Linux中LVM逻辑卷管理 – 运维那点事

LVM逻辑卷

逻辑卷管理（LVM）指系统将物理卷管理抽象到更高的层次，常常会形成更简单的管理模式。通过使用 LVM，所有物理磁盘和分区，无论它们的大小和分布方式如何，都被抽象为单一存储（single storage）源。

LVM 可以将分区和磁盘聚合成一个虚拟磁盘（virtual disk），从而用小的存储空间组成一个统一的大空间。这个虚拟磁盘在 LVM 术语中称为卷组（volume group）。

LVM2 是一个新的用户空间工具集，它为 Linux 提供逻辑卷管理功能。它完全向后兼容原来的 LVM 工具集。

LVM的结构

LVM被组织为三种元素：

卷（Volume）：物理和逻辑卷和卷组

区段（Extent）：物理和逻辑区段

设备映射器（Device mapper）：Linux内核模块

卷（Volume）：Linux LVM 组织为物理卷（PV）、卷组（VG）和逻辑卷（LV）。物理卷是物理磁盘或物理磁盘分区（比如 /dev/hda 或 /dev/hdb1）。卷组是物理卷的集合。卷组可以在逻辑上划分成多个逻辑卷。

区段（Extent）：为了实现 n-to-m 物理到逻辑卷映射，PV 和 VG 的基本块必须具有相同的大小；这些基本块称为物理区段（PE）和逻辑区段（LE）。尽管 n 个物理卷映射到 m 个逻辑卷，但是 PE 和 LE 总是一对一映射的。在使用 LVM2 时，对于每个 PV/LV 的最大区段数量并没有限制。默认的区段大小是 4MB，对于大多数配置不需要修改这个设置，因为区段的大小并不影响 I/O 性能。但是，区段数量太多会降低 LVM 工具的效率，所以可以使用比较大的区段，从而降低区段数量。但是注意，在一个 VG 中不能混用不同的区段大小，而且用 LVM 修改区段大小是一种不安全的操作，会破坏数据。所以建议在初始设置时选择一个区段大小，以后不再修改。不同的区段大小意味着不同的 VG 粒度。例如，如果选择的区段大小是 4GB，那么只能以 4GB 的整数倍缩小或扩展 LV。

物理PE到逻辑LE区段的映射图

Linux中LVM逻辑卷管理

另外，请注意图中的区段分配策略。LVM2 并非总是连续分配 PE；细节参见关于 lvm 的 Linux 手册页（见参考资料中的链接）。系统管理员可以设置不同的分配策略，但是一般不需要这么做，因为默认策略（名为一般分配策略（normal allocation policy））使用符合常规的规则，比如不把并行的条带放在同一物理卷上。

设备映射器（Device mapper）：是一个 Linux 内核模块（也可以是内置的），最早出现在 2.6.9 内核中。它的作用是对设备进行映射 —— LVM2 必须使用这个模块。DM（device mapper）模块支持如镜像，LVM快照，磁盘访问多路径，LVM2逻辑卷，软RAID功能。在大多数主流发行版中，设备映射器会被默认安装。在创建 VG 和 LV 时，可以给它们起一个有意义的名称。设备映射器的作用就是将这些名称正确地映射到物理设备。设备映射器会在/dev文件系统中创建下面的设备节点：/dev/VG0/LV0 会是/dev/mapper/VG0-LV0节点的链接。

LVM的管理命令

物理卷管理（PV）

pvcreate /dev/sda5  #创建物理卷
pvremove /dev/sda5  #删除一个物理卷数据都会丢失
pvmove /dev/sda5    #移除一个物理卷的数据到其他物理卷
pvscan              #扫描物理卷
pvs                 #显示物理卷信息

pvcreate /dev/sda5 #创建物理卷

pvremove /dev/sda5 #删除一个物理卷数据都会丢失

pvmove /dev/sda5 #移除一个物理卷的数据到其他物理卷

pvscan #扫描物理卷

pvs #显示物理卷信息

卷组管理VG

vgcreate VG_NAME /dev/PV       #创建卷组根据PV
vgcreate -s # VG_NAME /dev/PV  #创建卷组指定PE大小默认4M
vgremove VG_NAME               #删除卷组
vgrename VG_NAME NEW_NAME      #重命名卷组
vgreduce VG_NAME /dev/VG       #在卷组中减少物理卷；要先移除数据
vgextend VG_NAME /dev/VG       #在卷组中扩展物理卷
vgscan                         #扫描卷组
vgs                            #显示卷组

