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系统分区过程是本章的难点与重点，我们单独来进行讲解。
硬盘是否需要进行分区呢？近些年有一些争议存在，有些人认为，当前个人计算机已经以采用固态硬盘为主，系统分区已经没有提升硬盘读写性能的功能，因此可以不对硬盘进行分区。但是笔者认为，系统分区依然是必要的，理由如下。
理由一：如果硬盘不进行分区，则所有的硬盘空间都放入系统分区中。这就相当于在Windows系统中，无论硬盘多大，只分了一个C盘一样。这会导致系统盘内数据过多，明显降低系统性能，显然不合理。
理由二：现在服务器硬盘动辄上百TB，所有数据保存在一个分区中，单从使用角度考虑，也很不方便，增加了查找和使用文件的难度。
系统分区在Linux可以拆分成四步。
·步骤一：选择分区表。
·步骤二：格式化。
·步骤三：分区设备文件名。
·步骤四：挂载。
我们一步步来进行讲解。当然在安装章节中，我们主要介绍分区相关概念，并会在安装界面中，用图形化的方式进行系统分区。至于命令行方式的分区，我们会在第9章再详细介绍。
操作系统目前主流使用的文件系统有两种，分别是MBR分区表和GPT分区表。
（1）MBR分区表的局限。
MBR分区表出现的年代较早，当时技术的局限，导致MBR分区表有一定的局限性。
·MBR分区表最大支持2.1TB的硬盘（超过2.1TB的硬盘，假设硬盘容量是3TB。不是这块硬盘完全不能使用，而是只能使用其中2.1TB的空间，剩余1TB左右的空间是不能使用的，当然这是不能接受的）。这个问题是MBR分区表不能解决的问题，随着大硬盘的普及，MBR分区表逐渐进入了生涯末期。
·MBR分区表每块硬盘最多支持4个主分区。这是由于MBR分区表会占用0磁头、0柱面、1扇区。其中，一个扇区的大小是512B，而描述磁盘分区表（DPT）的位置只有64B，每个主分区会占用16B，因此最多只能分4个主分区。其实作为初学者，不用管它为什么是这样，只要记住MBR分区表最多支持4个主分区即可。
（2）MBR分区表的“补丁”。
技术的发展一定是先实现功能，在使用的过程中发现问题，然后尝试打入“补丁”修补问题。如果“补丁”能解决问题，那么此技术的寿命会延长；如果不能修补问题，就会出现新的技术替代旧技术。分区表目前就是这种情况，MBR分区表不能支持超过2.1TB的硬盘，这个问题只能使用新发展的GPT分区表来解决。但是，MBR分区表只能分4个主分区，这可以通过分区分类来解决。
MBR分区表每块硬盘只能分4个主分区，当硬盘很小的时候，4个主分区足够使用；但是随着硬盘容量的不断增加，4个主分区已经不能满足我们的工作需要。开发MBR分区表的技术人员想到了解决方案，就是采用MBR分区表的分区进行分类。
①主分区。每块硬盘最多只能分4个主分区。
②扩展分区。
◆扩展分区在一块硬盘上只能有1个。
◆扩展分区和主分区是平级的，也就是说，主分区和扩展分区最多只能有4个。
◆扩展分区既不能直接写入数据，也不能格式化。
◆扩展分区中需要再划分出逻辑分区，而逻辑分区可以正常使用。
③逻辑分区。
◆逻辑分区可以格式化，可以写入数据。
◆在Linux系统中，IDE接口硬盘最多拥有59个逻辑分区（加4个主分区最多可识别63个分区），SCSI接口硬盘最多拥有11个逻辑分区（加4个主分区最多可识别15个分区）。
MBR分区表为什么要使用这么复杂的技术，进行分区分类呢？这主要是为了突破4个主分区的局限。下面通过示意图来描述三种分区类型的关系。
在图2-24中，分区1、2、3是主分区，主分区每块硬盘只能分4个，要想分更多的分区，就需要预留1个位置给扩展分区。主分区最少能分几个呢？如果这块硬盘是系统硬盘，那么最少需要分1个主分区，用于安装启动引导程序。如果硬盘仅仅是数据盘，不分主分区也可以。
图2-24 分区类型
分区的第4个位置，分配成了扩展分区。扩展分区不能写入数据，也不能格式化，唯一的作用就是包含更多的逻辑分区，这样就突破了主分区只能分4个的限制。
