第25集：文件系统维护

教学目标

• 理解文件系统维护的重要性
• 掌握使用fsck命令检查和修复文件系统
• 了解文件系统碎片整理和优化方法
• 掌握文件系统备份和恢复的基本方法
• 了解文件系统故障的常见原因和解决方法
• 能够制定文件系统维护计划

核心知识点讲解

1. 文件系统维护概述

文件系统维护是确保Linux系统稳定运行的重要环节。它包括文件系统的检查、修复、优化、备份等操作。定期的文件系统维护可以：

• 检测和修复文件系统错误
• 提高文件系统性能
• 防止数据丢失
• 延长存储设备的使用寿命

2. 文件系统检查

fsck命令

fsck（File System Check）命令用于检查和修复文件系统错误。

基本语法：

fsck [选项] [-t 文件系统类型] 设备文件

常用选项：

注意事项

• 重要：不要在已挂载的文件系统上运行fsck，这可能导致文件系统损坏
• 对于根文件系统，应该在单用户模式或从救援模式启动后检查
• 对于其他文件系统，应该先卸载再检查

3. 文件系统修复

常见文件系统错误

• 超级块损坏：文件系统的核心元数据损坏
• inode损坏：索引节点损坏
• 块位图损坏：用于跟踪空闲块的位图损坏
• 目录结构损坏：目录条目损坏
• 坏块：物理存储介质上的坏扇区

修复方法

# 检查并修复ext4文件系统
sudo fsck -y /dev/sda1

# 修复超级块损坏（使用备份超级块）
sudo mke2fs -n /dev/sda1  # 查看备份超级块位置
sudo fsck -b 32768 /dev/sda1  # 使用备份超级块

# 修复XFS文件系统
sudo xfs_repair /dev/sda1

4. 文件系统优化

碎片整理

虽然Linux文件系统（如ext4）的碎片率通常较低，但在某些情况下仍需要进行碎片整理。

# 检查文件碎片情况
sudo e4defrag -c /dev/sda1

# 整理文件碎片
sudo e4defrag /path/to/file
sudo e4defrag /dev/sda1

挂载选项优化

通过优化挂载选项可以提高文件系统性能：

# 在/etc/fstab中添加优化选项
UUID=xxxxxxxx-xxxx-xxxx-xxxx-xxxxxxxxxxxx  /  ext4  defaults,noatime,discard  0  1

常用优化选项：

• noatime：禁止更新文件的访问时间，减少磁盘I/O
• nodiratime：禁止更新目录的访问时间
• discard：启用TRIM支持，提高SSD性能
• barrier=0：禁用写屏障，提高性能（但可能影响数据安全性）