vgcreate VG_NAME /dev/PV #创建卷组根据PV

vgcreate -s # VG_NAME /dev/PV #创建卷组指定PE大小默认4M

vgremove VG_NAME #删除卷组

vgrename VG_NAME NEW_NAME #重命名卷组

vgreduce VG_NAME /dev/VG #在卷组中减少物理卷；要先移除数据

vgextend VG_NAME /dev/VG #在卷组中扩展物理卷

vgscan #扫描卷组

vgs #显示卷组

逻辑卷管理LV

lvcreate -L +10G -n LV_NAME VG_NAME  #创建逻辑卷
lvremove /dev/VG/LV                  #删除逻辑卷
lvscan                               #扫描卷组
lvs                                  #查看逻辑卷信息

lvcreate -L +10G -n LV_NAME VG_NAME #创建逻辑卷

lvremove /dev/VG/LV #删除逻辑卷

lvscan #扫描卷组

lvs #查看逻辑卷信息

扩展LV

lvextend -L +10G /dev/VG_NAME/LV_NAME   #扩展逻辑卷
resize2fs -p /dev/VG_NAME/LV_NAME       #扩展逻辑边界到物理边界

1 2	lvextend -L +10G /dev/VG_NAME/LV_NAME #扩展逻辑卷 resize2fs -p /dev/VG_NAME/LV_NAME #扩展逻辑边界到物理边界

缩减LV

1）不能在线缩减需先卸载：命令（df -lh）

2）确保缩减后的空间依然可以存储原有的所有数据：命令（umount）

3）在缩减之前应该先强行检查文件，以确保文件系统处于一致性状态：命令（fce2fs -f）

然后先缩减逻辑边界，在缩减物理边界

resize2fs /dev/VG_NAME/LV_NAME 10G     #缩减逻辑边界至10G
lvreduce -L 10G /dev/VG_NAME/LV_NAME   #缩减物理边界至10G

1 2	resize2fs /dev/VG_NAME/LV_NAME 10G #缩减逻辑边界至10G lvreduce -L 10G /dev/VG_NAME/LV_NAME #缩减物理边界至10G

实例：创建一个逻辑卷并挂载使用

1.先创建两个主分区类型为8e
[root@localhost ~]# fdisk /dev/sdb
Command (m for help): n
Command action
   e   extended
   p   primary partition (1-4)
p
Partition number (1-4): 1
First cylinder (1-2610, default 1): 
Using default value 1
Last cylinder, +cylinders or +size{K,M,G} (1-2610, default 2610): +5G
 
Command (m for help): t
Partition number (1-4): 1
Hex code (type L to list codes): 8e
Changed system type of partition 1 to 8e (Linux LVM)
[root@localhost ~]# partprobe
[root@localhost ~]# cat /proc/partitions | grep sdb
   8       16   20971520 sdb
   8       17    5253223 sdb1

2.创建物理卷
[root@localhost ~]# pvcreate /dev/sdb1

3.创建卷组，组名vg
[root@localhost ~]# vgcreate vg /dev/sdb1

4.创建逻辑卷，卷名lv，大小2G
[root@localhost ~]# lvcreate -L +2G -n lv vg

5.格式化逻辑卷
[root@localhost ~]# mkfs -t ext3 /dev/vg/lv

6.挂载逻辑卷
[root@localhost ~]# mount /dev/vg/lv /mnt/
[root@localhost ~]# df -H | grep /mnt
/dev/mapper/vg-lv             2.2G   71M  2.0G   4% /mnt

7.自动挂载逻辑卷（/etc/fstab文件中添加一行）
/dev/vg/lv  /tmp   ext3  defaults  0 2

8.扩展逻辑卷
[root@localhost ~]# lvextend -L +2G /dev/vg/lv
[root@localhost ~]# resize2fs -p /dev/vg/lv
[root@localhost ~]# df -H | grep /mnt
/dev/mapper/vg-lv             4.3G   72M  4.0G   2% /mnt

9.创建文件
[root@localhost ~]# mkdir /mnt/ywnds && touch /mnt/1.txt
[root@localhost ~]# ls /mnt/
lost+found  ywnds  1.txt

10.查看逻辑卷的状态
[root@localhost ~]# lvdisplay
--- Logical volume ---
LV Path                /dev/vg/lv
LV Name                lv
VG Name                vg
LV UUID                yOFy4U-1kao-o3A6-GPHd-bDko-sOPw-vwi8sV
LV Write Access        read/write
LV Creation host, time localhost.localdomain, 2015-08-25 06:08:50 +0800
LV Status              available
# open                 1
LV Size                4.00 GiB
Current LE             1024
Segments               1
Allocation             inherit
Read ahead sectors        auto
- currently set to       256
Block device           253:2

1.先创建两个主分区类型为8e

[root@localhost ~]# fdisk /dev/sdb

Command (m for help): n

Command action

e extended

p primary partition (1-4)

Partition number (1-4): 1

First cylinder (1-2610, default 1):

