什么是磁盘分区与逻辑卷管理

一、磁盘分区

（一）概述

原始磁盘需要经过那些操作才能存取数据？

原始磁盘的形态是一个光滑的盘体；
需要将盘体划分出柱面和磁道，然后将磁道划分为多个扇区，称为“低级格式化”；
为了有效组织磁盘和提高I\\O效率，还需要进行“分区”；
此时，磁盘还不能存储数据，还需要对每一分区中的扇区进行逻辑编号，并建立数据结构和磁盘数据的管理方式，称为“高级格式化”，本质上是在分区上确定了文件系统，便可以进行数据存储了。

如果把原始磁盘比作待开发的地块
那么，
“低级格式化”相当于在该地块上修建了道路和房屋；
“分区”相当于根据地理区域划分不同的小区；
“高级格式化”相当于将小区内的房屋进行标记。

Windows操作系统，分区、格式化之后，就可以建目录存储文件了。
而Linux操作系统则与Windows相反，需要先虚拟一个根目录，再将磁盘挂载到根目录。

（二）实践

1. 查看当前分区情况：

工具fdisk：用于Linux的磁盘分区表操作

root@linux:~# fdisk -l
Disk /dev/vda: 40 GiB, 42949672960 bytes, 83886080 sectors
# 磁盘大小为 40G
Units: sectors of 1 * 512 = 512 bytes
Sector size (logical/physical): 512 bytes / 512 bytes
I/O size (minimum/optimal): 512 bytes / 512 bytes
Disklabel type: gpt
Disk identifier: EC404E4B-BF45-4DEE-8D63-3D59FBB9C44E


Device      Start      End  Sectors  Size Type
/dev/vda1  227328 41943006 41715679 19.9G Linux filesystem 
/dev/vda14   2048    10239     8192    4M BIOS boot
/dev/vda15  10240   227327   217088  106M EFI System
# 磁盘分区约为20G，还有20G的空间未使用
Partition table entries are not in disk order.

2. 创建新分区

root@linux:~# fdisk /dev/vda
Welcome to fdisk (util-linux 2.31.1).
Changes will remain in memory only, until you decide to write them.
Be careful before using the write command.
Command (m for help): p # 列出磁盘分区表 
Disk /dev/vda: 40 GiB, 42949672960 bytes, 83886080 sectors
Units: sectors of 1 * 512 = 512 bytes
Sector size (logical/physical): 512 bytes / 512 bytes
I/O size (minimum/optimal): 512 bytes / 512 bytes
Disklabel type: gpt
Disk identifier: EC404E4B-BF45-4DEE-8D63-3D59FBB9C44E


Device      Start      End  Sectors  Size Type
/dev/vda1  227328 41943006 41715679 19.9G Linux filesystem
/dev/vda14   2048    10239     8192    4M BIOS boot
/dev/vda15  10240   227327   217088  106M EFI System


Partition table entries are not in disk order.


Command (m for help): n # 创建新分区
Partition number (2-13,16-128, default 2): # 默认回车
First sector (41943007-83886046, default 41943040): # 默认回车
Last sector, +sectors or +size{K,M,G,T,P} (41943040-83886046, default 83886046): +10G # 使用size方式定义10G大小


Created a new partition 2 of type 'Linux filesystem' and of size 10 GiB.


Command (m for help): p
Disk /dev/vda: 40 GiB, 42949672960 bytes, 83886080 sectors
Units: sectors of 1 * 512 = 512 bytes
Sector size (logical/physical): 512 bytes / 512 bytes
I/O size (minimum/optimal): 512 bytes / 512 bytes
Disklabel type: gpt
Disk identifier: EC404E4B-BF45-4DEE-8D63-3D59FBB9C44E


Device        Start      End  Sectors  Size Type
/dev/vda1    227328 41943006 41715679 19.9G Linux filesystem
/dev/vda2  41943040 62914559 20971520   10G Linux filesystem
/dev/vda14     2048    10239     8192    4M BIOS boot
/dev/vda15    10240   227327   217088  106M EFI System


Partition table entries are not in disk order.


