第3章 Linux系统的定制与管理

第3章Linux系统的定制与管理内容提要磁盘管理备份与恢复软件包管理Linux系统的初始化Linux系统性能诊断3.1磁盘管理概述

外部存储设备是计算机存储持久数据的场所，目前，存在多种类型的存储设备，例如，磁盘、固态硬盘和闪存等，它们各具特色，有各自的应用场景。由于磁盘具容量大、耐用和高性价比，在市场上占据重要地位，得到了广泛应用。基本概念

磁盘由若干盘片组成，每个盘片被划分为半径不同的若干磁道，磁道被划进一步划分为若干扇区，扇区为磁盘的最小物理存取单位，其大小通常为512字节。位于不同盘片上相同半径的磁道构成柱面。磁头位于每个盘片上，用于读写盘片上的数据，盘片的旋转速度远远大于磁头在不同磁道间的移动速度。磁盘结构磁盘容量=柱面数*磁头数*每磁道扇区数*512字节分区

随着磁盘容量的不断增大，为了便于管理，整个存储设备从逻辑上被分成互不重叠的若干区域，即分区Partition#1Partition#2Partition#3unused

分区由分区表统一管理，目前，存在多种类型的分区表，其在磁盘上的存储位置和格式也各不相同，在桌面机领域，常见的有MBR和GPT。MBR概述MBR(masterbootrecord)主引导记录，为台式机上传统的分区格式，因其位于主引导扇区而得名。主分区1主分区2扩展分区未使用bootloader446字节磁盘分区表(DPT)64字节MBR标识(0x55,0xAA)磁盘分区表(DPT)状态起始扇区大小1234逻辑分区1逻辑分区2第0扇区引导扇区MBR结构分区的命名(1)块设备文件的命名

块设备及其分区对应的设备文件位于/dev,其命名遵循一定规则，hd代表IDE硬盘，sd代表SCSI硬盘；vd代表虚拟化硬盘，同类型设备从字符a开始编号，a代表第一个硬盘，b代表第二个硬盘。硬盘上的分区从编号1开始，例如，对于MBR格式的分区，主分区和扩展分区的编号从1到4。例如，第一个SCSI硬盘的四个分区分别为：sda1,sda2,sda3和sda4，扩展分区中的逻辑分区从编号5开始分区的命名(续）局基于UUID的分区标识UUID(UniversallyUniqueIDentifier)，是一种基于无中心化管理全局命名的标准,，用于唯一标示一个对象，一个UUID占用128位共16字节长整型。新的Linux发行版采用了这一技术，用于标识系统中的某个分区，在格式化分区时，将生成的UUID存放至文件系统的超级快中，但并非所有文件系统都支持UUID。实例分析$blkid-sUUID#显示系统中所有分区的UUID$blkid-sLAVEL#显示系统中所有分区的卷标实例分析CIS191-Lesson2CIS191-Lesson2预留主分区1主引导记录预留主分区2预留主分区3预留逻辑分区1预留自由空间/dev/sda1/dev/sda2/dev/sda3/dev/sda4/dev/sda5扩展分区引导代码(446字节)0x55aa(2字节)分区表(64字节)分区1分区2分区3分区4ext文件系统ext2/ext3/ext4文件系统专为Linux系统而设计，继承了UNIX文件系统特性，它的内容主要包括超级块、i节点表和数据区。每个文件对应一个i节点，i节点包含除文件名外的元数据，目录是一种特殊的文件，用于对文件的层次化管理，其内容与若干目录项组成，目录项建立文件名和i节点的关联。实力分析CIS191实例分析-Lesson2Superblocki-节点表ext2filesystem数据块#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-节点号类型链接数用户用户组大小修改时间存取时间创建时间逻辑块号rw-r—r--权限目录

下图演示了文件demo.c在文件系统ext中的资质结构，demo.c在i节点表中的编号为102609，该i节点中成员208指向文件内容所在的数据块。磁盘管理工具命令功能Fdisk在块设备上建立、修改和删除分区Mkfs在分区上建立文件系统Blkid显示块设备上文件系统信息Mount挂载文件系统Umount卸载文件系统综合实例$fdisk/dev/sdb$mkfs-tfat/dev/sdb1$mount/dev/sdb1/mnt$cp/bin/pwd/mnt$umount/mntZ在系统中添加一块新的硬盘，下面给出具体的使用步骤。3.2备份与恢复备份与恢复概述Linux系统在运维期间，存储的一些重要数据可能因某些原因存在被破坏的风险，为了保障数据的安全性，需要定期给对系统进行备份，以便发生故障时恢复。下面介绍三种基于不同层次的备份和恢复方法。1.面向文件的备份与恢复2.面向文件系统的备份与恢复3.面向设备的备份与恢复面向文件的备份与恢复

