🔧 第06课：文件系统维护

阶段一：文件系统第6/6课

📚 课程目标

掌握fsck文件系统检查与修复
理解ext4/xfs文件系统调优参数
学会文件系统在线扩展与缩减
了解文件系统损坏的恢复方法
掌握磁盘配额(quota)管理
建立文件系统日常维护习惯

一、文件系统检查 — fsck

1.1 fsck工作原理

fsck (File System Consistency Check) 检查并修复文件系统不一致。它检查以下内容：

超级块：文件系统元数据的元数据
inode表：文件元数据和数据块指针
数据块位图：已用/空闲数据块记录
inode位图：已用/空闲inode记录
目录结构：目录项的完整性
链接计数：硬链接数一致性

对已挂载的文件系统运行fsck可能导致数据损坏！务必先卸载或在单用户模式下运行。

1.2 fsck使用

# 检查文件系统（交互式，逐个确认修复）
sudo fsck /dev/sdb1

# 自动修复（不询问，推荐）
sudo fsck -y /dev/sdb1

# 仅检查不修复
sudo fsck -n /dev/sdb1

# 强制检查（即使标记为clean）
sudo fsck -f /dev/sdb1

# 检查所有fstab中的文件系统
sudo fsck -A

# 指定文件系统类型
sudo fsck -t ext4 /dev/sdb1
sudo fsck.ext4 /dev/sdb1    # 等效

$ which fsck

${OUT_FSCK}

1.3 超级块备份与恢复

ext4文件系统在创建时会在磁盘上保存多个超级块备份。如果主超级块损坏，可以用备份恢复。

# 查看备份超级块位置
sudo mke2fs -n /dev/sdb1    # 注意-n参数，不会真正格式化！

# 使用备份超级块恢复
sudo fsck -b 32768 /dev/sdb1     # 使用第一个备份超级块

# 如果还是不行，尝试其他备份
sudo fsck -b 98304 /dev/sdb1

二、文件系统调优

2.1 ext4调优 — tune2fs

# 查看ext4文件系统参数
sudo tune2fs -l /dev/sda1

${OUT_TUNE2FS}

# 调整保留块比例（默认5%，大磁盘可降低）
sudo tune2fs -m 1 /dev/sdb1    # 1%预留

# 设置文件系统标签
sudo tune2fs -L "data" /dev/sdb1

# 调整fsck检查间隔（0=禁用定期检查）
sudo tune2fs -i 0 /dev/sdb1    # 禁用基于时间的检查
sudo tune2fs -c 0 /dev/sdb1    # 禁用基于挂载次数的检查

# 启用日志（ext3/ext4）
sudo tune2fs -O has_journal /dev/sdb1

# 修改日志模式
sudo tune2fs -o journal_data_writeback /dev/sdb1

2.2 xfs调优

# 查看xfs文件系统信息
xfs_info /

${OUT_XFS_INFO}

# xfs修复
sudo xfs_repair /dev/sdb1      # 必须卸载后执行

# xfs元数据转储
sudo xfs_metadump /dev/sdb1 /tmp/xfs-meta.dump

# xfs冻结（用于快照一致性）
sudo xfs_freeze -f /mnt/data    # 冻结
sudo xfs_freeze -u /mnt/data    # 解冻

三、文件系统扩展

$ which resize2fs

${OUT_RESIZE}

# ext4在线扩展（无需卸载）
sudo resize2fs /dev/vg0/data     # 扩展到LV全部大小
sudo resize2fs /dev/vg0/data 50G # 扩展到指定大小

# xfs在线扩展（必须挂载状态）
sudo xfs_growfs /mnt/data        # 扩展到最大
sudo xfs_growfs -D 50G /mnt/data # 扩展到指定大小

四、磁盘配额(Quota)

4.1 配额类型

类型	限制对象	说明
用户配额	单个用户	限制用户的磁盘使用
组配额	单个组	限制组的磁盘使用
inode配额	文件数量	限制文件数量
block配额	空间大小	限制磁盘空间

4.2 配额设置流程

# 步骤1：在fstab中启用配额
# 添加usrquota,grpquota选项
/dev/vg0/data /mnt/data ext4 defaults,usrquota,grpquota 0 0

# 步骤2：重新挂载
sudo mount -o remount /mnt/data

# 步骤3：创建配额数据库文件
sudo quotacheck -cugm /mnt/data

# 步骤4：启用配额
sudo quotaon /mnt/data

# 步骤5：设置用户配额
sudo edquota -u username
# 在编辑器中设置soft/hard限制

# 查看配额
sudo repquota /mnt/data
sudo quota -u username

📋 soft vs hard限制

soft限制：超过后进入宽限期(grace period)，仍可写入
hard限制：绝对上限，无法超过
宽限期：默认7天，可修改sudo edquota -t

五、文件系统损坏与恢复

5.1 常见损坏场景

场景1：突然断电

有日志的文件系统(ext4/xfs)在重启后通过日志回放恢复一致性。无日志文件系统(ext2)需要完整fsck。

场景2：超级块损坏

# 症状：mount报"invalid super block"
# 恢复：使用备份超级块
sudo mke2fs -n /dev/sdb1        # 查看备份位置
sudo fsck -b 32768 /dev/sdb1    # 使用备份恢复

场景3：误删文件恢复

# ext4误删恢复（extundelete）
sudo apt install extundelete
sudo extundelete /dev/sdb1 --restore-file path/to/file
sudo extundelete /dev/sdb1 --restore-directory path/to/dir

