最近由于工作的需要，对一个生产系统上的操作系统，进行了虚拟硬盘的扩容，著文记之，以做积累和分享。
基本情况
某政务应用系统，运行于政务云环境当中。由于需要大量上传和保持各种佐证材料，主要是Word、PDF文档和图片，占用了大量的磁盘空间(每年大约增加1T)。由于条件所限，该云系统不能直接提供NAS系统，加之应用系统比较老旧，没有使用比较新的对象存储方式，还是以基本的文件系统进行工作。
基本模式是，除了基本的操作系统，云平台为虚拟机划分了专门用于存储的虚拟磁盘。对虚拟机系统而言，作为标准磁盘挂载到系统当中，然后在虚拟机上安装和配置NFS服务，为其他应用系统提供本地的NAS服务。
经过一段时间的使用，这几个虚拟磁盘空间已经基本耗尽，整个系统需要进行扩展和升级。由于原有系统规划设计和应用系统的一些限制，这次扩容，没有选择再次增加和挂载新的虚拟磁盘的扩展方式，而是选择利用云平台和系统的特性，直接对所分配的虚拟磁盘进行扩展。
这个扩展操作，对于虚拟机系统而言是无感的，无需重新启动和挂载，就可以看到这个虚拟磁盘的空间变大了。原有的分区和磁盘使用都不受影响。但现在的问题就是，虽然我们在硬件层面确实平滑的“扩大”了这个硬盘的存储空间，但相应的文件分区却不可能自动扩大，需要进行一定的操作和配置，才能够让文件系统利用到这个扩大的空间。此外，我们还希望这个扩展对于操作系统和应用程序而言，没有直接的影响，就是简单的增加了可用的磁盘空间。
在正式开始之前，需要进行简单的操作规划，特别是相关系统在技术方面的信息收集，来明确当前的系统状态和适用的操作方式，如下所示：(以一个虚拟磁盘为例)
- 操作系统: CentOS 7.9 X64
- 虚拟磁盘设备名： vdb
- 虚拟磁盘容量: 扩展前2T, 扩展后3T
- 虚拟磁盘分区： vdb1， 只有一个分区
- 挂载点: /dev/vdb1 -> /xdata1
- 分区容量: 2T (100%)， 扩展后分区容量 3T(100%)
- 文件系统： xfs
- 管理员权限，如root
基本流程
在明确了基本情况和目标之后，笔者简单的规划了基本的操作流程如下：
1 收集和记录系统信息
这里涉及到的命令包括：
lsblk, df -h ，fdisk -l, uname -a 等等
下面是一些操作示例：
lsblk+df
fdisk:
2 业务数据备份
所有的系统基本的操作，都有一定的风险，需要对业务数据进行备份，以备故障或者迁移时恢复。
3 磁盘快照
利用云平台提供的磁盘快照功能进行系统级别的状态备份。出现问题时可以快速恢复。
4 工具软件准备
根据系统的不同，可能需要准备好一系列相关的工具软件和命令，包括：
lsblk、df、du、mount、umount、exportfs: 系列磁盘和文件工具，内置
fdisk: 分区工具，内置，用于查看磁盘和分区工具，但不用作实际分区扩展操作
parted: 分区工具，用于分区扩展
gdisk: 分区类型修改工具，用于修改分区类型(MBR-GTP)，软件包就是gdisk
xfs_growfs: 文件系统扩展(需要安装)，yum系统上在xfsprogs软件包中
5 关闭或隔离NFS服务
虽然Linix提供的动态磁盘扩容功能可以不损失数据，但操作时，还是需要卸载磁盘挂载。由于这些磁盘是被NFS服务所使用的，需要先关闭其在磁盘分区上打开的文件。这里有两种方式，简单的方式就是直接停止NFS服务；但考虑到系统中挂载了多个虚拟磁盘并提供NFS服务，也可以考虑修改export的方式，来关闭所需要操作的磁盘，而非整个NFS服务。这样对系统和应用服务的冲击也比较小。
这里涉及到的相关命令包括：
vi /etc/exports 找到并注释所引用的磁盘条目
exportfs -arv 应用NFS导出的修改，并确认导出状态
6 检查并卸载磁盘挂载
umount /xdata1 卸载磁盘挂载，必要时使用 -f 强制卸载
df -h 确认没有需要操作的磁盘挂载信息
7 进入分区工具
由于涉及到的分区容量已经超过了2T，所以已经无法使用经典的fdisk工具，而是使用parted 工具(这里可能需要使用gdisk将分区格式转换成为GTP，详见后面的内容)：
parted /dev/vdb 进入命令
help 查看帮助信息
unit s 切换计量单位到s(Sector，扇区)，尽量使用这个单位
print 打印当前信息，确认可扩展
resizepart 1 100% 扩展分区到100%
print 确认以扩展
quit 退出并生效
