Linux 磁盘管理

Linux 磁盘管理笔记（基于 CentOS Stream 9）

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一、磁盘管理概述

磁盘管理是操作系统对存储设备（如 HDD、SSD、RAID）进行分区、格式化、挂载、卷管理等操作的过程，目的是让数据能被正常访问和存储。

在 CentOS Stream 9 中，磁盘管理主要包括：

• 磁盘分区（MBR / GPT）
• 文件系统管理（Ext4 / XFS / Btrfs）
• 挂载与卸载（mount / umount / /etc/fstab）
• 逻辑卷管理（LVM）
• RAID 阵列管理（软/硬 RAID）

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二、磁盘结构与接口

2.1 硬盘逻辑结构

• 最小存储单位：扇区（Sector），默认大小为 512 Byte
• 硬盘容量计算公式：
  磁头数 × 柱面数 × 扇区数 × 每扇区字节数

2.2 常见磁盘接口

接口	特点	速率（理论最大）	用途
SATA	消费级主流，兼容性强，支持热插拔	6.0 Gbps (600 MB/s)	HDD / SATA SSD
SAS	企业级，高可靠，双端口	12.0 Gbps	服务器/数据中心
NVMe	专为 SSD 设计，走 PCIe 通道	PCIe 5.0 x4: 128 Gbps (~16 GB/s)	高性能 NVMe SSD
IDE (PATA)	已淘汰	≤133 MB/s	老式设备

✅ 推荐：新系统优先使用 NVMe + GPT + XFS/Ext4

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三、文件系统

3.1 文件系统组成

• 超级块（Superblock）：记录元信息（大小、类型等）
• inode：存储文件元数据（权限、大小、时间戳）
• 数据块：实际存储文件内容
• 目录结构：组织和索引文件

3.2 常见文件系统对比

文件系统	最大单文件	最大卷	优势	劣势	适用场景
Ext4	16TB	1EB	稳定、兼容性好、广泛支持	无快照、压缩等高级功能	通用 Linux 系统
XFS	8EB	8EB	高性能、并行 I/O、适合大文件	不支持收缩、修复工具少	数据库、虚拟化、NAS
Btrfs	16EB	16EB	快照、压缩、子卷、RAID	稳定性较差（不建议生产）	实验环境、需快照场景
F2FS	4TB	16TB	专为闪存优化，减少磨损	社区支持弱	SSD / 嵌入式设备
ZFS	16EB	16EB	数据完整性强、快照、内置 RAID	内存消耗高、非内核默认	存档、云存储
VFAT	4GB	2TB	跨平台（Win/Linux）	无权限、不支持大文件	U 盘、移动硬盘
NTFS	16EB	16EB	Win 默认，支持加密/压缩	Linux 需 ntfs-3g，性能低	与 Windows 共享数据

✅ 实践建议：

• 生产环境：选 Ext4 或 XFS
• 高级需求：尝试 Btrfs / ZFS（谨慎）
• 跨平台：用 VFAT / NTFS

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四、常用磁盘管理命令

命令	作用	常用选项
df	查看磁盘空间使用情况	-h（人类可读）、-T（显示文件系统类型）
du	统计目录/文件占用空间	-s（汇总）、-h（人类可读）
lsblk	列出块设备树状结构	无参数即可
blkid	查看分区 UUID 和文件系统	blkid /dev/sda1
mount / umount	挂载/卸载文件系统	—
mkfs.*	创建文件系统（格式化）	mkfs.xfs /dev/sdb1

🔍 df vs du：

• df：统计磁盘空间剩余量（准确）
• du：统计文件实际占用量（准确）

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五、磁盘分区

5.1 分区表类型对比

属性	MBR	GPT
最大容量	2TB	>2TB（理论 8ZB）
最大分区数	4 主分区（或 3+1 扩展）	128+（无硬限制）
引导支持	BIOS	BIOS + UEFI
数据安全	无备份，易损坏	多份备份 + CRC 校验
兼容性	老系统兼容好	现代系统标准

