Linux-逻辑卷LVM

LVM逻辑卷管理器

为什么要使用逻辑卷？

逻辑卷管理器是Linux系统用于对硬盘分区进行管理的一种机制，为了解决硬盘设备在创建分区后不易修改分区大小的缺陷。尽管对传统的硬盘分区进行强制扩容或缩容从理论上讲是可行的。但是却可能造成数据的丢失。LVM技术是在硬盘分区和文件系统之间添加了一个逻辑层，它提供了一个抽象的卷组，可以把多块硬盘进行卷组合并。这样一来，用户不必关心物理设备和底层架构和布局，就可以实现对硬盘分区的动态调整。

LVM的技术架构图：

举例理解：

比如小明家里想吃馒头但是面粉不够了，于是妈妈从隔壁老王家、老李家、老张家分别借来一些面粉，准备蒸馒头吃。首先需要把这些面粉（ 物理卷[ PV, Physical Volume ] ）揉成一个大面团（ 卷组[ VG,Volume Group ] ）,然后再把这个大面团分割成一个个小馒头（ 逻辑卷[ LV, Logical Volume ] ）,而且每个小馒头的重量必须是每勺面粉（ 基本单元[ PE, Physical Extent ] ）的倍数。

理论：

物理卷处于LVM中的最底层，可以将其理解为物理硬盘、硬盘分区或者RAID磁盘阵列，这都可以。卷组建立在物理卷之上，一个卷组可以包含多个物理卷，而且在卷组创建之后也可以继续向其中添加新的物理卷。逻辑卷是用卷组中空闲的资源建立的，并且逻辑卷在建立后可以动态地扩展或缩小空间。这就是LVM的核心理念。

• 物理卷（PV：Physical Volume）：物理卷是底层真正提供容量，存放数据的设备，它可以是整个硬盘、硬盘上的分区等。
• 卷组（VG：Volume Group）：卷组建立在物理卷之上，它由一个或多个物理卷组成。即把物理卷整合起来提供容量分配。一个LVM系统中可以只有一个卷组，也可以包含多个卷组。
• 逻辑卷（LV：Logical Volume）：逻辑卷建立在卷组之上，它是从卷组中“切出”的一块空间。它是最终用户使用的逻辑设备。逻辑卷创建之后，其大小可以伸缩。
• 基本单元（PE：Physical Extents）：具有唯一编号的PE是能被LVM寻址的最小单元。PE的大小可以指定，默认为4MB。PE的大小一旦确定将不能改变，同一个卷组中的所有的物理卷的PE的大小是一直的

部署逻辑卷

常用的LVM部署命令

功能/命令	物理卷管理	卷组管理	逻辑卷管理
扫描	pvscan	vgscan	lvscan
建立	pvcreate	vgcreate	lvcreate
显示	pvdisplay	vgdisplay	lvdisplay
删除	pvremove	vgremove	lvremove
扩展		vgextend	lvextend
缩小		vgreduce	lvreduce

添加两块新硬盘设备
在虚拟机中添加两块新硬盘设备的目的，是为了更好地演示LVM理念中用户无需关心底层物理硬盘设备的特性。我们先对这两块新硬盘进行创建物理卷的操作，可以将该操作简单理解成让硬盘设备支持LVM技术，或者理解成是把硬盘设备加入到LVM技术可用的硬件资源池中，然后对这两块硬盘进行卷组合并，卷组的名称可以由用户来自定义。接下来，根据需求把合并后的卷组切割出一个约为150MB的逻辑卷设备，最后把这个逻辑卷设备格式化成EXT4文件系统后挂载使用。

[root@centos7- ~]# lsblk
NAME        MAJ:MIN RM  SIZE RO TYPE MOUNTPOINT
sr0          :     1024M   rom
vda         :       10G   disk
├─vda1      :      500M   part /boot
└─vda2      :      .5G   part
  ├─cl-root :        9G   lvm  /
  └─cl-swap :      500M   lvm  [SWAP]
vdb         :      10G   disk
vdc         :      10G   disk

第1步：创建物理卷，让新添加的两块硬盘设备支持LVM技术。

[root@centos7- ~]# pvcreate /dev/vdb /dev/vdc
  Physical volume "/dev/vdb" successfully created.
  Physical volume "/dev/vdc" successfully created.

