第 11 章：磁盘与文件系统

zjc 于 2026-01-11 发布

这是《Linux 零基础实战指南》的独立章节版。本章从概念、实操和生产排查三个视角展开，代码块保留了原书可直接运行的版本。磁盘问题通常表现为空间不足、IO 延迟高、文件系统只读、挂载丢失或数据损坏。本章从设备识别、分区、格式化、挂载、交换分区、LVM、RAID、IO 指标和故障处理讲起。

11.1 存储栈

Application
  -> File System
     -> LVM / Software RAID
        -> Block Device
           -> Device Mapper
              -> Disk / SSD / Cloud Disk

不同层次的问题表现不同：

层	常见现象
应用	写放大、锁文件、慢日志
文件系统	只读、元数据慢、inode 耗尽
块设备	IO error、延迟高
云盘 / RAID	容量、IOPS、吞吐限制
网络	存储链路抖动

11.2 设备识别

块设备：

lsblk
lsblk -f
lsblk -o NAME,SIZE,TYPE,FSTYPE,MOUNTPOINT
blkid
sudo fdisk -l
sudo parted -l

云服务器常见命名：

名称	常见含义
`/dev/vda`	virtio 磁盘
`/dev/sda`	SCSI / SATA
`/dev/nvme0n1`	NVMe
`/dev/xvda`	Xen 虚拟盘
`/dev/mapper/vg-lv`	LVM 逻辑卷

设备名在重启或变更后可能变化。fstab 推荐使用 UUID 或稳定标识。

查看 UUID：

blkid /dev/vdb1
lsblk -fp

11.3 分区与格式化

查看分区表：

sudo parted /dev/vdb print
sudo fdisk -l /dev/vdb

parted 示例：

sudo parted -s /dev/vdb mklabel gpt
sudo parted -s /dev/vdb mkpart primary xfs 1MiB 100%
sudo parted /dev/vdb print

格式化：

sudo mkfs.xfs /dev/vdb1
sudo mkfs.ext4 /dev/vdb1

查看文件系统信息：

sudo xfs_info /data
sudo tune2fs -l /dev/vdb1

格式化会清除数据，执行前必须确认设备路径和分区号。

11.4 挂载与 fstab

临时挂载：

sudo mkdir /data
sudo mount /dev/vdb1 /data
df -hT /data

卸载：

sudo umount /data
sudo umount -l /data

umount -l 是懒卸载，只作为特殊场景处理，不是常规操作。

开机自动挂载：

# /etc/fstab
UUID=12345678-1234-1234-1234-123456789012 /data xfs defaults,nofail 0 0

校验：

sudo findmnt --verify
sudo mount -a

常用选项：

选项	含义
defaults	常见默认组合
nofail	设备缺失时不阻塞启动
noatime	减少访问时间更新
ro / rw	只读 / 读写
_netdev	等待网络

关键数据盘建议加 nofail，避免单块数据盘异常导致整机无法启动。

11.5 文件系统选择

文件系统	特点	常见用途
ext4	成熟稳定	通用数据盘
XFS	大文件、高并发写性能好	数据库、大文件
btrfs	快照、压缩等能力	场景化使用
tmpfs	内存文件系统	临时缓存
overlay	容器镜像分层	容器运行时

数据库选型应结合 workload、备份工具、云厂商能力和团队经验，不只看单项参数。

11.6 容量与 inode

容量：

df -hT
df -kT
du -sh /data/*
du -h --max-depth=2 /data | sort -h

inode：

df -ih
find /data -xdev -type f | wc -l

常见问题：

现象	原因
空间满但 du 不大	已删除文件仍被占用
inode 满	海量小文件
写入卡住	IO 队列高或存储故障
只读文件系统	错误后自我保护

处理：

lsof +L1
sudo journalctl --disk-usage
find /data -type f -size +1G -printf '%s %p\n' | sort -nr | head

11.7 Swap

查看：

free -h
swapon --show
cat /proc/swaps
cat /proc/sys/vm/swappiness

创建 swap 文件：

sudo fallocate -l 4G /swapfile
sudo chmod 600 /swapfile
sudo mkswap /swapfile
sudo swapon /swapfile

开机启用：

# /etc/fstab
/swapfile none swap sw 0 0

关闭：

sudo swapoff /swapfile
sudo rm /swapfile

数据库等服务通常要谨慎使用 swap，重点还是控制内存和监控水位。swap 是缓冲手段，不是常态内存方案。

11.8 LVM

概念：

Physical Volume PV
  -> Volume Group VG
     -> Logical Volume LV
        -> File System

