第3章Linux系統的定制與管理內容提要磁盤管理備份與恢復軟件包管理Linux系統的初始化Linux系統性能診斷3.1磁盤管理概述

外部存儲設備是計算機存儲持久數據的場所，目前，存在多種類型的存儲設備，例如，磁盤、固態硬盤和閃存等，它們各具特色，有各自的應用場景。由于磁盤具容量大、耐用和高性價比，在市場上占據重要地位，得到了廣泛應用。基本概念

磁盤由若干盤片組成，每個盤片被劃分為半徑不同的若干磁道，磁道被劃進一步劃分為若干扇區，扇區為磁盤的最小物理存取單位，其大小通常為512字節。位于不同盤片上相同半徑的磁道構成柱面。磁頭位于每個盤片上，用于讀寫盤片上的數據，盤片的旋轉速度遠遠大于磁頭在不同磁道間的移動速度。磁盤結構磁盤容量=柱面數*磁頭數*每磁道扇區數*512字節分區

隨著磁盤容量的不斷增大，為了便于管理，整個存儲設備從邏輯上被分成互不重疊的若干區域，即分區Partition#1Partition#2Partition#3unused

分區由分區表統一管理，目前，存在多種類型的分區表，其在磁盤上的存儲位置和格式也各不相同，在桌面機領域，常見的有MBR和GPT。MBR概述MBR(masterbootrecord)主引導記錄，為臺式機上傳統的分區格式，因其位于主引導扇區而得名。主分區1主分區2擴展分區未使用bootloader446字節磁盤分區表(DPT)64字節MBR標識(0x55,0xAA)磁盤分區表(DPT)狀態起始扇區大小1234邏輯分區1邏輯分區2第0扇區引導扇區MBR結構分區的命名(1)塊設備文件的命名

塊設備及其分區對應的設備文件位于/dev,其命名遵循一定規則，hd代表IDE硬盤，sd代表SCSI硬盤；vd代表虛擬化硬盤，同類型設備從字符a開始編號，a代表第一個硬盤，b代表第二個硬盤。硬盤上的分區從編號1開始，例如，對于MBR格式的分區，主分區和擴展分區的編號從1到4。例如，第一個SCSI硬盤的四個分區分別為：sda1,sda2,sda3和sda4，擴展分區中的邏輯分區從編號5開始分區的命名(續）局基于UUID的分區標識UUID(UniversallyUniqueIDentifier)，是一種基于無中心化管理全局命名的標準,，用于唯一標示一個對象，一個UUID占用128位共16字節長整型。新的Linux發行版采用了這一技術，用于標識系統中的某個分區，在格式化分區時，將生成的UUID存放至文件系統的超級快中，但并非所有文件系統都支持UUID。實例分析$blkid-sUUID#顯示系統中所有分區的UUID$blkid-sLAVEL#顯示系統中所有分區的卷標實例分析CIS191-Lesson2CIS191-Lesson2預留主分區1主引導記錄預留主分區2預留主分區3預留邏輯分區1預留自由空間/dev/sda1/dev/sda2/dev/sda3/dev/sda4/dev/sda5擴展分區引導代碼(446字節)0x55aa(2字節)分區表(64字節)分區1分區2分區3分區4ext文件系統ext2/ext3/ext4文件系統專為Linux系統而設計，繼承了UNIX文件系統特性，它的內容主要包括超級塊、i節點表和數據區。每個文件對應一個i節點，i節點包含除文件名外的元數據，目錄是一種特殊的文件，用于對文件的層次化管理，其內容與若干目錄項組成，目錄項建立文件名和i節點的關聯。實力分析CIS191實例分析-Lesson2Superblocki-節點表ext2filesystem數據塊#include<sys/types.h>#include<unistd.h>main(){ pid_tpid; pid=fork(); if(pid<0) printf("erroroccurred!\n"); elseif(pid==0) exit(0); else sleep(60); wait(NULL); }bigfile102574bin102575demo.c102609102609-1zhangsstudent1502011-07-202011-08-082011-06-20208i-節點號類型鏈接數用戶用戶組大小修改時間存取時間創建時間邏輯塊號rw-r—r--權限目錄

下圖演示了文件demo.c在文件系統ext中的資質結構，demo.c在i節點表中的編號為102609，該i節點中成員208指向文件內容所在的數據塊。磁盤管理工具命令功能Fdisk在塊設備上建立、修改和刪除分區Mkfs在分區上建立文件系統Blkid顯示塊設備上文件系統信息Mount掛載文件系統Umount卸載文件系統綜合實例$fdisk/dev/sdb$mkfs-tfat/dev/sdb1$mount/dev/sdb1/mnt$cp/bin/pwd/mnt$umount/mntZ在系統中添加一塊新的硬盤，下面給出具體的使用步驟。3.2備份與恢復備份與恢復概述Linux系統在運維期間，存儲的一些重要數據可能因某些原因存在被破壞的風險，為了保障數據的安全性，需要定期給對系統進行備份，以便發生故障時恢復。下面介紹三種基于不同層次的備份和恢復方法。1.面向文件的備份與恢復2.面向文件系統的備份與恢復3.面向設備的備份與恢復面向文件的備份與恢復