随着硬盘的容量越来越大，大于2.1TB的硬盘逐渐普及，MBR分区表不能支持大于2.1TB的硬盘，我们需要更先进的分区表。GPT分区表是新一代分区表，最大支持9.4ZB（1ZB=1024PB，1PB=1024EB，1EB=1024TB）的硬盘，目前看来是绰绰有余的。GPT分区表理论上支持无限主分区，当前的操作系统（Windows和Linux一致），最多支持128个主分区。
那么，我们的操作系统默认采用哪种分区表呢？如果不人为干预，那么操作系统在安装时，会检测系统盘大小，以2TB（厂商生产硬盘，不会卡在2.1TB，而是2TB，3TB这样生产的）为限，小于2TB的硬盘，在安装时默认采用MBR分区表；大于2TB的硬盘，在安装时默认采用GPT分区表。
如果想人为干预分区表的选择，在安装过程中，通过特定命令就可以完成，我们会在后续内容中讲解。
首先，我们需要纠正一个概念：格式化的目的不是清空数据！这是初学者非常容易搞错的概念。
请大家牢牢记住：格式化是为了写入文件系统！
什么是写入文件系统呢？可以把格式化过程想象成柜子打入隔断的过程。分区只是把大硬盘分成了小一点的分区，但是如果文件一窝蜂地堆入分区，查询和使用依然很不方便。那么怎么办呢？我们看看Linux系统的文件系统到底是怎么存储数据的。
Linux支持的常见文件系统如表2-2所示。
表2-2 Linux支持的常见文件系统
（续表）
目前Linux 6.x系列默认采用的是EXT4文件系统，Linux 7.x系列开始采用XFS文件系统了，Rocky Linux 9.x也默认采用的是XFS文件系统。
我们先来看看EXT4文件系统的原理。如果想用一张示意图来描述EXT4文件系统，则可以参考如图2-25所示的示意图。
图2-25 EXT4文件系统示意图
EXT4文件系统会把整块硬盘分成多个块组（Block Group），在块组中主要分为以下三部分。
·超级块（Super Block）：记录整个文件系统的信息，包括Block与Inode的总量，已经使用的Inode和Block的数量，未使用的Inode和Block的数量，Block与Inode的大小，文件系统的挂载时间，最近一次的写入时间，最近一次的磁盘检验时间，等等。
·I节点表（Inode Table）：Inode的默认大小为128B（在CentOS 7.x中已经增加了Inode的大小，可以是256B或512B），用来记录文件的权限（r、w、x）、文件的所有者和属组、文件的大小、文件的状态改变时间（ctime）、文件的最近一次读取时间（atime）、文件的最近一次修改时间（mtime）、文件的特殊权限（如SUID、SGID等）、文件的数据真正保存的Block编号。每个文件需要占用一个Inode（大家如果仔细查看，就会发现Inode中是不记录文件名的，是因为文件名是记录在文件上级目录的Block中的）。
·数据块（Block）：Block的大小可以是1KB、2KB、4KB，默认为4KB。Block用于实际的数据存储，如果一个Block放不下数据，则可以占用多个Block。例如，有一个10KB的文件需要存储，则会占用3个Block，虽然最后一个Block不能占满，但也不能再放入其他文件的数据。这3个Block有可能是连续的，也有可能是分散的。
大家注意到了吗？在Inode中并没有保存文件的文件名，那是因为文件名是上一级目录的数据，所以保存在上一级目录的Block中。
由于XFS文件系统的基本原理和EXT4文件系统非常相似，如果了解了EXT4文件系统，那么XFS文件系统也比较容易理解。
XFS文件系统是一种高性能的日志文件系统，在格式化速度上远超EXT4文件系统，现在的硬盘越来越大，格式化的速度越来越慢，使得EXT4文件系统的使用受到了限制（其实在运行速度上来讲，XFS对比EXT4并没有明显的优势，只是在格式化的时候，速度差别明显）。另外，XFS理论上可以支持最大18EB的单个分区、9EB的最大单个文件，这远远超过EXT4文件系统。
XFS文件系统主要分为三个部分。
