Linux小课堂: 系统硬件资源管理与设备操作指南

硬件资源查看命令

1 ） 用户与系统状态监控

• w命令
  • 查看当前登录用户及来源主机（FROM字段显示远端主机IP）
  • 在桥接网络模式下，虚拟机可分配独立IP
  • 示例输出：

    USER     TTY      FROM             LOGIN@   IDLE   JCPU   PCPU WHAT 
    root     pts/0    192.168.0.101   10:30    1:00   0.05s  0.01s -bash
    

  • 示例：服务器192.168.0.106的登录用户root，来源IP192.168.0.101（客户端主机地址）
• top命令：动态显示进程资源占用，关键字段包括：
  • CPU%：CPU实时使用百分比
  • MEM：内存总量（如1G）
    • total：总内存（如1GB）
    • free：可用内存
    • used：已用内存
    • buff/cache：缓冲区与缓存占用
  • 内存计算：used = total - free - buffers - cache
  • FREE/USED：可用/已用内存
  • BUFFER/CACHE：内核缓冲区与页缓存
  • SWAP：磁盘空间虚拟化的应急内存，物理内存不足时启用

2 ）存储空间分析

• du -h：查看目录大小（如/root目录76MB）
• df命令：
  • df：默认以KB为单位显示文件系统磁盘空间
  • df -h（推荐）：人性化显示单位（GB/MB）

     $ df -h 
     Filesystem      Size  Used Avail Use% Mounted on
     /dev/sda1       8.0G  2.1G  6.0G  26% /
    

• 关键字段：
  • Filesystem：设备路径（如/dev/sda1）
  • Size/Used/Avail：总容量/已用/可用空间
  • Use%：使用百分比（如26%）
  • Mounted on：挂载点（如根分区/）
• df 从文件系统元数据读取，du 计算文件实际物理块占用

3 ）内存专用工具

• free：静态输出内存信息（数据来源/proc/meminfo），参数：

  • free -m：以MB为单位（如总内存990MB）
  • free -g：以GB为单位（小数自动舍入）

  $ free -m 
               total  used  free  shared  buff/cache  available
  Mem:           990   287   102       8          600         701 
  Swap:         1023    15  1008 
  

  数据来源：直接读取/proc/meminfo虚拟文件

字段解析：

• total：物理内存总量

• shared：tmpfs临时文件系统占用

• buff/cache：缓冲区 buffer +页缓存总和 page cache

• available：实际可用内存（含可释放缓存）

• 参数说明：

  • -b/-k/-m/-g：指定字节/KB/MB/GB单位

4 ）系统与硬件信息

• uname -a：输出内核版本（如3.10.0-957.el7.x86_64）
  • 输出示例：Linux localhost 3.10.0-957.el7.x86_64 x86_64 GNU/Linux
• cat /proc/cpuinfo：查看CPU型号、核心数、频率（如Intel Core i5 @2.9GHz）
  • /proc虚拟文件系统
  • processor：逻辑处理器编号
  • model name：型号（如Intel Core i5）
  • cpu MHz：主频（如2.9GHz）
• 内存详情：cat /proc/meminfo（与free命令同源）
• hostname：显示主机名（如localhost.localdomain），信息存储于 /etc/hosts。

磁盘分区与文件系统

1 ）磁盘分区查看

$ fdisk -l /dev/sda 
Device     Boot Start   End Sectors Size Type 
/dev/sda1  *     2048 2099199 2097152   1G Linux filesystem 
/dev/sda2      2099200 8388607 6289408   3G Linux LVM 

2 ）分区核心概念

硬盘物理空间 → 分区划分（主/扩展/逻辑） → 格式化文件系统 → 挂载使用 

分区类型	特性说明	编号规则	限制
主分区 （Primary）	直接存储数据，上限4个(MBR) 或128+（GPT模式）	1-4	MBR 最多 4 个
扩展分区 （Extended）	容器分区，指针容器，不可直接存数据	1-4	每个硬盘仅 1 个
逻辑分区 （Logical）	在扩展分区内创建，数量无限制	从5开始	无数量限制（GPT 模式）

