前言
Linux 拥有强大的系统和工具来管理硬件设备，存储器管理自然不在话下。本文将从较高的层面上介绍，Linux 如何表示这些设备，以及如何将原始存储转换为服务器上的可用空间。
什么是块存储？
块存储是 Linux 内核调用块设备的一个别称。块设备是一种可用于存储数据的硬件，如传统的盘片旋转的硬盘驱动器（hard disk drive，HDD）、固态硬盘（solid state drive，SSD）、闪存记忆棒（flash memory stick）等。之所以叫块设备，是因为内核接口通过引用固定大小的块或空间块来使用硬件。
简单地说，块存储就是你所认为的计算机常规磁盘存储。设置完成后，它就扩展了当前的文件系统树，你可以无缝地写入或读取驱动器中的信息。
什么是磁盘分区？
磁盘分区是一种方法，这种方法将存储驱动器拆分成多个更小的可用单元。分区是存储驱动器的一部分，对其处理的方式与驱动器本身大致相同。
分区操作允许你分割驱动器的可用空间，并将每个分区用于不同目的。这为用户提供了很大的灵活性，让他们可以分别进行以下安装，轻松升级、多操作系统、交换空间或者专用文件系统。
虽然可以在不分区的情况下格式化和使用磁盘，但一些操作系统希望找到分区表，即使是磁盘只有一个分区。通常建议对新驱动器进行分区，以便在未来获得更大的灵活性。
MBR vs GPT
磁盘分区时，了解分区格式（format）非常重要。这通常归结为 MBR（Master Boot Record）和 GPT（GUID Partition Table）之间的选择。
MBR 是传统的分区系统，它已经被使用了 30 多年。使用至今，它有一些严重的局限性。例如，它不能被用于超过 2TB 的磁盘，并且最多只能有四个主分区。因此，第四分区通常被设置为“扩展分区”，在其中可再创建多个“逻辑分区”。这允许你细分“扩展分区”，以添加更多分区。
GPT 是一种更现代的分区方案，它试图解决 MBR 固有的一些问题。运行 GPT 的系统中，每个磁盘可以有更多的分区。分区的数量通常仅受操作系统本身的限制。此外，GPT 不存在磁盘大小限制，并且分区表信息存放在多个位置以防止损坏。GPT 还可为磁盘中仅能识别 MBR 的工具，编写一个“protective MBR”。
在大多数情况下，GPT 是更好的选择，除非操作系统或工具无法使用 GPT。
格式化和文件系统
虽然 Linux 内核可以识别原始磁盘，但不能直接使用它。要使用它，必须将其格式化。格式化是一个过程，这个过程将文件系统写入磁盘并为文件操作做好准备。文件系统是一个系统，这个系统构造数据并控制如何向底层磁盘写入和检索信息。如果没有文件系统，你无法将存储设备用于任何与文件相关的操作。
有许多不同的文件系统格式，每种格式都有许多不同维度的权衡，包括操作系统支持。基本上，它们都向用户显示磁盘的类似表示，但是，每种文件系统所支持的特性，以及用于启用用户和维护操作的机制，这些可能风格迥异。
一些比较流行的 Linux 文件系统是：
- Ext4：最流行的默认文件系统是 Ext4，全称 the fourth version of the extended filesystem。Ext4 文件系统有以下特性，记录日志，向后兼容旧系统，非常稳定，并具有成熟的支持和工具。如果你没有特殊需求，它是一个很好的选择。
- XFS：XFS 专注于性能和大数据文件。在处理大型文件和处理大型磁盘时，它可以快速格式化并具有良好吞吐量的特性。它还具有实时快照功能。XFS 使用元数据日志，而不是兼有元数据和数据的日志。这样可以实现快速性能，但在突然断电时，可能会导致数据损坏。
- Btrfs：Btrfs 是一种现代的、功能丰富的写时复制（copy-on-write）文件系统。 该体系结构允许将一些卷管理功能集成到文件系统层中，包括快照、克隆、卷等。在处理完整磁盘时，Btrfs 仍会遇到一些问题。 关于它对生产工作负载的准备情况，存在争议，许多系统管理员正在等待文件系统更加成熟。
