Linux LVM 磁盘管理
Linux-LVM 磁盘管理
1. LVM简介
LVM(Logical Volume Manager)逻辑卷管理器，是一种磁盘管理技术，它将一个或多个物理磁盘组合成一个逻辑卷，用户可以在逻辑卷上创建文件系统，就像在普通磁盘上创建文件系统一样。LVM的主要优点是可以在不停机的情况下对磁盘进行扩容，缩容，快照等操作。
简单来说，就是 LVM 可以很方便的对硬盘进行扩容，缩容操作。
2. LVM的基本概念
LVM 有几个重要概念，从上到下依次为：
- PV(Physical Volume) 物理卷，可以是硬盘，也可以是分区。
- VG(Volume Group) 卷组，由一个或多个物理卷组成，可以理解为硬盘池。
- LV(Logical Volume) 逻辑卷，由卷组分出来的逻辑磁盘，可以理解为虚拟硬盘。最终也是将它挂载到文件系统上。
- PE(Physical Extent) 物理区块，物理卷和逻辑卷的最小单位，一般为4M。
- LE(Logical Extent) 逻辑区块，逻辑卷的最小单位，一般为4M。
PV、VG、LV的关系如下图所示：
3. LVM的基本操作
3.1. 创建物理卷 PV
首先可以使用 fdisk -l 或者 lsblk 查看当前系统的磁盘信息，如下图所示 (lsblk)：
lsblk是List block devices的缩写。
☁ ~ lsblk
NAME MAJ:MIN RM SIZE RO TYPE MOUNTPOINTS
sda 8:0 0 10G 0 disk
sdb 8:16 0 40G 0 disk
├─sdb1 8:17 0 39G 0 part /
├─sdb2 8:18 0 1K 0 part
└─sdb5 8:21 0 975M 0 part [SWAP]
sr0 11:0 1 628M 0 rom 可以看到当前系统有两块磁盘，sda 和 sdb，sda 为 10G，sdb 为 40G，sda 上没有分区，sdb1 为系统根目录，sdb5 为交换分区。
这里我们使用 sda 创建一个物理卷 PV，使用 pvcreate 命令，如下所示：
☁ ~ sudo pvcreate /dev/sda
Physical volume "/dev/sda" successfully created.使用 pvdisplay 命令查看物理卷信息，如下所示：
☁ ~ pvdisplay
"/dev/sda" is a new physical volume of "10.00 GiB"
--- NEW Physical volume ---
PV Name /dev/sda
VG Name
PV Size 10.00 GiB
Allocatable NO
PE Size 0
Total PE 0
Free PE 0
Allocated PE 0
PV UUID B6J2T7-qV44-6gJq-vMWB-Aev8-xsQP-psPd3u可以看到，sda 已经创建为物理卷 PV，但是还没有分配给任何卷组 VG。
除了可直接对设备创建 PV，还可以对分区，也就是说允许一个硬盘创建两个分区，其中一个进行 PV，一个不进行，甚至两个分区可所属不同的 PV。
3.2. 创建卷组 VG
使用 vgcreate 命令创建卷组 VG，如下所示：
☁ ~ vgcreate vg1 /dev/sda
Volume group "vg1" successfully created使用 vgdisplay 命令查看卷组信息，如下所示：
☁ ~ vgdisplay
--- Volume group ---
VG Name vg1
System ID
Format lvm2
Metadata Areas 1
Metadata Sequence No 1
VG Access read/write
VG Status resizable
MAX LV 0 # 最大逻辑卷数量，0 为无限制
Cur LV 0 # 当前逻辑卷数量
Open LV 0 # 当前打开的逻辑卷数量
Max PV 0 # 最大物理卷数量，0 为无限制
Cur PV 1 # 当前物理卷数量
Act PV 1 # 活动物理卷数量
VG Size <10.00 GiB # 整个 VG 的容量大小
PE Size 4.00 MiB # 每个 PE 的大小
Total PE 2559 # 总共有多少个 PE
Alloc PE / Size 0 / 0 # 已经分配的 PE / 大小
Free PE / Size 2559 / <10.00 GiB # 剩余可分配的 PE / 大小
VG UUID PpCCuU-slml-5fF0-YxJe-I6bk-3rS0-3ePNyq主要可以看到，卷组 VG 的名称为 vg1，卷组大小为 10G，PE 大小为 4M，总共有 2559 个 PE，当前没有分配给任何逻辑卷 LV。
再通过 pvdisplay 命令查看物理卷信息，如下所示：
☁ ~ pvdisplay
--- Physical volume ---
PV Name /dev/sda
VG Name vg1
PV Size 10.00 GiB / not usable 4.00 MiB
