Linux文件系统管理指南

一、Linux文件系统基础

1. 常见文件系统类型

• ext4：Linux最常用的日志文件系统
• XFS：高性能文件系统，适合大文件处理
• Btrfs：支持快照、压缩等高级功能的现代文件系统
• ZFS：企业级文件系统，提供数据完整性校验
• FAT32/NTFS：Windows兼容文件系统

2. 文件系统层次结构

/
├── bin    # 基本命令二进制文件
├── boot   # 引导加载程序文件
├── dev    # 设备文件
├── etc    # 系统配置文件
├── home   # 用户主目录
├── lib    # 系统库文件
├── media  # 可移动媒体挂载点
├── mnt    # 临时挂载点
├── opt    # 可选应用软件包
├── proc   # 进程信息虚拟文件系统
├── root   # root用户主目录
├── run    # 运行时变量数据
├── sbin   # 系统管理命令
├── srv    # 服务相关数据
├── sys    # 系统设备虚拟文件系统
├── tmp    # 临时文件
├── usr    # 用户程序
└── var    # 可变数据文件

二、磁盘和分区管理

1. 查看磁盘和分区信息

# 列出所有块设备
lsblk

# 显示磁盘分区表
fdisk -l

# 显示磁盘空间使用情况
df -h

# 显示文件系统详细信息
blkid

2. 分区管理

# 使用fdisk进行分区
sudo fdisk /dev/sdX

# 使用parted进行分区（支持GPT）
sudo parted /dev/sdX

# 创建新分区后更新内核分区表
partprobe

3. 文件系统创建

# 创建ext4文件系统
mkfs.ext4 /dev/sdX1

# 创建XFS文件系统
mkfs.xfs /dev/sdX1

# 创建Btrfs文件系统
mkfs.btrfs /dev/sdX1

三、挂载与卸载

1. 基本挂载操作

# 临时挂载
mount /dev/sdX1 /mnt/mydisk

# 永久挂载(编辑/etc/fstab)
/dev/sdX1  /mnt/mydisk  ext4  defaults  0  2

# 卸载文件系统
umount /mnt/mydisk

2. 挂载选项

• ro/rw：只读/读写
• noexec：禁止执行二进制文件
• nosuid：忽略setuid/setgid位
• nodev：不解释设备文件
• remount：重新挂载已挂载的文件系统

3. 特殊挂载

# 挂载ISO文件
mount -o loop image.iso /mnt/iso

# 挂载远程NFS共享
mount -t nfs server:/share /mnt/nfs

# 挂载Windows共享(SMB/CIFS)
mount -t cifs //server/share /mnt/smb -o username=user,password=pass

四、文件系统维护

1. 检查与修复

# 检查ext2/3/4文件系统
fsck /dev/sdX1

# 检查XFS文件系统
xfs_repair /dev/sdX1

# 检查Btrfs文件系统
btrfs check /dev/sdX1

2. 调整文件系统大小

# 扩展ext2/3/4文件系统
resize2fs /dev/sdX1

# 扩展XFS文件系统
xfs_growfs /mount/point

# 调整Btrfs文件系统大小
btrfs filesystem resize +10G /mount/point

3. 磁盘配额管理

# 启用配额支持(编辑/etc/fstab)
/dev/sdX1  /home  ext4  defaults,usrquota,grpquota  0  2

# 初始化配额数据库
quotacheck -cug /home

# 启用配额
quotaon /home

# 设置用户配额
edquota username

五、高级文件系统功能

1. LVM逻辑卷管理

# 创建物理卷
pvcreate /dev/sdX1

# 创建卷组
vgcreate myvg /dev/sdX1

# 创建逻辑卷
lvcreate -L 10G -n mylv myvg

# 扩展逻辑卷
lvextend -L +5G /dev/myvg/mylv
resize2fs /dev/myvg/mylv

2. 文件系统加密(LUKS)

# 创建加密分区
cryptsetup luksFormat /dev/sdX1

# 打开加密分区
cryptsetup open /dev/sdX1 myencrypted

# 创建文件系统
mkfs.ext4 /dev/mapper/myencrypted

# 挂载使用
mount /dev/mapper/myencrypted /mnt/secure

3. Btrfs高级功能

# 创建子卷
btrfs subvolume create /mnt/btrfs/mysubvol

# 创建快照
btrfs subvolume snapshot /mnt/btrfs/mysubvol /mnt/btrfs/mysnapshot

# 启用压缩
mount -o compress=zstd /dev/sdX1 /mnt/btrfs

六、性能监控与优化

1. 监控工具

# I/O统计
iostat -x 1

# 磁盘使用情况
df -h

# 目录大小
du -sh /path/to/directory

# 文件系统检查
dmesg | grep -i filesystem

2. 性能优化

• 使用noatime挂载选项减少元数据写入
• 根据工作负载选择合适的文件系统
• 对于SSD，考虑启用TRIM支持(discard挂载选项)
• 调整日志大小和提交间隔

七、故障排除

常见问题及解决方案

1. 无法卸载文件系统：

   • 检查是否有进程正在使用：lsof /mount/point
   • 强制卸载：umount -l /mount/point

2. 文件系统损坏：

   • 进入单用户模式或使用Live CD
   • 运行适当的fsck工具

3. 磁盘空间不足但df显示有空间：

   • 可能是inode耗尽：df -i
   • 删除小文件或重建文件系统增加inode数量

4. 挂载失败：

   • 检查dmesg输出
   • 确保文件系统类型正确
   • 确保目标目录存在

通过掌握这些Linux文件系统管理技能，您将能够有效地配置、维护和优化Linux系统的存储资源。