- ZFS：ZFS是一个写时复制（copy-on-write）文件系统和卷管理器，它具有强大而成熟的功能集。它具有出色的数据完整性功能，可以处理大型文件系统，具有快照和克隆等典型卷功能，并且可以将卷组织成 RAID 和类似 RAID 的阵列，以实现冗余和性能目的。在 Linux 上的使用方面，由于许可问题，ZFS 有一段争议的历史。然而，Ubuntu 现在正在为它提供二进制内核模块，Debian 在其库中包含了它的源代码。其它发行版的支持尚未确定。
Linux如何管理存储设备
/dev 中的设备文件
在Linux中，几乎所有东西都用文件表示。这包括存储驱动器之类的硬件，它们在系统上表示为 /dev 目录中的文件。通常，表示存储设备的文件以 sd 或 hd 开头，后跟一个字母。例如，服务器上的第一个驱动器通常类似于 /dev/sda。
在 /dev 中，这些驱动器上的分区也有文件，通过将分区号附加到驱动器名称的末尾来表示。例如，前一个示例中驱动器上的第一个分区是 /dev/sda1。
虽然 /dev/sd* 和 /dev/hd* 设备文件代表了引用驱动器和分区的传统方式，但是在使用时存在明显的缺点。Linux 内核决定哪个设备在每次启动时获取哪个名称，因此当设备变动设备节点时，这可能会导致混乱。
要解决此问题，/dev/disk 目录中包含了子目录，这些子目录对应各种不同的、更持久的方法，来标识系统上的磁盘和分区。这些子目录中包含一些符号链接，这些符号链接是在引导时被创建的，以获得正确的 /dev/[sh]da* 文件。这些链接是根据其目录的标识特征命名的（例如，/dev/disk/by-partlabel 目录中用分区标签来命名）。这些链接始终指向正确的设备，因此它们可以用作存储空间的静态标识符。
/dev/disk 下可能有以下的部分或全部子目录：
by-label：大多数文件系统都有一个标记机制，该机制允许为磁盘或分区分配任意的、由用户指定的名称。此目录包含了一些链接，这些链接是以这些用户提供的标签来命名的。by-uuid：UUID 或 universally unique identifier（通用唯一标识符）是一串冗长而唯一的、由字母和数字组成的字符串，它可用作存储资源的 ID。这些标识符通常不是人类可读的，但几乎保证是独特的，甚至可以跨系统。因此，在系统之间迁移，使用 UUID 引用存储可能是个好主意，因为命名冲突的可能性较小。by-partlabel和by-partuuid：GPT 表提供了它们自己的一组标签和 UUID，它们也可用于识别。其功能与前两个目录的功能大致相同，但仅限于使用 GPT 的标识符。by-id：此目录包含了一些链接，这些链接是由硬件自己的序列号和它们所连接的其它硬件生成的。这并非完全持久，因为设备连接到系统的方式可能会更改其by-id名称。by-path：与by-id类似，此目录依赖于存储设备与系统本身的连接。此处的链接是被构建的，构建中使用了系统的解释，这些解释是对用于访问设备的硬件。这与by-id具有相同的缺点，因为将设备连接到不同的端口可以改变该值。
通常，by-label 或by-uuid 是持久识别特定设备的最佳选择。
注意 DigitalOcean 块存储卷负责报告给操作系统的设备序列号。这就允许
by-id分类在该平台上可靠地持久化。这是引用 DigitalOcean 卷的首选方法，因为它既具有持久性，又可在首次引导时预测。
挂载块设备
/dev 中的设备文件用于与相关设备的内核驱动程序通信。但是，为了将设备视为可用空间的一部分，这就需要更有用的抽象。
在 Linux 和其它类 Unix 操作系统中，整个系统（无论涉及多少物理设备）都由单个统一的文件树来表示。因此，当要使用驱动器或分区上的文件系统时，必须将其挂接到现有树中。挂载就是这个过程，它将格式化的分区或驱动器附加到 Linux 文件系统中，并形成一个目录。然后就可以从该目录访问驱动器的内容。
驱动器几乎总是安装在专用的空目录上（安装在非空目录上意味着在卸载驱动器之前，目录的常用内容将无法访问）。可以设置许多不同的安装选项，来改变已安装设备的行为。例如，驱动器可以以只读模式安装，以确保其内容不会被更改。