Allocatable yes
PE Size 4.00 MiB
Total PE 2559
Free PE 2559
Allocated PE 0
PV UUID B6J2T7-qV44-6gJq-vMWB-Aev8-xsQP-psPd3u这次可以看到，VG Name 已经显示为 vg1，说明物理卷已经分配给了卷组。
3.3. 创建逻辑卷 LV
使用 lvcreate 命令创建逻辑卷 LV，如下所示：
☁ ~ lvcreate -L 5G -n lv1 vg1
Logical volume "lv1" created.其中 -L 为逻辑卷大小，-n 为逻辑卷名称，vg1 为逻辑卷所在的卷组。(也可以使用 -l 参数指定 PE 数量，如 -l 1280)
使用 lvdisplay 命令查看逻辑卷信息，如下所示：
☁ ~ lvdisplay
--- Logical volume ---
LV Path /dev/vg1/lv1
LV Name lv1
VG Name vg1
LV UUID sy8J15-Tzuw-1J8P-UCqc-0gbF-wdHl-L8Zmfu
LV Write Access read/write
LV Creation host, time debian, 2023-12-18 10:53:05 +0800
LV Status available
# open 0
LV Size 5.00 GiB
Current LE 1280
Segments 1
Allocation inherit
Read ahead sectors auto
- currently set to 256
Block device 254:03.4. 创建文件系统
使用 mkfs.ext4 命令创建文件系统，如下所示：
☁ ~ mkfs.ext4 /dev/vg1/lv1
mke2fs 1.47.0 (5-Feb-2023)
Creating filesystem with 1310720 4k blocks and 327680 inodes
Filesystem UUID: a52d69bd-1b39-41ee-a669-104e6dbec1ae
Superblock backups stored on blocks:
32768, 98304, 163840, 229376, 294912, 819200, 884736
Allocating group tables: done
Writing inode tables: done
Creating journal (16384 blocks): done
Writing superblocks and filesystem accounting information: done3.5. 挂载文件系统
在挂载文件系统前，需要创建一个挂载点，也就是一个空的目录，我这里使用 /mnt 作为挂载点，然后使用 mount 命令挂载文件系统，如下所示：
mkdir /mnt
mount /dev/vg1/lv1 /mnt然后通过 df -h 命令查看挂载情况，如下所示：
☁ ~ df -h
文件系统 大小 已用 可用 已用% 挂载点
udev 3.9G 0 3.9G 0% /dev
tmpfs 791M 768K 790M 1% /run
/dev/sdb1 39G 14G 23G 38% /
tmpfs 3.9G 0 3.9G 0% /dev/shm
tmpfs 5.0M 0 5.0M 0% /run/lock
tmpfs 791M 0 791M 0% /run/user/0
/dev/mapper/vg1-lv1 4.9G 24K 4.6G 1% /mnt可以看到，逻辑卷已经挂载到了 /mnt 目录下。然后再通过 lsblk 命令查看磁盘信息，如下所示：
☁ ~ lsblk
NAME MAJ:MIN RM SIZE RO TYPE MOUNTPOINTS
sda 8:0 0 10G 0 disk
└─vg1-lv1 254:0 0 5G 0 lvm /mnt
sdb 8:16 0 40G 0 disk
├─sdb1 8:17 0 39G 0 part /
├─sdb2 8:18 0 1K 0 part
└─sdb5 8:21 0 975M 0 part [SWAP]
sr0 11:0 1 628M 0 rom 如果现在是临时挂载，重启后会失效，如果要永久挂载，需要修改 /etc/fstab 文件，添加如下内容：
/dev/vg1/lv1 /mnt ext4 defaults 0 03.6. 扩容逻辑卷 LV
我们的 /dev/sda 磁盘大小为 10G，但是我们只使用了 5G，还有 5G 的空间没有使用，这时候我们就可以对逻辑卷进行扩容，使用 lvextend 命令扩容逻辑卷，如下所示：
☁ ~ lvextend -r -L +1G /dev/vg1/lv1
Size of logical volume vg1/lv1 changed from 5.00 GiB (1280 extents) to 6.00 GiB (1536 extents).