將文件作為備份對象，不關心文件所屬的文件系統和存儲的塊設備，備份通常涉及歸檔和壓縮兩個操作。歸檔是將若干文件按某種格式打包為一個文件。壓縮是通過某種算法，將歸檔文件轉化為體積更小的文件。歸檔并壓縮后的文件更便于存儲、傳輸和管理。tar命令語法tar[option]archive[list]功能將列表list中的文件歸檔至archive，或還原歸檔文件archive。選項功能選項功能-c建立新的歸檔文件-C指定目錄-x還原歸檔文件-r向歸檔文件末尾追加文件-v輸出處理過程的相關信息-O將文件解至標準輸出-z調用gzip來處理歸檔文件-t查看歸檔文件中的文件-j調用bzip2來處理歸檔文件-f對普通文件操作-J調用xz來處理歸檔文件-p(小寫)保留備份文件原有的權限和屬性-Z調用compress來處理歸檔文件-P(大寫)保留絕對路徑tar命令(續)后綴名含義.tar歸檔后未經過壓縮.tar.gz歸檔后用gzip程序壓縮.tar.bz2歸檔后用bzip2程序壓縮.tar.xz歸檔后用xz程序壓縮實例分析$tar-cvfbackhome.tar/home$tar-czvfbackhome.tar.gz/home$tar-zvfbackhome.tar$tar-xzvfbackhome.tar.gz面向文件系統的備份與恢復

面向文件系統的備份是以文件系統為單位，將整個文件系統的內容保存至一個文件中，當故障發生時，利用備份的文件將整個文件系統恢復出來。

面向文件系統的內粉與文件系統的結構有關，不同類型的文件系統由各自的工具。

dump/restore為于ext2/3/4的備份/恢復工具。dump命令語法dump[option]filedirectory功能將掛載至目錄directory的ext2/3/4文件系統備份至歸檔文件file。選項含義-[0-9]備份的層級-f指定生成的備份的文件-u在系統中記錄備份文件系統的層級和時間等信息restore命令語法restore[option]file功能還原由dump備份的歸檔文件file。選項含義-f從指定設備或文件中還原備份的數據-i使用交互方式，在還原過程中向用戶提出咨詢-r進行還原操作實例分析$dump-0u-fback1.bak/boot #歸檔文件系統$restore-irfback1.bak#還原文件系統面向設備的備份與恢復

面向設備的備份是以塊設備為對象，不考慮設備構建的文件系統，對設備文件內容進行轉儲。恢復時僅需將數據復制到設備原來的位置即可。dd命令語法dd[option]功能拷貝文件的某個區域，拷貝時可同時進行格式轉換。選項含義of=file輸出到文件file，而不是標準輸出if=file輸入文件file，file不是標準輸入bs=size一次讀寫的字節數，默認為512字節count=n拷貝的塊數conv=ascii把EBCDIC碼轉換為ASCIl[l1]

碼conv=ebcdic把ASCIl碼轉換為EBCDIC碼conv=ibm把ASCIl碼轉換為alternateEBCDIC碼skip=blocks從輸入文件開頭跳過blocks個塊后再開始復制seek=blocks從輸出文件開頭跳過blocks個塊后再開始復制實例分析$ddif=/dev/sda1of=/tmp/sda1.dd #備份整個磁盤分區$ddif=/dev/sdaof=testcount=1#備份磁盤的引導扇區3.3應用軟件包管理軟件包概述

軟件包是具有某種格式的二進制文件，內容通常包含程序、配置文件和幫助文檔等；目前，存在兩種形式的應用軟件包。1．RPM（RedHatPackageManagement）2．APT（AdvancedPackageTool軟件包類型1．RPM（RedHatPackageManagement）

RPM是由RedHat公司推出的軟件包管理器，被Fedora、Redhat、CentOS和SuSE等發行版采用，軟件包文件以后綴.rpm命名。2．APT（AdvancedPackageTool）

APT屬于Debian軟件包管理工具，被諸如Debian接Ubuntu等Debian衍生版廣泛使用，軟件包文件以后綴.deb命名。軟件包的命名軟件包的命名格式

packagename-version-reversion_architecture.xxxpackagename為軟件包的名稱，version為主版本號，reversion為次版本號，architecture表示適用的硬件類型，后綴.xxx表示軟件包類型實例分析software-1.2.3-1.i386.rpm#RPM軟件包software-1.2.3-1.deb#APT軟件包應用軟件包的安裝路徑

