第十五章 存储介质

第十五章 存储介质

无论是硬盘、网络存储等物理存储，还是独立磁盘冗余阵列(Redundant Array of Independent Disks, RAID)和逻辑卷管理(Logical Volume Manager, LVM)等虚拟存储，Linux在存储设备处理方面令人称道。

相关命令:

• mount：挂载文件系统
• umount：卸载文件系统
• fsck：检查和修复文件系统
• fdisk：操作分区
• mkfs：创建新的文件系统
• dd：转换和复制文件
• genisoimage(mkisofs)：创建ISO 9960映像文件。
• wodim(cdrecord)：擦除和刻录光学存储介质。
• md5sum：计算MD5校验和。

存储设备的挂载与卸载

对于非桌面系统，在很大程度上仍要依靠手动操作，因为服务器往往有极端的存储需求和复杂的配置要求。

管理存储设备的第一就是将设备挂接(attaching)到文件系统树。这个过程称为挂载，能够使设备与操作系统交互。类UNIX系统维护着单一的文件系统树，设备挂载在不同的节点。不同于Windos，每个设备都维护独立的文件系统树。

文件/etc/fstab(文件系统表，file system table的缩写)列出了会在系统引导时挂载的各种设备(通常是盘盘分区)。其内容示例如下:

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LABEL=/12 / ext4 defaults 1 1
LABEL=/home /home ext4 defaults 1 2
LABEL=/boot /boot ext4 defaults 1 2

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这些代表硬盘分区。/etc/fstab文件中的每行包含6个字段，每个字段的内容不同。

/etc/fstab文件字段

字段	内容	描述
1	设备	以前，该字段包含与物理设备关联的设备文件名，如dev/hda1(被检测到的第一个硬盘的分区。因为如今的计算机都有不少能够热插拔的设备(如USB驱动器)，所以很多现代Linux发行版本采用文本标签来关联设备。该标签(存储介质被格式化后添加)可以是简单的文本或随机生成的通用唯一识别码(Universally Unique Identifier, UUID)。当设备挂载到系统时，系统会读取标签。通过这样的方式，不管实际的物理设备所分配的是哪个设备文件，都能够被准确识别
2	挂载点	设备被挂载在文件系统树上的位置(目录)
3	文件系统类型	Linux允许挂载多种系统文件类型。多种原生Linux文件系统采用的是第四代扩展文件系统(Fourth Extended File System, ext4)、 不过也支持包括FAT16(msdos)、FAT32(vfat)、NTFS(ntfs)、CD-ROM(ISO 9660)在内的很多其它文件系统
4	选项	文件系统有各种挂载选项。例如，可以将文件系统以只读形式挂载或禁止执行其中的任何程序(这对可移动设备是一个很有用的特征)
5	频率	dump命令使用该数值决定是否对该文件系统进行备份以及多久备份一次
6	顺序	fsck命令使用该数值决定文件系统的检查顺序

查看已挂载的文件系统列表

mount命令可用于挂载文件系统。如果不加任何参数，可以显示当前已挂载的文件系统列表:

mount #显示当前已挂载的文件系统列表
mount -t filesystem_type device mount_point #将mount_point挂载到device其文件系统为filesystem_type 
umont device #卸载device的文件系统

例如:

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[me@linuxbox ~]$ mount
/dev/sda2 on / type ext4 (rw)
proc on /proc type proc (rw)
sysfs on /sys type sysfs (rw)
devpts on /dev/pts type devpts (rw,gid=5,mode=620)
/dev/sdd1 on /media/disk type vfat (rw,nosuid,nodev,noatime,uhelper=hal,uid=500,utf8,shortname=lower)
twin4:/musicbox on /misc/musicbox type nfs4 (rw, addr=192.168.1.4)

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列表格式是这样的:device on mount_point type filesystem_type (options)。例如，第一行表明设备/dev/sda2作为根文件系统挂载，文件系统类型为ext4，挂载形式为可读取和可写入(选项rw)。列表底部有两行值得注意。倒数第二行显示一个2GB的SD内存卡被挂载到/meida/disk，最后一行显示一个网络驱动器被挂载到/misc/musicbox。

