linux disc指的是什么

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在linux中，disc是指“磁盤”，是塊存儲設備，即用于存放文件的設備；文件系統實際就是磁盤空間的一種映射。為了避免在太大的空間中存放或讀取數據降低訪問效率、或者需要將數據進行分類存放管理，因此就有將一個磁盤空間劃分為多個區域的需求，即所謂的磁盤分區。

磁盤（disc）是一種塊存儲設備，用于存放文件的設備。文件系統實際就是磁盤空間的一種映射。

1、磁盤構造：

　　在 Linux 系統中，文件系統是創建在硬盤上的，因此，要想徹底搞清楚文件系統的管理機制，就要從了解硬盤開始。硬盤可分為機械硬盤（Hard Disk Drive, HDD）和固態硬盤（Solid State Disk, SSD），機械硬盤采用磁性碟片來存儲數據，而固態硬盤通過閃存顆粒來存儲數據。

機械硬盤（HDD）

　　　　　　　　　　　　　　機械磁盤外觀

　　　　　　　　　　　　　　磁盤結構圖

　　機械硬盤主要由磁盤、磁道、扇區、磁頭、柱面與傳動軸等組成。

　　磁盤：磁盤一般有一個或多個盤片。每個盤片可以有兩面，即第一個盤片的正面為0面，反面為 1 面；第二個盤片的正面為 2 面…依次類推。

　　磁道：每個盤片的盤面被劃分成多個狹窄的同心圓環，數據就存儲在這樣的同心圓環上面，我們將這樣的圓環稱為磁道 (Track)。每個盤面可以劃分多個磁道，最外圈的磁道是0號磁道，向圓心增長依次為1磁道、2磁道…磁盤的數據存放就是從最外圈開始的。

　　扇區：根據硬盤的規格不同，磁道數可以從幾百到成千上萬不等。每個磁道可以存儲數 Kb 的數據，但是計算機不必要每次都讀寫這么多數據。因此，再把每個磁道劃分為若干個弧段，每個弧段就是一個扇區 (Sector)，現在每個扇區可存儲 512 字節數據已經成了業界的約定。也就是說，即使計算機只

需要某一個字節的數據，但是也得把這個 512 個字節的數據全部讀入內存，再選擇所需要的那個字節。

　　磁頭：是硬盤讀取數據的關鍵部件，它的主要作用就是將存儲在硬盤盤片上的磁信息轉化為電信號向外傳輸，而它的工作原理則是利用特殊材料的電阻值會隨著磁場變化的原理來讀寫磁盤上的數據，磁頭的好壞在很大程度上決定著硬盤盤片的存儲密度。比較常用的是GMR（Giant Magneto Resistive）巨磁阻磁頭。

硬盤讀寫數據的過程　　

　　現代硬盤尋道都是采用CHS(Cylinder Head Sector)的方式，硬盤讀取數據時，讀寫磁頭沿徑向移動，移到要讀取的扇區所在磁道的上方，這段時間稱為尋道時間(seek time)。因讀寫磁頭的起始位置與目標位置之間的距離不同，尋道時間也不同。目前硬盤一般為2到30毫秒，平均約為9毫秒。磁頭到達指定磁道后，然后通過盤片的旋轉，使得要讀取的扇區轉到讀寫磁頭的下方，這段時間稱為旋轉延遲時間(rotational latencytime)一個7200（轉/每分鐘）的硬盤，每旋轉一周所需時間為60×1000÷7200=8.33毫秒，則平均旋轉延遲時間為8.33÷2=4.17毫秒（平均情況下，需要旋轉半圈）。平均尋道時間和平均選裝延遲稱為平均存取時間。

固態硬盤（SSD）

　　固態硬盤和傳統的機械硬盤最大的區別就是不再采用盤片進行數據存儲，而采用存儲芯片進行數據存儲。固態硬盤的存儲芯片主要分為兩種：一種是采用閃存作為存儲介質的；另一種是采用DRAM作為存儲介質的。目前使用較多的主要是采用閃存作為存儲介質的固態硬盤

