Linux磁盘设备与LVM管理命令示例详解
前言
在Linux操作系统中， 设备文件是一种特殊类型的文件。这些文件绝大多数位于 /dev目录下，用来表示Linux主机检测到的某个具体的硬件设备。
比如 /dev/sda文件通常用来指代系统中的第一块硬盘。
Linux操作系统及其应用与服务则通过这些设备文件与对应的硬件设备进行交互。
对于常见的磁盘（ATA、SATA、SCSI、SAS、SSD等）和优盘等块存储设备，其设备文件主要以 sd*的形式命名。如 sda表示第一块硬盘， sdb2表示第二块硬盘的第二个分区，以此类推。
因此，可直接使用 ls-l/dev/sd*命令查看系统中的磁盘设备：
$ls-l/dev/sd* brw-rw----1rootdisk8,08月700:47/dev/sda brw-rw----1rootdisk8,18月700:47/dev/sda1
即当前系统中只连接了一块硬盘（ /dev/sda），且该硬盘只有一个分区（ /dev/sda1）。
二、分区
分区可以理解为将一整块硬盘划分为一个或多个相互独立的存储区域。
比如可以将系统的第一块硬盘划分为3个分区，分别为sda1、sda2、sda3。sda1用于挂载根目录（ /），sda2挂载 /var，sda3挂载 /home目录。则即使 /var目录下的日志文件等占用了sda2全部的存储空间，也不会影响其他两个分区的使用。
可以使用 fdisk-l命令查看系统中的磁盘和分区信息：
$sudofdisk-l Disk/dev/sda:10GiB,10737418240bytes,20971520sectors Diskmodel:VBOXHARDDISK Units:sectorsof1*512=512bytes Sectorsize(logical/physical):512bytes/512bytes I/Osize(minimum/optimal):512bytes/512bytes Disklabeltype:dos Diskidentifier:0x20985120 DeviceBootStartEndSectorsSizeIdType /dev/sda12048209648242096277710G83Linux
创建磁盘分区
fdisk命令还可以用来对硬盘进行分区操作，包括创建新分区、删除已有的分区、创建分区表等。
我这里通过VirtualBox软件为虚拟机中的Linux系统添加了一块空白的虚拟硬盘。使用 fdisk-l命令查看系统检测到的硬盘设备：
$sudofdisk-l Disk/dev/sda:10GiB,10737418240bytes,20971520sectors Diskmodel:VBOXHARDDISK Units:sectorsof1*512=512bytes Sectorsize(logical/physical):512bytes/512bytes I/Osize(minimum/optimal):512bytes/512bytes Disklabeltype:dos Diskidentifier:0x20985120 DeviceBootStartEndSectorsSizeIdType /dev/sda12048209648242096277710G83Linux Disk/dev/sdb:5GiB,5368709120bytes,10485760sectors Diskmodel:VBOXHARDDISK Units:sectorsof1*512=512bytes Sectorsize(logical/physical):512bytes/512bytes I/Osize(minimum/optimal):512bytes/512bytes
此时系统中多了一块不包含任何分区的新硬盘 /dev/sdb。
使用 fdisk/dev/sdb命令对新硬盘进行分区操作：
$sudofdisk/dev/sdb Welcometofdisk(util-linux2.33.1). Changeswillremaininmemoryonly,untilyoudecidetowritethem. Becarefulbeforeusingthewritecommand. Devicedoesnotcontainarecognizedpartitiontable. CreatedanewDOSdisklabelwithdiskidentifier0xce119026. Command(mforhelp):m Help: DOS(MBR) atoggleabootableflag beditnestedBSDdisklabel ctogglethedoscompatibilityflag Generic ddeleteapartition Flistfreeunpartitionedspace llistknownpartitiontypes naddanewpartition pprintthepartitiontable tchangeapartitiontype vverifythepartitiontable iprintinformationaboutapartition Misc mprintthismenu uchangedisplay/entryunits xextrafunctionality(expertsonly) Script Iloaddisklayoutfromsfdiskscriptfile Odumpdisklayouttosfdiskscriptfile Save&Exit wwritetabletodiskandexit qquitwithoutsavingchanges Createanewlabel gcreateanewemptyGPTpartitiontable GcreateanewemptySGI(IRIX)partitiontable ocreateanewemptyDOSpartitiontable screateanewemptySunpartitiontable