·数据区（Data section）：在数据区中，可以划分多个分配区群组（Allocation Groups），这个分配区群组大家就可以看成EXT4文件系统中的块组了。在分配区群组中也划分为超级块、I节点、数据块，数据的存储方式也和EXT4类似。因此，了解了EXT4文件系统的原理，XFS文件系统基本是类似的。
·文件系统活动登录区（Log Section）：在文件系统活动登录区中，文件的改变会在这里记录下来，直到相关的变化被记录在硬盘分区中之后，这个记录才会被结束。那么如果文件系统由于特殊原因被损坏，可以依赖文件系统活动登录区中的数据修复文件系统。
·实时运行区（Realtime Section）：这个文件系统不建议大家做更改，否则有可能会影响硬盘的性能。
在Windows中，在硬盘分区并格式化之后，只要分配盘符就可以使用了。但在Linux中，还需要给分区分配一个分区设备文件名。
在Linux从业人员中有一句名言：Linux系统中一切皆文件。硬件也不例外，每个硬件设备都会有一个文件名，如表2-3所示。
表2-3 硬件设备文件名
表2-3中描述了Linux常见硬件的设备文件名。
目前需要掌握的是分区设备文件名，其他硬件的文件名只需要了解一下即可。要想学习分区硬件设备名，我们需要先学习一下硬盘接口类型，因为在Linux中，不同的硬盘接口，在Linux中的设备文件名不一致。
（1）IDE硬盘接口（并口）。
IDE（Integrated Drive Electronics，电子集成驱动器）硬盘也称作“ATA硬盘”或“PATA硬盘”，ATA100的硬盘理论上平均传输速度是100MB/s。IDE接口主要用于机械硬盘的连接，目前基本已经被淘汰了。
在Linux中，IDE硬盘接口被标识为“hd”，如图2-26所示。
图2-26 IDE硬盘接口
（2）SCSI硬盘接口。
SCSI（Small Computer System Interface，小型计算机系统接口）硬盘广泛应用在服务器上，具有应用范围广、多任务、带宽大、CPU占用率低及支持热插拔等优点。理论传输速度达到320MB/s。SCSI硬盘接口和IDE硬盘接口基本属于同时代的技术，但是SCSI硬盘接口性能更好，但是价格更贵，当年主要用于服务器机械硬盘的连接，目前也属于被淘汰的硬盘接口技术。
在Linux中，SCSI硬盘接口被识别为“sd”，如图2-27所示。
（3）SATA硬盘接口。
SATA硬盘（Serial ATA，串口硬盘）是速度更高的硬盘标准，具备了更高的传输速度，并具备了更强的纠错能力。SATA发展到三代，理论传输速度达到600MB/s。SATA硬盘接口已经取代IDE硬盘接口和SCSI硬盘接口，成为主流的机械硬盘接口，也可以用于老式的SSD固态硬盘的连接。
在Linux中，SATA硬盘接口也被识别为“sd”，如图2-28所示。
图2-27 SCSI硬盘接口
图2-28 SATA硬盘接口
（4）M.2接口。
M.2接口是Intel推出的一种新的接口规范。M.2接口可以兼容多种通信协议，如SATA、PCIe、USB、HSIC、UART、SMBus等。
M.2 SATA接口虽然外形变了，但传输协议依然是SATA协议，所以理论传输速度和SATA接口的一致，能达到600MB/s左右。采用M.2 SATA接口的固态硬盘，也属于老式的固态硬盘了，外观如图2-29所示。
图2-29 M.2 SATA接口
大家注意看图，M.2 SATA接口的金手指是有两个缺口的。
M.2 NVMe（PCIe）接口是目前最先进的固态硬盘接口，目前PCIe 4.0协议接口的硬盘的读取速度已经可以达到7000MB/s，写入速度也接近6000MB/s。在Linux中，M.2 NVMe（PCIe）接口被识别为“nvme”，外观如图2-30所示。
图2-30 M.2 PCIe接口
认识了常用硬盘接口，我们可以来学习分区设备文件名了。
（1）IDE接口和SATA接口。