所谓挂载点就是文件系统树中的一个目录，没什么特别之处。该目录甚至可以不是空的，但如果你将设备挂载到非空目录，在卸载设备之前，无法查看此目录内容。

确定设备名称

有时很难确定设备名称。在过去，设备始终固定在同一位置不动。类UNIX系统喜欢这种方式。如见典型桌面硬件配置变化不定，而Linux也通过不断的完善，变得比""前辈们"灵活了许多。如果管理的是服务器，那该怎么办?

系统是如何命名设备的。列出/dev目录下的内容，会看到大量设备。

[me@linuxbox ~]$ ls /dev

可以从输出结果总结出一些设备命名模式。

Linux存储设备模式

模式	设备
/dev/fd*	软盘驱动器
/dev/hd*	旧系统中的IDE(PATA)磁盘。典型的主板上有两个IDE接口或通道，每条接口线缆上有两个驱动器插口。线缆第一个驱动器称为主设备(master device),第二个驱动器称为从设备(slave device)。设备命名规则：/dev/hda代表第一个通道上的主设备，/dev/hdb代表第一一个通道的从设备；/dev/hdc代表第二个通道上的主设备。
/dev/lp*	打印机
/dev/sd*	SCSI磁盘。在现代Linux系统中，内核将所有类似于磁盘的设备(包括PATA/SATA硬盘、闪存驱动器、便携音乐播放器及数码相机等USB大容量存储设备)都被视为SCSI磁盘。其余的命名规则与先前描述的/dev/hd*的规则类似
/dev/sr*	光驱(CD/DVD播放器和刻录机)

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窍门 ali -f /var/log/messages命令是用来对系统操作进行接近实时监测的好办法。

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创建新文件系统

闪存驱动器当前采用FAT32文件系统，使用Linux原生文件系统将其格式化，就涉及两个步骤。

1. (可选)创建新分区(如果对现有分区不满意)。
2. 创建新文件系统。

用fdisk操作分区

有一些程序(命令行和图形界面)允许与类磁盘设备直接进行底层面的交互，fdisk就是其中之一。利用这种程序，可以编辑、创建驱动器分区。为了处理闪存驱动器，我们必须先将器卸载，然后使用fdisk程序:

[me@linuxbox ~]$ sudo umount /dev/sdb1
[me@linuxbox ~]$ sudo fdisk /dev/sdb

注意，我们必须指定整个设备，不能仅指定分区号。程序启动后，我们会看到下列提示符:

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Command (m for help):

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输入m,显示程序菜单:

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Command action
A toggle a bottable flag
b edit bsd disklabel
c toggle the dos compatibility flag
d delete a partition
l list known partition types
m print this menu
n add a new partition
o create a new empty DOS partition table
p print the partition table
q quit without saving changes
s create a new empty Sun disklabel
t change a partition’s system id
u change display/entry units
v verify the partition table
w write table to disk and exit
x extra functionality (experts only)

Command (m for help):

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首先是检查分区布局。输入p，显示设备分区表

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Command (m for help)：p

Disk /dev/sdb: 16 MB, 160006656 bytes
1 heads, 31 sectors/track, 1008 cylinders
Units = cylinders of 31 * 512 = 15872 bytes

Device Boot Start End Blocks Id System
/dev/sdb1 2 1008 15608+ b W95 FAT32

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可以看到这个16MB的设备有一个分区，占用了设备可用的1008个柱面中的1006个。该分区被识别为Windows95 FAT32分区。有些程序会使用此标识限制能够执行的磁盘操作类型，不过大多数时候改不改变改标识并不重要。

为了查看可用分区类型的列表，浏览程序菜单，其中包含下列菜单项:

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l list known partition types

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如果输入l,就会显示可能的分区类型的长度列表。从中可以看到代表现有分区类型的b和代表Linux的83。

返回菜单，找到修改分区ID的菜单项:

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t change a partition’s system id

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在提示符处输入t和新的ID：

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Command （m for help): t
Selected partition 1
Hex code(type L to list codes):83
Changed system type of partition 1 to 83 (Linux)

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所有的改动到此全部完成。目前，设备并未修改(改动保存在内存中，而非物理设备)，接下来我们要将修改后的分区表写入设备，然后退出。为此，在提示符输入w:

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Command (m for help): w
The partition table has been altered！

Calling ioctl() to re-read partition table.

