Linux磁盘存储完全指南：从MBR到LVM的全面总结

磁盘存储管理是Linux系统管理中的核心技能之一。无论是服务器配置、数据存储规划还是系统优化，深入理解磁盘存储概念和管理技术都至关重要。本文将全面总结Linux环境下的磁盘存储术语、分区技术、文件系统管理、RAID配置以及LVM逻辑卷管理，并通过实际案例帮助您掌握这些关键知识点。

1. 磁盘存储基础术语

1.1 物理磁盘与逻辑磁盘

物理磁盘(Physical Disk)：实际的硬件设备，如硬盘(HDD)、固态硬盘(SSD)等
逻辑磁盘(Logical Disk)：通过分区、RAID或LVM等技术在物理磁盘上创建的逻辑存储单元
块设备(Block Device)：以固定大小的块为单位进行数据传输的设备，Linux中通常以/dev/sdX、/dev/vdX等命名

1.2 分区相关术语

分区(Partition)：将物理磁盘划分为多个独立的逻辑区域
主分区(Primary Partition)：可以直接被操作系统识别和使用的分区
扩展分区(Extended Partition)：一种特殊的主分区，可以容纳多个逻辑分区
逻辑分区(Logical Partition)：在扩展分区内创建的分区
分区表(Partition Table)：记录磁盘分区信息的数据结构，如MBR和GPT

1.3 文件系统术语

文件系统(File System)：管理和存储文件数据的方法和数据结构
挂载点(Mount Point)：文件系统与目录树的连接点
inode：存储文件元数据的数据结构
块(Block)：文件系统中数据存储的最小单位
超级块(Super Block)：存储文件系统整体信息的数据结构

2. MBR与GPT分区表对比

2.1 MBR分区表

MBR(Master Boot Record)是一种传统的磁盘分区表格式，存储在磁盘的第一个扇区(512字节)。

主要特点：

最大支持2TB的磁盘容量
最多只能创建4个主分区，或3个主分区+1个扩展分区
使用32位数值表示扇区数
包含引导代码区域(446字节)、分区表(64字节)和结束标志(2字节)
分区表采用16进制格式存储分区信息

适用场景：

传统BIOS引导的系统
磁盘容量小于2TB的系统
不需要超过4个主分区的简单配置

2.2 GPT分区表

GPT(GUID Partition Table)是一种现代的分区表格式，是UEFI规范的一部分。

主要特点：

支持超过2TB的大容量磁盘，理论上最大支持9.4ZB
最多可以创建128个主分区(Windows)或更多(Linux)
使用64位数值表示扇区数
包含备份分区表，提供更好的数据安全性
使用GUID(全局唯一标识符)标识分区类型
包含循环冗余校验(CRC)值，提高数据完整性

适用场景：

UEFI引导的系统
大容量磁盘(>2TB)
需要创建多个分区的复杂配置
对数据安全性要求较高的环境

2.3 MBR与GPT对比总结

特性	MBR	GPT
最大磁盘容量	2TB	9.4ZB
最大分区数	4个主分区	128个+
引导方式	BIOS	UEFI/BIOS兼容模式
分区标识	类型ID(1字节)	GUID
数据恢复	无内置机制	备份分区表
数据完整性	无校验	CRC校验
兼容性	所有系统	现代系统(Windows Vista+)

3. 分区与文件系统管理

3.1 分区管理工具

fdisk

功能：传统的磁盘分区工具，支持MBR和GPT(部分版本)

基本操作：

# 列出所有磁盘和分区
fdisk -l

# 对特定磁盘进行分区
fdisk /dev/sdb

# 在fdisk交互模式中常用命令
d   # 删除分区
n   # 创建新分区
p   # 显示分区表
q   # 退出不保存
w   # 保存并退出
t   # 更改分区类型

gdisk

功能：GPT专用分区工具，是fdisk的GPT版本

基本操作：

# 对磁盘进行GPT分区
gdisk /dev/sdb

# 在gdisk交互模式中常用命令
n   # 创建新分区
d   # 删除分区
p   # 显示分区表
q   # 退出不保存
w   # 保存并退出

parted

功能：高级分区工具，支持MBR和GPT，适合脚本化操作

基本操作：

# 交互式分区
parted /dev/sdb

# 非交互式创建分区
parted /dev/sdb mklabel gpt
parted /dev/sdb mkpart primary ext4 0% 100%

# 列出分区信息
parted /dev/sdb print

3.2 文件系统管理

常用文件系统

ext4：Linux主流文件系统，稳定性好，性能优秀
XFS：高性能64位文件系统，适合大文件和大容量存储
Btrfs：新一代文件系统，支持快照、校验等高级特性
ZFS：企业级文件系统，强大的数据完整性和存储池功能
FAT32/NTFS：Windows兼容的文件系统

