Linux磁盘分区中物理卷（PV）、卷组（VG）、逻辑卷（LV）创建和（LVM）管理

一 基础定义

LVM，Logical Volume Manger，逻辑卷管理，Linux磁盘分区管理的一种机制，建立在硬盘和分区上的一个逻辑层，提高磁盘分区管理的灵活性。

物理设备，是用于保留逻辑卷中所存储数据的存储设备。它们是块设备,可以是磁盘分区、整个磁盘、RAID阵列或SAN磁盘。设备必须初始化为LVM物理卷,才能与LVM结合使用。
整个“设备”将用作一个物理卷。

物理卷(PV) ，用于注册基础物理设备以便在卷组中使用。LVM自动将PV划分为物理区块(PE); 它们是充当PV上最小存储块的小块数据。

卷组 (VG)， 是存储池,由一个或多个物理卷组成。一个PV只能分配给一个VG 。VG可以包含未使用的空间和任意数目的逻辑卷。

逻辑卷(LV)， 根据卷组中的空闲物理范围创建,提供应用、用户和操作系统所使用的“存储”设备。LV是逻辑区块(LE) 的集合,LE映射到物理区块。默认情况下,每个 LE将映射到一个PE。设置特定LV选项将会更改此映射;例如,镜像会导致每个LE映射到两个PE。

二 创建逻辑卷

2-1 准备物理设备

在上一章内容的基础上，创建第三个主分区，并设置分区类型为LVM，具体步骤如下。
如果不理解每一个交互式命令的含义，可以参考笔者的上一篇文章。

Linux磁盘分区和管理

[root@canway01 ~]# fdisk /dev/sdb
Welcome to fdisk (util-linux 2.23.2).

Changes will remain in memory only, until you decide to write them.
Be careful before using the write command.

Command (m for help): n   
Partition type:
   p   primary (2 primary, 0 extended, 2 free)
   e   extended
Select (default p): p
Partition number (3,4, default 3): 3
First sector (4196352-20971519, default 4196352): 
Using default value 4196352
Last sector, +sectors or +size{K,M,G} (4196352-20971519, default 20971519): +2G
Partition 3 of type Linux and of size 2 GiB is set

Command (m for help): t
Partition number (1-3, default 3): 3
Hex code (type L to list all codes): 8e   
Changed type of partition 'Linux' to 'Linux LVM'

Command (m for help): p

Disk /dev/sdb: 10.7 GB, 10737418240 bytes, 20971520 sectors
Units = sectors of 1 * 512 = 512 bytes
Sector size (logical/physical): 512 bytes / 512 bytes
I/O size (minimum/optimal): 512 bytes / 512 bytes
Disk label type: dos
Disk identifier: 0xceafdf4b

   Device Boot      Start         End      Blocks   Id  System
/dev/sdb1            2048     2099199     1048576   83  Linux
/dev/sdb2         2099200     4196351     1048576   82  Linux swap / Solaris
/dev/sdb3         4196352     8390655     2097152   8e  Linux LVM

Command (m for help): w   
The partition table has been altered!

Calling ioctl() to re-read partition table.

WARNING: Re-reading the partition table failed with error 16: Device or resource busy.
The kernel still uses the old table. The new table will be used at
the next reboot or after you run partprobe(8) or kpartx(8)
Syncing disks.
[root@canway01 ~]# partprobe /dev/sdb

2-2 创建物理卷

为分区或其他设备添加标签，使其作为物理卷和LVM结合使用。会将用于存储LVM配置数据的一个标头直接写入PV（物理卷）。

将/dev/sdb3标记为PV，准备好分配到卷组。

[root@canway01 ~]# pvcreate /dev/sdb3
  Physical volume "/dev/sdb3" successfully created.