进入fdisk程序界面之后，按下 m键并回车，即可打印帮助信息，获取该界面下支持的交互式命令。
比如输入 p可以用来输出当前硬盘的分区信息，输入 n创建新的分区，输入 d删除已有的分区。
在对分区进行任何操作之后，最后都需要使用 w将之前的所有更改写入硬盘。
这里先按下 n开始新分区的创建，根据提示选择分区类型（ p表示主分区， e表示扩展分区），进一步选择分区编号和第一个扇区的位置（一般默认即可），最后输入新分区中最后一个扇区的位置（也可以直接指定分区大小），格式为 +/-sectors或 +/-size。如输入 +3G则表示创建大小为3GB的新分区。具体步骤如下：
Command(mforhelp):n
Partitiontype
pprimary(0primary,0extended,4free)
eextended(containerforlogicalpartitions)
Select(defaultp):p
Partitionnumber(1-4,default1):
Firstsector(2048-10485759,default2048):
Lastsector,+/-sectorsor+/-size{K,M,G,T,P}(2048-10485759,default10485759):+3G
Createdanewpartition1oftype'Linux'andofsize3GiB.
Command(mforhelp):n
Partitiontype
pprimary(1primary,0extended,3free)
eextended(containerforlogicalpartitions)
Select(defaultp):p
Partitionnumber(2-4,default2):
Firstsector(6293504-10485759,default6293504):
Lastsector,+/-sectorsor+/-size{K,M,G,T,P}(6293504-10485759,default10485759):
Createdanewpartition2oftype'Linux'andofsize2GiB.
再用同样的步骤将磁盘的剩余空间划分为另一个分区。此时查看分区信息，原本空白的5GB新硬盘sdb已经被划分为两个分区sdb1和sdb2：
Command(mforhelp):p Disk/dev/sdb:5GiB,5368709120bytes,10485760sectors Diskmodel:VBOXHARDDISK Units:sectorsof1*512=512bytes Sectorsize(logical/physical):512bytes/512bytes I/Osize(minimum/optimal):512bytes/512bytes Disklabeltype:dos Diskidentifier:0xce119026 DeviceBootStartEndSectorsSizeIdType /dev/sdb12048629350362914563G83Linux /dev/sdb262935041048575941922562G83Linux
需要注意的是，如果此时按下 q按键直接退出fdisk程序，则之前所做的全部操作都不会被保存。
如确认前面对硬盘的操作没有问题，应使用 w命令将新的分区信息写入到磁盘中。类似于编辑文件时的保存并退出。
三、文件系统
可以将磁盘等存储设备看作一个小型的图书馆，存放在其中的书籍即硬盘中的数据，而分区的作用类似于对书籍分门类存放的书架，形成相对独立的区域。
但是书架上的书籍并不是随意放置的，每本书都需要根据一定的规则和顺序有规律地摆放，有时还要记录下摆放的具体位置。这些书籍的摆放规则即对应于分区上的 文件系统。
文件系统是对存储设备的空间进行组织和分配，负责文件存取并对存入的文件进行保护和检索的系统。对操作系统而言，文件的读写不会直接作用于硬盘扇区，而是通过文件系统以特定的规则处理和组织文件数据。
常见的文件系统如Windows中的NTFS和Linux系统中Ext4等。
在Windows系统中，通常所说的“分区”操作即包含了创建分区并建立文件系统的过程。而在Linux系统中，这两步操作则需要两个独立的命令完成。
可以使用 mkfs.ext4/dev/sdb1命令，在之前新加硬盘的第一个分区上创建Ext4格式的文件系统。
