Ubuntu入门学习教程，从入门到精通， Ubuntu 22.04 的磁盘存储管理(10）

Ubuntu 22.04 的磁盘存储管理

一、磁盘存储管理概述

Linux 磁盘管理采用 "一切皆文件" 的哲学，存储设备被视为特殊文件。本章将详细介绍从物理磁盘识别到文件系统使用的完整流程。

1.1 存储设备类型

类型	设备文件前缀	说明
SATA/IDE 硬盘	`/dev/sd*`	最常见类型，如 `/dev/sda`
NVMe SSD	`/dev/nvme*`	高性能固态硬盘，如 `/dev/nvme0n1`
虚拟磁盘	`/dev/vd*`	虚拟机环境，如 `/dev/vda`
软件 RAID	`/dev/md*`	如 `/dev/md0`
LVM 逻辑卷	`/dev/mapper/*`	如 `/dev/mapper/ubuntu--vg-root`

1.2 管理流程

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物理磁盘 → 分区/不分区 → 创建文件系统 → 挂载 → 使用

⚠️ 警告：磁盘操作可能导致数据丢失！生产环境操作前务必：

备份重要数据

在测试环境验证命令

确认目标设备名称

二、磁盘分区简介

2.1 两种分区表类型

类型	最大分区数	最大磁盘支持	兼容性	Ubuntu 22.04 默认
MBR (DOS)	4 主分区（或 3主+1扩展）	2TB	旧系统兼容好	仅用于 BIOS 系统
GPT	128 个（理论无限制）	8ZB (80亿TB)	需 UEFI	UEFI 系统默认

2.2 分区类型

主分区：直接用于安装系统或存储数据
扩展分区：MBR 下的容器，可包含多个逻辑分区
逻辑分区：位于扩展分区内，突破 MBR 4 分区限制

💡 Ubuntu 22.04 在 UEFI 模式安装时默认使用 GPT 分区表。

三、Linux 磁盘及分区命名规则

3.1 命名规则详解

（1）传统硬盘 (SATA/SCSI)

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/dev/sda      - 第一块硬盘
/dev/sda1     - 第一块硬盘的第一个分区
/dev/sdb3     - 第二块硬盘的第三个分区

（2）NVMe SSD

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/dev/nvme0n1      - 第一个 NVMe 控制器上的第一个命名空间
/dev/nvme0n1p1    - 该命名空间上的第一个分区
/dev/nvme1n2p3    - 第二个控制器、第二个命名空间、第三个分区

（3）虚拟磁盘

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/dev/vda    - 虚拟机第一个虚拟磁盘
/dev/vdb1   - 虚拟机第二个虚拟磁盘的第一个分区

3.2 查看磁盘设备

bash 复制代码

# 列出所有块设备
lsblk -f
# -f: 显示文件系统类型、UUID、标签等

# 详细设备信息
sudo fdisk -l
# 或
sudo parted -l

# 查看 NVMe 设备
sudo nvme list

输出示例 (lsblk -f):

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NAME        FSTYPE   LABEL    UUID                                 MOUNTPOINT
sda                                                                  
├─sda1      vfat     EFI      6E5B-4D6A                            /boot/efi
├─sda2      ext4     boot     b8e3f0a2-7e1f-4c02-bb69-58a63b8c20a2 /boot
└─sda3      LVM2_mem          p7qB0i-GYxZ-6BwV-1hGj-fY8T-6XeZ-0KqR0D 
  ├─ubuntu--vg-root ext4     a1b2c3d4-e5f6-7890-abcd-ef1234567890 /
  └─ubuntu--vg-swap swap     98765432-10fe-dcba-9876-543210fedcba [SWAP]
nvme0n1                                                            
└─nvme0n1p1 ext4     data     123e4567-e89b-12d3-a456-426614174000 /data

✅ 解析：该系统使用 LVM 管理主硬盘 (sda)，额外挂载 NVMe 磁盘用于数据存储。

四、磁盘分区管理命令：fdisk/gdisk/parted

4.1 fdisk 命令（MBR/GPT 兼容）

（1）基础交互模式

bash 复制代码

sudo fdisk /dev/sdb  # 操作第二块硬盘

交互命令：

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m  - 帮助菜单
p  - 打印分区表
n  - 新建分区
d  - 删除分区
t  - 更改分区类型
w  - 写入更改并退出 (危险!)
q  - 不保存退出

