CentOS7课堂笔记Swap交换空间、系统启动与故障排错# CentOS7课堂笔记LVM逻辑卷、Swap交换空间、系统启动与故障排错 文档说明本笔记由原始课堂笔记重构优化而成面向 Linux 新手学员重点覆盖 LVM 逻辑卷、Swap 交换空间、systemd 启动流程、GRUB2 引导与常见故障排错。 适用人群Linux 初学者、运维入门学员。 实验环境CentOS 7.9 x86_64LVMXFS 文件系统BIOS 启动模式 阅读说明命令前的 # 表示 root 超级管理员执行$ 表示普通用户执行普通用户执行管理类命令通常会报权限拒绝。 --- ## 课前练习LVM 逻辑卷扩缩容高频考点 ### 题目 XFS 逻辑卷 /dev/mapper/centos-home 目前为 147G需要拿出 100G 空间分配给 /dev/mapper/centos-root同时保证 /home 数据不丢失。请写出完整操作步骤。 ### 初始状态检查 bash # root执行查看 /home 和 / 的磁盘使用情况 # -h 表示以人性化单位显示容量-T 表示显示文件系统类型 [rootserver ~]# df -hT /home/ /输出示例文件系统 类型 容量 已用 可用 已用% 挂载点 /dev/mapper/centos-home xfs 147G 33M 147G 1% /home /dev/mapper/centos-root xfs 50G 1.6G 49G 4% /输出解读/dev/mapper/centos-homehome 逻辑卷总容量 147G仅使用 33M文件系统类型为 XFS。/dev/mapper/centos-rootroot 逻辑卷总容量 50G。致命警告⚠️XFS 文件系统不支持缩小文件系统xfs_growfs只能扩容 XFS没有xfs_shrink这类缩小命令。不能直接对已挂载的 XFS 逻辑卷执行lvreduce否则会导致文件系统损坏、数据丢失。XFS 缩小逻辑卷的正确思路是备份数据 → 卸载分区 → 缩小 LV → 重建 XFS → 恢复数据。对比ext4 可以先缩小文件系统再缩小逻辑卷。参考答案完整步骤第 1 步备份 /home 数据# root执行将 /home 打包压缩备份到 /root # -z 表示 gzip 压缩-c 表示创建归档-v 表示显示过程-f 指定归档文件名 [rootserver ~]# tar -zcvf /root/home_backup.tar.gz /home输出示例tar: 从成员名中删除开头的“/” home/ home/lostfound/注释解析把/home数据备份到/root/home_backup.tar.gz。这是缩容前最重要的保险因为后面需要重建 XFS 文件系统。第 2 步卸载 /home# root执行卸载 /home 文件系统 [rootserver ~]# umount /home结果说明没有输出通常表示卸载成功。如果提示target is busy说明有进程正在使用/home需要先排查占用进程。排查占用进程# root执行查看哪些进程正在使用 /home [rootserver ~]# fuser -m /home 如果 fuser 报错找不到命令输入 yum install psmisc -y 安装。 # 或者 [rootserver ~]# lsof /home # 既然不知道是谁占用了它我们直接用 Linux 的懒卸载Lazy Unmount功能强制把 /home 卸载掉。 umount -l /home cd / (解释一定要先回到根目录 /不然等会儿卸载 /home 时系统还是会提示你“正在使用”) 正常情况使用 umount /home第 3 步缩小 home 逻辑卷# root执行将 centos-home 逻辑卷缩小到 47G # -L 47G 表示指定新的逻辑卷大小为 47G [rootserver ~]# lvreduce -L 47G /dev/mapper/centos/home输出示例WARNING: Reducing active logical volume to 47.00 GiB. THIS MAY DESTROY YOUR DATA (filesystem etc.) Do you really want to reduce centos/home? [y/n]: y Size of logical volume centos/home changed from 147.00 GiB (37631 extents) to 47.00 GiB (12032 extents). Logical volume centos/home successfully resized.注释解析lvreduce只缩小底层 LVM 逻辑卷块设备大小。由于 XFS 不能在线缩小这里缩小 LV 后原来的文件系统已经不能继续使用必须重建。