第 05 章：存储管理

管理磁盘分区、逻辑卷、文件系统和数据加密。

5.1 磁盘分区

常用磁盘工具

# 查看磁盘信息
lsblk                      # 列出所有块设备
fdisk -l                   # 查看分区表
blkid                      # 查看块设备 UUID 和类型
cat /proc/partitions       # 内核识别的分区

# 查看磁盘健康状态
apk add smartmontools
smartctl -a /dev/sda       # 查看 SMART 信息
smartctl -t short /dev/sda # 运行短测试

fdisk 分区

# 交互式分区
fdisk /dev/sdb

# 常用 fdisk 命令:
# n - 新建分区
# d - 删除分区
# p - 打印分区表
# t - 更改分区类型
# w - 写入并退出
# q - 不保存退出

# 创建 GPT 分区表
fdisk /dev/sdb
# g    (创建 GPT 分区表)
# n    (新建分区)
# 1    (分区号)
#      (起始扇区，默认)
# +10G (大小)
# n    (第二个分区)
# 2
#      (起始)
#      (使用剩余空间)
# w    (写入)

# 使用 sgdisk（GPT 专用工具，支持脚本）
apk add gptfdisk
sgdisk -n 1:0:+512M -t 1:ef00 -n 2:0:0 -t 2:8300 /dev/sdb
# -n 1:0:+512M  分区1，从默认位置开始，512MB
# -t 1:ef00     类型为 EFI System Partition
# -n 2:0:0      分区2，使用剩余空间
# -t 2:8300     类型为 Linux filesystem

parted 分区

# 使用 parted 进行高级分区
apk add parted

# 创建分区方案
parted /dev/sdb
# mklabel gpt
# mkpart primary ext4 1MiB 512MiB
# mkpart primary ext4 512MiB 100%
# set 1 boot on
# quit

# 单行命令方式
parted -s /dev/sdb mklabel gpt \
  mkpart primary ext4 1MiB 512MiB \
  mkpart primary ext4 512MiB 100%

常见分区方案

方案	/boot	swap	/	/home	适用场景
简单	512M	2G	剩余	—	一般服务器
分离	512M	2G	20G	剩余	需要数据隔离
数据库	512M	4G	20G	数据盘 LVM	数据库服务器
Docker	512M	—	20G	— (Docker 用剩余)	容器主机

5.2 文件系统

创建文件系统

# ext4（最常用）
mkfs.ext4 /dev/sdb1
mkfs.ext4 -L "data" /dev/sdb1       # 设置标签
mkfs.ext4 -b 4096 -i 8192 /dev/sdb1 # 指定块大小和 inode 比例

# XFS（适合大文件）
apk add xfsprogs
mkfs.xfs /dev/sdb2
mkfs.xfs -L "bigdata" /dev/sdb2

# Btrfs（支持快照和压缩）
apk add btrfs-progs
mkfs.btrfs /dev/sdb2
mkfs.btrfs -L "snaps" -d single /dev/sdb2

# swap
mkswap /dev/sdb3
swapon /dev/sdb3

# 各文件系统对比

文件系统	最大文件	最大卷	快照	压缩	适用场景
ext4	16 TB	1 EB	否	否	通用、根分区
XFS	8 EB	8 EB	否	否	大文件、数据库
Btrfs	16 EB	16 EB	是	是	备份、快照
tmpfs	内存	内存	—	—	临时文件

挂载文件系统

# 临时挂载
mount /dev/sdb1 /mnt/data
mount -t xfs /dev/sdb2 /mnt/xfs
mount -o ro /dev/sdb3 /mnt/readonly   # 只读挂载

# 查看挂载
mount | grep sdb
findmnt
df -h

# 卸载
umount /mnt/data
umount -l /mnt/data  # 延迟卸载（忙时）

# 持久化挂载 (/etc/fstab)
cat >> /etc/fstab << 'EOF'
# <设备>              <挂载点>  <类型>  <选项>                          <dump> <fsck>
UUID=xxxx-xxxx        /         ext4    defaults,noatime                0      1
UUID=yyyy-yyyy        /boot     ext4    defaults                        0      2
UUID=zzzz-zzzz        /home     ext4    defaults,noatime,nosuid,nodev   0      2
UUID=aaaa-aaaa        /data     xfs     defaults,noatime                0      0
/dev/sdb3             none      swap    sw                              0      0
tmpfs                 /tmp      tmpfs   defaults,noexec,nosuid,size=2G  0      0
EOF