3 ）文件系统对比

类型	Windows	Linux	特性
传统	FAT32	EXT2	非日志型，恢复困难
日志型	NTFS	EXT4/XFS	断电快速恢复，CentOS 7默认XFS
最大容量	16EB	XFS(18EB)	1EB = 1,152,921,504,606,846,976字节

说明

系统	适用场景	最大容量	日志功能
EXT4	Linux 默认	1 EB	支持
XFS	CentOS 7+ 默认	18 EB	高性能恢复
NTFS	Windows 系统	16 EB（理论）	支持
Swap	虚拟内存交换分区	无独立文件系统	无

4 ） 硬盘类型对比

类型	原理	优势	劣势
HDD	磁碟片+机械磁头读写	容量大、成本低	速度慢、噪音大、怕震动
SSD	NAND闪存芯片	速度快、抗震性强	价格高、寿命有限

还有一种：SSHD（混合硬盘）：HDD与SSD结合体

5 ) 设备命名规则

• 设备路径：/dev/[sdX][Y]

  • X：磁盘序号（a=第一块, b=第二块）
  • Y：分区编号（1=主分区, 5=逻辑分区）

• 设备类型标识：

  • 字符设备（c）：键盘、串口（如 /dev/tty1）
  • 块设备（b）：硬盘、U盘（如 /dev/sda）

示例：

• /dev/sda：第一块SATA/SCSI硬盘
• /dev/sdb2：第二块硬盘的第二个主分区

分区逻辑：

• MBR模式：最多4个主分区（需扩展分区容纳逻辑分区）
• GPT模式：支持128+主分区，无扩展分区需求
• 示例：单硬盘安装Windows+Linux时，需划分独立分区

设备挂载与卸载

1 ) 永久挂载配置

编辑/etc/fstab文件，按格式添加设备：

设备路径/UID   挂载点   文件系统  权限选项  备份标记  自检顺序 
/dev/sdb1      /data    xfs       defaults   0         0 
UUID=xxxx...  /swap    swap      defaults   0         0 

字段顺序：设备文件 → 挂载点 → 文件系统类型 → 权限选项 → 备份 → 自检

2 ) 命令操作

• 挂载：mount /dev/sdb1 /mnt/newdisk 前面是设备，后面是目录

• 卸载：umount /mnt/newdisk 或 umount /dev/sdb1 这里卸载设备或目录均可

• 交换分区：

  mkswap /dev/sdb2    # 格式化swap分区 
  swapon /dev/sdb2    # 启用swap 
  

硬盘添加与分区实战

1 ) 虚拟机添加硬盘

1. 关闭系统：poweroff
2. VirtualBox：设置 → 存储 → 添加新硬盘（动态分配）
3. 启动系统：识别新设备（如/dev/sdb）

2 ) 分区与格式化

fdisk /dev/sdb      # 进入交互工具 
n → p → 1 → [Enter] # 创建主分区 
+2G                 # 分配2GB空间 
w                   # 保存退出 
partprobe           # 更新分区表 
mkfs.xfs /dev/sdb1  # 格式化为XFS 

3 ) 交换分区扩展

fdisk /dev/sdb 
n → p → 2 → [Enter] → +3G  # 创建3GB分区 
t → 2 → 82                 # 类型改为swap 
mkswap /dev/sdb2           # 创建交换分区
swapon /dev/sdb2           # 启用交换分区 
free -m                    # 验证swap扩容 

4 ）使用dd备份分区

dd if=/dev/sda1 of=/backup.img bs=4M  # 备份sda1至镜像文件 

创建稀疏文件

dd if=/dev/zero of=sparsefile bs=1M seek=1024 count=0  # 创建1GB空洞文件 

关键参数：bs（块大小）、count（块数）、seek（跳过快数）

NestJS监控磁盘空间示例

1 ）方案1

获取磁盘信息

import { exec } from 'child_process';
import { Injectable } from '@nestjs/common';
 
