Linux LVM逻辑卷管理机制（硬盘分区管理机制）

发布于 2022-06-15  169 次阅读

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1. 问题

我们在实际使用 Linux 服务器的时候，总会有一个让人头疼的问题，随着业务的增加，文件系统负载会越来越大，当到了空间不足的情况时，如果我们还在使用传统的分区方式管理硬盘，就不得不将现有的所有分区全部删除，并重新规划新的存储方案。

不仅如此，分区到底应该分多大呢？分得太大，会浪费硬盘空间；分得太小，又会面临不够使用的情况。如果在安装系统时规划不合理，这种困扰就会经常出现。如果真出现了分区不够用的情况，应该怎么解决呢？

在以往（2.4 内核以前）要想调整分区大小，要么先新建立一个更大的分区，然后复制旧分区中的内容到新分区，最后使用软链接来替代旧分区；要么使用调整分区大小的工具（如 parted），parted 虽然可以调整分区大小，但是它需要卸载分区之后才可以进行，也就是说需要停止服务。

其实，从一开始，我们就需要有一种管理机制来帮助我们动态地管理存储，LVM 就提供了这种功能。LVM 最大的好处就是可以随时调整分区的大小，分区中的现有数据不会丟失，并且不需要卸载分区、停止服务。

2. LVM简介

LVM 是 Logical Volume Manager 的简称，译为中文就是逻辑卷管理。它是 Linux 下对硬盘分区的一种管理机制。LVM 适合于管理大存储设备，并允许用户动态调整文件系统的大小。此外，LVM 的快照功能可以帮助我们快速备份数据。LVM 为我们提供了逻辑概念上的磁盘，使得文件系统不再关心底层物理磁盘的概念。
Linux LVM 允许我们在逻辑卷在线的状态下将其复制到另一设备上，此成功被称为快照功能。快照允许我们在复制的同时，保证运行关键任务的 Web 服务器或数据库服务继续工作。
LVM 是在硬盘分区之上建立一个逻辑层，这个逻辑层让多个硬盘或分区看起来像一块逻辑硬盘，然后将这块逻辑硬盘分成逻辑卷之后使用，从而大大提高了分区的灵活性。我们把真实的物理硬盘或分区称作物理卷（PV）；由多个物理卷组成一块大的逻辑硬盘，叫作卷组（VG）；将卷组划分成多个可以使用的分区，叫作逻辑卷（LV）。而在 LVM 中最小的存储单位不再是 block，而是物理扩展块（Physical Extend，PE）。我们通过图 1 看看这些概念之间的联系。

概念图

  • 物理卷（Physical Volume，PV）：就是真正的物理硬盘或分区。
  • 卷组（Volume Group，VG）：将多个物理卷合起来就组成了卷组。组成同一个卷组的物理卷可以是同一块硬盘的不同分区，也可以是不同硬盘上的不同分区。我们可以把卷组想象为一块逻辑硬盘。
  • 逻辑卷（Logical Volume，LV）：卷组是一块逻辑硬盘，硬盘必须分区之后才能使用，我们把这个分区称作逻辑卷。逻辑卷可以被格式化和写入数据。我们可以把逻辑卷想象为分区。
  • 物理扩展（Physical Extend，PE）：PE 是用来保存数据的最小单元，我们的数据实际上都是写入 PE 当中的。PE 的大小是可以配置的，默认是 4MB。

也就是说，我们在建立 LVM 的时候，需要按照以下步骤来进行：

  1. 把物理硬盘分成分区，当然也可以是整块物理硬盘；
  2. 把物理分区建立为物理卷（PV），也可以直接把整块硬盘都建立为物理卷。
  3. 把物理卷整合为卷组（VG）。卷组就已经可以动态地调整大小了，可以把物理分区加入卷组，也可以把物理分区从卷组中删除。
  4. 把卷组再划分为逻辑卷（LV），当然逻辑卷也是可以直接调整大小的。我们说逻辑卷可以想象为分区，所以也需要格式化和挂载。

Linux PV物理卷（创建、查看和删除）详解

第一步，就是要建立所需的物理分区，创建方式就是使用 fdisk 交互命令。需要注意的是，分区的系统 ID 不再是 Linux 默认的分区 ID 83，而要改成 LVM 的 ID 8e。

