如何将物理磁盘挂载到虚拟机？

什么是虚拟机物理磁盘装载？

在虚拟化环境中，我们通常为虚拟机（VM）创建和使用虚拟磁盘文件（如 VMware 的 .vmdk、Hyper-V 的 .vhdx、VirtualBox 的 .vdi 等），这些文件存储在宿主机（运行虚拟化软件的物理机器）的物理硬盘上,对虚拟机呈现为一个或多个虚拟硬盘。

而物理磁盘装载（有时也称为“直接磁盘访问”、“直通模式”或“Raw Disk Mapping”）则是一种更高级的技术，它允许虚拟机绕过虚拟磁盘文件这一层，直接读写宿主机上的一个物理硬盘、分区或整个物理磁盘,这意味着虚拟机几乎是以原生速度访问物理存储设备。

为什么需要物理磁盘装载？

使用虚拟磁盘文件是标准做法，但在某些特定场景下,直接装载物理磁盘更有优势：

1. 极致性能： 对于需要极高 I/O 性能的应用（如高性能数据库、视频编辑、大型编译），绕过虚拟磁盘文件层可以减少开销，提供接近物理机的磁盘读写速度，特别是对于 NVMe SSD 等高速设备,性能提升更明显。
2. 访问特定硬件特性： 某些高级磁盘特性（如特定的 RAID 配置、硬件加密、SMART 监控）可能无法通过虚拟磁盘文件完全暴露给虚拟机,直接装载物理盘可以让虚拟机利用这些原生硬件特性。
3. 数据恢复与取证： 当需要从一块物理硬盘（可能是故障系统拆下的盘）中恢复数据，但又不想或不能在宿主机上直接操作时，可以将其装载到虚拟机中进行分析和恢复,提供一个安全的沙箱环境。
4. 运行特定操作系统/引导： 有时需要直接在虚拟机中引导安装在物理硬盘上的操作系统（双系统测试、旧系统迁移测试）,直接装载包含该系统的物理分区可以实现。
5. 避免大文件传输/转换： 如果已有大量数据存储在物理盘上,直接装载避免了将其复制或转换成虚拟磁盘文件的巨大时间和空间开销。
6. 兼容性测试： 测试软件或驱动对特定物理存储控制器或磁盘的兼容性。

重要警告与前提条件

物理磁盘装载是一项高级操作，操作不当可能导致数据永久丢失！请务必：

• 备份！备份！备份！ 操作前对目标物理磁盘和虚拟机中的重要数据进行完整备份。
• 理解风险： 虚拟机对物理磁盘的写入是直接的、不可逆的，错误的操作（如误格式化、分区表损坏）会直接影响物理磁盘上的数据。
• 独占访问： 被装载的物理磁盘在装载期间必须由虚拟机独占访问，宿主机或其他虚拟机不能同时访问它,否则会导致数据损坏。
• 管理员权限： 在宿主机和虚拟机中都需要管理员/root权限。
• 兼容性： 确认你的虚拟化软件（VMware Workstation/Player, VirtualBox, Hyper-V）支持物理磁盘装载功能。
• 磁盘离线： 在宿主机上装载前，目标物理磁盘或分区通常需要处于“离线”状态（Windows）或卸载状态（Linux）。

如何进行物理磁盘装载（通用步骤概述）

不同虚拟化软件的具体操作界面和术语略有差异,但核心流程相似：

1. 识别目标物理磁盘：

   • 在宿主机操作系统中，使用磁盘管理工具（Windows 磁盘管理、Linux lsblk/fdisk -l）准确识别目标物理磁盘的标识符（如 Windows 中的磁盘编号 PhysicalDriveX， Linux 中的设备路径 /dev/sdX 或 /dev/nvme0n1）。
   • 关键： 确认你要装载的是整个物理磁盘还是单个分区，装载整个磁盘通常更灵活（虚拟机可以自己处理分区），但风险也稍高；装载单个分区更精确,但要求分区格式能被虚拟机识别。

2. 准备虚拟机：

   • 关闭目标虚拟机。
   • 在虚拟机设置中找到添加新硬件的选项（通常是“添加硬盘”）。

3. 选择物理磁盘装载模式：

   • 在添加硬盘的向导中，选择“使用物理磁盘”或类似的选项（VMware: “Use a physical disk”, VirtualBox: “Do not add a virtual hard drive” -> 稍后添加 -> 选择“物理硬盘”, Hyper-V: 使用 New-VHD PowerShell 命令创建指向物理磁盘的 .vhd 文件）。
   • 从列表中选择你在步骤1中识别的物理磁盘或分区标识符。
   • 选择访问模式：
     • 独占（推荐）： 确保只有该虚拟机可以访问此磁盘，宿主机自动放弃访问权,这是最安全的方式。
     • 只读： 虚拟机只能读取磁盘内容，不能写入,适用于安全的数据恢复或查看。
     • 非持久/临时： 写入不会被保存（较少用于物理磁盘装载）。

