磁盘与文件系统

这一课你将能做到

1. 用 df、du 在 1 分钟内定位「磁盘满了」的元凶目录，并完成清理或扩容
2. 理解挂载的概念，能把新磁盘分区、格式化并挂载到指定目录，写入 fstab 实现开机自动挂载
3. 用 tar/gzip 完成备份归档，理解 swap 的作用，并知道 LVM 在线扩容的基本流程

为什么要学

磁盘满是线上最常见的事故之一：MySQL 写不进数据导致全站 500、Redis AOF 撑爆磁盘、日志日积月累吃光根分区。本站后端（Spring Boot + MySQL + Redis）的每一个组件都在持续写磁盘，作为运维者你必须会三件事：快速定位空间去向、安全清理、扩容防复发。

面试中「df 和 du 的区别」「磁盘满了怎么排查」「/dev/sda 和 /dev/sda1 是什么关系」「swap 满了怎么办」是标准题库。这一课也直接对应路线图中的 Disks、LVM、Swap、Archiving 节点。

先建立图像

从物理盘到可用目录的完整链路：

物理磁盘 /dev/sda（整块盘）
   │  分区（fdisk/parted）
   ├── /dev/sda1  ──格式化 ext4──→ 挂载到 / （根分区）
   ├── /dev/sda2  ──格式化 ext4──→ 挂载到 /var/log
   └── /dev/sda3  ── swap 格式 ──→ 当作交换分区（虚拟内存）

云服务器常见形态：
/dev/vda    系统盘（50G）
/dev/vdb    数据盘（500G），挂载到 /data，MySQL 数据放这里

挂载的本质：把某个设备上的文件系统「嫁接」到目录树的某个目录上，
            之后访问该目录 = 访问该设备。

df 和 du 的视角差异（高频考点）：

df：站在「文件系统」角度，报告分区级别的总量/用量（查分区剩多少）
du：站在「目录」角度，逐个文件累加算大小（查哪个目录占的多）

df 满但 du 找不到大文件 → 有「已删除但仍被进程占用」的幽灵文件

跟着做

步骤 1：df——分区级空间总览

df -h
# Filesystem      Size  Used Avail Use% Mounted on
# /dev/vda1        50G   45G  2.5G  95% /          ← 根分区快满了，告警！
# /dev/vdb1       500G  120G  380G  24% /data

df -i           # 查看 inode 使用率（海量小文件会把 inode 耗尽）
df -hT          # -T 同时显示文件系统类型（ext4/xfs）

步骤 2：du——定位空间元凶

# 从根开始逐层下钻（运维标准排查路径）
sudo du -h --max-depth=1 / 2>/dev/null | sort -hr | head
# 输出示例： 20G /var
#           12G /usr
#            8G /home

sudo du -h --max-depth=1 /var 2>/dev/null | sort -hr | head
# 输出： 15G /var/lib      ← MySQL 数据在这
#        3G /var/log       ← 日志

sudo du -h --max-depth=1 /var/lib/mysql | sort -hr | head
# 找到最大的库/表文件

# 直接找大文件（超过 500M）
sudo find / -type f -size +500M -exec ls -lh {} \; 2>/dev/null

步骤 3：磁盘满了的完整急救流程（本站实战）

# 1. 确认哪个分区满了
df -h

# 2. 逐层定位大户
sudo du -h --max-depth=1 /var 2>/dev/null | sort -hr | head

# 3. 常见可清理项（按安全性排序）：
sudo journalctl --vacuum-size=500M     # 裁剪 systemd 日志（安全）
sudo apt clean                          # 清 apt 缓存（安全）
sudo apt autoremove -y                  # 删旧内核和无用依赖（较安全）
sudo truncate -s 0 /var/log/myapp/app.log  # 清空日志（保留文件，进程无需重启）

# 4. df 还是满？查幽灵文件（已删除但被占用）
sudo lsof +L1
# COMMAND  PID   USER  SIZE/OFF  NLINK  PATH (deleted)
# java     1234  app   2.5G      0      /var/log/myapp/app.log (deleted)
# NLINK=0 表示文件名已删但进程还占着 → 重启对应进程释放
sudo systemctl restart codeforge

