本文档介绍了 Persistent Disk 卷的功能、类型、性能和优势。如果您需要为虚拟机 (VM) 实例或容器提供块存储（例如启动磁盘或数据磁盘），请使用永久性磁盘卷，前提是 Google Cloud Hyperdisk 不适用于计算实例。如需了解 Compute Engine 中的其他块存储选项，请参阅选择磁盘类型。
永久性磁盘卷是持久性网络存储设备，实例可以像访问桌面设备或服务器中的物理磁盘一样访问它们。永久性磁盘卷不会挂接到托管实例的物理机器。而是作为网络块设备挂接到实例。从永久性磁盘卷读取数据或者将数据写入永久性磁盘卷时，数据通过网络传输。
每个 Persistent Disk 卷上的数据分布在多个物理磁盘中。 Compute Engine 为您管理物理磁盘和数据分布，以确保冗余和最佳性能。
即使在删除实例后，您也可以分离或移动卷以保留数据。永久性磁盘性能会随大小提高，因此您可以调整现有永久性磁盘卷的大小或向虚拟机添加更多永久性磁盘卷，以满足您的性能和存储空间需求。
当您需要性能特征一致且经济可靠的存储服务时，请向实例添加非启动磁盘。
Persistent Disk 类型
创建永久性磁盘卷时，您可以选择以下磁盘类型之一：
- 平衡永久性磁盘 (
pd-balanced)- SSD（性能）永久性磁盘的替代方案。
- 性能与费用的平衡。对于大多数 Compute Engine 机器类型，这些磁盘具有与 SSD 永久性磁盘相同的最大 IOPS，并且每 GiB 的 IOPS 更低。这种磁盘类型提供的性能水平适合大多数通用应用，价位介于标准永久性磁盘和 SSD 永久性磁盘之间。
- 以固态硬盘 (SSD) 作为支持。
- SSD（性能）永久性磁盘 (
pd-ssd)- 适合需要比标准永久性磁盘更短延迟时间和更多 IOPS 的企业应用和高性能数据库。
- 以固态硬盘 (SSD) 作为支持。
- 标准永久性磁盘 (
pd-standard)- 适用于主要使用顺序 I/O 的大型数据处理工作负载。
- 以标准硬盘 (HDD) 作为支持。
- 极端永久性磁盘 (
pd-extreme)- 为随机访问工作负载和批量吞吐工作负载提供始终如一的高性能。
- 专为高端数据库工作负载而设计。
- 可让您预配目标 IOPS。
- 以固态硬盘 (SSD) 作为支持。
- 适用于有限数量的机器类型。
如果您在 Google Cloud 控制台中创建磁盘，则默认磁盘类型为pd-balanced。如果您使用 gcloud CLI 或 Compute Engine API 创建磁盘，则默认磁盘类型为 pd-standard。
如需了解机器类型支持，请参阅以下内容：
Persistent Disk 的耐用性
磁盘耐用性通过一组关于硬件故障、灾难性事件的可能性、Google 数据中心的隔离实践和工程流程以及每种磁盘类型使用的内部编码的假设，来表示典型年份中典型磁盘的数据丢失概率。Persistent Disk 数据丢失事件非常罕见，且在记录中一直是由于协调硬件故障、软件错误或两者结合所造成的。Google 还采取了许多措施来降低业界范围的静默数据损坏风险。 Google Cloud 客户的人为错误（例如客户意外删除磁盘）不在永久性磁盘耐用性的支持范围内。
由于其内部数据编码和复制机制，区域级永久性磁盘发生数据丢失的风险极小。区域级永久性磁盘提供高可用性，并且可用于灾难恢复（如果整个数据中心丢失且无法恢复）。区域级永久性磁盘提供的磁盘副本数是可用区级永久性磁盘的两倍，每个副本分布在同一区域的两个可用区之间。如果主要可用区在服务中断期间不可用，则可立即访问第二个可用区中的副本。
如需详细了解特定于区域的注意事项，请参阅地理位置和区域。
下表显示了每种磁盘类型的设计耐用性。99.999% 的耐用性意味着，如果有 1,000 个磁盘，您可能一百年都不会丢失一个磁盘。
| 可用区级标准 Persistent Disk | 可用区级平衡 Persistent Disk | 可用区级 SSD Persistent Disk | 可用区级极端 Persistent Disk | 区域级标准 Persistent Disk | 区域级平衡 Persistent Disk | 区域级 SSD Persistent Disk |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 高于 99.99% | 高于 99.999% | 高于 99.999% | 高于 99.9999% | 高于 99.999% | 高于 99.9999% | 高于 99.9999% |
机器系列支持
选择机器系列以查看其支持的永久性磁盘 (PD) 类型。
| 机器系列 | SSD 永久性磁盘 | 平衡永久性磁盘 | 极端永久性磁盘 | 标准永久性磁盘 |
|---|---|---|---|---|