第 4 步重建 XFS 文件系统# root执行在缩小后的 home 逻辑卷上重新创建 XFS 文件系统 [rootserver ~]# mkfs.xfs /dev/mapper/centos/home输出示例meta-data/dev/centos/home isize512 agcount4, agsize3080192 blks sectsz512 attr2, projid32bit1 crc1 finobt0, sparse0 data bsize4096 blocks12320768, imaxpct25 sunit0 swidth0 blks naming version 2 bsize4096 ascii-ci0 ftype1 log internal log bsize4096 blocks6016, version 2 sectsz512 sunit0 blks, lazy-count1 realtime none extsz4096 blocks0, rtextents0注释解析这一步会格式化centos-home所以必须先确认数据已经备份。重建后该逻辑卷成为一个新的 47G XFS 文件系统。第 5 步挂载 /home 并恢复数据# root执行重新挂载 /home [rootserver ~]# mount /home # root执行将备份恢复到根目录重建 /home 内容 # -C / 表示切换到 / 目录后再解压 [rootserver ~]# tar -zxvf /root/home_backup.tar.gz -C /输出示例home/ home/lostfound/第 6 步扩容 root 逻辑卷# root执行给 centos-root 逻辑卷增加 100G 空间 # -L 100G 表示在原有基础上额外增加 100G [rootserver ~]# lvextend -L 100G /dev/mapper/centos/root输出示例Size of logical volume centos/root changed from 50.00 GiB (12800 extents) to 150.00 GiB (38400 extents). Logical volume centos/root successfully resized. # 可能还会有这种提示 Insufficient free space: 25600 extents needed, but only 25599 available报错信息的意思是你需要 25600 个“方块”但组里只剩下 25599 个了所以它不肯给了。 # 既然组里只剩下这么多可用空间了我们直接把“所有剩余的可用空间”都分配给 root 分区就行了。 lvextend -l 100%FREE /dev/mapper/centos/root # 如果你就是想用 100G 这种固定大小的参数那我们只要把 100G 稍微调小一丢丢比如改成 99G就能通过了 lvextend -L 99G /dev/mapper/centos/root注释解析lvextend只扩展逻辑卷大小。文件系统还没有识别新增空间所以还需要执行xfs_growfs。第 7 步扩容 root 的 XFS 文件系统# root执行让 XFS 文件系统识别新增的磁盘空间 [rootserver ~]# xfs_growfs /dev/mapper/centos/root输出示例meta-data/dev/mapper/centos-root isize512 agcount4, agsize3276800 blks sectsz512 attr2, projid32bit1 crc1 finobt0 spinodes0 data bsize4096 blocks12800000, imaxpct25 sunit0 swidth0 blks naming version 2 bsize4096 ascii-ci0 ftype1 log internal log bsize4096 blocks6250, version 2 sectsz512 sunit0 blks, lazy-count1 realtime none extsz4096 blocks0, rtextents0 data blocks changed from 12800000 to 38400000注释解析重点看最后一行data blocks changed from 12800000 to 38400000。这表示 XFS 文件系统已经成功扩容。第 8 步校验最终结果# root执行查看所有文件系统最终容量 [rootserver ~]# df -hT输出示例文件系统 类型 容量 已用 可用 已用% 挂载点 /dev/mapper/centos-root xfs 150G 1.6G 148G 2% / /dev/mapper/centos-home xfs 47G 33M 47G 1% /home本题解析XFS 不能缩小文件系统所以必须走备份、卸载、重建的路线。lvextend / lvreduce操作的是底层逻辑卷大小。xfs_growfs操作的是 XFS 文件系统大小。扩容 root 可以在线完成缩小 home 必须卸载并重建文件系统。