LVM使用手册详解

 

1.1 什么是LVM?

 LVM是 Logical Volume Manager(逻辑卷管理)的简写，它由Heinz Mauelshagen在Linux 2.4内核上实现，目前最新版本为：稳定版1.0.5，开发版 1.1.0-rc2，以及LVM2开发版。
与传统的磁盘与分区相比，LVM为计算机提供了更高层次的磁盘存储。它使系统管理员可以更方便的为应用与用户分配存储空间。在LVM管理下的存储卷可以按需要随时改变大小与移除(可能需对文件系统工具进行升级)。LVM也允许按用户组对存储卷进行管理，允许管理员用更直观的名称(如"sales'、 'development')代替物理磁盘名(如'sda'、'sdb')来标识存储卷。

1.2 为什么使用LVM?
LVM通常用于装备大量磁盘的系统，但它同样适于仅有一、两块硬盘的小系统。

1.2.1 小系统使用LVM的益处
传统的文件系统是基于分区的，一个文件系统对应一个分区。这种方式比较直观，但不易改变：
1.不同的分区相对独立，无相互联系，各分区空间很易利用不平衡，空间不能充分利用；
2.当一个文件系统／分区已满时，无法对其扩充，只能采用重新分区／建立文件系统，非常麻烦；或把分区中的数据移到另一个更大的分区中；或采用符号连接的方式使用其它分区的空间。
3.如果要把硬盘上的多个分区合并在一起使用，只能采用再分区的方式，这个过程需要数据的备份与恢复。
当采用LVM时，情况有所不同：
1.硬盘的多个分区由LVM统一为卷组管理，可以方便的加入或移走分区以扩大或减小卷组的可用容量，充分利用硬盘空间；
2.文件系统建立在逻辑卷上，而逻辑卷可根据需要改变大小(在卷组容量范围内)以满足要求；
3.文件系统建立在LVM上，可以跨分区，方便使用；

1.2.2 大系统使用LVM的益处
在使用很多硬盘的大系统中，使用LVM主要是方便管理、增加了系统的扩展性。
在一个有很多不同容量硬盘的大型系统中，对不同的用户的空间分配是一个技巧性的工作，要在用户需求与实际可用空间中寻求平衡。
用户／用户组的空间建立在LVM上，可以随时按要求增大，或根据使用情况对各逻辑卷进行调整。当系统空间不足而加入新的硬盘时，不必把用户的数据从原硬盘迁移到新硬盘，而只须把新的分区加入卷组并扩充逻辑卷即可。同样，使用LVM可以在不停服务的情况下。把用户数据从旧硬盘转移到新硬盘空间中去。

2 LVM构成

LVM的结构简图如下：
hda1 hdc1 sdc (PV:s 物理卷，一般为分区或整个硬盘)
\ ｜ /
\ ｜ /
diskvg (VG 卷组由物理卷组成)
/ | \
/ | \
usrlv rootlv varlv (LV:s 逻辑卷在卷组上创建)
| | |
ext2 reiserfs xfs (建立在逻辑卷上的文件系统)

2.1 卷组volume group (VG)
卷组是LVM中最高抽象层，是由一个或多个物理卷所组成的存储器池。

2.2 物理卷physical volume (PV)
典型的物理卷是硬盘分区，但也可以是整个硬盘或已创建的Software RAID 卷。

2.3 逻辑卷logical volume (LV)
逻辑卷相当于非LVM系统中的分区，它在卷组上建立，是一个标准的块设备，可以在其上建立文件系统。

2.4 物理块physical extent (PE)
物理卷按大小相等的“块”为单位存储，块的大小与卷组中逻辑卷块的大小相同。

2.5 逻辑块logical extent (LE)
逻辑卷按“块”为单位存储，在一卷组中的所有逻辑卷的块大小是相同的。

2.6 总述
例子：有一个卷组VG1，它的物理块大小为4MB。在这个卷组中为2个硬盘分区：/dev/hda1与/dev/hdb1，它们分别成为物理卷PV1与PV2。物理卷将按4MB为单位分块，如PV1与PV2分别可分为99与248块。在VG1上建立逻辑卷，它的大小可在1至347(99+248)块之间。当建立逻辑卷时，会建立逻辑块与物理块的一一映射关系。

