摘要：磁盤擴容是實際業(yè)務(wù)場景中經(jīng)常面臨的需求。如何在保障數(shù)據(jù)有效性的前提下進(jìn)行服務(wù)器虛擬磁盤擴容，是系統(tǒng)運維管理者關(guān)注的核心問題。文章通過對虛擬化服務(wù)器磁盤容量擴展的實際業(yè)務(wù)場景需求進(jìn)行分析，搭建了相應(yīng)的實驗環(huán)境，實現(xiàn)了多種模式下不同業(yè)務(wù)場景的虛擬磁盤擴容測試。實驗結(jié)果顯示，虛擬化服務(wù)器磁盤擴容在Linux和Windows操作系統(tǒng)環(huán)境下均可實現(xiàn)，且可以確保數(shù)據(jù)的有效性和完整性，滿足實際業(yè)務(wù)需求。研究發(fā)現(xiàn)，虛擬化服務(wù)器可以通過新增獨立磁盤、使用LVM擴展，以及直接在原磁盤上擴大容量等方式進(jìn)行磁盤擴容，這些方法在Linux和Windows操作系統(tǒng)上均可完成，能夠有效解決業(yè)務(wù)場景中磁盤容量不足的問題。

關(guān)鍵詞：虛擬化；服務(wù)器；磁盤擴容

中圖分類號：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2024）23-0063-04

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）

隨著信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)不斷增加。在信息系統(tǒng)運行過程中，初期磁盤空間分配不足，后期業(yè)務(wù)不斷增長，導(dǎo)致磁盤容量不能滿足實際需求的情況時有發(fā)生。虛擬化服務(wù)器磁盤空間擴容，是指利用虛擬化技術(shù)實現(xiàn)服務(wù)器計算、存儲、網(wǎng)絡(luò)等資源的虛擬化，當(dāng)虛擬化服務(wù)器磁盤存儲空間不足時，通過新增磁盤或擴展存儲容量來增加存儲空間的過程。該方法可減少業(yè)務(wù)系統(tǒng)停機時間，滿足實際業(yè)務(wù)應(yīng)用需求，減少資源浪費。這一模式隨著服務(wù)器虛擬化技術(shù)的廣泛應(yīng)用于實際業(yè)務(wù)中而產(chǎn)生，成為一種新的實際業(yè)務(wù)需求。

1 虛擬化服務(wù)器技術(shù)

1.1 虛擬化技術(shù)

虛擬化技術(shù)是指計算機組件在虛擬的基礎(chǔ)硬件資源上運行[1]，從邏輯上對硬件資源進(jìn)行整合。通過虛擬化技術(shù)，可以在一臺物理服務(wù)器上創(chuàng)建并運行多個相互獨立的虛擬服務(wù)器，優(yōu)化分配物理資源，提高服務(wù)器硬件資源的利用率。虛擬化服務(wù)器是一種虛擬計算機系統(tǒng)，虛擬計算機也稱為“虛擬機”（VM） ，它是一種嚴(yán)密隔離且內(nèi)含操作系統(tǒng)和應(yīng)用的軟件容器。每個虛擬機是完全獨立的[2]。通過將多臺虛擬機放置在一臺計算機上，可在一臺物理服務(wù)器或“主機”上運行多個操作系統(tǒng)和應(yīng)用。

1.2 虛擬化服務(wù)器的分類

服務(wù)器虛擬化（Server Virtualization） [3]使多個虛擬化服務(wù)器操作系統(tǒng)在同一臺主機上同時運行，進(jìn)一步發(fā)揮計算機的硬件性能。服務(wù)器虛擬機分為兩大類：

1） 寄生架構(gòu)型。在一個已存在的操作系統(tǒng)上安裝虛擬化軟件，然后利用虛擬化軟件創(chuàng)建和管理虛擬機，如常見的VirtualBox[4]、WorkStation[5]等。其優(yōu)點是宿主操作系統(tǒng)可以提供對硬件設(shè)備的必要支持。

