Linux 存储管理

存储与磁盘的基本概念
查看磁盘与分区：df / du / lsblk / fdisk / parted
格式化分区：mkfs 与 xfs/ext4 差异
文件系统维护：fsck、swap、blkid
分区挂载：mount / umount / /etc/fstab
逻辑卷 LVM：pv / vg / lv 与扩容缩容
软 RAID：mdadm 配置 RAID0/1/5（进阶）
总结与练习

一、存储与磁盘的基本概念

Linux 存储涉及几个层次，理解它们之间的关系很关键：

物理磁盘 → 分区 → 文件系统 → 挂载点（目录）
（sda）  （sda1）  （xfs/ext4）  （/data）

物理磁盘（Disk）：如 /dev/sda、/dev/nvme0n1，是实际的存储硬件。
分区（Partition）：把磁盘分成若干逻辑区域，如 /dev/sda1、/dev/sda2。
文件系统（Filesystem）：在分区上建立的格式化结构（xfs、ext4 等），决定如何存放数据。
挂载点（Mount point）：把文件系统关联到某个目录，之后通过该目录访问数据。

设备命名（Red Hat 系常见）：

设备	说明
/dev/sda、/dev/sdb	SATA/SCSI/USB 磁盘
/dev/nvme0n1、/dev/nvme0n2	NVMe 固态硬盘
/dev/vda	虚拟化磁盘（KVM 等）
/dev/mapper/*	LVM 逻辑卷（见第六章）
/dev/md*	软 RAID 设备（见第七章）

参考：Red Hat - 管理存储设备

二、查看磁盘与分区：df / du / lsblk / fdisk / parted

2.1 df —— 查看文件系统使用情况

df -h            # 人类可读方式显示所有已挂载文件系统
df -h /data      # 查看某个挂载点
df -i            # 查看 inode 使用情况
df -T            # 显示文件系统类型

df（disk free）查看已挂载文件系统的空间与使用率，适合快速看磁盘还够不够用。

2.2 du —— 查看目录/文件占用

du -sh /var      # 查看 /var 总占用（-s summary，-h 人类可读）
du -sh /var/*    # 查看 /var 下每个子目录占用
du -h --max-depth=1 /var   # 显示 1 层深度的各目录占用
du -sh * | sort -rh | head   # 按占用大小排序查看

du（disk usage）统计某个目录/文件实际占用的磁盘空间，适合定位"谁占满了磁盘"。

2.3 lsblk —— 以树形查看块设备

lsblk              # 树形列出所有块设备及挂载点
lsblk -f           # 显示文件系统类型、UUID、挂载点（推荐）
lsblk -o NAME,SIZE,TYPE,FSTYPE,MOUNTPOINT   # 自定义列

lsblk（list block devices）以树状展示磁盘、分区、LVM 等层次关系，直观好用，是首选查看工具。

2.4 fdisk —— 传统分区工具

sudo fdisk -l          # 列出所有磁盘及分区（只读查看）
sudo fdisk /dev/sdb    # 进入交互式分区管理

在 fdisk 交互界面中常用命令：p 打印分区表、n 新建分区、d 删除分区、w 保存并退出、q 不保存退出。

fdisk 主要支持 MBR 分区表（最多 4 个主分区，单分区 ≤ 2TB）。

2.5 parted —— 现代分区工具（支持 GPT）

sudo parted -l                # 列出所有磁盘分区
sudo parted /dev/sdb          # 进入交互式
sudo parted /dev/sdb print    # 打印分区表
sudo parted /dev/sdb mklabel gpt   # 创建 GPT 分区表
sudo parted /dev/sdb mkpart primary xfs 1MiB 10GiB   # 创建分区

parted 支持 GPT 分区表（支持 >2TB、更多分区），是现代大容量磁盘（≥2TB）的首选。

fdisk vs parted 一句话：小磁盘用 fdisk（MBR），大磁盘（≥2TB）或需更多分区用 parted（GPT）。

参考：man 1 df、man 1 du、man 8 lsblk、man 8 fdisk、man 8 parted、菜鸟教程 - Linux 磁盘管理

三、格式化分区：mkfs 与 xfs/ext4 差异

分区建立后，还需要**格式化（创建文件系统）**才能使用。mkfs（make filesystem）负责这一工作。

3.1 mkfs 基本用法

sudo mkfs.xfs /dev/sdb1         # 格式化为 xfs
sudo mkfs.ext4 /dev/sdb1        # 格式化为 ext4
sudo mkfs -t xfs /dev/sdb1      # 等价写法

