Linux ディスクとディスクパーティションを理解するための記事

序文

Linux システムのすべてのハードウェアデバイスは、ファイルの形式で表現され、使用されます。これらのファイルをデバイスファイルと呼びます。ハードディスクに対応するデバイスファイルは、一般にブロックデバイスファイルと呼ばれます。

この記事では、Linux システムでディスクデバイスを表現する方法と、ディスクパーティションを作成する方法について説明します。

なぜ複数のパーティションが必要なのでしょうか?

データ損失の防止: システムにパーティションが 1 つしかない場合、このパーティションが破損すると、ユーザーはすべてのデータを失うことになります。

ディスク領域の使用効率を向上: 異なるブロックサイズでパーティションをフォーマットできます。1K のファイルが多数あり、ハードディスクパーティションのブロックサイズが 4K の場合、保存されるファイルごとに 3K の領域が無駄になります。このとき、これらのファイルサイズの平均値を取ってブロックサイズを分割する必要があります。

データが限界まで急増してもシステムがハングアップすることはありません。ユーザーデータとシステムデータを分離することで、ユーザーデータがハードディスク全体を占有してシステムがハングアップすることを回避できます。

ディスクの分類

より一般的なディスクタイプには、サーバーで使用される SCSI ハードドライブ、消費者市場で使用される SATA ハードドライブ、そしてもちろん現在普及しているさまざまなソリッドステートドライブが含まれます。

SCSIハードディスク

SCSI ハードディスクは、SCSI インターフェイスを使用するハードディスクです。優れたパフォーマンスと高い安定性のため、サーバーで広く使用されています。同時に、非常に高価です。価格が高いため、通常の PC ではほとんど見かけません。 SCSI ハードディスクは、通常のハードディスクインターフェイスに似た 50 ピンインターフェイスを使用します (次の図はインターネットから取得したものです)。

SATAハードドライブ

SATA (シリアル ATA) ポートを備えたハードディスクは、シリアルポートハードディスクとも呼ばれます。シリアル ATA はシリアル接続モードを採用しています。シリアル ATA バスは埋め込みクロック信号を使用し、より強力なエラー訂正能力を備えています。従来と比較すると、最大の違いは、データだけでなく転送命令もチェックできることです。エラーが見つかった場合は自動的に修正されるため、データ転送の信頼性が大幅に向上します。シリアルインターフェイスには、構造がシンプルでホットスワップをサポートしているという利点もあります (次の画像はインターネットから取得したものです)。

ソリッドステートドライブ

ソリッドステートディスクは、一般に SSD ハードディスクと呼ばれ、制御ユニットとストレージユニット (FLASH チップ、DRAM チップ) で構成されるソリッドステート電子ストレージチップアレイで作られたハードディスクです。その主な特徴は、従来のハードディスクのような機械的な構造を持たず、非常に高速な読み取りおよび書き込み速度を備えていることです (次の画像はインターネットから引用したものです)。

Linux におけるディスクデバイスの表現

Linux システムにおけるディスクデバイスファイルの命名規則は次のとおりです。

メジャーデバイス番号 + マイナーデバイス番号 + ディスクパーティション番号

現在一般的なディスクの場合、一般的に次のように表現されます。

sd[az]x

メジャーデバイス番号はデバイスのタイプを表します。メジャーデバイス番号が同じであれば、デバイスのタイプも同じであることを示します。現在の共通ディスクのメジャーデバイス番号は sd です。

マイナーデバイス番号は、同じ種類のデバイス間のシリアル番号を表し、「az」で表されます。たとえば、/dev/sda は最初のディスクを表し、/dev/sdb は 2 番目のディスクを表します。

x はディスクパーティション番号を表します。各ディスクには複数のパーティションが存在する場合があります。各パーティションについて、Linux は /dev/sdbx を使用してそれを表します。ここで、x は 2 番目のディスクの x 番目のパーティションを表します。

次の図に示すように:

システムには、/dev/sda、/dev/sdb、/dev/sdc、/dev/sdd の 4 つのディスクがあります。 /dev/sda には /dev/sda1、/dev/sda2、/dev/sda5 の 3 つのパーティションが作成されますが、/dev/sdb には /dev/sdb1 という 1 つのパーティションのみが作成されます。 /dev/sdc と /dev/sdd はまだパーティション分割されていません (またはパーティションが 1 つしかなく、パーティション名がディスク名と同じです)。

ディスクのパーティション分割

ディスクパーティションを作成する目的はいくつか考えられます。

データセキュリティの向上（1 つのパーティションのデータ破損が他のパーティションのデータに影響しない）
複数のオペレーティングシステムのインストールをサポート
複数の小さなパーティションは、1つの大きなパーティションに比べてパフォーマンスが向上します。
データの整理の改善

