2019-07-25 20:54 已编辑郑州轻工业大学 golang

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七、Linux系统中的磁盘管理

dd 命令简介（部分说明来自dd (Unix) wiki）

dd命令用于转换和复制文件，不过它的复制不同于cp。之前提到过关于 Linux 的很重要的一点，一切即文件，在 Linux 上，硬件的设备驱动（如硬盘）和特殊设备文件（如/dev/zero和/dev/random）都像普通文件一样，只是在各自的驱动程序中实现了对应的功能，dd 也可以读取文件或写入这些文件。这样，dd也可以用在备份硬件的引导扇区、获取一定数量的随机数据或者空数据等任务中。dd程序也可以在复制时处理数据，例如转换字节序、或在 ASCII 与 EBCDIC 编码间互换。

dd的命令行语句与其他的 Linux 程序不同，因为它的命令行选项格式为选项=值，而不是更标准的--选项值或-选项=值。dd默认从标准输入中读取，并写入到标准输出中，但可以用选项if（input file，输入文件）和of（output file，输出文件）改变。

我们先来试试用dd命令从标准输入读入用户的输入到标准输出或者一个文件中：

# 输出到文件
$ dd of=test bs=10 count=1 # 或者 dd if=/dev/stdin of=test bs=10 count=1
# 输出到标准输出
$ dd if=/dev/stdin of=/dev/stdout bs=10 count=1
# 注
在打完了这个命令后，继续在终端打字，作为你的输入

上述命令从标准输入设备读入用户输入（缺省值，所以可省略）然后输出到 test 文件，bs（block size）用于指定块大小（缺省单位为 Byte，也可为其指定如'K'，'M'，'G'等单位），count用于指定块数量。如上图所示，我指定只读取总共 10 个字节的数据，当我输入了“hello shiyanlou”之后加上空格回车总共 16 个字节（一个英文字符占一个字节）内容，显然超过了设定大小。使用du和cat命令看到的写入完成文件实际内容确实只有 10 个字节（那个黑底百分号表示这里没有换行符）,而其他的多余输入将被截取并保留在标准输入。

前面说到dd在拷贝的同时还可以实现数据转换，那下面就举一个简单的例子：将输出的英文字符转换为大写再写入文件：

$ dd if=/dev/stdin of=test bs=10 count=1 conv=ucase

你可以在man文档中查看其他所有转换参数。

使用 dd 命令创建虚拟镜像文件

通过上面一小节，你应该掌握了dd的基本使用，下面就来使用dd命令来完成创建虚拟磁盘的第一步。

从/dev/zero设备创建一个容量为 256M 的空文件：

$ dd if=/dev/zero of=virtual.img bs=1M count=256
$ du -h virtual.img

然后我们要将这个文件格式化（写入文件系统），这里我们要学到一个（准确的说是一组）新的命令来完成这个需求。

使用 mkfs 命令格式化磁盘（我们这里是自己创建的虚拟磁盘镜像）

你可以在命令行输入 sudo mkfs 然后按下Tab键，你可以看到很多个以 mkfs 为前缀的命令，这些不同的后缀其实就是表示着不同的文件系统，可以用 mkfs 格式化成的文件系统。

我们可以简单的使用下面的命令来将我们的虚拟磁盘镜像格式化为ext4文件系统：

$ sudo mkfs.ext4 virtual.img

可以看到实际 mkfs.ext4 是使用 mke2fs 来完成格式化工作的。mke2fs 的参数很多，不过我们也不会经常格式化磁盘来玩，所以就掌握这基本用法吧，等你有特殊需求时，再查看 man 文档解决。

更多关于文件系统的知识，请查看wiki：文件系统 ext3,ext4

如果你想知道 Linux 支持哪些文件系统你可以输入ls -l /lib/modules/$(uname -r)/kernel/fs（我们的环境中无法查看）查看。

使用 mount 命令挂载磁盘到目录树

用户在 Linux/UNIX 的机器上打开一个文件以前，包含该文件的文件系统必须先进行挂载的动作，此时用户要对该文件系统执行 mount 的指令以进行挂载。该指令通常是使用在 USB 或其他可移除存储设备上，而根目录则需要始终保持挂载的状态。又因为 Linux/UNIX 文件系统可以对应一个文件而不一定要是硬件设备，所以可以挂载一个包含文件系统的文件到目录树。

Linux/UNIX 命令行的 mount 指令是告诉操作系统，对应的文件系统已经准备好，可以使用了，而该文件系统会对应到一个特定的点（称为挂载点）。挂载好的文件、目录、设备以及特殊文件即可提供用户使用。

我们先来使用mount来查看下主机已经挂载的文件系统：

$ sudo mount

输出的结果中每一行表示一个设备或虚拟设备,每一行最前面是设备名，然后是 on 后面是挂载点，type 后面表示文件系统类型，再后面是挂载选项（比如可以在挂载时设定以只读方式挂载等等）。

那么我们如何挂载真正的磁盘到目录树呢，mount命令的一般格式如下：

mount [options] [source] [directory]

一些常用操作：

mount [-o [操作选项]] [-t 文件系统类型] [-w|--rw|--ro] [文件系统源] [挂载点]

