1. 磁盘相关概念基础
（1）存储设备类型
物理磁盘类型
**HDD (机械硬盘)**
- 结构：磁头、盘片、马达
- 接口：SATA(6Gbps)、SAS(12Gbps)
- 优势：大容量、低成本、数据恢复相对容易
- 劣势：速度慢、怕震动、功耗较高
**SSD (固态硬盘)**
- 结构：NAND闪存、控制器
- 接口：SATA(6Gbps)、NVMe(PCIe通道)
- 优势：速度快、抗震、低功耗、静音
- 劣势：价格高、写入寿命有限
**NVMe SSD**
- 接口：PCIe 3.0/4.0/5.0
- 速度：最高可达7000MB/s（PCIe 4.0）
- 形态：M.2、U.2、AIC卡
接口标准对比
# 查看接口类型和速度
$ lspci | grep -i storage
$ lsblk -d -o name,rota,size,type,tran
# 接口速度理论值：
- SATA III: 600MB/s
- SAS 3.0: 1200MB/s
- PCIe 3.0 x4: 4000MB/s
- PCIe 4.0 x4: 8000MB/s
- PCIe 5.0 x4: 16000MB/s
（2）磁盘技术参数
**关键参数解释：**
- **容量**：实际可用容量（厂商计算方式不同）
- **转速**：HDD重要指标（5400/7200/10000/15000 RPM）
- **缓存**：HDD的DRAM缓存（64MB-256MB）
- **IOPS**：每秒输入输出操作数（SSD重要指标）
- **延迟**：响应时间（SSD远低于HDD）
- **TBW**：SSD写入寿命（TB级写入总量）
（3）Linux磁盘设备命名规则
# 设备命名规则
/dev/sd[a-z] # SATA/SAS/USB磁盘
/dev/nvme[0-9]n[0-9] # NVMe磁盘（如：nvme0n1）
/dev/vd[a-z] # 虚拟化环境（KVM/Xen）
/dev/hd[a-z] # 旧IDE接口（现已少见）
/dev/mmcblk[0-9] # SD卡/eMMC存储
# 分区命名
/dev/sda1 # 第一个分区
/dev/nvme0n1p1 # NVMe第一个分区
2. 分区表方案详解
（1）MBR（主引导记录）
MBR结构
**MBR组成（512字节）：**
1. 引导代码（446字节）
2. 分区表（64字节，4个主分区）
3. 签名（2字节，0x55AA）
**MBR限制：**
- 最多4个主分区（或3主+1扩展）
- 扩展分区可再分逻辑分区
- 最大磁盘容量：2TB
- 分区信息存储单一位置
MBR分区类型
# 查看分区类型代码
$ fdisk -l /dev/sda
# 常见分区类型代码：
82 Linux swap / Solaris
83 Linux filesystem
8e Linux LVM
fd Linux raid auto
（2）GPT（GUID分区表）
GPT结构
**GPT优势：**
- 支持128个主分区（理论无限）
- 最大磁盘容量：9.4ZB（1ZB=1024EB）
- 分区表备份（磁盘首尾各一份）
- CRC32校验，提高数据完整性
- 使用GUID唯一标识分区
**GPT组成部分：**
1. 保护性MBR（兼容性）
2. 主GPT头
3. 主分区表
4. 实际分区区域
5. 备份分区表
6. 备份GPT头
GPT vs MBR 选择指南
**选择GPT的场景：**
- 磁盘容量 > 2TB
- UEFI启动系统
- 需要超过4个主分区
- 数据安全性要求高
- 现代服务器和工作站
**选择MBR的场景：**
- 旧系统兼容性要求
- 磁盘容量 < 2TB
- BIOS传统启动
- 嵌入式/旧设备
（3）分区方案设计
单磁盘分区方案
# 通用服务器分区方案（50GB磁盘示例）
/ 20G # 根目录
/boot 500M # 引导分区（UEFI需要）
/home 10G # 用户数据
/var 5G # 日志和可变数据
/tmp 2G # 临时文件
swap 2G # 交换分区（物理内存1-2倍）
# 生产数据库服务器方案
/ 50G
/boot 1G
/home 20G
/var/log 20G # 日志独立分区
/data 剩余空间 # 数据库专用
swap 物理内存1~2倍
多磁盘分区方案
**RAID方案：**
- RAID 0: 条带化，性能优先
- RAID 1: 镜像，可靠性优先
- RAID 5: 分布式奇偶校验，平衡型
- RAID 10: 镜像+条带，高性能高可靠
**LVM方案：**
- 物理卷(PV) → 卷组(VG) → 逻辑卷(LV)
- 支持动态扩展、快照、条带化
3. 基础磁盘配置管理
