Linux操作系统之逻辑卷管理LVM详解
作者：酷可达拉斯
Linux系统中，随着数据量的不断增长，单个物理硬盘或单个磁盘分区因磁盘空间有限，可能无法满足数据存储需求。
为解决磁盘空间不足问题，Linux引入了逻辑卷管理（LVM）技术，允许用户灵活地管理和扩展存储资源。
逻辑卷管理 LVM（Logical Volume Manager）是Linux系统下的一个逻辑卷管理工具，它提供了一个抽象层，允许用户对物理硬盘进行更灵活的管理。
LVM通过将物理硬盘或磁盘分区转换为物理卷（PV），然后将物理卷组合成卷组（VG），最后在卷组上创建逻辑卷（LV）来实现对存储资源的灵活管理。
一、LVM术语
物理卷（PV, Physical Volume）
物理卷就是指磁盘、磁盘分区或从逻辑上和磁盘分区具有同样功能的设备(如RAID)，是LVM的基本存储逻辑块，但和基本的物理存储介质（如分区、磁盘等）比较，却包含有和LVM相关的管理参数。
比如你新添加了一块磁盘 /dev/sdb, 那么你可以将整块磁盘/dev/sdb 标记成一个PV，也可以先对/dev/sdb 分区，如分了两个主分区/dev/sdb1 和 /dev/sdb2 ，然后将这两个分区/dev/sdb1 和 /dev/sdb2 分别标记成一个PV。
卷组（VG, Volume Group）
LVM卷组类似于非LVM系统中的物理硬盘，其由物理卷组成，相当于磁盘容量总和的一个存储池。能在卷组上创建一个或多个“LVM分区”（逻辑卷），LVM卷组由一个或多个物理卷组成。
逻辑卷（LV, Logical Volume）
LVM的逻辑卷类似于非LVM系统中的硬盘分区，在逻辑卷之上能建立文件系统(比如/tmp或/var等)。
PE（physical extent)
每一个物理卷被划分为称为PE(Physical Extents)的基本单元，具有唯一编号的PE是可以被LVM寻址的最小单元。PE的大小是可配置的，默认为4MB。
LE（logical extent）
逻辑卷也被划分为被称为LE(Logical Extents) 的可被寻址的基本单位。在同一个卷组中，LE的大小和PE是相同的，并且一一对应。
总的来说， 使用LVM 机制创建一个LV 的过程是：一块硬盘（物理存储介质）被格式化为物理卷（physical volume)，其内部被分成若干个默认大小为4M的PE（physical extent），然后在PV的基础上创建卷组（Volume Group），可以把一个或者多个PV加到VG中，VG就好像一个空间池，有多少个PV，VG就有多大的容量，最后基于VG创建逻辑卷（logical volume） ，一个逻辑卷就是若干个PE，然后将LV格式化再挂载（将LV当成传统磁盘划分里面的磁盘分区)。
二、LVM卷类型
在 LVM 中，您可以选择使用线性逻辑卷（Linear LV）或条带逻辑卷（Striped LV）来管理存储空间。这两种方式在磁盘资源的利用和性能方面有所不同。
线性逻辑卷（Linear LV）
线性逻辑卷是 LVM 中的一种基本形式，它将物理卷上的数据按照线性顺序进行存储。换句话说，数据从一个物理卷的末尾延伸到下一个物理卷的开始，依次类推，直到所有物理卷都被使用完毕。
特点：
- 数据按照线性顺序存储，从一个物理卷延伸到下一个物理卷。
- 简单直观，易于管理。
- 适用于小型环境或者对数据读取顺序要求不高的场景。
条带逻辑卷（Striped LV）
条带逻辑卷是一种高级形式的逻辑卷，它将数据分布在多个物理卷之间，以提高读写性能和并发能力，数据被分成固定大小的条带（或块），依次存储在不同的物理卷上。
特点：
- 数据被分割成条带，并分布在多个物理卷上，增加了读写并发能力和性能。
- 更好地利用了磁盘资源，提高了磁盘IO
- 适用于对性能要求较高、需要大量并发读写操作的场景。
数据安全性对比
线性逻辑卷和条带逻辑卷在数据安全性上差异显著，主要体现在故障影响范围和数据恢复可能性上。
线性卷在磁盘故障时仍有望恢复部分数据，而条带卷一旦有一块磁盘损坏，则可能导致卷内所有数据的丢失。
| 特性维度 | 线性逻辑卷 (Linear Logical Volume) | 条带逻辑卷 (Striped Logical Volume) |
|---|---|---|
| 基本原理 | 数据按顺序写入磁盘，写满第一个才写入第二个 | 数据被分割成小块（条带），并行写入多个磁盘，类似RAID 0 |
| 主要目标 | 方便地聚合多个磁盘的存储空间 | 追求极致I/O性能，通过并行读写提升吞吐量 |
| 数据安全性 | 提供有限的数据恢复可能性 | 灾难性数据丢失风险极高 |
