15. 磁盘与存储管理
本章介绍 RHEL 9 的磁盘管理全流程：磁盘查看与分区、文件系统格式化与挂载、/etc/fstab 持久化配置、LVM 逻辑卷管理（创建、扩容、快照），以及 VDO（虚拟数据优化器）内联去重压缩技术。存储管理是数据持久化的基础，也是第 16 章网络文件系统和第 17 章备份恢复的前提条件。
操作前提示
磁盘分区与格式化操作不可逆，会永久销毁数据。所有操作前务必通过 VMware 创建快照，并用 lsblk 反复确认目标设备名称，防止误操作生产磁盘。
15.1 前提条件
- 已完成第一阶段全部配置（第 1–9 章）及第二阶段配置（第 10–14 章）。
- 通过 SecureCRT（SSH 端口 2222）以
ops用户、密钥认证方式登录192.168.1.100，执行sudo -i切换至 root 环境。 - 系统中已通过 VMware 添加一块 20 GB 未使用虚拟磁盘（本章统一使用
/dev/sdb）。 - LVM 工具已安装（RHEL 9 默认包含）：
rpm -q lvm2 || dnf install -y lvm2
本章全局参数
| 参数 | 值 |
|---|---|
| 主机名 | linuxdc |
| 管理 IP | 192.168.1.100/24 |
| 新增数据盘 | /dev/sdb（20 GB） |
| LVM 卷组名 | datavg |
| LVM 逻辑卷名 | datalv |
| LVM 挂载点 | /mnt/lvmdata |
| VDO 卷名 | vdo_data |
| VDO 挂载点 | /vdodata |
15.2 磁盘查看与信息收集
在任何操作前，先全面了解当前磁盘状态。
# 查看所有块设备（树形结构，最直观）
lsblk
# 查看磁盘分区详情（含分区表类型、扇区信息）
fdisk -l
# 查看磁盘与挂载点、UUID、文件系统类型的对应关系
lsblk -o NAME,SIZE,TYPE,MOUNTPOINT,FSTYPE,UUID
# 查看文件系统使用情况
df -hT
# 查看特定磁盘详情
fdisk -l /dev/sdb
检查点
lsblk 输出中可见 /dev/sdb（约 20 GB），TYPE 为 disk，无分区，MOUNTPOINT 为空。
15.3 磁盘分区
15.3.1 分区方案选择
| 分区工具 | 分区表类型 | 适用场景 |
|---|---|---|
parted |
GPT | 推荐，支持 > 2 TB，UEFI 标准 |
fdisk |
MBR | 兼容旧系统，仅支持 ≤ 2 TB |
15.3.2 使用 parted 创建 GPT 分区（推荐）
parted /dev/sdb
在 parted 交互模式中依次执行：
(parted) mklabel gpt
(parted) mkpart primary xfs 1MiB 10GiB
(parted) mkpart primary xfs 10GiB 100%
(parted) print
(parted) quit
通知内核刷新分区表，并等待 udev 完成设备节点创建：
partprobe /dev/sdb
udevadm settle
udevadm settle 的作用
partprobe 通知内核分区表已变化，udevadm settle 等待 udev 守护进程处理完所有待处理事件（创建 /dev/sdb1、/dev/sdb2 等设备节点），确保后续的 mkfs、blkid 等命令能立即使用新分区。若跳过此步骤，在 I/O 繁忙的系统上可能出现"设备不存在"的竞争条件。
# 验证分区已创建
lsblk /dev/sdb
检查点
lsblk /dev/sdb 显示 /dev/sdb1（约 10 GB）和 /dev/sdb2（约 10 GB）两个分区。
15.3.3 使用 fdisk 创建 MBR 分区（备选）
fdisk /dev/sdb
交互序列：
命令: n # 新建分区
分区类型: p # 主分区
分区号: 1
起始扇区: Enter # 接受默认
末尾扇区: +10G # 分配 10 GB
命令: w # 写入并退出
partprobe /dev/sdb
udevadm settle
lsblk /dev/sdb
15.4 格式化文件系统
RHEL 9 默认使用 XFS 作为根文件系统，生产中推荐数据分区保持一致。
# 格式化为 XFS（RHEL 9 默认，推荐）
mkfs.xfs /dev/sdb1
# 格式化为 ext4（通用场景，支持文件系统缩减）
mkfs.ext4 /dev/sdb2
# 获取 UUID（后续 fstab 配置的依据，不使用设备名）
blkid /dev/sdb1
blkid /dev/sdb2
XFS 与 ext4 选型依据
