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2.5?磁盤的管理方式

用戶也好，權(quán)限也罷，它們總是要有一個證明自己的天地；文件也罷，程序也好，它們總是得有一個安身立命的家園；即便Linux自己也必須得有自己的棲身之所。那就是磁盤。其實Linux對磁盤的管理十分對得起兩個字：“不賴”！

2.5.1Linux的文件系統(tǒng)

只要是磁盤就得格式化，好像已經(jīng)是天經(jīng)地義的事情了，幾乎沒有人去問為什么。很多有經(jīng)驗的人在似乎都有個這樣的經(jīng)歷，就是風(fēng)風(fēng)火火的從朋友那里借來了一張裝滿高清“A”片的移動硬盤，暗爽過后還想留下一些待以后慢慢品味，可是總有那么一些質(zhì)量比較好的片子（尺寸超過4G）復(fù)制失敗。追問原因還往往被高手們嘲笑：“都什么年代了你還用FAT32，趕緊換NTFS吧”。我想這個時候你就不得不追問一下，為什么FAT32不行而NTFS卻能行吧？

因為它們是不同的文件系統(tǒng)，功能不同，能力不同。FAT32是在Windows95時代開始采用的文件系統(tǒng)，到現(xiàn)在都有人在用（比如U盤），可以說是伴隨著我們成長的文件系統(tǒng)。FAT是File Allocation Table的縮寫，從字面意義上就能看出這是一種類似表格一樣的文件系統(tǒng)。由于其用于描述文件大小的屬性是一個32位的值，導(dǎo)致其能夠支持的單個文件最大不能超過4G。而NTFS是微軟專門為NT系統(tǒng)設(shè)計的，單個文件最大可以達到2T。現(xiàn)在最為常用的Windows XP和Windows 7都支持NTFS。至于NTFS是怎么管理文件的有點不太好說，因為微軟一直當(dāng)它是個“秘密”。

Linux也有自己的文件系統(tǒng)格式，被稱為ExtN（N=2、3、4）。如果要追溯ExtN的起源，其實要比FAT32和NTFS都要古老，也就是我們前面所說的基于inode的文件系統(tǒng)。如前面所述，ExtN文件系統(tǒng)必定要包含inode數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來代表一個文件，并且存儲這個文件的各種屬性和權(quán)限。至于實際的數(shù)據(jù)則放在data block塊區(qū)中。除此之外，ExtN文件系統(tǒng)還有一個超級塊區(qū)（superblock），用于記錄整個文件系統(tǒng)的整體信息，包括inode與data block的總量、使用量和剩余量。

data block與inode一樣，每一個都有一個唯一編號，inode只需要記錄這些編號，就能夠定位整個文件的任意一段數(shù)據(jù)。我們假定有一個編號為3的inode，它所代表的文件的數(shù)據(jù)被放置在編號為2、5、6、8、13和20的這幾個data block中。那么讀取這個文件的過程則如圖2.4所示。采用這種數(shù)據(jù)存取的方法的文件系統(tǒng)被稱之為“索引式文件系統(tǒng)”。它與伴隨著很多人成長的FAT32有什么不同呢？圖2.5對比了這個過程。

通過對兩個圖的比較，我們可以清晰的看出，ExtN通過inode能夠一次性獲得文件數(shù)據(jù)所存放的位置，可以據(jù)此來安排磁盤的閱讀順序，盡量保證在磁盤只旋轉(zhuǎn)一圈的情況下將所有內(nèi)容讀出來。而FAT32則只有將對應(yīng)的data block讀入之后才知道下一個data block在什么地方。如果一個文件的data block比較分散的話，將很難保證在磁盤只旋轉(zhuǎn)一圈的情況下讀取全部數(shù)據(jù)，有時候甚至要多轉(zhuǎn)很多圈才能讀完數(shù)據(jù)。

這就是我們非常熟悉的“磁盤碎片”問題。由于長時間的對文件進行創(chuàng)建、刪除、讀寫，很難保證同一個文件的data block的位置相鄰。而由于FAT32的讀寫特性，在data block不相鄰的情況下讀寫性能會極具下降。所以為了提高Windows系統(tǒng)的磁盤性能，經(jīng)常性的做“磁盤碎片整理”是非常有必要的。

而對于Linux這種文件系統(tǒng)，則基本上不需要進行磁盤碎片整理。而且你也基本上找不到類似的工具。但是Linux系統(tǒng)經(jīng)過長時間使用之后，還是會有文件數(shù)據(jù)過于分散的問題的。即便能夠做到很好的規(guī)劃，但是對性能多多稍稍還是會有一些影響，只是沒有使用FAT32的Windows那么嚴重罷了。所以，一個使用時間很久的Linux系統(tǒng)也會因為磁盤碎片問題而變慢，這也是事實。只是不需要太過在意它。