Using default value 1

Last cylinder, +cylinders or +size{K,M,G} (1-2610, default 2610): +5G

Command (m for help): t

Partition number (1-4): 1

Hex code (type L to list codes): 8e

Changed system type of partition 1 to 8e (Linux LVM)

[root@localhost ~]# partprobe

[root@localhost ~]# cat /proc/partitions | grep sdb

8 16 20971520 sdb

8 17 5253223 sdb1

2.创建物理卷

[root@localhost ~]# pvcreate /dev/sdb1

3.创建卷组，组名vg

[root@localhost ~]# vgcreate vg /dev/sdb1

4.创建逻辑卷，卷名lv，大小2G

[root@localhost ~]# lvcreate -L +2G -n lv vg

5.格式化逻辑卷

[root@localhost ~]# mkfs -t ext3 /dev/vg/lv

6.挂载逻辑卷

[root@localhost ~]# mount /dev/vg/lv /mnt/

[root@localhost ~]# df -H | grep /mnt

/dev/mapper/vg-lv 2.2G 71M 2.0G 4% /mnt

7.自动挂载逻辑卷（/etc/fstab文件中添加一行）

/dev/vg/lv /tmp ext3 defaults 0 2

8.扩展逻辑卷

[root@localhost ~]# lvextend -L +2G /dev/vg/lv

[root@localhost ~]# resize2fs -p /dev/vg/lv

[root@localhost ~]# df -H | grep /mnt

/dev/mapper/vg-lv 4.3G 72M 4.0G 2% /mnt

9.创建文件

[root@localhost ~]# mkdir /mnt/ywnds && touch /mnt/1.txt

[root@localhost ~]# ls /mnt/

lost+found ywnds 1.txt

10.查看逻辑卷的状态

[root@localhost ~]# lvdisplay

--- Logical volume ---

LV Path /dev/vg/lv

LV Name lv

VG Name vg

LV UUID yOFy4U-1kao-o3A6-GPHd-bDko-sOPw-vwi8sV

LV Write Access read/write

LV Creation host, time localhost.localdomain, 2015-08-25 06:08:50 +0800

LV Status available

# open 1

LV Size 4.00 GiB

Current LE 1024

Segments 1

Allocation inherit

Read ahead sectors auto

- currently set to 256

Block device 253:2

PS：最后说一下，有人可能会有疑惑，为什么挂载之后的大小跟我们分给LV的不同，这就是因为上面提到的区段PE大小的原因，因为PE和LE是一一对应的所以在创建LV时会根据PE大小的倍数进行创建。

快照卷Snapshot

Linux LVM 实现了一种称为快照（Snapshot）的特性，它的作用就像是 “拍摄” 逻辑卷在某一时刻的照片。通过使用快照，可以获得同一 LV 的两个拷贝 —— 一个可以用于备份，另一个继续用于日常操作。

快照卷的好处：

1）快照的创建非常快，不需要停止生产环境；
2）建立两个拷贝，但是它们的大小并不一样。快照使用的空间仅仅是存储两个 LV 之间的差异所需的空间；

注意事项：

3）生命周期为整个数据时长，在这段时长内，数据的增长不能超出快照卷大小；

4）快照卷是只读的；

5）快照卷应该跟原卷在同一个卷组（默认都是在VG下）；

快照卷的使用方式（接着上一个实例做）

11.为LV创建快照卷
[root@localhost ~]# lvcreate -s -L 200M -n snap /dev/vg/lv

12.查看快照卷状态
[root@localhost ~]# lvdisplay /dev/vg/snap

13.挂载快照卷（就可以复制数据进行备份了）
[root@localhost ~]# mount /dev/vg/snap /media
[root@localhost ~]# ls /media/
1.txt  lost+found  ywnds

14.移除快照卷
[root@localhost ~]# umount /media/
[root@localhost ~]# lvremove /dev/VG/SNAPSHOT

11.为LV创建快照卷

[root@localhost ~]# lvcreate -s -L 200M -n snap /dev/vg/lv

12.查看快照卷状态

[root@localhost ~]# lvdisplay /dev/vg/snap

13.挂载快照卷（就可以复制数据进行备份了）

[root@localhost ~]# mount /dev/vg/snap /media

[root@localhost ~]# ls /media/

1.txt lost+found ywnds

14.移除快照卷

[root@localhost ~]# umount /media/

[root@localhost ~]# lvremove /dev/VG/SNAPSHOT

更好的容错能力

最近的 LVM2 开发成果为逻辑卷提供了高可用性。逻辑卷可以有两个或更多的镜像，镜像可以放在不同的物理卷（或不同的设备）上。当在设备上发现 I/O 错误时，可以使用 dmeventd 让一个 PV 离线，而不会影响服务。更多信息请参考 lvcreate(8)、lvconvert(8) 和 lvchange(8) 手册页。