7.Linux 磁盘与文件系统管理

一、硬盘基础知识#

1. 常见设备命名规则#

设备类型	命名方式	示例
IDE/SATA 硬盘	`/dev/sd[a-z]`	`/dev/sda`, `/dev/sdb`
NVMe SSD	`/dev/nvme0n1`	`/dev/nvme0n1p1`
虚拟机/云盘	`/dev/vd[a-z]`（如 KVM）	`/dev/vda`

分区表示：

/dev/sda1 → 第一块硬盘的第一个主分区
/dev/sda2 → 第二个分区（可能是扩展或逻辑分区）

2. 查看当前磁盘信息#

1
lsblk            # 列出所有块设备（推荐）
2
fdisk -l         # 查看磁盘分区表详情
3
sudo parted -l   # 更现代的分区工具输出

示例输出：

1
NAME        MAJ:MIN RM  SIZE RO TYPE MOUNTPOINT
2
sda           8:0    0   50G  0 disk
3
├─sda1        8:1    0  1G   0 part /boot
4
└─sda2        8:2    0  49G  0 part /
5
sr0          11:0    1 1024M 0 rom

二、磁盘分区（MBR vs GPT）#

特性	MBR（主引导记录）	GPT（GUID 分区表）
最大支持磁盘大小	2TB	18EB（理论极大）
最多主分区数	4 个主分区（或 3 主 + 1 扩展）	128+
是否支持 UEFI	否	是
安全性	无备份	有分区表备份
推荐用途	旧系统、小磁盘	新系统、大容量硬盘

使用 `parted` 创建 GPT 分区（大于 2TB 必须用 GPT）#

1
sudo parted /dev/sdb
2
(parted) mklabel gpt
3
(parted) mkpart primary ext4 1MiB 100%
4
(parted) set 1 lvm on      # 若用于 LVM
5
(parted) print
6
(parted) quit

使用 `fdisk` 管理 MBR 分区（适用于小于 2TB 的磁盘）#

1
sudo fdisk /dev/sdb
2

3
# 常用命令：
4
m        # 显示帮助
5
n        # 新建分区
6
p        # 查看当前分区
7
d        # 删除分区
8
w        # 保存退出
9
q        # 不保存退出

三、文件系统类型（ext4, XFS, swap）#

格式化时需选择合适的文件系统：

文件系统	特点	适用场景
ext4	成熟稳定，兼容性好	通用服务器、中小型存储
XFS	高性能，大文件处理强	大型数据库、高 I/O 场景
swap	交换空间，作为内存补充	虚拟内存
btrfs	支持快照、压缩	实验性使用（生产慎用）

💡 查看内核支持的文件系统：
Terminal window
1
cat /proc/filesystems

四、格式化与挂载（mkfs, mount）#

1. 格式化分区#

⚠️ 警告：此操作会清除原有数据！

1
# 创建 ext4 文件系统
2
sudo mkfs.ext4 /dev/sdb1
3

4
# 创建 xfs 文件系统
5
sudo mkfs.xfs /dev/sdb1
6

7
# 强制格式化（跳过确认）
8
sudo mkfs.xfs -f /dev/sdb1

2. 临时挂载到目录#

1
# 创建挂载点
2
sudo mkdir /data
3

4
# 挂载
5
sudo mount /dev/sdb1 /data
6

7
# 查看是否成功
8
df -h /data

🔍 卸载：
Terminal window
1
sudo umount /data
✅ 注意：必须先退出挂载目录再卸载！

五、查看磁盘空间使用情况（df, du）#

`df`：查看文件系统整体使用情况#

1
df -h              # 人类可读格式（KB/MB/GB）
2
df -T              # 显示文件系统类型
3
df --total          # 统计总用量

常用组合：

1
df -h /home        # 查看 /home 分区使用率

`du`：查看目录或文件占用空间#

1
du -sh /var/log    # 总共大小（summary, human）
2
du -h --max-depth=1 /home  # 查看 home 下各用户占用
3
du -a /tmp | sort -hr | head -10  # 找出最大的 10 个文件

