Linux中磁盘管理之格式化、分区、挂载-详解

一、磁盘知识

1.磁盘含义

2.磁盘工作机制

1. 磁化：磁盘上的磁性材料可以被磁化，即通过施加磁场来使得材料的磁性定向发生变化。这种磁化可以通过电磁磁铁或磁头产生的磁场来实现。
2. 磁场感应：磁头是磁盘上的感应器，它可以感受到磁场的变化并将其转换为电信号。当磁头靠近磁盘表面时，它可以检测到磁性材料的磁化状态。
3. 数据读取：在读取数据时，磁头通过感应磁场的变化来检测磁盘上的数据。当磁头经过磁化的区域时，感应到的磁场变化会转换为电信号，并由磁盘控制器解读为相应的数据。
4. 数据写入：在写入数据时，磁头会通过施加磁场来改变磁盘上的磁化状态。磁头会根据要写入的数据，在磁盘上相应的位置创建或改变磁化模式，从而将数据存储在磁性材料中。
5. 寻道和旋转：为了访问特定的磁道和扇区，磁头需要在磁盘表面上移动到目标位置，这个过程称为寻道操作。磁头的移动由磁盘驱动器控制，它们可以在磁盘半径方向上移动。另外，磁盘通过旋转盘片来实现高速读写操作，旋转速度通常以每分钟转数（RPM）来表示。

3.磁盘的专业名称

3.1盘片 片面 和 磁头

3.2扇区 和 磁道

3.3磁头 和 柱面

4.磁盘分类

• SATA（Serial ATA）磁盘：SATA是目前最为常见的磁盘接口类型，广泛用于台式机和笔记本电脑。它提供了较高的数据传输速度和较低的成本，支持热插拔和热交换。
• SAS（Serial Attached SCSI）磁盘：SAS是一种高性能磁盘接口，主要用于企业级服务器和存储系统。它提供了更高的数据传输速度和更可靠的连接，支持多路径冗余和热插拔功能。
• SCSI（Small Computer System Interface）磁盘：SCSI是一种早期的磁盘接口，用于连接高性能计算机系统和外部存储设备。它提供了高速数据传输和灵活的设备连接选项，支持多设备链路和高级功能。
• NVMe（Non-Volatile Memory Express）磁盘：NVMe是一种基于PCIe（Peripheral Component Interconnect Express）总线的高性能磁盘接口。它专为固态硬盘（SSD）设计，具有低延迟和高速数据传输能力，广泛用于高性能计算和数据中心环境。

二、磁盘分区优势

三、磁盘分区

1.确定磁盘设备

使用以下命令来查看可用磁盘设备：

/ # fdisk -l
Disk /dev/mmcblk1: 7456 MB, 7818182656 bytes, 15269888 sectors
238592 cylinders, 4 heads, 16 sectors/track
Units: sectors of 1 * 512 = 512 bytes

Disk /dev/mmcblk1 doesn't contain a valid partition table
Disk /dev/mmcblk1boot0: 4 MB, 4194304 bytes, 8192 sectors
128 cylinders, 4 heads, 16 sectors/track
Units: sectors of 1 * 512 = 512 bytes

Disk /dev/mmcblk1boot0 doesn't contain a valid partition table
Disk /dev/mmcblk1boot1: 4 MB, 4194304 bytes, 8192 sectors
128 cylinders, 4 heads, 16 sectors/track
Units: sectors of 1 * 512 = 512 bytes

Disk /dev/mmcblk1boot1 doesn't contain a valid partition table
Disk /dev/mmcblk0: 15 GB, 15931539456 bytes, 31116288 sectors
486192 cylinders, 4 heads, 16 sectors/track
Units: sectors of 1 * 512 = 512 bytes

Device       Boot StartCHS    EndCHS        StartLBA     EndLBA    Sectors  Size Id Type
/dev/mmcblk0p1 *  0,32,33     8,73,1            2048     133119     131072 64.0M  c Win95 FAT32 (LBA)
/dev/mmcblk0p2    8,73,2      912,229,21      133120   31116287   30983168 14.7G 83 Linux

