八.管理存储堆栈
1.逻辑卷管理（LVM）
1.1逻辑卷管理简介
逻辑卷管理（LVM）是 Linux 系统中用于灵活管理磁盘存储 的技术，通过对物理磁盘进行逻辑抽象 ，通过抽象层将物理存储设备 与逻辑存储分离。
1.1.1架构
（1）物理设备
物理设备十LVM存储数据的"硬件载体"，可以是各类块存储设备；
如：
块设备：如/dev/sdb（未分区的磁盘）、/dev/sdc1（磁盘分区）；
RAID 阵列：由多块磁盘组成的冗余存储（如 RAID 5 阵列）；
（2）物理卷（PV）
需要将物理设备初始化为物理卷 （PV），LVM 会把 PV 划分为物理区块（PE），PE 是 PV 上的最小存储单元（默认大小为 4MB，可自定义）。
（3）卷组（VG）
由一个或多个PV组成的存储池；
一个 PV 只能属于一个 VG ，但一个 VG 可以包含多个 PV；VG 中可包含未使用的空间，也可创建任意数量的逻辑卷（LV）。
（4）逻辑卷（LV）
从VG中划分出来的逻辑存储单元，由"逻辑区块（LE）"组成，LE 会映射到 PV 的 PE 上（LE 与 PE 大小默认相同，确保一一对应）
1.1.2简易理解
（1）物理卷PV
LVM 先把每块硬盘变成 "标准化的乐高积木"；
（2）卷组VG
把这些 "乐高积木块（PV）" 全倒进一个 "大池子" 里，这个池子就是卷组 VG。池子越大，能用来 "搭东西" 的资源就越多。
（3）逻辑卷LV
从 "乐高池（VG）" 里拿出积木，捏成一个 "可以存数据的橡皮泥块"，这就是逻辑卷 LV。这个 "橡皮泥块" 可以直接当磁盘用（格式化、存文件），而且大小能随时调整
1.2 LVM工作流程
（1）物理设备准备
（2）创建物理卷PV
（3）创建卷组VG
（4）创建逻辑卷LV
（5）格式化
（6）挂载文件系统
1.3创建逻辑卷
1.3.1准备物理设备（可选）
（1）查看块设备
lsblk
（2）创建新分区
LVM分区上，分区类型是Linux LVM
如：
创建分区：
parted /dev/vdb mklabel gpt
parted /dev/vdb mkpart first 1Mib 258Mib
parted /dev/vdb mkpart second 258MiB 514MiB
注册新分区：
udevadm settle
将此分区类型设置为Linux LVM：
parted /dev/vdb set 1 lvm on
parted /dev/vdb set 2 lvm on
1：第n个分区，根据实际情况更改
1.3.2创建物理卷PV
初始化物理设备/分区为物理卷，pvcreate命令；
如：
sudo pvcreate /dev/vdb1 /dev/vdb2
1.3.3创建卷组VG
将一个或多个PV结合为一个卷组，vgcreate命令；
如：
sudo vgcreate vg01 /dev/vdb1 /dev/vdb2
1.3.4创建逻辑卷LV
lvcreate可以根据VG中的可用物理区块PE，创建新的逻辑卷LV；
如：
sudo lvcreate -n lv01 -L 400MB vg01
****-n：****设置LV的名称；
****-l：****表示LV的数量；
****-L：****表示字节大小；
1.3.5验证逻辑卷信息
sudo lvdisplay /dev/vg01/lv01
1.3.6添加文件系统
mkfs命令在新逻辑卷上创建文件系统，创建挂载点并挂载；
如：
（1）创建文件系统/格式化逻辑卷
mkfs -t xfs /dev/vg01/lv01
（2）创建挂载点
mkdir /data
（3）挂载文件系统
配置/etc/fstab设置永久挂载，再使用mount挂载；
echo "/dev/vg01/lv01 /data xfs defaults 0 0" > /etc/fstab
mount -a
1.3.7验证挂载的文件系统是否可以访问，并显示LVM状态信息
（1）验证是否可以将文件复制到/data目录（挂载点）
cp -a /etc/*.conf /data
ls /data | wc -l
（2）查看PV状态信息：pvdisplay
pvdisplay /dev/vdb1 /dev/vdb2
|--------------|----------------------------------------------------|
| PV Name | 物理卷设备路径：/dev/vdb1 |
| VG Name | 所属卷组：vg01 |
| PV Size | 物理卷大小： 257.00 MiB ， 无不可用空间 |
| Allocatable | 是否可分配：yes (but full) → 空间已全部分配，无剩余 |
| PE Size | 物理区块（PE）大小：4.00 MiB（LVM 的最小存储单元） |
| Total PE | 总 PE 数量：64（257MiB ÷ 4MiB ≈ 64） |
| Free PE | 空闲 PE：0 → 无剩余空间 |
| Allocated PE | 已分配 PE：64 → 空间全被使用 |
（3）查看vg状态信息vgdisplay
vgdisplay vg01