建立物理卷

在建立物理卷时，我们既可以把整块硬盘都建立成物理卷，也可以把某个分区建立成物理卷。

建立物理卷的命令如下：

[root@localhost ~]# pvcreate [设备文件名]

查看物理卷

查看物理卷的命令有两个，第一个是 pvscan，用来查询系统中哪些硬盘或分区是物理卷。命令如下：

[root@localhost ~]# pvscan

第二个查询命令是 pvdisplay，它可以查看到更详细的物理卷状态，命令如下：

[root@localhost ~]# pvdisplay

删除物理卷

如果不再需要物理卷，则使用 pvremove 命令删除，命令如下：

[root@localhost ~]# pvremove /dev/sdb7

在删除物理卷时，物理卷必须不属于任何卷组，也就是需要先将物理卷从卷组中删除，再删除物理卷。其实所有的删除就是把创建过程反过来，建立时不能少某个步骤，删除时也同样不能跳过某一步直接删除。

Linux VG卷组（创建、激活、查看、扩容、减小及删除）详解

前面说过，可以把卷组想象成基本分区中的硬盘，是由多个物理卷组成的。卷组就已经可以动态地调整空间大小了，当卷组空间不足时，可以向卷组中添加新的物理卷。

建立卷组

建立卷组使用的命令是 vgcreate，具体命令格式如下：

[root@localhost ~]# vgcreate [-s PE 大小] 卷组名 物理卷名

[-s PE 大小] 选项的含义是指定 PE 的大小，单位可以是 MB、GB、TB 等。如果不写，则默认 PE 大小是 4MB。这里的卷组名指的就是要创建的卷组的名称，而物理卷名则指的是希望添加到此卷组的所有硬盘区分或者整个硬盘。

如：我们有三个物理卷 /dev/sdb5~7，先把 /dev/sdb5 和 /dev/sdb6 加入卷组，留着 /dev/sdb7 一会实验调整卷组大小，命令如下：

[root@localhost ~]# vgcreate -s 8MB scvg /dev/sdb5 /dev/sdb6

我们把/dev/sdb和/dev/sdb6两个物理卷加入了卷组scvg，并指定了PE的大小是8MB

激活卷组

卷组创建完毕后，可以通过 vgchange 命令来激活卷组，而无需重启系统。

vgchange 命令的基本格式如下：

#激活卷组
[root@localhost ~]# vgchange -a y 卷组名
#停用卷组
[root@localhost ~]# vachange -a n 卷组名

通过使用 vgchange 命令，我们可以激活 scvg 卷组。

查看卷组

查看卷组的命令同样有两个：vgscan 命令主要用于查看系统中是否有卷组；而 vgdisplay 命令则用于查看卷组的详细状态。命令如下：

[root@1ocalhost ~]# vgscan
[root@localhost ~]# vgdisplay

增加卷组容

我们现在要把 /dev/sdb7 加入卷组，使用的命令是 vgextend。命令如下：

[root@localhost ~]# vgextend scvg /dev/sdb7

减少卷组容量

我们使用 vgreduce 命令在卷组中删除物理卷。命令如下：

[root@localhost ~]# vgreduce scvg /dev/sdb7
Removed "/dev/sdb7" from volume group "scvg"
#在卷组中删除/dev/sdb7物理卷
[root@localhost ~]# vgreduce -a
#删除所有未使用的物理卷

删除卷组

删除卷组的命令是 vgremove。命令如下：

[root@localhost ~]# vgremove scvg
Volume group "scvg" successfully removed

只有在删除卷组之后，才能删除物理卷。还要注意的是，scvg 卷组中还没有添加任何逻辑卷，如果拥有了逻辑卷，则记得先删除逻再删除卷组。再次强调，删除就是安装的反过程，每一步都不能跳过。

Linux LV逻辑卷（创建、查看、调整大小及删除）详解

本节讲解如何将卷组划分为逻辑卷，我们可以把逻辑卷想象成分区，那么这个逻辑卷当然也需要被格式化和挂载。另外，逻辑卷也是可以动态调整大小的，而且数据不会丟失，也不用卸载逻辑卷。