IDE接口的分区设备文件名和SATA接口的设备文件名的描述方式非常接近，例如，IDE接口的第一个硬盘的第一个主分区被描述为/dev/hda1，而SATA接口的第一个硬盘的第一个主分区被描述为/dev/sda1。其中的区别只是“hd”代表IDE接口，“sd”代表SATA接口、SCSI接口、USB接口。
我们用SATA接口举例，具体描述一下分区设备文件名。
如果我们的分区使用的是如图2-31所示的方式，那么/dev/sda1代表第一块SATA硬盘的主分区1，/dev/sda2代表主分区2，/dev/sda3代表主分区3，/dev/sda4代表扩展分区，/dev/sda5代表逻辑分区1，/dev/sda6代表逻辑分区2，以此类推。
图2-31 分区设备文件名示意图1
但是，我们可以手工选择分区类型，如果只分一个主分区，那么情况就如图2-32所示。
图2-32 分区设备文件名示意图2
在这种情况下，/dev/sda1依然代表第一个块SATA硬盘的第一个主分区，/dev/sda2代表扩展分区。 但是，第一个逻辑分区不是/dev/sda3，而是/dev/sda5 。也就是说，分区号1～4只能用来表示主分区和扩展分区，逻辑分区在任何分区情况下都是从5开始计算的。
（2）M.2 NVMe（PCIe）接口。
M.2 NVMe（PCIe）接口的硬盘一般配合GPT分区表使用，这样就不再需要考虑主分区、扩展分区、逻辑分区的区别了。其分区设备文件名会写成/dev/nvme0n1p1，其中，n1代表第一块硬盘，如果有多块硬盘就命名为n2、n3，以此类推；p1代表第一个分区，如果有多个分区就命名为p2、p3，以此类推。
在Linux中的挂载，大家就可以当成Windows中的分配盘符，只不过Windows的盘符是C、D、E等字母，而Linux的盘符是目录。在Linux中把盘符称为挂载点。这是分区的最后一步，只要给分区分配了挂载点，就可以正常使用分区了。
Linux系统安装必须划分的分区有三个。
·/：表示根分区。在硬盘不太大的时候，建议根分区越大越好，主要用于存储数据。但现在的硬盘都以TB计量了，这时如果给根分区分配太大的空间，存储太多的数据，是有可能降低系统的性能的。因此，目前不建议根分区越大越好，而是建议给根分区几十GB，足够使用即可，剩余空间可以分配在真正存储数据的分区（如/home分区或建立/web分区，用于存储网页数据）。
·swap：这是Linux的虚拟内存分区。
·/boot/：用于存放Linux系统启动所需文件。我们建议给/boot单独分区，分配500MB空间。任何系统启动都需要一定的空闲空间，如果不把/boot单独分区，那么，一旦根目录写满，系统将无法正常启动。
swap分区的作用可以简单描述为：当系统的物理内存不够用的时候，就需要将物理内存中的一部分空间释放出来，以供当前运行的程序使用。那些被释放的空间可能来自一些很长时间没有什么操作的程序，这些被释放的空间被临时保存到swap分区中，等到那些程序要运行时，再从swap分区中恢复保存的数据到内存中。这样，系统总是在物理内存不够时，才进行swap分区交换。其实，swap分区的调整对Linux服务器，特别是对Web服务器的性能至关重要。通过调整swap分区，有时可以越过系统性能瓶颈，节省系统升级费用。
现代操作系统都实现了“虚拟内存”这一技术，不但在功能上突破了物理内存的限制，使程序可以操纵大于实际物理内存的空间，更重要的是，“虚拟内存”是隔离每个进程的安全保护网，可以使每个进程都不受其他程序的干扰。
计算机用户经常会遇到这种现象：在使用Windows系统时，可以同时运行多个程序，当你切换到一个很长时间没有理会的程序时，会听到硬盘“哗哗”直响。这是因为这个程序的内存被那些频繁运行的程序“偷走”了，被放到了swap分区中。因此，一旦该程序被放置到前端，它就会从swap分区中取回自己的数据，将其放进内存，然后接着运行。