现在直接来挂载我们创建的虚拟磁盘镜像到/mnt目录：

$ mount -o loop -t ext4 virtual.img /mnt 
# 也可以省略挂载类型，很多时候 mount 会自动识别

# 以只读方式挂载
$ mount -o loop --ro virtual.img /mnt
# 或者mount -o loop,ro virtual.img /mnt

使用 umount 命令卸载已挂载磁盘

# 命令格式 sudo umount 已挂载设备名或者挂载点，如：
$ sudo umount /mnt

不过遗憾的是，由于我们环境的问题（环境中使用的 Linux 内核在编译时没有添加对 Loop device的支持），所以你将无法挂载成功：

另外关于 loop 设备,你可能会有诸多疑问，那么请看下面来自维基百科/dev/loop的说明：

在类 UNIX 系统中，/dev/loop（或称vnd （vnode disk）、lofi（循环文件接口））是一种伪设备，这种设备使得文件可以如同块设备一般被访问。

在使用之前，循环设备必须与现存文件系统上的文件相关联。这种关联将提供给用户一个应用程序接口，接口将允许文件视为块特殊文件（参见设备文件系统）使用。因此，如果文件中包含一个完整的文件系统，那么这个文件就能如同磁盘设备一般被挂载。

这种设备文件经常被用于光盘或是磁盘镜像。通过循环挂载来挂载包含文件系统的文件，便使处在这个文件系统中的文件得以被访问。这些文件将出现在挂载点目录。如果挂载目录中本身有文件，这些文件在挂载后将被禁止使用。

使用 fdisk 为磁盘分区（关于分区的一些概念不清楚的用户请参看主引导记录）

同样因为环境中没有物理磁盘，也无法创建虚拟磁盘的原因我们就无法实验练习使用该命令了，下面我将以我的物理主机为例讲解如何为磁盘分区。

# 查看硬盘分区表信息
$ sudo fdisk -l

输出结果中开头显示了我主机上的磁盘的一些信息，包括容量扇区数，扇区大小，I/O 大小等信息。

我们重点看一下中间的分区信息，/dev/sda1，/dev/sda2 为主分区分别安装了 Windows 和 Linux 操作系统，/dev/sda3 为交换分区（可以理解为虚拟内存），/dev/sda4 为扩展分区其中包含 /dev/sda5，/dev/sda6，/dev/sda7，/dev/sda8 四个逻辑分区，因为主机上有几个分区之间有空隙，没有对齐边界扇区,所以分区之间不是完全连续的。

# 进入磁盘分区模式
$ sudo fdisk virtual.img

在进行操作前我们首先应先规划好我们的分区方案，这里我将在使用 128M（可用 127M 左右）的虚拟磁盘镜像创建一个 30M 的主分区剩余部分为扩展分区包含 2 个大约 45M 的逻辑分区。

操作完成后输入p查看结果如下:

最后不要忘记输入w写入分区表。

使用 losetup 命令建立镜像与回环设备的关联

同样因为环境原因中没有物理磁盘，也没有 loop device 的原因我们就无法实验练习使用该命令了，下面我将以我的物理主机为例讲解。

$ sudo losetup /dev/loop0 virtual.img
# 如果提示设备忙你也可以使用其它的回环设备，"ls /dev/loop*"参看所有回环设备

# 解除设备关联
$ sudo losetup -d /dev/loop0

然后再使用mkfs格式化各分区（前面我们是格式化整个虚拟磁盘镜像文件或磁盘），不过格式化之前，我们还要为各分区建立虚拟设备的映射，用到kpartx工具，需要先安装：

$ sudo apt-get install kpartx
$ sudo kpartx -av /dev/loop0

# 取消映射
$ sudo kpartx -dv /dev/loop0

接着再是格式化，我们将其全部格式化为 ext4：

$ sudo mkfs.ext4 -q /dev/mapper/loop0p1
$ sudo mkfs.ext4 -q /dev/mapper/loop0p5
$ sudo mkfs.ext4 -q /dev/mapper/loop0p6

格式化完成后在/media目录下新建四个空目录用于挂载虚拟磁盘：

$ mkdir -p /media/virtualdisk_{1..3}

# 挂载磁盘分区
$ sudo mount /dev/mapper/loop0p1 /media/virtualdisk_1
$ sudo mount /dev/mapper/loop0p5 /media/virtualdisk_2
$ sudo mount /dev/mapper/loop0p6 /media/virtualdisk_3

# 卸载磁盘分区
$ sudo umount /dev/mapper/loop0p1
$ sudo umount /dev/mapper/loop0p5
$ sudo umount /dev/mapper/loop0p6

然后：

$ df -h

轻松一下

cowsay命令，可以让你在终端里以一种动物说话的形式打印出一段话。

# 更新软件包
$ sudo apt-get update
$ sudo apt-get install npm

# 安装
$ sudo npm install -g cowsay

# 默认是一只牛
$ cowsay hello shiyanlou

# 加上'-l'参数打印所有支持的动物（其实不只是动物）种类
$ cowsay -l

# 使用'-f'参数选择动物种类
$ cowsay -f elephant hello shiyanlou

# 安装 fortune-zh
$ sudo apt-get install fortune-zh

# 此外它还可以结合我们之前的作业讲过的 fortune 命令一起使用
$ /usr/games/fortune | cowsay -f daemon