从上面可以得出：

/dev/mmcblk1：容量为7456 MB的磁盘。238592柱面，4个磁头，每个磁道16个扇区。磁盘上没有有效的分区表。 

/dev/mmcblk1boot0和/dev/mmcblk1boot1是磁盘的引导区，大小为4 MB，但它们没有有效的分区表。 

/dev/mmcblk0：容量为15 GB的磁盘。486192柱面，4个磁头，每个磁道16个扇区。包含两个分区：

• /dev/mmcblk0p1是引导分区，大小为64.0M，使用Win95 FAT32（LBA）文件系统。
• /dev/mmcblk0p2是第二个分区，大小为14.7G，使用Linux文件系统（ID为83）。

2.使用fdisk命令对磁盘进行分区

/ # fdisk /dev/mmcblk1

The number of cylinders for this disk is set to 238592.
There is nothing wrong with that, but this is larger than 1024,
and could in certain setups cause problems with:
1) software that runs at boot time (e.g., old versions of LILO)
2) booting and partitioning software from other OSs
   (e.g., DOS FDISK, OS/2 FDISK)

Command (m for help):

此时命令栏提示输入'm'，可以看到有如下参数：

Command (m for help): m
Command Action
a       toggle a bootable flag
b       edit bsd disklabel
c       toggle the dos compatibility flag
d       delete a partition
l       list known partition types
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): 

各指令含义如下：

• a: 切换引导标志（toggle a bootable flag）
• b: 编辑BSD磁盘标签（edit bsd disklabel）
• c: 切换DOS兼容性标志（toggle the dos compatibility flag）
• d: 删除分区（delete a partition）
• l: 列出已知的分区类型（list known partition types）
• n: 添加新分区（add a new partition）
• o: 创建一个新的空DOS分区表（create a new empty DOS partition table）
• p: 打印分区表（print the partition table）
• q: 退出而不保存更改（quit without saving changes）
• s: 创建一个新的空Sun磁盘标签（create a new empty Sun disklabel）
• t: 更改分区的系统ID（change a partition's system id）
• u: 更改显示/输入单位（change display/entry units）
• v: 验证分区表（verify the partition table）
• w: 将表写入磁盘并退出（write table to disk and exit）
• x: 额外功能（仅供专家使用）（extra functionality (experts only)） 继续往下，进行创建分区操作：

Command (m for help): n
Partition type
   p   primary partition (1-4)
   e   extended
p
Partition number (1-4): 1
First sector (16-15269887, default 16): 
Using default value 16
Last sector or +size{,K,M,G,T} (16-15269887, default 15269887): +32M

Command (m for help): n
Partition type
   p   primary partition (1-4)
   e   extended

p
Partition number (1-4): 2
First sector (65552-15269887, default 65552): 
Using default value 65552
Last sector or +size{,K,M,G,T} (65552-15269887, default 15269887): 
Using default value 15269887

Command (m for help): t
Partition number (1-4): 1
Hex code (type L to list codes): c
Changed system type of partition 1 to c (Win95 FAT32 (LBA))

Command (m for help): a
Partition number (1-4): 1

Command (m for help): w
The partition table has been altered.
Calling ioctl() to re-read partition table
[ 1334.059435]  mmcblk1: p1 p2

以下是对上面输入命令的详细解释：

1. 使用命令'n'创建一个新的分区：

• 选择主分区（primary partition）类型，输入'p'。
• 输入分区号，这里选择1。
• 输入起始扇区，默认为16，可以直接按回车键使用默认值。
• 输入结束扇区或者分区大小，这里输入'+32M'表示分区大小为32MB。

2. 使用命令'n'再次创建一个新的分区：

• 选择主分区（primary partition）类型，输入'p'。
• 输入分区号，这里选择2。
• 输入起始扇区，默认为65552，可以直接按回车键使用默认值。
• 输入结束扇区或者分区大小，这里使用默认值15269887。