$sudomkfs.ext4/dev/sdb1 mke2fs1.44.6(5-Mar-2019) Creatingfilesystemwith7864324kblocksand196608inodes FilesystemUUID:d5e21599-12e9-44da-ae51-124d89fe5eda Superblockbackupsstoredonblocks: 32768,98304,163840,229376,294912 Allocatinggrouptables:done Writinginodetables:done Creatingjournal(16384blocks):done Writingsuperblocksandfilesystemaccountinginformation:done
交换分区
Linux系统中的swap分区可以看作位于硬盘上的“内存设备”。Linux会将内存中一部分不需要立即使用的数据临时交换至硬盘上的swap分区，以缓解内存不足等情况。
我的Linux虚拟机安装时并没有分配swap分区，这里通过 mkswap命令将2G大小的 sdb2分区划分为swap空间：
$sudomkswap/dev/sdb2 Settingupswapspaceversion1,size=2GiB(2146430976bytes) nolabel,UUID=47006330-810c-4321-8d73-d52a5f70bc88
然后使用 swapon命令立即启用前面创建的swap分区：
$sudoswapon/dev/sdb2 $free-h totalusedfreesharedbuff/cacheavailable Mem:983Mi223Mi168Mi4.0Mi590Mi597Mi Swap:2.0Gi0B2.0Gi
分区挂载
在Windows系统中，一般插入一个已经分好区的硬盘或优盘之后，会自动为添加的一个或多个分区分配 盘符（如D:、E:、F:等），之后就可以直接通过盘符在新分区上读取或写入文件了。
Linux系统中没有盘符的概念，它的文件层次是一个从根目录（ /）开始的树状结构（目录），一直向下延申，每一个分支都是一条具体的路径，指向某个特定的文件。比如 /usr、 /root、 /var、 /var/log等。
目录可以说是独立于硬件存储设备的抽象的逻辑结构，用于指定文件系统层次中的某个具体位置。而磁盘分区与目录结构的对应关系，则需要通过 挂载来指定。
一般在安装系统时，可以将sda1分区挂载到根目录下，则该目录下的所有文件之后都将保存在sda1上。如果后面又添加了一块新的数据盘sdb，该硬盘只有一个分区sdb1。为了将某些文件保存在sdb1分区上，可以在目录树中新建一个空白分支（比如 /mnt/data）并将sdb1挂载在该分支下。之后 /mnt/data目录下创建的任何子目录和文件等数据都会保存在sdb1上。
具体命令如下：
$sudomkdir-p/mnt/data $sudomount/dev/sdb1/mnt/data
使用 df-h命令查看文件系统占用的磁盘空间的具体情况：
$df-h FilesystemSizeUsedAvailUse%Mountedon udev456M0456M0%/dev tmpfs99M1.1M98M2%/run /dev/sda19.8G5.2G4.2G56%/ tmpfs492M0492M0%/dev/shm tmpfs5.0M4.0K5.0M1%/run/lock tmpfs492M0492M0%/sys/fs/cgroup tmpfs99M099M0%/run/user/117 tmpfs99M099M0%/run/user/1000 /dev/sdb12.9G9.0M2.8G1%/mnt/data
可以看到新添加的分区/dev/sdb1已经挂载到/mnt/data目录下了。
或者也可以使用 lsblk命令查看块存储设备（即磁盘和分区）的容量和挂载点：
$lsblk NAMEMAJ:MINRMSIZEROTYPEMOUNTPOINT sda8:0010G0disk └─sda18:1010G0part/ sdb8:1605G0disk ├─sdb18:1703G0part/mnt/data └─sdb28:1802G0part[SWAP] sr011:011024M0rom
需要注意的是，手动挂载的分区在系统重启以后会自动卸载。如果想像根目录那样，每次系统启动时自动挂载分区，可以修改 /etc/fstab配置文件，示例内容如下：
#UUID=f3435713-b2cd-4196-b07b-2ffb116a028d/ext4defaults01 /dev/sdb1/mnt/dataext4defaults01 /dev/sdb2noneswapsw00
PS：相对于 /dev/sda1这种形式，使用UUID挂载分区往往更保险一点，可以通过 blkid命令查看磁盘分区的UUID：
$sudoblkid /dev/sda1:UUID="f3435713-b2cd-4196-b07b-2ffb116a028d"TYPE="ext4"PARTUUID="20985120-01" /dev/sdb1:UUID="d5e21599-12e9-44da-ae51-124d89fe5eda"TYPE="ext4"PARTUUID="ce119026-01" /dev/sdb2:UUID="47006330-810c-4321-8d73-d52a5f70bc88"TYPE="swap"PARTUUID="ce119026-02"
四、LVM（逻辑卷管理）