查看：

sudo pvs
sudo vgs
sudo lvs

创建：

sudo pvcreate /dev/vdb
sudo vgcreate datavg /dev/vdb
sudo lvcreate -n datalv -L 100G datavg
sudo mkfs.xfs /dev/datavg/datalv
sudo mount /dev/datavg/datalv /data

扩容：

sudo lvextend -L +50G /dev/datavg/datalv
sudo xfs_growfs /data

ext4：

sudo lvextend -L +50G /dev/datavg/datalv
sudo resize2fs /dev/datavg/datalv

缩容风险高，XFS 通常不支持在线缩容。生产应优先规划扩容和备份，而非临时缩容。

11.9 RAID

常见级别：

级别	特点	容错
RAID 0	条带，性能高	无
RAID 1	镜像	一块
RAID 5	分布式校验	一块
RAID 6	双校验	两块
RAID 10	镜像加条带	每组一块

查看软件 RAID：

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

云盘和硬件 RAID 通常由平台或 RAID 卡暴露为块设备，应结合厂商工具监控健康状态。

RAID 不是备份。误删除、文件损坏、逻辑错误和安全事件仍需要独立备份。

11.10 文件系统检查

unmount 后检查：

sudo umount /data
sudo fsck -n /dev/vdb1
sudo fsck /dev/vdb1

ext4：

sudo e2fsck -f /dev/vdb1

XFS：

sudo xfs_repair -n /dev/vdb1
sudo xfs_repair /dev/vdb1

只读修复：

sudo xfs_repair -L /dev/vdb1

-L 会清空日志，可能丢数据，只能作为最后手段并在备份、变更评审和专家确认后执行。

11.11 IO 指标

iostat -xz 1
iostat -dx 1 /dev/vdb
vmstat 1
pidstat -d 1
iotop -P -d 2

关键指标：

指标	含义
r/s、w/s	每秒读写次数
rkB/s、wkB/s	每秒读写数据量
await	平均 IO 等待
r_await、w_await	读写等待
aqu-sz	队列深度
util	设备忙碌度
iowait	CPU 等待 IO 占比

判断：

await 高 + util 高
  -> 存储能力或 workload 问题

iowait 高 + iostat 不高
  -> NFS、内存压力或调度问题，需要继续分层

单个进程 w/s 高
  -> 应用写放大或日志刷盘

11.12 云盘与性能

云盘常见限制：

资源	说明
容量	最大和最小规格
IOPS	随容量或类型变化
吞吐	MB/s 上限
突发	有限时长
并发连接	多盘挂载能力

排查前先确认：

lsblk
df -hT
iostat -xz 1

再对照云平台当前规格。云盘性能指标和实现随厂商变化，不要只凭经验判断。

11.13 故障案例

案例一：根分区写满

df -hT /
du -sh /var/* /tmp /root 2>/dev/null
sudo journalctl --disk-usage
lsof +L1

常见来源：

journal 过大；
core dump；
应用日志；
包缓存；
临时文件；
容器镜像和卷。

根分区写满可能导致 SSH、cron、日志和数据库异常，应设置提前告警。

案例二：文件系统只读

dmesg -T | tail -100
findmnt -no TARGET,OPTIONS /data
sudo touch /data/test

常见原因：

磁盘 IO 错误；
journal 损坏；
存储链路断开；
人为只读挂载。

处理前先保存日志，再评估备份和修复方案，不要直接重启。

案例三：数据库盘延迟高

iostat -xz 1 /dev/vdb
pidstat -d 1
sudo lsblk -o NAME,SIZE,TYPE,MOUNTPOINT

检查：

云盘规格；
checkpoint 和刷盘；
日志写入量；
快照或备份并发；
同宿主机干扰；
应用是否有批量扫描。

本章小结

磁盘排障要先分层：容量、inode、挂载、块设备、IO 指标和云盘规格。df 看文件系统，du 和 find 定位空间，iostat 看设备压力，dmesg 看内核错误。LVM 提供扩容灵活性，RAID 提供硬件冗余，但它们都不能替代备份和容量预测。

思考题

df 和 du 的统计口径有什么不同？
/etc/fstab 使用 UUID 有什么优势？
XFS 和 ext4 在扩容、缩容上的差异是什么？
iostat 的 await 和 util 如何解读？
设计一个数据库磁盘的容量、水位和 IO 监控方案。