注意：格式化会清空分区上所有数据，操作前务必确认设备号无误！

3.2 xfs 与 ext4 的差异

对比项	xfs	ext4
默认文件系统	RHEL/Rocky/CentOS 默认	Debian/Ubuntu 默认
最大文件大小	可达 8 EiB（极大）	最大 16 TiB
大文件/大目录性能	优秀，适合大文件	均衡
在线扩容（grow）	支持（xfs_growfs）	支持（resize2fs）
在线缩容（shrink）	不支持	支持（未挂载时）
元数据	高效，适合大文件系统	成熟稳定
检查工具	xfs_repair	fsck / e2fsck
适用场景	大容量、大数据、数据库日志	通用、较小分区、需缩容场景

一句话：Red Hat 系（Rocky 等）默认用 xfs，适合大文件和高性能；ext4 是更"传统通用"的选择，且支持缩容。

参考：man 8 mkfs.xfs、man 8 mkfs.ext4、Red Hat - 管理存储设备（含文件系统）

四、文件系统维护：fsck、swap、blkid

4.1 fsck —— 检查文件系统

sudo fsck /dev/sdb1        # 检查文件系统（ext 系列）
sudo fsck -y /dev/sdb1     # 自动修复（-y 全部 yes）
sudo xfs_repair /dev/sdb1  # 检查/修复 xfs（注意：需先卸载）

ext4 用 fsck/e2fsck；xfs 用 xfs_repair（不能用 fsck 直接修 xfs）。
**通常要求先卸载（umount）**该文件系统再检查，避免损坏。
系统在异常关机后，启动时会自动对文件系统做检查。

4.2 swap —— 交换分区/交换文件

swap（交换空间）：当内存不足时，系统把不常用的内存数据临时换到磁盘的 swap 空间，起"虚拟内存"作用。

# 查看 swap
swapon --show
free -h                # 查看内存和 swap

# 用交换分区：先格式化再启用
sudo mkswap /dev/sdb2           # 格式化为 swap
sudo swapon /dev/sdb2           # 启用 swap 分区

# 用交换文件（无需单独分区）：
sudo fallocate -l 2G /swapfile  # 创建 2G 交换文件
sudo chmod 600 /swapfile        # 权限改为仅 root
sudo mkswap /swapfile           # 格式化为 swap
sudo swapon /swapfile           # 启用交换文件

# 关闭某个 swap
sudo swapoff /dev/sdb2

要让 swap 开机自动启用，需写入 /etc/fstab（见第五章）。

4.3 blkid —— 查看 UUID 与文件系统类型

blkid                # 查看所有块设备的 UUID、类型、标签
blkid /dev/sdb1      # 查看指定设备
lsblk -f             # 也可用 lsblk -f 查看 UUID

UUID（Universally Unique Identifier）是每个文件系统的唯一标识，重启后不会变（设备名可能变，UUID 不变）。
用 UUID 挂载最可靠（见第五章），这就是为什么 blkid 重要。

参考：man 8 fsck、man 8 xfs_repair、man 8 mkswap、man 8 swapon、man 8 blkid

五、分区挂载：mount / umount / /etc/fstab

5.1 mount —— 挂载文件系统

把格式化好的分区关联到目录，才能访问其中的数据。

# 手动挂载
sudo mount /dev/sdb1 /mnt/data      # 把 sdb1 挂到 /mnt/data
sudo mount -t xfs /dev/sdb1 /mnt/data   # 显式指定文件系统类型
sudo mount UUID=xxxx /mnt/data       # 用 UUID 挂载
sudo mount -a                        # 按 /etc/fstab 挂载所有

# 查看当前挂载情况
mount
df -h
lsblk

# 卸载（先确保没有进程正在使用）
sudo umount /mnt/data
sudo umount /dev/sdb1     # 也可用设备名卸载

挂载点目录需先存在（mkdir -p /mnt/data）。卸载前若有进程占用会报"target is busy"，可用 lsof /mnt/data 或 fuser -m /mnt/data 查看占用进程。

