Linux操作系統存儲管理概述目錄/Contents010203存儲設備概述Linux文件系統基本概念Linux存儲管理常用命令01存儲設備概述存儲設備概述計算機有多樣化的外置存儲設備，常見的存儲設備有光盤、硬盤、SD（SecureDigital，安全數字）卡、U盤和SSD（SolidStateDisk，固態盤）等。隨著科技的發展，新的存儲設備不斷涌現，它們有更低的單位能耗、更低的單位存儲成本，或者更好的訪問性能。不管這些存儲設備存儲數據的原理如何變化，改變的都是存儲質量，而不是其功能。對操作系統來說，管理它們的方式是一致的。按接口類型的不同，硬盤數據接口可以分為SATA、SCSI、SAS和FC。硬盤數據接口類型及描述如下表所示。接口類型描述SATA全稱為SerialAdvancedTechnologyAttachmentInterface（串行先進技術總線附屬接口），也就是使用串口的ATA接口，特點是抗干擾能力強，對數據線的要求比ATA低很多，且支持熱插拔等功能SCSI全稱為SmallComputerSystemInterface（小型技術機系統接口）。經歷了多代發展，從早期的SCSI-Ⅱ，到目前的Ultra320SCSI以及Fiber-Channel（光纖通道），接口形式也多種多樣。SCSI傳輸時CPU占用率較低，但是單價也比相同容量的ATA及SATA硬盤更高SAS全稱為SerialAttachedSCSI（串行小型計算機系統接口），是新一代的SCSI技術，可兼容SATA硬盤，采取序列式技術以獲得更高的傳輸速率，傳輸速率可達到12Gbit/sFC全稱為FiberChannel（光纖通道），擁有此接口的硬盤在使用光纖連接時具有可熱插拔、高速帶寬（普通速度可達4Gbit/s或10Gbit/s）、遠程連接等特點；內部傳輸速率也比普通硬盤更高。但其價格高昂，因此FC接口通常只用于高端服務器領域存儲設備概述在Linux操作系統中，對存儲設備的低級別訪問是由一種被稱為“塊設備”的特殊類型文件提供的。在掛載這些塊設備前，必須使用文件系統對其進行格式化。塊設備文件與其他的設備文件一起存儲在/dev目錄中。設備文件是由操作系統自動創建的，檢測到的第一個SATA、SAS、SCSI或USB硬盤驅動器被標記為/dev/sda，第二個被標記為/dev/sdb，以此類推。這些名稱代表整個硬盤驅動器，其他類型的存儲設備有其他命名方式。磁盤設備命名模式如下表所示。設備類型設備命名模式SATA/SAS/USB附加存儲/dev/sda、/dev/sdb、/dev/sdcvirtio-blk超虛擬化存儲（部分虛擬機）/dev/vda、/dev/vdb、/dev/vdcNVMe附加存儲（SSD）/dev/nvme0、/dev/nvme1、/dev/nvme202Linux文件系統基本概念Linux文件系統基本概念文件系統是操作系統中專門負責管理持久化數據的核心子系統。它的主要任務是將用戶創建的文件有序地存儲在物理存儲設備（如磁盤）上，并在需要時高效、可靠地進行訪問。由于磁盤等存儲介質在計算機關機或斷電后仍能保留數據，因此文件系統能夠實現文件的持久保存。在用戶看來，操作文件是一件簡單的事情，如打開、讀取、寫入、刪除等，但在底層，文件操作涉及磁盤尋址、空間分配、目錄索引、權限控制等一系列復雜的邏輯。為屏蔽這種復雜性，操作系統設計了文件系統子模塊，解決如何將大量不同的文件有序、高效地存儲在存儲設備上，并方便用戶或程序進行訪問與管理”的問題。文件系統的基本數據單位是文件，它的目的是對磁盤上的文件進行組織管理，組織的方式不同，就會形成不同的文件系統。Linux文件系統基本概念文件系統的種類眾多，而操作系統希望對用戶提供一個統一的接口，于是在用戶層與文件系統層引入了中間層，這個中間層就稱為虛擬文件系統（VirtualFileSystem，VFS）。VFS定義了一組所有文件系統都支持的數據結構和標準接口，這樣程序員不需要了解文件系統的工作原理，只需要了解VFS提供的統一接口即可。在Linux文件系統中，用戶空間、系統調用、虛擬機文件系統、緩存、文件系統以及存儲之間的關系如下圖：Linux支持很多文件系統，根據存儲位置的不同，可以把文件系統分為三類：磁盤的文件系統，它是直接把數據存儲在磁盤中，比如ext4、XFS等都是這類文件系統。內存的文件系統，這類文件系統的數據不是存儲在硬盤的，而是占用內存空間，我們經常用到的/proc和/sys文件系統都屬于這一類，讀寫這類文件，實際上是讀寫內核中相關的數據數據。網絡的文件系統，用來訪問其他計算機主機數據的文件系統，比如NFS、SMB、iSCSI等等。文件系統首先要先掛載到某個目錄才可以正常使用，比如Linux系統在啟動時，會把文件系統掛載到根目錄。序號文件系統開發背景/組織主要特點1ext4Linux社區（ext3的升級版）第四代擴展文件系統-支持延遲分配、extents和Journaling-成熟穩定、兼容性好2XFS最初由SGI開發，現為主流開源項目高性能，特別是大文件讀寫、支持動態inode分配-支持并行I/O3BTRFSOracle（甲骨文）公司支持快照、壓縮、子卷、支持多設備、寫時復制（COW）-可在線校驗和修復4ZFS原SunMicrosystems，現由OpenZFS社區維護完整的存儲池管理功能（RAID、快照、壓縮、克隆）、強大的數據完整性保護-支持超大容量5ISO9660ISO標準光盤文件系統只讀文件系統，支持光盤、可用于掛載iso鏡像文件系統的種類非常多，它們的設計思路基本相似。大部分現代文件系統都基于日志來提高文件系統的防災難能力，常見的Linux文件系統如下表所示。Linux文件系統基本概念03Linux存儲管理常用命令Linux存儲管理常用命令Linux系統中，常用的存儲管理命令如下表所示。序號命令描述1lsblk列出系統中的塊設備信息2fdisk用于MBR分區的磁盤分區管理工具3parted支持GPT和MBR的磁盤分區工具4mkfs用于創建文件系統，如mkfs.ext4、mkfs.xfs5blkid顯示設備的UUID、文件系統類型等信息6mount掛載文件系統到目錄7umount卸載已掛載的文件系統8df查看各掛載點的磁盤使用情況9