Linux 磁盘分区管理 | RAID存储技术 | 逻辑卷管理

文章目录

• Linux 磁盘分区管理 | RAID存储技术 | 逻辑卷管理
• • 磁盘分区管理
  • • 一、 GPT 分区方案深度解析
    • • 1. 为什么需要 GPT？
      • 2. GPT 分区表结构（LBA 布局）
    • 二、 磁盘分区管理工具实战
    • • 1. `gdisk` 工具管理 GPT 磁盘
      • • 1.1 查看分区表与转换为 GPT
        • 1.2 创建新分区
        • 1.3 更改分区名称与查看详情
        • 1.4 删除分区
      • 2. `wipefs` 工具：彻底清除磁盘元数据
      • 3. `parted` 工具：全能分区管理大师
      • • 3.1 设置单位与查看分区表
        • 3.2 管理 MBR (msdos) 磁盘
        • 3.3 管理 GPT 磁盘
        • 3.4 非交互式操作（单行命令）
    • 三、 文件系统持久化挂载（`/etc/fstab`）
    • • 1. `/etc/fstab` 六字段详解
      • 2. 实战配置与测试
    • 四、 文件系统空间不足综合排障
    • • 场景 1：大量的大文件占用空间
      • 场景 2：删除文件后，空间没有释放（经典陷阱）
      • 场景 3：inode 耗尽（大量小文件占满）
  • RAID存储技术
  • • 一、 RAID 技术概述
    • • 1.1 RAID 的历史与定义
      • 1.2 RAID 的实现方式
    • 二、 核心 RAID 级别详解
    • • 2.1 RAID 0（条带化）
      • 2.2 RAID 1（镜像）
      • 2.3 RAID 5（分布式奇偶校验）
      • 2.4 RAID 6（双重分布式奇偶校验）
      • 2.5 RAID 10（条带化+镜像）
      • 2.6 复合 RAID 级别（RAID 50 / RAID 60）
      • 2.7 RAID 各级别参数对比总结
    • 三、 软 RAID 的配置与管理实战（`mdadm`）
    • • 3.1 RAID 0 的创建与管理
      • 3.2 RAID 1 的容错与热备盘机制
      • 3.3 RAID 5 的动态扩容与故障模拟
  • 逻辑卷管理
  • • 硬盘分区管理方案缺点
    • 逻辑卷管理（LVM）的优势
    • 基本概念
    • LVM 管理基本流程
    • • 创建物理卷
      • 创建卷组
      • 创建逻辑卷
      • 创建文件系统
      • 清理 LVM
    • 扩展和缩减卷组
    • • 环境准备
      • 扩展卷组
      • 缩减卷组
      • 扩展逻辑卷
      • 缩减逻辑卷
      • 扩展 XFS 文件系统
      • 扩展 EXT4 文件系统
      • 缩减 EXT4 文件系统
      • 逻辑卷快照
    • RAID 逻辑卷
    • • 创建 RAID1 逻辑卷
      • 模拟故障与修复
      • 创建 RAID5 逻辑卷示例

Linux 磁盘分区管理 | RAID存储技术 | 逻辑卷管理

磁盘分区管理

一、 GPT 分区方案深度解析

1. 为什么需要 GPT？

传统的 MBR（Master Boot Record） 分区方案自 1982 年以来长期统治磁盘管理，但其具有两个硬性瓶颈：

• 容量限制：MBR 记录分区总扇区数时仅使用 4 个字节，最大只能表示 2^32 个扇区。按每扇区 512 字节计算，MBR 单个分区最大无法超过 2 TiB。
• 分区数量限制：MBR 最多支持 4 个主分区，即使利用扩展分区和逻辑分区，最多也只能扩展到 15 个分区。

而 GPT（GUID Partition Table） 是运行在 UEFI 固件 系统上的全新标准，彻底解决了上述问题：

• 超大容量：GPT 使用 8 个字节（64 位）存储扇区总数，理论可支持 18 ZiB（约 18 亿 TB）的分区和磁盘。
• 海量分区：GPT 默认支持 128 个分区（远超 MBR 的 15 个），无需繁琐的扩展分区逻辑。
• 数据冗余：GPT 在磁盘头部和尾部各保存了一份分区表信息，具备极强的自我修复能力。

2. GPT 分区表结构（LBA 布局）

GPT 对磁盘的扇区管理采用了逻辑块寻址（LBA）的方式，其结构严谨且带有防护机制：

• LBA0（保护性 MBR）：
  • GPT 在磁盘第一个扇区保留了兼容性。前 446 字节用于存放启动引导程序，后 4 个分区表项中，有一个存放了特殊标识符 0xEE。
  • 作用：当使用老旧、不支持 GPT 的磁盘管理软件读取该磁盘时，系统会认为这是一个已分区的磁盘，从而避免误操作覆盖分区表，起到了保护作用。
• LBA1（GPT 表头记录）：
  • 这是 GPT 的核心元数据，记录了分区表自身的位置和大小、备份 GPT 所在的位置（通常位于磁盘最后 34 个 LBA），以及分区表的 CRC32 校验码。
  • 作用：操作系统启动时，会通过校验码判断 GPT 信息是否正确。一旦检测到损坏，系统会立刻从备份 GPT 中恢复数据，确保磁盘结构的完整性。
• LBA2 ~ LBA33（分区记录区）：
  • 默认情况下，每个 LBA（512 字节）可存放 4 组分区记录信息。因此，32 个 LBA 最大可提供 128 组分区记录。
  • 注意：虽然 GPT 理论上支持 128 个分区，但在实际使用中，如果逻辑分区超过 120 个，可能会出现无法格式化使用的异常情况。

二、 磁盘分区管理工具实战

在 Linux 中，针对不同分区表类型，系统提供了不同的管理工具。gdisk 专门用于管理 GPT 磁盘，而 parted 则是一个同时支持 MBR 和 GPT 的强大全能工具。

