Linux基础-磁盘管理与文件系统

一、磁盘识别与分区规划

1. 磁盘设备识别
   当新磁盘接入系统时，Linux通过udev事件机制自动识别设备，常用路径为/dev/sda、/dev/sdb或/dev/nvme0n1（取决于接口类型）。
   查看磁盘设备：

bash
lsblk # 显示块设备树状结构
ls -l /dev/sd* # 查看设备权限与类型
2. 分区表类型选择
​MBR（Master Boot Record）​：
最大支持2TB磁盘，最多4个主分区。
工具：fdisk（适用于MBR）。
​GPT（GUID Partition Table）​：
支持超过128个分区，无容量限制（推荐现代系统使用）。
工具：gdisk或parted。
3. 分区操作示例（以GPT为例）
bash
parted /dev/sdb mklabel gpt # 创建GPT分区表
parted /dev/sdb mkpart primary 0% 100% # 全盘分区

二、文件系统类型与格式化

1. 常见文件系统特性对比
   文件系统 特性 适用场景 来源
   ​ext4 稳定可靠，支持在线扩容，适合通用存储 系统根分区、日志文件
   ​XFS 高性能，适合大文件（如视频、数据库），支持日志 大数据存储、高性能服务器
   ​Btrfs 支持快照、数据校验、压缩，适合企业级存储 数据保护、虚拟化环境
   ​ZFS 企业级功能（如快照、重复数据删除），需额外配置 高可用性存储池
   ​Swap 虚拟内存分区，用于内存不足时临时存储 内存扩展、容器临时存储
2. 格式化操作
   bash
   mkfs.ext4 /dev/sdb1 # 格式化为ext4
   mkfs.xfs /dev/sdb1 # 格式化为XFS（适合大文件）
   mkswap /dev/sdb2 # 创建交换分区
   swapon /dev/sdb2 # 启用交换分区

三、挂载与自动挂载配置

1. 临时挂载
   bash
   mkdir -p /mnt/data # 创建挂载点
   mount /dev/sdb1 /mnt/data # 挂载设备到目录

2. 永久挂载（编辑/etc/fstab）
   bash
   UUID=1234-5678-90ab-cdef /mnt/data ext4 defaults,noatime 0 2
   推荐使用UUID或标签，避免设备名变化导致的问题。

3. 挂载选项说明
   noatime：不更新文件访问时间，提升性能。
   nodiratime：不更新目录访问时间。
   data=writeback：ext4日志模式，平衡性能与安全性。

四、日常运维与高级技术

1. 磁盘监控与诊断
   ​查看磁盘使用：
   bash
   df -h # 挂载点磁盘使用情况
   du -sh /path/to/dir # 目录大小统计
   ​文件系统检查：
   bash
   e2fsck -f /dev/sdb1 # ext4检查（需卸载）
   xfs_repair /dev/sdb1 # XFS修复
   ​IO性能分析：
   bash
   iostat -x 1 # 实时IO统计
   iotop # 进程级IO监控
2. LVM（逻辑卷管理）
   核心概念：

​PV（Physical Volume）​：物理磁盘或分区。
​VG（Volume Group）​：存储池，整合多个PV。
​LV（Logical Volume）​：动态划分的逻辑存储空间。
操作示例：

bash
pvcreate /dev/sdb1 # 创建物理卷
vgcreate data_vg /dev/sdb1 # 创建卷组
lvcreate -n data_lv -L 100G data_vg # 创建逻辑卷
mkfs.ext4 /dev/data_vg/data_lv # 格式化并挂载
3. RAID配置（软RAID）
bash
mdadm --create /dev/md0 --level=1 --raid-devices=2 /dev/sdb1 /dev/sdc1 # 创建RAID 1
mkfs.ext4 /dev/md0 # 格式化并挂载
4. 文件系统快照
​LVM快照：
bash
lvcreate -s -n data_snap -L 10G /dev/data_vg/data_lv # 创建快照
​Btrfs/ZFS快照：
bash
btrfs subvolume snapshot /src /dst # Btrfs子卷快照
zfs snapshot rpool/data@backup # ZFS快照

五、磁盘配额与性能优化

1. 磁盘配额管理
   bash
   mount -o remount,usrquota,grpquota /mnt/data # 启用配额
   quotacheck -cugm /mnt/data # 检查配额文件
   edquota -u username # 设置用户配额
2. 性能优化策略
   ​调整IO调度器：
   bash
   echo deadline > /sys/block/sdb/queue/scheduler # 适用于SSD
   ​优化预读大小：
   bash
   blockdev --setra 8192 /dev/sdb # 提高顺序读性能
   ​挂载选项优化：
   bash
   mount -o noatime,nodiratime /mnt/data # 减少时间戳更新开销

六、文件系统特性对比（深度解析）

特性 ext4 XFS Btrfs/ZFS FAT32/vfat F2FS
​最大文件大小 16 TiB 8 EiB 16 EiB 4 GB 16 TiB
​压缩支持 否 否 是 否 是
​快照功能 否 否 是 否 否
​适用存储介质 HDD/SSD HDD/SSD SSD/NAND 所有 NAND
​典型场景 通用存储 大文件存储 数据保护 跨平台兼容 闪存设备