✅ 推荐排查磁盘满的方法：

1
df -h                # 找出哪个分区满了
2
du -sh /* 2>/dev/null | sort -rh   # 查找根下大目录

六、永久挂载（/etc/fstab）#

为了让系统重启后仍能自动挂载，需要编辑 /etc/fstab 文件。

编辑 fstab#

1
sudo vi /etc/fstab

添加一行（以 UUID 推荐）：

1
UUID=abcd1234-defg-5678...  /data  xfs  defaults  0 0

或使用设备名（不推荐，可能变化）：

1
/dev/sdb1  /data  xfs  defaults  0 0

字段说明（共6列）#

列	含义
1	设备标识（UUID 或设备路径）
2	挂载点
3	文件系统类型
4	挂载选项（defaults = rw,suid,dev,exec,auto,nouser,async）
5	是否备份（dump），通常为 0
6	开机检查顺序（root为1，其他为2，非文件系统设为0）

🔍 查看 UUID：
Terminal window
1
blkid /dev/sdb1
2
# 输出：UUID="abcd..." TYPE="xfs"

测试 fstab 正确性#

1
sudo mount -o remount /data     # 重新挂载测试
2
sudo mount -a                   # 尝试挂载所有未挂载条目（开机时也会这样执行）

七、交换空间管理（swap）#

Swap 是物理内存不足时使用的“虚拟内存”。

1. 查看当前 Swap 使用情况#

1
free -h
2
swapon --show
3
cat /proc/swaps

2. 添加 Swap 分区#

方法一：使用新分区#

1
# 格式化为 swap
2
sudo mkswap /dev/sdb2
3

4
# 启用 swap
5
sudo swapon /dev/sdb2
6

7
# 写入 fstab 实现开机启用
8
echo '/dev/sdb2 none swap defaults 0 0' | sudo tee -a /etc/fstab

方法二：使用 Swap 文件（更灵活）#

1
# 创建一个 2GB 的空文件
2
sudo fallocate -l 2G /swapfile
3

4
# 设置权限（安全起见）
5
sudo chmod 600 /swapfile
6

7
# 格式化为 swap
8
sudo mkswap /swapfile
9

10
# 启用
11
sudo swapon /swapfile
12

13
# 加入 fstab
14
echo '/swapfile none swap defaults 0 0' | sudo tee -a /etc/fstab

✅ 建议 swap 大小：

物理内存 ≤ 2GB → swap = 2×RAM

物理内存 > 2GB → swap = RAM size 或固定 4~8GB

八、逻辑卷管理 LVM（灵活扩容）#

LVM（Logical Volume Manager）允许你动态调整存储空间，是企业级环境中常用的高级磁盘管理方式。

LVM 核心概念#

概念	英文	说明
物理卷	PV (Physical Volume)	底层磁盘或分区
卷组	VG (Volume Group)	多个 PV 组合成的存储池
逻辑卷	LV (Logical Volume)	从 VG 中划分出的“虚拟磁盘”，可格式化挂载

操作流程（三步曲）#

1️⃣ 初始化 PV#

1
sudo pvcreate /dev/sdb1 /dev/sdc1

2️⃣ 创建 VG#

1
sudo vgcreate vg_data /dev/sdb1 /dev/sdc1

3️⃣ 创建 LV#

1
# 创建 10GB 的逻辑卷
2
sudo lvcreate -L 10G -n lv_web vg_data
3

4
# 格式化并挂载
5
sudo mkfs.xfs /dev/vg_data/lv_web
6
sudo mkdir /web
7
sudo mount /dev/vg_data/lv_web /web

动态扩容演示#

扩容 LV（无需卸载）#

1
# 增加 5GB
2
sudo lvextend -L +5G /dev/vg_data/lv_web
3

4
# 扩展文件系统（XFS 特殊语法）
5
sudo xfs_growfs /web
6

7
# 如果是 ext4，则使用：
8
# resize2fs /dev/vg_data/lv_web

扩容 VG（加入新磁盘）#

1
pvcreate /dev/sdd1
2
vgextend vg_data /dev/sdd1

✅ LVM 优势：

支持在线扩容

支持快照备份

磁盘资源整合，提升利用率

九、软RAID基础（mdadm）#

RAID 可提高磁盘性能或冗余性。Linux 提供 mdadm 工具实现软 RAID。

常见级别对比#

RAID	描述	空间利用率	安全性
RAID 0	条带化，速度最快	100%	❌ 任意一块坏即全损
RAID 1	镜像，两块盘完全复制	50%	✔️ 容忍一块损坏
RAID 5	分布奇偶校验，至少三块盘	(n-1)/n	✔️ 容忍一块损坏
RAID 10	先镜像再条带	50%	✔️ 可容忍多个故障（有条件）