# 使用 UUID 获取
blkid /dev/sdb1

# 测试 fstab
mount -a

tmpfs 内存文件系统

# /tmp 使用 tmpfs（减少磁盘 I/O）
echo "tmpfs /tmp tmpfs defaults,noexec,nosuid,size=2G 0 0" >> /etc/fstab
mount /tmp

# /run 使用 tmpfs（Alpine 默认）
# /dev/shm 使用 tmpfs（共享内存）

5.3 LVM 逻辑卷管理

LVM（Logical Volume Manager）提供灵活的存储管理。

LVM 架构

┌──────────┐   ┌──────────┐   ┌──────────┐
│ 物理磁盘  │   │ 物理磁盘  │   │ 物理磁盘  │
│ /dev/sdb │   │ /dev/sdc │   │ /dev/sdd │
└────┬─────┘   └────┬─────┘   └────┬─────┘
     │              │              │
     ▼              ▼              ▼
┌──────────────────────────────────────┐
│       卷组 (VG): data-vg            │
└──────┬──────────┬──────────┬─────────┘
       │          │          │
       ▼          ▼          ▼
┌──────────┐ ┌──────────┐ ┌──────────┐
│ 逻辑卷   │ │ 逻辑卷   │ │ 逻辑卷   │
│ app-lv   │ │ db-lv    │ │ log-lv   │
│ 20G      │ │ 50G      │ │ 10G      │
└──────────┘ └──────────┘ └──────────┘

LVM 操作

# 安装 LVM
apk add lvm2

# 创建物理卷 (Physical Volume)
pvcreate /dev/sdb
pvcreate /dev/sdc
pvcreate /dev/sdd

# 查看物理卷
pvs
pvdisplay

# 创建卷组 (Volume Group)
vgcreate data-vg /dev/sdb /dev/sdc

# 扩展卷组
vgextend data-vg /dev/sdd

# 查看卷组
vgs
vgdisplay

# 创建逻辑卷 (Logical Volume)
lvcreate -L 20G -n app-lv data-vg
lvcreate -l 50%FREE -n db-lv data-vg    # 使用 50% 剩余空间
lvcreate -l 100%FREE -n log-lv data-vg  # 使用所有剩余空间

# 查看逻辑卷
lvs
lvdisplay

# 格式化并挂载
mkfs.ext4 /dev/data-vg/app-lv
mkdir -p /opt/app
mount /dev/data-vg/app-lv /opt/app

LVM 扩容

# 扩展逻辑卷
lvextend -L +10G /dev/data-vg/app-lv    # 增加 10G
lvextend -l +100%FREE /dev/data-vg/app-lv  # 使用所有剩余空间

# 扩展文件系统
resize2fs /dev/data-vg/app-lv       # ext4
xfs_growfs /opt/app                  # XFS

# 一步完成扩展+文件系统调整
lvextend -r -L +10G /dev/data-vg/app-lv  # -r 自动调整文件系统

LVM 快照

# 创建快照（用于备份）
lvcreate -L 5G -s -n app-snap /dev/data-vg/app-lv

# 挂载快照
mkdir /mnt/snap
mount /dev/data-vg/app-snap /mnt/snap

# 备份快照
tar czf /backup/app-$(date +%Y%m%d).tar.gz -C /mnt/snap .

# 恢复快照
umount /mnt/snap
lvconvert --merge /dev/data-vg/app-snap

# 删除快照
lvremove /dev/data-vg/app-snap

自动扩展（Thin Provisioning）

# 创建精简池
lvcreate -L 100G --thinpool thin-pool data-vg

# 创建精简卷（可以超额分配）
lvcreate -V 200G --thin -n thin-vol1 data-vg/thin-pool
lvcreate -V 200G --thin -n thin-vol2 data-vg/thin-pool

# 查看使用率
lvs -o+data_percent,metadata_percent data-vg/thin-pool

5.4 磁盘加密（LUKS）

# 安装加密工具
apk add cryptsetup

# 加密分区
cryptsetup luksFormat /dev/sdb1
# 输入 YES 确认
# 设置密码

# 打开加密分区
cryptsetup luksOpen /dev/sdb1 encrypted-data

# 格式化
mkfs.ext4 /dev/mapper/encrypted-data

# 挂载
mkdir -p /mnt/encrypted
mount /dev/mapper/encrypted-data /mnt/encrypted

# 关闭加密分区
umount /mnt/encrypted
cryptsetup luksClose encrypted-data

自动解锁（密钥文件）

# 生成密钥文件
dd if=/dev/urandom of=/root/.luks-key bs=1024 count=4
chmod 400 /root/.luks-key

# 添加密钥到 LUKS 分区
cryptsetup luksAddKey /dev/sdb1 /root/.luks-key

# /etc/crypttab 配置自动解锁
cat > /etc/crypttab << 'EOF'
# <name>       <device>     <key>              <options>
encrypted-data /dev/sdb1    /root/.luks-key    luks
EOF