图中就是扩展分区的初始状态，这个配置其实是有问题的，一个是分区表的类型是msdoc(MBR)，一个是文件系统的类型是xfs。还有需要注意的信息是只有一个分区，并且起始点为2048，终点是41...，但当前这个磁盘总容量是62....，所以有可以扩容的空间。下图为扩容操作和确认过程：
可能在扩展的时候，程序会提示分区还没有卸载(下图)，这时需要退出程序，卸载分区并且确认卸载状态。
8 检查和扩展文件系统
前面的操作只是扩展了磁盘分区，还需要对文件系统进行扩展。通常的操作如下：
如果ext4文件系统：
e2fsck -f /dev/vdb1 分区检查
resize2fs /dev/vdb1 扩展文件系统
本例中是XFS系统，需要使用 xfs_growfs命令：
xfs_growfs /dev/vdb1
9 挂载分区
mount /dev/vdb1 /xdata1
在笔者的实际操作中，好像在分区表扩展完成之后，就已经自动挂载上了，所以这一步可能不是必要的。
10 检查分区和空间
df -h
确认分区和挂载都已经就绪，而且空间参数正确。可以尝试创建文件夹和复制文件，并且使用du命令，确认扩展后的分区和文件系统工作正常。
问题和注意事项
上面的章节，其实是最理想的操作过程和结果。在理解了原理和工具之后，其实会发现这个流程还是比较清晰的。但在实际的操作过程中，笔者还是遇到了一些问题。
- 磁盘无法卸载
在这一步笔者遇到了一个小麻烦，就是卸载磁盘时，总是提示“设备忙”，就是分区上有打开未关闭的文件。此时可以示例lsof查看可能涉及的文件和程序，然后进行处理。但实际上，这个操作也没有效果。后来只是反复尝试，和使用-f指令，才卸载了磁盘。所幸没有重新启动系统(重启后可能要配置和检查很多东西，非常麻烦)。
可能最糟糕的情况，需要重新启动系统了。
- 分区类型错误
这个问题可能出现的概率会很大。不知道什么原因，在最早的时候，管理员可能就是直接使用fdisk进行了分区，所以分区表是MBR类型的。但如果分区要扩展到2T以上，MBR是不能支持的。笔者就是没有注意，在第7步的resizepart命令碰到了错误，大意就是当前的分区类型(MBR)不支持2T以上的分区。
解决的方案，也还是有的，就是gdisk程序，我们在后面会详细讨论。
- 文件系统类型
网络上大部分操作指导和实践，所使用的文件系统都是标准的ext4系统。而笔者的环境中，却是xfs系统。实际上两种的差异也不是特别大。需要注意的可能有以下几点。扩展分区使用xfs-growfs命令；好像e2fsck命令无法使用了；还有就是需要先挂载分区后，才能进行分区扩展。
- parted
不知道是基于何种考虑，和fdisk的设计和实现方式不同，parted对分区的操作，修改一般会立刻生效，所以操作的时候要特别小心。但好像实际上也不用特别担心。因为可以在操作之前，可以使用print命令，先记录一下分区的信息。如果出现问题，需要恢复，可以根据已记录的信息重新改一下分区表就可以了。这个修改，在重新分区或者有文件修改的时候，是不会影响到现有的分区和文件的。
gdisk使用
前面提到，笔者在实际扩展分区的最关键的步骤：resizefs中，遇到了分区类型的错误。当前的磁盘是MBR分区表，不支持2T以上的分区大写。显然，要实现扩展的目的，首先需要将分区表修改成为GTP的分区类型。
经过相关资料的查阅，网络上很多人提供了使用gdisk这个工具，来创建新的GPT的分区类型。使用方式和过程其实非常简单。笔者在安装完这个工具之后，启动 gdisk /dev/vdb，界面上立刻会提示当前的磁盘分区是MBR类型，是否需要进行转换，这时可以输入w进行转换(q退出命令)，再次确认后，这个工具就会将MBR的分区格式，转换到GPT上了。
完成后gdisk会提示新的分区表在下次重新启动时才能使用，但实际上是不需要的，在修改了GPT以后，这个设置已经立刻生效了。
这里要特别注意，分区表各分区的起始位置，例如笔者只有一个分区，起始位置为2048。这个设置将会在后面实际扩展分区中使用。
确认转换正常完成之后，再次启动parted程序，进入后，就可以执行正常的分区扩展操作了。也可以将原来的分区信息删除，重新创建新的分区，注意起始位置为原来的起点(2048)，终止位置为100%，就可以使用到所有磁盘空间了。
小结
本文记录了一次在虚拟系统上的虚拟硬盘扩容，和相关文件系统无损分区扩展的过程，包括了基本场景，操作步骤、遇到的问题和解决方案，注意事项等等方面的内容。