文件系统创建与管理

格式化分区：

# 创建ext4文件系统
mkfs.ext4 /dev/sdb1

# 创建XFS文件系统
mkfs.xfs /dev/sdb1

# 创建Btrfs文件系统
mkfs.btrfs /dev/sdb1

挂载与卸载：

# 临时挂载
mount /dev/sdb1 /mnt/data

# 永久挂载（编辑/etc/fstab）
/dev/sdb1  /mnt/data  ext4  defaults  0  2

# 卸载
umount /mnt/data

文件系统检查与修复：

# 检查ext4文件系统
e2fsck -f /dev/sdb1

# 检查XFS文件系统
xfs_check /dev/sdb1

# 修复XFS文件系统
xfs_repair /dev/sdb1

4. RAID技术详解

4.1 RAID概述

RAID(Redundant Array of Independent Disks)是一种通过将多个物理磁盘组合成逻辑单元来提供数据冗余、提高性能或两者兼有的技术。

4.2 RAID级别对比

RAID 0

工作原理：

数据被分割成多个块，并行写入多个磁盘
没有数据冗余，注重性能提升

特点：

利用率：100%（所有磁盘空间都用于存储数据）
冗余性：无（任何一个磁盘故障都会导致数据丢失）
性能：读写性能显著提升（理论上是单个磁盘的n倍）
最少硬盘数：2个

适用场景：

对性能要求极高，对数据安全性要求低的场景
临时数据存储、视频编辑等

RAID 1

工作原理：

数据完全镜像到另一个磁盘
通过数据冗余提供容错能力

特点：

利用率：50%（一半空间用于存储，一半用于镜像）
冗余性：高（允许最多一个磁盘故障）
性能：读性能提升，写性能略有下降
最少硬盘数：2个

适用场景：

对数据安全性要求极高的场景
系统盘、数据库日志等关键数据存储

RAID 5

工作原理：

数据和校验信息分布存储在所有磁盘上
使用奇偶校验提供容错能力

特点：

利用率：(n-1)/n（n为磁盘数量）
冗余性：中等（允许最多一个磁盘故障）
性能：读性能良好，写性能受校验计算影响
最少硬盘数：3个

适用场景：

文件服务器、应用服务器等对性能和可靠性都有要求的场景

RAID 10

工作原理：

先创建RAID 1镜像，再将多个镜像组合成RAID 0
结合了RAID 0的性能和RAID 1的冗余性

特点：

利用率：50%（与RAID 1相同）
冗余性：高（允许每个镜像组中最多一个磁盘故障）
性能：读写性能都有显著提升
最少硬盘数：4个（2个镜像组，每组2个磁盘）

适用场景：

数据库服务器、高IO负载的应用服务器
对性能和可靠性都有极高要求的场景

RAID 01

工作原理：

先创建RAID 0条带，再将多个条带组合成RAID 1
与RAID 10的实现方式相反

特点：

利用率：50%
冗余性：中等（如果同一RAID 0条带中的两个磁盘同时故障，整个RAID将失效）
性能：读写性能良好
最少硬盘数：4个

与RAID 10的区别：

RAID 10的容错性更好，即使两个磁盘故障，只要不在同一镜像组，系统仍可运行
RAID 01的容错性较差，如果同一RAID 0条带中的两个磁盘故障，整个阵列将崩溃

4.3 Linux软件RAID配置

使用mdadm工具配置软件RAID：

# 安装mdadm
sudo apt install mdadm  # Debian/Ubuntu
sudo yum install mdadm  # CentOS/RHEL

# 创建RAID 10（2个镜像组，每组2个磁盘）
sudo mdadm --create /dev/md0 --level=10 --raid-devices=4 /dev/sdb /dev/sdc /dev/sdd /dev/sde

# 查看RAID状态
sudo mdadm --detail /dev/md0

# 监控RAID重建进度
cat /proc/mdstat

# 保存RAID配置
sudo mdadm --detail --scan | sudo tee -a /etc/mdadm/mdadm.conf

5. LVM逻辑卷管理

5.1 LVM基本原理

LVM(Logical Volume Manager)是Linux环境下的逻辑卷管理工具，通过抽象物理存储设备，提供灵活的存储管理能力。

核心概念：

物理卷(PV - Physical Volume)：物理存储设备（硬盘分区或整个硬盘）
卷组(VG - Volume Group)：由多个物理卷组成的存储池
物理扩展(PE - Physical Extent)：物理卷中可分配的最小存储单元
逻辑卷(LV - Logical Volume)：从卷组中分配的逻辑存储单元，可以被格式化和挂载
逻辑扩展(LE - Logical Extent)：逻辑卷中的最小存储单元，与物理扩展一一对应