一、Linux Swap 交换空间管理1.1 存储器层次结构概念说明速度从快到慢CPU寄存器 CPU高速缓存Cache 物理内存RAM 磁盘/SSD各层作用层级特点作用CPU寄存器最快、最小、最贵存放正在运算的数据和中间结果CPU Cache小而快缓存常用内存数据减少访问内存次数物理内存 RAM速度较快、程序运行区程序运行时的数据和代码存放位置磁盘/SSD容量大、速度慢持久保存数据断电不丢失工作流程CPU 需要数据时按以下顺序查找寄存器 → Cache → 物理内存 → 磁盘前一级找不到才去下一级找。磁盘最慢所以系统应尽量减少磁盘交换。1.2 虚拟内存与 MMU虚拟内存每个进程看到的都是独立的虚拟地址空间不需要直接访问物理内存。MMUMMU 是 CPU 中的硬件单元负责将虚拟地址转换为物理地址提供内存访问权限控制让进程使用连续的虚拟地址底层物理内存可以不连续。1.3 思考题为什么进程不直接访问物理内存参考答案扩展内存容量虚拟内存 物理内存 Swap可以让程序使用比实际物理内存更大的地址空间。解决内存碎片化物理内存会被反复分配和释放容易变得零散MMU 可以把零散的物理页映射成连续的虚拟地址。实现内存保护每个进程只能访问自己的虚拟地址空间不能随意访问其他进程或内核内存提高安全性和稳定性。1.4 Swap 交换空间是什么Swap 是磁盘上划出的一块区域用来充当“虚拟内存”。工作原理物理内存紧张时内核把暂时不用的内存页写到 Swap。程序再次需要这些数据时再从 Swap 读回物理内存。注意事项⚠️ Swap 只是应急手段不是性能优化方案。磁盘速度远低于内存。如果系统长期大量使用 Swap说明物理内存不足应优先考虑增加物理内存。1.5 Swap 建议大小物理内存Swap 建议大小开启休眠时建议≤2GiB内存的 2 倍内存的 3 倍2~8GiB与内存差不多内存的 2 倍8~64GiB至少 4GiB约内存的 1.5 倍64GiB至少 4GiB不建议开启休眠服务器通常关闭休眠功能。1.6 查看内存与 Swap 状态# root执行查看内存和 Swap 使用情况 # -m 表示以 MiB 为单位显示 [rootcentos7 ~]# free -m输出示例total used free shared buff/cache available Mem: 3931 322 3446 11 162 3403 Swap: 3967 0 3967字段解读字段含义total总量used已被程序使用的内存free完全空闲的内存shared多个进程共享的内存buff/cache内核缓存的磁盘数据内存紧张时可回收available真正可分配给新程序的内存生产环境重点看这个值Swapused已使用的交换空间持续升高说明内存压力较大1.7 查看已激活的 Swap# root执行查看当前系统激活的 Swap 设备 [rootcentos7 ~]# swapon -s输出示例Filename Type Size Used Priority /dev/dm-1 partition 4063228 0 -2字段解读字段含义FilenameSwap 设备路径Type类型partition表示分区SizeSwap 大小Used已使用大小Priority优先级数字越大越优先使用1.8 创建 Swap 分区实验实验目标在/dev/sdb上创建一个 2G 的 Linux Swap 分区。步骤 1创建分区# root执行给 /dev/sdb 设置 GPT 分区表 [rootcentos7 ~]# parted /dev/sdb mklabel gpt # root执行创建一个从 1MiB 到 2049MiB 的分区类型为 linux-swap [rootcentos7 ~]# parted /dev/sdb unit MiB mkpart swap01 linux-swap 1 2049 # root执行查看分区结果 [rootcentos7 ~]# parted /dev/sdb unit MiB print步骤 2格式化为 Swap# root执行将分区格式化为 Swap 文件系统 [rootcentos7 ~]# mkswap /dev/sdb1输出示例Setting up swapspace version 1, size 2097148 KiB no label, UUID2bf4e179-3648-4412-9495-3b278df4acd6注释解析格式化后会生成一个 UUID。后续写入/etc/fstab时建议使用 UUID不要依赖/dev/sdb1。1.9 激活 Swap 并设置优先级临时激活# root执行临时激活 /dev/sdb1并设置优先级为 4 # -p 4 表示优先级 4数值越大越优先使用 [rootcentos7 ~]# swapon -p 4 /dev/sdb1校验激活结果# root执行查看 Swap 列表 [rootcentos7 ~]# swapon -s输出示例Filename Type Size Used Priority /dev/dm-1 partition 4063228 0 -2 /dev/sdb1 partition 2097148 0 4关闭 Swap# root执行关闭单个 Swap 设备 [rootcentos7 ~]# swapoff /dev/sdb1 # root执行关闭系统中所有 Swap [rootcentos7 ~]# swapoff -a1.10 永久配置 Swap写入 /etc/fstabUUID2bf4e179-3648-4412-9495-3b278df4acd6 swap swap pri4 0 0字段说明字段含义UUID设备唯一标识第二个字段固定写swap第三个字段文件系统类型为swappri4Swap 优先级0 0不备份不进行磁盘检查使配置生效# root执行读取 /etc/fstab 并激活所有 Swap [rootcentos7 ~]# swapon -a # root执行校验是否生效 [rootcentos7 ~]# swapon -s1.11 思考题Swap 临时生效和永久生效的区别参考答案方式命令生效范围重启后是否保留临时生效swapon /dev/sdb1当前系统否永久生效/etc/fstabswapon -a开机自动激活是1.12 本章新手踩坑执行mkswap后忘记执行swapon导致 Swap 不生效。/etc/fstab使用/dev/sdb1这类设备名磁盘顺序变化后导致开机异常。多个 Swap 不设置优先级系统按设备顺序轮流使用。把 Swap 当成普通 XFS/ext4 分区写入 fstab导致语法错误。1.13 本章小结Swap 是磁盘上的虚拟内存性能远低于物理内存。创建 Swap 的完整流程分区 →mkswap→swapon→/etc/fstab持久化。临时生效用swapon永久生效写/etc/fstab。生产环境看内存重点看available。二、CentOS7 系统启动原理与 systemd2.1 CentOS7 完整启动流程开机上电 ↓ BIOS/UEFI POST 自检 ↓ 读取磁盘引导记录 ↓ GRUB2 启动菜单 ↓ 加载 kernel 和 initramfs ↓ 内核启动执行 /sbin/init ↓ systemdPID1接管系统 ↓ 执行 sysinit.target ↓ 挂载 /etc/fstab启动基础服务 ↓ 进入 default.target ↓ 启动终端和登录界面2.2 systemd 的作用systemd 是 CentOS7 的初始化系统PID 永远是 1。它负责挂载文件系统启动系统服务管理系统运行状态支持并行启动提高启动速度。2.3 target 目标单元target 是一组服务的集合用来定义系统运行模式。常见 targettarget说明poweroff.target关机rescue.target救援模式单用户multi-user.target文本多用户模式服务器常用graphical.target图形界面模式reboot.target重启2.4 查看 target 依赖# root执行查看 graphical.target 依赖哪些单元 [rootcentos7 ~]# systemctl list-dependencies graphical.target # root执行反向查看哪些 target 依赖 sshd [rootcentos7 ~]# systemctl list-dependencies sshd.service --reverse2.5 临时切换运行目标# root执行立即切换到文本模式 [rootcentos7 ~]# systemctl isolate multi-user.target # root执行立即切换到图形模式 [rootcentos7 ~]# systemctl isolate graphical.targetisolate是临时切换重启后恢复原来的默认 target。2.6 设置开机默认目标# root执行查看当前开机默认目标 [rootcentos7 ~]# systemctl get-default # root执行设置开机默认进入文本模式 [rootcentos7 ~]# systemctl set-default multi-user.target输出示例Removed symlink /etc/systemd/system/default.target. Created symlink from /etc/systemd/system/default.target to /usr/lib/systemd/system/multi-user.target.2.7 思考题isolate和set-default的区别参考答案命令作用生效范围重启后效果systemctl isolate multi-user.target立即切换当前运行状态临时恢复默认 targetsystemctl set-default multi-user.target修改开机默认目标永久重启后仍生效2.8 启动时临时进入救援模式开机看到 GRUB 菜单按任意键中断倒计时。选中内核按e编辑启动项。找到linux16开头的行末尾添加systemd.unitrescue.target按Ctrl x启动。这种修改只对本次启动有效重启后恢复。三、重置 root 密码3.1 方法一rd.break操作步骤重启系统在 GRUB 菜单按e。在linux16行末尾添加rd.break。按Ctrl x启动。