第 18 章 磁盘管理
Part 4 · 系统管理
引子
你插了一个 U 盘。在 Windows 里，它自动弹出来了。在 Linux 里……什么都没发生。
不是 Linux 识别不了 U 盘，而是它需要你手动「挂载」。Linux 的哲学是：设备存在是一回事，你想不想用它另一回事。你得告诉系统「把这个设备接到文件系统的这棵树上」。
fdisk 分区、mkfs 格式化、mount 挂载——这套流程在嵌入式开发里会反复出现：给 SD 卡分区、给 eMMC 烧录系统、给 NFS 准备共享目录……每一步都离不开磁盘管理。
但首先，有一个概念必须搞清楚：为什么 Linux 不像 Windows 那样给你一个「D 盘」？为什么它要用「挂载」这么别扭的方式？这个问题的答案，藏着 Linux 文件系统设计的核心逻辑。
背景与动机
如果你是从 Windows 转过来的，你可能习惯了这样想：C 盘装系统，D 盘放数据，E 盘是 U 盘。每个盘符对应一块物理设备，路径从盘符开始。
Linux 不这么干。在 Linux 的世界里，只有一个根——/。所有东西都挂在这棵树上。硬盘的某个分区可以是 /home，U 盘可以是 /mnt/usb，网络存储可以是 /mnt/nfs。你看到的路径和物理设备之间没有固定的盘符对应关系——它们通过「挂载」动态绑定。
这种设计在嵌入式开发中尤其重要。想象一块 i.MX 开发板：它的 eMMC 上可能有三个分区——一个放 U-Boot，一个放 Linux 内核，一个放根文件系统。在 Linux 眼里，它们就是 /dev/mmcblk0p1、/dev/mmcblk0p2、/dev/mmcblk0p3——通过挂载接到目录树的不同位置上。理解这套机制，是你在开发板上烧录系统、调试存储的基础。
概念层
没有「盘符」的世界
在 Linux 里，你看不到 C 盘、D 盘。取而代之的是一棵从 / 出发的目录树。硬盘、U 盘、网络存储——所有设备都只是这棵树上的某个节点。
设备文件住在 /dev 目录下。你可以把它们理解为硬件的「身份证」：
$ ls /dev/sd*
# 预期输出（具体因机器而异）
/dev/sda /dev/sda1 /dev/sda2命名规则很规律：
sd表示 SATA/SCSI/USB 存储设备- 字母
a、b、c…… 表示第几块设备（第一块、第二块……） - 数字
1、2、3…… 表示这块设备上的第几个分区
所以 /dev/sda 是整块硬盘，/dev/sda1 是这块硬盘的第一个分区。/dev/sdb 是第二块设备（比如你刚插的 U 盘），/dev/sdb1 是它的第一个分区。
你可以把 /dev/sdb1 想象成一栋建筑——它客观存在，有具体的物理地址。但这栋建筑还没有挂门牌号——你没法通过"路径"找到它。
「挂载」就是给它挂门牌号的过程。你告诉系统：把 /dev/sdb1 这栋建筑，挂到 /mnt/usb 这个地址上。从此以后，访问 /mnt/usb 就是访问 U 盘。
但这个比喻有一个地方需要修正：真实世界里的门牌号是固定的——建设路 108 号永远在那里。而 Linux 的挂载是动态的——你可以随时把 /dev/sdb1 从 /mnt/usb 摘下来，挂到 /media/flash 上。门牌号和建筑之间的绑定关系，由你决定。
回到那个「建筑与门牌号」的类比：你现在应该能看出来，/dev/sdb1 是那栋建筑（物理设备），/mnt/usb 是门牌号（挂载点），mount 命令就是把门牌号钉到建筑上去的那个动作。如果你不挂载，建筑还在那里（/dev/sdb1 可以被 ls 看到），但没人知道怎么走进去——因为没有门牌号。
分区与格式化
一块新硬盘（或者一张新 SD 卡）插上来，不能直接用。它需要经历两步：
第一步：分区——把整块硬盘切成一个或几个区域。每个区域可以独立管理，有自己的文件系统。
第二步：格式化——在分区上建立文件系统。没有文件系统的分区就像一间没装修的毛坯房——能放东西，但没人知道东西放在哪里。
分区工具最经典的是 fdisk。它只支持 MBR（Master Boot Record）分区表——一种从 DOS 时代沿用至今的格式，最多支持 4 个主分区，单分区最大 2TB。
现代系统更多使用 GPT（GUID Partition Table）分区表。GPT 没有主分区数量限制，支持超过 2TB 的分区。处理 GPT 分区表的工具是 gdisk。
这里有一个容易混淆的地方：新版本的 fdisk 其实也支持 GPT 了。但如果你明确知道要用 GPT，gdisk 是更专业的选择。在嵌入式开发中，给 SD 卡分区时两种都可能遇到——U-Boot 的传统教程很多还在用 MBR，但新板子越来越多地使用 GPT。
格式化的命令是 mkfs（Make File System）：
# 把 /dev/sdb1 格式化为 ext4（Linux 原生文件系统）
$ sudo mkfs -t ext4 /dev/sdb1
# 或者格式化为 FAT32（Windows 和 Linux 都能读写）
$ sudo mkfs -t vfat /dev/sdb1选什么文件系统取决于用途：只在 Linux 上用，选 ext4；需要和 Windows 交换数据，选 vfat（FAT32）。嵌入式开发中，U-Boot 分区通常用 FAT32（因为 U-Boot 本身经常以 raw 或者 FAT 方式读取），根文件系统分区用 ext4。