5.2 /etc/fstab —— 开机自动挂载

手动挂载重启后会失效。要让文件系统开机自动挂载，需写入 /etc/fstab。

/etc/fstab 每行一个挂载项，共 6 个字段：

设备      挂载点    文件系统  选项    dump  pass
UUID=xxx  /mnt/data xfs      defaults 0     2

字段	含义	示例
① 设备	通常用 UUID（最可靠）	`UUID=xxxx`
② 挂载点	挂载到的目录	`/mnt/data`
③ 文件系统类型	xfs、ext4、swap 等	`xfs`
④ 选项	defaults、noatime 等	`defaults`
⑤ dump	是否备份（0=不备份）	`0`
⑥ pass	开机检查顺序（0=不检查，1=根分区，2=其他）	`2`

典型 fstab 行示例：

# <设备>            <挂载点>  <类型>  <选项>     <dump> <pass>
UUID=xxxx-xxxx     /         xfs     defaults    0      1
UUID=yyyy-yyyy     /boot     xfs     defaults    0      2
UUID=zzzz-zzzz     /mnt/data xfs     defaults    0      2
/swapfile          none      swap    sw          0      0

为什么用 UUID：

设备名（/dev/sdb）在插入其他磁盘或重启后可能改变。
UUID 是文件系统的唯一且固定的标识，用 UUID 挂载更稳定可靠。
获取 UUID：blkid 或 lsblk -f。

# 添加自动挂载的步骤
sudo mkdir -p /mnt/data
sudo blkid /dev/sdb1           # 拿到 UUID
sudo vim /etc/fstab            # 添加一行 UUID=... /mnt/data xfs defaults 0 2
sudo mount -a                  # 测试挂载（验证 fstab 是否正确）
df -h                          # 确认已挂载

验证建议：编辑 fstab 后先执行 sudo mount -a 测试，若报错立即修正，否则可能导致开机无法进入系统。

参考：man 8 mount、man 5 fstab、菜鸟教程 - Linux 挂载

六、逻辑卷 LVM：pv / vg / lv 与扩容缩容

6.1 LVM 是什么

LVM（Logical Volume Manager，逻辑卷管理器） 把多个物理磁盘/分区组合成"存储池"，再灵活切分出逻辑卷。相比传统分区，最大的优势是支持动态扩容/缩容。

物理卷 PV  →  卷组 VG  →  逻辑卷 LV  →  挂载
(/dev/sdb1)   (vg_data)   (/dev/mapper/vg_data-lv_data)  (/data)

三层概念：

层次	名称	说明	查看命令
物理卷 PV	Physical Volume	磁盘/分区，LVM 的基础	`pvs` / `pvdisplay`
卷组 VG	Volume Group	多个 PV 组成一个"池"	`vgs` / `vgdisplay`
逻辑卷 LV	Logical Volume	从 VG 中切出的可挂载卷	`lvs` / `lvdisplay`

Red Hat 系安装时默认就使用 LVM（根分区 / 就在逻辑卷上）。

6.2 创建 LVM 的基本流程

# 1. 把磁盘分区（或直接用整块磁盘）创建为物理卷 PV
sudo pvcreate /dev/sdb1 /dev/sdc1

# 2. 创建卷组 VG
sudo vgcreate vg_data /dev/sdb1 /dev/sdc1

# 3. 创建逻辑卷 LV
sudo lvcreate -L 10G -n lv_data vg_data      # 10G 的逻辑卷
sudo lvcreate -l 100%FREE -n lv_data vg_data # 用尽剩余空间

# 4. 格式化并挂载
sudo mkfs.xfs /dev/mapper/vg_data-lv_data
sudo mkdir -p /data
sudo mount /dev/mapper/vg_data-lv_data /data

# 查看
pvs; vgs; lvs; lsblk

逻辑卷设备路径常为 /dev/mapper/卷组名-逻辑卷名（如 /dev/mapper/vg_data-lv_data），也常有一个符号链接 /dev/vg_data/lv_data。

6.3 LVM 扩容

扩容 = 先扩大逻辑卷（lvextend），再扩大文件系统。

# 第一步：扩大逻辑卷 LV
sudo lvextend -L +5G /dev/mapper/vg_data-lv_data    # 增加 5G
sudo lvextend -L 20G /dev/mapper/vg_data-lv_data    # 扩大到 20G
sudo lvextend -l +100%FREE /dev/mapper/vg_data-lv_data  # 用尽 VG 剩余