|-----------------|-------------------------------------------------------------|
| VG Name | 卷组名称：vg01 |
| Metadata Areas | 元数据区域数量：2 → 对应两个 PV |
| VG Size | 总容量：508.00 MiB（257MiB + 256MiB - 5MiB，5MiB 为元数据开销 ） |
| PE Size | PE 大小：4.00 MiB（与 PV 一致 ） |
| Total PE | 总 PE 数量 ：127（508MiB ÷ 4MiB ≈ 127） |
| Alloc PE / Size | 已分配 PE / 容量：100 / 400.00 MiB → 已用 400MiB |
| Free PE / Size | 空闲 PE / 容量：27 / 108.00 MiB→ 剩余 108MiB（与/dev/vdb2的空闲 PE 一致） |
（4）查看lv状态信息lvdisplay
lvdisplay /dev/vg01/lv01
|------------|--------------------------------------------------|
| LV Path | 设备路径：/dev/vg01/lv01 |
| LV Name | 逻辑卷名称：lv01 |
| VG Name | 所属卷组：vg01 |
| LV Size | 逻辑卷大小：400.00 MiB（与卷组 "已分配 400MiB" 对应） |
| Current LE | 逻辑区块（LE）数量：100（400MiB ÷ 4MiB = 100，LE 与 PE 一一映射） |
| Segments | 分段数：2 → 空间来自两个 PV（/dev/vdb1和/dev/vdb2） |
（5）查看可用磁盘空间
1.4创建重复使用的逻辑卷
1.4.1VDO概念
VDO（虚拟数据优化器）是红帽在RHEL 8/9中集成的存储优化技术，作为LVM的扩展，为逻辑卷提供重复数据删除（识别并删除重复块）和压缩（压缩存储数据）功能，从而大幅节省物理存储空间。配置VDO卷，用来使用最多256TB的物理存储。
1.4.2VDO组成
LVM VDO 由两个逻辑卷组成，形成 "存储池 + 虚拟卷" 的层级结构：
|---------------------|-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| 组件 | 作用与特性 |
| VDO POOL LV（存储池逻辑卷） | 1. 是底层物理存储的载体 ，负责实际数据存储 、重复数据删除 和压缩 ； 2. 大小由物理设备容量决定（最多支持 256 TB 物理存储）； 3. 每个 POOL LV 只能对应一个 VDO LV 。 |
| VDO LV（虚拟逻辑卷） | 1. 基于 VDO POOL LV 创建的 "虚拟设备 "，提供给用户的逻辑存储 ； 2. 可设置远大于物理存储的逻辑大小 （利用重复数据删除和压缩的空间优化）； 3. 用户通过 VDO LV 挂载、读写数据，无需感知底层 POOL 的存在。 |
1.4.3 示例
1.有一块 128GB 的物理硬盘。
2.在上面创建一个 VDO Pool LV ，大小就是 128GB。
3.然后可以在 VDO Pool PV 上创建一个 VDO LV ，并告诉操作系统 这是一个 512GB 的磁盘。
4.现在，操作系统就看到了一个 512GB 的"硬盘"，并可以在上面创建文件系统、存数据。只要存入的数据重复率很高（比如虚拟机镜像、容器镜像、备份文件等），并且可压缩，那么这 128GB 的物理空间 就可能存下高达 512GB 的"逻辑数据"。
注：
使用VDO重复数据删除和压缩，需要vdo 和kmod-kvdo软件包
dnf install vdo kmod-kvdo
1.4.4VDO核心能力
（1） 重复数据删除：
识别并删除 存储块中的重复内容（如多个文件的相同片段），只保留一份数据，节省空间。
（2） 数据压缩：
对非重复数据 进行压缩存储，进一步提升空间利用率。
（3） 存储精简：
VDO LV 的逻辑大小可远大于物理存储（如物理存储 1TB，逻辑大小可设为 10TB），按需分配空间，提高存储灵活性。
1.4.5操作流程
（1）创建物理卷/dev/vdb（pvcreate）
（2）创建卷组vdo-vg02（vgcreate）
（3）创建VDO Pool LV（lvcreate）
lvcreate --type vdo \ # 指定类型
--virtualsize 500G \ # 指定逻辑大小，VDO LV最大空间
-L 100G \ # 指定物理大小，实际占用vg02的空间
-n vdo-pool \
vdo-vg02
（4）在VDO Pool LV上创建VDO LV（lvcreate）
lvcreate -L 500G -n vdo-lv vdo-vg02/vdo-pool
创建成功后，操作系统会将VDO LV识别为500G的块设备；
（5）格式化和挂载
可以像使用普通磁盘一样使用此VDO卷（vdo-lv）
1.5扩展卷组与逻辑卷
1.5.1扩展卷组