LVM的主要优势：

动态调整卷大小，无需停机
支持快照功能，便于备份和恢复
可以将多个物理设备合并成一个逻辑存储单元
提供更灵活的磁盘空间管理

5.2 LVM基本操作

创建LVM

# 1. 初始化物理卷
pvcreate /dev/sdb1 /dev/sdc1

# 2. 创建卷组
vgcreate data_vg /dev/sdb1 /dev/sdc1

# 3. 创建逻辑卷
lvcreate -L 100G -n data_lv data_vg
# 或按百分比分配
lvcreate -l 100%FREE -n data_lv data_vg

# 4. 创建文件系统
mkfs.ext4 /dev/data_vg/data_lv

# 5. 挂载逻辑卷
mkdir /mnt/data
mount /dev/data_vg/data_lv /mnt/data

扩展LVM

# 1. 添加新的物理卷到卷组
pvcreate /dev/sdd1
vgextend data_vg /dev/sdd1

# 2. 扩展逻辑卷
lvextend -L +50G /dev/data_vg/data_lv
# 或使用全部可用空间
lvextend -l +100%FREE /dev/data_vg/data_lv

# 3. 扩展文件系统
resize2fs /dev/data_vg/data_lv  # 对于ext4文件系统
# 或
xfs_growfs /dev/data_vg/data_lv  # 对于XFS文件系统

LVM快照

# 创建快照
lvcreate -L 10G -s -n data_snap /dev/data_vg/data_lv

# 挂载快照\mkdir /mnt/snap
mount /dev/data_vg/data_snap /mnt/snap

# 删除快照
umount /mnt/snap
lvremove /dev/data_vg/data_snap

查看LVM信息

# 查看物理卷
pvs
pvdisplay

# 查看卷组
vgs
vgdisplay

# 查看逻辑卷
lvs
lvdisplay

5.3 LVM实战实验

实验：创建LVM并实现磁盘扩容

实验环境：

3个新的磁盘分区：/dev/sdb1, /dev/sdc1, /dev/sdd1
初始需求：创建100G逻辑卷
扩容需求：将逻辑卷扩展到200G

实验步骤：

准备物理卷

pvcreate /dev/sdb1 /dev/sdc1
pvs  # 验证物理卷创建成功

创建卷组

vgcreate project_vg /dev/sdb1 /dev/sdc1
vgs  # 验证卷组创建成功

创建初始逻辑卷

lvcreate -L 100G -n project_lv project_vg
lvs  # 验证逻辑卷创建成功

格式化并挂载

mkfs.xfs /dev/project_vg/project_lv
mkdir /mnt/project
mount /dev/project_vg/project_lv /mnt/project
df -h /mnt/project  # 查看挂载情况

模拟数据写入

dd if=/dev/zero of=/mnt/project/test_file bs=1G count=50

扩展逻辑卷 ```bash
添加新磁盘到卷组
pvcreate /dev/sdd1 vgextend project_vg /dev/sdd1

扩展逻辑卷

lvextend -L 200G /dev/project_vg/project_lv

扩展文件系统

xfs_growfs /dev/project_vg/project_lv

验证扩容成功

df -h /mnt/project

## 6. Shell变量与猜数字游戏

### 6.1 Shell变量命名规则

**基本规则**：
- 变量名必须以字母或下划线开头
- 变量名只能包含字母、数字和下划线
- 变量名区分大小写
- 避免使用Shell保留字和特殊字符
- 变量名应该有描述性，便于理解

**命名约定**：
- 环境变量：通常使用大写字母（如PATH, HOME）
- 局部变量：通常使用小写字母（如count, name）
- 只读变量：通常使用大写字母（如VERSION）
- 数组变量：通常使用复数形式（如files, users）