1. gdisk 工具管理 GPT 磁盘

1.1 查看分区表与转换为 GPT

使用 gdisk -l /dev/sdb 可以查看目标磁盘的分区表状态。 如果系统检测到磁盘当前是 MBR 格式，而我们需要将其转换为 GPT，可以进入交互式界面：

[root@server-xianyu ~]# gdisk /dev/sdb
Command (? for help): o # 输入o，清空所有分区，创建一个新的空 GPT 分区表
This option deletes all partitions and creates a new protective MBR.
Proceed? (Y/N): Y # 确认删除操作
Command (? for help): w # 输入w，将更改写入磁盘并退出

(注：如果你不想保存更改，可以输入 q 直接退出，避免破坏原有数据。)

1.2 创建新分区

转换并保存后，再次进入 gdisk，此时会识别到 GPT 方案。通过以下步骤创建一个 2GB 的分区：

Command (? for help): n # 输入n，添加新分区
Partition number (1-128, default 1): 回车 # 使用默认分区号1
First sector (34–..., default = 2048): 回车 # 使用默认起始扇区（支持4K对齐）
Last sector (2048–..., default = ...): +2G # 指定分区大小为2GB
Current type is 'Linux filesystem'
Hex code or GUID (L to show codes, Enter = 8300): 回车 # 使用默认的Linux filesystem (8300) 类型

1.3 更改分区名称与查看详情

为了便于识别，我们可以给分区设置一个易读的名称（PARTLABEL）：

Command (? for help): c # 输入c，更改分区名称
Using 1 # 选择分区号1
Enter name: data01 # 输入新的分区名称

完成创建和命名后，可以用 p 查看分区表，或者用 i 查看特定分区的详细 GUID 信息：

Command (? for help): i # 查看分区1详细信息
Using 1
Partition GUID code: 0FC63DAF-8483-4772-8E79-3D69D8477DE4 (Linux filesystem)
Partition name: 'data01'

1.4 删除分区

如果需要清理分区，使用 d 命令即可：

Command (? for help): d # 删除分区
Using 1 # 选择要删除的分区号

删除完成后，务必输入 w 保存并退出。

2. wipefs 工具：彻底清除磁盘元数据

在某些情况下，磁盘上残留的旧分区表或文件系统签名会导致新的分区操作失败。此时可以使用 wipefs 工具彻底清除这些元数据。

# 查看磁盘上现有的分区表签名
[root@server-xianyu ~]# wipefs /dev/sdb

# 清除未挂载磁盘的所有分区表信息（即重置为空白磁盘）
[root@server-xianyu ~]# wipefs -a /dev/sdb

# 如果系统提示有保护，可使用 -f 强制清除
[root@server-xianyu ~]# wipefs -fa /dev/sdb

⚠️ 注意：该操作非常危险，会将硬盘上的所有分区记录清空，请务必确认数据已备份或确认不需要保留原有数据后再执行。

3. parted 工具：全能分区管理大师

parted 可以交互式或非交互式地操作 MBR（msdos）和 GPT 磁盘。

3.1 设置单位与查看分区表

操作的第一步通常是将默认的 MB（1000进制）单位改为 MiB（1024进制），以保证扇区边界完美 4K 对齐：

(parted) unit MiB # 设置单位为 MiB
(parted) print # 查看当前分区表

3.2 管理 MBR (msdos) 磁盘

① 创建分区表与分区

(parted) mklabel msdos # 设置为 MBR 格式
(parted) mkpart primary xfs 1 2049 # 创建主分区，起始1MiB，结束2049MiB（大小2GiB）

② 扩展分区容量

(parted) resizepart 1 4097 # 将分区1的结束位置扩展到4097MiB（即扩大到4GiB）

(注：在 parted 中调整分区大小会立即生效，无需像传统 fdisk 那样删除重建。)

③ 删除分区

(parted) rm 1 # 删除分区1

3.3 管理 GPT 磁盘

parted 管理 GPT 磁盘的步骤与 MBR 基本一致，仅在创建分区和设置标签时有细微差别：

(parted) mklabel gpt # 设置为 GPT 格式
(parted) mkpart data01 xfs 1 2049 # 创建名为 data01 的 xfs 分区

扩展和删除操作与 MBR 下的 resizepart 和 rm 命令完全相同。

3.4 非交互式操作（单行命令）

parted 支持直接在一行命令行中完成操作，非常适合编写自动化脚本：

# 创建一个 msdos 分区表的主分区
parted /dev/sdb unit MiB mkpart primary 1 2049

# 创建一个 gpt 分区表的分区
parted /dev/sdb unit MiB mkpart data01 xfs 1 2049

# 删除分区1
parted /dev/sdb rm 1

三、 文件系统持久化挂载（/etc/fstab）

使用 mount 命令挂载的分区在服务器重启后会失效。为了实现开机自动挂载，需要将配置写入 /etc/fstab 文件。

1. /etc/fstab 六字段详解

该文件的每一行代表一个挂载配置，以空格分隔，包含 6 个字段：

2. 实战配置与测试

# 1. 获取 UUID
[root@server-xianyu ~]# blkid /dev/sdb1
/dev/sdb1: UUID="f5c35f10-0274-45af-b044-73694989fe01" TYPE="xfs"

# 2. 创建挂载点并编辑 fstab
[root@server-xianyu ~]# mkdir /data01
[root@server-xianyu ~]# vim /etc/fstab
# 在文件末尾追加以下内容（注意必须用制表符或空格正确隔开）：
UUID="f5c35f10-0274-45af-b044-73694989fe01" /data01 xfs defaults 0 0

# 3. 立即测试挂载（无需重启服务器！）
[root@server-xianyu ~]# mount /data01
# 或者使用 mount -a 测试所有 fstab 条目的正确性

# 4. 验证
[root@server-xianyu ~]# df -h /data01

⚠️ 重要提醒：在执行 mount /data01 或重启服务器之前，务必确认 /etc/fstab 配置无语法错误。如果配置错误，可能导致系统开机卡死在文件系统检查阶段而无法正常引导。