2.7 映射模式 (linear/striped)
在建立逻辑卷时，可以选择逻辑块与物理块映射的策略：
1.线性映射－将把一定范围的物理块按顺序分配给逻辑卷，如 LV的LE 1 �C 99映射到PV1，LE 100 �C 347映射到PV2。
2.交错模式－将把逻辑块交错映射到不同的物理卷中，如 LV的LE 1映射为PV1的PE1，LE 2映射为PV2的PE1，LE 3映射为PV1的PE2...。这种方式可以提高逻辑卷的性能，但是采用这种方式建立的逻辑卷将不能在它们所在的物理卷中扩展。

2.8 Snapshots (快照)
LVM提供了一个非常好的特性：snapshots。它允许管理员建立一个块设备：该设备是一逻辑卷在某一时刻冻结的精确拷贝。这个特性通常用于批处理过程(如备份)需要处理逻辑卷，但又不能停止系统。当操作完成时，snapshot设备可以被移除。这个特性要求在建立snapshot设备时逻辑卷处于相容状态。

3 LVM的一般操作

3.1 建立PV
为把一个磁盘或分区作为PV，首先应使用 pvcreate 对其初始化，如对IDE硬盘/dev/hdb，
"使用整个磁盘，
# pvcreate /dev/hdb
这将在磁盘上建立VG的描述符。
"使用磁盘分区，如/dev/hdb1。
使用fdisk 的t 命令把/dev/hda1的分区类型设为0x8e，然后运行：
# pvcreate /dev/hdb1
这将在分区/dev/hda1上建立VG的描述符。
PV初始化命令pvcreate的一般用法为：
pvcreate PV1 [ PV2 ... ]
它的参数可以是整个磁盘、分区，也可以是一loop设备。

3.2 建立VG
在使用pvcreate 建立了PV后，可以用vgcreate 建立卷组，如有PV1、PV2分别是/dev/hda1与/dev/hdb1，使用
# vgcreate testvg /dev/hda1 /dev/hdb1
将建立一个名为testvg的卷组，它由两个PV：/dev/hda1与/dev/hdb1组成。vgcreate的一般用法为：
# vgcreate [options] VG_name PV1 [PV2 ...]
其中的可选项包括设置VG最大支持的LV数、PE大小(缺省为4MB)等。
注意：当使用devfs系统时，应使用设备的全名而不能是Symbol Link，如对上例应为：
# vgcreate testvg /dev/ide/host0/bus0/target0/lun0/part1\
/dev/ide/host0/bus0/target1/lun0/part1

3.3 激活VG
在被激活之前，VG与LV是无法访问的，这时可用命令：
# vgchange -a y testvg
激活所要使用的卷组。当不再使用VG时，可用
＃ vgchange -a n testvg
使之不再可用。
vgchange可用来设置VG的一些参数，如是否可用( -a [y|n]选项)、支持最大逻辑卷数等。

3.4 移除VG
在移除一卷组前应确认卷组中不再有逻辑卷，首先休眠卷组：
# vgchange -a n testvg
然后可用vgremove移除该卷组：
# vgremove testvg

3.5 为VG增加新PV
当卷组空间不足时，可以加入新的物理卷来扩大容量，这时可用命令vgextend，如
# vgextend testvg /dev/hdc1
其中/dev/hdc1是新的PV，当然在这之前，它应使用pvcreate初始化。

3.6 从VG移除PV
在移除PV之前，应确认该PV没用被LV使用，这可用命令pvdisplay查看，如：
# pvdisplay /dev/hda1
--- Physical volume ---
PV Name /dev/hda1
VG Name testvg
PV Size 1.95 GB / NOT usable 4 MB [LVM: 122 KB]
PV# 1
PV Status available
Allocatable yes (but full)
Cur LV 1
PE Size (KByte) 4096
Total PE 499
Free PE 0
Allocated PE 499
PV UUID Sd44tK-9IRw-SrMC-MOkn-76iP-iftz-OVSen7
如这个PV仍在被使用，则应把数据传移到其它PV上。在确认它未被使用后，可用命令vgreduce把它从VG中删除，如：
# vgreduce testvg /dev/hda1