/etc/fstab：开机自动挂载
每次开机都手动 mount 太烦了。Linux 提供了一个配置文件 /etc/fstab 来实现自动挂载：
$ cat /etc/fstab
# <file system> <mount point> <type> <options> <dump> <pass>
UUID=xxxx-xxxx / ext4 defaults 0 1
UUID=yyyy-yyyy /home ext4 defaults 0 2六个字段分别是：
| 字段 | 含义 | 示例 |
|---|---|---|
| 设备 | 设备文件路径或 UUID | UUID=xxxx-xxxx 或 /dev/sda1 |
| 挂载点 | 挂载到目录树的哪个位置 | /、/home、/mnt/usb |
| 文件系统类型 | ext4、vfat、ntfs 等 | ext4、vfat |
| 挂载选项 | 权限和行为控制 | defaults |
| dump | dump 备份工具是否备份（0 = 不备份） | 0 |
| pass | 开机时 fsck 检查的顺序（0 = 不检查） | 0、1、2 |
其中 defaults 是一组默认挂载选项的缩写，包含 rw（可读写）、suid（允许 SUID 位生效）、dev（允许设备文件）、exec（允许执行程序）、auto（开机自动挂载）、nouser（只有 root 能挂载）、async（异步 I/O）。日常使用不需要改这个。
UUID 是设备的全局唯一标识符——比 /dev/sda1 这种名字更可靠，因为设备名可能因为你插拔顺序不同而变化，但 UUID 是刻在分区里的，不会变。查看设备的 UUID：
$ sudo blkid /dev/sda1
# 预期输出
/dev/sda1: UUID="a1b2c3d4-e5f6-7890-abcd-ef1234567890" TYPE="ext4" PARTUUID="12345678-01"df 与 du：看空间
挂载完了，怎么看磁盘用了多少空间？
df（disk free）：查看文件系统的整体使用情况。
$ df -h
# 预期输出
Filesystem Size Used Avail Use% Mounted on
/dev/sda1 100G 30G 66G 31% /
/dev/sda2 500G 200G 275G 42% /home
tmpfs 3.9G 1.2M 3.9G 1% /tmp-h 表示人类可读（human-readable）——用 GB、MB 显示而不是用块数。
du（disk usage）：查看某个目录占用了多少空间。
# 查看 ~/projects 目录下每个子目录的大小
$ du -h --max-depth=1 ~/projects
# 预期输出
4.0K /home/charlie/projects/docs
1.2G /home/charlie/projects/kernel
850M /home/charlie/projects/u-boot
2.1G /home/charlie/projects
# 查看某个目录的总大小
$ du -sh ~/projects
# 预期输出
2.1G /home/charlie/projects-s 表示汇总（summary）——只显示总计，不展开每个子目录。-sh 合用就是"给我这个目录总共多大"。
两者的区别：df 看的是文件系统级别的空间（"这块硬盘还剩多少"），du 看的是目录级别的空间（"这个文件夹占了多少"）。
实践层
4.1 查看系统中的存储设备
先看看当前系统里有哪些存储设备：
# 列出所有块设备
$ lsblk
# 预期输出
NAME MAJ:MIN RM SIZE RO TYPE MOUNTPOINTS
sda 8:0 0 100G 0 disk
├─sda1 8:1 0 50G 0 part /
├─sda2 8:2 0 49G 0 part /home
└─sda3 8:3 0 1G 0 part [SWAP]
sr0 11:0 1 1024M 0 romlsblk（list block devices）以树形结构显示所有块设备和它们的分区。RM 列表示是否可移除（1 = 可移除，比如 U 盘），MOUNTPOINTS 显示挂载位置。
比 ls /dev/sd* 更直观——它直接告诉你每个分区挂在了哪里。
4.2 给 U 盘分区和格式化
⚠️ 危险操作警告
以下操作会彻底清除 U 盘上的所有数据。 反复确认设备名——如果你不小心操作了
/dev/sda（系统硬盘），你的系统就没了。 操作之前，用lsblk确认你的 U 盘是哪个设备。
假设你的 U 盘是 /dev/sdb（用 lsblk 确认）。
用 fdisk 分区
$ sudo fdisk /dev/sdb
# 进入 fdisk 交互界面后：
# 输入 p 查看当前分区
Command (m for help): p
# 显示当前的分区表
# 输入 d 删除已有分区（如果有的话）
Command (m for help): d