3. 使用命令't'设置分区类型：

• 输入要设置类型的分区号，这里选择1。
• 输入十六进制代码（Hex code），这里输入'c'表示将分区1的系统类型设置为Win95 FAT32（LBA）。

4. 使用命令'a'设置引导标志：

• 输入要设置引导标志的分区号，这里选择1。

5. 使用命令'w'保存更改并退出：

• 确认分区表已经被修改，并且调用ioctl()重新读取分区表。
• 提示分区表已经被修改，并成功保存更改。

四、磁盘格式化

• 将'/dev/mmcblk1p1'格式化为Fat32格式的文件系统
• 将'/dev/mmcblk1p2'格式化为ext4格式的文件系统

Fat32格式，使用命令如下：

mkfs.vfat -F 32 -n "boot" /dev/mmcblk1p1

每个选项的含义解释如下：

• -F 32：指定创建的文件系统类型为FAT32。
• -n MyVolume：设置卷标为"MyVolume"，该卷标将作为文件系统的名称显示。
• /dev/mmcblk1p1：是要格式化的设备或分区

ext4格式，使用命令如下：

mkfs.ext4 -F -L "rootfs" /dev/mmcblk1p2
-/bin/sh: mkfs.ext4: not found 

每个选项的含义解释如下：

• -F：强制进行格式化，即使设备已经被挂载。
• -L "rootfs"：设置文件系统的标签为"rootfs"，该标签将作为文件系统的名称显示。
• /dev/mmcblk1p2：要格式化的设备或分区。

mke2fs -F -L "rootfs" /dev/mmcblk1p2

Filesystem label=rootfs
OS type: Linux
Block size=4096 (log=2)
Fragment size=4096 (log=2)
475136 inodes, 1900542 blocks
95027 blocks (5%) reserved for the super user
First data block=0
Maximum filesystem blocks=4194304
58 block groups
32768 blocks per group, 32768 fragments per group
8192 inodes per group
Superblock backups stored on blocks:
        32768, 98304, 163840, 229376, 294912, 819200, 884736, 1605632
/ # 

五、磁盘挂载

1.创建挂载点

mkdir /mnt/boot

2.执行挂载命令

使用mount命令将文件系统挂载到指定的挂载点上，例如：

mount /dev/mmcblk1p1 /mnt/boot

使用“df”指令查看是否挂载成功，命令如下：

/ # df -a
Filesystem           1K-blocks      Used Available Use% Mounted on
/dev/root             15141732    161948  14188824   1% /
devtmpfs                216388         0    216388   0% /dev
proc                         0         0         0   0% /proc
tmpfs                   249668         0    249668   0% /tmp
sysfs                        0         0         0   0% /sys
devpts                       0         0         0   0% /dev/pts
/dev/mmcblk1p1           32260         1     32260   0% /mnt/boot

很明显已经’/dev/mmcblk1p1‘分区已经成功挂载到’/mnt/boot‘目录下。

3.访问文件系统

cd /mnt/boot
touch test.txt

/ # ls /mnt/boot/
/ # 

/ # df -a
Filesystem           1K-blocks      Used Available Use% Mounted on
/dev/root             15141732    161948  14188824   1% /
devtmpfs                216388         0    216388   0% /dev
proc                         0         0         0   0% /proc
tmpfs                   249668         0    249668   0% /tmp
sysfs                        0         0         0   0% /sys
devpts                       0         0         0   0% /dev/pts

/ # mount /dev/mmcblk1p1 /mnt/boot
[  179.885442] FAT-fs (mmcblk1p1): Volume was not properly unmounted. Some data may be corrupt. Please run fsck.