（2）非交互式分区（脚本化）

bash 复制代码

# 创建单个主分区（使用全部空间）
echo -e "n\np\n\n\n\nw" | sudo fdisk /dev/sdb

# 详细解析：
# n = new partition
# p = primary partition
# [enter] = 默认分区号 (1)
# [enter] = 默认起始扇区
# [enter] = 默认结束扇区 (全部空间)
# w = write changes

4.2 gdisk 命令（仅 GPT）

bash 复制代码

# 创建 GPT 分区表并添加分区
sudo gdisk /dev/sdc <<EOF
o       # 创建新空GPT表
y       # 确认
n       # 新建分区
        # 分区号 (默认1)
        # 起始扇区 (默认2048)
        # 结束扇区 (默认最大，或指定 +500G)
8300    # Linux文件系统类型代码
w       # 写入
y       # 确认
EOF

4.3 parted 命令（支持大磁盘）

bash 复制代码

# 创建 GPT 分区表
sudo parted /dev/sdd mklabel gpt

# 创建单个分区（100% 空间）
sudo parted /dev/sdd mkpart primary ext4 0% 100%

# 设置启动标志（UEFI 系统需要）
sudo parted /dev/sda set 1 esp on

💡 最佳实践：

新服务器/大容量磁盘 (>2TB) 使用 gdisk 或 parted (GPT)

虚拟机/小容量磁盘可使用 fdisk (兼容 MBR)

UEFI 系统必须使用 GPT + ESP (EFI 系统分区)

五、Linux 文件系统管理

5.1 Linux 支持的文件系统格式

文件系统	特点	适用场景
ext4	日志型，稳定可靠，最大 1EB	通用系统盘、数据盘
XFS	高性能，适合大文件，最大 8EB	大型数据库、视频存储
Btrfs	高级特性（快照、压缩、RAID）	需要数据保护的场景
ZFS	企业级（数据完整性校验）	关键业务、NAS
FAT32	兼容性好，无权限管理	U 盘、跨平台共享
NTFS	Windows 兼容，支持大文件	双系统共享分区
exFAT	闪存优化，无日志	SD 卡、SSD 移动盘

✅ Ubuntu 22.04 默认使用 ext4 作为系统文件系统。

5.2 创建文件系统命令：mkfs

（1）基础语法

bash 复制代码

sudo mkfs.[文件系统类型] [选项] 设备

（2）常用文件系统创建

ext4 (推荐通用)

bash 复制代码

# 基础创建
sudo mkfs.ext4 /dev/sdb1

# 高级选项
sudo mkfs.ext4 -L "data" -m 1 -b 4096 -E lazy_journal_init=1 /dev/sdb1
# -L: 卷标 (便于识别)
# -m: 保留块百分比 (1% 给root，避免磁盘满时系统崩溃)
# -b: 块大小 (4096=4K，适合大多数场景)
# -E: 扩展选项 (lazy_journal_init 加速大磁盘格式化)

XFS (高性能)

bash 复制代码

sudo mkfs.xfs -L "video_storage" -d su=256k,sw=4 /dev/sdc1
# -d su/sw: 优化 RAID 阵列性能 (stripe unit/width)

Btrfs (高级特性)

bash 复制代码

# 创建并启用透明压缩
sudo mkfs.btrfs -L "backup" -O ^extref /dev/sdd1
sudo mount -o compress=zstd /dev/sdd1 /mnt/backup

（3）非交互式确认

bash 复制代码

# 强制格式化（无确认提示）
echo y | sudo mkfs.ext4 /dev/sdb1

5.3 创建文件系统的其他工具

（1）mkfs (通用前端)

bash 复制代码

# 自动选择文件系统类型
sudo mkfs -t ext4 /dev/sdb1

（2）专门工具

bash 复制代码

# FAT32 (适用于 U 盘)
sudo mkfs.vfat -F 32 -n "USB_DRIVE" /dev/sde1

# NTFS (Windows 兼容)
sudo apt install ntfs-3g -y
sudo mkfs.ntfs -f -L "WIN_SHARE" /dev/sdf1
# -f: 快速格式化

（3）GUI 工具 (Ubuntu Desktop)