将文件作为备份对象，不关心文件所属的文件系统和存储的块设备，备份通常涉及归档和压缩两个操作。归档是将若干文件按某种格式打包为一个文件。压缩是通过某种算法，将归档文件转化为体积更小的文件。归档并压缩后的文件更便于存储、传输和管理。tar命令语法tar[option]archive[list]功能将列表list中的文件归档至archive，或还原归档文件archive。选项功能选项功能-c建立新的归档文件-C指定目录-x还原归档文件-r向归档文件末尾追加文件-v输出处理过程的相关信息-O将文件解至标准输出-z调用gzip来处理归档文件-t查看归档文件中的文件-j调用bzip2来处理归档文件-f对普通文件操作-J调用xz来处理归档文件-p(小写)保留备份文件原有的权限和属性-Z调用compress来处理归档文件-P(大写)保留绝对路径tar命令(续)后缀名含义.tar归档后未经过压缩.tar.gz归档后用gzip程序压缩.tar.bz2归档后用bzip2程序压缩.tar.xz归档后用xz程序压缩实例分析$tar-cvfbackhome.tar/home$tar-czvfbackhome.tar.gz/home$tar-zvfbackhome.tar$tar-xzvfbackhome.tar.gz面向文件系统的备份与恢复

面向文件系统的备份是以文件系统为单位，将整个文件系统的内容保存至一个文件中，当故障发生时，利用备份的文件将整个文件系统恢复出来。

面向文件系统的内粉与文件系统的结构有关，不同类型的文件系统由各自的工具。

dump/restore为于ext2/3/4的备份/恢复工具。dump命令语法dump[option]filedirectory功能将挂载至目录directory的ext2/3/4文件系统备份至归档文件file。选项含义-[0-9]备份的层级-f指定生成的备份的文件-u在系统中记录备份文件系统的层级和时间等信息restore命令语法restore[option]file功能还原由dump备份的归档文件file。选项含义-f从指定设备或文件中还原备份的数据-i使用交互方式，在还原过程中向用户提出咨询-r进行还原操作实例分析$dump-0u-fback1.bak/boot #归档文件系统$restore-irfback1.bak#还原文件系统面向设备的备份与恢复

面向设备的备份是以块设备为对象，不考虑设备构建的文件系统，对设备文件内容进行转储。恢复时仅需将数据复制到设备原来的位置即可。dd命令语法dd[option]功能拷贝文件的某个区域，拷贝时可同时进行格式转换。选项含义of=file输出到文件file，而不是标准输出if=file输入文件file，file不是标准输入bs=size一次读写的字节数，默认为512字节count=n拷贝的块数conv=ascii把EBCDIC码转换为ASCIl[l1]

码conv=ebcdic把ASCIl码转换为EBCDIC码conv=ibm把ASCIl码转换为alternateEBCDIC码skip=blocks从输入文件开头跳过blocks个块后再开始复制seek=blocks从输出文件开头跳过blocks个块后再开始复制实例分析$ddif=/dev/sda1of=/tmp/sda1.dd #备份整个磁盘分区$ddif=/dev/sdaof=testcount=1#备份磁盘的引导扇区3.3应用软件包管理软件包概述

软件包是具有某种格式的二进制文件，内容通常包含程序、配置文件和帮助文档等；目前，存在两种形式的应用软件包。1．RPM（RedHatPackageManagement）2．APT（AdvancedPackageTool软件包类型1．RPM（RedHatPackageManagement）

RPM是由RedHat公司推出的软件包管理器，被Fedora、Redhat、CentOS和SuSE等发行版采用，软件包文件以后缀.rpm命名。2．APT（AdvancedPackageTool）

APT属于Debian软件包管理工具，被诸如Debian接Ubuntu等Debian衍生版广泛使用，软件包文件以后缀.deb命名。软件包的命名软件包的命名格式

packagename-version-reversion_architecture.xxxpackagename为软件包的名称，version为主版本号，reversion为次版本号，architecture表示适用的硬件类型，后缀.xxx表示软件包类型实例分析software-1.2.3-1.i386.rpm#RPM软件包software-1.2.3-1.deb#APT软件包应用软件包的安装路径