/ # ls /mnt/boot/
test.txt
/ #

另一个分区挂载如下：

mkdir /mnt/rootfs
mount /dev/mmcblk1p2 /mnt/rootfs
/ # df -h
Filesystem                Size      Used Available Use% Mounted on
/dev/root                14.4G    158.2M     13.5G   1% /
devtmpfs                211.3M         0    211.3M   0% /dev
tmpfs                   243.8M         0    243.8M   0% /tmp
/dev/mmcblk1p1           31.5M       512     31.5M   0% /mnt/boot
/dev/mmcblk1p2            7.1G     20.0K      6.8G   0% /mnt/rootfs

六、开机自动挂载

1.设备路径挂载

#                
proc            /proc           proc    defaults        0       0
tmpfs           /tmp            tmpfs   defaults        0       0
sysfs           /sys            sysfs   defaults        0       0
/dev/mmcblk1p1  /mnt/boot       vfat    defaults        0       0
/dev/mmcblk1p2  /mnt/rootfs     ext4    defaults        0       0

重新启动开发板，使用'df'命令查看是否自动挂载

/ # df -h
Filesystem                Size      Used Available Use% Mounted on
/dev/root                14.4G    158.2M     13.5G   1% /
devtmpfs                211.3M         0    211.3M   0% /dev
tmpfs                   243.8M         0    243.8M   0% /tmp
/dev/mmcblk1p1           31.5M       512     31.5M   0% /mnt/boot
/dev/mmcblk1p2            7.1G     20.0K      6.8G   0% /mnt/rootfs

ok，自动挂载成功。

2.UUID挂载

获取分区的UUID：使用以下命令各分区的UUID：

/ # blkid 
/dev/mmcblk0p2: LABEL="rootfs" UUID="4bdc82c7-5e83-4992-9966-cd99a2317944" TYPE="ext4"
/dev/mmcblk0p1: LABEL="boot" UUID="DF8D-2A71" TYPE="vfat"
/dev/mmcblk1p2: LABEL="rootfs" UUID="54b75bd6-7cdf-4e80-aa48-1af163bf61f3" TYPE="ext2"
/dev/mmcblk1p1: TYPE="vfat"

编辑/etc/fstab文件并添加相应的条目。例如：

#                
proc            /proc           proc    defaults        0       0
tmpfs           /tmp            tmpfs   defaults        0       0
sysfs           /sys            sysfs   defaults        0       0
UUID=54b75bd6-7cdf-4e80-aa48-1af163bf61f3   /mnt/rootfs ext4 defaults 0 0

保存后，重启开发板，成功自动挂载，如下：

/ # df -h
Filesystem                Size      Used Available Use% Mounted on
/dev/root                14.4G    158.2M     13.5G   1% /
devtmpfs                211.3M         0    211.3M   0% /dev
tmpfs                   243.8M         0    243.8M   0% /tmp
/dev/mmcblk1p2            7.1G     20.0K      6.8G   0% /mnt/rootfs

1.设备路径 (/dev/mmcblk1p1)：

• 标识分区的路径：使用设备路径是一种直接而简单的方法来标识要挂载的分区。它基于设备文件的物理路径，可以明确地指定要挂载的分区。例如，'/dev/mmcblk1p1' 表示第二个MMC类型的磁盘的第一个分区。

• 相对容易记忆：设备路径通常较短且易于记忆，因为它们直接与设备文件的名称相关。

2.文件系统UUID：

• 标识分区的唯一性：每个文件系统都有一个唯一的UUID（通用唯一标识符），用于识别分区。UUID是在创建文件系统时生成的，并且是全局唯一的。它不受设备连接状态的影响，因此即使设备路径发生变化，UUID仍将保持不变。

• 稳定性和持久性：使用UUID来挂载分区可以提供更稳定和持久的挂载方式，因为即使重新启动系统或更改设备连接状态，UUID标识的分区仍然可以准确地被找到。

• 更适合自动化和脚本：使用UUID可以更方便地进行自动化操作和脚本编写，因为UUID提供了一个固定的标识符来唯一标识特定的分区。