Linux中的磁盘、分区、物理卷、卷组、逻辑卷等概念的理解及磁盘扩容操作

背景：

在实际工作中，总免不了偶尔就会接触这些概念，只是经常一知半解，以至于当需要执行类似磁盘扩容或者分区之类的任务时，总是不够底气，担心演变成大型灾难现场。

趁着最近在这些方面的实践，干脆把这些知识点好好总结总结。

一、概念

1. 磁盘（Disk）

磁盘是计算机中用于存储数据的硬件设备。在Linux系统中，磁盘通常以/dev/sdX或/dev/hdX的形式表示，其中X是一个字母，如a、b、c等，代表不同的磁盘。

使用 fdisk -l 命令可以查看到磁盘的信息：

Disk /dev/sda：931.51 GiB，1000204886016 字节，1953525168 个扇区
Disk model: WDC WD10EZEX-22M
单元：扇区 / 1 * 512 = 512 字节
扇区大小(逻辑/物理)：512 字节 / 4096 字节
I/O 大小(最小/最佳)：4096 字节 / 4096 字节
磁盘标签类型：gpt
磁盘标识符：A32AF1D7-ED2D-415F-9C4F-7A6793900899

其中磁盘标签类型（也就是分区表类型），gpt（GUID）分区表是一种较新的标准，用于UEFI固件的系统。它提供了更多的灵活性，允许更大的磁盘和更多的分区。GPT磁盘可以有128个分区，并且具有更好的数据保护机制，例如备份分区表。

2. 分区（Partition）

分区是在磁盘上划分出来的独立存储区域，每个分区可以视为一个独立的磁盘。Linux通过在磁盘上创建多个分区来实现数据的分类存储。分区可以通过fdisk或gdisk等工具创建，格式化后可挂载到文件系统的目录下使用。

使用 fdisk -l 可以查看到每个磁盘的分区信息：

设备        起点       末尾       扇区   大小 类型
/dev/sda1   2048 1953523711 1953521664 931.5G Linux 文件系统

3. 物理卷（Physical Volume, PV）

在LVM（Logical Volume Manager）中，物理卷是指用来构建卷组的基本存储单元。物理卷可以是一个磁盘的全部或部分分区。例如，在Ubuntu中，你可以将整个磁盘或其某个分区转换为物理卷。但是物理卷本身通常不会被直接挂载，相反，它们会被组合成卷组（VG），然后从卷组中创建逻辑卷（LV）。

查看命令：

sudo pvs

4. 卷组（Volume Group, VG）

卷组是由一个或多个物理卷组成的集合，它是逻辑卷的基础。卷组提供了比单个物理卷更大的存储池，允许在其上创建多个逻辑卷。查看命令：

sudo vgs

5. 逻辑卷（Logical Volume, LV）

逻辑卷是卷组中的可分配存储空间，它类似于传统的磁盘分区，但提供了更多的灵活性。逻辑卷可以在不重新分区的情况下动态调整大小，而且可以跨越多个物理硬盘。查看命令：

sudo lvs

说明：我们使用mount命令挂载时，通常是指分区或者逻辑卷。

二、系统磁盘扩容操作

下面是如何在Ubuntu 22.04 Server上进行系统磁盘扩容的步骤：

步骤1：添加新磁盘

假设你已经连接了一个新的磁盘，它可能显示为/dev/sdb。

步骤2：初始化磁盘

使用parted或gdisk创建一个新的分区表。这里我们使用gdisk：

sudo gdisk /dev/sdb

然后按照提示创建一个新的分区。

步骤3：创建物理卷

将新创建的分区转换为物理卷：

sudo pvcreate /dev/sdb1

步骤4：扩展卷组

将新创建的物理卷添加到现有的卷组中：

sudo vgextend vg_name /dev/sdb1

这里的vg_name需要替换为你实际的卷组名称。

步骤5：扩展逻辑卷

现在，你可以选择扩展一个或多个逻辑卷。首先，检查当前卷组的可用空间：

sudo lvdisplay

然后，扩展逻辑卷：

sudo lvextend -L +10G /dev/vg_name/lv_name

这里的+10G表示增加10GB的空间，lv_name需要替换为你的逻辑卷名称。

步骤6：调整文件系统

最后，你需要调整文件系统以利用新增加的空间：

sudo resize2fs /dev/vg_name/lv_name

创建一个新的逻辑卷，并将该卷组的剩余空间加到这个新的逻辑卷上：

sudo lvcreate -n new_lv -l +100%FREE ubuntu-vg-1 

如果该逻辑卷没有格式化，则需要先进行格式化：

sudo mkfs.xfs /dev/ubuntu-vg-1/new_lv

关于格式化类型：

• EXT4 更适合需要快速读取大量小文件或对兼容性要求较高的场景。
• XFS 更适合需要处理大型文件、高并发访问和高负载的系统。

三、/etc/fstab 挂载说明

通常，每行代表一个挂载点，格式如下：

<文件系统> <挂载点> <类型> <选项> <转储> <检查>

其中：

• <文件系统> 是设备标识符，可以是设备名（如 /dev/sda1）、UUID 或标签。
• <挂载点> 是文件系统在文件层次结构中的位置。
• <类型> 是文件系统的类型，例如 xfs。
• <选项> 是挂载选项，例如 defaults（表示使用默认选项）、noauto（表示不自动挂载）、ro（只读模式）、rw（读写模式）等。
• <转储> 是一个整数值，表示是否将文件系统的内容保存到磁带设备中进行备份（0 表示不保存，1 表示保存）。
• <检查> 是一个整数值，表示在启动时是否对文件系统进行检查（0 表示不检查，1 表示检查，通常根文件系统会被设为 1，其他文件系统设为 2）。

对于使用 mkfs.xfs 格式化的逻辑卷，假设逻辑卷的设备名是 /dev/ubuntu-vg/new_lv，挂载点是 /data，你可以按照下面的方式在 /etc/fstab 文件中添加一行：

UUID=$(blkid -s UUID -o value /dev/ubuntu-vg/new_lv) /data/new_data xfs defaults 0 2
# 或者
/dev/ubuntu-vg/new_lv /data xfs defaults 0 2

执行挂载：

sudo mount -a

如果一切正常，这时重启的时候才会自动挂载。