需要说明一点，并不是所有从物理内存中交换出来的数据都会被放到swap分区中（如果这样做，swap分区就会不堪重负），有相当一部分数据被直接交换到文件系统中。例如，有的程序会打开一些文件，对文件进行读/写（其实每个程序至少要打开一个文件，那就是运行程序本身），当需要将这些程序的内存空间交换出去时，就没有必要将文件部分的数据放到swap分区中了，而可以直接将其放到文件中。如果是读文件操作，那么内存数据被直接释放，不需要交换出来，因为当下次需要时，可直接从文件系统中恢复；如果是写文件操作，那么只需要将变化的数据保存到文件中，以便恢复。
分配太多的swap分区会浪费硬盘空间，而swap分区太小，如果系统的物理内存用完了，系统就会运行得很慢，但仍能运行；如果swap分区用完了，系统就会发生错误。例如，Web服务器能根据不同的请求数量衍生出多个服务进程（或线程），如果swap分区用完了，则服务进程无法启动，通常会出现“application is out of memory”的错误，在严重时会造成服务进程的死锁。因此，swap分区的分配是很重要的。
在通常情况下，swap分区应大于或等于物理内存的大小，一般官方文档会建议swap分区的大小应是物理内存的2倍。但现在的服务器的内存通常是16GB/32GB，是不是swap分区也要扩大到32GB/64GB？其实，大可不必。根据服务器的实际负载、运行情况，以及未来可能的应用来综合考虑swap分区的大小即可。例如，桌面系统，只需要较小的swap分区；而服务器系统，尤其是数据库服务器和Web服务器，则需要更高的swap分区。我们推荐的swap分区设置如下：
·4GB或4GB以下内存的系统，最少需要2GB swap分区。
·大于4GB而小于16GB内存的系统，最少需要4GB swap分区。
·大于16GB而小于64GB内存的系统，最少需要8GB swap分区。
·大于64GB而小于256GB内存的系统，最少需要16GB swap分区。
swap分区设置过大只是对硬盘空间的浪费，而对系统性能不会产生太大的影响。另外，万一swap分区真的不够使用，我们后续也能够通过命令手工添加swap分区，不用担心不够使用的情况。
供学习使用的实验环境，swap分区不需要超过2GB。
除根分区和swap分区外，其他Linux目录也可以单独划分出来的分区如下。
·/usr/：存放Linux系统所有命令、库、手册页等，类似Windows系统引导盘C盘的Windows目录。
·/home：普通用户的home目录，用于存放用户数据。
其他应用分区，如专门划分一个分区“/web/”用于存放Web服务器文件；或者创建一个用于本地和远程主机数据备份的分区“/backup/”；初学者创建一个专门用于练习的分区“/test”……都可以视服务器需求来决定。
不过大家需要小心，并不是所有目录都是可以单独分区的，有些目录必须和根目录（/）在一个分区中，这些目录是和系统启动相关的，如果单独分区系统就无法正常启动，如下所示。
·/etc/：配置文件目录。
·/bin/：普通用户可以执行的命令保存目录。
·/dev/：设备文件保存目录。
·/lib/：函数库和内核模块保存目录。
·/sbin/：超级用户才可以执行的命令保存目录。
Linux是树形目录结构，最高一级目录是根目录（/），根目录下保存一级目录，一级目录下保存二级目录，以此类推，如图2-33所示。
Linux系统的每个目录（除不能单独分区的目录外）都可以划分为分区，包括自己手工建立的新目录。它们从Linux层面上看都是根目录的子目录，但是从硬盘层面上看是并列的。也就是说，给“/”分了一个区，也可以给“/home”单独分区，从Linux层面上看“/home”目录是“/”目录的子目录，但是从硬盘层面上看“/home”分区有单独的存储空间，在“/home”下写入的内容会写到不同的硬盘存储空间上，如图2-34所示。
图2-33 Linux的目录结构
图2-34 分区硬盘空间
简单总结一下，Linux硬盘分区的四个步骤：第一步是分区，把大硬盘分为逻辑上的小硬盘；第二步是分区格式化，也就是给分区写入文件系统；第三步是给分区指定设备文件名；第四步是分配挂载点。