创建 RAID 1 示例#

1
# 安装工具
2
sudo yum install mdadm
3

4
# 使用两个盘创建镜像
5
sudo mdadm --create --verbose /dev/md0 --level=1 --raid-devices=2 /dev/sdb /dev/sdc
6

7
# 格式化
8
sudo mkfs.xfs /dev/md0
9

10
# 挂载
11
sudo mkdir /raid1
12
sudo mount /dev/md0 /raid1
13

14
# 保存配置（防止重启失效）
15
sudo mdadm --detail --scan | sudo tee -a /etc/mdadm.conf

查看状态：

1
cat /proc/mdstat
2
sudo mdadm --detail /dev/md0

十、磁盘配额（Quota）管理#

限制用户或组对磁盘空间的使用，常用于多用户环境。

启用步骤#

1. 修改 `/etc/fstab` 启用 usrquota,grpquota#

1
/dev/sda2  /home  ext4  defaults,usrquota,grpquota  0 0

然后重新挂载：

1
sudo mount -o remount /home

2. 生成 quota 数据库#

1
sudo quotacheck -cug /home
2
# -c: 创建, -u: 用户配额, -g: 组配额

3. 启动配额#

1
sudo quotaon /home

4. 设置用户配额#

1
sudo edquota -u alice

进入编辑界面设置软硬限制（单位 KB）：

1
Disk quotas for user alice (uid 1001):
2
  Filesystem  blocks   soft   hard   inodes   soft   hard
3
  /dev/sda2   80000    100M   120M   0        0      0

表示：最多使用 100MB 软限，120MB 硬限（不可超）

5. 查看配额使用情况#

1
quota -u alice
2
repquota /home    # 查看所有用户配额汇总

📌 实用场景示例#

✅ 场景 1：新增一块硬盘并挂载为 /data（完整流程）#

1
# 1. 查看新硬盘
2
lsblk
3

4
# 2. 分区（假设为 /dev/sdb）
5
sudo fdisk /dev/sdb   # 创建 sdb1
6

7
# 3. 格式化
8
sudo mkfs.xfs /dev/sdb1
9

10
# 4. 创建挂载点
11
sudo mkdir /data
12

13
# 5. 临时挂载
14
sudo mount /dev/sdb1 /data
15

16
# 6. 获取 UUID
17
blkid /dev/sdb1
18

19
# 7. 写入 fstab
20
echo "UUID=xxx /data xfs defaults 0 0" | sudo tee -a /etc/fstab

✅ 场景 2：给 Web 目录动态扩容（LVM）#

1
# 当前 LV 不够用了
2
df -h /var/www
3

4
# 扩容 LV（假设有剩余空间）
5
sudo lvextend -L +5G /dev/vg0/lv_www
6
sudo xfs_growfs /var/www

✅ 场景 3：防止某个用户占满磁盘（Quota）#

1
# 启用 /home 配额机制
2
# （前提是已在 fstab 中添加 usrquota）
3
sudo quotacheck -cum /home
4
sudo quotaon /home
5

6
# 限制 bob 最多使用 500MB
7
sudo edquota -u bob
8
# 设置 hard limit = 512000 KB

✅ 场景 4：应急恢复 swap 空间不足#

1
# 临时增加 swap 文件
2
sudo fallocate -l 1G /tmp/swap.tmp
3
sudo chmod 600 /tmp/swap.tmp
4
sudo mkswap /tmp/swap.tmp
5
sudo swapon /tmp/swap.tmp
6

7
# 解决燃眉之急，后续应优化程序或加内存

📘 学习建议#

✅ 先在 VMware/VirtualBox 中练习
- 使用虚拟磁盘模拟新增、删除、挂载等操作。
🔒 养成查看日志的习惯
- dmesg | tail
- journalctl -xe
📊 掌握日常巡检命令
- df -h, du -sh *, lsblk, free -h
🔄 重要操作前做快照或备份
- 特别是分区、格式化、LVM 操作。
🤖 自动化脚本处理重复任务
- 如磁盘监控、自动报警。
📚 延伸阅读
- man lvm, man mdadm, man fstab
- 生产环境建议了解 SAN/NAS、iSCSI、Ceph 等网络存储技术

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