# 第二步：扩大文件系统（两种，取决于文件系统类型）
# xfs 用 xfs_growfs（在线扩容，无需卸载）
sudo xfs_growfs /data

# ext4 用 resize2fs
sudo resize2fs /dev/mapper/vg_data-lv_data

# 确认
df -h /data
lvs

关键：xfs 与 ext4 扩容命令不同：

xfs → xfs_growfs 挂载点（可在线）。
ext4 → resize2fs 设备。

前提：VG 中要有剩余空间（vgs 查看 VFree）。若 VG 空间不足，需先 pvcreate + vgextend 把新磁盘加入卷组。

6.4 LVM 缩容

缩容风险较高，务必谨慎、先备份。且xfs 不支持缩容，只有 ext4（未挂载时）可以。

# 缩容流程（仅 ext4，且需先卸载）
sudo umount /data

# 1. 先缩小文件系统（必须先于逻辑卷）
sudo e2fsck -f /dev/mapper/vg_data-lv_data   # 先检查
sudo resize2fs /dev/mapper/vg_data-lv_data 5G   # 把文件系统缩到 5G

# 2. 再缩小逻辑卷 LV
sudo lvreduce -L 5G /dev/mapper/vg_data-lv_data

# 3. 重新挂载
sudo mount /dev/mapper/vg_data-lv_data /data

缩容要点：

顺序不能反：必须先缩小文件系统，再缩小逻辑卷；顺序反了会损坏数据。
xfs 不能缩容，只能扩；要缩容就用 ext4 或规划好大小。
缩容前务必备份。

6.5 常用 LVM 管理命令速查

层次	创建	查看	扩展	删除
PV	`pvcreate`	`pvs`	`pvresize`	`pvremove`
VG	`vgcreate`	`vgs`	`vgextend`	`vgremove`
LV	`lvcreate`	`lvs`	`lvextend`	`lvremove`

参考：man 8 lvm、man 8 lvextend、man 8 lvreduce、man 8 xfs_growfs、man 8 resize2fs、Red Hat - 管理存储设备（含 LVM）

七、软 RAID：mdadm 配置 RAID0/1/5（进阶）

7.1 RAID 与软 RAID 是什么

RAID（Redundant Array of Independent Disks，独立磁盘冗余阵列）把多块磁盘组合成一个阵列，提高性能或可靠性。

硬 RAID：由独立 RAID 卡实现，性能好，但需额外硬件。
软 RAID：由操作系统（内核的 md 模块）实现，用 mdadm 工具管理，无需专用硬件，成本低，适合学习和小规模场景。

7.2 常见 RAID 级别

RAID 级别	最少磁盘	数据可靠性	容量利用率	特点
RAID 0	2	无冗余	100%	条带化，性能最高，但一块坏全坏
RAID 1	2	高（镜像）	50%	镜像备份，容错，写入慢一点
RAID 5	3	较高	(n-1)/n	分布式奇偶校验，允许坏一块
RAID 10	4	高	50%	先镜像后条带，性能+容错

生产环境常用 RAID 1（重要数据）和 RAID 10（数据库等高性能+容错）；RAID 5 在大盘重建时风险较高。

7.3 mdadm 创建 RAID

sudo dnf install -y mdadm    # 安装 mdadm

# 创建 RAID 1（用两块盘 /dev/sdb /dev/sdc）
sudo mdadm --create /dev/md0 --level=1 --raid-devices=2 /dev/sdb /dev/sdc

# 创建 RAID 0
sudo mdadm --create /dev/md0 --level=0 --raid-devices=2 /dev/sdb /dev/sdc

# 创建 RAID 5（需至少 3 块盘）
sudo mdadm --create /dev/md0 --level=5 --raid-devices=3 /dev/sdb /dev/sdc /dev/sdd

参数说明：--create 创建，--level 级别，--raid-devices=N 磁盘数量，/dev/md0 阵列设备名。

创建后格式化并挂载：

sudo mkfs.xfs /dev/md0
sudo mkdir -p /raid
sudo mount /dev/md0 /raid

7.4 查看与管理 RAID

cat /proc/mdstat       # 查看 RAID 状态
sudo mdadm --detail /dev/md0   # 详细查看阵列信息
sudo mdadm --detail --scan     # 扫描系统已有阵列