圖2.4 ExtN文件系統(tǒng)讀取數(shù)據(jù)過程示意圖

圖2.5 FAT32文件系統(tǒng)讀取數(shù)據(jù)過程示意圖

2.5.2?磁盤的基本操作

在前面的小結(jié)中介紹過幾個最常用的文件操作命令：ls、cd、cp、rm和mv。雖然它們也都是作用在磁盤上，但是它們面向的對象更為高級一些，屬于文件范疇的。而我們現(xiàn)在要介紹的是稍微低級一點，面對是的文件的載體——磁盤的一些基本操作。最常用的是：df、du、dd、fsck和mount。

df命令用于查看系統(tǒng)中所有磁盤的整體使用量。在我們的測試系統(tǒng)中能夠得到如下所示信息：

Filesystem 1K-blocks Used Available Use% Mountedon

/dev/mapper/VolGroup-lv_root

51606140 5587240 43397460 12% /

tmpfs 250860 272 250588 1% /dev/shm

/dev/sda1 495844 31891 438353 7% /boot

/dev/mapper/VolGroup-lv_home

9877432 1681704 7693968 18% /home

可見df命令的輸出還是比較清晰的。但是有兩個概念可能需要解釋一下，就是這里所說的“Filesystem”和“Mounted on”。如果要翻譯成中文（很多人的機器中可能顯示的字段名）則是“文件系統(tǒng)”和“掛載點”。

這里所說的“文件系統(tǒng)”與我們之前所說的操作系統(tǒng)中的文件系統(tǒng)的概念有點不盡相同，著這里更多的含義指的是磁盤分區(qū)。之所以叫它是文件系統(tǒng)，是因為每一個磁盤分區(qū)都是一個文件系統(tǒng)的具體實例，如果套用面向?qū)ο蟮恼f法就是，類和對象。諸如ExtN這樣的就是類，而具體的磁盤分區(qū)就是這個類的對象。至于“掛載點”則比較有趣，它是某個具體的目錄。

從df每一個行的輸出上看，難道具體的磁盤分區(qū)會與某個具體的目錄有關(guān)？事實的確是這樣的。前面也是說過，Linux沒有Windows中的C盤、D盤的概念。精通Windows的同學(xué)都清楚，Windows中的分區(qū)會有一個盤符與它對應(yīng)，在分區(qū)中的文件和目錄的組織結(jié)構(gòu)就像一顆樹一樣，樹根就是盤符+“：”。Linux組織文件和目錄的方式最終也能被看作是一棵樹。但是由于沒有C盤、D盤的概念，更沒有盤符一說，于是就特意規(guī)定了一個總的樹根叫“/”，而具體某個分區(qū)的樹根就從某個目錄開始。至于不同的分區(qū)應(yīng)該從哪個目錄開始這個就沒有明確的規(guī)定。其實不規(guī)定也就是有規(guī)定，即你可以隨意指派。而具體指派哪個分區(qū)與哪個目錄對應(yīng)，就由mount命令來指定了。之后只要訪問哪個目錄里的任何文件或目錄，都是對具體的分區(qū)進行訪問了。而這個目錄則被稱為“掛載點”。

根據(jù)df命令的輸出內(nèi)容可以看出，Linux文件中的總樹根“/”與“分區(qū)”/dev/mapper/VolGroup-lv_root相關(guān)聯(lián)，而/dev/shm目錄與“分區(qū)”tmpfs相關(guān)聯(lián)，/boot目錄與分區(qū)/dev/sda1相關(guān)聯(lián)，……。這些“分區(qū)名”都什么含義呢？其實在這些所謂的分區(qū)中，只有/dev/sda1才是真正的磁盤分區(qū)，而這個名稱則是這個磁盤分區(qū)的“設(shè)備名”。在Linux系統(tǒng)中，/dev目錄下的所有文件都與一個具體的設(shè)備有關(guān)，有物理的，也有虛擬的。而sda1這個就是一個物理的設(shè)備。它對應(yīng)系統(tǒng)第一塊串口硬盤的第一個分區(qū)。那么如果是第二個分區(qū)呢？sda2，第三個是sda3……，而對應(yīng)整塊硬盤的則是sda。由此遞推，第二塊串口硬盤，應(yīng)該是sdb，第三塊應(yīng)該是sdc……。而/dev/mapper/*這些又是什么呢？這個就是虛擬的設(shè)備了，它實際上是邏輯卷。有關(guān)邏輯卷的概念我們稍后在說，現(xiàn)在你只要知道它是虛擬的磁盤分區(qū)就行了。不過更奇怪的是tmpfs，這個設(shè)備文件在什么地方呢？答案是沒有，因為它不對應(yīng)任何設(shè)備。它實際上是真正的文件系統(tǒng)名稱。而這個文件系統(tǒng)是在內(nèi)存中虛擬的，與具體的硬盤無關(guān)，所以也沒有具體的設(shè)備。于是在df的輸出中所幸就與“類名”代替了。這樣的文件系統(tǒng)還有很多，比如procfs、sysfs等，本書會有專門的一章來介紹這些特種文件系統(tǒng)。