WARNING : If you have created or modified any DOS 6.x
partitions, please see the fdisk manual page for additional information.
Syncing disks.
[me@linuxbox ~]$

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如果不打算修改设备，可以输入q，退出程序，不写入任何改动。那些吓人的警号信息忽略即可。

使用mkfs创建新的文件系统

编辑好分区表之后，就该在内存驱动器上创建新的文件系统了。为此可以使用mkfs(创建文件系统， make filesystem)，该命令能够创建各种格式的文件系统。要想创建ext4，只需使用-t选项指定ext4类型，然后指定待格式化分名称：

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[me@linuxbox ~]$ sudo mkfs -t ext4 /dev/sdb1
mke2fs 2.23.2 (12-Jul-2011)
Filesystem label=
OS type: Linux
Block size=1024 (log=0)
Fragment size=1024 (log=0)
3904 inodes, 15608 blocks
780 blocks (5.00%) reserved for the super user
First data block=1
Maximum filesystem blocks=15990784
2 block groups
8192 blocks per group, 8192 fragments per group
1952 inodes per group
Superblock backups stored on blocks:
8193

Writing inode tables：done
Creating journal (1024 blocks): done
Writing susperblocks and filesystem accounting information : done

This filesystem will be auto matically checked every 34 mounts or 180 days, whichever comes first. Use tune2fs -c or -i to override.
[me@linuxbox ~]$

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mkfs命令会输出大量信息。若要将分区重新格式化为原来的FAT32文件系统，则指定vfat作为文件系统类型:

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[me@linuxbox ~]$ sudo mkfs -t vfat /dev/sdb1

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只要系统添加了额外的存储设备就可进行分区和格式化。

文件系统的检查和修复

系统每次启动时,在挂载文件系统之前都会例行检查文件系统的完整性。这是由fsck(文件系统检查， filesystem check)完成的。fstab文件每个条目末尾的数字对应设备检查优先级。

除了检查文件的完整性，fsck还能修复损坏的文件系统，修复程度取决于受损量。对于类UNIX系统，已修复的文件会存放在各个文件系统根目录下的lost+found目录下。

fsck device 

检查闪存驱动器(先将其卸载):

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[me@linuxbox ~]$ fsck /dev/sdb1
fsck 1.40.8 (13-Mar-2016)
e2fsck 1.40.8 (13-Mar-2016)
/dev/sdb1: clean, 11/3904 files, 1661/15608 blocks

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现如今，除了出现了硬件问题，否则文件系统很少会损坏。在大多数系统中，如果引导阶段检测到文件系统损坏，系统会停下来，指导用户允许fsck。

在设备之间直接移动数据

通常计算机中的数据都是以文件的形式存储的，但也不妨碍以原始形式考量数据。以磁盘驱动为例，它包含了大量被系统视为目录或文件的数据"块"。将磁盘驱动器当作数据块的大集合，就可以执行诸如复制等实用任务。

dd命令就可以完成这种任务:

dd if=input_file of=output_file [bs=block_size [count=blocks]]

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警告 dd命令的功能非常强大。尽管其名称取自"“data definition”(数据定义)，但有时候也被称为"destory disk"(摧毁磁盘)，因为用户经常会不小心错用if或of说明，在按Enter键之前，一定要检查if和of说明。

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假设有两个大小一样的USB闪存驱动器，其设备名称分别为/dev/sdb和/dev/sdc,将第一个驱动器中的内容全部复制到第二个驱动器。命令如下:

dd if=dev/sdb of=/dev/sdc

若只有一个闪存驱动器，其设备名称为/dev/sdb,将第一个驱动器内容复制成一个普通文件。命令如下:

dd if=dev/sdb of=flash_drive.img

向刻录CD写入数据

向CD(CD-RW)写入数据需要两步:

1. 创建ISO映像文件，也就是CD-ROM的ISO映像文件。
2. 将ISO映像文件写入刻录光盘。

创建CD-ROM的ISO映像文件

可以使用dd命令读取该CD-ROM的所有数据块并将其复制为本地文件。假设有一张Ubuntu CD，其设备名称为/dev/cdrom，制作ISO映像文件，执行下列命令:

dd if=/dev/cdrom of=ubuntu.iso

该方法同样适用于数据DVD，但不适用于音频CD，因为这种CD并不通过文件系统进行存储，可考虑对其使用cdrdao命令。

用文件集合创建ISO映像文件

genisoimage命令可用于创建包含目录内容的ISO映像文件。先创建一个目录，其中包含ISO映像文件内容，然后执行genisoimage命令，创建ISO映像文件。例如，创一个名为~/cd-rom-files的目录，其中包含了CD-ROM要用到的所有文件，可以使用如下命令创建ISO映像文件cd-rom.iso:

genisoimage -o cd-rom.iso -R -J ~/cd-rom-files

-R用于添加启用Rock Ridge扩展(Rock Ridge extensions)的元数据，允许使用长文件名和POSIX风格的文件权限。-J选项用于启用Joliet扩展，允许使用Windows长文件名。

写入CD-ROM的ISO映像文件

创建好ISO映像文件之后，就可以写入CD-ROM的ISO镜像文件了。

直接挂载ISO映像文件

有一个技巧,可以像挂载光盘那样直接挂载硬盘中的用的ISO映像文件。使用mount命令-o loop选项（以及用于指定文件系统类型的-t iso9660），将ISO映像文件当作设备挂载到文件系统树:

mkdir /mnt/iso_image
mount -t iso9660 -o loop.iso /mnt/iso_image

在本例中，创建了挂载点/mnt/iso_image,将ISO映像文件image.iso挂载于此。然后将其当作真实的CD-ROM或DVD使用了。

检查下载的ISO映像文件的完整性往往是有必要的。ISO映像文件方会提供一个校验和文件。校验和是通过一系列复杂难懂的数学运算得到的一串数字，代表目标文件内容。生成校验和的常见方法是使用md5sum命令，该命令会产生一个唯一的十六进制数:

md5sum image.iso
34e354760f9bb7fdf85c96f6a3f94ece image.iso

下载好ISO映像文件后，应该使用md5sum命令得出其校验和，与发行方提供的校验和进行对比。

校验和除了用来检查文件的完整性，还可以使用md5sum来核实刚刻录好的光盘。首先计算ISO校验和，然后计算光盘校验和。以整盘刻录模式制作的CD-R和CD-RW可以使用这种方式检查:

md5sum /dev/cdrom
34e354760f9bb7fdf85c96f6a3f94ece /dev/cdrom

检查ISO映像文件dvd-image.iso和DVD光驱/dev/dvd中的光盘完整性。

md5sum dvd-image.iso
dd if=/dev/dvd bs=2048 count=$(($(stat -c "%s" dvd-image.iso) /2048 )) | md5sum

擦除可刻录CD

可刻录CD在重新刻录之前需要擦除或清空。可以使用wodim命令，指定刻录机的设备名称和要执行的擦除操作类型。wodim命令提供了多种擦除类型，其中最基本的(也是较快的)是fast类型。

wodim dev=/dev/cdrw blank=fast

刻录映像文件

wodim命令还可用于刻录映像文件，需指定设备名称和映像文件名:

wodim dev=/dev/cdrw image.iso

除了设备名称和映像文件名，wodim命令还支持不少选项。其中两个常见选项是-v和-dao，前者用于输出详细信息，后者表示整盘刻录(disc-at-once)模式，该模式适用于光盘商业化生产。wodim命令默认采用轨道刻录(track-at-once)模式，适用于制作音乐曲目。