Filesystem Hierarchy Standard（文件系统层次结构标准）建议使用 /mnt 或其下的子目录来临时挂载文件系统。如果这正合你意，这可能是安装它的最佳位置。标准中没有建议在何处挂载永久存储器，因此你可以选择你想要的任何方案。在许多情况下，/mnt 或 /mnt 的子目录也用于永久存储器。
使用 /etc/fstab 永久安装
Linux 系统查看名为 /etc/fstab（filesystem table，文件系统表）的文件，以确定在引导过程中要挂载哪些文件系统。不会自动挂载此文件中没有条目的文件系统（例外情况是 systemd .mount 单元文件定义的那些，但目前这些文件并不常见）。
/etc/fstab 文件非常简单。每行代表一个应挂载的、各不相同的文件系统。行中指定块设备、将其附加到的挂载点、驱动器格式和挂载选项，以及一些其它信息。
更复杂的存储管理
虽然大多数简单的情况下不需要额外的管理结构，但更复杂的管理范例可以获得更高的性能、冗余或灵活性。
什么是 RAID？
RAID 代表 redundant array of independent disks（独立磁盘冗余阵列）。RAID 是一种存储管理和虚拟化技术，允许你将驱动器组合在一起，并将它们作为一个单元进行管理，并具有其它功能。
RAID 阵列的特性取决于其 RAID 级别，RAID 级别基本上定义了阵列中的磁盘如何相互关联。选择的级别会影响驱动器集合的性能和冗余。一些更常见的级别是：
- RAID 0：此级别表示驱动器条带化。这意味着，当数据写入阵列时，数据将被拆分并分布在集合中的磁盘内。这可以提高性能，因为可以同时写入或读取多个磁盘。缺点是，单个驱动器故障可能会丢失整个阵列中的所有数据，因为没有一个磁盘包含足够信息，来重建内容。
- RAID 1：RAID 1 基本上是驱动器镜像化。写入 RAID 1 阵列的任何内容都将写入多个磁盘。主要优点是数据冗余，假如在存储镜像的任何一侧丢失硬盘驱动器，它允许数据幸免于难。由于多个驱动器包含相同的数据，因此可用容量减半。
- RAID 5：RAID 5 在多个驱动器上条带化数据，类似于 RAID 0。但是，此级别还实现了驱动器之间的分布式奇偶校验。这基本上意味着如果驱动器发生故障，其余驱动器可以使用它们之间共享的奇偶校验信息重建阵列。奇偶校验信息足以重建任何一个磁盘，这意味着阵列可以承受任何一个磁盘丢失。奇偶校验信息减少了阵列的可用空间，减少量为一个磁盘。
- RAID 6：RAID 6 具有与 RAID 5 相同的属性，但提供双奇偶校验。这意味着 RAID 6 阵列可以承受任何两个驱动器的丢失。阵列的容量再次受奇偶校验量的影响，这意味着可用容量减少了两个磁盘空间。
- RAID 10：RAID 10 是级别 1 和 0 的组合。首先，制作两组镜像阵列。然后，数据在它们之间进行条带化。这将创建一个具有一些冗余特性的阵列，同时提供良好的性能。然而，这需要相当多的驱动器，并且总容量是组合磁盘空间的一半。
什么是 LVM？
LVM 或 Logical Volume Management（逻辑卷管理）是一个系统，它抽象底层存储设备的物理特性，以提供更高的灵活性和能力。LVM 允许你创建物理设备组，并将其作为一个单独的空间块进行管理。然后，你可以根据需要，将空间分段为逻辑卷，逻辑卷用作分区。
LVM 在常规分区之上实现，并且解决了传统分区固有的许多限制。例如，使用 LVM 卷，你可以轻松扩展分区、创建跨多个驱动器的分区、获取分区的实时快照以及将卷移动到不同的物理磁盘。LVM 可与 RAID 结合使用，以提供灵活的管理和传统的 RAID 性能特征。
接下来呢？
如果你希望在 Linux 系统中使用新的存储设备，这篇文章将指导你完成分区、格式化和挂载新文件系统的基本过程。对于大多数主要关注增加额外容量的情况，这应该足够了。要了解如何执行基本存储管理任务，请查看这篇文章。
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