四、 文件系统空间不足综合排障

在运维过程中，“磁盘写满”是高频故障。针对不同的场景，排查与解决方法截然不同。

场景 1：大量的大文件占用空间

现象：df -h 显示该分区利用率已达到 100%，且系统响应变慢。 解决策略：使用 find 或 du 组合命令快速定位大文件并删除。

# 直接查找大于100M的文件
find /myapp-1/ -size +100M
/myapp-1/etc/bigfile

# 或者逐层进入目录，利用 du 和 sort 找出最大目录
du -sk /myapp-1/* | sort -n | tail -2

定位后直接 rm -f 删除即可。

场景 2：删除文件后，空间没有释放（经典陷阱）

现象：执行 rm -f 删除了一个 2GB 的日志文件，但 df -h 显示依然 100% 满。 原因：该文件虽然从目录中移除了，但仍有进程（如 tail -f 或程序进程）正在持续打开并写入该文件。Linux 不会释放被打开文件占用的磁盘块，直到该进程彻底退出。 解决方法：使用 lsof 查找被删除但仍被占用的文件，并终止该进程。

[root@server-xianyu ~]# lsof |grep delete |grep /myapp-1
tail 1654 root 3r REG 8,17 2061565952 /myapp-1/etc/bigfile (deleted)
[root@server-xianyu ~]# kill 1654
[root@server-xianyu ~]# df -h /myapp-1/
# 空间立即释放！

💡 建议：在日常清理大文件时，可以先执行 > /myapp-1/etc/bigfile 重定向清空文件内容，再执行 rm 删除，这样从源头避免了进程占用问题。

场景 3：inode 耗尽（大量小文件占满）

现象：df -h 显示还有大量剩余空间（如 1.8M 已用 / 905M 可用），但创建新文件时却报错 设备上没有空间。 原因：文件系统的**索引节点（Inode）**被大量 1KB 的空文件或小文件耗尽了。Inode 用于存放文件的元数据（如权限、位置、时间），每个文件必然占用 1 个 Inode。当 Inode 数量达到上限时，即使磁盘有空间，也无法创建新文件。 排查与解决：

# 使用 df -hi 查看 inode 使用情况
[root@server-xianyu ~]# df -hi /myapp-2
文件系统 Inodes IUsed IFree IUse% Mounted on
/dev/sdb2 64K 64K 0 100% /myapp-2

# 解决方法一：直接删除不需要的海量小文件
rm -f /myapp-2/file-0*

# 解决方法二：将大量小文件合并为一个大文件（归档）
cat /myapp-2/file-{00001..10000} > file-00001

RAID存储技术

一、 RAID 技术概述

1.1 RAID 的历史与定义

RAID 的概念最早起源于 1988 年，由美国加州大学伯克利分校的 D. A. Patterson 教授等人在论文《A Case of Redundant Array of Inexpensive Disks》中首次提出，其全称为 廉价磁盘冗余阵列（Redundant Array of Inexpensive Disks）。当时大容量磁盘极其昂贵，RAID 的基本思想是将多块容量较小、相对廉价的磁盘组合起来，以较低的成本获得与昂贵大容量磁盘相当的容量、性能和可靠性。

随着硬件成本的降低，“廉价”一词已失去实际意义。RAID 咨询委员会（RAB）决定用“独立”替代“廉价”，因此 RAID 现在的正式名称变为 独立磁盘冗余阵列（Redundant Array of Independent Disks）。尽管名称改变，但其核心技术思想并未发生实质变化。

1.2 RAID 的实现方式

从底层实现角度看，RAID 主要分为以下三种类型：

• 软 RAID：所有 RAID 的逻辑功能（包括数据条带化、镜像、校验计算等）均由操作系统和 CPU 完成。它没有独立的 RAID 控制芯片和 I/O 处理芯片，因此效率最低，但成本极低，无需额外硬件支持。
• 硬 RAID：配备了专门的 RAID 控制芯片、I/O 处理芯片以及独立的阵列缓存。所有的数据运算都由硬件独立完成，完全不占用服务器的 CPU 资源，性能极佳，但硬件成本很高。
• 软硬混合 RAID：具备专门的 RAID 控制芯片，但缺乏独立的 I/O 处理芯片，部分控制逻辑仍需要 CPU 配合驱动程序来完成。其性能和成本介于软 RAID 和硬 RAID 之间。

二、 核心 RAID 级别详解

RAID 主要通过数据条带化（Striping）、**镜像（Mirroring）和数据校验（Parity）**三种技术来获取高性能、可靠性和容错能力。根据这些技术的不同组合，衍生出了多种 RAID 级别。业界公认的标准主要有 RAID 0~RAID 5，在实际应用中使用最广的是 RAID 0、RAID 1、RAID 5、RAID 6 和 RAID 10。

2.1 RAID 0（条带化）

• 原理：将数据分割成固定大小的块，并依次分布在多块磁盘上，通过并行读写提高性能。不提供任何数据冗余。
• 优点：性能极高，读写速度快；没有容量冗余，空间利用率 100%。
• 缺点：没有容错能力，一旦任意一块磁盘损坏，整个阵列的数据全部丢失。
• 适用场景：视频编辑、大型数据库或实时流媒体等对性能要求极高、但数据可临时恢复的场景。

2.2 RAID 1（镜像）

• 原理：将数据完全复制到两块或以上的磁盘上。写入时数据同时写入所有磁盘，读取时可并行从多块磁盘读取提升性能。
• 优点：提供 100% 的数据冗余，可靠性极高；读取性能提升；故障恢复极其简单。
• 缺点：磁盘空间利用率仅为 50%，成本较高；写入性能略低于单块磁盘。
• 适用场景：企业财务数据、客户信息、数据库服务器等对数据安全要求极高的关键业务。