@Injectable()
export class DiskService {
  async getDiskUsage(): Promise<string> {
    return new Promise((resolve, reject) => {
      exec('df -h', (error, stdout) => {
        if (error) reject(`Error: ${error.message}`);
        resolve(stdout);
      });
    });
  }
}

代码说明：

• 通过child_process执行df -h命令
• 封装为NestJS服务供控制器调用
• 返回格式化的磁盘使用数据

实现Linux进程监控API

import { Controller, Get } from '@nestjs/common';  
import { execSync } from 'child_process';  

@Controller('process')  
export class ProcessController {  
  @Get('stats')  
  getProcessStats(): string {  
    // 使用Linux命令获取进程资源占用  
    const cpuUsage = execSync("top -bn1 | grep 'Cpu(s)' | awk '{print $2}'").toString();  
    const memoryUsage = execSync("free -m | grep 'Mem' | awk '{print $3}'").toString();  
    return `CPU占用: ${cpuUsage}%, 内存使用: ${memoryUsage}MB`;  
  }  
}  

代码说明：通过execSync调用Shell命令，封装为RESTful API供前端监控系统调用

2 ）方案2

磁盘挂载与卸载

// NestJS挂载逻辑示例 (src/storage/mount.service.ts)
import { execSync } from 'child_process';
 
export class MountService {
  static mountDevice(device: string, mountPoint: string): void {
    try {
      execSync(`mkdir -p ${mountPoint}`);
      execSync(`mount ${device} ${mountPoint}`);
      console.log(`[SUCCESS] ${device} mounted to ${mountPoint}`);
    } catch (error) {
      throw new Error(`Mount failed: ${error.stderr.toString()}`);
    }
  }
 
  static unmount(mountPoint: string): void {
    try {
      execSync(`umount ${mountPoint}`);
      console.log(`[SUCCESS] ${mountPoint} unmounted`);
    } catch (error) {
      throw new Error(`Unmount failed: ${error.stderr.toString()}`);
    }
  }
}
 
// 调用示例 
MountService.mountDevice('/dev/sdb1', '/mnt/newdisk');

交换分区管理

// 交换分区操作服务 (src/storage/swap.service.ts)
export class SwapService {
  static activateSwap(device: string): void {
    try {
      execSync(`mkswap ${device}`);
      execSync(`swapon ${device}`);
      console.log(`[SUCCESS] Swap activated: ${device}`);
    } catch (error) {
      throw new Error(`Swap activation failed: ${error.stderr.toString()}`);
    }
  }
 
  static persistSwapInFstab(device: string): void {
    const fstabEntry = `${device} swap swap defaults 0 0`;
    try {
      execSync(`echo '${fstabEntry}' >> /etc/fstab`);
      console.log(`[SUCCESS] Added to /etc/fstab: ${device}`);
    } catch (error) {
      throw new Error(`fstab update failed: ${error.stderr.toString()}`);
    }
  }
}

分区信息获取接口

// 分区信息API接口 (src/storage/storage.controller.ts)
import { Controller, Get } from '@nestjs/common';
import { readFileSync } from 'fs';
 
@Controller('storage')
export class StorageController {
  @Get('partitions')
  getPartitions() {
    const data = readFileSync('/proc/partitions', 'utf8');
    return data 
      .split('\n')
      .slice(2)
      .map(line => {
        const [major, minor, blocks, name] = line.trim().split(/\s+/);
        return { major, minor, blocks, name };
      });
  }
}

3 ) 方案3

自动化脚本示例（磁盘监控）：

import { execSync } from 'child_process';
import { Controller, Get } from '@nestjs/common';

@Controller('disk')
export class DiskController {
  @Get('usage')
  getDiskUsage() {
    const output = execSync('df -h').toString();
    return { status: 'success', data: output };
  }

  @Get('add-partition')
  addPartition() {
    // 模拟分区操作（实际需sudo权限）
    execSync('echo "n\np\n1\n\n+2G\nw" | fdisk /dev/sdb');
    execSync('mkfs.xfs /dev/sdb1');
    execSync('mkdir -p /newfs && mount /dev/sdb1 /newfs');
    return { status: 'partition_created' };
  }
}