# 模拟磁盘故障并移除（RAID 1/5 的容错演示）
sudo mdadm /dev/md0 --fail /dev/sdb
sudo mdadm /dev/md0 --remove /dev/sdb

# 添加新盘重建
sudo mdadm /dev/md0 --add /dev/sde

7.5 开机自动组装 RAID

# 把阵列配置写入 /etc/mdadm.conf，否则重启后阵列可能不自动出现
sudo mdadm --detail --scan | sudo tee -a /etc/mdadm.conf
sudo dracut --force     # 重新生成 initramfs（Red Hat 系）

说明：RAID 阵列的 UUID 记录在 /etc/mdadm.conf，开机时由 mdmonitor 等服务自动组装。

参考：man 8 mdadm、Red Hat - 管理存储设备（含 RAID）、DigitalOcean - 用 mdadm 创建 RAID

八、总结与练习

8.1 核心速查

需求	命令
查看磁盘/挂载	`df -h`、`lsblk -f`
查看目录占用	`du -sh 目录`
查看/分区	`fdisk -l`、`parted -l`
格式化 xfs / ext4	`mkfs.xfs` / `mkfs.ext4`
检查文件系统	`fsck`（ext4）/ `xfs_repair`（xfs）
查看 UUID	`blkid`、`lsblk -f`
挂载 / 卸载	`mount` / `umount`
开机自动挂载	编辑 `/etc/fstab`
查看 swap	`free -h`、`swapon --show`
创建/扩展 PV/VG/LV	`pvcreate`、`vgcreate`、`lvcreate`
LV 扩容	`lvextend` + `xfs_growfs`/`resize2fs`
创建 RAID	`mdadm --create`
查看 RAID	`cat /proc/mdstat`

8.2 动手练习建议（虚拟机）

# 1. 查看当前存储
lsblk -f; df -h

# 2. 练习创建分区 + 格式化 + 挂载（虚拟机的空闲磁盘 /dev/sdb）
sudo fdisk /dev/sdb          # 创建一个分区 sdb1
sudo mkfs.xfs /dev/sdb1
sudo mkdir -p /mnt/data
sudo mount /dev/sdb1 /mnt/data
df -h /mnt/data

# 3. 添加自动挂载（用 UUID）
sudo blkid /dev/sdb1
sudo vim /etc/fstab          # 加一行 UUID=... /mnt/data xfs defaults 0 2
sudo mount -a; df -h

# 4. LVM 扩容练习
sudo pvcreate /dev/sdc1; sudo vgextend vg_data /dev/sdc1
sudo lvextend -L +2G /dev/mapper/vg_data-lv_data
sudo xfs_growfs /mnt/data
df -h /mnt/data

# 5. 软 RAID 练习（3 块小盘）
sudo dnf install -y mdadm
sudo mdadm --create /dev/md0 --level=5 --raid-devices=3 /dev/sdb /dev/sdc /dev/sdd
cat /proc/mdstat

安全提醒：磁盘/分区/LVM/RAID 操作风险高、易损坏数据，务必在虚拟机或测试机上练习，并先备份重要数据。设备号（/dev/sdb 等）因机器而异，操作前务必用 lsblk 确认。

参考资料

Red Hat 官方文档 - 管理存储设备：https://docs.redhat.com/en/documentation/red_hat_enterprise_linux/9/html/managing_storage_devices/
man 手册：man 1 df、man 1 du、man 8 lsblk、man 8 fdisk、man 8 parted、man 8 mkfs.xfs、man 8 mkfs.ext4、man 8 fsck、man 8 xfs_repair、man 8 blkid、man 8 mount、man 5 fstab、man 8 lvm、man 8 lvextend、man 8 lvreduce、man 8 xfs_growfs、man 8 resize2fs、man 8 mdadm
Rocky Linux 官方文档 - 文件系统：https://docs.rockylinux.org/books/admin_guide/07-file-systems/
菜鸟教程 - Linux 磁盘管理：https://www.runoob.com/linux/linux-filesystem.html
DigitalOcean - 用 mdadm 创建 RAID：https://www.digitalocean.com/community/tutorials/how-to-create-raid-arrays-with-mdadm-on-ubuntu