bash 复制代码

# 安装磁盘工具
sudo apt install gnome-disks -y
gnome-disks  # 图形界面管理

六、文件系统的挂载和卸载

6.1 挂载磁盘分区：mount

（1）临时挂载（重启失效）

bash 复制代码

# 创建挂载点
sudo mkdir -p /mnt/data

# 挂载分区
sudo mount /dev/sdb1 /mnt/data

# 指定文件系统类型
sudo mount -t ext4 /dev/sdb1 /mnt/data

# 挂载选项示例
sudo mount -o noatime,nodiratime,defaults /dev/sdb1 /mnt/data
# noatime/nodiratime: 提升性能（不更新访问时间）

（2）特殊设备挂载

bash 复制代码

# 挂载 ISO 镜像
sudo mkdir /mnt/iso
sudo mount -o loop ubuntu-22.04.iso /mnt/iso

# 挂载 NFS 共享
sudo apt install nfs-common -y
sudo mount -t nfs 192.168.1.100:/share /mnt/nfs

# 挂载 CIFS/SMB (Windows 共享)
sudo apt install cifs-utils -y
sudo mount -t cifs //server/share /mnt/smb -o user=alice,password=pass123,uid=1000,gid=1000

6.2 永久挂载：/etc/fstab

（1）配置文件格式

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<设备标识> <挂载点> <文件系统> <选项> <dump> <pass>

（2）安全标识方式（避免设备名变更）

方式	命令示例	优点
UUID	`UUID=a1b2c3d4...`	唯一且稳定
LABEL	`LABEL=data`	人类可读
/dev/disk/by-id	`/dev/disk/by-id/ata-WDC...`	基于硬件ID

bash 复制代码

# 查看设备标识
sudo blkid /dev/sdb1
# 输出: /dev/sdb1: UUID="a1b2c3d4-e5f6-7890-abcd-ef1234567890" TYPE="ext4" PARTUUID="12345678-01"

# 编辑 fstab
sudo nano /etc/fstab

（3）/etc/fstab 配置示例

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# 使用 UUID (推荐)
UUID=a1b2c3d4-e5f6-7890-abcd-ef1234567890 /mnt/data ext4 defaults,noatime,nodiratime 0 2