查看结果

[root@canway01 ~]# pvs
  PV         VG              Fmt  Attr PSize  PFree
  /dev/sda2  centos_canway01 lvm2 a--  19.50g    0 
  /dev/sdb3                  lvm2 ---   2.00g 2.00g
[root@canway01 ~]# pvdisplay /dev/sdb3
  "/dev/sdb3" is a new physical volume of "2.00 GiB"
  --- NEW Physical volume ---
  PV Name               /dev/sdb3
  VG Name               
  PV Size               2.00 GiB
  Allocatable           NO
  PE Size               0   
  Total PE              0
  Free PE               0
  Allocated PE          0
  PV UUID               pCOYib-ZuXO-OrBJ-jw3b-wBF8-9Mtg-VYU5Ym
  

2-3 创建卷组

创建包含一个或多个物理卷的池。VG大小由池中的物理范围的总数决定。

创建的卷组名称是vg_name1，大小等于/dev/sdb3

[root@canway01 ~]# vgcreate vg_name1 /dev/sdb3
  Volume group "vg_name1" successfully created

查看结果

[root@canway01 ~]# vgs
  VG              #PV #LV #SN Attr   VSize  VFree 
  centos_canway01   1   2   0 wz--n- 19.50g     0 
  vg_name1          1   0   0 wz--n- <2.00g <2.00g
[root@canway01 ~]# vgdisplay vg_name1
  --- Volume group ---
  VG Name               vg_name1
  System ID             
  Format                lvm2
  Metadata Areas        1
  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                1
  Act PV                1
  VG Size               <2.00 GiB
  PE Size               4.00 MiB
  Total PE              511
  Alloc PE / Size       0 / 0   
  Free  PE / Size       511 / <2.00 GiB
  VG UUID               VLvUZr-pyay-tp23-A7Cg-8aKT-PXkZ-KIzrsV

2-4 创建逻辑卷

使用命令lvcreate根据卷组中可用的物理范围创建新的逻辑卷。
参数-n设置LV名称
参数-L设置LV大小
参数-n设置LV名称

[root@canway01 ~]# lvcreate -n lv_name1 -L 1G vg_name1
  Logical volume "lv_name1" created.

检查确认

[root@canway01 ~]# lvs
  LV       VG              Attr       LSize  Pool Origin Data%  Meta%  Move Log Cpy%Sync Convert
  root     centos_canway01 -wi-ao---- 18.00g                                                    
  swap     centos_canway01 -wi-ao----  1.50g                                                    
  lv_name1 vg_name1        -wi-a-----  1.00g                                                    
[root@canway01 ~]# lvdisplay /dev/vg_name1/lv_name1
  --- Logical volume ---
  LV Path                /dev/vg_name1/lv_name1
  LV Name                lv_name1
  VG Name                vg_name1
  LV UUID                6TLKBb-IZ91-hOcR-1zKD-FpSQ-3ofR-eluxkD
  LV Write Access        read/write
  LV Creation host, time canway01, 2022-11-19 21:23:39 +0800
  LV Status              available
  # open                 0
  LV Size                1.00 GiB
  Current LE             256
  Segments               1
  Allocation             inherit
  Read ahead sectors     auto
  - currently set to     8192
  Block device           253:2

此处需要注意的是，如何找到自己创建的逻辑卷名。

传统名称：/dev/卷组名/逻辑卷名
内核映射：/dev/mapper/卷组名-逻辑卷名

2-5 创建文件系统并挂载文件

首先创建文件系统

[root@canway01 ~]# mkfs.xfs /dev/vg_name1/lv_name1 
meta-data=/dev/vg_name1/lv_name1 isize=512    agcount=4, agsize=65536 blks
         =                       sectsz=512   attr=2, projid32bit=1
         =                       crc=1        finobt=0, sparse=0
data     =                       bsize=4096   blocks=262144, imaxpct=25
         =                       sunit=0      swidth=0 blks
naming   =version 2              bsize=4096   ascii-ci=0 ftype=1
log      =internal log           bsize=4096   blocks=2560, version=2
         =                       sectsz=512   sunit=0 blks, lazy-count=1
realtime =none                   extsz=4096   blocks=0, rtextents=0

然后创建挂载目录

[root@canway01 ~]# mkdir -p /data/sdb3/vg_name1/lv_name1

接着向/etc/fstab中添加条目

[root@canway01 ~]# tail -1 /etc/fstab 
/dev/vg_name1/lv_name1  /data/sdb3/vg_name1/lv_name1    xfs   defaults  0 0