4 ) 方案4

import { Controller, Get } from '@nestjs/common';
import { execSync } from 'child_process';

@Controller('system')
export class SystemController {
  @Get('memory')
  getMemoryInfo() {
    const output = execSync('free -m').toString();
    return { memory: this.parseFreeOutput(output) };
  }

  private parseFreeOutput(output: string) {
    const lines = output.trim().split('\n');
    const memLine = lines[1].split(/\s+/).filter(Boolean);
    return {
      total: parseInt(memLine[1]),
      used: parseInt(memLine[2]),
      free: parseInt(memLine[3]),
      swap: parseInt(lines[2].split(/\s+/)[2])
    };
  }

  @Get('disks')
  getDiskInfo() {
    const output = execSync('df -h').toString();
    const lines = output.trim().split('\n').slice(1);
    return lines.map(line => {
      const [filesystem, size, used, avail, usePct, mountedOn] = line.split(/\s+/);
      return { filesystem, size, used, avail, usePct, mountedOn };
    });
  }
}

功能说明：

• /system/memory：返回内存和 Swap 使用统计（MB）
• /system/disks：返回挂载点磁盘空间信息（人类可读格式）

5 ) 方案5

import { Controller, Get } from '@nestjs/common';
import { execSync } from 'child_process';
import { readFileSync } from 'fs';
 
@Controller('disk')
export class DiskController {
 
  @Get('usage')
  getDiskUsage() {
    // 调用df命令获取磁盘数据
    const dfOutput = execSync('df -h').toString();
    return { data: dfOutput };
  }
 
  @Get('memory')
  getMemoryInfo() {
    // 直接读取/proc/meminfo
    const memInfo = readFileSync('/proc/meminfo', 'utf-8');
    const totalMem = memInfo.match(/MemTotal:\s+(\d+)/)?.[1];
    return { totalMemoryKB: parseInt(totalMem) };
  }
 
  @Get('block-devices')
  listBlockDevices() {
    // 解析lsblk输出 
    const devices = execSync('lsblk -J').toString();
    return JSON.parse(devices);
  }
}

代码说明：

使用execSync执行df/lsblk命令获取结构化数据
直接读取/proc/meminfo避免依赖外部工具
lsblk -J输出JSON格式便于程序解析

要点总结

1. 资源查看：w/top实时监控，free/df专注内存磁盘，/proc目录提供原始数据
2. 设备命名：sdX为磁盘，sdXY为分区，内核按检测顺序分配字母
3. 分区逻辑：主分区直接存储，逻辑分区依赖扩展分区突破4分区限制
4. 性能对比：SSD随机读写快，HDD顺序访问优，XFS适合大容量存储
5. 挂载铁律：设备必须格式化→挂载点需为空目录→配置/etc/fstab实现永久生效

关键运维结论

1. 硬件设备分类

   • 字符设备（/dev/tty*）：以字节流传输（键盘、串口），属性标识 c。
   • 块设备（/dev/sd*）：以固定块存取（硬盘），属性标识 b。

2. 设备命名规则：

   • sd*：SCSI/SATA/USB设备（如sda第一硬盘，sdb1第二硬盘第一分区）
   • hd*：遗留IDE设备（逐步淘汰）

3. 性能优先原则：

   • SSD替换HDD：消除机械寻道延迟，IOPS提升10-100倍
   • XFS作为默认文件系统：支持18EB存储与快速故障恢复

4. 内存优化策略：

   • Swap分区大小 = 物理内存×1.5（如16GB内存配24GB Swap）
   • 通过/proc/sys/vm/swappiness调整交换倾向（0-100值越低越少用Swap）

所有操作涉及磁盘分区时，必须提前备份数据
fdisk、mkfs等命令直接操作物理存储，误操作可能导致数据不可逆丢失

本文全面梳理了 Linux 硬件资源监控（CPU、内存、磁盘）、设备管理（分区、文件系统、挂载）及高级操作（dd 备份、Swap 配置）