应用软件包在Linux系统的安装位置遵从一定的规范，不同性质文件的存放位置不同。文件类型安装目录普通执行程序/usr/bin服务器执行程序和管理程序/usr/sbin应用程序配置文件/etc应用程序文档文件/usr/share/doc联机帮助/usr/share/man实例分析$rpm-ivhpackagename.rpm#安装软件包并显示安装进度$rpm-qipackagename#查看已安装软件包信息rpm命令语法rpm[option][list]功能管理列表list中的rpm软件包，负责安装、升级、查询和卸载软件包。选项功能选项功能-i安装软件包-a查询所有已安装的软件包-q查询软件包-h显示安装进度-e卸载软件包--v验证软件包-u升级软件包-l查询包中的文件列表-f查询属于哪个软件包-i查询详细信息-s显示软件包中的文件列表-p查询软件包文件apt命令语法apt[command]pkg功能按命令command的要求在线管软件包pkg。命令名含义install安装软件包update重新获取软件包列表upgrade更新软件包remove移除软件包autoremove自动移除全部不使用的软件包clean清除下载的归档文件autoclean清除已下载的归档文件purge移除软件包和配置文件check检验是否有损坏的依赖source下载源代码build-dep安装指定软件包所需的开发环境search搜索软件包show显示软件包信息实例分析实例分析$aptinstallpackagename#安装软件包$aptbuild-deppackagename#安装相关的编译环境$aptupgrade#更新已安装的包$aptremovepackagename#删除包3.4Linux系统的初始化内容提要Linux系统的引导过程引导加载程序grubInit进程应用环境的初始化Linux系统的引导过程Linux系统存在多形式，例如，基于服务器和桌面机以及向特定应用的嵌入式系统，它们所处的硬件环境各不相同，因而启动过程存在一定差异，下面以x86的桌面机为例。biosmbrkernelinit/systemdgrub引导加载程序(bootloader)

引导加载程序是系统开机运行的第一个程序，其功能包含引导和加载两个部分。引导完成硬件初始化的，为加载提供环境参数。加载则是是将操作系统内核投入运行。引导加载程序因系统而异，复杂程度也各不相同，目前，grub为Linux发行版广泛采用的引导加载程序。grub概述grub作为GNU计划的一款自由软件，可通过不同形式引导多种操作系统，例如，windows、BSD和Mac等。受x86引导扇区的限制，grub将自身划分为两个部分，第一部分为boot.img，大小控制在一个扇区512字节内，用于引导后续部分；第二部分为grub的主体，其文件名为core.img，实现操作系统的加载。实例分析

要成为GRUB启动分区，应先将分区格式化为GRUB支持的文件系统，然后在分区上建立GRUB启动环境，内容包括创建引导加载程序和启动配置文件。(1)添加新硬盘(2)为新硬盘建立分区$fdisk/dev/sdb

(3)格式化分区$mkfs-text3/dev/sdb1(4)挂载文件系统$mount/dev/sdb1/mnt

(5)安装grub引导程序$grub-install--boot-directory=/mnt/boot/dev/sdbLinux应用环境的初始化init源自SystemV，为Unix系统运行的第一个应用程序，延用于早期的Linux系统，例如，CentOS5之前的版本。但随着Linux的不断演化，暴露出一些不足，在新Linux发行版中引入了优化方案。1.SystemVinit2.upstart3.systemd3.5Linux系统性能诊断性能诊断

性能检测是Linux系统日常运维的重要内容，通过观测系统各缤纷的运行状态，以便及时发现系统中存在的潜在隐患，从而采取相应措施，保障系统安全稳定运行。

Linux系统引入了一系列性能诊断工具，可从不同角度观测Linux系统内部各部分的负荷状况。

stress工具语法stress[option]功能系统负载模拟工具，用于测试系统在不同压力下的表现。选项含义-cn创建n个不断调用sqrt函数的进程-in创建n个不断调用sync函数的进程-mn创建n个不断调用malloc/free函数的进程-dn创建n个不断调用write/unlink函数的进程-tn设置超时n秒实例分析$stress-c10#创建10个不间断消耗CPU的进程$stress--m20#创建20个不断申请和释放内存的进程mpstat工具语法mpstat[option][interval][count]功能显示多处理器的统计信息，interval表示统计的间隔时间(秒)，count为连续统计的次数现象含义-P指定显示的CPU-u显示CPU的利用率interval相邻两次采样的时间间隔(秒)count采样的次数实例分析$mpstat-PALL25#显示所有CPU的状态，间隔2秒，连续5次vmstat工具语法vmstat[option][interval][count]功能显示虚拟内存的统计信息，interval和count分别表示间隔时间和次数。选项含义-a显示活跃和非活跃页缓存消耗的内存-