展和缩减分区：

    • 在 LVM 或 GPT 分区表中，可以动态调整逻辑卷的大小，而不会丢失数据。
    • 扩展逻辑卷：使用 lvextend 命令来增加逻辑卷的大小，然后使用 resize2fs 命令来调整文件系统大小。
    • 缩减逻辑卷：使用 resize2fs 命令来缩减文件系统大小，然后使用 lvreduce 命令来缩减逻辑卷的大小。

11. 检测硬盘状态：

    • 可以使用 S.M.A.R.T（Self-Monitoring, Analysis and Reporting Technology）技术来检测硬盘的状态和预测可能的故障。
    • 使用 smartctl 命令来查看硬盘的 S.M.A.R.T 信息：smartctl -a /dev/sdX。

12. 磁盘配额：

    • 磁盘配额是限制用户或用户组在文件系统中使用的磁盘空间的方法。
    • 通过配额，可以防止某个用户或用户组占用过多的磁盘空间，保持文件系统的平衡。

13. 硬盘挂载选项：

    • 在挂载分区时，可以使用不同的挂载选项来控制访问权限和文件系统行为。
    • 一些常用的挂载选项包括：读写权限（rw）、只读权限（ro）、执行权限（exec/nosuid/noexec）等。

14. 硬盘加密：

    • 对于重要的数据，可以使用硬盘加密技术来保护数据的安全性。
    • Linux 提供了多种硬盘加密解决方案，如 dm-crypt（设备映射加密）。

15. 备份和恢复：

    • 对于重要数据，定期进行备份是必要的。可以使用 rsync、tar、备份软件等工具来创建数据备份。
    • 在出现硬盘故障或数据丢失时，可以使用备份文件来恢复数据。
16. 热插拔硬盘：
    • Linux 支持热插拔硬盘，这意味着可以在运行中添加或移除硬盘设备，而不需要重启系统。
    • 在插入新的硬盘后，可以使用 lsblk 命令查看新硬盘设备，并使用分区管理工具对其进行分区和格式化。
17. 固态硬盘（SSD）优化：
    • 对于使用固态硬盘（SSD）的系统，可以进行一些优化措施以提高性能和寿命。
    • 例如，禁用写入操作，减少磁盘频繁写入，使用 TRIM 命令来优化删除操作等。
18. 检查硬盘空间：
    • 使用 df 命令查看已挂载分区的磁盘使用情况，以确保没有分区超出容量。
    • 使用 du 命令查看指定目录的磁盘使用情况，以了解哪些目录占用了大量的磁盘空间。
19. 磁盘性能监控：
    • 使用工具如 iostat、iotop 和 vmstat 可以监控硬盘的读写性能，以便发现磁盘性能瓶颈和故障。
20. 硬盘驱动器的诊断和修复：
    • 对于硬盘可能出现的问题，可以使用 SMART 报告和自检功能来诊断硬盘的健康状态。
    • 使用 smartctl 命令可以读取和解释硬盘的 SMART 报告信息。
21. 硬盘缓存：
    • 对于服务器或虚拟化环境，可以考虑使用硬盘缓存技术来提高读写性能。
    • Linux 支持将一部分内存用作硬盘缓存，减少磁盘的实际读写操作。
22. 硬盘传输模式：
    • 对于某些硬盘设备，可以选择不同的传输模式来优化硬盘性能和稳定性。
    • 使用工具如 hdparm 可以查看和设置硬盘的传输模式。
23. 操作权限：
    • 在进行硬盘和分区管理时，需要小心权限设置，确保只有授权用户能够对硬盘进行操作，以防止数据泄露或误操作。

举例说明

创建新分区：

 

假设我们有一块新的硬盘 /dev/sdb，我们想在其中创建一个新的分区，并将其格式化为 ext4 文件系统，然后将其挂载到 /data 目录下。

使用 parted 命令创建新分区：

sudo parted /dev/sdb mklabel gpt
sudo parted /dev/sdb mkpart primary ext4 1MiB 100%