# 如果有多个分区，会问你要删哪个
# 输入 n 新建分区
Command (m for help): n
Partition type:
p primary (0 primary, 0 extended, 4 free)
e extended
Select (default p): p # 选主分区
Partition number (1-4, default 1): 1 # 第一个分区
First sector (2048-xxx, default 2048): # 直接回车，用默认值
Last sector (xxx-xxx, default xxx): # 直接回车，用全部空间
# 输入 w 写入分区表并退出
Command (m for help): w
# 预期输出
The partition table has been altered.
Calling ioctl() to re-read partition table.
Syncing disks.fdisk 里做的所有操作，在按下 w 之前都只是"草稿"——存在内存里，没碰硬盘。感觉搞砸了？按 q 退出，什么都不会发生。
格式化分区
# 把新分区格式化为 FAT32（跨平台兼容性最好）
$ sudo mkfs -t vfat /dev/sdb1
# 预期输出
mkfs.fat 4.2 (2021-01-31)几秒钟就完成了。现在这个分区有了文件系统，可以存数据了。
4.3 挂载与卸载
挂载
# 创建挂载点
$ sudo mkdir -p /mnt/usb
# 挂载
$ sudo mount /dev/sdb1 /mnt/usb
# 验证——现在可以访问 U 盘了
$ ls /mnt/usb
# 预期输出（如果是空的 U 盘，什么都没有）
$ df -h /mnt/usb
# 预期输出
Filesystem Size Used Avail Use% Mounted on
/dev/sdb1 7.5G 4.0K 7.5G 1% /mnt/usb现代 Linux 通常能自动检测文件系统类型，所以 mount /dev/sdb1 /mnt/usb 不需要加 -t vfat。但如果自动检测失败，手动指定：mount -t vfat /dev/sdb1 /mnt/usb。
写入数据
$ echo "Hello from Linux" > /mnt/usb/test.txt
$ cat /mnt/usb/test.txt
# 预期输出
Hello from Linux卸载
$ sudo umount /mnt/usb注意是 umount，不是 unmount——少一个 n。这个拼写坑了无数新手。
卸载之后，/mnt/usb 又变成了一个空目录。U 盘上的数据还在，只是从目录树上断开了。
⚠️ 常见报错：target is busy
如果你当前就在
/mnt/usb目录里（终端的工作目录是它），系统会拒绝卸载：umount: /mnt/usb: target is busy.解决方法：
cd到别的目录，比如cd ~，然后再umount。或者用lsof /mnt/usb看看是谁在占用。
4.4 配置自动挂载
如果你有一块硬盘想每次开机自动挂载，编辑 /etc/fstab。
先查 UUID：
$ sudo blkid /dev/sdb1
# 预期输出
/dev/sdb1: UUID="ABCD-1234" TYPE="vfat" PARTUUID="12345678-01"然后在 /etc/fstab 末尾加一行：
$ sudo tee -a /etc/fstab << 'EOF'
UUID=ABCD-1234 /mnt/usb vfat defaults,noauto,users 0 0
EOF这里用了几个选项：noauto（不自动挂载——避免开机时如果 U 盘没插导致启动卡住），users（允许普通用户挂载）。如果希望开机自动挂载，把 noauto 去掉。
测试配置是否正确——不重启，直接挂载：
$ mount /mnt/usb
# 如果 fstab 配置正确，这条命令不需要指定设备名——它会从 fstab 里查4.5 磁盘空间排查
当系统提示「No space left on device」时，用 df 和 du 定位问题：
# 先看哪个文件系统满了
$ df -h
# 找到 Use% 接近 100% 的那个分区
# 然后进去 du 找大文件
$ sudo du -h --max-depth=1 / | sort -rh | head -10
# 预期输出（从大到小列出 / 下的一级目录）
8.5G /usr
5.2G /home
3.1G /var
1.2G /snap
...sort -rh 按人类可读的数值从大到小排序——5.2G 排在 3.1G 前面。不加 -h 选项的话，sort -n 会把 5.2G 当成字符串而不是数字，排序结果会乱。
逐级缩小范围：
# 发现 /var 占了 3.1G，进去看看
$ sudo du -h --max-depth=1 /var | sort -rh | head -5
# 预期输出
2.8G /var/log
200M /var/cache
50M /var/lib
...