步骤 4：新磁盘分区、格式化与挂载

云服务器新购一块数据盘后的标准操作：

# 1. 确认新盘（假设是 /dev/vdb，没有分区）
lsblk
sudo fdisk -l /dev/vdb

# 2. 分区（交互式：n 新建 → p 主分区 → 一路回车用全盘 → w 写入）
sudo fdisk /dev/vdb

# 3. 格式化为 ext4
sudo mkfs.ext4 /dev/vdb1

# 4. 挂载到 /data
sudo mkdir -p /data
sudo mount /dev/vdb1 /data
df -h /data       # 验证

步骤 5：fstab——开机自动挂载

mount 是临时的，重启失效。永久挂载要写 /etc/fstab：

# 用 UUID 而不是设备名（设备名重启后可能变化）
sudo blkid /dev/vdb1
# 输出：/dev/vdb1: UUID="a1b2c3d4-..." TYPE="ext4"

sudo nano /etc/fstab
# 追加一行：
# UUID=a1b2c3d4-...  /data  ext4  defaults  0  2

# 写完必须验证（fstab 写错会导致开机进不了系统！）
sudo mount -a        # 模拟开机挂载，无输出即正确

步骤 6：swap——内存不够用磁盘顶上

# 查看 swap 状态
free -h
#               total   used   free   buff/cache  available
# Mem:          3.8Gi   3.2Gi  100Mi   512Mi       400Mi
# Swap:         2.0Gi   1.8Gi  200Mi               ← swap 快满了，危险信号

swapon --show

# 创建 2G swap 文件（云服务器默认常无 swap）
sudo fallocate -l 2G /swapfile
sudo chmod 600 /swapfile          # 权限必须 600，否则 swapon 拒绝
sudo mkswap /swapfile
sudo swapon /swapfile
echo '/swapfile none swap sw 0 0' | sudo tee -a /etc/fstab   # 开机启用

注意：swap 是应急缓冲，不是内存替代品。swap 持续高使用说明内存真的不够（该加内存了），因为磁盘比内存慢 10 万倍。

步骤 7：tar/gzip——备份与归档

# 打包压缩（备份 MySQL 数据目录、应用代码）
tar czf backup-$(date +%F).tar.gz /opt/codeforge/
#  c=create  z=gzip压缩  f=文件名

# 查看包内容不解压
tar tzf backup-2026-10-07.tar.gz | head

# 解压到指定目录
tar xzf backup-2026-10-07.tar.gz -C /tmp/restore/

# 排除某些目录（备份时排除日志和临时文件）
tar czf app.tar.gz --exclude='*.log' --exclude='tmp/' /opt/codeforge/

# 更高压缩率（换 xz，更慢但更小）
tar cJf backup.tar.xz /opt/codeforge/

步骤 8：LVM 一瞥——在线扩容的底气

LVM（逻辑卷管理）让磁盘空间可以像水池一样动态分配：

# 概念：物理卷 PV → 卷组 VG → 逻辑卷 LV
sudo pvdisplay          # 物理卷
sudo vgdisplay          # 卷组（看有没有 FREE 空间）
sudo lvdisplay          # 逻辑卷

# 卷组有剩余空间时，给根分区在线加 10G（ext4 支持在线扩容，不中断服务）
sudo lvextend -L +10G /dev/ubuntu-vg/ubuntu-lv
sudo resize2fs /dev/ubuntu-vg/ubuntu-lv
df -h /                 # 已变大

Ubuntu Server 默认安装就是 LVM 布局，所以云盘扩容后通常只需 growpart + resize2fs 两条命令。

步骤 9：内存与磁盘监控速查

free -h                 # 内存 + swap 总览
vmstat 2 5              # 每 2 秒采样，看 si/so（swap 换入换出，非 0 说明内存在颠簸）
sudo apt install -y sysstat
iostat -x 2             # 磁盘 I/O：%util 接近 100% = 磁盘满载

讲清楚要点

1. df 看分区，du 看目录：df 从文件系统元数据读统计（快），du 逐文件累加（慢但精确到目录）。两者数字对不上时，优先怀疑幽灵文件（lsof +L1）。
2. 删日志用 truncate 而不是 rm：truncate -s 0 app.log 清空内容但保留文件句柄，应用无需重启；rm 后进程继续持有已删 inode，空间不释放。
3. fstab 写错可能开不了机：改完必须 mount -a 验证；云服务器还要注意 fstab 里别写死设备名，用 UUID。
4. swap 权限必须 600：这是 mkswap/swapon 的强制安全要求，权限不对会拒绝启用。
5. tar 选项没有 - 也行：tar czf 和 tar -czf 等价，前者是传统写法更常见。记忆法：czf 打包、xzf 解包、tzf 查看。
6. inode 耗尽和磁盘满是两种故障：df -i 看 inode。海量 session 文件、邮件队列会先把 inode 吃光，此时磁盘空间明明还有却写不进任何文件。
7. ext4 支持在线扩容，缩容必须卸载：所以扩容放心扩，缩容基本不做（宁可重建）。