（可以這樣理解，一個filesystem就是一個分區(qū)，分區(qū)就是實際的存儲空間，但是分區(qū)要掛載在目錄下才能訪問，而目錄可以隨便創(chuàng)建，只要把分區(qū)掛載在這個目錄下，就可以通過這個目錄訪問這個分區(qū)了）

df命令本身就沒有什么好繼續(xù)再介紹的了，上述的一些概念遠比df本身要重要很多，這個是大家應(yīng)該更加注意的。對于/dev目錄下的那些文件，本書不會逐個的去講述它們都代表誰。畢竟每個人的系統(tǒng)都不同，所以也沒法說，你沒看到你怎么信我呢？比較好辦的辦法是問百度或谷歌，它們是你學(xué)習(xí)Linux必不可少的工具。好了，我不能再說多了，因為這樣你們都會不買我的書而逛百度去了。

df命令是用來觀察總體磁盤使用量的，要觀察局部使用量，需要使用du命令。df命令可以通過讀取磁盤的superblock來實現(xiàn)，而du命令則不同，它要搜索所有的inode來計算局部數(shù)據(jù)，所以du命令的執(zhí)行效率，經(jīng)常要比df差很多。

從嚴格意義上來講，dd命令應(yīng)該不屬于管理磁盤的命令，因為在聯(lián)機幫助中說它的功能是“convert and copy a file”。但是如果你想要直接讀寫磁盤的每一個扇區(qū)，或者鏡像整個磁盤，dd命令則是非常好的選擇。通常dd命令的格式如下：

dd if=input_file of=out_file

從這個基本用法，如果像聯(lián)機幫助中說描述的，復(fù)制一個文件，可以使用類似這樣的命令：

# dd if=/etc/bashrc of=./bashrc

這個命令與cp /etc/bashrc ./bashrc是等價的。其實“if”和“of”這兩個參數(shù)也不用給定，會有默認值。“if”的默認值是標(biāo)準(zhǔn)輸入，“of”的默認值是標(biāo)準(zhǔn)輸出。如果要模擬cat命令，可以使用這樣的命令：

# dd if=/etc/bashrc

根據(jù)前面的講述的內(nèi)容，具體的硬件設(shè)備在/dev目錄下會由具體的文件與之對應(yīng)，比如/dev/sda1。如果要制作第一個串口磁盤第一個分區(qū)的鏡像文件，可以使用這樣的命令：

# dd if=/dev/sda1 of=./sda1.img

需要注意，執(zhí)行上面的命令時，輸出文件所在的分區(qū)必須大于sda1分區(qū)，至于為什么我想你懂的。如果還希望對生成的鏡像文件壓縮一下，可以使用這樣的命令：

# dd if=/dev/sda1 | gzip -9 > ./sda1.img

按照這個思路，我們將整個磁盤都做一個鏡像呢？

# dd if=/dev/sda | gzip -9 > ./sda.img

如果要恢復(fù)這個磁盤的內(nèi)容，就可以這樣：# gzip -dc ./sda.img | ddof=/dev/sda

通過這兩條命令，大家想到了什么？這個是不是與我們在Windows下經(jīng)常使用ghost非常像呢？感覺塞門鐵克公司的老大應(yīng)該找塊豆腐撞死。而dd命令還不止這點本事，它還能指定讀寫數(shù)據(jù)量。比如bs和count這兩個參數(shù)，能夠指定依次讀寫的自己數(shù)和讀寫次數(shù)，這樣就能夠指定讀寫數(shù)量了。比如我要備份磁盤的主引導(dǎo)記錄，可以這樣：

# dd if=/dev/sda of=./mbr.img bs=512 count=1

這要求值讀取sda磁盤的首個512個字節(jié)的信息，也就是第一個扇區(qū)的內(nèi)容，將它保存到mbr.img文件。對mbr內(nèi)容感興趣的同學(xué)，可以使用反匯編工具，將這個文件反匯編掉，就能知道計算機是怎么啟動的了。

使用dd命令能夠做的事情還有很多，比如銷毀磁盤數(shù)據(jù)、測試磁盤讀寫速度、修復(fù)磁盤等，為了方便你使用，我將這些技巧列下來：

# dd if=/dev/urandom of=/dev/sda1

# dd if=/dev/zero of=./test.file bs=1024count=1000000

# dd if=./test.file bs=8k | dd of=/dev/null

# dd if=/dev/sda of=/dev/sda

看完這些，我覺得你們更會認為賽門鐵克公司的老大應(yīng)該買塊豆腐撞死。特別說明一下/dev/urandom、/dev/zero和/dev/null這三個虛擬設(shè)備設(shè)備文件非常有用。urandom代表隨即數(shù)，每次讀入的數(shù)據(jù)都不會相同；zero代表0，每次讀入的數(shù)據(jù)都是0；而null主要面對寫，相當(dāng)于是一個黑洞一樣，無論寫什么都會消失得無影無蹤。