[root@centos7- ~]# pvs         //简单查看
  PV         VG Fmt  Attr PSize  PFree
  /dev/vda2  cl lvm2 a--   .51g
  /dev/vdb      lvm2 ---  .00g .00g
  /dev/vdc      lvm2 ---  .00g 10.00

[root@centos7- ~]# pvdisplay /dev/vdb        //查看物理卷详细信息
  "/dev/vdb" is a new physical volume of "10.00 GiB"
  --- NEW Physical volume ---
  PV Name               /dev/vdb
  VG Name
  PV Size               10.00 GiB
  Allocatable           NO
  PE Size
  Total PE
  Free PE
  Allocated PE
  PV UUID               bUTpIc-J6Hq-LUvk-WinD-hoYk-HQkX-sNgA2W

第2步：创建卷组并将物理卷加入到卷组

[root@centos7- ~]# vgcreate vg_storage /dev/vdb /dev/vdc        //vg_storage 自定义卷组名称
  Volume group "vg_storage" successfully created

[root@centos7- ~]# vgdisplay
  --- Volume group ---
  VG Name               vg_storage
  System ID
  Format                lvm2
  Metadata Areas
  Metadata Sequence No
  VG Access             read/write
  VG Status             resizable
  MAX LV
  Cur LV
  Open LV
  Max PV
  Cur PV
  Act PV
  VG Size               19.99 GiB
  PE Size               4.00 MiB
  Total PE
  Alloc PE / Size        /
  Free  PE / Size        / 19.99 GiB
  VG UUID               PRDBRS-ybbD-Dwud-GPbM-XxKu-5NHA-a0BMEm
 ...........省略部分输出信息..........

第3步：创建一个约为150MB的逻辑卷设备
这里需要注意切割单位的问题，在对逻辑卷进行切割时有两种计量单位。第一种是以容量为单位，所使用的参数为-L，列如使用 —L 150M 则生成一个大小为150MB的逻辑卷。另外一种是以基本单元的个数为单位，所使用的参数为-l。每个基本单元的大小默认为4MB，例如，使用-l 37可以生成一个大小为37×4MB=148MB的逻辑卷。

root@centos7- ~]# lvcreate -n lv_vo -L 150M vg_storage         // -n 指定逻辑卷设备名称
  Rounding up size to full physical extent 152.00 MiB
  Logical volume "lv_vo" created.

[root@centos7- ~]# lvdisplay
  --- Logical volume ---
  LV Path                /dev/vg_storage/lv_vo
  LV Name                lv_vo
  VG Name                vg_storage
  LV UUID                dIo5Ff-pKyD-97Hw-RMs3-dQ10-9tHG-ZGh5o9
  LV Write Access        read/write
  LV Creation host, time centos7-, -- :: +
  LV Status              available
  # open                 
  LV Size                152.00 MiB
  Current LE
  Segments
  Allocation             inherit
  Read ahead sectors     auto
  - currently set to
  Block device           :
...........省略部分输出信息..........

第4步：将生成好的逻辑卷进行格式化，然后挂载使用
Linux系统会把LVM中的逻辑卷设备存放在/dev设备目录中（实际上是做了一个符号链接），同时会以卷组的名称来建立一个目录，其中保存了逻辑卷的设备映射文件（即/dev/卷组名称/逻辑卷名称）。