 

格式化分区为 ext4 文件系统：

sudo mkfs.ext4 /dev/sdb1

创建挂载目录并挂载分区：

sudo mkdir /data
sudo mount /dev/sdb1 /data

将分区信息添加到 /etc/fstab 文件，实现开机自动挂载：

echo '/dev/sdb1 /data ext4 defaults 0 0' | sudo tee -a /etc/fstab

使用 LVM 创建逻辑卷：

假设我们有两块硬盘 /dev/sdb 和 /dev/sdc，我们想使用 LVM 创建一个逻辑卷组，并在其中创建逻辑卷，最后将其格式化为 ext4 文件系统。

创建逻辑卷组：

sudo pvcreate /dev/sdb /dev/sdc
sudo vgcreate myvg /dev/sdb /dev/sdc

创建逻辑卷：

sudo lvcreate -n mylv -l 100%FREE myvg

格式化逻辑卷为 ext4 文件系统：

sudo mkfs.ext4 /dev/myvg/mylv

创建挂载目录并挂载逻辑卷：

sudo mkdir /data
sudo mount /dev/myvg/mylv /data

将逻辑卷信息添加到 /etc/fstab 文件，实现开机自动挂载：

echo '/dev/myvg/mylv /data ext4 defaults 0 0' | sudo tee -a /etc/fstab

扩展逻辑卷的大小：

假设在上述的 LVM 示例中，我们需要扩展逻辑卷的大小以容纳更多数据。

首先，检查逻辑卷的当前大小：

sudo lvdisplay /dev/myvg/mylv | grep "LV Size"

扩展逻辑卷的大小（假设增加10GB）：

sudo lvextend -L +10G /dev/myvg/mylv

调整文件系统大小以反映新的逻辑卷大小：

sudo resize2fs /dev/myvg/mylv

RAID 1（镜像）设置：

假设我们有两块相同大小的硬盘 /dev/sdb 和 /dev/sdc，我们想将它们设置为 RAID 1（镜像）以提供冗余性和数据安全。

创建 RAID 1 设备：

sudo mdadm --create /dev/md0 --level=1 --raid-devices=2 /dev/sdb /dev/sdc

格式化 RAID 设备并创建文件系统：

sudo mkfs.ext4 /dev/md0

创建挂载目录并挂载 RAID 设备：

sudo mkdir /data
sudo mount /dev/md0 /data

将 RAID 设备信息添加到 /etc/fstab 文件，实现开机自动挂载：

echo '/dev/md0 /data ext4 defaults 0 0' | sudo tee -a /etc/fstab

启用 TRIM（固态硬盘优化）：

假设我们使用的是固态硬盘（SSD），为了优化 SSD 的写入性能和寿命，我们需要启用 TRIM 功能。

 确认硬盘是否支持 TRIM：

sudo hdparm -I /dev/sdX | grep "TRIM supported"

如果支持 TRIM，则在文件系统中启用 TRIM：

sudo fstrim -v /

将 TRIM 定期加入计划任务，确保定期执行 TRIM：

echo "0 4 * * * root fstrim -v /" | sudo tee -a /etc/crontab

硬盘磁盘性能监控：

假设我们需要监控硬盘的读写性能和 I/O 使用情况。

 

安装 iotop 工具：

sudo yum install iotop  # 对于 CentOS 或 Red Hat 等基于 RPM 包的系统
# 或
sudo apt-get install iotop  # 对于 Ubuntu 或 Debian 等基于 Debian 包的系统

使用 iotop 查看磁盘 I/O 使用情况：

sudo iotop

硬盘配额设置：

假设我们希望在 /home 目录下设置用户硬盘配额，限制用户的磁盘使用量。

安装 quota 工具：

sudo yum install quota  # 对于 CentOS 或 Red Hat 等基于 RPM 包的系统
# 或
sudo apt-get install quota  # 对于 Ubuntu 或 Debian 等基于 Debian 包的系统

