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@centos7-1 ~]# lsblk 
name        maj:min rm  size ro type mountpoint
sr0          11:0    1 1024m  0 rom  
vda         252:0    0   10g  0 disk 
├─vda1      252:1    0  500m  0 part /boot
└─vda2      252:2    0  9.5g  0 part 
  ├─cl-root 253:0    0    9g  0 lvm  /
  └─cl-swap 253:1    0  500m  0 lvm  [swap]
vdb         252:16   0   10g  0 disk 
vdc         252:32   0   10g  0 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@centos7-1 ~]# pvcreate /dev/vdb /dev/vdc 
  physical volume "/dev/vdb" successfully created.
  physical volume "/dev/vdc" successfully created.

[root@centos7-1 ~]# pvs         //简单查看
  pv         vg fmt  attr psize  pfree 
  /dev/vda2  cl lvm2 a--   9.51g     0 
  /dev/vdb      lvm2 ---  10.00g 10.00g
  /dev/vdc      lvm2 ---  10.00g 10.00
  
[root@centos7-1 ~]# 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               0   
  total pe              0
  free pe               0
  allocated pe          0
  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@centos7-1 ~]# vgcreate vg_storage /dev/vdb /dev/vdc        //vg_storage 自定义卷组名称
  volume group "vg_storage" successfully created

[root@centos7-1 ~]# vgdisplay 
  --- volume group ---
  vg name               vg_storage
  system id             
  format                lvm2
  metadata areas        2
  metadata sequence no  1
  vg access             read/write
  vg status             resizable
  max lv                0
  cur lv                0
  open lv               0
  max pv                0
  cur pv                2
  act pv                2
  vg size               19.99 gib
  pe size               4.00 mib
  total pe              5118
  alloc pe / size       0 / 0   
  free  pe / size       5118 / 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@centos7-1 ~]# 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@centos7-1 ~]# 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 centos7-1, 2018-11-12 11:00:28 +0800
  lv status              available
  # open                 0
  lv size                152.00 mib
  current le             38
  segments               1
  allocation             inherit
  read ahead sectors     auto
  - currently set to     8192
  block device           253:2
...........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@centos7-1 ~]# ls /dev/vg_storage/lv_vo 
/dev/vg_storage/lv_vo

[root@centos7-1 ~]# mkfs.ext4 /dev/vg_storage/lv_vo 
mke2fs 1.42.9 (28-dec-2013)
文件系统标签=
os type: linux
块大小=1024 (log=0)
分块大小=1024 (log=0)
stride=0 blocks, stripe width=0 blocks
38912 inodes, 155648 blocks
7782 blocks (5.00%) reserved for the super user
第一个数据块=1
maximum filesystem blocks=33816576
19 block groups
8192 blocks per group, 8192 fragments per group
2048 inodes per group
superblock backups stored on blocks: 
    8193, 24577, 40961, 57345, 73729
allocating group tables: 完成                            
正在写入inode表: 完成                            
creating journal (4096 blocks): 完成
writing superblocks and filesystem accounting information: 完成

[root@centos7-1 ~]# mkdir /linuxlvm
[root@centos7-1 ~]# 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@centos7-1 ~]# df -h
文件系统                      容量  已用  可用 已用% 挂载点
/dev/mapper/cl-root           9.1g  3.7g  5.4g   41% /
devtmpfs                      481m     0  481m    0% /dev
tmpfs                         497m   84k  497m    1% /dev/shm
tmpfs                         497m  7.1m  490m    2% /run
tmpfs                         497m     0  497m    0% /sys/fs/cgroup
/dev/vda1                     497m  166m  332m   34% /boot
tmpfs                         100m   16k  100m    1% /run/user/42
tmpfs                         100m     0  100m    0% /run/user/0
/dev/mapper/vg_storage-lv_vo  144m  1.6m  132m    2% /linuxlvm
[root@centos7-1 ~]# 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@centos7-1 ~]# umount /linuxlvm

第1步：把上一个实验中的逻辑卷vo扩展至300mb。

[root@centos7-1 ~]# lvextend -l 300m /dev/vg_storage/lv_vo 
  size of logical volume vg_storage/lv_vo changed from 152.00 mib (38 extents) to 300.00 mib (75 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@centos7-1 ~]# e2fsck -f /dev/vg_storage/lv_vo
pass 1: checking inodes, blocks, and sizes
pass 2: checking directory structure
pass 3: checking directory connectivity
pass 4: checking reference counts
pass 5: checking group summary information
/dev/vg_storage/lv_vo: 11/38912 files (0.0% non-contiguous), 10567/155648 blocks

[root@centos7-1 ~]# resize2fs /dev/vg_storage/lv_vo 
resize2fs 1.42.9 (28-dec-2013)
resizing the filesystem on /dev/vg_storage/lv_vo to 307200 (1k) blocks.
the filesystem on /dev/vg_storage/lv_vo is now 307200 blocks long.

