linux磁盘管理

在 Linux 系统下管理多块磁盘是一个非常常见的系统管理任务。这篇指南将从最基础的磁盘识别，到分区、格式化、挂载，再到多磁盘管理的高级方案（如 RAID 和 LVM），为你提供一个全面而详细的讲解。

核心流程概览

无论你是什么需求，管理新磁盘通常都遵循以下几个核心步骤：

识别磁盘 (Discovery)：找出系统新接入的物理磁盘。
分区 (Partitioning)：在磁盘上划分一个或多个区域（分区）。
格式化 (Formatting)：在分区上创建文件系统，使其能够存储文件。
挂载 (Mounting)：将格式化后的分区关联到系统的一个目录下，以便访问。
配置自动挂载 (Persistence)：设置系统在开机时自动挂载该分区。

对于多磁盘场景，我们还会探讨如何将它们组合起来使用。

第一步：识别磁盘

当你向 Linux 系统中添加一块新硬盘（物理或虚拟）后，首先需要确认系统是否识别到了它。

常用的命令有：

lsblk (List Block Devices): 这是最常用、最直观的命令。
fdisk -l: 列出所有磁盘及其分区表信息。
parted -l: 功能与 fdisk 类似，更强大。

示例：

假设你有一块系统盘 /dev/sda，然后新加了两块硬盘。

bash
$ lsblk
NAME   MAJ:MIN RM   SIZE RO TYPE MOUNTPOINT
sda      8:0    0   100G  0 disk
├─sda1   8:1    0     1G  0 part /boot
└─sda2   8:2    0    99G  0 part /
sdb      8:16   0   500G  0 disk  <-- 这是新加的第一块盘
sdc      8:32   0   500G  0 disk  <-- 这是新加的第二块盘

从输出中可以看到：

sda 是已经在使用中的系统盘，有 sda1 和 sda2 两个分区。
sdb 和 sdc 是两块新的 500G 硬盘，它们还没有分区和挂载点（MOUNTPOINT为空）。

注意：

在传统的 SCSI/SATA/USB 接口下，磁盘通常被命名为 /dev/sdX (a, b, c...)。
在 NVMe 接口下，磁盘通常被命名为 /dev/nvmeXnY (例如 /dev/nvme0n1)。

第二步：磁盘分区

识别到磁盘后，我们需要对其进行分区。分区就像是把一块大蛋糕切成几小块，每一小块都可以有不同的用途。

常用的分区工具有：

fdisk: 经典、常用的命令行工具，支持 MBR 和 GPT 两种分区表格式。
gdisk: 专门用于 GPT 分区表的 fdisk 版本，操作体验类似。
parted: 更强大的工具，支持脚本化操作，但误操作风险也更高。

分区表格式简介：

MBR (Master Boot Record): 老旧格式，最大支持 2TB 的磁盘，最多 4 个主分区。
GPT (GUID Partition Table): 现代格式，几乎没有磁盘大小和分区数量的限制。强烈推荐使用 GPT。

使用 fdisk 进行分区（以 /dev/sdb 为例）：

启动 fdisk：
```
bash
sudo fdisk /dev/sdb
```
进入 fdisk 交互界面后，输入 m 查看帮助。
创建 GPT 分区表： 输入 g 创建一个新的空的 GPT 分区表。
创建新分区：
- 输入 n (new)。
- 按回车接受默认的分区号（例如 1）。
- 按回车接受默认的起始扇区。
- 输入分区大小，例如 +100G 表示创建一个 100G 的分区，或者直接回车使用全部剩余空间。
查看分区结果： 输入 p (print) 查看当前的分区布局。你会看到一个新的分区，如 /dev/sdb1。
保存并退出： 确认无误后，输入 w (write) 将更改写入磁盘并退出。如果不想保存，输入 q (quit)。

现在，如果你再次运行 lsblk，会看到 /dev/sdb 下多了一个 /dev/sdb1 分区。

bash
$ lsblk
NAME   MAJ:MIN RM   SIZE RO TYPE MOUNTPOINT
...
sdb      8:16   0   500G  0 disk
└─sdb1   8:17   0   500G  0 part  <-- 新创建的分区
sdc      8:32   0   500G  0 disk

对 /dev/sdc 也执行类似的操作，创建分区 /dev/sdc1。

第三步：格式化分区（创建文件系统）

分区只是划分了裸空间，还需要在上面创建一个文件系统来管理文件。

常见文件系统类型：

ext4: Linux 最常用、最成熟的文件系统，兼容性好，性能稳定。
XFS: 适合处理大文件和高并发 I/O 的场景，如数据库、媒体服务器。
Btrfs, ZFS: 更现代的文件系统，支持快照、数据压缩等高级功能。