（1）磁盘信息查看
识别和列出磁盘
# 查看所有块设备
$ lsblk
NAME MAJ:MIN RM SIZE RO TYPE MOUNTPOINT
sda 8:0 0 465.8G 0 disk
├─sda1 8:1 0 512M 0 part /boot/efi
├─sda2 8:2 0 732M 0 part /boot
└─sda3 8:3 0 464.6G 0 part
├─vg-root 253:0 0 50G 0 lvm /
└─vg-home 253:1 0 414.6G 0 lvm /home
# 查看磁盘详细信息
$ fdisk -l
$ parted -l
# 查看磁盘属性和型号
$ hdparm -I /dev/sda
$ smartctl -i /dev/sda
# 查看磁盘使用情况
$ df -hT
Filesystem Type Size Used Avail Use% Mounted on
/dev/mapper/vg-root ext4 50G 20G 28G 42% /
磁盘性能测试
# 测试顺序读写速度
$ dd if=/dev/zero of=/tmp/testfile bs=1G count=1 oflag=direct
$ hdparm -tT /dev/sda
# 使用fio进行专业测试
$ fio --name=randwrite --ioengine=libaio --iodepth=32 \
--rw=randwrite --bs=4k --direct=1 --size=1G --numjobs=4 \
--runtime=60 --group_reporting
# 查看实时IO状态
$ iostat -x 2
$ iotop
（2）磁盘分区操作
使用fdisk（MBR/GPT）
# 对新磁盘进行分区
$ fdisk /dev/sdb
# fdisk常用命令（交互模式）
n # 新建分区
p # 查看分区表
d # 删除分区
t # 更改分区类型
w # 保存并退出
q # 不保存退出
g # 新建GPT分区表
o # 新建MBR分区表
# 分区后需要通知内核
$ partprobe /dev/sdb
$ udevadm settle
使用parted（推荐GPT）
# 创建GPT分区表
$ parted /dev/sdb mklabel gpt
# 创建分区
$ parted /dev/sdb mkpart primary ext4 1MiB 10GiB
$ parted /dev/sdb mkpart primary linux-swap 10GiB 12GiB
$ parted /dev/sdb mkpart primary ext4 12GiB 100%
# 设置分区标志（UEFI启动需要）
$ parted /dev/sdb set 1 boot on
# 查看分区
$ parted /dev/sdb print
# 删除分区
$ parted /dev/sdb rm 1
使用gdisk（GPT专用）
# 交互式GPT分区
$ gdisk /dev/sdb
# 常用命令：
n # 新建分区
p # 查看分区表
d # 删除分区
t # 更改分区类型
w # 保存
x # 专家模式
（3）文件系统创建与管理
常见文件系统对比
**ext4**：Linux默认，稳定成熟
- 最大文件大小：16TB
- 最大文件系统：1EB
- 适合：通用用途
**XFS**：高性能，大文件
- 最大文件大小：8EB
- 最大文件系统：8EB
- 适合：大文件、高并发
**Btrfs**：高级特性
- 快照、压缩、RAID功能
- 适合：桌面、实验环境
**ZFS**：企业级特性
- 数据完整性校验、去重
- 适合：企业存储、NAS
创建文件系统
# 创建ext4文件系统
$ mkfs.ext4 /dev/sdb1
$ mkfs.ext4 -L DATA /dev/sdb1 # 添加卷标
# 创建XFS文件系统
$ mkfs.xfs /dev/sdb2
$ mkfs.xfs -f -L DATABASE /dev/sdb2
# 创建swap分区
$ mkswap /dev/sdb3
$ swapon /dev/sdb3
# 查看文件系统信息
$ blkid /dev/sdb1
$ file -s /dev/sdb1
$ dumpe2fs /dev/sdb1 | head -50 # ext4详细信息
$ xfs_info /dev/sdb2 # XFS详细信息
文件系统检查和修复
# 检查ext2/3/4文件系统
$ fsck /dev/sdb1
$ e2fsck -f /dev/sdb1 # 强制检查