第3步：重新挂载硬盘设备并查看挂载状态。

[root@centos7-1 ~]# mount -a 
[root@centos7-1 ~]# df -h
文件系统                      容量  已用  可用 已用% 挂载点
/dev/mapper/cl-root           9.1g  3.7g  5.4g   41% /
devtmpfs                      481m     0  481m    0% /dev
tmpfs                         497m   84k  497m    1% /dev/shm
tmpfs                         497m  7.1m  490m    2% /run
tmpfs                         497m     0  497m    0% /sys/fs/cgroup
/dev/vda1                     497m  166m  332m   34% /boot
tmpfs                         100m   16k  100m    1% /run/user/42
tmpfs                         100m     0  100m    0% /run/user/0
/dev/mapper/vg_storage-lv_vo  287m  2.1m  266m    1% /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@centos7-1 ~]# umount /linuxlvm/

第1步：检查文件系统的完整性

[root@centos7-1 ~]# e2fsck -f /dev/vg_storage/lv_vo 
e2fsck 1.42.9 (28-dec-2013)
pass 1: checking inodes, blocks, and sizes
pass 2: checking directory structure
pass 3: checking directory connectivity
pass 4: checking reference counts
pass 5: checking group summary information
/dev/vg_storage/lv_vo: 11/77824 files (0.0% non-contiguous), 15987/307200 blocks

第2步：把逻辑卷lv_vo的容量减小到120mb

[root@centos7-1 ~]# resize2fs /dev/vg_storage/lv_vo 120m
resize2fs 1.42.9 (28-dec-2013)
resizing the filesystem on /dev/vg_storage/lv_vo to 122880 (1k) blocks.
the filesystem on /dev/vg_storage/lv_vo is now 122880 blocks lon

[root@centos7-1 ~]# 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 (75 extents) to 120.00 mib (30 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@centos7-1 ~]# mount -a 
[root@centos7-1 ~]# df -h
文件系统                      容量  已用  可用 已用% 挂载点
/dev/mapper/cl-root           9.1g  3.7g  5.4g   41% /
devtmpfs                      481m     0  481m    0% /dev
tmpfs                         497m   84k  497m    1% /dev/shm
tmpfs                         497m  7.1m  490m    2% /run
tmpfs                         497m     0  497m    0% /sys/fs/cgroup
/dev/vda1                     497m  166m  332m   34% /boot
tmpfs                         100m   16k  100m    1% /run/user/42
tmpfs                         100m     0  100m    0% /run/user/0
/dev/mapper/vg_storage-lv_vo  113m  1.6m  103m    2% /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@centos7-1 ~]# vgdisplay 
  --- volume group ---
  vg name               vg_storage
  system id             
  format                lvm2
  metadata areas        2
  metadata sequence no  4
  vg access             read/write
  vg status             resizable
  max lv                0
  cur lv                1
  open lv               1
  max pv                0
  cur pv                2
  act pv                2
  vg size               19.99 gib
  pe size               4.00 mib
  total pe              5118
  alloc pe / size       30 / 120.00 mib
  free  pe / size       5088 / 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@centos7-1 ~]# echo "to day is good day" > /linuxlvm/today.txt

[root@centos7-1 ~]# ll /linuxlvm/
总用量 13
drwx------ 2 root root 12288 11月 12 11:04 lost+found
-rw-r--r-- 1 root root    19 11月 12 11:57 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@centos7-1 ~]# 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@centos7-1 ~]# dd if=/dev/zero of=/linuxlvm/files count=1 bs=100m 
记录了1+0 的读入
记录了1+0 的写出
104857600字节(105 mb)已复制，0.680154 秒，154 mb/秒

[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  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@centos7-1 ~]# umount /linuxlvm

[root@centos7-1 ~]# 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@centos7-1 ~]# mount -a
[root@centos7-1 ~]# 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@centos7-1 ~]# umount /linuxlvm/
[root@centos7-1 ~]# vim /etc/fstab 

#
# /etc/fstab
# created by anaconda on mon oct 29 12:25:27 2018
#
# accessible filesystems, by reference, are maintained under '/dev/disk'
# see man pages fstab(5), findfs(8), mount(8) and/or blkid(8) for more info
#
/dev/mapper/cl-root     /                       xfs     defaults        0 0
uuid=07d3a8ca-89fa-4011-837d-47ac9f7660c4 /boot                   xfs     defaults        0 0
/dev/mapper/cl-swap     swap                    swap    defaults        0 0
/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@centos7-1 ~]# 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@centos7-1 ~]# vgremove vg_storage 
  volume group "vg_storage" successfully removed

第4步：删除物理卷设备。

[root@centos7-1 ~]# 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）。