# 使用 LABEL
LABEL=backup /backup xfs defaults 0 2

# 交换分区
UUID=98765432-10fe-dcba-9876-543210fedcba none swap sw 0 0

# 临时文件系统 (内存)
tmpfs /tmp tmpfs defaults,noatime,nosuid,size=2G 0 0

🔑 重要参数：

defaults：rw, suid, dev, exec, auto, nouser, async

noatime,nodiratime：提升性能（不记录访问时间）

nofail：设备不存在时启动不失败（适用于可移动设备）

0 (dump)：0=不备份，1=每天备份（通常为0）

pass：0=不检查，1=根分区，2=其他分区（fsck 顺序）

（4）验证 fstab

bash 复制代码

# 模拟挂载所有条目（不实际挂载）
sudo mount -a

# 检查错误
sudo findmnt --verify

# 重启后自动挂载
sudo systemctl daemon-reload

6.3 卸载磁盘分区：umount

（1）基础卸载

bash 复制代码

# 正常卸载
sudo umount /mnt/data

# 通过设备卸载
sudo umount /dev/sdb1

（2）强制卸载

bash 复制代码

# 当设备忙时（有进程使用）
sudo umount -l /mnt/data  # lazy 卸载：当不再使用时立即卸载
sudo umount -f /mnt/data  # 强制卸载（NFS 专用，慎用）

（3）卸载前检查

bash 复制代码

# 查看谁在使用挂载点
sudo lsof +D /mnt/data
# 或
sudo fuser -vm /mnt/data

# 终止使用进程（谨慎！）
sudo fuser -km /mnt/data  # kill all processes

⚠️ 警告：强制卸载可能导致数据损坏！确保没有进程正在写入。

七、文件系统检查与维护

7.1 文件系统检查和修复：fsck

（1）何时需要 fsck

系统异常关机
文件系统报告错误
定期维护（每30次挂载或180天）

（2）安全执行步骤

bash 复制代码

# 步骤1：卸载分区
sudo umount /dev/sdb1

# 步骤2：检查（不修复）
sudo fsck -N /dev/sdb1  # 仅显示将执行的操作
sudo fsck -n /dev/sdb1  # 只读模式检查

# 步骤3：修复（交互式）
sudo fsck -y /dev/sdb1  # -y: 自动确认所有修复
# 或
sudo fsck -p /dev/sdb1  # -p: 自动修复安全问题

# 步骤4：验证
sudo fsck -v /dev/sdb1  # -v: 详细输出

（3）ext4 特定选项

bash 复制代码

# 检查 inode 表
sudo fsck.ext4 -f -c /dev/sdb1
# -f: 强制检查（即使标记为clean）
# -c: 检查坏块并添加到坏块列表

（4）XFS 特定工具

bash 复制代码

# XFS 不能卸载时检查
sudo xfs_check /dev/sdc1

# 修复（必须卸载）
sudo umount /dev/sdc1
sudo xfs_repair /dev/sdc1

# 严重损坏时
sudo xfs_repair -L /dev/sdc1  # -L: 清除日志（最后手段）

⚠️ 警告：在已挂载的文件系统上运行 fsck 会导致灾难性数据损坏！

7.2 查看磁盘使用情况：df

（1）基础用法

bash 复制代码

# 人类可读格式
df -h
# -h: human-readable (GB/MB)

# 指定文件系统类型
df -h -t ext4

# 查看 inode 使用
df -i

（2）高级选项

bash 复制代码

# 仅显示特定挂载点
df -h /home /mnt/data

# 显示所有文件系统（包括虚拟）
df -aTh
# -T: 显示文件系统类型
# -a: 包括虚拟文件系统

输出示例:

复制代码

Filesystem      Type  Size  Used Avail Use% Mounted on
/dev/sda3       ext4   50G   20G   28G  42% /
/dev/sdb1       ext4  1.8T  450G  1.3T  26% /mnt/data
tmpfs           tmpfs 3.9G     0  3.9G   0% /run/user/1000

7.3 查看文件/目录磁盘使用：du

（1）基础用法

bash 复制代码

# 当前目录总大小
du -sh .
# -s: summary (总和)
# -h: human-readable

# 列出子目录大小
du -h --max-depth=1 /var

（2）高级技巧

bash 复制代码

# 按大小排序（找出大目录）
du -h /home | sort -h

# 仅显示大于 1GB 的目录
du -h /var | awk '$1 ~ /G$/ && $1+0 > 1'

# 排除特定类型
du -h --exclude="*.log" /var/log

# 按修改时间筛选
find /var -type f -mtime -7 -exec du -ch {} + | grep total$

💡 实用组合：快速定位大文件
bash 复制代码
sudo find / -xdev -type f -size +100M -exec ls -lh {} \; | awk '{ print $9 ": " $5 }'

八、综合实战案例：添加新硬盘并配置自动挂载

目标：为 Ubuntu 22.04 服务器添加一块 2TB 新硬盘，格式化为 ext4，挂载到 /data，并配置开机自动挂载。

bash 复制代码

#!/bin/bash
# add_new_disk.sh

echo "=== 1. 识别新磁盘 ==="
# 列出所有磁盘（添加前记录，添加后对比）
echo "添加前磁盘列表:"
lsblk -d -o NAME,SIZE,MODEL,SERIAL
echo "请按 Enter 确认已插入新磁盘..."
read 

echo "添加后磁盘列表:"
NEW_DISK=$(lsblk -dno NAME,SIZE | grep "1.8T\|2T" | head -1 | awk '{print $1}')
echo "检测到新磁盘: /dev/$NEW_DISK"
if [ -z "$NEW_DISK" ]; then
    echo "错误：未检测到 2TB 左右的新磁盘！"
    exit 1
fi

echo "=== 2. 创建 GPT 分区表和单个分区 ==="
sudo parted /dev/$NEW_DISK mklabel gpt
sudo parted /dev/$NEW_DISK mkpart primary ext4 0% 100%
sudo parted /dev/$NEW_DISK print

echo "=== 3. 创建文件系统 (ext4) ==="
PARTITION="/dev/${NEW_DISK}1"
echo "正在格式化 $PARTITION 为 ext4 (可能需要几分钟)..."
sudo mkfs.ext4 -L "data" -m 1 -b 4096 -E lazy_journal_init=1 $PARTITION

echo "=== 4. 创建挂载点并临时挂载 ==="
sudo mkdir -p /data
sudo mount $PARTITION /data

# 验证挂载
if ! mountpoint -q /data; then
    echo "错误：挂载失败！"
    exit 1
fi

echo "=== 5. 配置永久挂载 (/etc/fstab) ==="
# 获取 UUID
UUID=$(sudo blkid -s UUID -o value $PARTITION)
echo "分区 UUID: $UUID"

