Linux系统LVM逻辑卷管理

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逻辑卷管理（Logical Volume Management，简称LVM）是一种在Linux系统上管理磁盘存储的技术，它允许用户将多个物理硬盘上的存储空间组合成逻辑卷，并在需要时对其进行动态管理。LVM提供了灵活性、可扩展性和数据保护性，使得存储管理更加方便和高效。

LVM基于几个核心概念：

物理卷（Physical Volume，简称PV）：物理卷是磁盘或磁盘分区，可以被LVM管理。它可以是整个磁盘，也可以是磁盘的一个分区。

卷组（Volume Group，简称VG）：卷组是由一个或多个物理卷组成的存储池。它将物理卷组合在一起，提供了一个集中管理和分配存储空间的单元。

逻辑卷（Logical Volume，简称LV）：逻辑卷是从卷组中分配出来的独立的存储区域，类似于传统硬盘上的分区。逻辑卷可以按需调整大小，并且可以扩展到跨越多个物理卷。

物理卷处于LVM的最底层，它们可以是实际物理硬盘上的分区或整个物理硬盘或RAID设备。卷组建立在物理卷之上，卷组建立之后便可动态添加物理卷到卷组中。逻辑卷建立在卷组之上，卷组中的未分配空间可以用于建立新的逻辑卷，逻辑卷建立后便可动态地扩展或缩小空间。

与基本分区相比，逻辑卷最大的优势是可以进行扩容与数据迁移，并且所有操作都是在线的，即不需要卸载文件系统。

1、创建物理卷

pvcreate命令用于将物理设备（如硬盘或分区）标记为LVM物理卷，使其可以被逻辑卷管理器（LVM）使用。以下是pvcreate命令常用的参数：

-f：强制执行操作，即使设备已经被标记为LVM物理卷。

-y：自动回答“是”对所有提示，默认为“否”。

-v：显示详细的操作过程和信息。

-d：禁用LVM写入设备的元数据。

-ff：强制执行操作，并删除任何可能存在的旧的LVM元数据。

-M 2：指定元数据备份级别，其中1表示单个备份，2表示多个备份（默认为2）。

-n：不要创建物理卷。

下面通过pvcreate将一个磁盘初始化为物理卷

#查看当前可用磁盘
[root@localhost ~]# lsblk
NAME            MAJ:MIN RM  SIZE RO TYPE MOUNTPOINT
sda               8:0    0   20G  0 disk 
├─sda1            8:1    0    1G  0 part /boot
└─sda2            8:2    0   19G  0 part 
  ├─centos-root 253:0    0   17G  0 lvm  /
  └─centos-swap 253:1    0    2G  0 lvm  [SWAP]
sdb               8:16   0   20G  0 disk 
sr0              11:0    1  4.3G  0 rom  /run/media/root/CentOS 7 x86_64
#将可用磁盘初始化为物理卷
[root@localhost ~]# pvcreate /dev/sdb

  Physical volume "/dev/sdb" successfully created.

物理卷创建成功之后，可以通过pvscan命令查看创建结果

[root@localhost ~]# pvscan
  PV /dev/sda2   VG centos          lvm2 [<19.00 GiB / 0    free]
  PV /dev/sdb                       lvm2 [20.00 GiB]
  Total: 2 [<39.00 GiB] / in use: 1 [<19.00 GiB] / in no VG: 1 [20.00 GiB]

2、创建卷组

vgcreate命令用于创建LVM卷组（Volume Group），将多个物理卷（Physical Volumes）组合在一起形成逻辑卷管理器（LVM）的逻辑卷组。以下是vgcreate命令常用的参数：

-v：显示详细的操作过程和信息。

-s PE_SIZE：指定物理区块（Physical Extent）的大小。默认情况下，PE大小为4MB。

-c：启用磁盘扫描和磁盘上的校验和功能。

-f：强制执行操作，即使卷组名称已经存在。

-A y/n：设置是否自动激活卷组（自动激活将在系统启动时自动激活卷组）。

-M 2：指定元数据备份级别，其中1表示单个备份，2表示多个备份（默认为2）。

-p PE_START：PE是卷组中的储存单位，默认大小为4MB。

下面通过vgcreate将物理卷整合为卷组

[root@localhost ~]# vgcreate datavg /dev/sdb
  Volume group "datavg" successfully created