| 故障影响 | 单个磁盘故障，仅损失该磁盘上的数据 | 单个磁盘故障，可能导致整个卷的数据都不可访问或损坏 |
| 数据恢复 | 有机会恢复幸存的、未被损坏的文件 | 几乎所有文件都会丢失，恢复难度极大 |
| 应用场景 | 通用存储、文件服务器（对性能要求不高） | 高性能计算、数据库日志、临时数据（单点故障影响小的场景） |
综上，不过是线性卷还是条带卷都不适合存储对数据安全性要求高的数据，只适合存储一些对容量要求较高，对数据安全性风险要求低或可有可无的数据，如应用日志。
三、LVM操作
硬盘分区
首先，使用fdisk、parted等工具检测系统中的新硬盘，并对其进行分区，根据需要选择合适的分区类型和大小，不分区也可用整块磁盘创建物理卷，所以分区不是必选项，看实际情况而定。
创建物理卷
使用pvcreate命令将新硬盘的分区转换成物理卷（PV）。例如，假设新硬盘的设备路径为/dev/sdc和/dev/sde，执行以下命令将其转换为物理卷：
pvcreate /dev/sdc /dev/sde
创建卷组
使用vgcreate命令将创建好的物理卷处理成卷组（VG）。例如，创建一个名为testvg的卷组，包含/dev/sdc和/dev/sde这两个物理卷：
vgcreate testvg /dev/sdc /dev/sde
创建逻辑卷
使用lvcreate命令将卷组分成若干个逻辑卷（LV）。例如，在myvg卷组上创建一个名为mylv的逻辑卷，大小为10GB：
lvcreate -L 10G -n testlv testvg
格式化逻辑卷
使用mkfs命令对逻辑卷进行格式化，以便存储数据。例如，将testlv逻辑卷格式化为ext4文件系统：
mkfs.ext4 /dev/testvg/testlv
挂载逻辑卷
创建一个目录作为逻辑卷的挂载点，然后使用mount命令将逻辑卷挂载到该目录。例如，将testlv逻辑卷挂载到/testdir目录：
mkdir /testdir echo "/dev/testvg/testlv /testdir ext4 defaults 0 0" >> /etc/fstab mount -a df -h
现在，新硬盘已经成功挂载到Linux系统中，并且可以通过LVM进行灵活的管理和扩展。
四、LVM扩容操作
当需要扩展逻辑卷的大小时，可以使用lvextend命令进行扩容。例如，将testlv逻辑卷的大小扩展为20GB：
lvextend -L 20G /dev/testvg/testlv
扩容后，需要更新文件系统的容量以识别新的空间。对于ext2、ext3、ext4文件系统，可以使用resize2fs命令；对于xfs文件系统，可以使用xfs_growfs命令。例如，更新testlv逻辑卷上的ext4文件系统：
resize2fs /dev/testvg/testlv
testlv逻辑卷的大小已经成功扩展为20GB，并且文件系统已经更新了容量。
若LV使用的是xfs文件系统，例如，更新testlv2逻辑卷上的xfs文件系统则执行以下命令进行更新：
xfs_growfs /dev/testvg/testlv2
完成以上步骤后，testlv2逻辑卷的大小已经成功扩展为20GB，并且文件系统已经更新了容量。
五、LVM常用命令
pvdisplay #显示物理卷的属性信息 vgdisplay [卷组名] #显示卷组的属性信息 lvdisplay #查看逻辑卷属性信息 pvs #查看卷组 lvs #查看逻辑卷 pvcreate #创建物理卷 vgcreate 卷组名 物理卷全路径名[物理卷全路径名] #创建卷组 lvcreate #创建逻辑卷 vgrename 原卷组名 新卷组名 #卷组重命名 vgcfgbackup [卷组名] #把卷组中的VGDA信息备份到“/etc/lvmconf”目录中的文件 vgcfgrestore -n 卷组名 物理卷全路命名 #从备份文件中必得指定物理卷的信息卷组的建立与删除命令 vgremove 卷组名 #删除卷组 vgextend 卷组名 物理卷全路径名[物理卷全路径名] #将物理卷加入卷组 vgreduce 卷组名 物理卷全路径名[物理卷全路径名] #将物理卷从卷组中移除 lvremove #删除逻辑卷 lvextend -L|--size +逻辑卷大小增量 逻辑卷全路径名 lvreduce q -L|--size +逻辑卷减小量 逻辑卷全路径名 pvremove #移除物理卷 lvscan #扫描逻辑卷 pvmove /dev/sdb /dev/sdd #迁移pv,可以不停机检修
总结
以上为个人经验，希望能给大家一个参考，也希望大家多多支持脚本之家。