XFS：适合大文件、高并发写入（数据库、日志流）；不支持在线缩减，须提前规划容量。ext4：适合通用场景，支持文件系统收缩（resize2fs）；格式化和 fsck 速度略慢于 XFS。生产环境建议与根分区保持同一类型，便于统一管理。
15.5 挂载文件系统
15.5.1 临时挂载（验证用，重启后失效）
mkdir -p /data/disk1
mkdir -p /data/disk2
mount /dev/sdb1 /data/disk1
mount /dev/sdb2 /data/disk2
df -hT | grep /data
15.5.2 永久挂载（写入 /etc/fstab）
fstab 配置错误会导致系统无法启动
修改 /etc/fstab 前先备份，修改后必须执行 mount -a 验证。若 mount -a 报错，立即用备份文件回滚，否则下次重启系统将进入急救模式。
# 备份 fstab
cp /etc/fstab /etc/fstab.bak
# 获取 UUID（命令输出示例见下方）
blkid /dev/sdb1 | grep -oP 'UUID="\K[^"]+'
blkid /dev/sdb2 | grep -oP 'UUID="\K[^"]+'
编辑 /etc/fstab，追加以下内容（将 xxxxx... 替换为实际 UUID）：
vim /etc/fstab
# /data/disk1 - XFS 数据分区
UUID=xxxxxxxx-xxxx-xxxx-xxxx-xxxxxxxxxxxx /data/disk1 xfs defaults 0 0
# /data/disk2 - ext4 数据分区
UUID=yyyyyyyy-yyyy-yyyy-yyyy-yyyyyyyyyyyy /data/disk2 ext4 defaults 0 0
验证配置：
# 先卸载，再用 mount -a 测试（不重启即可验证 fstab 语法正确性）
umount /data/disk1 /data/disk2
mount -a
df -hT | grep /data
检查点
mount -a 无报错；df -hT 显示 /data/disk1（xfs）和 /data/disk2（ext4）均已挂载。
fstab 字段说明：
| 字段 | 说明 | 示例值 |
|---|---|---|
| 设备标识 | UUID（推荐）或设备路径 | UUID=xxx... |
| 挂载点 | 目录路径 | /data/disk1 |
| 文件系统类型 | 格式化时的类型 | xfs |
| 挂载选项 | 逗号分隔的选项列表 | defaults |
| dump | 是否备份（0=不备份） | 0 |
| fsck | 开机检查顺序（0=不检查，1=根分区，2=其他） | 0 |
15.6 LVM 逻辑卷管理
LVM（Logical Volume Manager）在物理磁盘之上提供灵活的存储抽象层，支持在线扩容、快照等企业级特性，是 RHEL 生产环境的标准存储方案。
15.6.1 LVM 概念层次
物理磁盘/分区 → 物理卷（PV） → 卷组（VG） → 逻辑卷（LV） → 文件系统
/dev/sdb pvcreate vgcreate lvcreate mkfs.xfs
15.6.2 创建 PV、VG、LV
# 第一步：创建物理卷（PV）
pvcreate /dev/sdb1
pvdisplay /dev/sdb1 # 验证，查看 PV 大小
# 第二步：创建卷组（VG），命名为 datavg
vgcreate datavg /dev/sdb1
vgdisplay datavg # 关注 Free PE / Size
# 第三步：创建逻辑卷（LV），命名为 datalv，大小 5 GB
lvcreate -L 5G -n datalv datavg
lvdisplay /dev/datavg/datalv
# 第四步：格式化并挂载
mkfs.xfs /dev/datavg/datalv
mkdir -p /mnt/lvmdata
mount /dev/datavg/datalv /mnt/lvmdata
# 第五步：写入 fstab 永久挂载（LVM 设备路径比 UUID 更直观，两者均可）
echo '/dev/datavg/datalv /mnt/lvmdata xfs defaults 0 0' >> /etc/fstab
mount -a
df -hT /mnt/lvmdata
检查点
lvs 显示 datalv（5 GB，datavg）；df -hT /mnt/lvmdata 显示 xfs 文件系统已挂载。
15.6.3 在线扩展逻辑卷
LVM 最核心的优势之一：业务不中断即可扩展存储空间。
# 确认 VG 剩余可用空间
vgdisplay datavg | grep "Free PE"