不知道通過我上面的介紹，大家是否已經(jīng)理解dd在磁盤管理中的作用了呢？既然到了這個份上，理不理解我也管不了了。生活還得繼續(xù)，我們的內(nèi)容接著往下走，該說一下fsck了。

fsck一般我們很少手工執(zhí)行，基本上都是在系統(tǒng)啟動階段就執(zhí)行了。至于它是什么作用則非常簡單，與Windows的scandisk一樣，對文件系統(tǒng)的損壞進行修復(fù)。需要注意，fsck只能對文件系統(tǒng)的損壞進行修復(fù)，對磁盤的損壞它是沒有辦法的。后面我們會有單獨的章節(jié)來介紹fsck的工作原理，這里就不做復(fù)述。具體的使用方法就是：

# fsck -t?文件系統(tǒng)設(shè)備名

比如：

# fsck -f -t ext3 /dev/hda3

其中參數(shù)“-f”要求進行強制檢查。如果不增加-f選項，在沒有報錯的磁盤中是不會做檢查的。至于磁盤什么時候會報錯呢？一般就是非法關(guān)機的時候了!

期待已久的mount的終于登場了。前面已經(jīng)講過“掛接點”是個什么東西了，相信大家還在為Linux這種“怪異”的設(shè)計而嘖嘖稱奇呢。但是早已用慣Linux的我反倒覺得Windows的設(shè)計非常奇怪。相比之下，Linux的方式更為靈活。就比如在Windows下有一個軟件必須在D盤下的某個目錄中讀取文件，而這個軟件若是在一個沒有D盤的系統(tǒng)中就無法執(zhí)行了；相反的，在Linux下，只需要特意創(chuàng)建一個目錄即可，如果需要單獨的磁盤分區(qū)來存儲它，使用mount命令指定給它就好了。

雖說mount命令聽起來有點神奇，但是使用起來卻是非常簡單。一般的用法是這樣的：

# mount [-t?文件系統(tǒng)]?設(shè)備名稱掛接點

比如我們要將系統(tǒng)中第二塊串口硬盤的第一個分區(qū)（如果有的話）掛接到/data目錄下，可以這樣用：

# mount /dev/sdb1 /data

或

# mount -t vfat /dev/sdb1 /data

怎么樣，夠簡單的吧？對于第二種用法很多時候“-t”參數(shù)是多余的，因為類似ext2、ext3這樣的ExtN類的基于inode的文件系統(tǒng)，都是都有超級塊的。利用超級塊就能夠了解到具體的文件系統(tǒng)。所以第一種用法在大多數(shù)時候都會成功。而第二種用法多數(shù)用于掛接Windows分區(qū)時使用，因為這些文件文件系統(tǒng)不具備超級快。

其實掛接磁盤分區(qū)還只是mount命令的最平常的一種用法。由于Linux使用設(shè)備文件來描述一個設(shè)備，那么如果有一個實際的文件中的內(nèi)容與在某個磁盤設(shè)備文件中的讀到的內(nèi)容一致，那么這個實際的文件也能夠掛接進來。就比如我們之前使用dd命令創(chuàng)建的sda1.img文件（未壓縮的），就可以利用這樣的命令來掛進到一個目錄上：

# mount -o loop ./sda1.img /mnt/sda1

這樣你就會發(fā)現(xiàn)/mnt/sda1目錄下的內(nèi)容與/boot目錄下的內(nèi)容相同（別忘了之前df命令的輸出）。以此類推，我們下載到的*.iso文件也可以使用同樣的方法掛接到某個目錄上直接訪問了。例如：

# mount -o loop ./CentOS-6.4-x86_64-bin-DVD1.iso/mnt/centos

看到這里是不是覺得Windows下那些虛擬光驅(qū)軟件的作者們都開買塊豆腐撞死了？

在這種mount的用法中，比較重要的是“-o”命令選項，這是個mount比較靈活的一個選項，有很多可選參數(shù)。比如“ro”說明掛接的磁盤是只讀的、“rw”說明掛接的磁盤是可讀寫的等等。而loop則說明要掛接的文件是一個虛擬設(shè)備，而這個虛擬設(shè)備是環(huán)形的設(shè)備。為什么是“環(huán)形”呢？想想硬盤、光盤、軟盤等都是什么形狀就行了。還不知道？圓形的啊！

與mount相反的操作就是卸載了，使用umount命令。它的操作更加簡單，給定掛接點目錄或具體設(shè)備就行了。比如：

# umount /data

或

#umount /dev/sdb1

如果你的系統(tǒng)中有這些設(shè)備，則這兩種方法是等價的。

其余的有關(guān)進行磁盤分區(qū)和格式化的命令就不做詳細介紹了。因為很多人連Windows下這樣的工具怎么用都還搞不清楚，可見它們都是很少用到的東西。為了滿足一份同學(xué)的好奇心，我們在這里只說一下它們的名字。