4. 配置虚拟机磁盘属性：

   • 通常需要选择磁盘接口类型（IDE, SATA, SCSI, NVMe），选择与虚拟机操作系统兼容且能发挥磁盘性能的类型（现代系统优选 SATA, SCSI 或 NVMe）。
   • 设置磁盘模式（如 VMware 的独立-持久/非持久/快照，一般选持久）。

5. 完成添加并启动虚拟机：

   • 保存虚拟机设置。
   • 启动虚拟机。

6. 在虚拟机内操作：

   

   • 虚拟机启动后,进入其操作系统。
   • 打开虚拟机内的磁盘管理工具：
     • Windows: 磁盘管理 (diskmgmt.msc)。
     • Linux: fdisk -l, lsblk, gparted (图形化)。
   • 你应该能看到新添加的物理磁盘（作为一块未初始化、未分配或包含原有分区的新磁盘）。
   • 初始化与分区（如果需要）：
     • 如果磁盘是全新的或需要重新分区，在虚拟机内对其进行初始化（选择 MBR 或 GPT 分区表）、创建分区并格式化（NTFS, ext4 等）。警告：此操作会清除磁盘所有数据！
   • 访问现有数据：
     • 如果磁盘包含虚拟机操作系统可识别的分区和文件系统（如 Windows VM 访问 NTFS 分区， Linux VM 访问 ext4 分区），分区通常会自动挂载（Linux）或分配盘符（Windows）,你可以像访问本地磁盘一样访问其中的文件。
     • 如果分区未被自动识别（如 Linux VM 访问 NTFS 可能需要 ntfs-3g， Windows VM 访问 ext4 需要第三方驱动）,你需要手动挂载或安装驱动。

物理磁盘装载的典型场景

高级技巧与注意事项

• 性能调优： 在虚拟机设置中，选择正确的磁盘控制器（如 VMware 的 PVSCSI, VirtualBox 的 VirtIO）能进一步提升性能,调整队列深度等高级参数也可能有帮助。
• 快照限制： 物理磁盘通常无法使用虚拟机快照功能，快照依赖于虚拟磁盘文件的机制,对物理磁盘的修改是直接且永久的。
• 迁移性： 包含物理磁盘装载配置的虚拟机迁移到另一台宿主机时，必须确保目标宿主机上有相同标识符或路径的物理磁盘，否则配置会失效甚至出错,迁移性远不如虚拟磁盘文件。
• 安全隔离： 虽然虚拟机提供了某种程度的隔离，但恶意软件在获得足够权限的虚拟机中运行时,仍可能破坏其直接访问的物理磁盘。
• 操作系统支持： 虚拟机操作系统需要包含访问该物理磁盘文件系统所需的驱动（如 Windows 访问 ext4 需要额外驱动）。
• 替代方案 – 直通控制器： 对于追求极致性能和硬件特性的场景（如企业级虚拟化），可以考虑将整个存储控制器（如 HBA, RAID卡）通过 PCI Passthrough 技术直接分配给虚拟机，这比装载单个物理磁盘更彻底，但硬件和虚拟化平台要求更高（通常需要支持 VT-d/AMD-Vi 的 CPU 和主板，以及 ESXi, KVM, Hyper-V 等企业级Hypervisor）。

虚拟机物理磁盘装载是一项强大的功能，为特定需求（性能、硬件访问、数据恢复）提供了解决方案，它伴随着显著的风险（数据丢失）和复杂性。强烈建议仅在充分理解其工作原理、风险并做好完备备份的前提下，由有经验的用户进行操作。 对于大多数常规用途，使用虚拟磁盘文件仍然是更安全、更灵活、更易于管理的选择。

引用说明：

• 本文核心概念和操作流程基于主流虚拟化软件（VMware Workstation/Player, Oracle VirtualBox, Microsoft Hyper-V）的官方文档和广泛认可的系统管理实践。
• 关于性能影响、快照限制、迁移性等注意事项，参考了虚拟化技术社区（如 VMware Communities, VirtualBox Forum, Spiceworks）中的专家讨论和常见问题解答。
• 数据恢复和安全警告部分符合信息安全最佳实践（如取证中的只读原则）。
• 硬件特性访问和PCI直通部分参考了服务器虚拟化（如 VMware vSphere, Microsoft Hyper-V Server, KVM）的技术白皮书和部署指南。