进入switch_root环境后执行# root执行将 /sysroot 重新挂载为读写 switch_root:/# mount -o remount,rw /sysroot # root执行切换到真实系统根目录 switch_root:/# chroot /sysroot # root执行设置新的 root 密码 sh-4.2# echo NewPass123 | passwd --stdin root # root执行开启 SELinux 的系统必须创建此文件 sh-4.2# touch /.autorelabel # root执行退出 chroot sh-4.2# exit # root执行继续系统启动 switch_root:/# exit3.2 方法二init/bin/bash操作步骤在 GRUB 菜单按e。在linux16行末尾添加init/bin/bash。按Ctrl x启动。进入 bash 后执行# root执行将根文件系统重新挂载为读写 bash-4.2# mount -o remount,rw / # root执行清除 root 密码 bash-4.2# passwd -d root # root执行SELinux 开启系统必须执行 bash-4.2# touch /.autorelabel # root执行手动启动 systemd bash-4.2# exec /usr/lib/systemd/systemd3.3 思考题为什么要执行touch /.autorelabel参考答案CentOS7 默认开启 SELinux。修改 root 密码后/etc/shadow等文件的 SELinux 安全上下文可能异常。touch /.autorelabel会让系统在下次开机时重新为所有文件打上 SELinux 标签。如果不执行这一步即使密码改对也可能无法正常登录。第一次开机重新打标签会比较慢这是正常现象。四、/etc/fstab 与开机自动挂载4.1 /etc/fstab 的作用/etc/fstab负责定义开机时自动挂载的文件系统。字段说明设备或UUID 挂载点 文件系统类型 挂载选项 dump fsck字段含义设备或UUID分区、逻辑卷或 UUID挂载点挂载目录如/data01文件系统类型如xfs、ext4、swap挂载选项如defaultsdump是否备份一般为 0fsck开机检查顺序一般为 0 或 14.2 实验配置开机自动挂载# root执行创建挂载目录 [rootcentos7 ~]# mkdir /data01 # root执行写入 fstab注意实际环境建议用 UUID [rootcentos7 ~]# echo /dev/sdb1 /data01 xfs defaults 0 0 /etc/fstab # root执行读取 fstab 并挂载所有未挂载设备 [rootcentos7 ~]# mount -a # root执行查看挂载结果 [rootcentos7 ~]# df -h /data01输出示例文件系统 容量 已用 可用 已用% 挂载点 /dev/sdb1 10G 33M 10G 1% /data014.3 修改 fstab 的最佳习惯✅修改后必须执行mount -a# root执行校验 fstab 是否有错误 [rootcentos7 ~]# mount -a没有输出表示配置正常。如果报错必须先修复再重启。4.4 故障场景设备名写错现象如果把/dev/sdb1写成不存在的/dev/sdb2系统开机时会等待超时然后进入emergency模式。修复方法输入 root 密码登录。编辑/etc/fstab。修改错误设备名或在行首加#注释掉错误行。执行exit继续启动。系统启动后再次执行mount -a校验。4.5 故障场景文件系统损坏# root执行模拟破坏文件系统元数据仅用于实验 [rootcentos7 ~]# dd if/dev/zero of/dev/sdb1 bs1M count1修复方法# root执行修复 XFS 文件系统注意设备必须先卸载 [rootcentos7 ~]# xfs_repair /dev/sdb14.6 思考题fstab 写错导致进入 emergency 模式如何修复参考答案在 emergency 模式输入 root 密码登录。执行vim /etc/fstab。修改错误条目或注释掉错误行。保存退出后执行exit。系统正常启动后执行mount -a再次校验。4.7 本章新手踩坑修改 fstab 后不执行mount -a直接重启。使用/dev/sdb1这类设备名而不是 UUID。修复 XFS 时设备还处于挂载状态。五、GRUB2 引导配置5.1 GRUB2 核心文件文件作用/etc/default/grubGRUB 基础配置模板如超时、内核参数/etc/grub.d/生成启动菜单的脚本/boot/grub2/grub.cfg最终生效的启动配置文件/boot/grub2/user.cfg存放 GRUB 密码⚠️不要直接修改grub.cfg它是自动生成的。