用于磁盤分區(qū)的命令是fdisk，這與Windows或DOS下的命令名是一致的。比fdisk更好用一些的分區(qū)工具是cfdisk，Cent OS中有提供。而對磁盤做格式化的則不是format命令。在Linux是下mkfs.*命令。至于*是什么，取決于你格式化成什么系統(tǒng)。比如要格式化成ext3文件系統(tǒng)，就應(yīng)該是mkfs.ext3。如果想了解系統(tǒng)中都對那些文件系統(tǒng)支持這樣的命令，直接到/sbin目錄下查看就是了。而更為通用的格式化命令則是mkfs，具體如何使用，查看聯(lián)機幫助吧。這類工具與之前介紹的那些磁盤工具也是一樣的，可以對某個磁盤中的一個具體文件進行“分區(qū)”和格式化。

2.5.3?/etc/fstab文件

現(xiàn)在大家已經(jīng)了解到了Linux磁盤的一些基本管理方式，也了解了“掛接”這個新鮮玩意兒。Windows是怎么操作的我們不是很清楚，但是在Linux啟動之后，其文件布局能夠像你所見到的這樣都是經(jīng)過一步一步的掛接來完成的。決定讓磁盤的各個分區(qū)具體要掛接到哪個目錄是由/etc/fstab文件所決定的，所以這個文件是Linux系統(tǒng)中十分重要的文件，一旦損壞或丟失，系統(tǒng)將無法正常啟動。所以掌握這個文件的格式并能手工恢復(fù)它，將是成為Linux系統(tǒng)管理員的必修課程。這個文件（/etc/fstab）在我們的測試系統(tǒng)中如下所示：

#

# /etc/fstab

# Created by anaconda on Sat Mar 17 05:12:212012

#

# Accessible filesystems, by reference, aremaintained under '/dev/disk'

# See man pages fstab(5), findfs(8), mount(8)and/or blkid(8) for more info

#

/dev/mapper/VolGroup-lv_root / ext4 defaults 1 1

UUID=ec11a28b-9bf2-4f7e-95dc-2b7ccd5992ca /boot ext4 defaults 1 2

/dev/mapper/VolGroup-lv_home /home ext4 defaults 1 2

/dev/mapper/VolGroup-lv_swap swap swap defaults 0 0

tmpfs /dev/shm tmpfs defaults 0 0

devpts /dev/pts devpts gid=5,mode=620 0 0

sysfs /sys sysfs defaults 0 0

proc /proc proc defaults 0 0

我們可以清楚地看到，這個文件一共分為6個字段，分別是：

l設(shè)備文件、磁盤卷標(biāo)或者UUID

l掛接點

l文件系統(tǒng)類型

lmount命令的-o選項參數(shù)，defaults不給定-o選項時的行為

l是否使用dump命令備份，0代表不做，1代表每天備份

l是否使用fsck命令檢查磁盤；0代表不檢查，1代表最早檢查（一般只有樹根“/”是1），2也是要檢查，只是比1要晚（除樹根之外的一般都使用這個）

在第一個字段中，我們看到了一些在df命令中出現(xiàn)的“分區(qū)”，而有一些則沒看到過。其實使用“df –a”就可以查看更多了。而比較讓人困惑的是/dev/sda1確不見了，但是能明顯看出來是“UUID=ec11a28b-2bf2-4f7e-95dc-2b7ccd5992ca”這個設(shè)備。使用命令blkid命令就能露出真面目了。實際上在這里直接寫/dev/sda1也是沒有問題的。

雖然/dev/sda1找到主了，但是還有一個分區(qū)在df命令的輸出怎么也找不到，那就是類型為swap的這個分區(qū)。這個是什么呢？這個是交換分區(qū)！交換分區(qū)是什么概念呢？與Windows的頁面文件是相同的概念！

所謂的頁面交換文件，實際上就是虛擬內(nèi)存管理時要使用的內(nèi)存置換文件，就是用來擴展虛擬內(nèi)存空間的。當(dāng)然，也是拖慢系統(tǒng)的罪魁禍?zhǔn)字弧Ｐ枰⒁?#xff0c;如果你使用的是32位的系統(tǒng)，而且已經(jīng)配備了4G的內(nèi)存，那么就沒有必要給Windows分配頁面交換文件（在沒有開啟PAE模式的情況下）。Linux下也有這樣的規(guī)矩，只是將頁面交換文件變成交換分區(qū)了。

創(chuàng)建交換分區(qū)可以使用fdisk命令，格式化它使用mkswap命令。這個似乎并沒有逃出我們之前所掌握的一些知識。但是到了具體掛接的時候就不一樣了，它不是掛接的，即不是使用mount命令來用的。取而代之的是使用swapon命令。如果需要關(guān)掉某個交換分區(qū)，則使用swapoff命令。

此外，根據(jù)我們之前的經(jīng)驗，普通文件也是能夠成為“交換分區(qū)”的（還記得前面講的虛擬光驅(qū)嗎？)，我們所幸就叫它交換文件好了。方法就是使用dd命令來創(chuàng)建一個空的文件，然后使用mkswap命令來“格式化”它。比如創(chuàng)建一個1G的交互文件，可以這樣：