應用軟件包在Linux系統的安裝位置遵從一定的規范，不同性質文件的存放位置不同。文件類型安裝目錄普通執行程序/usr/bin服務器執行程序和管理程序/usr/sbin應用程序配置文件/etc應用程序文檔文件/usr/share/doc聯機幫助/usr/share/man實例分析$rpm-ivhpackagename.rpm#安裝軟件包并顯示安裝進度$rpm-qipackagename#查看已安裝軟件包信息rpm命令語法rpm[option][list]功能管理列表list中的rpm軟件包，負責安裝、升級、查詢和卸載軟件包。選項功能選項功能-i安裝軟件包-a查詢所有已安裝的軟件包-q查詢軟件包-h顯示安裝進度-e卸載軟件包--v驗證軟件包-u升級軟件包-l查詢包中的文件列表-f查詢屬于哪個軟件包-i查詢詳細信息-s顯示軟件包中的文件列表-p查詢軟件包文件apt命令語法apt[command]pkg功能按命令command的要求在線管軟件包pkg。命令名含義install安裝軟件包update重新獲取軟件包列表upgrade更新軟件包remove移除軟件包autoremove自動移除全部不使用的軟件包clean清除下載的歸檔文件autoclean清除已下載的歸檔文件purge移除軟件包和配置文件check檢驗是否有損壞的依賴source下載源代碼build-dep安裝指定軟件包所需的開發環境search搜索軟件包show顯示軟件包信息實例分析實例分析$aptinstallpackagename#安裝軟件包$aptbuild-deppackagename#安裝相關的編譯環境$aptupgrade#更新已安裝的包$aptremovepackagename#刪除包3.4Linux系統的初始化內容提要Linux系統的引導過程引導加載程序grubInit進程應用環境的初始化Linux系統的引導過程Linux系統存在多形式，例如，基于服務器和桌面機以及向特定應用的嵌入式系統，它們所處的硬件環境各不相同，因而啟動過程存在一定差異，下面以x86的桌面機為例。biosmbrkernelinit/systemdgrub引導加載程序(bootloader)

引導加載程序是系統開機運行的第一個程序，其功能包含引導和加載兩個部分。引導完成硬件初始化的，為加載提供環境參數。加載則是是將操作系統內核投入運行。引導加載程序因系統而異，復雜程度也各不相同，目前，grub為Linux發行版廣泛采用的引導加載程序。grub概述grub作為GNU計劃的一款自由軟件，可通過不同形式引導多種操作系統，例如，windows、BSD和Mac等。受x86引導扇區的限制，grub將自身劃分為兩個部分，第一部分為boot.img，大小控制在一個扇區512字節內，用于引導后續部分；第二部分為grub的主體，其文件名為core.img，實現操作系統的加載。實例分析

要成為GRUB啟動分區，應先將分區格式化為GRUB支持的文件系統，然后在分區上建立GRUB啟動環境，內容包括創建引導加載程序和啟動配置文件。(1)添加新硬盤(2)為新硬盤建立分區$fdisk/dev/sdb

(3)格式化分區$mkfs-text3/dev/sdb1(4)掛載文件系統$mount/dev/sdb1/mnt

(5)安裝grub引導程序$grub-install--boot-directory=/mnt/boot/dev/sdbLinux應用環境的初始化init源自SystemV，為Unix系統運行的第一個應用程序，延用于早期的Linux系統，例如，CentOS5之前的版本。但隨著Linux的不斷演化，暴露出一些不足，在新Linux發行版中引入了優化方案。1.SystemVinit2.upstart3.systemd3.5Linux系統性能診斷性能診斷

性能檢測是Linux系統日常運維的重要內容，通過觀測系統各繽紛的運行狀態，以便及時發現系統中存在的潛在隱患，從而采取相應措施，保障系統安全穩定運行。

Linux系統引入了一系列性能診斷工具，可從不同角度觀測Linux系統內部各部分的負荷狀況。

stress工具語法stress[option]功能系統負載模擬工具，用于測試系統在不同壓力下的表現。選項含義-cn創建n個不斷調用sqrt函數的進程-in創建n個不斷調用sync函數的進程-mn創建n個不斷調用malloc/free函數的進程-dn創建n個不斷調用write/unlink函數的進程-tn設置超時n秒實例分析$stress-c10#創建10個不間斷消耗CPU的進程$stress--m20#創建20個不斷申請和釋放內存的進程mpstat工具語法mpstat[option][interval][count]功能顯示多處理器的統計信息，interval表示統計的間隔時間(秒)，count為連續統計的次數現象含義-P指定顯示的CPU-u顯示CPU的利用率interval相鄰兩次采樣的時間間隔(秒)count采樣的次數實例分析$mpstat-PALL25#顯示所有CPU的狀態，間隔2秒，連續5次vmstat工具語法vmstat[option][interval][count]功能顯示虛擬內存的統計信息，interval和count分別表示間隔時間和次數。選項含義-a顯示活躍和非活躍頁緩存消耗的內存-