# 将 datalv 扩展 3 GB
lvextend -L +3G /dev/datavg/datalv
# 扩展 XFS 文件系统（XFS 仅支持在线扩容，不支持缩减）
xfs_growfs /mnt/lvmdata
# ext4 文件系统扩展命令（如使用 ext4 时）
# resize2fs /dev/datavg/datalv
# 验证
df -hT /mnt/lvmdata
lvdisplay /dev/datavg/datalv | grep "LV Size"
检查点
df -hT /mnt/lvmdata 显示大小已增加至约 8 GB。
15.6.4 添加新磁盘扩展卷组
当 VG 空间耗尽时，通过添加新物理磁盘扩展：
# 假设新磁盘为 /dev/sdc（已在 VMware 中添加）
pvcreate /dev/sdc
# 将新 PV 加入现有 VG
vgextend datavg /dev/sdc
# 验证 VG 已扩大
vgdisplay datavg | grep -E "VG Size|Free PE"
15.6.5 创建 LVM 快照
# 创建快照（大小为快照期间预计写入量，一般为原 LV 的 10–20%）
lvcreate -L 2G -s -n datalv-snap /dev/datavg/datalv
# 挂载快照（只读）
mkdir -p /mnt/snap
mount -o ro /dev/datavg/datalv-snap /mnt/snap
# 查看快照使用情况（Data% 字段，接近 100% 需及时处理）
lvs /dev/datavg/datalv-snap
# 使用完毕后卸载并删除快照
umount /mnt/snap
lvremove -f /dev/datavg/datalv-snap
快照大小选择
快照大小应为快照存活期间原 LV 预计写入量。用 lvs 监控 Data%，超过 80% 时执行 lvextend -L +<size> /dev/datavg/datalv-snap 扩大，避免快照自动失效。
15.7 VDO 虚拟数据优化器
VDO（Virtual Data Optimizer）是 RHEL 8+ 内置的存储优化层，在数据写入磁盘前自动执行内联去重（deduplication）和内联压缩（compression），可显著减少实际存储占用，通常能节省 30–70% 的磁盘空间，是虚拟化、容器、备份等场景的理想选择。
15.7.1 VDO 工作原理
应用写入数据
↓
VDO 层（/dev/mapper/vdo_data）
├─ 去重：识别已存在的数据块，直接引用，不重复写入
├─ 压缩：对唯一数据块进行 LZ4 压缩，减少实际写入量
└─ 写入底层存储（/dev/sdb 或 LVM LV）
VDO 适用场景
适合：虚拟机磁盘镜像（大量重复数据）、容器存储、备份数据、数据库冷数据；不适合：已压缩数据（视频、音频、ZIP 文件，压缩效果微弱）、写吞吐量极高的场景（去重/压缩引入额外 CPU 开销）。
15.7.2 安装 VDO 组件
dnf install -y vdo kmod-kvdo
# 启动 VDO 服务
systemctl enable --now vdo
systemctl status vdo
15.7.3 创建 VDO 卷
VDO 卷构建在原始块设备之上（本例使用 /dev/sdb2，约 10 GB）。
# 创建 VDO 卷
# --name：VDO 卷名称
# --device：底层存储设备
# --vdoLogicalSize：逻辑大小（可超配，如 3 倍超配）
vdo create \
--name=vdo_data \
--device=/dev/sdb2 \
--vdoLogicalSize=30G
# 查看 VDO 卷状态
vdo status --name=vdo_data
# 列出所有 VDO 卷
vdo list
逻辑大小超配（Thin Provisioning）
--vdoLogicalSize 可以远大于底层物理设备大小，利用去重和压缩实现存储超配。例如底层 10 GB 设备，逻辑大小设为 30 GB（3 倍超配），适用于大量重复数据的场景。生产环境应根据实际压缩/去重比率谨慎设置，并持续监控实际占用。
15.7.4 格式化与挂载 VDO 卷
VDO 卷创建后，设备路径为 /dev/mapper/<name>。格式化 XFS 时必须添加 -K 参数禁用 TRIM 预处理（VDO 自身管理空间回收）：
# 格式化 VDO 卷（必须使用 -K 参数）
mkfs.xfs -K /dev/mapper/vdo_data
# 创建挂载点
mkdir -p /vdodata
# 临时挂载验证
mount /dev/mapper/vdo_data /vdodata
df -hT /vdodata
永久挂载（写入 /etc/fstab）：