启用硬盘配额并设定用户配额限制：

sudo quotacheck -avug
sudo quotaon -avug
sudo edquota -u username

硬盘 SMART 报告：

假设我们想要检查硬盘的健康状态和可能的故障预测，可以使用 SMART（Self-Monitoring, Analysis and Reporting Technology）报告。

查看硬盘的 SMART 信息：

sudo smartctl -a /dev/sdX

分析 SMART 报告： 可以查看 SMART 报告中的各项参数，如温度、扇区重新分配计数、故障率等，以评估硬盘的健康状况。

备份和恢复数据：

假设我们需要对重要数据进行备份，以防止数据丢失。可以使用 rsync 工具来进行数据备份和恢复。

备份数据到另一个硬盘或远程服务器：

rsync -avz /source_directory/ /destination_directory/

从备份中恢复数据：

rsync -avz /destination_directory/ /source_directory/

硬盘传输模式设置：

假设我们想要调整硬盘的传输模式以优化硬盘性能和稳定性。

查看当前硬盘的传输模式：

sudo hdparm -I /dev/sdX | grep "PIO Mode"

设置硬盘的传输模式为 DMA（直接内存访问）：

sudo hdparm -d1 /dev/sdX

设置硬盘的传输模式为 UDMA（Ultra DMA）：

sudo hdparm -udmaX /dev/sdX

这里的 X 是硬盘支持的最高 UDMA 级别）

注意：硬盘传输模式的设置应根据硬盘支持的最高级别和系统的兼容性进行调整。

硬盘加密：

假设我们需要对硬盘中的数据进行加密以保护敏感信息。

使用 dm-crypt 对整个硬盘进行加密：

sudo cryptsetup luksFormat /dev/sdX
sudo cryptsetup open /dev/sdX myencrypteddisk

格式化并挂载加密的硬盘：

sudo mkfs.ext4 /dev/mapper/myencrypteddisk
sudo mount /dev/mapper/myencrypteddisk /data

关闭加密的硬盘：

sudo umount /data
sudo cryptsetup close myencrypteddisk

通过硬盘加密，即使硬盘被盗或丢失，数据仍然得到保护，无法被未授权的人访问。

硬盘热插拔：

假设我们需要在运行中添加或移除硬盘设备，而无需重启系统。

在运行中添加硬盘设备：

# 假设我们插入一块新硬盘 /dev/sdX
sudo partprobe /dev/sdX  # 更新内核的分区表信息

在运行中移除硬盘设备：

# 假设我们要移除硬盘 /dev/sdX
sudo umount /data  # 如果有分区已挂载，需要先卸载
sudo partprobe --delete /dev/sdX  # 删除内核中的分区表信息

硬盘缓存设置：

假设我们想要调整硬盘的缓存设置以优化读写性能。

查看当前硬盘的缓存设置：

sudo hdparm -I /dev/sdX | grep "Write Cache"