# dd if=/dev/zero of=/tmp/swap bs=1Mcount=1024

# mkswap /tmp/swap

至于接下來該怎么做，我想你懂的。

2.5.4?邏輯卷

在前一小節(jié)中我們留下了一個小尾巴，說/dev/mapper/*這些都是邏輯卷。而具體邏輯卷是什么就沒有繼續(xù)說，主要是因為這個小尾巴其實并不小，一不小心可能夾到尾巴。

1.什么是邏輯卷

那么到底什么是邏輯卷呢？這個可能得需要一個比較實際的場景來解釋一下，正好還有一個。

前幾天我有一個同事，在自己的電腦中與他的Windows并行安裝了一個Ubuntu。他在使用Linux的時候總是顯得很小氣，只給他的Ubuntu分了10G的硬盤空間，并劃分了三個分區(qū)分別給了“/”、“/home”和swap。樹根“/”分配2G的空間，“/home”分配了7G，swap為1G。這樣的分配方法還是比較專業(yè)的。只是沒過幾天他就遇到了麻煩。他想用這個Linux系統(tǒng)來定制一套Android系統(tǒng)，于是就需要下載到Android的全部源代碼。但是沒想到Google實在是大方，7G的磁盤空間不夠裝Android的源代碼。好了，我想問問各位同學(xué)，你遇到這樣的問題要怎么做？

按照我們前面掌握的知識可以這樣做。首先再從硬盤中劃分一個更大的分區(qū)出來，比如100G；然后再將這個分區(qū)格式化成Linux的文件系統(tǒng)，并將/home目錄下的內(nèi)容全部復(fù)制到新的分區(qū)；最后修改/etc/fstab文件，讓新的分區(qū)成為/home。重啟之后就大功告成了。看來問題解決的非常好，Linux的靈活性顯然不一般。但是如果覺得100G給的太多了呢，Windows又不夠用了怎么辦？難道再重復(fù)上述動作？天哪，復(fù)制文件是要花很長很長時間的，尤其是這種源代碼的東西，無數(shù)的小文件。

好了，邏輯卷就是來解決這個問題的，它能夠彈性的調(diào)整文件系統(tǒng)的容量。從理論上說，邏輯卷就是在磁盤分區(qū)和文件系統(tǒng)之間增加了一個邏輯層。這樣，當(dāng)文件系統(tǒng)的容量覺得不夠用時，可以向邏輯卷中增加新的分區(qū)來實現(xiàn)擴大容量的目的；而當(dāng)發(fā)現(xiàn)文件系統(tǒng)過大而有磁盤浪費的時候，可以選擇去除一些基本沒有使用的磁盤分區(qū)來達到容量的目的。在Linux系統(tǒng)中實現(xiàn)邏輯卷更能的是LVM,即Logical Volume Manager，邏輯卷管理器。

2.基本術(shù)語與原理

在進一步講述邏輯卷之前，我們先了解一下它的基本術(shù)語。

lPhysical Volume，PV，物理卷

物理卷就是具體的硬盤分區(qū)，或者與硬盤分區(qū)具有相同功能的設(shè)備，比如raid等，是LVM的基本存儲單元。但是與基本的物理存儲介質(zhì)，比如普通的硬盤分區(qū)等，物理卷還要包含與LVM相關(guān)的管理參數(shù)。

lVolume Group，VG，卷組

卷組類似于非LVM系統(tǒng)中的物理硬盤，由多個物理卷組成。可以在卷組上創(chuàng)建一個或多個LVM分區(qū)。

lPhysical Extend，PE，物理擴展區(qū)

每一個物理卷被進一步劃分成被稱為物理擴展區(qū)的基本單元，換句話說PE是LVM使用的最小存儲區(qū)，與物理磁盤中的“扇區(qū)”或文件系統(tǒng)中的“簇”的概念基本相同。LVM的默認PE大小是4M，每個卷組最多僅能含有65534個PE。所以，一個卷組的最大容量就是4M*65534=256G。如果改變PE的大小，就能夠改變卷組的最大容量。

lLogical Volume，LV，邏輯卷

最后我們說道正題上了，就是邏輯卷。這個邏輯卷就是在卷組之上再進行切分，與在物理磁盤上繼續(xù)劃分分區(qū)是一樣的道理。但是邏輯卷的大小必須是PE的整數(shù)倍。這就是LVM能夠彈性調(diào)整邏輯卷容量的秘密所在。需要增加容量，就增加PE；需要減少容量，就減少PE。LVM的構(gòu)成原理見圖2.6所示。