cp /etc/fstab /etc/fstab.bak.vdo
# 获取 VDO 卷的 UUID
blkid /dev/mapper/vdo_data
编辑 /etc/fstab，追加以下条目：
vim /etc/fstab
# VDO 虚拟数据优化器卷
UUID=zzzzzzzz-zzzz-zzzz-zzzz-zzzzzzzzzzzz /vdodata xfs defaults,_netdev,x-systemd.requires=vdo.service 0 0
VDO fstab 挂载选项说明
| 选项 | 说明 |
|---|---|
_netdev |
延迟挂载至网络就绪后，防止启动时设备尚未就绪 |
x-systemd.requires=vdo.service |
告知 systemd 挂载此设备前必须先启动 vdo.service，保证 VDO 卷已激活 |
这两个参数对 VDO 卷均为必须，缺少任一项都可能导致重启后挂载失败。
umount /vdodata
mount -a
df -hT /vdodata
检查点
df -hT /vdodata 显示 /vdodata（xfs，逻辑大小约 30 GB）已挂载。
15.7.5 查看 VDO 节省统计
# 查看实时去重/压缩节省情况
vdostats --human-readable
# 详细统计（含块级别统计）
vdostats --verbose /dev/mapper/vdo_data
关键指标解读：
| 指标 | 说明 |
|---|---|
Physical blocks used |
实际使用的物理块数 |
Logical blocks used |
逻辑层面已写入的块数 |
Saving percent |
节省百分比（= 1 - 物理/逻辑） |
Dedupe ratio |
去重比率 |
Compression ratio |
压缩比率 |
# 写入测试数据验证去重效果
cp /usr/share/doc /vdodata/doc-copy1 -r 2>/dev/null || true
cp /usr/share/doc /vdodata/doc-copy2 -r 2>/dev/null || true
sync
# 再次查看节省统计
vdostats --human-readable
15.7.6 VDO 卷管理操作
# 停止 VDO 卷（卸载后执行）
umount /vdodata
vdo stop --name=vdo_data
# 启动 VDO 卷
vdo start --name=vdo_data
mount -a
# 手动触发去重（后台异步执行，通常无需手动触发）
vdo enableDeduplication --name=vdo_data
vdo enableCompression --name=vdo_data
# 删除 VDO 卷（不可逆，数据将丢失）
# umount /vdodata
# vdo remove --name=vdo_data --force
15.8 存储方案对比与选型
| 方案 | 适用场景 | 在线扩容 | 快照 | 去重/压缩 |
|---|---|---|---|---|
| 直接分区 | 简单、固定存储 | 不支持 | 不支持 | 不支持 |
| LVM | 企业标准，灵活扩容 | 支持 | LVM 快照 | 不支持 |
| VDO | 虚拟化、备份、容器 | 支持（底层可用 LVM） | 需配合 LVM | 支持 |
| LVM + VDO | 企业高级场景 | 支持 | 双重保障 | 支持 |
LVM + VDO 叠加使用
生产环境推荐将 VDO 卷建立在 LVM LV 之上（LVM 提供灵活扩容，VDO 提供去重压缩），实现能力叠加。创建顺序：pvcreate → vgcreate → lvcreate（底层 LV）→ vdo create --device=/dev/datavg/datalv。
15.9 常见问题与排查
| 问题现象 | 排查步骤 |
|---|---|
partprobe 后分区设备未出现 |
执行 udevadm settle 等待 udev 处理完成；若仍未出现执行 reboot |
mount -a 报 wrong fs type |
blkid 确认实际文件系统类型与 fstab fstype 列一致 |
LVM 命令报 device not found |
执行 pvscan；vgscan；lvscan 重新扫描 |
| XFS 文件系统无法缩减 | XFS 不支持缩减；需要缩减的场景改用 ext4 |
LVM 快照 Data% 接近 100% |
立即 lvextend 扩大快照，或完成备份后删除 |
| VDO 挂载失败（系统启动时） | 确认 fstab 含 x-systemd.requires=vdo.service；systemctl status vdo |