| C4 | — | — | — | — |
| C4A | — | — | — | — |
| C4D | — | — | — | — |
| C3 | — | — | ||
| C3D | — | — | ||
| N4 | — | — | — | — |
| N2 | ||||
| N2D | — | |||
| N1 | — | |||
| T2D | — | |||
| T2A | — | |||
| E2 | — | |||
| Z3 | — | — | ||
| H3 | — | — | — | |
| C2 | — | |||
| C2D | — | |||
| X4 | — | — | — | — |
| M4 | — | — | — | — |
| M3 | — | |||
| M2 | ||||
| M1 | ||||
| N1+GPU | — | |||
| A4X | — | — | — | — |
| A4 | — | — | — | — |
| A3 (H200) | — | — | — | — |
| A3 (H100) | — | — | ||
| A2 | — | |||
| G4 | — | — | — | — |
| G2 | — | — |
最大容量
Persistent Disk 卷的大小最多可达 64 TiB。您最多可以向虚拟机实例添加 127 个辅助、非启动可用区级 Persistent Disk 卷。但是，挂接到单个虚拟机的所有 Persistent Disk 卷的总容量不能超过 257 TiB。
您可以使用虚拟机内的逻辑卷管理功能创建容量最大为 257 TiB 的单个逻辑卷。如需了解如何在使用大容量卷时确保最高性能，请参阅逻辑卷大小。
可用区级 Persistent Disk
可用区级永久性磁盘是指仅可在一个特定可用区（例如 europe-west-2）内访问的永久性磁盘。
易用性
Compute Engine 可为您处理大多数磁盘管理任务，因此您无需处理分区、冗余磁盘阵列或子卷管理。通常情况下，您无需创建更大的逻辑卷。不过，您可以将挂接的辅助永久性磁盘的容量扩展到每个虚拟机 257 TiB，并根据需要将这些做法应用于永久性磁盘卷。如果将 Persistent Disk 卷的格式设置为具有单个文件系统但无分区表，则可以节省时间并获得最佳性能。
如果需要将数据分别存储到多个唯一卷中，请创建额外磁盘，而不是将现有磁盘划分为多个分区。
当您在 Persistent Disk 卷上需要额外空间时，请调整磁盘大小，而不是重新分区和设置格式。
性能
永久性磁盘性能是可预测的，可随预配容量线性调节，直到达到虚拟机的预配 vCPU 限制。如需详细了解性能调节限制和优化，请参阅配置磁盘以满足性能要求。
标准 Persistent Disk 卷可以经济高效地处理有序读写操作，但并不适合处理高速率的随机每秒输入/输出操作 (IOPS)。如果应用需要高速率的随机 IOPS，请使用 SSD 或极端 Persistent Disk。SSD Persistent Disk 的设计旨在确保将延迟时间控制在数毫秒以内。观察到的延迟时间因应用而异。
Compute Engine 会自动优化 Persistent Disk 卷的性能和扩缩功能。您无需为了获得最佳性能而绑定多个磁盘或预热磁盘。当您需要更多的磁盘可用空间或更优的性能时，可以调整磁盘大小和添加更多 vCPU，以添加更多存储空间、吞吐量和 IOPS。 Persistent Disk 的性能取决于挂接到虚拟机的 Persistent Disk 总容量和虚拟机具有的 vCPU 数。
对于启动设备，可使用标准 Persistent Disk 来降低费用。小型的 10 GiB Persistent Disk 卷适用于基本启动和软件包管理应用场景。不过，为了确保性能稳定，让启动设备得到更广泛的利用，请使用平衡 Persistent Disk 作为启动磁盘。
由于永久性磁盘写入操作会计入虚拟机的累积网络出站流量，因此永久性磁盘性写入操作受到虚拟机的网络出站流量上限的限制。
可靠性
永久性磁盘具有内置冗余，可保护您的数据免受设备故障的影响，并通过数据中心维护事件确保数据可用性。系统会针对所有 Persistent Disk 操作计算校验和，因此我们可以确保您所读取的内容就是您所写入的内容。
此外，您还可以创建 Persistent Disk 的快照，以防止因用户错误而导致数据丢失。它为增量快照，即使您对附加到正在运行的虚拟机的磁盘创建快照，也只需要几分钟时间。
区域级永久性磁盘
区域级 Persistent Disk 卷的存储特性与可用区级 Persistent Disk 类似。但区域级 Persistent Disk 卷可在同一区域中的两个可用区之间提供持久耐用的数据存储和复制功能。