3、查看卷组

pvscan命令用于扫描系统中的物理卷（Physical Volumes）并显示它们的信息。以下是pvscan命令常用的参数：

-d：禁用磁盘扫描，只显示已知的物理卷。

-h：显示帮助信息，列出pvscan命令的参数选项和用法。

-i：显示物理卷的详细信息，包括物理卷名称、卷组名称、物理卷大小、物理卷的UUID等。

-v：显示详细的操作过程和信息。

-s：显示扫描磁盘的摘要信息，包括扫描的磁盘数、扫描到的物理卷数等。

-a：扫描所有可用的物理卷，包括未激活的物理卷。

卷组创建完成之后，可以通过pvscan命令查看创建结果

[root@localhost ~]# pvscan
  PV /dev/sda2   VG centos          lvm2 [<19.00 GiB / 0    free]
  PV /dev/sdb    VG datavg          lvm2 [<20.00 GiB / <20.00 GiB free]
  Total: 2 [38.99 GiB] / in use: 2 [38.99 GiB] / in no VG: 0 [0   ]

通过pvscan命令只能查看到卷组的大致信息，如需查看卷组的详细信息可以通过vgdisplay命令查看

[root@localhost ~]# vgdisplay datavg
  --- Volume group ---
  VG Name               datavg
  System ID             
  Format                lvm2
  Metadata Areas        1
  Metadata Sequence No  3
  VG Access             read/write
  VG Status             resizable
  MAX LV                0
  Cur LV                2
  Open LV               2
  Max PV                0
  Cur PV                1
  Act PV                1
  VG Size               <20.00 GiB
  PE Size               4.00 MiB
  Total PE              5119
  Alloc PE / Size       50 / 200.00 MiB
  Free  PE / Size       5069 / 19.80 GiB
  VG UUID               gQrVqu-zh0o-P0u7-x0Nu-TMgE-bbcV-puCAgD

4、创建逻辑卷

lvcreate命令用于创建逻辑卷（Logical Volume）。以下是lvcreate命令常用的参数：

-L size：指定逻辑卷的大小。可以使用单位来表示大小，例如M（兆字节）、G（千兆字节）等。

-n name：指定逻辑卷的名称。

-v：显示详细的操作过程和信息。

-y：在创建逻辑卷时不进行确认提示，直接执行。

-i number：指定逻辑卷的副本数。创建有多个副本的逻辑卷时使用。

-I size：指定逻辑卷的镜像区域大小。

-m Mirrors：指定逻辑卷的镜像数。

-c chunk size：指定逻辑卷的块大小。

下面通过lvcreate在卷组中创建出一个逻辑卷。

[root@localhost ~]# lvcreate -L 100M -n lv1 datavg
  Logical volume "lv1" created.

上述示例中，在卷组datavg中创建了一个大小为100M，命名为lv1的逻辑卷。其中，-L参数用于指定逻辑卷的大小，若是使用-l参数则需要指定以PE为单位的逻辑卷容量，示例代码如下。

[root@localhost ~]# lvcreate -l 25 -n lv2 datavg
  Logical volume "lv2" created.

由于一个PE单位的容量默认为4M，所以此处配置逻辑卷lv2的大小为25个PE单位，也就是100M。

逻辑卷创建完成之后，查看当前逻辑卷

[root@localhost ~]# lvscan
  ACTIVE            '/dev/centos/swap' [2.00 GiB] inherit
  ACTIVE            '/dev/centos/root' [<17.00 GiB] inherit
  ACTIVE            '/dev/datavg/lv1' [100.00 MiB] inherit
  ACTIVE            '/dev/datavg/lv2' [100.00 MiB] inherit