| VDO 节省率极低 | 数据本身已压缩（视频/音频/ZIP），属正常现象；可尝试写入文本类数据验证 |
# 综合存储状态检查
pvs && vgs && lvs
vdo list
vdostats --human-readable
df -hT
findmnt --verify
15.10 实践任务
- 在 VMware 中为
linuxdc添加一块 20 GB 虚拟磁盘，重启后确认/dev/sdb可见：lsblk。 - 使用
parted创建两个 GPT 分区（/dev/sdb1约 10 GB，/dev/sdb2约 10 GB），执行partprobe && udevadm settle刷新分区表。 - 将
/dev/sdb1格式化为 XFS，/dev/sdb2格式化为 ext4，通过 UUID 写入/etc/fstab，执行mount -a验证。 -
将
/dev/sdb1创建为 LVM 结构（PV → VGdatavg→ LVdatalv5 GB），格式化并挂载至/mnt/lvmdata：pvcreate /dev/sdb1 vgcreate datavg /dev/sdb1 lvcreate -L 5G -n datalv datavg mkfs.xfs /dev/datavg/datalv mkdir -p /mnt/lvmdata && mount /dev/datavg/datalv /mnt/lvmdata -
在线扩展
datalv至 8 GB，验证文件系统自动扩展：lvextend -L +3G /dev/datavg/datalv xfs_growfs /mnt/lvmdata df -hT /mnt/lvmdata -
创建 LVM 快照，只读挂载查看内容，卸载后删除。
- 在
/dev/sdb2上创建 VDO 卷vdo_data（逻辑大小 20 GB），格式化为 XFS，写入 fstab（含_netdev和x-systemd.requires=vdo.service），挂载至/vdodata，查看节省统计：vdostats --human-readable。 - 在 VMware 中创建快照
RHEL9-Storage-Base。
15.11 自测问题
Q1：为什么 fstab 中推荐使用 UUID 而不是 /dev/sdb1 这样的设备名？
设备名在系统重启、添加/移除磁盘后可能发生变化（如变为 /dev/sdc1），导致挂载失败甚至系统启动失败。UUID 是文件系统格式化时生成的全局唯一标识符，与设备物理位置无关，即使磁盘顺序变化也能正确匹配目标设备。
Q2：LVM 逻辑卷扩容后，为什么必须再执行 xfs_growfs 或 resize2fs？
lvextend 只扩展了 LVM 层的逻辑块设备大小，上层文件系统的元数据（超级块中的块总数、可用块数）尚未更新，应用程序看到的可用空间不变。xfs_growfs（XFS）或 resize2fs（ext4）将文件系统元数据同步更新到新的块设备边界，两步缺一不可。
Q3：VDO 的 fstab 条目为什么必须同时包含 _netdev 和 x-systemd.requires=vdo.service？
VDO 卷（/dev/mapper/vdo_*）由 vdo.service 管理，该服务在系统启动时激活各 VDO 卷。若挂载操作在 vdo.service 启动前执行，设备节点尚不存在，挂载必然失败。x-systemd.requires=vdo.service 确保 systemd 先启动 vdo.service 再尝试挂载；_netdev 将挂载推迟到 network.target 之后，进一步保证设备就绪顺序。两个参数协同作用，保障重启后的可靠自动挂载。
Q4：partprobe 后为什么还需要执行 udevadm settle？
partprobe 通知内核刷新分区表，但内核仅将事件放入 udev 处理队列，并不等待 udev 完成设备节点的创建。udevadm settle 会阻塞，直到 udev 处理完所有待处理事件（即 /dev/sdb1、/dev/sdb2 等设备节点已创建完毕）。若跳过 udevadm settle 直接执行 mkfs，在 I/O 繁忙或慢速设备上可能因设备节点未就绪而报"设备不存在"错误。
15.12 章节总结
本章介绍了 RHEL 9 磁盘与存储管理的完整体系：GPT 分区（parted + udevadm settle）、文件系统格式化（XFS/ext4）、/etc/fstab 永久挂载（UUID 方式）、LVM 逻辑卷管理（创建、在线扩容、VG 扩展、快照），以及 VDO 虚拟数据优化器（内联去重、内联压缩、超配部署）。合理运用这些技术能够构建灵活、高效、节省空间的企业级存储架构，为第 16 章网络文件共享和第 17 章备份恢复奠定坚实基础。