挂载/etc/fstab中的所有文件和目录

[root@canway01 ~]# mount -a

检查确认

[root@canway01 ~]# df -h
Filesystem                        Size  Used Avail Use% Mounted on
devtmpfs                          470M     0  470M   0% /dev
tmpfs                             487M     0  487M   0% /dev/shm
tmpfs                             487M  8.1M  479M   2% /run
tmpfs                             487M     0  487M   0% /sys/fs/cgroup
/dev/mapper/centos_canway01-root   18G  5.2G   13G  29% /
/dev/sda1                         505M  165M  340M  33% /boot
tmpfs                              98M     0   98M   0% /run/user/0
/dev/sdb1                        1014M   33M  982M   4% /data/sdb1
/dev/mapper/vg_name1-lv_name1    1014M   33M  982M   4% /data/sdb3/vg_name1/lv_name1

到此为止，我们的逻辑卷创建完成。

三 扩展卷组和缩减卷组

3-1 准备物理设备

Linux的主分区和扩展分区加起来最多只有4个，在前面的操作中，我们已经创建了3个主分区，分别是Linux分区、swap交换分区、LVM分区。因此如果要扩展逻辑卷，只能先创建扩展分区，然后从扩展分区中切割出新的逻辑分区（PV）来给LV扩容。

创建扩展分区时，起始的块和最终的块都不要输入内容，都是直接回车键选择默认，这样我们就将这块硬盘上剩下的所有空间都分给了扩展分区。

[root@canway01 ~]# fdisk /dev/sdb
Welcome to fdisk (util-linux 2.23.2).

Changes will remain in memory only, until you decide to write them.
Be careful before using the write command.


Command (m for help): n
Partition type:
   p   primary (3 primary, 0 extended, 1 free)
   e   extended
Select (default e): e
Selected partition 4
First sector (8390656-20971519, default 8390656): 
Using default value 8390656
Last sector, +sectors or +size{K,M,G} (8390656-20971519, default 20971519): 
Using default value 20971519
Partition 4 of type Extended and of size 6 GiB is set

Command (m for help): p

Disk /dev/sdb: 10.7 GB, 10737418240 bytes, 20971520 sectors
Units = sectors of 1 * 512 = 512 bytes
Sector size (logical/physical): 512 bytes / 512 bytes
I/O size (minimum/optimal): 512 bytes / 512 bytes
Disk label type: dos
Disk identifier: 0xceafdf4b

   Device Boot      Start         End      Blocks   Id  System
/dev/sdb1            2048     2099199     1048576   83  Linux
/dev/sdb2         2099200     4196351     1048576   82  Linux swap / Solaris
/dev/sdb3         4196352     8390655     2097152   8e  Linux LVM
/dev/sdb4         8390656    20971519     6290432    5  Extended

创建好扩展分区后，再从扩展分区中切割新的逻辑分区/dev/sdb5

Command (m for help): n   
All primary partitions are in use
Adding logical partition 5
First sector (8392704-20971519, default 8392704): 
Using default value 8392704
Last sector, +sectors or +size{K,M,G} (8392704-20971519, default 20971519): +1G
Partition 5 of type Linux and of size 1 GiB is set

Command (m for help): p

Disk /dev/sdb: 10.7 GB, 10737418240 bytes, 20971520 sectors
Units = sectors of 1 * 512 = 512 bytes
Sector size (logical/physical): 512 bytes / 512 bytes
I/O size (minimum/optimal): 512 bytes / 512 bytes
Disk label type: dos
Disk identifier: 0xceafdf4b

   Device Boot      Start         End      Blocks   Id  System
/dev/sdb1            2048     2099199     1048576   83  Linux
/dev/sdb2         2099200     4196351     1048576   82  Linux swap / Solaris
/dev/sdb3         4196352     8390655     2097152   8e  Linux LVM
/dev/sdb4         8390656    20971519     6290432    5  Extended
/dev/sdb5         8392704    10489855     1048576   83  Linux

接着，我们将/dev/sdb5的分区类型修改为LVM。

Command (m for help): t     
Partition number (1-5, default 5): 5
Hex code (type L to list all codes): 8e
Changed type of partition 'Linux' to 'Linux LVM'

Command (m for help): p

Disk /dev/sdb: 10.7 GB, 10737418240 bytes, 20971520 sectors
Units = sectors of 1 * 512 = 512 bytes
Sector size (logical/physical): 512 bytes / 512 bytes
I/O size (minimum/optimal): 512 bytes / 512 bytes
Disk label type: dos
Disk identifier: 0xceafdf4b

   Device Boot      Start         End      Blocks   Id  System
/dev/sdb1            2048     2099199     1048576   83  Linux
/dev/sdb2         2099200     4196351     1048576   82  Linux swap / Solaris
/dev/sdb3         4196352     8390655     2097152   8e  Linux LVM
/dev/sdb4         8390656    20971519     6290432    5  Extended
/dev/sdb5         8392704    10489855     1048576   8e  Linux LVM

最后不要忘了保存请求的信息，并加载内核读取新的磁盘分区表。

Command (m for help): w
The partition table has been altered!