使用 mkfs 命令进行格式化（以 ext4 为例）：

bash
# 格式化 /dev/sdb1 分区为 ext4 文件系统
sudo mkfs.ext4 /dev/sdb1

# 格式化 /dev/sdc1 分区为 xfs 文件系统
sudo mkfs.xfs /dev/sdc1

格式化过程很快，完成后分区就准备好了。

第四步：挂载分区

为了让操作系统能够访问这个文件系统，需要将它“挂载”到一个目录上。这个目录被称为“挂载点”。

创建挂载点目录：

bash
sudo mkdir /data1
sudo mkdir /data2

手动挂载：

bash
# 将 /dev/sdb1 挂载到 /data1
sudo mount /dev/sdb1 /data1

# 将 /dev/sdc1 挂载到 /data2
sudo mount /dev/sdc1 /data2

验证挂载： 使用 df -h 或 lsblk 查看挂载情况。

bash
$ df -h
Filesystem      Size  Used Avail Use% Mounted on
...
/dev/sdb1       492G   72M  467G   1% /data1
/dev/sdc1       499G  196M  499G   1% /data2

手动挂载是临时的，系统重启后会失效。

第五步：配置自动挂载

要让系统开机自动挂载，需要编辑 /etc/fstab 文件。

获取分区的 UUID： 强烈建议使用 UUID 而不是设备名 (/dev/sdb1)，因为设备名在重启后可能会改变（比如你插拔了硬盘），而 UUID 是唯一的、固定的。
```
bash
$ sudo blkid
/dev/sdb1: UUID="a1b2c3d4-e5f6-7890-1234-567890abcdef" TYPE="ext4" PARTUUID="..."
/dev/sdc1: UUID="b2c3d4e5-f6a7-8901-2345-67890abcdef1" TYPE="xfs" PARTUUID="..."
```
复制你需要的 UUID。

编辑 /etc/fstab 文件：

bash
sudo nano /etc/fstab

在文件末尾添加以下行：


# <device>                                <mount_point> <type> <options> <dump> <pass>
UUID=a1b2c3d4-e5f6-7890-1234-567890abcdef  /data1        ext4   defaults   0      2
UUID=b2c3d4e5-f6a7-8901-2345-67890abcdef1  /data2        xfs    defaults   0      2

<options>: defaults 通常够用，它包含了一组常用选项。
<dump>: 0 表示不备份。
<pass>: 2 表示开机时检查该文件系统，根目录通常是 1。

测试 fstab 配置： 运行 sudo mount -a 命令。如果没有报错，说明你的配置是正确的。这个命令会挂载 fstab 中所有未挂载的条目。

至此，你已经完成了将两块新硬盘作为独立空间进行管理的全过程。

高级篇：多磁盘整合方案

当你有多个磁盘时，将它们独立使用并不总是最优选择。你可能希望将它们合并成一个更大的存储空间，或者为了数据安全做冗余备份。这时就需要用到 RAID 或 LVM。

方案一：Software RAID (使用 `mdadm`)

RAID (Redundant Array of Independent Disks) 可以将多块物理磁盘组合成一个逻辑磁盘，以实现性能提升、数据冗余或二者兼得。

常见 RAID 级别：

RAID 0 (条带化):
- 原理: 数据被分成块，交错写入所有磁盘。
- 优点: 读写速度极快（接近所有磁盘速度之和）。
- 缺点: 没有任何冗余。任何一块磁盘损坏，所有数据都会丢失。
- 场景: 需要极致性能的临时存储，如视频剪辑的暂存区。
RAID 1 (镜像):
- 原理: 数据被完整地复制到每一块磁盘上。
- 优点: 高冗余。只要有一块磁盘正常，数据就是安全的。
- 缺点: 磁盘利用率低（例如2块500G盘组成RAID 1，可用空间只有500G）。写入性能略有下降。
- 场景: 存储关键数据，如操作系统、数据库。
RAID 5 (带奇偶校验的条带化):
- 原理: 数据条带化存储，同时将奇偶校验信息分布在所有磁盘上。
- 优点: 兼顾了性能、容量和冗余。允许一块磁盘损坏。
- 缺点: 写入性能比 RAID 0 差，磁盘损坏后重建过程 I/O 压力大。
- 要求: 至少 3 块磁盘。
RAID 10 (RAID 1+0):
- 原理: 先做镜像（RAID 1），再做条带化（RAID 0）。
- 优点: 兼具 RAID 1 的高冗余和 RAID 0 的高性能。
- 缺点: 成本高，至少需要 4 块磁盘，且只有一半的可用空间。

示例：使用 mdadm 创建 RAID 1 假设我们用 /dev/sdb1 和 /dev/sdc1 创建一个 RAID 1 阵列。

安装 mdadm:

bash
sudo apt update && sudo apt install mdadm  # Debian/Ubuntu
sudo yum install mdadm                      # CentOS/RHEL

创建 RAID 阵列：

bash
# --create: 创建
# /dev/md0: 阵列设备名
# --level=1: RAID 级别为 1
# --raid-devices=2: 使用2个设备
sudo mdadm --create --verbose /dev/md0 --level=1 --raid-devices=2 /dev/sdb1 /dev/sdc1