$ e2fsck -y /dev/sdb1 # 自动修复
# 检查XFS文件系统
$ xfs_repair /dev/sdb2
$ xfs_repair -n /dev/sdb2 # 只检查不修复
# 检查前必须卸载
$ umount /dev/sdb1
# 或使用只读模式检查
$ fsck -n /dev/sdb1
# 查看文件系统状态
$ tune2fs -l /dev/sdb1 # ext系列
$ xfs_admin -l /dev/sdb2 # XFS
（4）挂载配置管理
手动挂载
# 创建挂载点
$ mkdir -p /mnt/data
# 临时挂载
$ mount /dev/sdb1 /mnt/data
$ mount -t ext4 /dev/sdb1 /mnt/data
$ mount -o rw,noatime /dev/sdb1 /mnt/data
# 挂载选项说明：
ro/rw # 只读/读写
noatime # 不更新访问时间，提升性能
nodiratime # 不更新目录访问时间
data=ordered # ext4数据写入模式
defaults # 默认选项
自动挂载（/etc/fstab）
# 编辑fstab文件
$ vim /etc/fstab
# fstab配置格式：
# 设备或UUID 挂载点 文件系统 挂载选项 dump fsck
UUID=xxxxxxx /data ext4 defaults 0 2
/dev/sdb1 /backup xfs defaults 0 0
//192.168.1.100/share /mnt/nfs nfs defaults,_netdev 0 0
# 获取UUID
$ blkid /dev/sdb1
$ lsblk -f /dev/sdb1
# 测试fstab配置
$ mount -a
$ systemctl daemon-reload
# 常用挂载选项：
defaults,_netdev # 网络设备，网络就绪后挂载
noauto # 不自动挂载
user # 允许普通用户挂载
nofail # 设备不存在时不报错
x-systemd.automount # systemd自动挂载
卸载操作
# 卸载文件系统
$ umount /mnt/data
# 强制卸载（当有进程占用时）
$ umount -f /mnt/data
$ umount -l /mnt/data # 懒卸载
# 查看挂载点占用进程
$ lsof /mnt/data
$ fuser -m /mnt/data
$ fuser -km /mnt/data # 结束占用进程
（5）磁盘配额管理
启用磁盘配额
# 1. 启用文件系统配额支持
$ mount -o usrquota,grpquota /dev/sdb1 /home
# 2. 初始化配额数据库
$ quotacheck -cug /home
$ quotacheck -avug # 检查所有配额分区
# 3. 启用配额
$ quotaon /home
$ quotaon -avug # 启用所有配额
# 4. 配置自动配额检查
$ vim /etc/fstab
/dev/sdb1 /home ext4 defaults,usrquota,grpquota 0 2
配置用户配额
# 设置用户配额
$ edquota username
# 编辑以下参数：
# blocks soft/hard: 磁盘空间限制（单位：KB）
# inodes soft/hard: 文件数量限制
# 设置配额模板
$ edquota -p template_user username
# 设置组配额
$ edquota -g groupname
# 查看配额
$ quota username
$ repquota -a # 所有用户配额报告
$ quotastats # 配额统计信息
# 复制配额设置
$ edquota -p user1 user2
配额限制示例
# 为用户设置10GB软限制，12GB硬限制
$ setquota -u username 10240000 12288000 0 0 /home
# 为组设置配额
$ setquota -g developers 51200000 61440000 0 0 /home
# 宽限时间设置
$ edquota -t
# 设置空间超限宽限期：7天
# 设置inode超限宽限期：7天
4. 实战案例配置
（1）新磁盘完整配置流程
#!/bin/bash
# 新磁盘配置脚本示例
DISK="/dev/sdb"
MOUNT_POINT="/data"
echo "=== 新磁盘配置开始 ==="
# 1. 查看磁盘信息
echo "1. 检查磁盘..."