2.3 RAID 5（分布式奇偶校验）

• 原理：将数据条带化分布在多块磁盘上，同时将奇偶校验信息均匀分布在所有磁盘上。当一块磁盘故障时，可通过剩余的奇偶校验信息计算恢复丢失的数据。
• 优点：兼具性能和数据冗余；仅需额外一块磁盘的空间作为奇偶校验，空间利用率较高。
• 缺点：写操作涉及校验计算，写入性能受限；在磁盘故障期间，数据恢复过程中系统性能会下降，且存在数据完整性风险。
• 适用场景：文件服务器、中小企业数据库等需要兼顾性能和数据安全的场景。

2.4 RAID 6（双重分布式奇偶校验）

• 原理：在 RAID 5 的基础上，增加了第二份独立的奇偶校验信息，并将其也分布式存储在所有磁盘上。
• 优点：提供了更高级别的数据冗余，即使同时发生两块磁盘故障，数据依然可以恢复。
• 缺点：写入性能比 RAID 5 更低，需要更多的计算开销；硬件成本更高。
• 适用场景：大容量存储系统、虚拟化环境、长期运行的关键数据库。

2.5 RAID 10（条带化+镜像）

• 原理：结合了 RAID 0 和 RAID 1 的优点。先对数据进行镜像（RAID 1），再对镜像后的数据进行条带化（RAID 0）。通常需要 4 块盘组成（两两镜像，再条带）。
• 优点：兼具 RAID 0 的高性能和 RAID 1 的高可靠性；故障恢复极快，无需计算校验。
• 缺点：空间利用率仅为 50%，成本高昂。
• 适用场景：金融交易系统、在线电商平台、虚拟化环境等极度依赖高性能和高可用性的核心业务。

2.6 复合 RAID 级别（RAID 50 / RAID 60）

• RAID 50：由多个 RAID 5 阵列（至少 2 组）通过 RAID 0 条带化组合而成。提供了比 RAID 5 更高的性能和更强的容错能力（允许每组 RAID 5 中各坏一块盘）。
• RAID 60：由多个 RAID 6 阵列（至少 2 组）通过 RAID 0 条带化组合而成。提供了比 RAID 6 更高的性能，以及极强的容错能力。

2.7 RAID 各级别参数对比总结

三、 软 RAID 的配置与管理实战（mdadm）

Linux 提供了强大的 mdadm 实用程序，用于创建、组装和管理软件 RAID 阵列。

3.1 RAID 0 的创建与管理

1. 创建 RAID 0 阵列

# 安装 mdadm
[root@server-xianyu ~]# yum install -y mdadm

# 使用 /dev/sdb 和 /dev/sdc 创建一个 RAID 0 设备 /dev/md0
[root@server-xianyu ~]# mdadm –create /dev/md0 –level 0 –raid-devices 2 /dev/sd{b,c}
mdadm: Defaulting to version 1.2 metadata
mdadm: array /dev/md0 started.

2. 查看阵列信息 可以通过 /proc/mdstat 快速查看阵列概要状态，或通过 mdadm –detail 获取详细信息。

# 查看概要
[root@server-xianyu ~]# cat /proc/mdstat
Personalities : [raid0]
md0 : active raid0 sdc[1] sdb[0]
41908224 blocks super 1.2 512k chunks

# 查看详细属性
[root@server-xianyu ~]# mdadm –detail /dev/md0
...
Raid Level : raid0
Array Size : 41908224 (39.97 GiB 42.91 GB)
Raid Devices : 2
State : clean
Chunk Size : 512K
...
Number Major Minor RaidDevice State
0 8 16 0 active sync /dev/sdb
1 8 32 1 active sync /dev/sdc

重点关注属性：Raid Level、State、Chunk Size 以及设备清单。

3. 格式化和挂载

[root@server-xianyu ~]# mkfs.xfs /dev/md0
[root@server-xianyu ~]# mkdir -p /raid/raid0
[root@server-xianyu ~]# mount /dev/md0 /raid/raid0
[root@server-xianyu ~]# df -h /raid/raid0
Filesystem Size Used Avail Use% Mounted on
/dev/md0 40G 319M 40G 1% /raid/raid0

4. 删除 RAID 0

[root@server-xianyu ~]# umount /dev/md0
[root@server-xianyu ~]# mdadm –stop /dev/md0
mdadm: stopped /dev/md0
[root@server-xianyu ~]# mdadm –zero-superblock /dev/sd{b,c}

⚠️ RAID 0 的特性限制（重要）：

3.2 RAID 1 的容错与热备盘机制

1. 创建 RAID 1 阵列

[root@server-xianyu ~]# mdadm –create /dev/md1 –level 1 –raid-devices 2 /dev/sd{b,c}
mdadm: Note: this array has metadata at the start and may not be suitable...
Continue creating array? yes
mdadm: Defaulting to version 1.2 metadata
mdadm: array /dev/md1 started.

2. 等待同步完成 RAID 1 创建后，系统会自动进行数据同步。在同步完成之前，State 显示为 clean, resyncing，并且会有 Resync Status 进度条。必须等待进度达到 100% 后，才能进行格式化和挂载。

3. 增加热备盘 RAID 1 支持在线增加热备盘（Spare Disk），一旦阵列中某块盘发生故障，热备盘会自动顶替并重建数据。

# 将 /dev/sdd 添加为热备盘
[root@server-xianyu ~]# mdadm –add /dev/md1 /dev/sdd
mdadm: added /dev/sdd

# 查看状态，/dev/sdd 状态变为 spare
[root@server-xianyu ~]# mdadm –detail /dev/md1 |tail -5
...
2 8 48 – spare /dev/sdd

4. 模拟磁盘故障与自动重建

# 强制将 /dev/sdc 标记为故障
[root@server-xianyu ~]# mdadm –fail /dev/md1 /dev/sdc
mdadm: set /dev/sdc faulty in /dev/md1

# 查看成员状态变化
[root@server-xianyu ~]# mdadm –detail /dev/md1 |tail -5
...
2 8 48 1 spare rebuilding /dev/sdd
1 8 32 – faulty /dev/sdc