对于不包含 逻辑卷管理（LVM）的磁盘分区方案，分区的位置、大小和数量一般都是固定的，从而导致扩展当前分区和添加新分区等操作变得困难。
此时若添加额外的硬盘和分区，则需要在目录树中创建新的分支作为挂载点，文件数据分散到多个复杂的位置上，不便于合并、备份和管理数据。
LVM允许将单个或多个分区合并为一个逻辑卷组，且其中包含的逻辑卷可以 动态地添加、改变大小或删除。
LVM系统最底层为物理卷（pv），即磁盘、分区和RAID阵列等。物理卷可以用来创建逻辑卷组（vg），而逻辑卷组又可以包含任意数量的逻辑卷（lv），逻辑卷从功能上即对应于物理磁盘上的分区。
创建卷组和逻辑卷
可以使用 pvcreate命令将某个存储设备（磁盘或分区等）标记为物理卷。
这里我通过VirtualBox添加了另一块大小为5G的空白的虚拟硬盘，系统检测到该设备为/dev/sdc：
$lsblk NAMEMAJ:MINRMSIZEROTYPEMOUNTPOINT sda8:0010G0disk └─sda18:1010G0part/ sdb8:1605G0disk ├─sdb18:1703G0part/mnt/data └─sdb28:1802G0part[SWAP] sdc8:3205G0disk sr011:011024M0rom
创建物理卷：
$sudopvcreate/dev/sdc Physicalvolume"/dev/sdc"successfullycreated.
通过 pvs命令列出所有的物理卷：
$sudopvs PVVGFmtAttrPSizePFree /dev/sdclvm2---5.00g5.00g
通过 vgcreate命令在物理卷的基础上创建逻辑卷组：
$sudovgcreatedata-volume/dev/sdc Volumegroup"data-volume"successfullycreated
使用 vgs命令列出当前所有的逻辑卷组：
$sudovgs VG#PV#LV#SNAttrVSizeVFree data-volume100wz--n-<5.00g<5.00g
使用 lvcreate命令在卷组中创建逻辑卷：
$sudolvcreate--namedata--size2Gdata-volume Logicalvolume"data"created.
访问逻辑卷可以通过 /dev/mapper/
在该逻辑卷上创建Ext4文件系统：
$sudomkfs.ext4/dev/data-volume/data mke2fs1.44.6(5-Mar-2019) Creatingfilesystemwith5242884kblocksand131072inodes FilesystemUUID:0f24cdd8-62e0-42fd-bc38-aa3bce91e099 Superblockbackupsstoredonblocks: 32768,98304,163840,229376,294912 Allocatinggrouptables:done Writinginodetables:done Creatingjournal(16384blocks):done Writingsuperblocksandfilesystemaccountinginformation:done
此时该逻辑卷即可挂载到某个目录分支下像普通物理分区一样正常使用了。
操作卷组和逻辑卷
可以使用 lvextend命令动态地扩展逻辑卷的存储空间：
$sudolvextend--size+2G--resizefs/dev/data-volume/data fsckfromutil-linux2.33.1 /dev/mapper/data--volume-data:clean,11/131072files,26156/524288blocks Sizeoflogicalvolumedata-volume/datachangedfrom2.00GiB(512extents)to4.00GiB(1024extents). Logicalvolumedata-volume/datasuccessfullyresized. resize2fs1.44.6(5-Mar-2019) Resizingthefilesystemon/dev/mapper/data--volume-datato1048576(4k)blocks. Thefilesystemon/dev/mapper/data--volume-dataisnow1048576(4k)blockslong.
其中 --size+2G用于指定增加2G空间， --resizefs指定在扩展逻辑卷大小的同时扩充文件系统的大小（文件系统默认不会随逻辑卷的空间变化而自动扩展）。
或者也可以直接指定扩展后的大小，如：
$sudolvextend--size4G--resizefs/dev/data-volume/data
其他常用的命令比如通过 lvresize命令扩展逻辑卷，使其占用当前卷组中剩余的全部空间：
$sudolvresize-l+100%free/dev/data-volume/data Sizeoflogicalvolumedata-volume/datachangedfrom<3.00GiB(767extents)to<5.00GiB(1279extents). Logicalvolumedata-volume/datasuccessfullyresized.