5、挂载逻辑卷

在挂载逻辑卷之前，将需要挂载的逻辑卷进行格式化

#将lv1进行ext4格式化
[root@localhost ~]# mkfs.ext4 /dev/datavg/lv1
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
25688 inodes, 102400 blocks
5120 blocks (5.00%) reserved for the super user
第一个数据块=1
Maximum filesystem blocks=33685504
13 block groups
8192 blocks per group, 8192 fragments per group
1976 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 
#将lv2进行xfs格式化
[root@localhost ~]# mkfs.xfs /dev/datavg/lv2
meta-data=/dev/datavg/lv2        isize=512    agcount=4, agsize=6400 blks
         =                       sectsz=512   attr=2, projid32bit=1
         =                       crc=1        finobt=0, sparse=0
data     =                       bsize=4096   blocks=25600, imaxpct=25
         =                       sunit=0      swidth=0 blks
naming   =version 2              bsize=4096   ascii-ci=0 ftype=1
log      =internal log           bsize=4096   blocks=855, version=2
         =                       sectsz=512   sunit=0 blks, lazy-count=1
realtime =none                   extsz=4096   blocks=0, rtextents=0

在挂载逻辑卷时并不需要UUID，使用设备名称即可，因为逻辑卷的名称不会发生改变。

创建两个挂载点。

[root@localhost ~]# mkdir -p /mnt/lv01 /mnt/lv02

有了挂载点之后，将挂载信息写入到/etc/fstab文件中

[root@localhost ~]# cat /etc/fstab 

#
# /etc/fstab
# Created by anaconda on Wed Apr  8 14:30:29 2020
#
# 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/centos-root /                       xfs     defaults        0 0
UUID=214c5b00-13fb-46da-b59f-7fef6b85ada3 /boot                   xfs     defaults        0 0
/dev/mapper/centos-swap swap                    swap    defaults        0 0
/dev/datavg/lv1 /mnt/lv01 ext4 defaults 0 0 
/dev/datavg/lv2 /mnt/lv02 nfs  defaults 0 0

逻辑卷挂载完成之后，读取配置并查看挂载结果。

[root@localhost ~]# mount -a
[root@localhost ~]# df -Th
文件系统                类型      容量  已用  可用 已用% 挂载点
/dev/mapper/centos-root xfs        17G  5.9G   12G   35% /
devtmpfs                devtmpfs  470M     0  470M    0% /dev
tmpfs                   tmpfs     487M     0  487M    0% /dev/shm
tmpfs                   tmpfs     487M  8.6M  478M    2% /run
tmpfs                   tmpfs     487M     0  487M    0% /sys/fs/cgroup
/dev/sda1               xfs      1014M  166M  849M   17% /boot
tmpfs                   tmpfs      98M  4.0K   98M    1% /run/user/42
tmpfs                   tmpfs      98M   24K   98M    1% /run/user/0
/dev/sr0                iso9660   4.3G  4.3G     0  100% /run/media/root/CentOS 7 x86_64
/dev/mapper/datavg-lv1  ext4       93M  1.6M   85M    2% /mnt/lv01
/dev/mapper/datavg-lv2  nfs        93M  1.6M   85M    2% /mnt/lv02

此时逻辑卷lv1与lv2已经成功挂载到目录/mnt/lv01与/mnt/lv02中。

6、卷组扩容

当逻辑卷的空间不足时，可以进行扩容，但在扩容逻辑卷之前需要保证卷组具备充足的空间。若是卷组的空间不足，可以先将卷组进行扩容。

将新磁盘初始化为物理卷，并添加到卷组中。

[root@localhost ~]# vgextend datavg /dev/sdc
  Physical volume "/dev/sdc" successfully created.
  Volume group "datavg" successfully extended

上述示例中，并没有将sdc初始化为物理卷，而是直接将其添加到卷组中，但系统便默认将其初始化为物理卷又将其添加至卷组中。

卷组扩容完成之后，查看卷组中的物理卷。

[root@localhost ~]# pvs
  PV         VG     Fmt  Attr PSize   PFree  
  /dev/sda2  centos lvm2 a--  <19.00g      0 
  /dev/sdb   datavg lvm2 a--  <20.00g  19.80g
  /dev/sdc   datavg lvm2 a--  <20.00g <20.00g

