第3章 Linux系統(tǒng)的定制與管理

第3章Linux系統(tǒng)的定制與管理內(nèi)容提要磁盤管理備份與恢復軟件包管理Linux系統(tǒng)的初始化Linux系統(tǒng)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(shù)據(jù)的場所，目前，存在多種類型的存儲設備，例如，磁盤、固態(tài)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(jù)重要地位，得到了廣泛應用?；靖拍?/p>

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(qū)，扇區(qū)為磁盤的最小物理存取單位，其大小通常為512字節(jié)。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(shù)據(jù)，盤片的旋轉(zhuǎn)速度遠遠大于磁頭在不同磁道間的移動速度。磁盤結(jié)構磁盤容量=柱面數(shù)*磁頭數(shù)*每磁道扇區(qū)數(shù)*512字節(jié)分區(qū)

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(qū)域，即分區(qū)Partition#1Partition#2Partition#3unused

分區(qū)由分區(qū)表統(tǒng)一管理，目前，存在多種類型的分區(qū)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(tǒng)的分區(qū)格式，因其位于主引導扇區(qū)而得名。主分區(qū)1主分區(qū)2擴展分區(qū)未使用bootloader446字節(jié)磁盤分區(qū)表(DPT)64字節(jié)MBR標識(0x55,0xAA)磁盤分區(qū)表(DPT)狀態(tài)起始扇區(qū)大小1234邏輯分區(qū)1邏輯分區(qū)2第0扇區(qū)引導扇區(qū)MBR結(jié)構分區(qū)的命名(1)塊設備文件的命名

塊設備及其分區(qū)對應的設備文件位于/dev,其命名遵循一定規(guī)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(qū)從編號1開始，例如，對于MBR格式的分區(qū)，主分區(qū)和擴展分區(qū)的編號從1到4。例如，第一個SCSI硬盤的四個分區(qū)分別為：sda1,sda2,sda3和sda4，擴展分區(qū)中的邏輯分區(qū)從編號5開始分區(qū)的命名(續(xù)）局基于UUID的分區(qū)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(jié)長整型。新的Linux發(fā)行版采用了這一技術，用于標識系統(tǒng)中的某個分區(qū)，在格式化分區(qū)時，將生成的UUID存放至文件系統(tǒng)的超級快中，但并非所有文件系統(tǒng)都支持UUID。實例分析$blkid-sUUID#顯示系統(tǒng)中所有分區(qū)的UUID$blkid-sLAVEL#顯示系統(tǒng)中所有分區(qū)的卷標實例分析CIS191-Lesson2CIS191-Lesson2預留主分區(qū)1主引導記錄預留主分區(qū)2預留主分區(qū)3預留邏輯分區(qū)1預留自由空間/dev/sda1/dev/sda2/dev/sda3/dev/sda4/dev/sda5擴展分區(qū)引導代碼(446字節(jié))0x55aa(2字節(jié))分區(qū)表(64字節(jié))分區(qū)1分區(qū)2分區(qū)3分區(qū)4ext文件系統(tǒng)ext2/ext3/ext4文件系統(tǒng)專為Linux系統(tǒng)而設計，繼承了UNIX文件系統(tǒng)特性，它的內(nèi)容主要包括超級塊、i節(jié)點表和數(shù)據(jù)區(qū)。每個文件對應一個i節(jié)點，i節(jié)點包含除文件名外的元數(shù)據(jù)，目錄是一種特殊的文件，用于對文件的層次化管理，其內(nèi)容與若干目錄項組成，目錄項建立文件名和i節(jié)點的關聯(lián)。實力分析CIS191實例分析-Lesson2Superblocki-節(jié)點表ext2filesystem數(shù)據(jù)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(jié)點號類型鏈接數(shù)用戶用戶組大小修改時間存取時間創(chuàng)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(tǒng)ext中的資質(zhì)結(jié)構，demo.c在i節(jié)點表中的編號為102609，該i節(jié)點中成員208指向文件內(nèi)容所在的數(shù)據(jù)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(qū)Mkfs在分區(qū)上建立文件系統(tǒng)Blkid顯示塊設備上文件系統(tǒng)信息Mount掛載文件系統(tǒng)Umount卸載文件系統(tǒng)綜合實例$fdisk/dev/sdb$mkfs-tfat/dev/sdb1$mount/dev/sdb1/mnt$cp/bin/pwd/mnt$umount/mntZ在系統(tǒng)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(tǒng)在運維期間，存儲的一些重要數(shù)據(jù)可能因某些原因存在被破壞的風險，為了保障數(shù)據(jù)的安全性，需要定期給對系統(tǒng)進行備份，以便發(fā)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(tǒng)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(tǒng)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(zhuǎn)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(diào)用gzip來處理歸檔文件-t查看歸檔文件中的文件-j調(diào)用bzip2來處理歸檔文件-f對普通文件操作-J調(diào)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(diào)用compress來處理歸檔文件-P(大寫)保留絕對路徑tar命令(續(xù))后綴名含義.tar歸檔后未經(jīng)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(tǒng)的備份與恢復