因为上面的命令没有加上 --resizefs或者 -r选项，因此文件系统不会随着逻辑卷自动扩展大小，可以通过 resize2fs命令手动扩展文件系统：
$sudoresize2fs/dev/data-volume/data
假设一段时间以后，逻辑卷/dev/data-volume/data的空间即将被数据填满，可以尝试添加另一块硬盘 sdd：
$lsblk NAMEMAJ:MINRMSIZEROTYPEMOUNTPOINT sda8:0010G0disk └─sda18:1010G0part/ sdb8:1605G0disk ├─sdb18:1703G0part/mnt/data └─sdb28:1802G0part[SWAP] sdc8:3205G0disk └─data--volume-data253:005G0lvm sdd8:4805G0disk sr011:011024M0rom
使用 pvcreate命令创建物理卷：
$sudopvs PVVGFmtAttrPSizePFree /dev/sdcdata-volumelvm2a--<5.00g0 /dev/sddlvm2---5.00g5.00g
使用 vgextend命令将该物理卷添加到之前创建的卷组 data-volume中：
$sudovgextenddata-volume/dev/sdd Volumegroup"data-volume"successfullyextended $sudovgs VG#PV#LV#SNAttrVSizeVFree data-volume210wz--n-9.99g<5.00g
此时的data-volume卷组包含了两个物理卷（ /dev/sdc和 /dev/sdd）和一个逻辑卷（ /dev/data-volume/data），总大小变为10G，闲置空间为5G（即刚刚添加的物理卷）。
最后使用 lvresize命令扩展逻辑卷大小，使其占据两个物理卷的全部存储空间：
$sudolvresize-l+100%free-r/dev/data-volume/data fsckfromutil-linux2.33.1 /dev/mapper/data--volume-data:clean,11/196608files,30268/785408blocks Sizeoflogicalvolumedata-volume/datachangedfrom<5.00GiB(1279extents)to9.99GiB(2558extents). Logicalvolumedata-volume/datasuccessfullyresized. resize2fs1.44.6(5-Mar-2019) Resizingthefilesystemon/dev/mapper/data--volume-datato2619392(4k)blocks. Thefilesystemon/dev/mapper/data--volume-dataisnow2619392(4k)blockslong.
此时逻辑卷/dev/data-volume/data的大小扩展为10G，即占用了整个卷组data-volume（包含两个5G的物理卷）的全部空间。
总结：LVM卷组（vg）的作用类似于物理磁盘，用于承载逻辑卷（lv）。卷组可以由多个物理卷（磁盘或分区等）构成，空间不够时也可以随时添加新的物理卷进行扩展。
而卷组上的逻辑卷（lv）类似于磁盘分区，可以挂载到目录作为存储空间。但是物理分区的位置和大小固定，而逻辑卷则可以在卷组的基础上动态的改变大小，甚至跨越多个物理磁盘和分区，使得管理起来更加方便和灵活。
常用LVM命令列表：
| Command | UsedFor |
|---|---|
| pvcreate | LabelingdevicesforusewithLVM |
| pvremove | RemovingtheLVMlabelfromaphysicalvolume |
| pvdisplay/pvs | Displayinginformationonthespecifieddeviceorallphysicalvolumesonthesystem |
| vgcreate | Creatinganewvolumegroup |
| vgremove | Removing(deleting)avolumegroup |
| vgextend | Addingphysicalvolumestoavolumegroup |
| vgreduce | Removingphysicalvolumesfromavolumegroup |
| vgdisplay/vgs | Displayinginformationaboutthespecifiedgrouporallvolumegroupsonthesystem |
| lvcreate | Creatinganewlogicalvolume |
| lvremove | Removing(deleting)alogicalvolume |
| lvextend | Increasingthesizeofalogicalvolume |
| lvreduce | Decreasingthesizeofalogicalvolume |
| lvdisplay/lvs | Displayingalllogicalvolumesonthesystemorinaspecifiedvolumegroup |
总结
以上就是这篇文章的全部内容了，希望本文的内容对大家的学习或者工作具有一定的参考学习价值，谢谢大家对毛票票的支持。