2） 原生架構(gòu)型?；谟布奶摂M化軟件架構(gòu)，常見的有KVM、VMware ESXi、XEN等[6]。

1.3 服務(wù)器虛擬化的特性與分類

服務(wù)器虛擬化可以分為存儲虛擬化、網(wǎng)絡(luò)虛擬化和計算虛擬化等。服務(wù)器虛擬化的主要特性有獨立性、共享性和封裝性：

1） 獨立性。在資源使用過程中可以分配一定的物理資源空間，實現(xiàn)物理硬件設(shè)備的隔離。

2） 共享性。多個虛擬主機可以共享底層物理資源，實現(xiàn)資源的最大化利用。

3） 封裝性?？梢詫μ摂M主機進(jìn)行完整的存檔，以文件形式封裝，形成一個個完整的數(shù)據(jù)包，從而在整體上保證虛擬主機的完整性。

2 虛擬化服務(wù)器磁盤擴容

虛擬化服務(wù)器磁盤擴容是指虛擬機虛擬磁盤容量增大的過程與實現(xiàn)。

2.1 磁盤擴容分類

在具體的業(yè)務(wù)需求過程中，磁盤擴容總體分為2種：

1） 在原有磁盤上增加空間。此擴容方式分為兩種模式，一種是在原磁盤空間上直接擴大磁盤容量，另一種是劃分一塊虛擬磁盤，在邏輯層面完成原磁盤空間擴容，在系統(tǒng)用戶層面看到的是在一個邏輯卷下，而實際是劃分了兩塊虛擬磁盤。

2） 新分配獨立磁盤空間。此方式是磁盤和邏輯卷都是獨立的，用戶系統(tǒng)層面看到的是另外的邏輯卷。

2.2 實驗操作系統(tǒng)選取

在實際業(yè)務(wù)場景應(yīng)用過程中，服務(wù)器操作系統(tǒng)主要采用Linux和Windows兩種類型。根據(jù)開放數(shù)據(jù)中心委員會（ODCC） 發(fā)布的《國產(chǎn)服務(wù)器操作系統(tǒng)發(fā)展報告（2023年）》調(diào)查表明，2022年，在中國所有的裝機量中，Linux服務(wù)器操作系統(tǒng)市場占有率達(dá)到79.6%，且保持不斷增長，Windows操作系統(tǒng)市場占有率為19.9%，以Unix為代表的小眾服務(wù)器市場為0.5%[7]。因此，本文選取Linux中常用的CentOS 7.9和Windows 2008兩種操作系統(tǒng)作為實驗的操作系統(tǒng)來驗證虛擬硬盤擴容實際的可行性和有效性。

2.3 實驗結(jié)果檢測方法

磁盤擴容的目的是在不損壞現(xiàn)有系統(tǒng)文件和數(shù)據(jù)的前提下進(jìn)行，需要保證擴容后系統(tǒng)內(nèi)數(shù)據(jù)的完整性和有效性。本文采用在安裝有操作系統(tǒng)的虛擬主機上安裝MySQL 8.0和SQL Server 2012兩種類型的數(shù)據(jù)庫，同時存儲有常用文件作為對象，對擴容效果的有效性進(jìn)行檢測。

2.4 實驗環(huán)境準(zhǔn)備

本次實驗以VMware ESXi 6.7版本為服務(wù)器虛擬化的基礎(chǔ)平臺，在此基礎(chǔ)上分別建立三臺虛擬主機，安裝有Windows 2008和CentOS 7.9兩個版本操作系統(tǒng)。其中兩臺安裝了Windows 2008操作系統(tǒng)，一臺安裝CentOS 7.9操作系統(tǒng)。三臺虛擬主機的初期配置均為4核CPU、40 GB硬盤和16 GB內(nèi)存。在其中一臺Windows 2008操作系統(tǒng)上安裝了SQL Server 2012，在另一臺Windows 2008主機上放置了約4 GB的常用文檔文件。在CentOS 7.9的服務(wù)器上安裝了MySQL 8.0版本數(shù)據(jù)庫。

3 虛擬磁盤擴容實現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)

3.1 新增獨立磁盤擴容模式

新增獨立磁盤擴容模式，是指對虛擬主機新增一塊虛擬磁盤，獨立分配卷，最終形成一個獨立目錄或磁盤的擴展形式。這種方式大多應(yīng)用于文件存放空間不夠的情況。具體實現(xiàn)步驟是以添加新設(shè)備方式新增硬盤。實驗以添加新設(shè)備方式分別給實驗中的三臺主機添加一塊20 GB的硬盤并進(jìn)行連接。