同步磁盘复制简介
在创建新的 Persistent Disk 时，您可以在一个可用区中创建磁盘，也可以在同一区域内的两个可用区之间复制磁盘。
例如，如果您在可用区（例如 us-west1-a）中创建一个磁盘，则您将获得该磁盘的一个副本。仅在一个可用区中创建的磁盘称为可用区级磁盘。您可以通过将磁盘的另一个副本存储在区域内的不同可用区（例如 us-west1-b）中来提高磁盘的可用性。
在同一区域中的两个可用区之间复制的 Persistent Disk 称为区域级 Persistent Disk。您还可以使用 Hyperdisk Balanced High Availability 磁盘来实现 Google Cloud Hyperdisk 的跨可用区同步复制。
一个区域不太可能全都发生故障，但可用区级故障可能会发生。如下图所示，在区域内复制到不同可用区有助于提高可用性并缩短磁盘延迟时间。如果两个复制可用区都发生故障，则视为区域范围故障。
磁盘复制到两个可用区中。
在复制场景中，数据可在本地可用区 (us-west1-a) 中提供，该可用区是运行虚拟机 (VM) 的可用区。然后，数据会复制到另一个可用区 (us-west1-b)。其中一个可用区必须是运行虚拟机的相同可用区。
如果发生可用区级服务中断，您通常可以将区域级 Persistent Disk 上运行的工作负载故障切换到另一个可用区。如需了解详情，请参阅区域级 Persistent Disk 故障切换。
区域级 Persistent Disk 的设计注意事项
如果您要在 Compute Engine 上设计稳健可靠的系统或高可用性服务，请使用结合了其他最佳实践（例如使用快照备份数据）的区域级永久性磁盘。区域级 Persistent Disk 卷也适用于区域级托管式实例组。
性能
与使用 Persistent Disk 快照相比，区域级 Persistent Disk 卷可用于需要更低恢复点目标 (RPO) 和恢复时间目标 (RTO) 的工作负载。
当多个可用区的数据冗余比写入性能更重要时，可选择区域级 Persistent Disk。
与可用区级 Persistent Disk 一样，区域级 Persistent Disk 可以在配备了更多 vCPU 的虚拟机上实现更高的 IOPS 和吞吐量性能。如需详细了解此限制和其他限制，请参阅配置磁盘以满足性能要求。
当您需要更多的磁盘可用空间或更优的性能时，可以调整区域磁盘大小以添加更多存储空间、吞吐量和 IOPS。
可靠性
Compute Engine 将区域级 Persistent Disk 的数据复制到创建磁盘时所选择的可用区。每个副本的数据分布在该可用区内的多个物理机器中，以确保冗余。
与可用区级 Persistent Disk 类似，您可以创建 Persistent Disk 的快照，以防止因用户错误而导致数据丢失。它为增量快照，即使您对附加到正在运行的虚拟机的磁盘创建快照，也只需要几分钟时间。
区域级永久性磁盘的限制
- 您只能将区域级永久性磁盘挂接到使用 E2、N1、N2 和 N2D 机器类型的虚拟机。
- 只能将 Hyperdisk Balanced High Availability 磁盘挂接到支持的机器类型。
- 您无法通过操作系统映像或通过从操作系统映像创建的磁盘，来创建区域级 Persistent Disk。
- 您无法通过克隆可用区级磁盘来创建 Hyperdisk Balanced 高可用性磁盘。如需通过可用区级磁盘创建 Hyperdisk Balanced High Availability 磁盘，请完成将可用区级磁盘更改为 Hyperdisk Balanced High Availability 磁盘中的步骤。
- 使用只读模式时，您最多可以将一个区域级平衡永久性磁盘挂接到 10 个虚拟机实例。
- 区域级标准永久性磁盘的大小下限为 200 GiB。
- 只能增加 区域级永久性磁盘或Hyperdisk Balanced High Availability 卷的大小；而无法减小其大小。
- 区域级 Persistent Disk 和 Hyperdisk Balanced 高可用性卷与其对应的可用区级磁盘具有不同的性能特征。如需了解详情，请参阅 永久性磁盘性能简介和 Hyperdisk Balanced High Availability 磁盘性能限制。
- 不能将处于多写入者模式的 Hyperdisk Balanced High Availability 卷用作启动磁盘。
- 如果您通过克隆可用区级磁盘来创建复制磁盘，则两个可用区级副本在创建时不会完全同步。创建后，您一般可以在 3 分钟内使用区域级磁盘克隆。不过，您可能需要等待几十分钟，磁盘才会完全复制，恢复点目标 (RPO) 才会接近于零。了解如何检查复制磁盘是否已完全复制。
存储接口类型