圖2.6?LVM的構(gòu)成原理

到了具體的邏輯卷上，就可以應(yīng)用mkfs命令進行格式化了，如此以來就能夠使用mount命令掛接到系統(tǒng)中了。

構(gòu)成原理現(xiàn)在算是搞定了，但是對于一個邏輯卷可能會對應(yīng)到多個物理分區(qū)上，那么在向硬盤中寫入數(shù)據(jù)的時候是怎么操作的呢？目前有兩種模式：

l線性模式（linear）：即逐個物理分區(qū)使用。比如一個邏輯卷占用了/dev/sda1和/dev/sda2兩個分區(qū)，那么首先寫/dev/sda1，直到滿了之后才會使用/dev/sda2。

l交錯模式（triped）：這個就將一筆數(shù)據(jù)拆成兩個部分，分別寫入/dev/sda1和/dev/sda2。這個與RAID 0很像。如果使用/dev/sda1和/dev/sdb1這樣的組合來做邏輯卷，有相當(dāng)于一份數(shù)據(jù)用兩個硬盤來寫，理論上是能夠提升讀寫效率的。

需要注意，雖然交錯模式的邏輯卷有點像RAID，但是它的最終目的還是用于磁盤容量的彈性可調(diào)的。如果要關(guān)注性能，還是直接使用RAID比較好。而且triped模式的邏輯卷與RAID 0是類似的，即當(dāng)某個分區(qū)掛掉了，那么你的數(shù)據(jù)也會跟著灰飛煙滅的。所以邏輯卷的默認工作模式是linear的。

3.基本操作

Cent OS已經(jīng)默認支持邏輯卷了，所以如果選擇了Cent OS的同學(xué)，現(xiàn)在就已經(jīng)在使用邏輯卷了。但是如果你選擇了Ubuntu這樣的發(fā)行版，就沒有這么幸運了，因為Ubuntu并沒有提供這方面的支持。但是也不要緊，我們可以手動安裝。

首先，邏輯卷必須有內(nèi)核支持才能工作。所以必須保證你所使用的內(nèi)核已經(jīng)開啟了的邏輯卷的支持（好在大多數(shù)主流發(fā)行版的內(nèi)核都支持）；其次，需要安裝lvm2軟件包。當(dāng)這些都準(zhǔn)備妥當(dāng)之后，就可開始具體的工作了。

第一步就是準(zhǔn)備磁盤空余空間（PQ絕對是個好工具），硬盤多的同學(xué)可以考慮利用第二塊硬盤。然后在這些準(zhǔn)備好的空余空間中劃出幾個分區(qū)來，并設(shè)置分區(qū)類型為Linux LVM（分區(qū)標(biāo)志是8e）。我們這里正好有一個塊20G的老硬盤，我們將它劃分了4個分區(qū)，平均每個分區(qū)5G。

第二步是創(chuàng)建物理卷。與物理卷相關(guān)的命令有：pvcreate、pvscan、pvdisplay和pvremove四個。具體都提供那些功能，相比通過名稱都能了解到。我們將剛剛劃分的4個分區(qū)都設(shè)置成物理卷，執(zhí)行這樣的命令：

# pvcreate /dev/hdb1

# pvcreate /dev/hdb2

# pvcreate /dev/hdb3

# pvcreate /dev/hdb4

或

# pvcreate /dev/hdb{1，2，3，4｝

顯然后一種的風(fēng)格更加簡便，所以我們后面的所有操作都將采用這種風(fēng)格。

第三步就是創(chuàng)建卷組VG。操作卷組的命令有：vgcreate、vgscan、vgdisplay、vgextend、vgreduce、vgchange和vgremove。創(chuàng)建一個新卷組可以執(zhí)行類似這樣的命令：

# vgcreate /dev/hdb{1，2，3} NewVolGroup

我們知道卷組是由多個物理卷構(gòu)成的，現(xiàn)在我們將/dev/hdb1、/dev/hdb2和/dev/hdb3做成一個名為NewVolGroup的卷組，留下的那個用于放在后面說明如果動態(tài)增加或減少容量用。在卷組中額外添加或刪除物理卷的命令是vgextend和vgreduce。在創(chuàng)建創(chuàng)建卷組的這一時刻，可以給vgcreate命令傳遞“-s”選項指定物理擴展區(qū)PE的大小，比如16M。可能有同學(xué)會覺得設(shè)置較大的PE會導(dǎo)致磁盤的浪費。其實不然，PE與磁盤的最小存儲單元“扇區(qū)”或“簇”不同，他只是LVM用于進行動態(tài)伸縮尺寸的一個最小分配單元，而在真正存儲文件的時候，還是會利用磁盤本身的最小存儲單元。

第四步是創(chuàng)建邏輯卷LV，就相當(dāng)于對卷組這個大磁盤進行分區(qū)。與邏輯卷LV有關(guān)的命令有：lvcreate、lvscan、lvdisplay、lvextend、lvreduce、lvremove和lvresize。出于方便考慮，我們將整個VG只劃分為一個LV，使用命令：