启用硬盘的写缓存：

sudo hdparm -W1 /dev/sdX

禁用硬盘的写缓存：

sudo hdparm -W0 /dev/sdX

注意：启用硬盘的写缓存可以提高写入性能，但在断电或崩溃情况下可能导致数据丢失，所以在使用上需谨慎。

LVM 硬盘迁移：

假设我们需要将一个 LVM 逻辑卷从一个硬盘迁移到另一个硬盘。

首先，创建一个新的逻辑卷组并将新硬盘添加进来：

sudo pvcreate /dev/sdY
sudo vgcreate new_vg /dev/sdY

迁移逻辑卷到新硬盘：

sudo pvmove /dev/sdX /dev/sdY

从旧硬盘中删除已迁移的物理卷：

sudo vgreduce myvg /dev/sdX

删除旧的逻辑卷组（可选）：

sudo vgremove myvg

更新 /etc/fstab 文件中的挂载信息，以反映新的逻辑卷组和逻辑卷。

硬盘容量规划和管理：

假设我们需要规划硬盘容量，确保合理使用硬盘空间，并避免空间不足的问题。

使用 df 命令查看硬盘使用情况：

df -h

使用 du 命令查看指定目录的磁盘使用情况：

du -h /path/to/directory

根据硬盘使用情况进行容量规划和分配，可以考虑扩展硬盘、迁移数据到其他硬盘或删除不必要的文件以释放空间。

硬盘挂载选项设置：

假设我们需要根据特定需求，设置硬盘的挂载选项以控制文件系统的访问权限和行为。

在 /etc/fstab 文件中设置硬盘挂载选项：

# 示例：设置硬盘挂载为只读
/dev/sdX   /mnt/data   ext4   ro   0   0

常见的挂载选项包括读写权限（rw）、只读权限（ro）、执行权限（exec/nosuid/noexec）等，根据需要设置相应的选项。

硬盘驱动器的诊断和修复：

假设我们需要诊断硬盘是否存在故障，并进行相应的修复操作。

使用 SMART 报告检查硬盘健康状态：

sudo smartctl -H /dev/sdX

使用 S.M.A.R.T 自检功能进行硬盘自检：

sudo smartctl -t short /dev/sdX
sudo smartctl -l selftest /dev/sdX

硬盘分区表备份与恢复：

假设我们需要备份硬盘分区表，以防止分区表丢失或损坏后无法恢复分区信息。

备份硬盘分区表到文件：

sudo sfdisk -d /dev/sdX > partition_table_backup.txt

恢复硬盘分区表：

sudo sfdisk /dev/sdX < partition_table_backup.txt

注意：在进行硬盘分区表恢复时，需要确保备份文件的完整性，以免导致数据丢失。

使用 LVM 进行快照备份：

假设我们需要对某个逻辑卷进行快照备份，以便在需要时恢复到之前的状态。

创建逻辑卷的快照：

sudo lvcreate -L 10G -s -n mylvsnapshot /dev/myvg/mylv

进行数据备份或其他操作，并在需要时恢复快照：

# 假设我们进行了数据备份或修改数据后，想要恢复到快照状态
sudo umount /data  # 如果有分区已挂载，需要先卸载
sudo lvconvert --merge /dev/myvg/mylvsnapshot
sudo mount /dev/myvg/mylv /data

使用 LVM 快照功能可以方便地进行备份和数据恢复，特别适用于数据库和关键数据的保护。

使用 RAID 进行硬盘冗余备份：

假设我们需要通过 RAID 技术实现硬盘的冗余备份，提高数据的可靠性。

创建 RAID 1（镜像）设备：

sudo mdadm --create /dev/md0 --level=1 --raid-devices=2 /dev/sdX /dev/sdY

格式化 RAID 设备并创建文件系统：

sudo mkfs.ext4 /dev/md0

创建挂载目录并挂载 RAID 设备：

sudo mkdir /data
sudo mount /dev/md0 /data

将 RAID 设备信息添加到 /etc/fstab 文件，实现开机自动挂载：

echo '/dev/md0 /data ext4 defaults 0 0' | sudo tee -a /etc/fstab

恢复误删除的分区：

假设我们不小心误删除了某个分区，现在需要尽可能地恢复分区及其数据。

使用 testdisk 工具来恢复分区： 首先，安装 testdisk 工具：

sudo yum install testdisk  # 对于 CentOS 或 Red Hat 等基于 RPM 包的系统
# 或
sudo apt-get install testdisk  # 对于 Ubuntu 或 Debian 等基于 Debian 包的系统