可以通过添加额外的物理卷来为卷组增加更多的磁盘空间，再从额外的物理卷中卫逻辑卷分配新的物理区块；
流程：
（1）准备物理设备（若不存在）
建立LVM分区操作
（2）创建物理卷
pvcreate /dev/vdb3
（3）扩展卷组（vgextend）
vgextend vg01 /dev/vdb3
在vg01卷组中添加物理卷/dev/vdb3
（4）验证卷组是否可用
vgdisplay vg01
1.5.2扩展逻辑卷
在上述扩展卷组流程操作中添加新操作：
（5）扩展逻辑卷（lvextend）
lvextend -L 700M /dev/vg01/lv01
（6）扩展文件系统（xfs文件系统为例）
xfs_growfs 挂载目录
仅扩展逻辑卷的大小不会自动让文件系统识别并使用新增的空间，必须让文件系统扩容 ，从而真正利用到扩展后的逻辑卷空间。
1.6缩减卷组和删除逻辑卷
1.6.1缩减卷组
删除额外的物理卷（未使用的）；
如：
vgreduce vg01 /dev/vdb3
只用未被使用的物理卷 ，才能从卷组中删除，否则需要迁移数据（pvmove）。
在迁移数据前，备份VG中所有LV上的存储数据，操作期间以外断电可能会使VG处于不一致状态，或LV上的数据丢失！！！
流程：
（1）检查PV是否空闲：
pvs -o vg01 /dev/vdb3
vg01：物理卷名字
若输出的ALLocateable为no，则无数据占用，直接删除即可
（2）若有数据占用，先迁移数据
pvmove /dev/sdb
该命令会将/dev/sdb上的所有数据自动迁移到vg01中其他 PV（如/dev/sdc）的空闲空间。
（3）再删除物理卷
vgreduce vg01 /dev/vdb3
1.6.2删除逻辑卷
流程：
（1）取消文件系统的挂载（umount同时修改/etc/fstab）
如：
umount /data
（2）删除逻辑卷（lvremove）
lvremove /dev/vg01/lv01
（3）删除卷组（vgremove）
vgremove vg01
（4）删除物理卷（pvremove）
pvremove /dev/vdb1 /dev/vdb2
2.管理分区存储
2.1存储栈
存储栈是存储管理的 "层级架构"，从下到上分为多个功能层，每层负责特定的存储管理任务，最终为用户提供可用的文件系统。
RHEL存储栈是一个分层架构，由多个成熟稳定的组件组成，共同管理系统的存储资源。
结构：
|------------|-----------------------|-----------------------|
| 层级 | 核心组件 | 作用 |
| 底层 | 物理磁盘、RAID 卡 | 存储硬件载体 |
| 中间层 | 多路径、RAID、LVM | 硬件抽象、冗余备份、容量弹性管理 |
| 上层 | XFS/Ext4 文件系统 Stratis | 数据组织与访问、高级存储功能（快照/去重） |
2.2块设备
块设备是 Linux存储堆栈 的基础组件 ，指以 "固定大小数据块 " 为单位读写的存储设备，是 LVM、RAID 等技术的操作对象。
核心特性：
支持随机读写，数据块大小通常为 512 字节或 4KB；
设备文件路径统一位于/dev目录，如/dev/sda（第一块 SCSI 硬盘）、/dev/vdb1（第二块虚拟硬盘的第一个分区）；
可通过lsblk（列表块设备）、blkid（查看设备 UUID）、fdisk -l（查看分区信息）命令管理。
常见块设备类型：
物理硬盘：/dev/sda、/dev/vda（虚拟硬盘）；
分区：/dev/sda1、/dev/vdb2；
逻辑卷：/dev/mapper/vg01-lv01（LVM 逻辑卷）；
RAID 阵列：/dev/md0（软件 RAID 设备）。
2.3多路径
多路径是通过多条物理路径连接存储设备 的技术，用于提高存储访问的可靠性和性能。
核心价值：
冗余备份：一条路径故障时，自动切换到备用路径 ，避免存储中断；
负载均衡：将存储 IO 请求分散到多条路径，提升读写效率。
2.4RAID
RAID（独立磁盘冗余阵列）是将多块物理硬盘组合为逻辑阵列 的技术 ，核心提供冗余 （数据备份 ）和性能提升（并行读写）。
2.5逻辑卷管理器
LVM 是 Linux 下动态管理 存储的核心工具，通过"物理卷→卷组→逻辑卷"的层级结构，实现存储的弹性扩容/缩容、跨设备整合。
核心组件：
|------------|-----------------------------------------------------------|
| 组件 | 定义与作用 |
| 物理卷（PV） | 对物理磁盘/分区的 LVM 格式化（如 /dev/vdb1），划分为最小单元 PE（默认 4MB） |
| 卷组（VG） | 整合多个 PV 为 "存储池"，屏蔽底层设备差异（如将 /dev/vdb1+/dev/vdb2 合并为 vg01） |
| 逻辑卷（LV） | 从 VG 中动态划分的 "虚拟分区"，可直接格式化挂载，支持在线扩容 |
2.6Stratis存储管理
Stratis 是红帽推出的 "智能存储管家"，基于 LVM 和 XFS，简化存储管理并提供高级功能（快照、去重、精简配置）。