　　　　　　　　　　固態硬盤

固態硬盤和機械硬盤對比

2、磁盤接口

　　目前，常見的機械硬盤接口有以下幾種：

　　IDE 硬盤接口：（Integrated Drive Eectronics，并口，即電子集成驅動器）也稱作 "ATA硬盤" 或 "PATA硬盤"，是早期機械硬盤的主要接口，ATA133 硬盤的理論速度可以達到 133MB/s（此速度為理論平均值）因為并口線的抗干擾性太差，且排線占用空間較大，不利計算機內部散熱，已逐漸被SATA所取代。

　　SATA接口：全稱Serial ATA，也就是使用串口的ATA接口，特點是抗干擾性強，對數據線的要求比ATA低很多，且支持熱插拔等功能。SATA-II的接口速度為300MiB/s，而新的SATA-III標準可達到600MiB/s的傳輸速度。SATA的數據線也比ATA的細得多，有利于機箱內的空氣流通，整理線材也比較方便。

　　SCSI接口：全稱Small Computer System Interface（小型機系統接口），經歷多代的發展，從早期的SCSI-II，到當前的Ultra320 SCSI以及Fiber-Channel（光纖通道），接口型式也多種多樣。SCSI硬盤廣為工作站級個人計算機以及服務器所使用，因此會使用較為先進的技術，如碟片轉速15000rpm的高轉速，且資料傳輸時CPU占用率較低，但是單價也比相同容量的ATA及SATA硬盤更加昂貴。

　　SAS接口：全稱Serial Attached SCSI，是新一代的SCSI技術，可兼容SATA硬盤，都是采取序列式技術以獲得更高的傳輸速度，可達到12Gb/s。此外也透過縮小連接線改善系統內部空間等。

　　FC接口：全稱Fibre Channel（光纖通道接口），擁有此接口的硬盤在使用光纖聯接時具有熱插拔性、高速帶寬（4Gb/s或10Gb/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

現在，普通機械盤接口多為SATA，固態盤接口多為SAS

3、磁盤文件系統

　　文件系統是操作系統用于明確存儲設備（常見的是磁盤，也有基于NAND Flash的固態硬盤）或分區上的文件的方法和數據結構，即在存儲設備上組織文件的方法。操作系統中負責管理和存儲文件信息的軟件機構稱為文件管理系統，簡稱文件系統。文件系統的接口，對對象操縱和管理的軟件集合，對象及屬性。從系統角度來看，文件系統是對文件存儲設備的空間進行組織和分配，負責文件存儲并對存入的文件進行保護和檢索的系統。具體地說，它負責為用戶建立文件，存入、讀出、修改、轉儲文件，控制文件的存取，當用戶不再使用時撤銷文件等。文件系統是軟件系統的一部分，它的存在使得應用可以方便的使用抽象命名的數據對象和大小可變的空間。管理和調度文件的存儲空間，提供文件的邏輯結構、物理結構和存儲方法;實現文件從標識到實際地址的映射，實現文件的控制操作和存取操作，實現文件信息的共享并提供可靠的文件保密和保護措施，提供文件的安全措施。

常見的文件系統類型

FAT：
　　在Win 9X下，FAT16支持的分區最大為2GB。我們知道計算機將信息保存在硬盤上稱為“簇”的區域內。使用的簇越小，保存信息的效率就越高。在FAT16的情況下，分區越大簇就相應的要大，存儲效率就越低，勢必造成存儲空間的浪費。并且隨著計算機硬件和應用的不斷提高，FAT16文件系統已不能很好地適應系統的要求。在這種情況下，推出了增強的文件系統FAT32。