此时热备盘 /dev/sdd 立刻顶替了故障盘 /dev/sdc 的位置，并开始重建同步。在此期间，数据访问依然正常，完美体现了 RAID 1 的高可用性。

5. 移除故障磁盘与删除 RAID

# 移除物理故障盘
[root@server-xianyu ~]# mdadm –remove /dev/md1 /dev/sdc
mdadm: hot removed /dev/sdc from /dev/md1

# 删除整个阵列
[root@server-xianyu ~]# umount /dev/md1
[root@server-xianyu ~]# mdadm –stop /dev/md1
[root@server-xianyu ~]# mdadm –zero-superblock /dev/sd{b..d}

⚠️ RAID 1 的特性限制（重要）： RAID 1 的设计初衷是数据冗余和可靠性，而不是为了增加存储容量。即使尝试对 RAID 1 进行扩容，其总容量也是不会增加的，因为镜像关系决定了容量仅等于最小的一块成员盘。

3.3 RAID 5 的动态扩容与故障模拟

1. 创建 RAID 5 阵列

# 使用 4 块磁盘创建一个 RAID 5 设备 /dev/md5
[root@server-xianyu ~]# mdadm –create /dev/md5 –level 5 –raid-devices 4 /dev/sd{b..e}

2. 查看同步进度 RAID 5 创建后会有进度条，必须等待 Resync Status 达到 100% 后，阵列才进入 clean 状态，此时才能进行 mkfs 和挂载。

3. 增加热备盘与模拟故障 与 RAID 1 类似，RAID 5 也支持热备盘。

# 增加热备盘
[root@server-xianyu ~]# mdadm –add /dev/md5 /dev/sdf

# 模拟故障
[root@server-xianyu ~]# mdadm –fail /dev/md5 /dev/sdb

一旦 sdb 故障，热备盘 sdf 会立即顶替并开始重建（状态变为 spare rebuilding）。数据依然可以正常访问。

4. 监控磁盘读写性能（sar 命令） 在 RAID 阵列故障修复或重建期间，可以使用 sar -dp 1 实时监控磁盘的性能状态：

[root@server ~ 15:09:05]# sar -dp 1
...
15时09分05秒 sdf 1718.18 0.00 439854.55 256.00 0.33 0.19 0.19 32.73
15时09分05秒 sde 1718.18 439854.55 0.00 256.00 0.38 0.22 0.22 38.18
...

重点注意 %util（磁盘繁忙程度）和 rd_sec/s / wr_sec/s（每秒读写扇区数量），可以准确判断磁盘是否处于高负载状态。

5. RAID 5 的在线扩容（核心技能） 注意： 扩容的前提是阵列必须处于正常（clean）状态，降级或正在重构时不允许扩容。

# 1. 新增两块盘作为热备盘
[root@server-xianyu ~]# mdadm –add /dev/md5 /dev/sdb /dev/sdg

# 2. 将阵列的活动成员盘数量从 4 扩容到 5
[root@server-xianyu ~]# mdadm –grow /dev/md5 –raid-devices 5

# 3. 等待重组完成，查看进度
[root@server-xianyu ~]# mdadm –detail /dev/md5
...
Reshape Status : 16% complete
Delta Devices : 1, (4–>5)
...

# 4. 确认容量变化
[root@server-xianyu ~]# lsblk /dev/md5
NAME MAJ:MIN RM SIZE RO TYPE MOUNTPOINT
md5 9:5 0 80G 0 raid5 /raid/raid5 # 容量已成功增加

# 5. 扩容文件系统（XFS 需要专用命令）
[root@server-xianyu ~]# xfs_growfs /raid/raid5
[root@server-xianyu ~]# df -h /raid/raid5/
Filesystem Size Used Avail Use% Mounted on
/dev/md5 80G 604M 80G 1% /raid/raid5

6. 重建与清除 RAID 如果 stop 后，尚未清除 superblock，可以通过 mdadm –assemble 命令重新组合阵列以恢复数据：

[root@server-xianyu ~]# mdadm –assemble /dev/md5 /dev/sd{b..g}

最终彻底删除并还原磁盘：

[root@server-xianyu ~]# umount /dev/md5
[root@server-xianyu ~]# mdadm –stop /dev/md5
[root@server-xianyu ~]# mdadm –zero-superblock /dev/sd{b..g}

逻辑卷管理

硬盘分区管理方案缺点

传统分区管理存在三大短板：

• 扩容麻烦：分区空间必须连续，扩容时要求分区后有剩余连续空间，操作复杂。
• 无法跨盘：单个文件系统受限于单块硬盘容量，无法跨越多个物理磁盘。
• 数据风险：一旦硬盘损坏，该分区上的所有数据将全部丢失。

逻辑卷管理（LVM）的优势

LVM 通过抽象存储层，带来了显著的灵活性和可靠性：

• 灵活扩容/缩减：文件系统空间可以在线扩展或缩减，无需重新分区。
• 跨盘整合：逻辑卷可以跨越多个物理硬盘，轻松创建超大容量文件系统。
• 数据冗余：支持创建 RAID 镜像卷，单个硬盘损坏不影响数据。
• 快照功能：保留某一时刻的数据状态，便于快速恢复。

基本概念

LVM 包含三个核心层次：

• 物理卷（PV，Physical Volume）：是 LVM 的基本存储块，由磁盘、分区或 RAID 设备初始化而来。
• 卷组（VG，Volume Group）：由一个或多个物理卷组成的存储池。
• 逻辑卷（LV，Logical Volume）：从卷组中划分出的逻辑空间，可视为虚拟分区，可在其上创建文件系统。

关系图示：

卷组由多个物理卷组成，在卷组中可创建多个逻辑卷，逻辑卷上可创建文件系统供用户使用。

LVM 管理基本流程

创建物理卷

# 创建单个 PV
[root@server-xianyu ~]# pvcreate /dev/sdb
Physical volume "/dev/sdb" successfully created.

# 同时创建多个 PV
[root@server-xianyu ~]# pvcreate /dev/sd{c,d}
Physical volume "/dev/sdc" successfully created.
Physical volume "/dev/sdd" successfully created.