### 6.2 不同类型变量的使用

#### 环境变量

环境变量对当前Shell会话和其子进程可见：

```bash
# 设置环境变量
export PATH=$PATH:/usr/local/bin
export JAVA_HOME=/usr/lib/jvm/java-11-openjdk

# 查看环境变量
echo $PATH
echo $JAVA_HOME
printenv  # 显示所有环境变量

位置变量

位置变量用于获取脚本或函数的参数：

# $0: 脚本名称
# $1-$9: 第1-9个参数
# ${10}: 第10个及以上参数
# $*: 所有参数作为单个字符串
# $@: 所有参数作为独立字符串
# $#: 参数个数

#!/bin/bash
echo "脚本名称: $0"
echo "第一个参数: $1"
echo "第二个参数: $2"
echo "参数个数: $#"
echo "所有参数: $@"

只读变量

只读变量设置后不能被修改或删除：

# 设置只读变量
readonly PI=3.14159
declare -r VERSION="2.0.1"

# 尝试修改会报错
# PI=3.14  # 这会失败

局部变量

局部变量仅在定义它的函数或代码块中可见：

#!/bin/bash

# 全局变量
GLOBAL_VAR="这是全局变量"

my_function() {
  # 局部变量
  local LOCAL_VAR="这是局部变量"
  echo "函数内访问局部变量: $LOCAL_VAR"
  echo "函数内访问全局变量: $GLOBAL_VAR"
}

my_function
echo "函数外访问全局变量: $GLOBAL_VAR"
echo "函数外访问局部变量: $LOCAL_VAR"  # 这会是空值

状态变量

状态变量用于存储命令执行的结果状态：

# $?: 上一个命令的退出状态（0表示成功，非0表示失败）
# $$: 当前Shell进程ID
# $!: 上一个后台命令的进程ID
# $_: 上一个命令的最后一个参数

ls -l /nonexistent
if [ $? -ne 0 ]; then
  echo "命令执行失败"
fi

echo "当前进程ID: $$"
sleep 100 &
echo "后台进程ID: $!"

6.3 猜数字游戏脚本

下面是一个基于Shell的猜数字游戏，包含用户交互和提示功能：

#!/bin/bash

# 猜数字游戏

echo "=== 猜数字游戏 ==="
echo "我已经想好了一个1到100之间的数字，快来猜猜看吧！"

# 生成1到100之间的随机数
target=$((RANDOM % 100 + 1))
guesses=0

# 游戏主循环
while true; do
  # 提示用户输入
  read -p "请输入你的猜测: " guess
  
  # 增加猜测次数
  guesses=$((guesses + 1))
  
  # 检查输入是否为有效数字
  if ! [[ "$guess" =~ ^[0-9]+$ ]]; then
    echo "错误：请输入有效的数字！"
    continue
  fi
  
  # 检查范围
  if [ "$guess" -lt 1 ] || [ "$guess" -gt 100 ]; then
    echo "错误：请输入1到100之间的数字！"
    continue
  fi
  
  # 比较猜测与目标
  if [ "$guess" -eq "$target" ]; then
    echo "恭喜你猜对了！数字就是 $target！"
    echo "你总共用了 $guesses 次猜测。"
    
    # 根据猜测次数给予评价
    if [ "$guesses" -le 5 ]; then
      echo "太棒了！你是猜数字高手！"
    elif [ "$guesses" -le 10 ]; then
      echo "不错！你的直觉很好！"
    else
      echo "再接再厉，下次会做得更好！"
    fi
    break
  elif [ "$guess" -lt "$target" ]; then
    echo "太小了！试试更大的数字。"
  else
    echo "太大了！试试更小的数字。"
  fi
done

echo "游戏结束，谢谢参与！"

脚本使用说明：

将脚本保存为guess_number.sh
添加执行权限：chmod +x guess_number.sh
运行脚本：./guess_number.sh
根据提示输入数字，系统会提示你猜的数字是大了还是小了
猜对后会显示猜测次数和相应的评价

7. 总结

本文全面介绍了Linux环境下的磁盘存储管理技术，从基本术语到高级配置，涵盖了MBR与GPT分区表、文件系统管理、RAID技术、LVM逻辑卷管理以及Shell变量和脚本。通过掌握这些技术，您可以更有效地管理Linux系统的存储资源，提高系统的可靠性、性能和灵活性。

磁盘存储管理是一个持续学习的过程，随着存储技术的发展，新的技术和工具不断涌现。建议读者通过实际操作来加深理解，并关注最新的存储技术发展动态，不断提升自己的系统管理技能。

最后，希望本文的内容对您有所帮助，让您在Linux系统管理的道路上更进一步！

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文档信息

本文作者：soveran zhong
本文链接：https://blog.clockwingsoar.cyou/2025/11/10/linux-disk-storage-guide/
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Linux磁盘存储完全指南：从MBR到LVM的全面总结

Linux磁盘存储完全指南：从MBR到LVM的全面总结

1. 磁盘存储基础术语

1.1 物理磁盘与逻辑磁盘

1.2 分区相关术语

1.3 文件系统术语

2. MBR与GPT分区表对比

2.1 MBR分区表

2.2 GPT分区表

2.3 MBR与GPT对比总结

3. 分区与文件系统管理

3.1 分区管理工具

fdisk

gdisk

parted

3.2 文件系统管理

常用文件系统

文件系统创建与管理

4. RAID技术详解

4.1 RAID概述

4.2 RAID级别对比

RAID 0

RAID 1

RAID 5

RAID 10

RAID 01

4.3 Linux软件RAID配置

5. LVM逻辑卷管理

5.1 LVM基本原理

5.2 LVM基本操作

创建LVM

扩展LVM

LVM快照

查看LVM信息

5.3 LVM实战实验

实验：创建LVM并实现磁盘扩容

添加新磁盘到卷组

扩展逻辑卷

扩展文件系统

验证扩容成功

位置变量

只读变量

局部变量

状态变量

6.3 猜数字游戏脚本

7. 总结

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