Linux存储管理之核心秘密(The Core Secret of Linux Storage Management)

Linux存储管理之核心秘密

如果你来自Windows环境，那么Linux处理和管理存储设备的方式对你而言可能显得格外不同。我们知道，Linux的文件系统并不采用Windows那样的物理驱动器表示方式（如C:、D:或E:），而是构建了一个以"/"为根的统一文件树结构。本文将深入探讨Linux如何表示和管理硬盘、闪存驱动器等存储设备。

在进入技术细节之前，我们首先需要理解如何将额外的驱动器和存储设备挂载到文件系统中，最终集成到根目录"/"下。在这个语境中，"挂载"意味着将驱动器或磁盘连接到文件系统，使操作系统能够访问它们。对安全分析人员而言，深入理解文件系统和存储设备管理机制至关重要，这不仅涉及自身系统，更常见于目标系统分析。安全研究人员经常需要使用外部媒体加载数据、部署工具，有时甚至需要引导完整的操作系统。在渗透测试过程中，你需要准确定位目标系统上的敏感数据，理解如何挂载新的存储设备，以及评估数据存储的安全性。本文将全面覆盖这些主题，并详细介绍存储设备的管理与监控技术。

设备目录 /dev

Linux系统中存在一个专门用于管理设备文件的特殊目录：/dev（device的缩写）。系统中的每个设备都在这个目录下有对应的文件表示。让我们首先深入了解这个关键目录。

kali > cd /dev
kali > ls -l
total 0
crw------- 1 root root 10,175 May 16 12:44 agpgart
crw------- 1 root root 10,235 May 16 12:44 autofs
drwxr-xr-x 1 root root 160 May 16 12:44 block
lrwxrwxrwx 1 root root 3 May 16 12:44 cdrom -> sr0
drwxr-xr-x 2 root root 60 May 16 12:44 cpu

设备文件按字母顺序排列显示。其中一些设备名称如cdrom和cpu较为直观，而其他则相对晦涩。值得注意的是sda1、sda2、sda3、sdb和sdb1等条目，它们分别代表了硬盘及其分区、USB存储设备及其分区。

brw-rw---- 1 root root 8, 0 May 16 12:44 sda
brw-rw---- 1 root root 8, 1 May 16 12:44 sda1
brw-rw---- 1 root root 8, 2 May 16 12:44 sda2
brw-rw---- 1 root root 8, 5 May 16 12:44 sda5
brw-rw---- 1 root root 8, 16 May 16 12:44 sdb
brw-rw---- 1 root root 8, 17 May 16 12:44 sdb1

Linux如何表示存储设备

Linux采用逻辑标签来标识挂载到文件系统的驱动器。这些标签会根据设备的挂载时间和位置动态变化，这意味着同一个物理设备在不同时刻可能会获得不同的标识符。

早期Linux系统使用fd0表示软盘驱动器，使用hda表示硬盘。虽然在某些遗留系统中仍可能遇到这种表示方式，但现代系统已经很少见到软盘设备。采用IDE或E-IDE接口的传统硬盘仍使用hda形式的标识，而新型的SATA（串行ATA）接口驱动器和SCSI硬盘则采用sda的命名方式。

存储设备往往会划分为多个分区，这些分区在Linux中用数字标识。当系统包含多个存储设备时，Linux通过字母递增的方式为它们命名：第一个设备为sda，第二个为sdb，依此类推。这种命名规则中，sd后的字母通常被称为主编号。

设备文件	描述
sda	第一个SATA硬盘
sdb	第二个SATA硬盘
sdc	第三个SATA硬盘
sdd	第四个SATA硬盘

驱动器分区

在存储管理中，驱动器常被划分为多个分区以实现更有效的资源管理和数据隔离。例如，你可能需要将交换文件、用户主目录和根目录分别置于不同分区——这种策略有助于资源共享管理和权限控制。Linux使用设备标识符后的数字来标记各个分区。因此，第一个SATA驱动器（sda）的第一个分区表示为sda1，第二个分区为sda2，以此类推。

分区	描述
sda1	第一个SATA驱动器的第一个分区
sda2	第一个驱动器的第二个分区
sda3	第一个驱动器的第三个分区
sda4	第一个驱动器的第四个分区

在安全分析过程中，了解系统的分区布局至关重要。我们可以使用fdisk工具来查看分区信息：

kali > fdisk -l
Disk /dev/sda: 20GiB, 21474836480 bytes, 41943040 sectors
Units: sectors of 1 * 512 = 512 bytes
Sector size (logical/physical): 512 bytes / 512 bytes
I/O size (minimum/optimal): 512 bytes / 512 bytes
Disk label type: dos
Disk identifier: 0x7c06cd70Device Boot Start End Sectors Size Id Type
/dev/sda1 * 2048 39174143 39172096 18.7G 83 Linux
/dev/sda2 39176190 41940991 2764802 1.3G 5 Extended
/dev/sda5 39176192 41940991 2764800 1.3G 82 Linux swap / SolarisDisk /dev/sdb: 29.8 GiB, 31999393792 bytes, 62498816 sectors
Units: sectors of 1 * 512 = 512 bytes
Sector size (logical/physical): 512 bytes / 512 bytes
I/O size (minimum/optimal): 512 bytes / 512 bytes
Disk label type: dos
Disk identifier: 0xc3072e18Device Boot Start End Sectors Size Id Type
/dev/sdb1 32 62498815 62498784 29.8G 7 HPFS/NTFS/exFAT