# 查看 PV 列表
[root@server-xianyu ~]# pvs
PV VG Fmt Attr PSize PFree
/dev/sdb lvm2 — 20.00g 20.00g
/dev/sdc lvm2 — 20.00g 20.00g
/dev/sdd lvm2 — 20.00g 20.00g

# 查看单个 PV 详细信息
[root@server-xianyu ~]# pvdisplay /dev/sdb
"/dev/sdb" is a new physical volume of "20.00 GiB"
— NEW Physical volume —
PV Name /dev/sdb
VG Name
PV Size 20.00 GiB
Allocatable NO
PE Size 0
Total PE 0
Free PE 0
Allocated PE 0
PV UUID MBHW0w-OkJL-CasO-PYRR-sduS-U2m5-zdkQ5d

创建卷组

# 创建包含单个 PV 的卷组
[root@server-xianyu ~]# vgcreate webapp /dev/sdb
Volume group "webapp" successfully created

# 创建包含多个 PV 的卷组
[root@server-xianyu ~]# vgcreate dbapp /dev/sd{c,d}
Volume group "dbapp" successfully created

[root@server-xianyu ~]# pvs
PV VG Fmt Attr PSize PFree
/dev/sdb webapp lvm2 a– <20.00g <20.00g
/dev/sdc dbapp lvm2 a– <20.00g <20.00g
/dev/sdd dbapp lvm2 a– <20.00g <20.00g

# 查看 VG 列表
[root@server-xianyu ~]# vgs
VG #PV #LV #SN Attr VSize VFree
dbapp 2 0 0 wz–n- 39.99g 39.99g
webapp 1 0 0 wz–n- <20.00g <20.00g

# 查看单个 VG 详细信息
[root@server-xianyu ~]# vgdisplay dbapp
— Volume group —
VG Name dbapp
...
PE Size 4.00 MiB
Total PE 10238
Alloc PE / Size 0 / 0
Free PE / Size 10238 / 39.99 GiB

注：PE（Physical Extend） 是 PV 的最小存储单元，创建 VG 时可通过 -s 选项设置大小，默认为 4 MiB。

创建逻辑卷

# 在卷组 webapp 中创建名为 webapp01，大小为 5G 的逻辑卷
[root@server-xianyu ~]# lvcreate -n webapp01 -L 5G webapp
Logical volume "webapp01" created.

# 在卷组 dbapp 中创建名为 data01，大小为 25G 的逻辑卷（跨两块硬盘）
[root@server-xianyu ~]# lvcreate -n data01 -L 25G dbapp
Logical volume "data01" created.

# 查看 LV 列表
[root@server-xianyu ~]# lvs
LV VG Attr LSize Pool Origin Data% Meta% Move Log Cpy%Sync Convert
data01 dbapp -wi-a—– 25.00g
webapp01 webapp -wi-a—– 5.00g

逻辑卷设备名支持三种格式：

• /dev/vname/lvname
• /dev/mapper/vname-lvname
• /dev/dm-N

[root@server-xianyu ~]# ls -l /dev/dbapp/data01 /dev/mapper/dbapp-data01
lrwxrwxrwx 1 root root 7 6月 17 18:26 /dev/dbapp/data01 –> ../dm-4
lrwxrwxrwx 1 root root 7 6月 17 18:26 /dev/mapper/dbapp-data01 –> ../dm-4

# 查看单个 LV 详细信息
[root@server-xianyu ~]# lvdisplay /dev/dbapp/data01
— Logical volume —
LV Path /dev/dbapp/data01
LV Name data02
VG Name dbapp
...
LV Size 25.00 GiB
Current LE 6400
Segments 2

注：LE（Logical Extend） 是 LV 的最小存储单元，通常一个 LE 对应一个 PE。

此时，物理卷空间使用情况：

[root@server-xianyu ~]# pvs
PV VG Fmt Attr PSize PFree
/dev/sdb webapp lvm2 a– <20.00g <15.00g
/dev/sdc dbapp lvm2 a– <20.00g 0
/dev/sdd dbapp lvm2 a– <20.00g 14.99g

可以看到，/dev/sdc 已用完，/dev/sdd 还有剩余。

查看设备映射关系：

[root@server-xianyu ~]# lsblk /dev/sd{b..d}
NAME MAJ:MIN RM SIZE RO TYPE MOUNTPOINT
sdb 8:16 0 20G 0 disk
└─webapp-webapp01 253:3 0 5G 0 lvm
sdc 8:32 0 20G 0 disk
└─dbapp-data01 253:4 0 25G 0 lvm
sdd 8:48 0 20G 0 disk
└─dbapp-data01 253:4 0 25G 0 lvm

创建文件系统

[root@server-xianyu ~]# mkfs.xfs /dev/webapp/webapp01
[root@server-xianyu ~]# mount /dev/webapp/webapp01 /usr/share/nginx/html

若需持久化挂载，需在 /etc/fstab 中添加相应条目。

清理 LVM

# 卸载文件系统
[root@server-xianyu ~]# umount /dev/webapp/webapp01

# 删除 LV
[root@server-xianyu ~]# lvremove /dev/webapp/webapp01 /dev/dbapp/data01
Do you really want to remove active logical volume webapp/webapp01? [y/n]: y
Logical volume "webapp01" successfully removed
Do you really want to remove active logical volume dbapp/data01? [y/n]: y
Logical volume "data01" successfully removed

# 删除 VG
[root@server-xianyu ~]# vgremove webapp dbapp
Volume group "webapp" successfully removed
Volume group "dbapp" successfully removed

# 删除 PV
[root@server-xianyu ~]# pvremove /dev/sd{b..d}
Labels on physical volume "/dev/sdb" successfully wiped.
Labels on physical volume "/dev/sdc" successfully wiped.
Labels on physical volume "/dev/sdd" successfully wiped.