你可能会懵的地方

• /dev/sda、/dev/vda、/dev/nvme0n1 有什么区别？ 都是磁盘设备名。sda 是 SATA/SCSI 盘，vda 是 KVM 虚拟机的 virtio 盘，nvme0n1 是 NVMe 固态。云服务器常见 vda/vdb。分区是设备名加数字：vda1、nvme0n1p1。

• 为什么云盘在控制台扩容后，df 还是老大小？ 控制台只扩了「块设备」，操作系统里的分区和文件系统还没扩。解决：sudo growpart /dev/vda 1（扩分区）+ sudo resize2fs /dev/vda1（扩文件系统）。

• MySQL 数据目录能直接 tar 备份吗？ 运行中直接打包会拿到不一致的数据（正在写入）。正确做法：用 mysqldump 逻辑备份，或 xtrabackup 热备，或先 FLUSH TABLES WITH READ LOCK。tar 适合备份应用代码和配置文件。

• buffer/cache 占用高需要担心吗？ 不需要。Linux 会把空闲内存当磁盘缓存加速读写，应用需要时立即释放。看内存够不够要看 free -h 的 available 列，不是 free 列。

• 挂载点目录里有文件，挂载后去哪了？ 被「遮住」了，没丢。卸载后（umount）又能看到。所以挂载前确保挂载点目录是空的，避免混乱。

错法对照

错法	问题	正解
rm app.log 清日志	空间不释放，进程继续写已删 inode	truncate -s 0 app.log 或 : > app.log
fstab 写 /dev/vdb1 不写 UUID	多盘机器重启后盘符漂移，挂错盘	blkid 拿 UUID 写入 fstab
fstab 改完直接重启	写错导致开机进 emergency 模式	先 mount -a 验证
du -sh /* 不带 sudo	大量 Permission denied，统计不全	sudo du -h --max-depth=1 / 2>/dev/null
swap 文件 chmod 755	swapon 报「insecure permissions」拒绝启用	chmod 600 /swapfile
直接 tar 运行中的 MySQL 数据目录	备份出来的数据不一致无法恢复	mysqldump 或 xtrabackup

卡点急救

1. 现象：MySQL 报 No space left on device 全站 500 按步骤 3 急救：journalctl 裁剪 → apt clean → 清旧日志 → 查幽灵文件。恢复后立即规划：日志接 logrotate、MySQL binlog 设过期时间（binlog_expire_logs_seconds）、数据盘扩容。

2. 现象：df -h 还有空间，但写文件报 No space left 两种可能：inode 耗尽（df -i 确认，清小文件）；或保留块被占满（ext4 默认给 root 保留 5%，普通用户写不进，用 root 清理）。

3. 现象：umount 报 target is busy 有进程在用该目录（包括有人 cd 在里面）。解决：lsof /data 或 fuser -vm /data 找出占用进程，关闭后再卸载；实在不行 umount -l（惰性卸载）。

面试常问

• df 和 du 的区别？df 显示满了但 du 找不到大文件怎么办？ df 报告文件系统级别用量（读超级块，快）；du 遍历目录累加（慢）。df 满而 du 找不到，说明有「已删除但仍被进程打开」的文件：lsof +L1 找 NLINK=0 的文件，重启占用进程释放空间。这是真实生产高频故障。

• 磁盘满了的排查流程？ df -h 定位分区 → du -h --max-depth=1 逐层下钻找大目录 → 按安全性清理（journalctl 裁剪、apt clean、truncate 日志）→ lsof +L1 查幽灵文件 → df -i 排除 inode 耗尽 → 事后复盘：日志轮转、监控告警、扩容。

• 什么是 swap？swap 满了说明什么？ swap 是磁盘上模拟内存的交换空间，内存不足时把不活跃页换出到磁盘。swap 高使用 + si/so 非零（vmstat）说明物理内存严重不足，系统在「颠簸」，性能急剧下降，需要加内存或优化应用（如调小 JVM 堆）。

自测三问

1. 如何清空调用中的日志文件且不影响写入它的进程？
2. 新挂载的数据盘重启后消失了，可能漏了哪一步？正确的配置方法是什么？
3. free -h 显示 swap 用了 90%，vmstat 的 si/so 持续非零，说明什么？怎么处理？

小结一句话

磁盘排查的黄金路径：df 定位分区、du 找元凶、lsof +L1 抓幽灵文件；挂载记住 UUID 写 fstab，清理优先 truncate 而不是 rm。

延伸

• Linux 文件系统管理 — man df/du/fstab
• Ubuntu LVM 官方指南
• 下一课：网络基础——TCP/IP、DNS 与 ping/tcpdump 排查网络问题。