[root@centos7- ~]# ls /dev/vg_storage/lv_vo
/dev/vg_storage/lv_vo

[root@centos7- ~]# mkfs.ext4 /dev/vg_storage/lv_vo
mke2fs 1.42. (-Dec-)
文件系统标签=
OS type: Linux
块大小= (log=)
分块大小= (log=)
Stride= blocks, Stripe width= blocks
 inodes,  blocks
 blocks (5.00%) reserved for the super user
第一个数据块=
Maximum filesystem blocks=
 block groups
 blocks per group,  fragments per group
 inodes per group
Superblock backups stored on blocks:
    , , , ,
Allocating group tables: 完成
正在写入inode表: 完成
Creating journal ( blocks): 完成
Writing superblocks and filesystem accounting information: 完成

[root@centos7- ~]# mkdir /linuxlvm
[root@centos7- ~]# mount /dev/vg_storage/lv_vo /linuxlvm/

第5步：查看挂载状态，并写入到配置文件、使其永久生效

[root@centos7- ~]# df -h
文件系统                      容量  已用  可用 已用% 挂载点
/dev/mapper/cl-root           .1G  .7G  .4G   % /
devtmpfs                      481M       481M    % /dev
tmpfs                         497M   84K  497M    % /dev/shm
tmpfs                         497M  7.1M  490M    % /run
tmpfs                         497M       497M    % /sys/fs/cgroup
/dev/vda1                     497M  166M  332M   % /boot
tmpfs                         100M   16K  100M    % /run/user/
tmpfs                         100M       100M    % /run/user/
/dev/mapper/vg_storage-lv_vo  144M  1.6M  132M    % /linuxlvm
[root@centos7- ~]# echo "/dev/vg_storage/lv_vo /linuxlvm ext4 defaults 0 0" >>/etc/fstab

扩容逻辑卷

在前面的实验中，卷组是由两块硬盘设备共同组成的。用户在使用存储设备时感知不到设备底层的架构和布局，更不用关心底层是由多少块硬盘组成的，只要卷组中有足够的资源，就可以一直为逻辑卷扩容。扩展前请一定要记得卸载设备和挂载点的关联。

[root@centos7- ~]# umount /linuxlvm

第1步：把上一个实验中的逻辑卷vo扩展至300MB。

[root@centos7- ~]# lvextend -L 300M /dev/vg_storage/lv_vo
  Size of logical volume vg_storage/lv_vo changed from 152.00 MiB ( extents) to 300.00 MiB ( extents).
  Logical volume vg_storage/lv_vo successfully resized.

第2步：检查硬盘完整性，并重置硬盘容量。

[root@centos7- ~]# e2fsck -f /dev/vg_storage/lv_vo
Pass : Checking inodes, blocks, and sizes
Pass : Checking directory structure
Pass : Checking directory connectivity
Pass : Checking reference counts
Pass : Checking group summary information
/dev/vg_storage/lv_vo: / files (0.0% non-contiguous), / blocks

[root@centos7- ~]# resize2fs /dev/vg_storage/lv_vo
resize2fs 1.42. (-Dec-)
Resizing the filesystem on /dev/vg_storage/lv_vo to  (1k) blocks.
The filesystem on /dev/vg_storage/lv_vo is now  blocks long.

第3步：重新挂载硬盘设备并查看挂载状态。

[root@centos7- ~]# mount -a
[root@centos7- ~]# df -h
文件系统                      容量  已用  可用 已用% 挂载点
/dev/mapper/cl-root           .1G  .7G  .4G   % /
devtmpfs                      481M       481M    % /dev
tmpfs                         497M   84K  497M    % /dev/shm
tmpfs                         497M  7.1M  490M    % /run
tmpfs                         497M       497M    % /sys/fs/cgroup
/dev/vda1                     497M  166M  332M   % /boot
tmpfs                         100M   16K  100M    % /run/user/
tmpfs                         100M       100M    % /run/user/
/dev/mapper/vg_storage-lv_vo  287M  2.1M  266M    % /linuxlvm

缩小逻辑卷

相较于扩容逻辑卷，在对逻辑卷进行缩容操作时，其丢失数据的风险更大。所以在生产环境中执行相应操作时，一定要提前备份好数据。另外Linux系统规定，在对LVM逻辑卷进行缩容操作之前，要先检查文件系统的完整性（当然这也是为了保证我们的数据安全）。在执行缩容操作前记得先把文件系统卸载掉。