扩展和缩减卷组

环境准备

# 创建卷组 webapp 并创建逻辑卷 webapp01（10G）
[root@server-xianyu ~]# vgcreate webapp /dev/sdb
[root@server-xianyu ~]# lvcreate -n webapp01 -L 10G webapp

扩展卷组

如果卷组空间不足，可以添加新的物理卷到卷组中。

[root@server-xianyu ~]# vgextend webapp /dev/sd{c,d}
Physical volume "/dev/sdc" successfully created.
Physical volume "/dev/sdd" successfully created.
Volume group "webapp" successfully extended

缩减卷组

若要从卷组中移除物理卷，必须确保该物理卷上的数据已迁移到其他物理卷。

# 查看物理卷使用状态
[root@server-xianyu ~]# pvs
PV VG Fmt Attr PSize PFree
/dev/sdb webapp lvm2 a– <20.00g <10.00g
/dev/sdc webapp lvm2 a– <20.00g <20.00g
/dev/sdd webapp lvm2 a– <20.00g <20.00g

# 尝试移除 /dev/sdb（失败，因为该 PV 正在使用）
[root@server-xianyu ~]# vgreduce webapp /dev/sdb
Physical volume "/dev/sdb" still in use

# 将 /dev/sdb 上的数据迁移到其他 PV
[root@server-xianyu ~]# pvmove /dev/sdb
# 或者迁移到指定 PV
[root@server-xianyu ~]# pvmove /dev/sdb /dev/sdd
/dev/sdb: Moved: 100.00%

# 再次查看，/dev/sdb 已空闲
[root@server-xianyu ~]# pvs
PV VG Fmt Attr PSize PFree
/dev/sdb webapp lvm2 a– <20.00g <20.00g
/dev/sdc webapp lvm2 a– <20.00g <20.00g
/dev/sdd webapp lvm2 a– <20.00g <10.00g

# 成功移除
[root@server-xianyu ~]# vgreduce webapp /dev/sdb
Removed "/dev/sdb" from volume group "webapp"

扩展逻辑卷

当卷组空间充足时，可以直接扩展逻辑卷的大小。

# 给逻辑卷增加 2G 空间
[root@server-xianyu ~]# lvextend -L +2G /dev/webapp/webapp01
Size of logical volume webapp/webapp01 changed from 10.00 GiB (2560 extents) to 12.00 GiB (3072 extents).
Logical volume webapp/webapp01 successfully resized.

[root@server-xianyu ~]# lvs /dev/webapp/webapp01
LV VG Attr LSize Pool Origin Data% Meta% Move Log Cpy%Sync Convert
webapp01 webapp -wi-a—– 12.00g

缩减逻辑卷

缩减逻辑卷有数据丢失风险，操作前需谨慎。

[root@server-xianyu ~]# lvreduce -L -2G /dev/webapp/webapp01
WARNING: Reducing active logical volume to 10.00 GiB.
THIS MAY DESTROY YOUR DATA (filesystem etc.)
Do you really want to reduce webapp/webapp01? [y/n]: `y`
Size of logical volume webapp/webapp01 changed from 12.00 GiB (3072 extents) to 10.00 GiB (2560 extents).

扩展 XFS 文件系统

XFS 文件系统只支持扩展，不支持缩减。

# 格式化并挂载
[root@server-xianyu ~]# mkfs.xfs /dev/webapp/webapp01
[root@server-xianyu ~]# mount /dev/webapp/webapp01 /usr/share/nginx/html
[root@server-xianyu ~]# cp /etc/host* /usr/share/nginx/html

# 扩展逻辑卷（例如扩展到 15G）
[root@server-xianyu ~]# lvextend -L 15G /dev/webapp/webapp01

# 扩展 XFS 文件系统
[root@server-xianyu ~]# xfs_growfs /usr/share/nginx/html

# 验证
[root@server-xianyu ~]# df -h /usr/share/nginx/html
文件系统 容量 已用 可用 已用% 挂载点
/dev/mapper/webapp-webapp01 15G 140M 15G 1% /usr/share/nginx/html

# 一条命令同时扩展 LV 和文件系统
[root@server-xianyu ~]# lvextend -rL 20G /dev/webapp/webapp01
[root@server-xianyu ~]# lvs /dev/webapp/webapp01
LV VG Attr LSize Pool Origin Data% Meta% Move Log Cpy%Sync Convert
webapp01 webapp -wi-ao—- 20.00g
[root@server-xianyu ~]# df -h /usr/share/nginx/html
文件系统 容量 已用 可用 已用% 挂载点
/dev/mapper/webapp-webapp01 20G 176M 20G 1% /usr/share/nginx/html

扩展 EXT4 文件系统

EXT4 既支持扩展也支持缩减。

# 重新格式化为 EXT4 并挂载
[root@server-xianyu ~]# umount /usr/share/nginx/html
[root@server-xianyu ~]# mkfs.ext4 /dev/webapp/webapp01
[root@server-xianyu ~]# mount /dev/webapp/webapp01 /usr/share/nginx/html
[root@server-xianyu ~]# df -h /usr/share/nginx/html
文件系统 容量 已用 可用 已用% 挂载点
/dev/mapper/webapp-webapp01 20G 24K 19G 1% /usr/share/nginx/html
[root@server-xianyu ~]# cp /etc/host* /usr/share/nginx/html

# 扩展逻辑卷
[root@server-xianyu ~]# lvextend -L 25G /dev/webapp/webapp01

# 扩展 EXT4 文件系统
[root@server-xianyu ~]# resize2fs /dev/webapp/webapp01
[root@server-xianyu ~]# df -h /usr/share/nginx/html
文件系统 容量 已用 可用 已用% 挂载点
/dev/mapper/webapp-webapp01 25G 36K 24G 1% /usr/share/nginx/html

