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LVM逻辑卷管理器详解

[日期:2019-03-29] 来源:cnblogs.com/yanjieli  作者:yanjieli [字体: ]

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)。

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