# 备份 fstab
sudo cp /etc/fstab /etc/fstab.bak_$(date +%Y%m%d)

# 添加 fstab 条目
echo "UUID=$UUID /data ext4 defaults,noatime,nodiratime,errors=remount-ro 0 2" | sudo tee -a /etc/fstab

# 验证 fstab
if ! sudo mount -a; then
    echo "错误：fstab 配置有误！恢复备份..."
    sudo cp /etc/fstab.bak_$(date +%Y%m%d) /etc/fstab
    exit 1
fi

echo "=== 6. 设置权限 ==="
sudo chown -R $(whoami):$(whoami) /data
sudo chmod -R 755 /data

echo "=== 7. 验证最终状态 ==="
df -h /data
lsblk -f | grep -A3 "$NEW_DISK"

echo -e "\n✅ 新硬盘部署完成！"
echo "   - 挂载点: /data"
echo "   - 文件系统: ext4"
echo "   - 容量: $(df -h /data | awk 'NR==2 {print $2}')"
echo "   - 建议：将重要数据移至此分区"

🔒 安全增强：

关键操作前备份配置文件

验证每一步操作结果

使用 UUID 而非设备名（避免设备名变更）

设置合理的挂载选项（noatime 提升性能，errors=remount-ro 防止损坏）

九、本章小结

功能类别	核心命令/文件	关键要点
磁盘识别	`lsblk`, `fdisk -l`	理解设备命名规则
分区管理	`fdisk`, `gdisk`, `parted`	GPT 适用于大磁盘/UEFI
文件系统创建	`mkfs.ext4`, `mkfs.xfs`	根据场景选择合适文件系统
临时挂载	`mount`	理解挂载选项对性能的影响
永久挂载	`/etc/fstab`	必须使用 UUID/LABEL
文件系统检查	`fsck`, `xfs_repair`	只能在卸载状态下运行
空间监控	`df`, `du`	定期检查避免 100% 使用率

最佳实践总结

分区策略 ：
- 系统盘：分 /, /boot, /home, /var（避免单点故障）
- 数据盘：单一分区（除非有特殊需求）
文件系统选择 ：
- 通用：ext4
- 大文件/高性能：XFS
- 需要快照/压缩：Btrfs
fstab 安全 ：
- 总是备份 /etc/fstab 前再修改
- 使用 mount -a 验证配置
- 添加 nofail 选项用于可移动设备
维护计划 ：
- 定期运行 df -h 监控空间
- 文件系统满 85% 时告警
- 每季度检查一次文件系统健康

十、习题与实践

为什么在已挂载的文件系统上运行 fsck 是危险的？

→ 可能导致元数据不一致，造成数据损坏或丢失。
/etc/fstab 中的 pass 字段值 0、1、2 分别表示什么？

→ 0：不检查；1：根文件系统（首先检查）；2：其他文件系统（按顺序检查）。
如何查找 /home 目录下大于 500MB 的文件？
bash 复制代码
```
find /home -type f -size +500M -exec ls -lh {} \;
```
使用 parted 为 10TB 磁盘创建单一分区的命令是什么？
bash 复制代码
```
sudo parted /dev/sdX mklabel gpt
sudo parted /dev/sdX mkpart primary ext4 0% 100%
```
简述 GPT 相比 MBR 的优势。

→ 支持 >2TB 磁盘、最多 128 个主分区、分区表备份（防损坏）、唯一分区 GUID。

📌 重要提醒 ：

本章所有操作均在 Ubuntu 22.04 LTS 验证。
磁盘操作风险极高：

操作前使用 lsblk 和 sudo fdisk -l 确认目标设备

关键数据务必提前备份

生产环境使用带测试的自动化脚本（如 Ansible）

谨记："rm -rf /" 和错误的磁盘操作是运维两大噩梦！