NTFS：
　　NTFS文件系統是一個基于安全性的文件系統，是Windows NT所采用的獨特的文件系統結構，它是建立在保護文件和目錄數據基礎上，同時照顧節省存儲資源、減少磁盤占用量的一種先進的文件系統。使用非常廣泛的Windows NT 4.0采用的就是NTFS 4.0文件系統，相信它所帶來的強大的系統安全性一定給廣大用戶留下了深刻的印象。Win 2000采用了更新版本的NTFS文件系統NTFS 5.0，它的推出使得用戶不但可以像Win 9X那樣方便快捷地操作和管理計算機，同時也可享受到NTFS所帶來的系統安全性。

exFAT：
　　全稱Extended File Allocation Table File System，擴展FAT，即擴展文件分配表，是Microsoft在Windows Embeded 5.0以上（包括Windows CE 5.0、6.0、Windows Mobile5、6、6.1）中引入的一種適合于閃存的文件系統，為了解決FAT32等不支持4G及其更大的文件而推出。

RAW：
　　RAW文件系統是一種磁盤未經處理或者未經格式化產生的文件系統，一般來說有這幾種可能造成正常文件系統變成RAW文件系統：沒有格式化、格式化中途取消操作、硬盤出現壞道、硬盤出現不可預知的錯誤、毒所致。解決RAW文件系統的最快的方法是立即格式化，并且使用殺毒軟件全盤殺毒

Ext：
　　Ext2：Ext是GNU/Linux 系統中標準的文件系統，其特點為存取文件的性能極好，對于中小型的文件更顯示出優勢，這主要得利于其簇快取層的優良設計。
　　Ext3：是一種日志式文件系統，是對ext2系統的擴展，它兼容ext2。日志式文件系統的優越性在于：由于文件系統都有快取層參與運作，如不使用時必須將文件系統卸下，以便將快取層的資料寫回磁盤中。因此每當系統要關機時，必須將其所有的文件系統全部shutdown后才能進行關機
　　Ext4：Linux kernel 自 2.6.28 開始正式支持新的文件系統 Ext4。Ext4 是 Ext3 的改進版，修改了 Ext3 中部分重要的數據結構，而不僅僅像 Ext3 對 Ext2 那樣，只是增加了一個日志功能而已。Ext4 可以提供更佳的性能和可靠性，還有更為豐富的功能。

XFS：

　　是一種高性能的日志文件系統，而且是 RHEL 7 中默認的文件管理系統，它的 優勢在發生意外宕機后尤其明顯，即可以快速地恢復可能被破壞的文件，而且強大的 日志功能只用花費極低的計算和存儲性能。并且它最大可支持的存儲容量為 18EB， 這幾乎滿足了所有需求。

HFS：
　　分層文件系統（Hierarchical File System，HFS）是一種由蘋果電腦開發，并使用在Mac OS上的文件系統。最初被設計用于軟盤和硬盤，同時也可以在在只讀媒體如CD-ROM上見到。

4、RAID獨立磁盤冗余陣列

基本原理：

　　RAID是由多個獨立的高性能磁盤驅動器組成的磁盤子系統，從而提供比單個磁盤更高的存儲性能和數據冗余的技術。RAID是一類多磁盤管理技術，其向主機環境提供了成本適中、數據可靠性高的高性能存儲。RAID的兩個關鍵目標是提高數據可靠性和I/O性能。磁盤陣列中，數據分散在多個磁盤中，然而對于計算機系統來說，就像一個單獨的磁盤。通過把相同數據同時寫入到多塊磁盤(典型地如鏡像)，或者將計算的校驗數據寫入陣列中來獲得冗余能力，當單塊磁盤出現故障時可以保證不會導致數據丟失。

