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

1.2 管理流程

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：

1. 备份重要数据
2. 在测试环境验证命令
3. 确认目标设备名称

二、磁盘分区简介

2.1 两种分区表类型

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)

/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

/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

/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

# 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sudofdisk-l# 或sudoparted-l# 查看 NVMe 设备sudonvme list

输出示例 (lsblk -f):

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

sudofdisk/dev/sdb# 操作第二块硬盘

交互命令：

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）

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

# 创建 GPT 分区表并添加分区sudogdisk /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）

# 创建 GPT 分区表sudoparted/dev/sdd mklabel gpt# 创建单个分区（100% 空间）sudoparted/dev/sdd mkpart primary ext40%100%# 设置启动标志（UEFI 系统需要）sudoparted/dev/sdaset1esp 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

✅ 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

sudomkfs.[文件系统类型][选项]设备

（2）常用文件系统创建

ext4 (推荐通用)

# 基础创建sudomkfs.ext4 /dev/sdb1# 高级选项sudomkfs.ext4 -L"data"-m1-b4096-Elazy_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)

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

Btrfs (高级特性)

# 创建并启用透明压缩sudomkfs.btrfs -L"backup"-O ^extref /dev/sdd1sudomount-ocompress=zstd /dev/sdd1 /mnt/backup

（3）非交互式确认

# 强制格式化（无确认提示）echoy|sudomkfs.ext4 /dev/sdb1

5.3 创建文件系统的其他工具

（1）mkfs (通用前端)

# 自动选择文件系统类型sudomkfs-t ext4 /dev/sdb1

（2）专门工具

# FAT32 (适用于 U 盘)sudomkfs.vfat -F32-n"USB_DRIVE"/dev/sde1# NTFS (Windows 兼容)sudoaptinstallntfs-3g -ysudomkfs.ntfs -f -L"WIN_SHARE"/dev/sdf1# -f: 快速格式化

（3）GUI 工具 (Ubuntu Desktop)

# 安装磁盘工具sudoaptinstallgnome-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）

# 创建挂载点sudomkdir-p /mnt/data# 挂载分区sudomount/dev/sdb1 /mnt/data# 指定文件系统类型sudomount-t ext4 /dev/sdb1 /mnt/data# 挂载选项示例sudomount-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

# 挂载 ISO 镜像sudomkdir/mnt/isosudomount-o loop ubuntu-22.04.iso /mnt/iso# 挂载 NFS 共享sudoaptinstallnfs-common -ysudomount-t nfs192.168.1.100:/share /mnt/nfs# 挂载 CIFS/SMB (Windows 共享)sudoaptinstallcifs-utils -ysudomount-t cifs //server/share /mnt/smb -ouser=alice,password=pass123,uid=1000,gid=1000

6.2 永久挂载：/etc/fstab

（1）配置文件格式

<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）

# 查看设备标识sudoblkid /dev/sdb1# 输出: /dev/sdb1: UUID="a1b2c3d4-e5f6-7890-abcd-ef1234567890" TYPE="ext4" PARTUUID="12345678-01"# 编辑 fstabsudonano/etc/fstab

（3）/etc/fstab 配置示例

# 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

# 模拟挂载所有条目（不实际挂载）sudomount-a# 检查错误sudofindmnt --verify# 重启后自动挂载sudosystemctl daemon-reload

6.3 卸载磁盘分区：umount

（1）基础卸载

# 正常卸载sudoumount/mnt/data# 通过设备卸载sudoumount/dev/sdb1

（2）强制卸载

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

（3）卸载前检查

# 查看谁在使用挂载点sudolsof+D /mnt/data# 或sudofuser-vm /mnt/data# 终止使用进程（谨慎！）sudofuser-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

# 步骤1：卸载分区sudoumount/dev/sdb1# 步骤2：检查（不修复）sudofsck-N /dev/sdb1# 仅显示将执行的操作sudofsck-n /dev/sdb1# 只读模式检查# 步骤3：修复（交互式）sudofsck-y /dev/sdb1# -y: 自动确认所有修复# 或sudofsck-p /dev/sdb1# -p: 自动修复安全问题# 步骤4：验证sudofsck-v /dev/sdb1# -v: 详细输出

（3）ext4 特定选项

# 检查 inode 表sudofsck.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

# XFS 不能卸载时检查sudoxfs_check /dev/sdc1# 修复（必须卸载）sudoumount/dev/sdc1sudoxfs_repair /dev/sdc1# 严重损坏时sudoxfs_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

# 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

# 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:

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

# 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

# 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'$1 ~ /G$/ && $1+0 > 1'# 排除特定类型du-h --exclude="*.log"/var/log# 按修改时间筛选find/var -type f -mtime -7 -execdu-ch{}+|greptotal$

💡实用组合：快速定位大文件

sudofind/ -xdev -type f -size +100M -execls-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。

#!/bin/bash# add_new_disk.shecho"=== 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,SERIALecho"请按 Enter 确认已插入新磁盘..."readecho"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"$NEW_DISK"];thenecho"错误：未检测到 2TB 左右的新磁盘！"exit1fiecho"=== 2. 创建 GPT 分区表和单个分区 ==="sudoparted/dev/$NEW_DISKmklabel gptsudoparted/dev/$NEW_DISKmkpart primary ext40%100%sudoparted/dev/$NEW_DISKprintecho"=== 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)..."sudomkfs.ext4 -L"data"-m1-b4096-Elazy_journal_init=1$PARTITIONecho"=== 4. 创建挂载点并临时挂载 ==="sudomkdir-p /datasudomount$PARTITION/data# 验证挂载if!mountpoint -q /data;thenecho"错误：挂载失败！"exit1fiecho"=== 5. 配置永久挂载 (/etc/fstab) ==="# 获取 UUIDUUID=$(sudoblkid -s UUID -o value $PARTITION)echo"分区 UUID:$UUID"# 备份 fstabsudocp/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"|sudotee-a /etc/fstab# 验证 fstabif!sudomount-a;thenecho"错误：fstab 配置有误！恢复备份..."sudocp/etc/fstab.bak_$(date+%Y%m%d)/etc/fstabexit1fiecho"=== 6. 设置权限 ==="sudochown-R$(whoami):$(whoami)/datasudochmod-R755/dataecho"=== 7. 验证最终状态 ==="df-h /data lsblk -f|grep-A3"$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：

1. 关键操作前备份配置文件
2. 验证每一步操作结果
3. 使用 UUID 而非设备名（避免设备名变更）
4. 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

最佳实践总结

1. 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）
2. 文件系统选择：
   • 通用：ext4
   • 大文件/高性能：XFS
   • 需要快照/压缩：Btrfs
3. 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
4. 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

1. 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。

2. /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）。

3. 如何查找/home目录下大于 500MB 的文件？

   find/home -type f -size +500M -execls-lh{}\;

4. 使用parted为 10TB 磁盘创建单一分区的命令是什么？

   sudoparted/dev/sdX mklabel gptsudoparted/dev/sdX mkpart primary ext40%100%

5. 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！