7、逻辑卷扩容

lvextend命令用于扩展逻辑卷（Logical Volume）的大小。以下是lvextend命令常用的参数：

-L size：指定逻辑卷的新大小。可以使用单位来表示大小，例如M（兆字节）、G（千兆字节）等。

-l extents：指定逻辑卷的新大小，以卷组中的扩展数为单位。

-n name：指定逻辑卷的名称。

-v：显示详细的操作过程和信息。

-r：在扩展逻辑卷后自动调整文件系统大小。

将逻辑卷lv1的容量扩容到500M。

[root@localhost ~]# lvextend -L 500M /dev/datavg/lv1
  Size of logical volume datavg/lv1 changed from 100.00 MiB (25 extents) to 500.00 MiB (125 extents).
  Logical volume datavg/lv1 successfully resized.

为逻辑卷lv2增加400M的容量。

[root@localhost ~]# lvextend -L +400M /dev/datavg/lv2
  Size of logical volume datavg/lv2 changed from 100.00 MiB (25 extents) to 500.00 MiB (125 extents).
  Logical volume datavg/lv2 successfully resized.

逻辑卷扩容完成之后，查看扩容结果。

[root@localhost ~]# df -Th
文件系统                类型      容量  已用  可用 已用% 挂载点
/dev/mapper/centos-root xfs        17G  5.9G   12G   35% /
devtmpfs                devtmpfs  470M     0  470M    0% /dev
tmpfs                   tmpfs     487M     0  487M    0% /dev/shm
tmpfs                   tmpfs     487M  8.6M  478M    2% /run
tmpfs                   tmpfs     487M     0  487M    0% /sys/fs/cgroup
/dev/sda1               xfs      1014M  166M  849M   17% /boot
/dev/mapper/datavg-lv1  ext4       93M  1.6M   85M    2% /mnt/lv01
/dev/mapper/datavg-lv2  xfs        97M  5.3M   92M    6% /mnt/lv02
tmpfs                   tmpfs      98M  4.0K   98M    1% /run/user/42
tmpfs                   tmpfs      98M   24K   98M    1% /run/user/0
/dev/sr0                iso9660   4.3G  4.3G     0  100% /run/media/root/CentOS 7 x86_64

此时逻辑卷的容量并没有得到提升，这是由于没有对文件系统进行扩容。

8、文件系统扩容

将逻辑卷比作一间教室，文件系统比作桌椅，数据比作学生。学生数量增加，就需要扩大教室的空间，但扩大教室的空间还是不够的，还需要增加桌椅供学生使用，文件系统扩容就相当于增加桌椅的数量。

在Linux下，不同的文件系统有不同的扩容方式。下面列出了几种常见的文件系统以及对应的扩容方式：

1、Ext2/Ext3/Ext4文件系统：

使用resize2fs命令来扩展文件系统大小。例如，resize2fs /dev/sdb1将扩展/dev/sdb1上的Ext2/Ext3/Ext4文件系统。

2、XFS文件系统：

使用xfs_growfs命令来扩展文件系统大小。例如，xfs_growfs /mnt将扩展/mnt上的XFS文件系统。

3、Btrfs文件系统：

使用btrfs filesystem resize命令来扩展文件系统大小。例如，btrfs filesystem resize +2G /mnt将/mnt上的Btrfs文件系统扩展2GB。

4、ZFS文件系统：

使用zpool和zfs命令来扩展文件系统大小。首先使用zpool命令扩展存储池的容量，然后使用zfs命令扩展具体的ZFS文件系统。

此处逻辑卷lv1的文件系统为ext4，则需要resize2fs命令进行扩容。

[root@localhost ~]# resize2fs /dev/datavg/lv1
resize2fs 1.42.9 (28-Dec-2013)
Filesystem at /dev/datavg/lv1 is mounted on /mnt/lv01; on-line resizing required
old_desc_blocks = 1, new_desc_blocks = 4
The filesystem on /dev/datavg/lv1 is now 512000 blocks long.