然后运行 testdisk 工具，并按照提示进行分区恢复。

注意：恢复误删除的分区是一项高风险的操作，应谨慎进行，并确保备份重要数据。

使用 dd 命令克隆硬盘：

假设我们需要将一个硬盘的所有数据完整克隆到另一个硬盘。

使用 dd 命令进行硬盘克隆：

sudo dd if=/dev/sdX of=/dev/sdY bs=4M conv=sync,noerror status=progress

注意：if 参数指定源硬盘，of 参数指定目标硬盘，bs 参数指定块大小，conv 参数指定转换选项。硬盘克隆是一项危险操作，请谨慎使用。

使用 badblocks 命令检查硬盘坏道：

假设我们怀疑硬盘存在坏道，需要进行检查并标记坏道，以防数据丢失。

使用 badblocks 命令进行坏道检查：

sudo badblocks -v /dev/sdX > badblocks.txt

将检查结果标记为坏道：

sudo e2fsck -l badblocks.txt /dev/sdX

注意：坏道检查和标记是为了提前预防硬盘故障，但可能会导致数据丢失，请谨慎使用。

虚拟化硬盘管理：

假设我们正在使用虚拟化技术，如 VMware 或 VirtualBox，需要进行虚拟硬盘的管理和优化。

调整虚拟硬盘大小： 对于虚拟机中的虚拟硬盘，可以通过虚拟化管理界面（如 VMware vSphere 或 VirtualBox 界面）来调整虚拟硬盘的大小。

压缩虚拟硬盘空间： 对于虚拟硬盘中的未使用空间，可以使用虚拟化管理界面或相关工具来进行压缩，以释放虚拟硬盘文件所占用的空间。

硬盘性能测试：

假设我们需要测试硬盘的读写性能，以评估硬盘的性能水平。

使用 dd 命令进行硬盘性能测试：

sudo dd if=/dev/zero of=testfile bs=1G count=1 oflag=direct

使用 hdparm 命令测试硬盘读取速度：

sudo hdparm -Tt /dev/sdX

注意：硬盘性能测试可以帮助发现硬盘的瓶颈，但也可能对硬盘造成较大负载，请谨慎使用。

使用 Fstrim 定期进行 TRIM：

假设我们使用的是固态硬盘（SSD），为了优化 SSD 的写入性能和寿命，需要定期进行 TRIM。

将 TRIM 定期加入计划任务：

echo "0 4 * * * root fstrim -v /" | sudo tee -a /etc/crontab

TRIM 命令会定期清理 SSD 上未使用的块，提高写入性能和延长 SSD 的寿命。

硬盘阵列管理：

假设我们使用硬盘阵列（RAID）技术，需要进行硬盘阵列的监控和维护。

使用 mdadm 工具查看硬盘阵列状态：

sudo mdadm --detail /dev/mdX

监控硬盘阵列中硬盘的健康状态，并根据需要进行故障硬盘的更换。

硬盘温度监控：

假设我们需要监控硬盘的温度，确保硬盘工作在安全的温度范围内，以避免过热导致故障。

使用 smartctl 命令查看硬盘温度：

sudo smartctl -A /dev/sdX | grep "Temperature"

• 配置硬盘温度监控报警： 可以使用监控工具（如 Nagios、Zabbix 等）设置硬盘温度阈值，超过阈值时触发报警通知。

硬盘故障预警：

假设我们希望能够及时检测硬盘故障，以便在硬盘出现问题前采取预防措施。

使用 S.M.A.R.T 报告检查硬盘健康状态：

sudo smartctl -H /dev/sdX

结合监控工具实现硬盘故障预警： 可以使用监控工具定期检查硬盘的 S.M.A.R.T 报告，一旦发现异常，及时进行通知或处理。

硬盘数据擦除：

假设我们需要将硬盘中的敏感数据永久擦除，以防止数据泄露。

使用 shred 命令进行硬盘数据擦除：

sudo shred -n 3 -vz /dev/sdX

或者使用 dd 命令进行硬盘数据擦除：

sudo dd if=/dev/zero of=/dev/sdX bs=4M status=progress

注意：硬盘数据擦除是不可逆的操作，请谨慎使用，确保备份重要数据。