3.7 创建LV
在创建逻辑卷前，应决定LV使用哪些PV，这可用命令vgdisplay与pvdisplay查看当前卷组与PV的使用情况。在已有的卷组上创建逻辑卷使用命令lvcreate，如：
# lvcreate -L1500 -ntestlv testvg
将在卷组testvg上建立一个1500MB的线性LV，其命名为testlv，对应的块设备为/dev/testvg/testlv。
# lvcreate -i2 -I4 -l100 -nanothertestlv testvg
将在卷组testvg上建立名为anothertestlv的LV，其大小为100LE，采用交错方式存放，交错值为2，块大小为4KB。
如果需要LV使用整个VG，可首先用vgdisplay 查找 Total PE 值，然后在运行lvcreate时指定，如：
# vgdisplay testvg | grep "Total PE"
Total PE 10230
# lvcreate -l 10230 testvg -n mylv
将使用卷组testvg的全部空间创建逻辑卷mylv。
在创建逻辑卷后，就可在其上创建文件系统并使用它。
命令lvcreate的常用方法：
lvcreate [options] -n 逻辑卷名 卷组名 [PV1 ... ]
其中的常用可选项有：
"-i Stripes ：采用交错(striped)方式创建LV，其中Stripes指卷组中PV的数量。
"-I Stripe_size ：采用交错方式时采用的块大小(单位为KB)，Stripe_size必须为2的指数：2N ，N=2,3...9。
"-l LEs ：指定LV的逻辑块数。
"-L size ：指定LV的大小，其后可以用K、M、G表示KB、MB、GB。
"-s ：创建一已存在LV的snapshot卷。
"-n name ：为LV指定名称。

3.8 删除LV
为删除一个逻辑卷，必须首先从系统卸载其上的文件系统，然后可用lvremove删除，如：
# umount /dev/testvg/testlv
# lvremove /dev/testvg/testlv
lvremove -- do you really want to remove "/dev/testvg/testlv"? [y/n]: y
lvremove -- doing automatic backup of volume group "testvg"
lvremove -- logical volume "/dev/testvg/testlv" successfully removed

3.9 扩展LV
为逻辑卷增加容量可用使用lvextend，即可以指定要增加的尺寸也可以指定扩容后的尺寸，如
# lvextend -L12G /dev/testvg/testlv
lvextend -- extending logical volume "/dev/testvg/testlv" to 12 GB
lvextend -- doing automatic backup of volume group "testvg"
lvextend -- logical volume "/dev/testvg/testlv" successfully extended
将扩大逻辑卷testlv的容量为12GB。
# lvextend -L+1G /dev/testvg/testlv
lvextend -- extending logical volume "/dev/testvg/testlv" to 13 GB
lvextend -- doing automatic backup of volume group "testvg"
lvextend -- logical volume "/dev/testvg/testlv" successfully extended
将为LV testlv再增大容量1GB至13GB。
为LV扩容的一个前提是：LV所在的VG有足够的空闲存储空间可用。
在为LV扩容之后，应同时为LV之上的文件系统扩容，使二者相匹配。对不同的文件系统有相对应的扩容方法。

3.9.1 ext2/ext3
除非内核已有ext2online 补丁，否则在改变ext2/ext3文件系统的大小时应卸载它：
# umount /dev/testvg/testlv
# resize2fs /dev/testvg/testlv
# mount /dev/testvg/testlv /home
这里假设testlv安装点为/home。在es2fsprogs-1.19或以上版本中包含resize2fs命令。
在LVM发行包中有一个称为e2fsadm的工具，它同时包含了lvextend与resize2fs的功能，如：
# e2fsadm -L+1G /dev/testvg/testlv
等价于下面两条命令：
# lvextend -L+1G /dev/testvg/testlv
# resize2fs /dev/testvg/testlv
但用户仍需首先卸载文件系统。