逻辑卷lv2的文件系统为xfs，则需要xfs_growfs命令进行扩容。

[root@localhost ~]# xfs_growfs /dev/datavg/lv2
meta-data=/dev/mapper/datavg-lv2 isize=512    agcount=4, agsize=6400 blks
         =                       sectsz=512   attr=2, projid32bit=1
         =                       crc=1        finobt=0 spinodes=0
data     =                       bsize=4096   blocks=25600, imaxpct=25
         =                       sunit=0      swidth=0 blks
naming   =version 2              bsize=4096   ascii-ci=0 ftype=1
log      =internal               bsize=4096   blocks=855, version=2
         =                       sectsz=512   sunit=0 blks, lazy-count=1
realtime =none                   extsz=4096   blocks=0, rtextents=0
data blocks changed from 25600 to 128000

将逻辑卷的文件系统扩容之后，再次查看逻辑卷容量。

[root@localhost ~]# df -Th
文件系统                类型      容量  已用  可用 已用% 挂载点
/dev/mapper/centos-root xfs        17G  5.9G   12G   35% /
devtmpfs                devtmpfs  470M     0  470M    0% /dev
tmpfs                   tmpfs     487M     0  487M    0% /dev/shm
tmpfs                   tmpfs     487M  8.6M  478M    2% /run
tmpfs                   tmpfs     487M     0  487M    0% /sys/fs/cgroup
/dev/sda1               xfs      1014M  166M  849M   17% /boot
/dev/mapper/datavg-lv1  ext4      481M  2.3M  456M    1% /mnt/lv01
/dev/mapper/datavg-lv2  xfs       497M  6.0M  491M    2% /mnt/lv02
tmpfs                   tmpfs      98M  4.0K   98M    1% /run/user/42
tmpfs                   tmpfs      98M   24K   98M    1% /run/user/0
/dev/sr0                iso9660   4.3G  4.3G     0  100% /run/media/root/CentOS 7 x86_64

9、卷组缩减

当磁盘空间不足时，可以减少卷组所占空间，即删除卷组中的物理卷。如果需要删除的物理卷中存有数据，需要将数据迁移到其他物理卷中，但也要保证目标物理卷有足够的空间储存迁移的数据。

pvmove命令用于在物理卷（Physical Volume，PV）之间移动数据。它的常用参数包括：

-n：执行预览操作，显示移动数据的计划，而不实际执行移动。

-v：显示详细的移动操作过程。

-i：在移动之前进行交互式确认，以便用户可以确认移动操作。

-b：在后台执行移动操作，允许用户继续其他操作。

-M：在移动之后，更新相关物理卷和卷组（Volume Group，VG）的元数据。

-t：指定移动数据的目标物理卷。

将物理卷sdb中的数据迁移到物理卷sdc中。

[root@localhost ~]# pvmove /dev/sdb /dev/sdc
  /dev/sdb: Moved: 4.80%
  /dev/sdb: Moved: 10.00%
  /dev/sdb: Moved: 50.00%
  /dev/sdb: Moved: 60.00%
  /dev/sdb: Moved: 100.00%

通过vgreduce命令将sdb物理卷从卷组中删除。

[root@localhost ~]# vgreduce datavg /dev/sdb
  Removed "/dev/sdb" from volume group "datavg"

10、删除逻辑卷

lvremove命令用于删除逻辑卷（Logical Volume，LV）。它的常用参数包括：

-v：显示详细的删除操作过程。

-f：强制删除逻辑卷，忽略警告和确认提示。

-A：在删除逻辑卷之前进行交互式确认。

-d：在删除逻辑卷之前执行预览操作，显示删除的计划，而不实际执行删除。

将多余的逻辑卷删除。

#解除挂载
[root@localhost ~]# umount /dev/datavg/lv2
#删除逻辑卷
[root@localhost ~]# lvremove /dev/datavg/lv2
Do you really want to remove active logical volume datavg/lv2? [y/n]: y
  Logical volume "lv2" successfully removed

在lvremove命令中添加-f参数，强制删除多余的逻辑卷。

[root@localhost ~]# umount /dev/datavg/lv1 
[root@localhost ~]# lvremove -f /dev/datavg/lv1 
  Logical volume "lv1" successfully removed

由于在创建逻辑卷时的创建顺序是物理卷、卷组与逻辑卷，所以在删除物理卷时的删除顺序应为逻辑卷、卷组与物理卷。

结束!如有不足之处，欢迎指正！

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