Command (m for help): w # 保存、退出
The partition table has been altered.
Syncing disks.

3. 查看新创建分区

root@linux:~# lsblk
NAME    MAJ:MIN RM  SIZE RO TYPE MOUNTPOINT
vda     252:0    0   40G  0 disk 
├─vda1  252:1    0 19.9G  0 part /
├─vda2  252:2    0   10G  0 part 
├─vda14 252:14   0    4M  0 part 
└─vda15 252:15   0  106M  0 part /boot/efi

4. 格式化

命令mkfs（make file system）：在特定的分区上建立linux文件系统。

root@linux:~# mkfs # 两次键入Tab，则可展示支持的文件类型
mkfs         mkfs.btrfs   mkfs.ext2    mkfs.ext4    mkfs.minix   mkfs.ntfs    mkfs.xfs     
mkfs.bfs     mkfs.cramfs  mkfs.ext3    mkfs.fat     mkfs.msdos   mkfs.vfat    
root@linux:~# mkfs.ext3 /dev/vda2 # 在新分区创建ext3的文件系统
mke2fs 1.44.1 (24-Mar-2018)
Creating filesystem with 2621440 4k blocks and 655360 inodes
Filesystem UUID: 0e6a8449-acbf-4428-a5d7-b67b4535b844
Superblock backups stored on blocks: 
  32768, 98304, 163840, 229376, 294912, 819200, 884736, 1605632


Allocating group tables: done                            
Writing inode tables: done                            
Creating journal (16384 blocks): done
Writing superblocks and filesystem accounting information: done

5. 挂载

命令mount：用来挂载文件系统。

root@linux:~# mkdir /test2
root@linux:~# mount /dev/vda2 /test2/ 
root@linux:~# ls /test2/
lost+found

6. 查看分区挂载点及文件类型

root@linux:~# df -T
Filesystem     Type     1K-blocks    Used Available Use% Mounted on
udev           devtmpfs   1007416       0   1007416   0% /dev
tmpfs          tmpfs       204092     776    203316   1% /run
/dev/vda1      ext4      20145724 3279936  16849404  17% /
tmpfs          tmpfs      1020448       0   1020448   0% /dev/shm
tmpfs          tmpfs         5120       0      5120   0% /run/lock
tmpfs          tmpfs      1020448       0   1020448   0% /sys/fs/cgroup
/dev/vda15     vfat        106858    3668    103190   4% /boot/efi
tmpfs          tmpfs       204088       8    204080   1% /run/user/1001
/dev/vda2      ext3      10255672   23096   9708288   1% /test2

二、逻辑卷管理

（一）概述

逻辑卷管理也就是LVM（Logical Volume  Manager），位于磁盘和操作系统之间，将一个或多个磁盘分区（PV）虚拟为一个卷组（VG），并在VG上面划分一些逻辑卷（LV）。逻辑卷可再进行格式化、挂载，并且逻辑卷可以动态伸缩。

也就是从物理磁盘或分区开始，经过PV--VG--LV（形成逻辑卷）之后，将逻辑卷看成新的磁盘进行分区、格式化并挂载，供主机使用。


（二）实践

使用lsblk命令查看系统的磁盘使用情况（lsblk--list block）；
使用fdisk命令进行分区；
使用pvcreate创建物理卷，
使用vgcreate创建卷组；
使用lvcreate创建逻辑卷。

1. 创建新分区vda3

root@linux:~# fdisk /dev/vda


Welcome to fdisk (util-linux 2.31.1).
Changes will remain in memory only, until you decide to write them.
Be careful before using the write command.




Command (m for help): n
Partition number (3-13,16-128, default 3): 
First sector (62914560-83886046, default 62914560): 
Last sector, +sectors or +size{K,M,G,T,P} (62914560-83886046, default 83886046): +8G


Created a new partition 3 of type 'Linux filesystem' and of size 8 GiB.