3.9.2 reiserfs
与ext2不同，Reiserfs不必卸载文件系统，如：
# resize_reiserfs -f /dev/testvg/testvl

3.9.3 xfs
SGI XFS文件系统必须在安装的情况下才可改变大小，并且要使用安装点而不是块设备，如：
# xfs_growfs /home

3.10 缩小LV
逻辑卷可扩展同样也可缩小，但应在缩小LV之前首先减小文件系统，否则将可能导致数据丢失。

3.10.1 ext2/ext3
可以使用LVM的工具e2fsadm操作，如：
# umount /home
# e2fsadm -L-1G /dev/testvg/testvl
# mount /home
如果采用resize2fs，就必须知道缩少后卷的块数：
# umount /home
# resize2fs /dev/testvg/testvl 524288
# lvreduce -L-1G /dev/testvg/testvl
# mount /home

3.10.2 reiserfs
在缩小reiserfs时，应首先卸载它，如：
# umount /home
# resize_reiserfs -s-1G /dev/testvg/testvl
# lvreduce -L-1G /dev/testvg/testvl
# mount -treiserfs /dev/testvg/testvl /home

3.10.3 xfs
无法实现。

3.11 在PV间转移数据
若要把一个PV从VG中移除，应首先把其上所有活动PE中的数据转移到其它PV上，而新的PV必须是本VG的一部分，有足够的空间。如要把PV1:/dev/hda1上的数据移到PV2:/dev/sda1上可用命令：
# pvmove /dev/hdb1 /dev/sdg1
如果在该PV之上的LV采用交错方式存放，则这个转移过程不能被打断。
建议在转移数据之前备份LV中的数据。

3.12 系统启动／关闭
"为使系统启动时可自动激活并使用LVM，可将以下几行添加到启动 rc 脚本中：
/sbin/vgscan
/sbin/vgchange -a y
这些行将浏览所有可用的卷组并激活它们。要注意的是，它们应在安装卷组上的文件系统操作之前被执行，否则将无法正常安装文件系统。
"在系统关机时，要关闭LVM，这可将以下这行添加到关机 rc 脚本中，并确保它在卸装了所有文件系统后执行：
/sbin/vgchange -a n

4 磁盘分区问题

4.1 一个磁盘上的多个分区
LVM允许PV建立在几乎所有块设备上，如整个硬盘、硬盘分区、Soft RAID：
# pvcreate /dev/sda1
# pvcreate /dev/sdf
# pvcreate /dev/hda8
# pvcreate /dev/hda6
# pvcreate /dev/md1
所以在一块硬盘上可以有多个PV／分区，但一般建议一块硬盘上只有一个PV：
"便于管理，易于处理错误
"避免交错方式中性能下降。LVM不能辨别两个PV是否在同一硬盘上，故当采用交错方式时，会导致性能更差。
但在某些情况下可采用：
"把已存在的系统合并到LVM中。在一个只有少数硬盘的系统中，转换为LVM时需在在各分区之间转移数据。
"把一个大硬盘分给不同的VG使用。
当一个VG的有不同的PV在同一硬盘时，创建交错方式的LV时应注意使用哪一个PV。

4.2 Sun disk labels
仅在SUN的SPARC系统中有此问题。

5 建立LVM用例

在本节中，将在3块SCSI硬盘：/dev/sda，/dev/sdb，/dev/sdc上按步建立LVM。

5.1 准备分区
首先要做的是初始化硬盘，建立PV，这将会删除硬盘上的原有数据。在此，用整个硬盘为PV：
# pvcreate /dev/sda
# pvcreate /dev/sdb
# pvcreate /dev/sdc
pvcreate在每个硬盘的起始端建立卷组描述区( volume group descriptor area, VGDA)。