# 通用恢复（testdisk/photorec）
sudo apt install testdisk
sudo photorec /dev/sdb1

5.2 /lost+found目录

$ ls -la /lost+found 2>/dev/null

${OUT_LOST}

每个ext文件系统根目录都有lost+found目录。fsck修复时发现的"孤儿"文件（有数据块但无目录项的文件）会放入此目录。

六、日志系统

6.1 ext4日志模式

模式	安全性	性能	说明
journal	最高	最低	数据和元数据都写入日志
ordered	高	中	仅元数据写日志，数据先写(默认)
writeback	中	最高	仅元数据写日志，不保证数据先写

七、日常维护任务

# 1. 查看磁盘使用率
df -hT

${OUT_DF}

# 2. 查看inode使用率
df -i

# 3. 查看大目录
du -sh /var/log

${OUT_DU_VAR}

# 4. 查看日志磁盘占用
journalctl --disk-usage

${OUT_JOURNAL}

# 5. 清理旧日志
sudo journalctl --vacuum-time=7d
sudo journalctl --vacuum-size=500M

# 6. 查找大文件
find / -type f -size +100M 2>/dev/null -exec ls -lh {} \;

# 7. 查找已删除但未释放空间的文件
sudo lsof +L1    # 找出已删除但进程仍打开的文件

八、故障排查

❌ 问题：磁盘空间满但du显示有剩余

原因：已删除文件被进程占用，空间未释放

# 查找已删除但仍占空间的文件
sudo lsof +L1 | grep deleted

# 重启占用进程释放空间
sudo systemctl restart nginx   # 示例

# 或使用truncate清空
sudo truncate -s 0 /proc/PID/fd/FD

❌ 问题：inode耗尽

症状：df -h显示有空间但无法创建文件，df -i显示100%

# 查看inode使用
df -i

# 找出大量小文件的目录
find / -xdev -type d -size +100k 2>/dev/null

# 清理（如session文件、临时文件）
find /var/lib/php/sessions -type f -mtime +7 -delete
find /tmp -type f -atime +7 -delete

九、练习

📝 练习1：文件系统健康检查

# 执行完整的文件系统健康检查
# 1. 查看所有文件系统类型和使用率
df -hT

# 2. 查看inode使用率
df -i

# 3. 检查已挂载文件系统是否有错误
dmesg | grep -i "ext4\|xfs\|error\|corrupt"

# 4. 查看文件系统参数
sudo tune2fs -l /dev/你的根分区 2>/dev/null | head -20

# 5. 检查日志大小
journalctl --disk-usage

📝 练习2：磁盘空间分析与清理

# 1. 找出最大的10个文件
find / -type f -exec du -h {} + 2>/dev/null | sort -rh | head -10

# 2. 清理APT缓存
sudo apt clean

# 3. 清理旧内核
sudo apt autoremove --purge

# 4. 清理journal日志
sudo journalctl --vacuum-time=3d

🏆

成就解锁：文件系统守护者

✅ 掌握fsck检查与修复

✅ 理解ext4/xfs调优参数

✅ 学会文件系统在线扩展

✅ 了解磁盘配额管理

✅ 掌握文件系统损坏恢复

🎉 阶段一（文件系统）完成！下一阶段：用户与进程

十、文件系统监控自动化

#!/bin/bash
# fs-monitor.sh - 文件系统监控脚本
# 检查磁盘空间、inode、文件系统错误

WARN_THRESHOLD=80
CRIT_THRESHOLD=95

echo "===== 文件系统健康报告 ====="
echo "日期: $(date)"
echo

# 磁盘空间检查
echo "--- 磁盘空间 ---"
df -h | awk -v warn=$WARN_THRESHOLD 'NR>1 {
    usage=$5; gsub(/%/,"",usage)
    if (usage+0 >= warn) print "⚠️  "$1" "$6" 已用"usage"%"
    else print "✅ "$1" "$6" 已用"usage"%"
}'
echo

# inode检查
echo "--- inode使用 ---"
df -i | awk -v warn=$WARN_THRESHOLD 'NR>1 {
    usage=$5; gsub(/%/,"",usage)
    if (usage+0 >= warn) print "⚠️  "$1" inode已用"usage"%"
}'
echo

# 只读文件系统检查
echo "--- 只读检查 ---"
mount | grep ' ro,' | while read line; do
    echo "❌ $line"
done
if [ -z "$(mount | grep ' ro,')" ]; then
    echo "✅ 无只读文件系统"
fi

# 大文件检查
echo "\n--- 超大文件(>100MB) ---"
find / -xdev -type f -size +100M 2>/dev/null | head -10

十一、NFS与网络文件系统

网络文件系统允许跨主机共享存储，企业环境中广泛使用。

协议	特点	适用场景
NFSv4	有状态、防火墙友好	Linux间共享
SMB/CIFS	Windows兼容	跨平台共享
iSCSI	块级共享	SAN存储
GlusterFS	分布式、可扩展	集群存储
CephFS	分布式、对象/块/文件	云存储

# NFS客户端挂载
sudo mount -t nfs4 server:/export/data /mnt/nfs

# NFS挂载选项
sudo mount -t nfs4 -o rw,hard,intr server:/export/data /mnt/nfs
# hard: 操作失败时重试（默认）
# soft: 操作失败时返回错误
# intr: 允许中断硬挂载的操作

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