[root@centos7- ~]# umount /linuxlvm/

第1步：检查文件系统的完整性

[root@centos7- ~]# e2fsck -f /dev/vg_storage/lv_vo
e2fsck 1.42. (-Dec-)
Pass : Checking inodes, blocks, and sizes
Pass : Checking directory structure
Pass : Checking directory connectivity
Pass : Checking reference counts
Pass : Checking group summary information
/dev/vg_storage/lv_vo: / files (0.0% non-contiguous), / blocks

第2步：把逻辑卷lv_vo的容量减小到120MB

[root@centos7- ~]# resize2fs /dev/vg_storage/lv_vo 120M
resize2fs 1.42. (-Dec-)
Resizing the filesystem on /dev/vg_storage/lv_vo to  (1k) blocks.
The filesystem on /dev/vg_storage/lv_vo is now  blocks lon

[root@centos7- ~]# lvreduce -L 120M /dev/vg_storage/lv_vo
  WARNING: Reducing active logical volume to 120.00 MiB.
  THIS MAY DESTROY YOUR DATA (filesystem etc.)
Do you really want to reduce vg_storage/lv_vo? [y/n]: y
  Size of logical volume vg_storage/lv_vo changed from 300.00 MiB ( extents) to 120.00 MiB ( extents).
  Logical volume vg_storage/lv_vo successfully resized.

第3步：重新挂载文件系统并查看系统状态

[root@centos7- ~]# mount -a
[root@centos7- ~]# df -h
文件系统                      容量  已用  可用 已用% 挂载点
/dev/mapper/cl-root           .1G  .7G  .4G   % /
devtmpfs                      481M       481M    % /dev
tmpfs                         497M   84K  497M    % /dev/shm
tmpfs                         497M  7.1M  490M    % /run
tmpfs                         497M       497M    % /sys/fs/cgroup
/dev/vda1                     497M  166M  332M   % /boot
tmpfs                         100M   16K  100M    % /run/user/
tmpfs                         100M       100M    % /run/user/
/dev/mapper/vg_storage-lv_vo  113M  1.6M  103M    % /linuxlvm

逻辑卷快照

LVM还具备有“快照卷”功能，该功能类似于虚拟机软件的还原时间点功能。例如，可以对某一个逻辑卷设备做一次快照，如果日后发现数据被改错了，就可以利用之前做好的快照卷进行覆盖还原。

首先查看卷组的信息

[root@centos7- ~]# vgdisplay
  --- Volume group ---
  VG Name               vg_storage
  System ID
  Format                lvm2
  Metadata Areas
  Metadata Sequence No
  VG Access             read/write
  VG Status             resizable
  MAX LV
  Cur LV
  Open LV
  Max PV
  Cur PV
  Act PV
  VG Size               19.99 GiB
  PE Size               4.00 MiB
  Total PE              
  Alloc PE / Size        / 120.00 MiB
  Free  PE / Size        / 19.88 GiB
  VG UUID               PRDBRS-ybbD-Dwud-GPbM-XxKu-5NHA-a0BMEm
...........省略部分输出信息..........

通过卷组的输出信息可以清晰看到，卷组中已经使用了120MB的容量，空闲容量还有19.88GB。接下来用重定向往逻辑卷设备所挂载的目录中写入一个文件。

[root@centos7- ~]# echo "to day is good day" > /linuxlvm/today.txt

[root@centos7- ~]# ll /linuxlvm/
总用量
drwx------  root root  11月  : lost+found
-rw-r--r--  root root     11月  : today.txt

第1步：使用-s参数生成一个快照卷，使用-L参数指定切割的大小。另外，还需要在命令后面写上是针对哪个逻辑卷执行的快照操作。

[root@centos7- ~]# lvcreate -L 120M -s -n SNAP  /dev/vg_storage/lv_vo
  Using default stripesize 64.00 KiB.
  Rounding up size to full physical extent 52.00 MiB
  Logical volume "SNAP" created.