1） 在Windows操作系統(tǒng)中的實現(xiàn)。進(jìn)入操作系統(tǒng)，打開服務(wù)器管理器。依次選擇磁盤管理，選中要添加的磁盤，右鍵選擇“聯(lián)機”，然后右鍵選擇“初始化磁盤”。初始化完成后，右鍵選擇“新建簡單卷”，依次點擊“下一步”即可完成磁盤的添加操作。

2） 在Linux操作系統(tǒng)中的實現(xiàn)。進(jìn)入操作系統(tǒng)，進(jìn)入命令行。掃描新硬件設(shè)備，進(jìn)行磁盤分區(qū)處理，格式化分區(qū)，最后創(chuàng)建掛載點并掛載分區(qū)并設(shè)置開機自動掛載。具體操作命令如下：

1. # echo "- - -" > /sys/class/scsi_host/host0/scan # 掃描硬盤

2. # fdisk -l # 查看新硬盤

3. # lsblk # 查看磁盤分區(qū)

4. # fdisk /dev/sdb # 創(chuàng)建磁盤分區(qū)

5. # lsblk # 查看磁盤分區(qū)

6. # mkfs.ext4 /dev/sdb1 # 格式化磁盤分區(qū)

7. # mkdir /mnt/mynewdisk # 創(chuàng)建掛載點

8. # mount /dev/sdb1 /mnt/mynewdisk # 掛載磁盤分區(qū)

9. # vi /etc/fstab # 設(shè)置開機自動掛載

10. # df -Th # 顯示磁盤分區(qū)情況

其中，mynewdisk為本設(shè)置的分區(qū)掛載點。在磁盤分區(qū)過程中分別選擇新建主分區(qū)形式，在開機自動掛載的配置過程中須根據(jù)實際配置的掛載點進(jìn)行添加。

通過上述步驟即可在兩種系統(tǒng)中實現(xiàn)新增獨立硬盤的擴容目標(biāo)。

3.2 以LVM方式擴容模式

LVM（Logical Volume Manager） 邏輯卷管理是建立在物理磁盤和分區(qū)之上的一個邏輯層，通過它可以將若干個磁盤分區(qū)連接為一個整塊的卷組，形成一個存儲池[8]。

1） 在Windows操作系統(tǒng)中的實現(xiàn)。采用增加一塊硬盤方式進(jìn)行邏輯擴容，系統(tǒng)會提示將選定的基本磁盤轉(zhuǎn)換為動態(tài)磁盤，并且無法從這些磁盤上啟動已安裝的操作系統(tǒng)。因此，不支持系統(tǒng)安裝盤C盤的多塊盤動態(tài)邏輯擴容。C盤作為系統(tǒng)引導(dǎo)啟動盤不能是動態(tài)盤，若對C盤采取此方式擴容，將會導(dǎo)致系統(tǒng)無法啟動，損壞系統(tǒng)文件，存在極大的風(fēng)險。因此，Windows操作系統(tǒng)下新增獨立磁盤擴容方式只能在非C盤使用，具體實現(xiàn)步驟如下：

① 選擇新分配的磁盤，點擊右鍵進(jìn)行聯(lián)機；

② 選擇存放有數(shù)據(jù)的容量不夠的磁盤，如E盤；

③ 右鍵單擊后選擇“擴展卷”，點擊“下一步”；

④ 選擇可用的磁盤2，點擊“加入”；

⑤ 依次點擊“下一步”，最終完成操作。

實現(xiàn)效果如圖1所示，原E盤從10 GB擴容到20 GB，且原來存儲在E盤中的數(shù)據(jù)未丟失。

2） 在Linux操作系統(tǒng)下的實現(xiàn)。Linux操作系統(tǒng)允許用戶在不重新分區(qū)或重新格式化磁盤的情況下，動態(tài)地調(diào)整磁盤空間?？梢酝ㄟ^創(chuàng)建物理卷、擴展物理卷，并將其增加到指定分區(qū)的方式，實現(xiàn)邏輯卷上的磁盤擴容。具體在Linux操作系統(tǒng)中實現(xiàn)的操作命令如下：