✅ 推荐：新磁盘一律使用 GPT

5.2 MBR 分区（fdisk）

fdisk /dev/sdb
# n → p → 回车（默认）→ w（保存）

5.3 GPT 分区（parted）

parted /dev/nvme0n2
(parted) mklabel gpt
(parted) mkpart primary xfs 1MiB 100%
(parted) print
(parted) quit

⚠️ parted 操作立即生效，无“保存”步骤！

💡 也可用 gdisk（交互类似 fdisk，但用于 GPT）

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六、Swap 交换分区设置

1. 创建分区（如 4GB）：

   parted /dev/sdb
   mkpart primary linux-swap 1MiB 4GiB
   

2. 格式化为 swap：

   mkswap /dev/sdb1
   

3. 启用 swap：

   swapon /dev/sdb1
   

4. 永久生效（编辑 /etc/fstab）：

   /dev/sdb1 none swap sw 0 0
   

🔄 关闭：swapoff /dev/sdb1

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七、LVM（逻辑卷管理）

7.1 LVM 结构

• PV（Physical Volume）：物理卷（整盘或分区）
• VG（Volume Group）：卷组（多个 PV 合并）
• LV（Logical Volume）：逻辑卷（可挂载的“虚拟分区”）

7.2 基本操作流程

# 1. 创建 PV
pvcreate /dev/sdb /dev/sdc

# 2. 创建 VG
vgcreate vg_data /dev/sdb /dev/sdc

# 3. 创建 LV（50GB）
lvcreate -L 50G -n lv_data vg_data

# 4. 格式化 & 挂载
mkfs.xfs /dev/vg_data/lv_data
mkdir -p /mnt/data
mount /dev/vg_data/lv_data /mnt/data

7.3 常用扩展操作

• 扩展 VG：vgextend vg_name /dev/new_pv
• 扩展 LV：

  lvextend -L +10G /dev/vg_data/lv_data
  xfs_growfs /mnt/data        # XFS
  resize2fs /dev/vg_data/lv_data  # Ext4
  

• 移除 PV：

  pvmove /dev/sdb      # 迁移数据
  vgreduce vg_data /dev/sdb
  pvremove /dev/sdb
  

7.4 快照（Snapshot）

# 创建 1GB 快照
lvcreate -L 1G -s -n lv_data_snap /dev/vg_data/lv_data

# 恢复快照
lvconvert --merge /dev/vg_data/lv_data_snap

✅ LVM 优势：动态扩容、快照备份、多盘整合

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八、RAID（独立磁盘冗余阵列）

8.1 常见 RAID 级别

RAID	性能	冗余	空间利用率	最小盘数	适用场景
0	⬆️ 高	❌ 无	100%	2	临时数据、高性能
1	➖ 读快	✅ 镜像	50%	2	高可靠性（DB）
5	➖ 读高写低	✅ 单盘容错	(N-1)/N	3	文件服务器
10	⬆️ 高	✅ 双盘容错	50%	4	高性能+高可用（DB）

8.2 软件 RAID（mdadm）

# 安装
dnf -y install mdadm

# 创建 RAID1
mdadm --create /dev/md0 --level=1 --raid-devices=2 /dev/sdb /dev/sdc

# 生成配置
mdadm --detail --scan --verbose >> /etc/mdadm.conf

# 更新 initramfs
dracut --force

8.3 清除 RAID

mdadm --stop /dev/md0
mdadm --remove /dev/md0
mdadm --zero-superblock /dev/sdb /dev/sdc
rm -f /etc/mdadm.conf
dracut --force

⚠️ 硬件 RAID：性能更好，需专用控制器；软件 RAID：成本低，灵活，适合多数场景。

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九、总结与最佳实践

1. 新磁盘 → 优先 GPT 分区
2. 生产环境 → 选 XFS 或 Ext4
3. 需要弹性扩容 → 使用 LVM
4. 高可用/高性能 → 考虑 RAID10
5. Swap 空间 → 建议单独分区（尤其内存 < 8GB）
6. 自动挂载 → 编辑 /etc/fstab（注意备份！）

📌 核心流程：
加磁盘 → 分区（GPT）→ 格式化（mkfs）→ 挂载（mount）→ 永久配置（/etc/fstab）