面向文件系統(tǒng)的備份是以文件系統(tǒng)為單位，將整個文件系統(tǒng)的內(nèi)容保存至一個文件中，當故障發(fā)生時，利用備份的文件將整個文件系統(tǒng)恢復出來。

面向文件系統(tǒng)的內(nèi)粉與文件系統(tǒng)的結(jié)構有關，不同類型的文件系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)中記錄備份文件系統(tǒng)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(shù)據(jù)-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$dump-0u-fback1.bak/boot #歸檔文件系統(tǒng)$restore-irfback1.bak#還原文件系統(tǒng)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(tǒng)，對設備文件內(nèi)容進行轉(zhuǎn)儲?；謴蜁r僅需將數(shù)據(jù)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(qū)域，拷貝時可同時進行格式轉(zhuǎn)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(jié)數(shù)，默認為512字節(jié)count=n拷貝的塊數(shù)conv=ascii把EBCDIC碼轉(zhuǎn)換為ASCIl[l1]

碼conv=ebcdic把ASCIl碼轉(zhuǎn)換為EBCDIC碼conv=ibm把ASCIl碼轉(zhuǎn)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$ddif=/dev/sda1of=/tmp/sda1.dd #備份整個磁盤分區(qū)$ddif=/dev/sdaof=testcount=1#備份磁盤的引導扇區(qū)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(nèi)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(fā)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(tǒng)的安裝位置遵從一定的規(guī)范，不同性質(zhì)文件的存放位置不同。文件類型安裝目錄普通執(zhí)行程序/usr/bin服務器執(zhí)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(lián)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(fā)環(huán)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(huán)境$aptupgrade#更新已安裝的包$aptremovepackagename#刪除包3.4Linux系統(tǒng)的初始化內(nèi)容提要Linux系統(tǒng)的引導過程引導加載程序grubInit進程應用環(huán)境的初始化Linux系統(tǒng)的引導過程Linux系統(tǒng)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(tǒng)，它們所處的硬件環(huán)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(tǒng)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(huán)境參數(shù)。加載則是是將操作系統(tǒng)內(nèi)核投入運行。引導加載程序因系統(tǒng)而異，復雜程度也各不相同，目前，grub為Linux發(fā)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(tǒng)，例如，windows、BSD和Mac等。受x86引導扇區(qū)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(qū)512字節(jié)內(nèi)，用于引導后續(xù)部分；第二部分為grub的主體，其文件名為core.img，實現(xiàn)操作系統(tǒng)的加載。實例分析

要成為GRUB啟動分區(qū)，應先將分區(qū)格式化為GRUB支持的文件系統(tǒng)，然后在分區(qū)上建立GRUB啟動環(huán)境，內(nèi)容包括創(chuàng)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(qū)$fdisk/dev/sdb

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

(5)安裝grub引導程序$grub-install--boot-directory=/mnt/boot/dev/sdbLinux應用環(huán)境的初始化init源自SystemV，為Unix系統(tǒng)運行的第一個應用程序，延用于早期的Linux系統(tǒng)，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(fā)行版中引入了優(yōu)化方案。1.SystemVinit2.upstart3.systemd3.5Linux系統(tǒng)性能診斷性能診斷

性能檢測是Linux系統(tǒng)日常運維的重要內(nèi)容，通過觀測系統(tǒng)各繽紛的運行狀態(tài)，以便及時發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中存在的潛在隱患，從而采取相應措施，保障系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。

Linux系統(tǒng)引入了一系列性能診斷工具，可從不同角度觀測Linux系統(tǒng)內(nèi)部各部分的負荷狀況。

stress工具語法stress[option]功能系統(tǒng)負載模擬工具，用于測試系統(tǒng)在不同壓力下的表現(xiàn)。選項含義-cn創(chuàng)建n個不斷調(diào)用sqrt函數(shù)的進程-in創(chuàng)建n個不斷調(diào)用sync函數(shù)的進程-mn創(chuàng)建n個不斷調(diào)用malloc/free函數(shù)的進程-dn創(chuàng)建n個不斷調(diào)用write/unlink函數(shù)的進程-tn設置超時n秒實例分析$stress-c10#創(chuàng)建10個不間斷消耗CPU的進程$stress--m20#創(chuàng)建20個不斷申請和釋放內(nèi)存的進程mpstat工具語法mpstat[option][interval][count]功能顯示多處理器的統(tǒng)計信息，interval表示統(tǒng)計的間隔時間(秒)，count為連續(xù)統(tǒng)計的次數(shù)現(xiàn)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(shù)實例分析$mpstat-PALL25#顯示所有CPU的狀態(tài)，間隔2秒，連續(xù)5次vmstat工具語法vmstat[option][interval][count]功能顯示虛擬內(nèi)存的統(tǒng)計信息，interval和count分別表示間隔時間和次數(shù)。選項含義-a顯示活躍和非活躍頁緩存消耗的內(nèi)存-