Calling ioctl() to re-read partition table.

WARNING: Re-reading the partition table failed with error 16: Device or resource busy.
The kernel still uses the old table. The new table will be used at
the next reboot or after you run partprobe(8) or kpartx(8)
Syncing disks.
[root@canway01 ~]# partprobe /dev/sdb

3-2 创建物理卷

将/dev/sdb5标记为PV，准备好分配到卷组中。

[root@canway01 ~]# pvcreate /dev/sdb5
  Physical volume "/dev/sdb5" successfully created.
[root@canway01 ~]# pvs
  PV         VG              Fmt  Attr PSize  PFree   
  /dev/sda2  centos_canway01 lvm2 a--  19.50g       0 
  /dev/sdb3  vg_name1        lvm2 a--  <2.00g 1020.00m
  /dev/sdb5                  lvm2 ---   1.00g    1.00g

3-3 扩展卷组

向卷组添加新的物理卷。

[root@canway01 ~]# vgextend vg_name1 /dev/sdb5
  Volume group "vg_name1" successfully extended
[root@canway01 ~]# vgs
  VG              #PV #LV #SN Attr   VSize  VFree
  centos_canway01   1   2   0 wz--n- 19.50g    0 
  vg_name1          2   1   0 wz--n-  2.99g 1.99g

3-4 查看卷组的详细信息以验证

[root@canway01 ~]# vgdisplay vg_name1
  --- Volume group ---
  VG Name               vg_name1
  System ID             
  Format                lvm2
  Metadata Areas        2
  Metadata Sequence No  3
  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               2.99 GiB
  PE Size               4.00 MiB
  Total PE              766
  Alloc PE / Size       256 / 1.00 GiB
  Free  PE / Size       510 / 1.99 GiB
  VG UUID               VLvUZr-pyay-tp23-A7Cg-8aKT-PXkZ-KIzrsV

Free PE / Size。它不应当为零。

到此为止，扩展逻辑卷就完成了。

3-5 缩减卷组

首先，还是备份数据。
因为你不确定在整个流程中是否会产生误操作而丢失数据。

其次，移动物理区段。
只有当VG中存在足够的空闲范围，且这些范围都是来自于其他PV时，才能做这个操作。

[root@canway01 ~]# pvmove /dev/sdb5
  No data to move for vg_name1.

接着，缩减卷组。
将物理卷从卷组中删除。

[root@canway01 ~]# vgreduce vg_name1 /dev/sdb5
  Removed "/dev/sdb5" from volume group "vg_name1"

最后检查确认一遍

[root@canway01 ~]# vgs
  VG              #PV #LV #SN Attr   VSize  VFree   
  centos_canway01   1   2   0 wz--n- 19.50g       0 
  vg_name1          1   1   0 wz--n- <2.00g 1020.00m
[root@canway01 ~]# vgdisplay vg_name1 
  --- Volume group ---
  VG Name               vg_name1
  System ID             
  Format                lvm2
  Metadata Areas        1
  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                1
  Act PV                1
  VG Size               <2.00 GiB
  PE Size               4.00 MiB
  Total PE              511
  Alloc PE / Size       256 / 1.00 GiB
  Free  PE / Size       255 / 1020.00 MiB
  VG UUID               VLvUZr-pyay-tp23-A7Cg-8aKT-PXkZ-KIzrsV

至此，物理卷/dev/sdb5已经从vg_name1卷组中移除，可以添加到其他卷组中。

四 扩展逻辑卷

4-1 检查卷组是否有可用的空间

我们需要确认的是， Free PE / Size 255 / 1020.00 MiB的值，应该大于等于所需额外空间的值。
此处可知，VG还有1020M的空闲空间，所以扩展逻辑卷的额外空间不能大于1020M。