查看阵列状态：
```
bash
sudo mdadm --detail /dev/md0
cat /proc/mdstat
```
你会看到阵列正在同步（re-syncing），等待它完成。
格式化和挂载 RAID 设备： 现在 /dev/md0 就如同一个普通的块设备，可以对它进行格式化和挂载。
```
bash
sudo mkfs.ext4 /dev/md0
sudo mkdir /data_raid
sudo mount /dev/md0 /data_raid
```
配置自动挂载和 mdadm 配置：
- 将 /dev/md0 的挂载信息（使用 blkid 获取其 UUID）写入 /etc/fstab。
- 保存 mdadm 配置，以便系统重启时能自动识别和启动 RAID 阵列。
```
bash
sudo mdadm --detail --scan | sudo tee -a /etc/mdadm/mdadm.conf
sudo update-initramfs -u # 对于Debian/Ubuntu，更新启动镜像
```

方案二：LVM (Logical Volume Manager)

LVM 是一个比 RAID 更灵活的存储管理方案。它在物理磁盘和文件系统之间增加了一个逻辑层，允许你轻松地创建、调整、合并和快照存储卷，而无需关心底层的物理磁盘布局。

LVM 核心概念：

PV (Physical Volume, 物理卷): 物理磁盘或分区，是 LVM 的基本构建块。
VG (Volume Group, 卷组): 一个或多个 PV 组成的存储池。你可以把它想象成一个大的虚拟硬盘。
LV (Logical Volume, 逻辑卷): 从 VG 中划分出的逻辑分区。你可以把它想象成普通分区，但它可以动态调整大小。

LVM 的巨大优势：

弹性扩容: 当 VG 空间不足时，只需添加一块新硬盘（创建为 PV），将其加入 VG，然后就能扩展已有的 LV。
在线调整: 可以不卸载文件系统（取决于文件系统类型）的情况下，增大或缩小 LV。
快照: 可以为 LV 创建一个即时的时间点快照，用于备份或测试，而不影响原始数据。

示例：使用 LVM 合并 /dev/sdb1 和 /dev/sdc1

安装 LVM 工具：

bash
sudo apt install lvm2 # Debian/Ubuntu
sudo yum install lvm2 # CentOS/RHEL

创建物理卷 (PV)：

bash
sudo pvcreate /dev/sdb1 /dev/sdc1
# 查看 PV
sudo pvs

创建卷组 (VG)： 将上面创建的两个 PV 加入到一个名为 my_storage_vg 的卷组中。
```
bash
sudo vgcreate my_storage_vg /dev/sdb1 /dev/sdc1
# 查看 VG
sudo vgs
```
现在你有了一个大约 1TB (500G+500G) 的存储池。
创建逻辑卷 (LV)： 从 my_storage_vg 中划分出一个 800G 的逻辑卷，名为 data_lv。
```
bash
# -n: 名字, -L: 大小
sudo lvcreate -n data_lv -L 800G my_storage_vg
# 或者使用全部空间： -l 100%FREE
# sudo lvcreate -n data_lv -l 100%FREE my_storage_vg

# 查看 LV
sudo lvs
```
现在，你获得了一个新的设备 /dev/my_storage_vg/data_lv（或 /dev/mapper/my_storage_vg-data_lv）。

格式化和挂载 LV： 这个设备就和普通分区一样使用。

bash
sudo mkfs.ext4 /dev/my_storage_vg/data_lv
sudo mkdir /data_lvm
sudo mount /dev/my_storage_vg/data_lv /data_lvm

配置自动挂载： 同样，将 /dev/my_storage_vg/data_lv 的挂载信息写入 /etc/fstab。LVM 的设备路径是稳定的，可以直接使用，但用 UUID 仍然是最佳实践。

总结与选择建议

特性	独立磁盘	RAID (软件)	LVM
目标	简单、隔离的空间	性能提升或数据冗余	灵活、可扩展的存储管理
灵活性	低	低 (阵列创建后难更改)	非常高 (可在线调整、扩展)
性能	单盘性能	RAID 0/10 极高	取决于底层物理盘，无额外提升
冗余性	无	RAID 1/5/6/10 提供	本身不提供 (但可建在RAID之上)
复杂度	低	中等	中等
典型场景	挂载多个独立的数据目录	数据库、关键应用、高性能计算	文件服务器、虚拟机存储、需要频繁扩容的场景

最佳实践组合：RAID + LVM 在生产环境中，最常见和最强大的组合是先用 mdadm 创建一个 RAID 阵列（如 RAID 1 或 RAID 5）来保证数据的冗余和性能，然后在这个 RAID 设备 (/dev/md0) 上创建 PV，再构建 VG 和 LV。

这样，你既享受了 RAID 带来的底层数据安全，又获得了 LVM 带来的上层管理灵活性。

希望这个详细的指南能帮助你自如地在 Linux 下管理多块磁盘！如果你有具体场景的问题，随时可以提出来。

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