# lvcreate -l 3842 -n lv_data NewVolGroup

在這個命令中“-l”選項說明分配的PE數(shù)量，“-n”選擇則為新的LV命名。本例中3842正是我們現(xiàn)有的全部PE數(shù)量。我們從哪里獲得的呢？利用vgdisplay命令就行。

這樣，一個新的邏輯卷就創(chuàng)建完畢了。剩下的事情就是格式化并掛接它。我們使用如下命令：

# mkfs.ext4 /dev/mapper/NewVolGroup-lv_data

# mkdir /mnt/data

# mount /dev/mapper/NewVolGroup-lv_data/mnt/data

之后就可以使用df命令來確認這個新的磁盤使用情況了。

4.縮放邏輯卷

使用邏輯卷的目的就是沖著它能任意縮放的，所以如何縮放邏輯卷才是關(guān)鍵所在。我們先來看一下如何給邏輯卷增加容量。

我們之前特意留下了/dev/hda4來做這件事。在實際應(yīng)用中，還需要經(jīng)歷創(chuàng)建分區(qū)和物理卷的階段。將一個新的物理卷加入到一個已有的卷組中使用vgextend命令。在我們的例子中這樣操作：

$ vgextend NewVolGroup /dev/hda4

之后我們使用vgdisplay命令就能發(fā)現(xiàn)有新的Free PE出現(xiàn)，在我們的測試機中是1274個。這個階段是擴大了卷組的容量，但是邏輯卷的還沒有改變。還需要使用lvresize命令將新增加的PE加入到邏輯卷中。在我們的例子中這樣操作：

$ lvresize -l +1274/dev/mapper/NewVolGroup-lv_data

這樣再使用vgdisply命令就發(fā)現(xiàn)已經(jīng)沒有Free PE了。不過這個時候我們使用df命令查看磁盤空間情況時，并沒有發(fā)現(xiàn)有什么變化。主要是因為我們還差一個步驟，就是執(zhí)行resize2fs命令。具體的原因其實很簡單，我們新增加的那些磁盤空間還沒有格式化呢。這個命令很簡單，在我們的例子中只需要這樣：

$ resize2fs /dev/mapper/NewVolGroup-lv_data

這樣，我們的磁盤容量就增大了，完全是在線的，是不是相當(dāng)神奇呢？

好了，說完了增加容量，就來看看如何減小容量吧。這次我們要把/dev/hda1抽出來。但是減小容量相對來講就要麻煩一些了，首先它就是不能在線的了。

我們先要確定/dev/hda1到底有多大，可以通過pvdisplay命令獲得。在我們的測試機中得到的結(jié)果是5.01G。而我們的硬盤是20G的，那么先要使用resize2fs命令將我們的磁盤調(diào)整到20G-5.01G=14990M的大小。我們執(zhí)行這樣的命令：

# umount /mnt/data

# e2fsck -f /dev/mapper/NewVolGroup-lv_data

# resize2fs /dev/mapper/NewVolGroup-lv_data14990M

# mount /dev/mapper/NewVolGroup-lv_data/mnt/data

這之后我們再通過df命令查看就能看出磁盤容量已經(jīng)縮減了。但是此時我們還有沒回收任何PE。這個時候還需要使用lvresize命令來回收PE。回收多少呢？當(dāng)然是/dev/hda1中含有的那些了。通過pvdisplay命令可以查到有1282個，所以執(zhí)行命令：

# lvresize -l -1282/dev/mapper/NewVolGroup-lv_data

那現(xiàn)在是不是就可以將/dev/hda1抽出來了呢？還不行。因為通過pvdisplay命令發(fā)現(xiàn)，/dev/sda1并沒有空閑的PE，而空閑的PE現(xiàn)在在/dev/sda3和/dev/sda4上。/dev/sda4上有1274個Free PE，而/dev/sda3上有8個Free PE（總共1280個PE)。要抽出/dev/sda1，必須是的它的全部PE為Free狀態(tài)，這個可以借由pvmove命令完成。在我們這個場景中可以使用類似這樣的命令：

# psmove /dev/hda1:0-1273 /dev/hda4:0-1273

# psmove /dev/hda1:1274-1281/dev/hda3:1272-1279

這之后再使用pvdisplay查看，就發(fā)現(xiàn)/dev/sda1的PE都為Free狀態(tài)了。這之后就可以使用vgreduce命令，將/dev/sda1抽出了。在我們的場景中可執(zhí)行類似這樣的命令：

# vgreduce NewVolGroup /dev/hda1

需要提醒大家一下，在我們這個例子中，由于/dev/sda1是所有分區(qū)中最大的一個，使得無法將它的整個數(shù)據(jù)移入到任何其他分區(qū)中，所以我們在使用psmove命令的時候參數(shù)有些復(fù)雜。但是這種情況卻是在實際應(yīng)用當(dāng)中經(jīng)常遇到的情況。如果遇到了目標(biāo)分區(qū)空余空間比原分區(qū)大的時候，PE編號范圍就可以省略了。順便提一句，PE編號是從零開始的。

總結(jié)

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