1. echo "- - -" > /sys/class/scsi_host/host0/scan # 掃描硬盤

2. fdisk -l # 查看新硬盤

3. lsblk # 查看磁盤分區(qū)

4. pvdisplay # 查看物理卷信息

5. pvcreate /dev/sdb # 創(chuàng)建物理卷

6. vgdisplay # 顯示物理卷組信息

7. vgextend centos /dev/sdb # 擴展物理卷

8. lvextend -l +100%FREE /dev/mapper/centos-root # 擴展卷到指定分區(qū)

9. xfs_growfs /dev/mapper/centos-root # 擴展xfs文件系統(tǒng)

10. df -Th # 顯示磁盤分區(qū)情況

通過上述步驟，可以在Linux系統(tǒng)中以LVM方式實現(xiàn)磁盤擴容。

3.3 在原磁盤上擴容模式

1） 在Windows操作系統(tǒng)中的實現(xiàn)。在關(guān)機情況下，給需要增加磁盤容量的磁盤增大容量，然后開機進(jìn)入操作系統(tǒng)，進(jìn)入服務(wù)器管理器。依次選擇磁盤管理，在對應(yīng)的磁盤中可以看到分配出來的容量。選擇需要擴容的邏輯卷，右鍵選擇“擴展卷”，點擊“下一步”，選擇對應(yīng)的空間大小后，即可完成操作。

2） 在Linux操作系統(tǒng)中的實現(xiàn)。在原磁盤上進(jìn)行擴容也是一種常見的增大磁盤空間的方式。這不僅可以保持原有系統(tǒng)運行目錄不變，還可以擴大磁盤容量空間。具體實現(xiàn)命令如下：

1. echo "- - -" > /sys/class/scsi_host/host0/scan # 掃描硬盤

2. fdisk -l # 查看新硬盤

3. lsblk # 查看磁盤分區(qū)

4. fdisk /dev/sda # 創(chuàng)建磁盤分區(qū)

5. partprobe # 重新讀取分區(qū)表

6. pvdisplay # 查看物理卷信息

7. pvcreate /dev/sda3 # 創(chuàng)建物理卷

8. vgdisplay # 顯示物理卷組信息

9. vgextend centos /dev/sda3 # 擴展物理卷

10. lvextend -l +100%FREE /dev/mapper/centos-root # 擴展卷到指定分區(qū)

11. xfs_growfs /dev/mapper/centos-root # 擴展xfs文件系統(tǒng)

12. df -Th # 顯示磁盤分區(qū)情況

在原磁盤上進(jìn)行擴容的過程中，需要操作系統(tǒng)內(nèi)核重新讀取分區(qū)表。因此，在此過程中，需要執(zhí)行partprobe命令進(jìn)行分區(qū)表重讀。

通過上述步驟，可以在兩個系統(tǒng)中直接在原磁盤上實現(xiàn)擴容。

4 虛擬磁盤擴容效果測驗

4.1 操作系統(tǒng)磁盤擴容檢測

針對操作系統(tǒng)磁盤擴容的檢測主要在于業(yè)務(wù)系統(tǒng)應(yīng)用過程中，Windows操作系統(tǒng)C盤空間不足或Linux根目錄下容量不夠的情況。通過安裝有操作系統(tǒng)的磁盤擴容實驗，可檢測擴容后操作系統(tǒng)的有效性。

Windows操作系統(tǒng)針對系統(tǒng)盤只支持采用在原磁盤擴容增長的方式進(jìn)行擴容，其他增加額外磁盤和邏輯卷擴展的方式不支持。擴容前后的磁盤情況見圖2所示。系統(tǒng)運行情況正常，達(dá)到了系統(tǒng)擴容所需的效果。

Linux操作系統(tǒng)在原系統(tǒng)硬盤上直接將原來只有15 GB的磁盤擴容增加到30 GB，且系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不發(fā)生變化。通過擴容發(fā)現(xiàn)，原來系統(tǒng)目錄結(jié)構(gòu)未發(fā)生變化，系統(tǒng)運行正常，達(dá)到了預(yù)期的擴容不影響系統(tǒng)正常運行的效果。具體擴容效果圖見圖3所示。