Logical volume vg1/lv1 successfully resized.其中 -r 为自动缩容文件系统，不需要手动执行 resize2fs, -L +1G 为扩容 1G，如果要扩容到 10G，可以使用 -L 10G。
然后再通过 df -h 命令查看挂载情况，如下所示：
☁ ~ df -h
文件系统 大小 已用 可用 已用% 挂载点
udev 3.9G 0 3.9G 0% /dev
tmpfs 791M 768K 790M 1% /run
/dev/sdb1 39G 14G 23G 38% /
tmpfs 3.9G 0 3.9G 0% /dev/shm
tmpfs 5.0M 0 5.0M 0% /run/lock
tmpfs 791M 0 791M 0% /run/user/0
/dev/mapper/vg1-lv1 5.9G 24K 5.6G 1% /mnt3.7. 缩容逻辑卷 LV
缩容要复杂一些，步骤如下：
- 卸载文件系统：
umount /mnt - 检查文件系统：
e2fsck -f /dev/vg1/lv1,-f为强制进行检查 - 缩小逻辑卷至 5G：
lvreduce -r -L 5G /dev/vg1/lv1，其中-r为自动缩容文件系统，不需要手动执行resize2fs。如果想要缩小到可用空间的最小值，可以使用-l -1参数，如lvreduce -r -l -1 /dev/vg1/lv1。 - 再次检查文件系统：
e2fsck -f /dev/vg1/lv1 - 挂载文件系统：
mount /dev/vg1/lv1 /mnt - 检查文件系统大小：
df -h
其中使用
lvreduce命令缩容逻辑卷时，有以下两种方式：
-L -1G缩容 1G，如原来为 6G，缩容后为 5G-L 1G缩容至 1G，如原来为 6G，缩容后为 1G
如果想要缩容至可用空间的最小值，可以先通过 resize2fs -P /dev/vg1/lv1 查看预估的最小值，如：
☁ ~ resize2fs -P /dev/vg1/lv1
resize2fs 1.47.0 (5-Feb-2023)
Estimated minimum size of the filesystem: 573865这里返回的 573865 的单位是块 (block)，查看每个块的大小可通过命令：tune2fs -l /dev/vg1/lv1 | grep "Block size"，如:
~ tune2fs -l /dev/vg1/lv1 | grep "Block size"
Block size: 4096这里返回的 4096 的单位是字节，通过计算 $573865 * 4096 = 2350551040 / 1024 / 1024 / 1024$ 可得约 2.18912G。为了安全，向上取整，可缩容为 2.19G 或 2.2G。
3.8. 扩容卷组 VG
如我们现在的空间不够了，新加了一块 10G 的硬盘, 通过 lsblk 命令查看到新加的硬盘为 /dev/sdc。
然后我们先将 /dev/sdc 创建为物理卷 PV，然后将这个物理卷添加到先前创建的卷组 vg1 中（也可以创建一个新的卷组），如下所示：
pvcreate /dev/sdc
vgextend vg1 /dev/sdc这样现在 vg1 的大小就变成了 20G。
3.9. 缩容卷组 VG
如我们觉得硬盘/分区有太多空闲，想去掉一块硬盘/分区，或者想更换硬盘（去掉旧的 PV 再添加新的 PV），可以进行缩容，但为了保证数据不丢失，需要先让卷组中有足够的空间来把要删除的 PV 中的数据迁移出去，然后再移除 PV。
如我们想要从 vg1 中移除 /dev/sda，步骤如下：
- 检查卷组是否有足够的剩余空间可用于迁移数据，如果没有则需要减少分配给 LV 的空间或者扩容当前 VG。
- 执行