　　RAID中主要有三個關鍵概念和技術：鏡像(Mirroring)、數據條帶(DataStripping)和數據校驗(Dataparity)：

　　鏡像，將數據復制到多個磁盤，一方面可以提高可靠性，另一方面可并發從兩個或多個副本讀取數據來提高讀性能。顯而易見，鏡像的寫性能要稍低，確保數據正確地寫到多個磁盤需要更多的時間消耗。
數據條帶，將數據分片保存在多個不同的磁盤，多個數據分片共同組成一個完整數據副本，這與鏡像的多個副本是不同的，它通常用于性能考慮。數據條帶具有更高的并發粒度，當訪問數據時，可以同時對位于不同磁盤上數據進行讀寫操作，從而獲得非常可觀的I/O性能提升。
數據校驗，利用冗余數據進行數據錯誤檢測和修復，冗余數據通常采用海明碼、異或操作等算法來計算獲得。利用校驗功能，可以很大程度上提高磁盤陣列的可靠性、魯棒性和容錯能力。不過，數據校驗需要從多處讀取數據并進行計算和對比，會影響系統性能。
不同等級的RAID采用一個或多個以上的三種技術，來獲得不同的數據可靠性、可用性和I/O性能。至于設計何種RAID(甚至新的等級或類型)或采用何種模式的RAID，需要在深入理解系統需求的前提下進行合理選擇，綜合評估可靠性、性能和成本來進行折中的選擇。

RAID 主要優勢有如下幾點：

(1) 大容量

　　這是 RAID 的一個顯然優勢，它擴大了磁盤的容量，由多個磁盤組成的 RAID 系統具有海量的存儲空間。現在單個磁盤的容量就可以到 1TB 以上，這樣 RAID 的存儲容量就可以達到 PB 級，大多數的存儲需求都可以滿足。一般來說， RAID 可用容量要小于所有成員磁盤的總容量。不同等級的 RAID 算法需要一定的冗余開銷，具體容量開銷與采用算法相關。如果已知 RAID 算法和容量，可以計算出 RAID 的可用容量。通常， RAID 容量利用率在 50% ~ 90% 之間。

(2) 高性能

　　RAID 的高性能受益于數據條帶化技術。單個磁盤的 I/O 性能受到接口、帶寬等計算機技術的限制，性能往往很有 限，容易成為系統性能的瓶頸。通過數據條帶化， RAID 將數據 I/O 分散到各個成員磁盤上，從而獲得比單個磁盤成倍增長的聚合 I/O 性能。

(3) 可靠性

　　可用性和可靠性是 RAID 的另一個重要特征。從理論上講，由多個磁盤組成的 RAID 系統在可靠性方面應該比單個磁盤要差。這里有個隱含假定：單個磁盤故障將導致整個 RAID 不可用。 RAID 采用鏡像和數據校驗等數據冗余技術，打破了這個假定。 鏡像是最為原始的冗余技術，把某組磁盤驅動器上的數據完全復制到另一組磁盤驅動器上，保證總有數據副本可用。 比起鏡像 50% 的冗余開銷 ，數據校驗要小很多，它利用校驗冗余信息對數據進行校驗和糾錯。 RAID 冗余技術大幅提升數據可用性和可靠性，保證了若干磁盤出錯時，不 會導致數據的丟失，不影響系統的連續運行。

(4) 可管理性

　　實際上， RAID 是一種虛擬化技術，它對多個物理磁盤驅動器虛擬成一個大容量的邏輯驅動器。對于外部主機系統來說， RAID 是一個單一的、快速可靠的大容量磁盤驅動器。這樣，用戶就可以在這個虛擬驅動器上來組織和存儲應用系統數據。 從用戶應用角度看，可使存儲系統簡單易用，管理也很便利。 由于 RAID 內部完成了大量的存儲管理工作，管理員只需要管理單個虛擬驅動器，可以節省大量的管理工作。 RAID 可以動態增減磁盤驅動器，可自動進行數據校驗和數據重建，這些都可以 大大簡化管理工作。

常用的RA ID方案有：

RAID0

• 數據在從內存緩沖區寫入磁盤時，根據磁盤數量將數據分成N份，這些數據同時并發寫入N塊磁盤，使得數據整體寫入速度是一塊磁盤的N倍。讀取的時候也一樣，因此RAID0具有極快的數據讀寫速度，但是RAID0不做數據備份，N塊磁盤中只要有一塊損壞，數據完整性就被破壞，所有磁盤的數據都會損壞。