5.2 创建卷组
利用上面三个PV建立卷组：
# vgcreate test_vg /dev/sda /dev/sdb /dev/sdc/
然后可用vgdisplay 查看／验证卷组的信息：
# vgdisplay
--- Volume Group ---
VG Name test_vg
VG Access read/write
VG Status available/resizable
VG # 1
MAX LV 256
Cur LV 0
Open LV 0
MAX LV Size 255.99 GB
Max PV 256
Cur PV 3
Act PV 3
VG Size 1.45 GB
PE Size 4 MB
Total PE 372
Alloc PE / Size 0 / 0
Free PE / Size 372/ 1.45 GB
VG UUID nP2PY5-5TOS-hLx0-FDu0-2a6N-f37x-0BME0Y
其中最重要的前三条要正确，且VS size是以上三个硬盘容量之和。

5.3 建立LV
在确定卷组test_vg正确后，就可在其上创建LV。LV的大小可在VG大小范围内任意选择，如同在硬盘上分区。

5.3.1 建立线性方式LV
在test_vg上建立一个大小为1GB的线性方式LV：
# lvcreate -L1G -ntest_lv test_vg
lvcreate -- doing automatic backup of "test_vg"
lvcreate -- logical volume "/dev/test_vg/test_lv" successfully created

5.3.2 建立交错方式LV
在test_vg上建立一个大小为1GB的交错方式LV，交错参数为4KB：
# lvcreate -i3 -I4 -L1G -ntest_lv test_vg
lvcreate -- rounding 1048576 KB to stripe boundary size 1056768 KB / 258 PE
lvcreate -- doing automatic backup of "test_vg"
lvcreate -- logical volume "/dev/test_vg/test_lv" successfully created
注意：如果使用 -i2参数，则LV将仅使用test_vg中的两块硬盘。

5.4 建立文件系统
在LV test_lv创建后，就可在其上建立文件系统，
如，ext2/ext3系统：
# mke2fs /dev/test_vg/test_lv
如，reiserfs：
＃ mkreiserfs /dev/test_vg/test_lv

5.5 测试文件系统
安装LV：
# mount /dev/test_vg/test_lv /mnt
# df
Filesystem 1k-blocks Used Available Use% Mounted on
/dev/hda1 1311552 628824 616104 51% /
/dev/test_vg/test_lv 1040132 20 987276 0% /mnt
则可以通过/mnt访问LV。

6 使用snapshot 做备份

例如我们要对卷组"test_vg"每晚进行数据库备份，就要采用snapshot类型的卷组。这种卷组是其它卷组的一个只读拷贝，它含有在创建snapshot卷组时原卷组的所有数据，这意味你可以备份这个卷组而不用担心在备份过程中数据会改变，也不需要暂时关闭数据库卷以备份。

6.1 建立snapshot卷
一个snapshot卷可大可小，但必须有足够的空间存放所有在本snapshot卷生存期间改变的数据，一般最大要求是原卷组的1.1倍。如空间不够，snapshot卷将不能使用。
# lvcreate -L592M -s -n dbbackup /dev/test_vg/databases
lvcreate -- WARNING: the snapshot must be disabled if it gets full
lvcreate -- INFO: using default snapshot chunk size of 64 KB for "/dev/test_vg/dbbackup"
lvcreate -- doing automatic backup of "test_vg"
lvcreate -- logical volume "/dev/test_vg/dbbackup" successfully created

6.2 安装snapshot卷
现在可以安装该卷：
# mkdir /mnt/test_vg/dbbackup
# mount /dev/test_vg/dbbackup /mnt/test_vg/dbbackup
mount: block device /dev/test_vg/dbbackup is write-protected, mounting read-only
从上面可以看出，snapshot卷是只读的。
当使用XFS文件系统时，mount命令要使用nouuid与norecovery选项：
# mount /dev/test_vg/dbbackup /mnt/test_vg/dbbackup -o nouuid,norecovery,ro

6.3 备份数据
如采用tar向磁带备份：
# tar -cf /dev/rmt0 /mnt/test_vg/dbbackup

6.4 删除snapshot 卷
在完成备份后，就可卸载并删除snapshot卷。
# umount /mnt/test_vg/dbbackup
# lvremove /dev/test_vg/dbbackup
lvremove -- do you really want to remove "/dev/test_vg/dbbackup"? [y/n]:y
lvremove -- doing automatic backup of volume group "test_vg"
lvremove -- logical volume "/dev/test_vg/dbbackup" successfullyremoved