5.2 修改 GRUB 超时时间# root执行编辑 GRUB 模板 [rootcentos7 ~]# vim /etc/default/grub修改GRUB_TIMEOUT10然后重新生成配置# root执行重新生成 grub.cfg [rootcentos7 ~]# grub2-mkconfig -o /etc/grub2.cfg # root执行重启验证 [rootcentos7 ~]# reboot5.3 常见内核参数GRUB_CMDLINE_LINUXrd.lvm.lvcentos/root rd.lvm.lvcentos/swap rhgb quiet参数含义rd.lvm.lvcentos/root启动时识别 root 逻辑卷rd.lvm.lvcentos/swap启动时识别 Swap 逻辑卷rhgb图形化启动画面quiet精简启动日志ro启动早期以只读方式挂载根文件系统5.4 GRUB 菜单加密# root执行生成 PBKDF2 加密密码 [rootcentos7 ~]# grub2-mkpasswd-pbkdf2将生成的哈希写入# root执行编辑 user.cfg [rootcentos7 ~]# vim /boot/grub2/user.cfg内容示例GRUB2_PASSWORDgrub.pbkdf2.sha512.xxxxxx重新生成配置# root执行更新 grub.cfg [rootcentos7 ~]# grub2-mkconfig -o /boot/grub2/grub.cfg5.5 思考题如何解除 GRUB2 菜单加密参考答案删除/boot/grub2/user.cfg中的GRUB2_PASSWORD行。重新执行grub2-mkconfig -o /boot/grub2/grub.cfg。重启验证。5.6 思考题为什么修改/etc/default/grub后必须执行grub2-mkconfig参考答案/etc/default/grub只是模板文件。真正启动时读取的是/boot/grub2/grub.cfg。grub2-mkconfig的作用就是根据模板重新生成grub.cfg。直接修改模板而不执行生成命令新配置不会生效。5.7 本章新手踩坑直接修改grub.cfg重启后配置丢失。修改grub模板后忘记执行grub2-mkconfig。GRUB 密码配置错误导致无法进入系统。六、全文总复习总结6.1 LVM 逻辑卷XFS只能扩容不能缩小文件系统。lvextend / lvreduce操作底层逻辑卷大小。xfs_growfs扩容 XFS 文件系统。缩小 XFS 卷必须先备份、卸载、重建文件系统。6.2 Swap 交换空间Swap 是磁盘上的虚拟内存性能较差。创建流程分区 →mkswap→swapon→/etc/fstab。swapon临时生效/etc/fstab永久生效。生产环境重点看free -m的available。6.3 systemd 启动流程BIOS/UEFI → GRUB2 → kernel/initramfs → systemd → target → 登录systemctl isolate临时切换运行模式。systemctl set-default设置开机默认模式。rd.break和init/bin/bash都可以重置 root 密码。SELinux 开启环境必须执行touch /.autorelabel。6.4 /etc/fstab管理开机自动挂载。修改后必须执行mount -a。优先使用 UUID不要依赖设备名。配置错误通常会进入 emergency 模式。6.5 GRUB2不要直接修改grub.cfg。修改模板后执行grub2-mkconfig。可以设置 GRUB 密码防止他人修改内核参数。七、全局高频踩坑清单对已挂载的 XFS 直接执行lvreduce导致数据损坏。缩小逻辑卷前没有备份数据。修改/etc/fstab后不执行mount -a。重置 root 密码后忘记执行touch /.autorelabel。Swap 格式化后忘记激活。修改 GRUB 模板后忘记执行grub2-mkconfig。卸载设备时提示target is busy没有排查占用进程。八、课后练习题练习 1简述 XFS 逻辑卷缩小与 ext4 逻辑卷缩小的区别。参考答案XFS 不支持缩小文件系统必须备份、卸载、重建文件系统。ext4 可以先缩小文件系统再缩小逻辑卷。练习 2为什么生产环境查看内存时更关注available而不是free参考答案free只表示完全空闲的内存。available表示系统当前真正可分配给新程序的内存包含可回收的 cache/buffer。所以available更能反映系统真实内存压力。练习 3写出系统从开机到登录的完整启动流程。参考答案开机上电 ↓ BIOS/UEFI POST 自检 ↓ 读取磁盘引导 ↓ GRUB2 加载 kernel 和 initramfs ↓ 内核执行 /sbin/init ↓ systemdPID1启动 ↓ 执行 sysinit.target ↓ 挂载 /etc/fstab ↓ 进入 default.target ↓ 启动终端和登录界面练习 4进入 emergency 模式后一般按什么顺序修复参考答案输入 root 密码登录。检查/etc/fstab。修改或注释错误行。执行exit继续启动。系统启动后执行mount -a校验。练习 5修改内核参数后为什么配置没有立即生效参考答案因为修改的是/etc/default/grub模板没有重新生成/boot/grub2/grub.cfg。正确做法是修改模板后执行