pvmove vg1 /dev/sda来从 vg1 上移除/dev/sda。如果未进行第一步的话，这里会提示Physical volume "/dev/sda" still in use - 根据需要选择是否执行
pvremove /dev/sda将它从 PV 中移除（如果不再使用，则需要执行这一步） - 使用
vgdisplay检查 vg 大小是否变化
3.10 删除 LV VG PV
删除 LV：
lvremove /dev/vg1/lv1删除 VG：
vgremove vg1删除 PV：
pvremove /dev/sda4. LVM 快照
4.1 简介
LVM 快照是一种特殊的逻辑卷，它是对原始逻辑卷的一个快照，刚创建快照时，其实快照卷中并没有存储原始逻辑卷的数据，只有当原始逻辑卷的数据发生变化时，才会复制原始逻辑卷被修改的原数据到快照中，这样原始逻辑卷被修改，但对应的快照卷记录了修改前的数据，这样就可以通过快照卷恢复到修改前的状态。 还需要注意的是快照卷的大小，建议快照卷的大小和原始逻辑卷的大小一样，如果快照卷的大小小于原始逻辑卷的大小，当原始逻辑卷的数据发生变化较多的时，可能没有空间来存储原始逻辑卷的原数据。大于原始逻辑卷的大小也是没有意义的，因为快照卷只记录原始逻辑卷的原数据，肯定永远都不会超过原始逻辑卷的大小。
4.2 创建快照
创建快照的命令为：
lvcreate -s [-L <size>] -n SNAP_VOLUME [ -p|--permission rw|r ] SOURCE_VOLUME_PATH其中 -s 表示为快照卷，-L 表示快照卷的大小，-n 表示快照卷的名称，-p 表示快照卷的权限，r 表示只读，rw 表示读写，SOURCE_VOLUME_PATH 表示原始逻辑卷的路径。
如：
lvcreate -s -L 5G -n lv1_snap -p r /dev/vg1/lv1下面是一个示例：
☁ ~ lvcreate -L 5g -n lv1 vg1
WARNING: ext4 signature detected on /dev/vg1/lv1 at offset 1080. Wipe it? [y/n]: y
Wiping ext4 signature on /dev/vg1/lv1.
Logical volume "lv1" created.
☁ ~ mkfs.ext4 /dev/vg1/lv1
mke2fs 1.47.0 (5-Feb-2023)
Creating filesystem with 1310720 4k blocks and 327680 inodes
Filesystem UUID: 8a413a29-644e-40dc-906a-dee174d81202
Superblock backups stored on blocks:
32768, 98304, 163840, 229376, 294912, 819200, 884736
Allocating group tables: done
Writing inode tables: done
Creating journal (16384 blocks): done
Writing superblocks and filesystem accounting information: done
☁ ~ mount /dev/vg1/lv1 /mnt
☁ ~ echo "test" > /mnt/1.txt
☁ ~ lvcreate -L 5G -n lv1_snap -p r -s /dev/vg1/lv1
Logical volume "lv1_snap" created.
☁ ~ mount /dev/vg1/lv1_snap /mnt2
mount: /mnt2: WARNING: source write-protected, mounted read-only.