5. 文件系统备份

备份方法

• 完整备份：备份整个文件系统
• 增量备份：只备份更改的文件
• 差异备份：备份自上次完整备份以来更改的文件

常用备份工具

6. 文件系统故障处理

常见故障及解决方法

数据恢复

紧急数据恢复步骤：

1. 停止对受损文件系统的写入操作
2. 使用只读模式挂载文件系统（如果可能）
3. 复制重要数据到安全位置
4. 运行fsck修复文件系统

常用数据恢复工具：

• testdisk：恢复丢失的分区和文件
• photorec：恢复丢失的文件
• extundelete：恢复ext文件系统中删除的文件

7. 文件系统维护计划

定期维护任务

自动化维护

使用cron或systemd timers自动化维护任务：

# 编辑crontab
# sudo crontab -e

# 添加每周日凌晨2点运行文件系统检查
# 0 2 * * 0 /usr/sbin/fsck -A -T -C

# 添加每天凌晨1点运行备份
# 0 1 * * * /path/to/backup-script.sh

8. 不同文件系统的维护特点

ext2/ext3/ext4

• 使用fsck.ext2/fsck.ext3/fsck.ext4进行检查
• 支持e4defrag进行碎片整理
• 备份超级块用于故障恢复

XFS

• 使用xfs_repair进行检查和修复
• 内置碎片整理功能，使用xfs_fsr命令
• 支持在线扩展，但不支持在线缩小

Btrfs

• 使用btrfs check进行检查
• 支持在线修复（某些情况下）
• 内置快照功能，便于备份和恢复

ZFS

• 使用zpool scrub进行数据一致性检查
• 内置冗余和自我修复功能
• 支持快照和克隆

操作示例

示例1：基本的文件系统检查

# 卸载文件系统
umount /dev/sda1

# 检查文件系统
fsck /dev/sda1

# 自动修复错误
fsck -y /dev/sda1

# 强制检查
fsck -f /dev/sda1

# 检查所有已挂载的文件系统
fsck -A

示例2：在单用户模式下检查根文件系统

# 进入单用户模式
# 方法1：系统启动时按e编辑 grub菜单，在linux行末尾添加 "single" 或 "1"
# 方法2：运行命令
sudo init 1

# 检查根文件系统
sudo fsck -f /dev/sda1

# 退出单用户模式，进入多用户模式
exit

示例3：修复超级块损坏

# 查看分区信息
fdisk -l /dev/sda

# 查看备份超级块位置
sudo mke2fs -n /dev/sda1

# 使用备份超级块修复
sudo fsck -b 32768 /dev/sda1

# 验证修复结果
sudo fsck -f /dev/sda1

示例4：文件系统碎片整理

# 检查文件碎片情况
sudo e4defrag -c /home

# 检查单个文件的碎片情况
sudo filefrag /path/to/large/file

# 整理目录中的文件碎片
sudo e4defrag /home/user/Documents

# 整理整个文件系统的碎片
sudo e4defrag /dev/sda1

示例5：文件系统备份

# 使用tar创建完整备份
tar -czvf backup-$(date +%Y%m%d).tar.gz /home

# 使用rsync创建增量备份
rsync -av --delete /home/ /backup/home/

# 使用rsync进行远程备份
rsync -av --delete /home/ user@remote:/backup/home/

# 使用dd创建磁盘镜像
sudo dd if=/dev/sda1 of=/backup/sda1.img bs=4M status=progress

# 压缩dd镜像
gzip /backup/sda1.img

示例6：XFS文件系统维护

# 检查XFS文件系统
sudo xfs_repair -n /dev/sda1

# 修复XFS文件系统
sudo xfs_repair /dev/sda1

# 碎片整理
sudo xfs_fsr /dev/sda1

# 扩展XFS文件系统（需要先扩展分区）
sudo xfs_growfs /dev/sda1

示例7：Btrfs文件系统维护

# 检查Btrfs文件系统
sudo btrfs check /dev/sda1

# 扫描并修复Btrfs文件系统
sudo btrfs scrub start /
sudo btrfs scrub status /

# 创建快照
sudo btrfs subvolume snapshot / /mnt/snapshot-$(date +%Y%m%d)

# 列出快照
sudo btrfs subvolume list /

# 删除快照
sudo btrfs subvolume delete /mnt/snapshot-20230101

示例8：创建自动化维护脚本

# 创建文件系统维护脚本
cat > filesystem-maintenance.sh << 'EOF'
#!/bin/bash

# 日志文件
LOG_FILE="/var/log/filesystem-maintenance.log"

echo "[$(date)] 开始文件系统维护" >> $LOG_FILE

# 1. 检查磁盘空间
echo "[$(date)] 检查磁盘空间" >> $LOG_FILE
df -h >> $LOG_FILE

# 2. 检查inode使用情况
echo "[$(date)] 检查inode使用情况" >> $LOG_FILE
df -i >> $LOG_FILE

# 3. 清理临时文件
echo "[$(date)] 清理临时文件" >> $LOG_FILE
sudo rm -rf /tmp/* 2>/dev/null
sudo rm -rf /var/tmp/* 2>/dev/null

# 4. 清理日志文件
echo "[$(date)] 清理日志文件" >> $LOG_FILE
sudo journalctl --vacuum-time=7d >> $LOG_FILE 2>&1

# 5. 检查文件系统（仅检查，不修复）
echo "[$(date)] 检查文件系统" >> $LOG_FILE
# 注意：实际生产环境中，应该在文件系统未挂载时运行完整检查
# 这里仅作为示例，不执行实际的fsck操作
echo "文件系统检查需要在文件系统未挂载时执行" >> $LOG_FILE

echo "[$(date)] 文件系统维护完成" >> $LOG_FILE
echo "------------------------" >> $LOG_FILE
EOF

# 使脚本可执行
chmod +x filesystem-maintenance.sh

# 运行脚本
sudo ./filesystem-maintenance.sh

# 将脚本添加到crontab，每周日凌晨运行
# sudo crontab -e
# 添加: 0 0 * * 0 /path/to/filesystem-maintenance.sh

课后练习

1. 基础练习：

   • 使用df命令查看系统磁盘空间使用情况
   • 使用fsck命令检查一个未挂载的文件系统
   • 创建一个文件系统备份

2. 进阶练习：

   • 为系统创建一个自动化的文件系统维护脚本
   • 学习使用不同的备份工具进行文件系统备份
   • 了解并尝试使用不同文件系统的维护工具

3. 思考问题：

   • 为什么不能在已挂载的文件系统上运行fsck？
   • 不同文件系统的维护工具有什么区别？
   • 如何制定一个合理的文件系统维护计划？
   • 当文件系统损坏时，应该采取哪些步骤来最大程度地保护数据？

总结

本集介绍了Linux系统中文件系统维护的相关知识，包括：

• 文件系统维护的重要性和基本概念
• 使用fsck命令检查和修复文件系统
• 文件系统碎片整理和优化方法
• 文件系统备份和恢复的基本方法
• 不同文件系统的维护特点
• 文件系统故障的常见原因和解决方法
• 自动化维护任务的设置

定期的文件系统维护是确保Linux系统稳定运行的关键。通过本集的学习，您应该能够掌握文件系统维护的基本技能，包括检查、修复、优化和备份文件系统，从而提高系统的可靠性和性能。在下一集中，我们将介绍Linux系统中用户账户管理的相关知识。