# /var/log 占了 2.8G——日志太多了
$ sudo du -h /var/log/*.log | sort -rh | head -5
# 预期输出
1.2G /var/log/syslog
800M /var/log/kern.log
500M /var/log/syslog.1找到了——syslog 一个文件就占了 1.2G。清理方案：
# 轮转日志（不会直接删除，而是压缩旧日志）
$ sudo logrotate -f /etc/logrotate.conf
# 或者直接清空某个日志文件（文件还在，内容清空）
$ sudo truncate -s 0 /var/log/syslog⚠️ 不要用
rm删日志文件有些新手会直接
rm /var/log/syslog，然后发现磁盘空间没有释放。原因是：如果某个进程还在往这个文件写数据，即使你rm了文件名，文件描述符还开着——磁盘空间不会被释放，直到那个进程关闭文件描述符或重启。用
truncate -s 0清空文件内容比rm安全——文件还在，进程继续写，但内容归零。
练习题
磁盘管理的操作涉及硬件，没法在每台机器上都练。下面几道题侧重理解和推理。
练习 18.1 ⭐（理解）
在 /etc/fstab 中，defaults 挂载选项包含哪些子选项？如果要让一个分区只读挂载，应该把 defaults 改成什么？
提示：
defaults包含rw,suid,dev,exec,auto,nouser,async。只读就是把rw改成ro。
练习 18.2 ⭐⭐（应用）
你有一块 2TB 的硬盘，需要分成两个分区：一个 500GB 的 ext4 分区挂载到 /data，一个 1.5TB 的 ext4 分区挂载到 /backup。写出完整的操作步骤（分区 → 格式化 → 挂载 → 配置 fstab）。
提示：用
fdisk创建两个主分区，分别mkfs.ext4，编辑/etc/fstab添加两行。
练习 18.3 ⭐⭐⭐（思考）
/etc/fstab 中设备标识可以用 /dev/sda1 也可以用 UUID=xxxx。为什么推荐使用 UUID？在什么场景下 /dev/sda1 这种写法会出问题？
提示：想象一台机器上插了两块 USB 硬盘，启动时它们的识别顺序可能因插口位置而改变——
/dev/sda和/dev/sdb可能互换。
本章回响
这一章的核心概念只有一个词：挂载。
分区也好，格式化也好，它们都是准备工作。真正的核心操作是 mount——它把一个物理设备（/dev/sdb1）绑定到目录树的一个节点（/mnt/usb）上。这个绑定是动态的、可逆的、由你决定的。Linux 不替你做这个决定，它只给你工具。
还记得开头那个问题吗——为什么 Linux 不像 Windows 那样自动弹出一个盘符？因为 Linux 的文件系统是一棵统一的树。如果你有十个设备，Windows 给你 C 到 L 十个盘符——十棵独立的树。Linux 把它们全部嫁接在同一棵树上——只有一个根，但可以无限生长。这种设计的代价是你得手动管理嫁接点（挂载），好处是你可以在任何一个位置接入任何一种设备，路径永远从 / 开始，不需要记盘符。
df 和 du 是挂载之后的管理工具——一个看全局，一个看局部。当你遇到磁盘空间不足时，df -h 定位是哪个分区满了，du -h --max-depth=1 逐级追踪是哪个目录在吃空间。这两个命令会陪伴你整个开发生涯。
下一章我们要看的是进程管理——程序跑起来了，怎么查看它、怎么控制它、跑崩了怎么收拾。磁盘是静态的存储，进程是动态的运行——理解了这两层，你就掌握了 Linux 系统管理的地基。