注：
Stratis创建的文件系统只能使用Stratis工具和命令，进行重新配置；
Stratis使用存储的元数据来识别管理的池、卷和文件系统；
使用非Stratis命令手动配置文件系统，可能会导致该元数据丢失；
2.6.1核心组件：
（1）存储池（Pool）：
由多块磁盘组成的 "存储池"（类似 LVM 的 VG）；
（2）文件系统（Filesystem）：
从存储池动态分配空间，支持按需扩展；
（3）快照（Snapshot）：
文件系统的 "时间点副本"，用于备份或回滚。
2.6.2操作流程：
（1）安装并启用Stratis
（2）创建存储池
（3）创建文件系统
（4）挂载使用
（5）管理
完整流程
2.7安装与启用Stratis
安装Stratis-cli和stratisd软件包，再启动并启用Stratisd服务
安装：
dnf install stratis-cli Stratisd
启动：
systemctl enable --now Stratisd
2.8创建Stratis池
（1）创建块设备的池
stratis pool create pool-01 /dev/vdb
（2）查看可用池列表
stratis pool list
（3）添加额外块设备
stratis pool add-data pool-01 /dev/vdc
（4）查看池的块设备
stratis blockdev list pool-01
（5）再次验证池的情况
stratis pool list
与（2）对比，发现扩展成功
2.9管理Stratis文件系统
（1）创建动态文件系统
stratis filesystem create pool-01 fs1
stratis文件系统的链接位于/dev/Stratis/poolname目录中
（2）查看可用的文件系统
stratis filesystem list
（3）创建文件系统快照
stratis filesystem snapshot pool-01 fs1 snapshot
（4）验证快照可用性
（5）可以通过快照访问在创建快照后被删除的文件
删除：
通过快照访问：
（6）销毁快照与文件系统
注：
首先取消挂载
销毁文件系统与快照：
stratis filesystem destroy pool-01 fs1 snapshot
2.10持久挂载Stratis文件
编辑/etc/fstab文件，持久挂载stratis文件系统
（1）查看文件系统的UUID
lsblk --output=UUID /dev/stratis/pool-01/fs1
（2）修改配置文件
vim /etc/fstab
写入：
UUID=b77e63b8-669a-4f31-8052-1c6141a730bc 挂载目录名字 \
xfs defaults,x-systemd,requires=stratisd,service 0 0
（3）启用新配置
systemctl daemon-reload
（4）挂载并验证
mount 挂载目录
mount | grep 挂载目录
3.核心命令
3.1 LVM命令
|------------|--------------------------------|
| 操作 | 命令 |
| 创建 PV | pvcreate /dev/vdb1 |
| 查看 PV | pvs/pvdisplay |
| 创建 VG | vgcreate vg01 /dev/vdb1 |
| 扩展 VG | vgextend vg01 /dev/vdb3 |
| 创建 LV | lvcreate -n lv01 -L 10G vg01 |
| 扩展 LV | lvextend -L +5G /dev/vg01/lv01 |
| 查看 LV | lvs/lvdisplay |
3.2 VDO 命令
|-------------|---------------------------------------------------------------------|
| 操作 | 命令 |
| 安装依赖 | dnf install -y vdo kmod-kvdo |
| 创建 VDO Pool | lvcreate --type vdo -L 100G --virtualsize 500G -n vdo-pool vdo-vg02 |
| 创建 VDO LV | lvcreate -L 500G -n vdo-lv vdo-vg02/vdo-pool |
3.3 Stratis 命令
|------------|-----------------------------------------------|
| 操作 | 命令 |
| 创建池 | stratis pool create pool-01 /dev/vdb /dev/vdc |
| 创建文件系统 | stratis filesystem create pool-01 fs1 |
| 创建快照 | stratis filesystem snapshot pool-01 fs1 snap1 |
| 销毁文件系统 | stratis filesystem destroy pool-01 fs1 |