# 一条命令同时扩展
[root@server-xianyu ~]# lvextend -rL 30G /dev/webapp/webapp01
[root@server-xianyu ~]# df -h /usr/share/nginx/html
文件系统 容量 已用 可用 已用% 挂载点
/dev/mapper/webapp-webapp01 30G 36K 28G 1% /usr/share/nginx/html

缩减 EXT4 文件系统

缩减 EXT4 需注意：

• 必须离线操作，即卸载文件系统。
• 缩减后的容量不能小于当前已用空间。

步骤：

# 卸载
[root@server-xianyu ~]# umount /usr/share/nginx/html

# 检查文件系统
[root@server-xianyu ~]# e2fsck -f /dev/webapp/webapp01
e2fsck 1.42.9 (28-Dec-2013)
第一步: 检查inode,块,和大小
第二步: 检查目录结构
第3步: 检查目录连接性
Pass 4: Checking reference counts
第5步: 检查簇概要信息
/dev/webapp/webapp01：14/1966080 文件（0.0% 为非连续的）， 167445/7864320 块

# 缩小文件系统到 10G
[root@server-xianyu ~]# resize2fs /dev/webapp/webapp01 10G
resize2fs 1.45.6 (20-Mar-2020)
将 /dev/webapp/webapp01 上的文件系统调整为 2621440 个块（每块 4k）。
/dev/webapp/webapp01 上的文件系统现在为 2621440 个块（每块 4k）。

# 缩小逻辑卷到 10G
[root@server-xianyu ~]# lvreduce -L 10G /dev/webapp/webapp01
WARNING: Reducing active logical volume to 10.00 GiB.
THIS MAY DESTROY YOUR DATA (filesystem etc.)
Do you really want to reduce webapp/webapp01? [y/n]: `y`
Size of logical volume webapp/webapp01 changed from 30.00 GiB (7680 extents) to 10.00 GiB (2560 extents).

# 重新挂载验证
[root@server-xianyu ~]# mount /dev/webapp/webapp01 /usr/share/nginx/html
[root@server-xianyu ~]# df -h /usr/share/nginx/html
文件系统 容量 已用 可用 已用% 挂载点
/dev/mapper/webapp-webapp01 9.7G 36K 9.3G 1% /usr/share/nginx/html
[root@server-xianyu ~]# ls /usr/share/nginx/html
host.conf hostname hosts lost+found

补充说明：如果文件系统直接构建在磁盘分区上，扩展和缩减操作流程与此相同。

逻辑卷快照

快照可以记录某个时刻逻辑卷的数据状态，便于数据恢复。

# 创建快照（快照大小不能小于原 LV）
[root@server-xianyu ~]# lvcreate -s -n webapp01-snap1 -L 10G /dev/webapp/webapp01
Logical volume "webapp01-snap1" created.

# 挂载快照
[root@server-xianyu ~]# mount /dev/webapp/webapp01-snap1 /webapp/webapp01/

# 查看快照中的数据
[root@server-xianyu ~]# ls /webapp/webapp01/
host.conf hostname hosts hosts.allow hosts.deny

# 在原 LV 中创建新数据
[root@server-xianyu ~]# echo hello world > /webapp/webapp01/hello.txt
[root@server-xianyu ~]# cat /webapp/webapp01/hello.txt
hello world

此时，快照中仍然保存着创建时刻的旧数据，可用于恢复。

RAID 逻辑卷

LVM 也支持创建 RAID 类型的逻辑卷（如 RAID1、RAID5），提供硬件级别的数据冗余。

创建 RAID1 逻辑卷

# 环境清理（卸载并删除之前的 LV）
[root@server-xianyu ~]# umount /webapp/webapp0
[root@server-xianyu ~]# umount /usr/share/nginx/html
[root@server-xianyu ~]# lvremove /dev/webapp/webapp01*

# 创建 RAID1 逻辑卷（需要至少两块 PV）
[root@server-xianyu ~]# lvcreate –type raid1 -n webapp01 -L 15G webapp

# 格式化和挂载
[root@server-xianyu ~]# mkfs.xfs /dev/webapp/webapp01
[root@server-xianyu ~]# mount /dev/webapp/webapp01 /usr/share/nginx/html/
[root@server-xianyu ~]# cp /etc/ho* /usr/share/nginx/html/

模拟故障与修复

# 模拟硬盘损坏（写入错误数据）
[root@server-xianyu ~]# dd if=/dev/zero of=/dev/sdd bs=1M count=256

# 此时文件系统仍可正常访问（RAID1 容错）
[root@server-xianyu ~]# ls /usr/share/nginx/html/
host.conf hostname hosts hosts.allow hosts.deny

# 卸载并重新挂载，依然正常
[root@server-xianyu ~]# umount /usr/share/nginx/html
[root@server-xianyu ~]# mount /dev/webapp/webapp01 /usr/share/nginx/html/

# 修复 RAID
# 1. 删除丢失的物理卷（VG 中移除故障 PV）
[root@server-xianyu ~]# vgreduce –removemissing webapp –force

# 2. 将原故障盘重新加入卷组（或换新盘后加入）
[root@server-xianyu ~]# vgextend webapp /dev/sdd

# 3. 修复 RAID1 逻辑卷
[root@server-xianyu ~]# lvconvert –repair /dev/webapp/webapp01

# 4. 扫描物理卷变化
[root@server-xianyu ~]# pvscan

# 5. 验证
[root@server-xianyu ~]# pvs|grep webap
/dev/sdb webapp lvm2 a– <20.00g 4.99g
/dev/sdc webapp lvm2 a– <20.00g 4.99g
/dev/sdd webapp lvm2 a– <20.00g <20.00g

创建 RAID5 逻辑卷示例

# 创建一个 RAID5 逻辑卷，可用大小 5GiB，3 条带，条带大小 64KiB，共 4 个设备（含 1 个奇偶校验）
lvcreate –type raid5 -L 5G -i 3 -I 64 -n mylv vg00