理解 LVM (Logical Volume Manager)

最近在安装 Gentoo 的过程中遇到一个新名词 ── LVM。由于在 Gentoo 官方提供的安装手册中没有对它进行介绍，因此在安装过程中的许多命令都不是很了解，于是觉得有必要写个总结来巩固和加强印象，也希望本文能够帮助你在理解了 LVM，在创建、维护和管理 LVM 时能够得心应手。

概述

LVM，逻辑卷管理器 (Logical Volume Manager)，顾名思义，它就是用于管理逻辑卷的，LVM 在 Linux 内核得到支持。

在传统的存储模型中，文件系统是直接构建于物理分区之上的，物理分区的大小就决定了其上文件系统的存储容量，因此对文件系统的存储容量的调整就变得比较繁琐。

而 LVM 设计的主要目标就是实现文件系统存储容量的可扩展性，使对容量的调整更为简易。

名词解释

在介绍 LVM 的工作原理之前需要先介绍几个名词：

• PP，物理分区（Physical Partition），如硬盘的分区，或 RAID 分区。
• PV，物理卷（Physical Volume），是 PP 的 LVM 抽象，它维护了 PP 的结构信息，是组成 VG 的基本逻辑单元，一般一个 PV 对应一个 PP。
• PE，物理扩展单元（Physical Extends），每个 PV 都会以 PE 为基本单元划分。
• VG，卷组（Volume Group），即 LVM 卷组，它可由一个或数个 PV 组成，相当于 LVM 的存储池。
• LE，逻辑扩展单元（Logical Extends），组成 LV 的基本单元，一个 LE 对应一个 PE。
• LV，逻辑卷（Logical Volume），它建立在 VG 之上，文件系统之下，由若干个 LE 组成。

工作原理

LVM 的架构图如下：

LVM 在每个物理卷头部都维护了一个 metadata，每个 metadata 中都包含了整个 VG 的信息，包括每个 VG 的布局配置、PV 的编号、LV 的编号，以及每个 PE 到 LE 的映射关系。同一个 VG 中的每个 PV 头部的信息是相同的，这样有利于故障时进行数据恢复。

LVM 对上层文件系统提供 LV 层，隐藏了操作细节。对文件系统而言，对 LV 的操作与原先对 Partition 的操作没有差别。当对 LV 进行写入操作时，LVM 定位相应的 LE，通过 PV 头部的映射表，将数据写入到相应的 PE 上。

LVM 实现的关键在于在 PE 和 LE 间建立映射关系，不同的映射规则决定了不同的 LVM 存储模型。LVM 支持多个 PV 的 Stripe 和 Mirror，这点和软 Raid 的实现十分相似。

是否使用 LVM？

在决定是否使用 LVM 前请先了解下 LVM 的优缺点。

使用 LVM 的优势：

• 文件系统可以跨多个磁盘，因此大小不会受物理磁盘的限制。
• 可以在系统运行状态下动态地扩展文件系统大小。
• 可以增加新磁盘到 LVM 的存储池中。
• 可以以镜像的方式冗余重要数据到多个物理磁盘上。
• 可以很方便地导出整个卷组，并导入到另外一台机器上。

使用 LVM 的限制：

• 在从卷组中移除一个磁盘时必须使用 reducevg，否则会出问题。
• 当卷组中的一个磁盘损坏时，整个卷组都会受影响。
• 不能减小文件系统大小（受文件系统类型限制）。
• 因为加入了额外的操作，存储性能会受影响（使用 Stripe 的情况另当别论）。

使用 LVM 将获得更好的可扩展性和可操作性，但却损失了可靠性和存储性能，总的说来就是在这两者间选择。

使用要点

• 按需分配文件系统大小，不要一次性分配太大的空间给文件系统，剩余的空间可以放在存储池中，在需要时再扩充到文件系统中。
• 把不同的数据放在不同的卷组中，这样在做系统升级或数据迁移操作时会比较方便。

操作示例

如果在安装 Gentoo 时使用 LVM，那么在 livecd 光盘中已经带有 LVM 的操作命令。如果想要在安装完的系统中使用，则需要先安装相应的管理工具，通过以下命令进行安装： emerge lvm2。

使用 LVM 的基本步骤：

1. 在物理分区（PP）上创建物理卷（PV）
   如： pvcreate /dev/sda1
2. 在创建卷组（VG）
   如： vgcreate vg /dev/sda1
3. 从 VG 中分配空间，创建逻辑卷（LV）
   如： lvcreate -L10G -nhome vg
4. 在 LV 上建立文件系统
   如： mke2fs -j /dev/vg/home

在 Gentoo 的安装文档《含软Raid和LVM2的Gentoo Linux x86快速安装指南》中有非常具体的 LVM 使用案例，这里不在累举。

更多关于 LVM 相关操作命令的使用方法，请参阅 man 手册。

延伸阅读：

• Wikipedia: Logical Volume Manager (Linux)
• Linux lvm – Logical Volume Manager
• Managing Disk Space with LVM
• IBM developerWorks: Wikis – LVM

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