在这个输出中，我们可以看到sda1、sda2和sda5构成了虚拟机的20GB虚拟磁盘，包括一个交换分区（sda5）作为虚拟RAM的扩展，类似于Windows的页面文件。

第二部分显示了一个标识为sdb1的设备——字母b表明这是一个独立的设备。这里是一个64GB的闪存驱动器，使用HPFS/NTFS/ExFAT文件系统。这些文件系统类型通常见于macOS和Windows系统，在取证分析中可能提供有价值的线索，指示设备的来源系统。

字符设备和块设备

在/dev目录中，设备文件名的第一个字符（c或b）具有特殊含义。这些标识反映了设备的数据传输方式：

字符设备（c）：以字符为单位进行数据传输，如键盘、鼠标等输入设备
块设备（b）：以数据块为单位传输，如硬盘、DVD驱动器等存储设备

理解设备类型对于安全分析和性能优化具有重要意义。

使用lsblk列出块设备及其信息

lsblk命令（list block devices的缩写）能够以树状结构显示系统中所有块设备的基本信息：

kali > lsblk
Name   MAJ:MIN RM  SIZE RO TYPE MOUNTPOINT
fd0    2:0    1    4K  0 disk
sda    8:0    0   20G  0 disk
├─sda1 8:1    0 18.7G  0 part /
├─sda2 8:2    0    1K  0 part
└─sda5 8:5    0  1.3G  0 part [SWAP]
sdb    8:16   1 29.8G  0 disk
└─sdb1 8:17   1 29.8G  0 part /media/USB3.0
sr0    11:0   1  2.7G  0 rom

挂载和卸载

在大多数现代Linux系统中，存储设备连接时会自动挂载。但对安全专业人员而言，理解手动挂载过程仍然重要，因为在特殊场景下可能需要使用特定的挂载选项。

存储设备必须同时满足物理连接和逻辑挂载才能被操作系统访问。"挂载"这个术语源自早期计算机时代，当时存储介质需要物理地"挂"到计算机系统上。

设备在目录树中的连接点被称为挂载点。Linux主要使用两个标准挂载点：

/mnt：通常用于内部硬盘
/media：主要用于外部USB设备（如闪存驱动器和外部硬盘）

手动挂载存储设备

某些Linux环境下需要手动挂载驱动器。挂载命令的基本语法如下：

kali > mount /dev/sdb1 /mnt

注意：挂载点必须是空目录，否则挂载操作会暂时遮蔽该目录下的原有内容。同样，要挂载闪存驱动器sdc1到/media目录：

kali > mount /dev/sdc1 /media

系统会在/etc/fstab（文件系统表）文件中维护挂载信息，每次启动时都会读取该文件。

使用umount卸载

安全移除存储设备前需要先执行卸载操作，这与Windows/Mac中的"弹出"设备概念类似。使用umount命令（注意拼写没有'n'）执行卸载：

kali > umount /dev/sdb1

重要提示：正在被访问的设备无法卸载，系统会返回错误信息。

监控文件系统

对于安全专业人员和系统管理员来说，监控文件系统状态是一项核心技能。这包括获取挂载设备信息、检查和修复错误等。

获取挂载磁盘的信息

df命令（disk free的缩写）提供了存储设备的使用情况统计：

kali > df
Filesystem      1K-Blocks      Used Available Use% Mounted on
rootfs          19620732  17096196   1504788  92% /
udev               10240         0     10240   0% /dev
/dev/sdb1      29823024 29712544    110480  99% /media/USB3.0

输出显示了每个文件系统的总容量、已用空间和可用空间。例如，根文件系统使用了92%的空间，而USB驱动器几乎已满（99%）。

检查错误

fsck命令（file system check的缩写）用于检查和修复文件系统错误：

kali > fsck
fsck from util-linux 2.20.1
e2fsck 1.42.5 (29-Jul-2012)
/dev/sda1 is mounted
e2fsck: Cannot continue, aborting.

卸载设备进行文件系统检查

执行fsck前必须先卸载设备：

kali > umount /dev/sdb1
kali > fsck -p /dev/sdb1
fsck from util-linux 2.30.2
exfatfsck 1.2.7
Checking file system on /dev/sdb1.
File system version 1.0
Sector size 512 bytes
Cluster size 32 KB
Volume size 7648 MB
Used space 1265 MB
Available space 6383 MB
Totally 20 directories and 111 files.
File system checking finished. No errors found.