RAID1

• 數據在寫入磁盤時，將一份數據同時寫入兩塊磁盤，這樣任何一塊磁盤損壞都不會導致數據丟失，插入一塊新磁盤就可以通過復制數據的方式自動修復，具有極高的可靠性。

RAID3

• 一般情況下，一臺服務器上不會出現同時損壞兩塊磁盤的情況，在只損壞一塊磁盤的情況下，如果能利用其他磁盤的數據恢復損壞磁盤的數據，這樣在保證可靠性和性能的同時，磁盤利用率也得到大幅提升。

• 在數據寫入磁盤的時候，將數據分成N-1份，并發寫入N-1塊磁盤，并在第N塊磁盤記錄校驗數據，任何一塊磁盤損壞（包括校驗數據磁盤），都可以利用其他N-1塊磁盤的數據修復。

• 但是在數據修改較多的場景中，任何磁盤修改數據都會導致第N塊磁盤重寫校驗數據，頻繁寫入的后果是第N塊磁盤比其他磁盤容易損壞，需要頻繁更換，所以RAID3很少在實踐中使用。

RAID5

• 相比RAID3，更多被使用的方案是RAID5。

• RAID5和RAID3很相似，但是校驗數據不是寫入第N塊磁盤，而是螺旋式地寫入所有磁盤中。這樣校驗數據的修改也被平均到所有磁盤上，避免RAID3頻繁寫壞一塊磁盤的情況。

RAID6

• 如果數據需要很高的可靠性，在出現同時損壞兩塊磁盤的情況下（或者運維管理水平比較落后，壞了一塊磁盤但是遲遲沒有更換，導致又壞了一塊磁盤），仍然需要修復數據，這時候可以使用RAID6。

• RAID6和RAID5類似，但是數據只寫入N-2塊磁盤，并螺旋式地在兩塊磁盤中寫入校驗信息（使用不同算法生成）。

RAID10

• 結合RAID0和RAID1兩種方案，將所有磁盤平均分成兩份，數據同時在兩份磁盤寫入，相當于RAID1，但是在每一份磁盤里面的N/2塊磁盤上，利用RAID0技術并發讀寫，既提高可靠性又改善性能，不過RAID10的磁盤利用率較低，有一半的磁盤用來寫備份數據

5、磁盤分區

為了避免在太大的空間中存放或讀取數據降低訪問效率、或者需要將數據進行分類存放管理，因此就有將一個磁盤空間劃分為多個區域的需求。即所謂的磁盤分區。

MBR分區（也稱為msdos分區，傳統）

• 在0柱面、0磁頭、1扇區的第1個物理扇區里存放MBR。

• 最大支持2TB的硬盤

• 最多支持4個主分區，或3個主分區1個擴展分區

• 擴展分區可以劃分多個邏輯分區，數量不限

• 支持傳統BIOS的引導

GPT分區管理

• GPT以邏輯塊(LB)為基本單位管理磁盤空間。

• 硬盤第1個邏輯塊存放MBR，保證對msdos分區的兼容

• 接下來33個邏輯塊，1塊保存EFI信息及32塊保存分區表(每塊4條分區記錄)

• 磁盤最后33個邏輯塊，用于備份。

• 可以支持大于2TB的硬盤

• 沒有主分區和擴展分區之分

• 支持UEFI（Unified Extensible Firmware Interface）和傳統BIOS方式引導

6、分區格式化

格式化是數據存儲設備為存儲數據做初始化準備的過程，即在一個分區生成新文件系統的過程。每個分區在能夠存儲數據之前必須被格式化為某種文件系統。

扇區（sector）| 物理塊（physical block）

• 在硬盤存儲設備上，扇區是最小存儲單位。傳統一個扇區的大小為512B，而在新式硬
  盤出廠時可能一個扇區被設定為4KB。

• 通常扇區或物理塊被用作劃分磁盤分區時的基本單位。

• 扇區是一個物理概念。

簇（cluster）| 邏輯塊（logical block）

• 一個簇或邏輯塊是可以對應一個扇區或一組扇區，是文件系統中用于空間分配的邏輯單
  位。

• 簇是一個邏輯概念。

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