☁ ~ df -h
文件系统 大小 已用 可用 已用% 挂载点
udev 3.9G 0 3.9G 0% /dev
tmpfs 791M 888K 790M 1% /run
/dev/sdc1 39G 26G 11G 71% /
tmpfs 3.9G 0 3.9G 0% /dev/shm
tmpfs 5.0M 0 5.0M 0% /run/lock
tmpfs 791M 0 791M 0% /run/user/0
/dev/mapper/vg1-lv1 4.9G 28K 4.6G 1% /mnt
/dev/mapper/vg1-lv1_snap 4.9G 28K 4.6G 1% /mnt2
☁ ~ echo "test123123123" > /mnt/1.txt
☁ ~ echo "test" > /mnt/2.txt
☁ ~ ls -l /mnt
总计 24
-rw-r--r-- 1 root root 14 12月21日 10:34 1.txt
-rw-r--r-- 1 root root 5 12月21日 10:34 2.txt
drwx------ 2 root root 16384 12月21日 10:32 lost+found
☁ ~ ls -l /mnt2
总计 20
-rw-r--r-- 1 root root 5 12月21日 10:33 1.txt
drwx------ 2 root root 16384 12月21日 10:32 lost+found
☁ ~ cat /mnt/1.txt
test123123123
☁ ~ cat /mnt2/1.txt
test可以看到，我们创建了一个逻辑卷 lv1，然后挂载到 /mnt 目录，并将文本内容 "test" 写入到了 /mnt/1.txt，然后创建了一个快照 lv1_snap，挂载到 /mnt2 目录，这时修改了 /mnt/1.txt 的内容为 "test123123123"，然后再次查看 /mnt/1.txt 和 /mnt2/1.txt 的内容，可以看到 /mnt/1.txt 的内容已经发生了变化，而 /mnt2/1.txt 的内容还是 "test"，这是因为快照卷记录了 /mnt/1.txt 的原数据，所以 /mnt2/1.txt 的内容还是 "test"。同时，我们还创建了一个 /mnt/2.txt 文件，这个文件只会出现在 /mnt 目录下，而不会出现在 /mnt2 目录下，因为快照卷只记录了原始逻辑卷的原数据，而不会记录原始逻辑卷新增的数据。
注意快照不能用于替代备份，因为快照卷只记录了原始逻辑卷修改后的原数据，当原始逻辑卷或所属卷组损坏时，快照卷也会损坏。
4.3 还原快照
还原快照的命令为：
lvconvert --merge SOURCE_SNAPSHOT_VOLUME_PATH其中 SOURCE_SNAPSHOT_VOLUME_PATH 为快照卷的路径。使用该命令后，快照卷会被删除，原始逻辑卷会恢复到快照卷创建时的状态。
5. LVM 诊断
5.1. 查看各个 PV 占用情况
使用 pvdisplay -m 命令查看各个 PV 占用情况，如下所示：
☁ ~ pvdisplay -m
--- Physical volume ---
PV Name /dev/sda
VG Name vg1
PV Size 10.00 GiB / not usable 4.00 MiB
Allocatable yes (but full)
PE Size 4.00 MiB
Total PE 2559
Free PE 0
Allocated PE 2559
PV UUID Ly2wh9-c8iU-h2Gn-4REY-ioZJ-ykJG-uysyAC
--- Physical Segments ---
Physical extent 0 to 2558:
Logical volume /dev/vg1/lv1
Logical extents 0 to 2558
--- Physical volume ---
PV Name /dev/sdc
VG Name vg1
PV Size 10.00 GiB / not usable 4.00 MiB
Allocatable yes
PE Size 4.00 MiB
Total PE 2559
Free PE 510
Allocated PE 2049
PV UUID yfRAu7-EX5S-nlQL-YcdH-N7N1-Layf-QJ2ivo
--- Physical Segments ---
Physical extent 0 to 2048:
Logical volume /dev/vg1/lv1
Logical extents 2559 to 4607
Physical extent 2049 to 2558:
FREE也可以使用 pvscan 命令查看，如下所示：
☁ ~ pvscan
PV /dev/sda VG vg1 lvm2 [<10.00 GiB / 0 free]
PV /dev/sdc VG vg1 lvm2 [<10.00 GiB / 1.99 GiB free]
Total: 2 [19.99 GiB] / in use: 2 [19.99 GiB] / in no VG: 0 [0 ]5.2. 查看各个 VG/VL 占用情况
同 pvdisplay -m 命令一样，只是命令前的 pv 换成 vg 或 lv。