建立逻辑卷

我们现在已经建立了 3GB 大小的卷组 scvg，接下来需要在卷组中建立逻辑卷。命令格式如下：

[root@localhost ~]# lvcreate [选项] [-n 逻辑卷名] 卷组名

选项：

  • -L 容量：指定逻辑卷大小，单位为 MB、GB、TB 等；
  • -l 个数：按照 PE 个数指定逻辑卷大小，这个参数需要换算容量，太麻烦；
  • -n 逻辑卷名：指定逻辑卷名；

我们建立一个 1.5GB 大小的 lamplv 逻辑卷，命令如下：

[root@localhost ~]# lvcreate -L 1.5G -n lamplv scvg
Logical volume "lamplv" created
#在scvg卷组中建立一个1.5GB大小的lamplv逻辑卷

建立完逻辑卷，还要在格式化和挂载之后才能正常使用。格式化和挂载命令与操作普通分区时是一样的，不过需要注意的是，逻辑卷的设备文件名是"/dev/卷组名/逻辑卷名"，如逻辑卷 lamplv 的设备文件名就是"/dev/scvg/lamplv"。具体命令如下：

[root@localhost ~]# mkfs -t ext4 /dev/scvg/lamplv
#格式化
[root@localhost ~]# mkdir /disklvm
[root@localhost ~]# mount /dev/scvg/lamplv /disklvm/
#建立挂载点，并挂载
[root@localhost ~]# mount
…省略部分输出…
/dev/mapper/scvg-lamplv on /disklvm type ext4(rw)
#已经挂载了

当然，如果需要开机后自动挂载，则要修改 /etc/fstab 文件。

查看逻辑卷

查看命令同样有两个，第一个命令 lvscan 只能看到系统中是否拥有逻辑卷，命令如下：

[root@localhost ~]# lvscan
ACTIVE '/dev/scvg/lamplv' [1.50 GiB] inherit
#能够看到激活的逻辑卷，大小是1.5GB

第二个命令 lvdisplay 可以看到逻辑卷的详细信息，命令如下：

[root@localhost ~]# lvdisplay

调整逻辑卷大小

我们可以使用 lvresize 命令调整逻辑卷的大小，不过我们一般不推荐减少逻辑卷的空间，因为这非常容易导致逻辑卷中的文件系统的数据丟失。所以，除非我们已经备份了逻辑卷中的数据，否则不要减少逻辑卷的空间。

lvresize 命令格式如下：

[root@localhost ~]# lvresize [选项] 逻辑卷的设备文件名

选项：

  • -L 容量：安装容量调整大小，单位为 KB、GB、TB 等。使用 + 増加空间，- 代表减少空间。如果直接写容量，则代表设定逻辑卷大小为指定大小；
  • -l 个数：按照 PE 个数调整逻辑卷大小；

逻辑卷的大小已经改变了，但是好像有如下一些问题：
[root@localhost disklvm]# df -h /disklvm/
文件系统 容量 已用 可用 已用% ％挂载点
/dev/mapper/scvg-lamplv 1.5G 35M 1.4G 3%/ disklvm
怎么 /disklvm 分区的大小还是 1.5GB 啊？刚刚只是逻辑卷的大小改变了，如果要让分区使用这个新逻辑卷，则还要使用 resize2fs 命令来调整分区的大小。不过这里就体现出了 LVM 的优势：我们不需要卸载分区，直接就能调整分区的大小。

调整逻辑卷大小后，要让分区使用新的逻辑卷，需要用 resize2fs 命令来调整分区的大小，resize2fs命令的格式如下：

[root@localhost ~]# resize2fs [选项] [设备文件名] [调整的大小]

选项：

  • -f：强制调整；
  • 设备文件名：指定调整哪个分区的大小；
  • 调整的大小：指定把分区调整到多大，要加 M、G 等单位。如果不加大小，则会使用整个分区；

删除逻辑卷

删除了逻辑卷，其中的数据就会丟失，所以要确定你真的需要删除这个逻辑卷。命令格式如下：

[root@localhost ~]#lvremove 逻辑卷的设备文件名

我们删除 lamplv 逻辑卷，记得在删除时要先卸载。 命令如下：

[root@localhost ~]# umount /dev/scvg/lamplv
[root@localhost ~]# Ivremove /dev/scvg/lamplv
Do you really want to remove active logical volume lamplv? [y/n]: n
#如果这里选择y，就会执行删除操作，逻辑卷内的所有数据都会被清空
Logical volume lamplv not removed