[root@centos7-1 ~]# lvs
  LV    VG         Attr       LSize   Pool Origin Data%  Meta%  Move Log Cpy%Sync Convert
  root  cl         -wi-ao----   9.02g                                                    
  swap  cl         -wi-ao---- 500.00m                                                    
  SNAP  vg_storage swi-a-s--- 120.00m      lv_vo  0.01                                   
  lv_vo vg_storage owi-aos--- 120.00m 

第2步：在逻辑卷所挂载的目录中创建一个100MB的垃圾文件，然后再查看快照卷的状态。可以发现存储空间占的用量上升了。

[root@centos7- ~]# dd if=/dev/zero of=/linuxlvm/files count= bs=100M
记录了1+ 的读入
记录了1+ 的写出
104857600字节( MB)已复制，0.680154 秒， MB/秒

[root@centos7- ~]# lvs
  LV    VG         Attr       LSize   Pool Origin Data%  Meta%  Move Log Cpy%Sync Convert
  root  cl         -wi-ao----   .02g
  swap  cl         -wi-ao---- 500.00m
  SNAP vg_storage swi-a-s--- 120.00m      lv_vo  83.69
  lv_vo vg_storage owi-aos--- 120.00m 

第3步：为了校验SNAP快照卷的效果，需要对逻辑卷进行快照还原操作。在此之前记得先卸载掉逻辑卷设备与目录的挂载。

[root@centos7- ~]# umount /linuxlvm

[root@centos7- ~]# lvconvert --merge /dev/vg_storage/SNAP
  Merging of volume vg_storage/SNAP started.
  lv_vo: Merged: 18.84%
  lv_vo: Merged: 100.00%

第4步：快照卷会被自动删除掉，并且刚刚在逻辑卷设备被执行快照操作后再创建出来的100MB的垃圾文件也被清除了。

[root@centos7- ~]# mount -a
[root@centos7- ~]# ls /linuxlvm/
lost+found  today.txt

删除逻辑卷

当生产环境中想要重新部署LVM或者不再需要使用LVM时，则需要执行LVM的删除操作。为此，需要提前备份好重要的数据信息，然后依次删除逻辑卷、卷组、物理卷设备，这个顺序不可颠倒。

第1步：取消逻辑卷与目录的挂载关联，删除配置文件中永久生效的设备参数。

[root@centos7- ~]# umount /linuxlvm/
[root@centos7- ~]# vim /etc/fstab 

#
# /etc/fstab
# Created by anaconda on Mon Oct  ::
#
# Accessible filesystems, by reference, are maintained under '/dev/disk'
# See man pages fstab(), findfs(), mount() and/or blkid() for more info
#
/dev/mapper/cl-root     /                       xfs     defaults
UUID=07d3a8ca-89fa--837d-47ac9f7660c4 /boot                   xfs     defaults
/dev/mapper/cl-swap     swap                    swap    defaults
/dev/vg_storage/lv_vo   /linuxlvm               ext4    defaults        0 0

第2步：删除逻辑卷设备，需要输入y来确认操作。

[root@centos7- ~]# lvremove /dev/vg_storage/lv_vo
Do you really want to remove active logical volume vg_storage/lv_vo? [y/n]: y
  Logical volume "lv_vo" successfully removed

第3步：删除卷组，此处只写卷组名称即可，不需要设备的绝对路径。

[root@centos7- ~]# vgremove vg_storage
  Volume group "vg_storage" successfully removed

第4步：删除物理卷设备。

[root@centos7- ~]# pvremove /dev/vdb /dev/vdc
  Labels on physical volume "/dev/vdb" successfully wiped.
  Labels on physical volume "/dev/vdc" successfully wiped.

在上述操作执行完毕之后，再执行lvdisplay、vgdisplay、pvdisplay命令来查看LVM的信息时就不会再看到信息了（前提是上述步骤的操作是正确的）。