# /etc/fstab
echo "/dev/mapper/encrypted-data /mnt/encrypted ext4 defaults 0 2" >> /etc/fstab

# LUKS 备份头（重要！用于恢复）
cryptsetup luksHeaderBackup /dev/sdb1 --header-backup-file /root/sdb1-luks-header.img

LUKS 加密 + LVM 组合

# 这是生产环境推荐方案
# 1. 创建加密分区
cryptsetup luksFormat /dev/sdb1
cryptsetup luksOpen /dev/sdb1 crypt-lvm

# 2. 在加密分区内创建 LVM
pvcreate /dev/mapper/crypt-lvm
vgcreate secure-vg /dev/mapper/crypt-lvm
lvcreate -L 20G -n root-lv secure-vg
lvcreate -L 4G -n swap-lv secure-vg
lvcreate -l 100%FREE -n data-lv secure-vg

# 3. 格式化
mkfs.ext4 /dev/secure-vg/root-lv
mkfs.ext4 /dev/secure-vg/data-lv
mkswap /dev/secure-vg/swap-lv

5.5 RAID 配置

# 安装 mdadm
apk add mdadm

# 创建 RAID 1（镜像）
mdadm --create /dev/md0 --level=1 --raid-devices=2 /dev/sdb /dev/sdc

# 创建 RAID 5（带奇偶校验）
mdadm --create /dev/md0 --level=5 --raid-devices=3 /dev/sdb /dev/sdc /dev/sdd

# 查看 RAID 状态
cat /proc/mdstat
mdadm --detail /dev/md0

# 保存配置
mdadm --detail --scan >> /etc/mdadm.conf

# 开机自动组装
rc-update add mdadm boot

RAID 级别	最少磁盘	可用空间	读性能	写性能	容错
RAID 0	2	100%	高	高	无
RAID 1	2	50%	高	中	1 盘
RAID 5	3	(n-1)/n	高	中	1 盘
RAID 6	4	(n-2)/n	高	低	2 盘
RAID 10	4	50%	极高	高	每组 1 盘

5.6 磁盘配额

# 安装配额工具
apk add quota

# 在 /etc/fstab 中启用配额
# 修改挂载选项: defaults,usrquota,grpquota

# 重新挂载
mount -o remount /home

# 初始化配额
quotacheck -cum /home
quotaon /home

# 设置用户配额
edquota -u myuser
# 设置 soft/hard 限制（单位 KB）

# 查看配额
repquota -a
quota -u myuser

5.7 存储监控脚本

cat > /usr/local/bin/storage-monitor << 'SCRIPT'
#!/bin/sh
echo "=== 磁盘使用 ==="
df -h | grep -E '^/dev|Filesystem'
echo ""

echo "=== inode 使用 ==="
df -i | grep -E '^/dev|Filesystem'
echo ""

echo "=== LVM 状态 ==="
echo "Physical Volumes:"; pvs 2>/dev/null
echo "Volume Groups:"; vgs 2>/dev/null
echo "Logical Volumes:"; lvs 2>/dev/null
echo ""

echo "=== 大文件 TOP 10 ==="
find / -xdev -type f -size +10M -exec ls -lh {} \; 2>/dev/null | sort -k5 -h | tail -10
echo ""

echo "=== 磁盘 IO 统计 ==="
cat /proc/diskstats | head -5
SCRIPT
chmod +x /usr/local/bin/storage-monitor

5.8 注意事项

⚠️ 数据安全
LUKS 密钥文件必须离线备份
LVM 快照不是备份的替代品
RAID 不等于备份
操作分区前务必备份重要数据

💡 性能建议
SSD 使用 noatime 挂载选项减少写入
数据库使用 XFS 或专用分区
高 I/O 场景考虑使用 deadline 或 noop 调度器
LVM 快照会影响性能，用完及时删除

扩展阅读

上一章：第 04 章：网络配置 下一章：第 06 章：服务管理

强曰为道

第 05 章：存储管理

第 05 章：存储管理

5.1 磁盘分区

常用磁盘工具

fdisk 分区

parted 分区

常见分区方案

5.2 文件系统

创建文件系统

挂载文件系统

tmpfs 内存文件系统

5.3 LVM 逻辑卷管理

LVM 架构

LVM 操作

LVM 扩容

LVM 快照

自动扩展（Thin Provisioning）

5.4 磁盘加密（LUKS）

自动解锁（密钥文件）

LUKS 加密 + LVM 组合

5.5 RAID 配置

5.6 磁盘配额

5.7 存储监控脚本

5.8 注意事项

扩展阅读