[root@canway01 ~]# vgdisplay vg_name1 
  --- Volume group ---
  VG Name               vg_name1
  System ID             
  Format                lvm2
  Metadata Areas        1
  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                1
  Act PV                1
  VG Size               <2.00 GiB
  PE Size               4.00 MiB
  Total PE              511
  Alloc PE / Size       256 / 1.00 GiB
  Free  PE / Size       255 / 1020.00 MiB
  VG UUID               VLvUZr-pyay-tp23-A7Cg-8aKT-PXkZ-KIzrsV

4-2 扩展逻辑卷

命令lvextend可以将逻辑卷扩展为新的大小。
参数-L表示以字节大小作为指定值。
如果有+，表示向现有逻辑卷增加这个值。
如果无+，表示逻辑卷最终总大小就是这个值。

[root@canway01 ~]# lvextend -L +300M /dev/vg_name1/lv_name1 
  Size of logical volume vg_name1/lv_name1 changed from 1.00 GiB (256 extents) to 1.29 GiB (331 extents).
  Logical volume vg_name1/lv_name1 successfully resized.

4-3 扩展文件系统

[root@canway01 ~]# xfs_growfs /data/sdb3/vg_name1/lv_name1/
meta-data=/dev/mapper/vg_name1-lv_name1 isize=512    agcount=4, agsize=65536 blks
         =                       sectsz=512   attr=2, projid32bit=1
         =                       crc=1        finobt=0 spinodes=0
data     =                       bsize=4096   blocks=262144, imaxpct=25
         =                       sunit=0      swidth=0 blks
naming   =version 2              bsize=4096   ascii-ci=0 ftype=1
log      =internal               bsize=4096   blocks=2560, version=2
         =                       sectsz=512   sunit=0 blks, lazy-count=1
realtime =none                   extsz=4096   blocks=0, rtextents=0
data blocks changed from 262144 to 338944

检查确认一遍

[root@canway01 ~]# df -h /data/sdb3/vg_name1/lv_name1/
Filesystem                     Size  Used Avail Use% Mounted on
/dev/mapper/vg_name1-lv_name1  1.3G   33M  1.3G   3% /data/sdb3/vg_name1/lv_name1

补充说明：
除了xfs_growfs命令可以挂载文件系统，还有resize2fs命令。
前者识别XFS系统，后面跟的参数是挂载点；
后者识别EXT4系统，后面跟的参数是逻辑卷名称。

五 删除逻辑卷

5-1 备份数据

为防止过程中的错误操作，向将分区中的数据迁移或备份

5-2 卸载文件系统

一方面，手动卸载之前挂载的目录文件

[root@canway01 ~]# umount /data/sdb3/vg_name1/lv_name1 

另一方面，删除/etc/fstab文件下该设备的条目

5-3 删除逻辑卷

[root@canway01 ~]# lvremove /dev/vg_name1/lv_name1 
Do you really want to remove active logical volume vg_name1/lv_name1? [y/n]: y
  Logical volume "lv_name1" successfully removed

5-4 删除卷组

[root@canway01 ~]# vgremove vg_name1 
  Volume group "vg_name1" successfully removed

5-5 删除物理卷

[root@canway01 ~]# pvremove /dev/sdb3
  Labels on physical volume "/dev/sdb3" successfully wiped.

最后使用命令df -h检查确认

六 LVM逻辑卷缩容

6-1 缩容注意事项

1、xfs文件系统不支持逻辑卷缩容，仅支持逻辑卷扩容，因此缩容前请检查文件系统是否为ext3或者ext4。
2、LV缩容需要卸载目标分区，因此应考虑两种情况：根分区缩容和数据分区缩容。根分区缩容，需要在救援模式下操作；数据分区缩容，在umount分区之前，需要停止相关应用程序和组件。
3、LV缩容前，需要确认缩容后分区空间足够存放当前分区已有数据。

6-2 标准缩容步骤

1、卸载文件系统

umount /data

2、检查文件系统是否正常

fsck -f /dev/vg_data/lv_data

3、缩容文件系统

resize2fs /dev/vg_data/lv_data 80G

4、缩容逻辑卷

lvreduce -L 80G /dev/vg_data/lv_data