4.2 安裝數(shù)據(jù)庫的磁盤擴容檢測

針對安裝和存放有數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)和文件的磁盤擴容，可以有效檢測擴容后數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)和系統(tǒng)的有效性。本次實驗主要針對MySQL和SQL Server 2012兩種數(shù)據(jù)庫所在磁盤擴容情況進(jìn)行檢測。

1） 對安裝有SQL Server 2012數(shù)據(jù)庫的磁盤進(jìn)行擴容測試。原來數(shù)據(jù)庫中有168張表，占用磁盤容量空間為36.1 MB，日志文件為768 KB，所在磁盤容量為35 GB，所在磁盤為D盤。對存儲有數(shù)據(jù)庫的磁盤進(jìn)行擴容，增加5 GB的容量，磁盤總?cè)萘孔兂?0 GB。再對數(shù)據(jù)庫表張數(shù)和數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比發(fā)現(xiàn)，前后無損壞和丟失。數(shù)據(jù)庫所占空間仍然是36.1 MB，日志文件為768 KB。數(shù)據(jù)庫在磁盤擴容后運行正常，由此可得出，安裝了SQL Server 2012數(shù)據(jù)庫的磁盤擴容后數(shù)據(jù)未丟失，磁盤容量增大了。

2） 對安裝了MySQL數(shù)據(jù)庫的磁盤進(jìn)行擴容測試。數(shù)據(jù)庫存放文件路徑在/var/lib/mysql下，共計32張表，文件容量為3.9 MB，原磁盤容量為30 GB，對磁盤進(jìn)行容量擴展5 GB。磁盤容量擴容前后對比圖見圖4所示。磁盤擴容后，數(shù)據(jù)庫表的數(shù)量仍為32張，數(shù)據(jù)庫文件大小仍為3.9 MB。擴容后，服務(wù)可以正常訪問，由此可以得出，在安裝了MySQL的Linux系統(tǒng)下進(jìn)行磁盤擴容后，數(shù)據(jù)庫可以正常訪問，數(shù)據(jù)未出現(xiàn)丟失情況。

4.3 存儲了常用文件磁盤擴容檢測

針對存放有常用文件的磁盤進(jìn)行擴容，可以有效檢測擴容后文件的有效性和可用性。

在Windows操作系統(tǒng)的某個磁盤進(jìn)行擴容?，F(xiàn)有一個虛擬主機的E盤存放有文件4.41 GB，累計6 279個文件和1 911個文件夾。現(xiàn)磁盤容量為20 GB，對其增加10 GB，擴展到30 GB。擴容前的容量和文件情況效果見圖5所示。

擴容后的效果如圖6所示。通過對擴容前后的文件數(shù)量和文件夾數(shù)量進(jìn)行比對，發(fā)現(xiàn)兩者是一樣的。由此可以判定磁盤擴容并沒有造成文件的損壞和丟失。

5 結(jié)束語

通過對虛擬化服務(wù)器的常見操作系統(tǒng)和常見業(yè)務(wù)應(yīng)用場景下的磁盤進(jìn)行擴容測試研究，發(fā)現(xiàn)無論是Windows還是Linux都可以很好地支持磁盤容量的彈性擴容，可以很好地滿足隨著數(shù)據(jù)庫、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、操作系統(tǒng)等對磁盤容量的增長需求。在磁盤擴容的過程中，可以根據(jù)實際業(yè)務(wù)場景的需要選擇合適的擴容方式。服務(wù)器虛擬化技術(shù)給磁盤的管理帶來了便捷，可以實現(xiàn)按需增長的需求，但有空余磁盤縮減在實際的應(yīng)用過程中并不能實現(xiàn)。

虛擬化技術(shù)是云計算在具體落地應(yīng)用過程中的重要技術(shù)手段。隨著云計算、大數(shù)據(jù)、虛擬現(xiàn)實等技術(shù)的發(fā)展，虛擬化技術(shù)的應(yīng)用將更為廣泛，虛擬化存儲技術(shù)也會得到更為廣泛的應(yīng)用，虛擬化磁盤擴容也會迎來新的需求、發(fā)展與變革。

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【通聯(lián)編輯：唐一東】