ディスクパーティションは、プライマリパーティション、拡張パーティション、および論理パーティションで構成されます。ディスク上のプライマリパーティションの最大数は 4 です。拡張パーティションもプライマリパーティションであり、拡張パーティションは最大 1 つしか作成できませんが、拡張パーティション上に複数の論理パーティションを作成できます。したがって、プライマリパーティション（拡張パーティションを含む）の範囲は 1 ～ 4 で、論理パーティションは 5 から始まります。論理パーティションについては、Linux では、プライマリパーティションではなく拡張パーティション上に作成する必要があることが規定されています。

プライマリパーティションは、オペレーティングシステムの起動に使用されます。主にオペレーティングシステムのスタートアッププログラムまたはブートプログラムが格納されます。したがって、オペレーティングシステムのブートプログラムはプライマリパーティションに配置することをお勧めします。たとえば、Linux の /boot パーティションはプライマリパーティションに配置するのが最適です。

拡張パーティションは、論理パーティションの「コンテナ」にすぎません。実際、データの保存にはプライマリパーティションと論理パーティションのみが使用されるため、データはディスクの論理パーティションに保存できます。

fdisk コマンドを使用してディスクパーティション情報を表示できます。

$ sudo fdisk -l /dev/sda

出力の最初の数行は、合計サイズ 80G、セクターの合計数、各セクターのサイズなど、ディスクに関する基本情報です。赤いボックスには、私たちが最も関心を持っているパーティション情報が含まれています。

最初の列「デバイス」には、ディスクパーティションに対応するデバイスファイル名が表示されます。
2 番目の列「Boot」は、それがブートパーティションであるかどうかを示します。上の図では、/dev/sda1 がブートパーティションです。
3 番目の列「開始」は、ディスクパーティションの開始位置を示します。
4 番目の列「End」は、ディスクパーティションの終了位置を示します。
5 番目の列「セクター」は、パーティションによって占有されているセクターの数を示します。
6 番目の列「サイズ」にはパーティションのサイズが表示されます。
7 列目と 8 列目には同じ内容が表示されます。それぞれ数値 ID とそのテキストの説明です。 Id 列には、ディスクパーティションに対応する ID が表示されます。パーティションに対応する ID 番号は、パーティションによって異なります。 Linux では、83 はプライマリパーティションと論理パーティションを表し、5 は拡張パーティションを表し、8e は LVM パーティションを表し、82 はスワップパーティションを表し、7 は NTFS パーティションを表します。

上の図の情報は、/dev/sda1 がプライマリパーティションであり、ブートパーティションとして使用されていることを示しています。/dev/sda2 は、論理パーティション /dev/sda5 が 1 つだけある拡張パーティションであり、2 つのパーティションのサイズが同じであるという事実によって証明できます。

fdiskを使用してディスクをパーティション分割する

fdisk は、Linux システムの強力なディスクパーティション管理ツールです。ハードディスクの使用状況を監視でき、ディスクパーティションの管理にも使用できます。この記事では、fdisk を使用して新しいディスクパーティションを作成する方法についてのみ説明します。

Linux システムに新しいディスクが追加され、システムの対応するデバイス名が /dev/sdd であるとします。ここで、fdisk コマンドを使用してディスクをパーティション分割します。

$ sudo fdisk /dev/sdd

新しいパーティションを作成するには、コマンド n を入力します。

上記のプロンプトに従って、プライマリパーティションを作成するために p を選択すると、パーティション番号を入力するように求められます。

プライマリパーティションには 1 ～ 4 の番号が付けられており、ここでは 1 を入力しました。次にパーティションサイズを設定します。

パーティションのサイズは、パーティションの開始セクターと終了セクターを設定することによって設定されます。ここで Enter キーを 2 回押すと、ディスク全体が 1 つのパーティションに分割されます。つまり、ディスク全体のコンテナーが 1 つのパーティションに分割されます。この単純なパーティションはほぼ完成です。パーティション情報はまだディスクに書き込まれていないことに注意してください。ここで考えを変えることもできます。上記のパーティションを実行することを確認する場合は、w コマンドを実行するだけです。

この時点でパーティション分割操作は完了しており、次のコマンドでパーティション分割の結果を表示できます。

$ sudo fdisk -l /dev/sdd

上記の実行プロセスが面倒な場合は、次のコマンドラインを使用して同じ効果を得ることができます。

$ (エコー n; エコー p; エコー 1; エコー; エコー; エコー w) | sudo fdisk /dev/sdd

パーティションタイプの変更

上記で作成されたデフォルトのパーティションタイプは 83 (Linux) です。タイプ 8e (Linux LVM) のパーティションが必要な場合はどうすればよいでしょうか?引き続き fdisk コマンドを使用してパーティションタイプを変更できます。今回は t コマンドを入力してパーティションタイプを変更します。