Command (m for help): p
Disk /dev/vda: 40 GiB, 42949672960 bytes, 83886080 sectors
Units: sectors of 1 * 512 = 512 bytes
Sector size (logical/physical): 512 bytes / 512 bytes
I/O size (minimum/optimal): 512 bytes / 512 bytes
Disklabel type: gpt
Disk identifier: EC404E4B-BF45-4DEE-8D63-3D59FBB9C44E


Device        Start      End  Sectors  Size Type
/dev/vda1    227328 41943006 41715679 19.9G Linux filesystem
/dev/vda2  41943040 62914559 20971520   10G Linux filesystem
/dev/vda3  62914560 79691775 16777216    8G Linux filesystem
/dev/vda14     2048    10239     8192    4M BIOS boot
/dev/vda15    10240   227327   217088  106M EFI System


Partition table entries are not in disk order.


Command (m for help): w
The partition table has been altered.


Syncing disks.

2. 创建物理卷

命令pvcreate:用于将物理硬盘分区初始化为物理卷。

root@linux:~# pvcreate /dev/vda3
  Physical volume "/dev/vda3" successfully created.
root@linux:~# pvdisplay /dev/vda3
  "/dev/vda3" is a new physical volume of "8.00 GiB"
  --- NEW Physical volume ---
  PV Name               /dev/vda3
  VG Name               
  PV Size               8.00 GiB
  Allocatable           NO
  PE Size               0   
  Total PE              0
  Free PE               0
  Allocated PE          0
  PV UUID               ke8k0X-RgZL-Fejo-1AVO-fPPO-hhEP-WVb79K

3. 创建卷组

命令vgcreate：用于创建LVM卷组（Volume Group），将多个物理卷组织成一个整体，屏蔽底层物理卷细节。

root@linux:~# vgcreate vgtest /dev/vda3
  Volume group "vgtest" successfully created
root@linux:~# vgdisplay vg0
  Volume group "vg0" not found
  Cannot process volume group vg0
root@linux:~# vgdisplay vgtest
  --- Volume group ---
  VG Name               vgtest
  System ID             
  Format                lvm2
  Metadata Areas        1
  Metadata Sequence No  1
  VG Access             read/write
  VG Status             resizable
  MAX LV                0
  Cur LV                0
  Open LV               0
  Max PV                0
  Cur PV                1
  Act PV                1
  VG Size               <8.00 GiB
  PE Size               4.00 MiB
  Total PE              2047
  Alloc PE / Size       0 / 0   
  Free  PE / Size       2047 / <8.00 GiB
  VG UUID               2TM5qM-9fUR-xTTU-55Nq-nYZE-ATYg-SjQQ6y

4. 创建逻辑卷

命令lvcreate：创建LVM的逻辑卷。

root@linux:~# lvcreate -L 200M -n lv0 vgtest
  Logical volume "lv0" created.

5. 管理逻辑卷

# 查看物理卷信息
root@linux:~# pvs
  PV         VG     Fmt  Attr PSize  PFree
  /dev/vda3  vgtest lvm2 a--  <8.00g 7.80g


# 查看卷组信息
root@linux:~# vgs
  VG     #PV #LV #SN Attr   VSize  VFree
  vgtest   1   1   0 wz--n- <8.00g 7.80g


# 增加逻辑卷空间
root@linux:~# lvextend -L +100M /dev/vgtest/lv0
  Size of logical volume vgtest/lv0 changed from 200.00 MiB (50 extents) to 300.00 MiB (75 extents).
  Logical volume vgtest/lv0 successfully resized.


# 查询逻辑卷大小
root@linux:~# lvs /dev/vgtest/lv0
  LV   VG     Attr       LSize   Pool Origin Data%  Meta%  Move Log Cpy%Sync Convert
  lv0  vgtest -wi-a----- 300.00m                                                    
root@linux:~#