创建虚拟机或向虚拟机添加永久性磁盘卷时，系统会自动为您选择存储接口。Tau T2A 和第三代虚拟机（例如 M3）为永久性磁盘使用 NVMe 接口。
机密虚拟机实例也使用 NVMe 永久性磁盘。所有其他 Compute Engine 机器系列都为 Persistent Disk 使用 SCSI 磁盘接口。
大多数公共映像同时包含 NVMe 和 SCSI 驱动程序。大多数映像都包含一个内核，该内核具有经过优化的驱动程序，可让您的虚拟机通过 NVMe 实现最佳性能。如果导入的 Linux 映像包含内核版本 4.14.68 或更高版本，则可以通过 NVMe 实现最佳性能。
如需确定操作系统版本是否支持 NVMe，请参阅操作系统详细信息页面。
多写入者模式
您能够以多写入者模式将 SSD Persistent Disk 同时挂接到两个 N2 虚拟机，以便两个虚拟机都能读写该磁盘。
多写入者模式下的永久性磁盘可提供共享块存储功能，并为构建高可用性共享文件系统和数据库提供了基础设施基础。这些专用文件系统和数据库应设计为使用共享块存储，并使用 SCSI Persistent Reservations 等工具处理虚拟机之间的缓存连贯性。
但是，具有多写入者模式的永久性磁盘通常不应直接使用。许多文件系统（如 EXT4、XFS 和 NTFS）并非设计为用于共享块存储。如需详细了解在虚拟机之间共享 Persistent Disk 的最佳实践，请参阅最佳实践。
如果您需要全托管式文件存储，可以在 Compute Engine 虚拟机上装载 Filestore 文件共享。
如需为新的 Persistent Disk 卷启用多写入者模式，请创建新的 Persistent Disk，并在 gcloud CLI 中指定 --multi-writer 标志或在 Compute Engine API 中指定 multiWriter 属性。如需了解详情，请参阅在虚拟机之间共享 Persistent Disk 卷。
Persistent Disk 加密
数据在虚拟机外部传输到 Persistent Disk 存储空间之前，Compute Engine 会自动加密数据。每个 Persistent Disk 都会使用系统定义的密钥或客户提供的密钥进行加密。 Google 以用户无法控制的方式在多个物理磁盘上分布永久性磁盘数据。
删除 Persistent Disk 卷时，Google 会舍弃加密密钥，导致数据无法恢复。此过程是不可逆转的。
如果要控制用于加密数据的加密密钥，请使用自己的加密密钥创建磁盘。
限制
您不能将永久性磁盘卷挂接到其他项目中的虚拟机。
在只读模式下，您最多可以将一个平衡永久性磁盘挂接到 10 个虚拟机。
对于具有至少 1 个 vCPU 的自定义机器类型或预定义机器类型，最多可以挂接 128 个 Persistent Disk 卷。
每个 Persistent Disk 卷的大小可达到 64 TiB，因此无需管理磁盘阵列即可创建大型逻辑卷。每个虚拟机只能挂接有限容量的总 Persistent Disk 空间和有限数量的单个 Persistent Disk 卷。预定义机器类型和自定义机器类型具有相同的 Persistent Disk 限制。
大多数虚拟机最多可以挂接 128 个 Persistent Disk 卷，最多可挂接 257 TiB 的总磁盘可用空间。虚拟机的总磁盘可用空间包括了启动磁盘的大小。
共享核心机器类型最多只能挂接 16 个 Persistent Disk 卷和 3 TiB 的总 Persistent Disk 空间。
创建大于 64 TiB 的逻辑卷可能需要注意一些特殊事项。如需详细了解较大的逻辑卷性能，请参阅逻辑卷大小。
永久性磁盘和 Colossus
永久性磁盘设计为与 Google 的文件系统 Colossus 协同运行，该文件系统是一个分布式块存储系统。在将虚拟机上的数据从虚拟机传输到网络之前，永久性磁盘驱动程序会自动加密这些数据。然后，Colossus 将持续保存数据。当 Colossus 读取数据时，驱动程序会解密传入数据。
永久性磁盘卷使用 Colossus 作为存储后端。
在许多情况下，将磁盘用作服务非常有用，例如：
- 可以在实例正在运行的情况下调整磁盘大小，比先停止实例更容易。您无需停止实例即可增加磁盘大小。
- 当磁盘和虚拟机不必共用同一生命周期或位于同一位置时，挂接和分离磁盘更容易。可以停止虚拟机并使用其永久性磁盘启动磁盘来启动另一个虚拟机。
- 高可用性功能（例如复制）变得更加简单，因为磁盘驱动程序可以隐藏复制详情并提供自动写入时复制功能。
后续步骤
查看磁盘和映像价格信息。
了解如何克隆永久性磁盘卷。
了解如何在虚拟机之间共享永久性磁盘卷。
了解如何优化永久性磁盘性能。
- 了解如何查看永久性磁盘卷的实际和预测用量。
- 请参阅磁盘快照最佳实践。