fdisk -l $DISK
lsblk $DISK
# 2. 创建GPT分区表
echo "2. 创建GPT分区表..."
parted $DISK mklabel gpt
# 3. 创建分区（使用全部空间）
echo "3. 创建分区..."
parted $DISK mkpart primary xfs 1MiB 100%
# 4. 创建文件系统
echo "4. 创建XFS文件系统..."
mkfs.xfs -f -L DATA ${DISK}1
# 5. 创建挂载点
echo "5. 创建挂载点..."
mkdir -p $MOUNT_POINT
# 6. 获取UUID并配置自动挂载
echo "6. 配置自动挂载..."
UUID=$(blkid ${DISK}1 | awk -F'"' '{print $2}')
echo "UUID=$UUID $MOUNT_POINT xfs defaults 0 2" >> /etc/fstab
# 7. 挂载并验证
echo "7. 挂载并验证..."
mount -a
df -h $MOUNT_POINT
echo "=== 配置完成 ==="
这段自动化配置流程，充分利用了 运维/DevOps 中常用的 shell 脚本技术，大大提升了系统管理员的工作效率。
（2）磁盘故障排查指南
# 磁盘健康检查
$ smartctl -H /dev/sda
$ badblocks -sv /dev/sda
# I/O错误排查
$ dmesg | grep -i error
$ journalctl -k --since="1 hour ago" | grep -i disk
# 性能问题排查
$ iostat -x 1
$ iotop -o
$ vmstat 1
# 文件系统修复
# 1. 进入单用户模式或救援模式
# 2. 卸载问题磁盘
# 3. 运行fsck修复
# 4. 检查日志：/var/log/messages
（3）生产环境最佳实践
**分区设计原则：**
1. /boot单独分区（1GB，ext4）
2. /根分区足够大（至少20GB）
3. 关键目录独立分区（/var, /home, /tmp）
4. swap分区：物理内存1.5-2倍
5. 数据目录单独分区
**性能优化：**
1. SSD使用noatime,nodiratime挂载选项
2. 数据库使用XFS或ext4 with data=writeback
3. 日志目录使用独立分区防止写满
4. 定期清理/tmp和日志文件
**监控告警：**
1. 监控磁盘使用率（>80%告警）
2. 监控磁盘健康状态（SMART）
3. 监控I/O延迟和错误
4. 设置磁盘配额防止滥用
5. 常用命令速查表
（1）磁盘信息类
lsblk # 查看块设备树
fdisk -l # 列出所有磁盘分区
parted -l # 显示分区信息（GPT友好）
blkid # 显示块设备属性
df -hT # 查看文件系统使用情况
du -sh * # 查看目录大小
（2）分区管理类
fdisk /dev/sdX # MBR分区管理
gdisk /dev/sdX # GPT分区管理
parted /dev/sdX # 高级分区工具
sgdisk # 脚本化GPT工具
cfdisk # 图形化分区工具
（3）文件系统类
mkfs.ext4 /dev/sdX1 # 创建ext4文件系统
mkfs.xfs /dev/sdX1 # 创建XFS文件系统
fsck /dev/sdX1 # 检查修复文件系统
tune2fs -l /dev/sdX1 # 显示ext文件系统信息
xfs_info /dev/sdX1 # 显示XFS文件系统信息
（4）挂载管理类
mount /dev/sdX1 /mnt # 挂载文件系统
umount /mnt # 卸载文件系统
findmnt # 显示已挂载文件系统
mount -a # 挂载fstab中所有文件系统
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