Linux逻辑盘卷管理LVM详解

   摘要： Linux用户安装Linux操作系统时遇到的一个最常见的难以决定的问题就是如何正确地给评估各分区大小，以分配合适的硬盘空间。而遇到出现某个分区空间耗尽时，解决的方法通常是使用符号链接，或者使用调整分区大小的工具(比如Patition Magic等)，但这都只是暂时解决办法，没有根本解决问题。随着Linux的逻辑盘卷管理功能的出现，这些问题都迎刃而解，本文就深入讨论LVM技术，使得用户在无需停机的情况下方便地调整各个分区大小。
　　一、 前言
　　每个Linux使用者在安装Linux时都会遇到这样的困境：在为系统分区时，如何精确评估和分配各个硬盘分区的容量，因为系统管理员不但要考虑到当前某个分区需要的容量，还要预见该分区以后可能需要的容量的最大值。因为如果估计不准确，当遇到某个分区不够用时管理员可能甚至要备份整个系统、清除硬盘、重新对硬盘分区，然后恢复数据到新分区。
　　虽然现在有很多动态调整磁盘的工具可以使用，例如Partation Magic等等，但是它并不能完全解决问题，因为某个分区可能会再次被耗尽；另外一个方面这需要重新引导系统才能实现，对于很多关键的服务器，停机是不可接受的，而且对于添加新硬盘，希望一个能跨越多个硬盘驱动器的文件系统时，分区调整程序就不能解决问题。
　　因此完美的解决方法应该是在零停机前提下可以自如对文件系统的大小进行调整，可以方便实现文件系统跨越不同磁盘和分区。幸运的是Linux提供的逻辑盘卷管理（LVM,Logical Volume Manager）机制就是一个完美的解决方案。
　　LVM是逻辑盘卷管理（Logical Volume Manager）的简称，它是Linux环境下对磁盘分区进行管理的一种机制，LVM是建立在硬盘和分区之上的一个逻辑层，来提高磁盘分区管理的灵活性。通过LVM系统管理员可以轻松管理磁盘分区，如：将若干个磁盘分区连接为一个整块的卷组（volume group），形成一个存储池。管理员可以在卷组上随意创建逻辑卷组（logical volumes），并进一步在逻辑卷组上创建文件系统。管理员通过LVM可以方便的调整存储卷组的大小，并且可以对磁盘存储按照组的方式进行命名、管理和分配，例如按照使用用途进行定义：“development”和“sales”，而不是使用物理磁盘名“sda”和“sdb”。而且当系统添加了新的磁盘，通过LVM管理员就不必将磁盘的文件移动到新的磁盘上以充分利用新的存储空间，而是直接扩展文件系统跨越磁盘即可。
　　二、 LVM基本术语
　　前面谈到，LVM是在磁盘分区和文件系统之间添加的一个逻辑层，来为文件系统屏蔽下层磁盘分区布局，提供一个抽象的盘卷，在盘卷上建立文件系统。首先我们讨论以下几个LVM术语：
　　* 物理存储介质（The physical media）
　　这里指系统的存储设备：硬盘，如：/dev/hda1、/dev/sda等等，是存储系统最低层的存储单元。
　　* 物理卷（physical volume）
　　物理卷就是指硬盘分区或从逻辑上与磁盘分区具有同样功能的设备(如RAID)，是LVM的基本存储逻辑块，但和基本的物理存储介质（如分区、磁盘等）比较，却包含有与LVM相关的管理参数。
　　* 卷组（Volume Group）
　　LVM卷组类似于非LVM系统中的物理硬盘，其由物理卷组成。可以在卷组上创建一个或多个“LVM分区”（逻辑卷），LVM卷组由一个或多个物理卷组成。
　　* 逻辑卷（logical volume）
　　LVM的逻辑卷类似于非LVM系统中的硬盘分区，在逻辑卷之上可以建立文件系统(比如/home或者/usr等)。
　　* PE（physical extent）
　　每一个物理卷被划分为称为PE(Physical Extents)的基本单元，具有唯一编号的PE是可以被LVM寻址的最小单元。PE的大小是可配置的，默认为4MB。
　　* LE（logical extent）
　　逻辑卷也被划分为被称为LE(Logical Extents) 的可被寻址的基本单位。在同一个卷组中，LE的大小和PE是相同的，并且一一对应。
　　[myimg]upload/lvm-1.png[/myimg]
　　首先可以看到，物理卷（PV）被由大小等同的基本单元PE组成。
　　[myimg]upload/lvm-2.png[/myimg]
　　一个卷组由一个或多个物理卷组成，
　　[myimg]upload/lvm-3.png[/myimg]
　　从上图可以看到，PE和LE有着一一对应的关系。逻辑卷建立在卷组上。逻辑卷就相当于非LVM系统的磁盘分区，可以在其上创建文件系统。
　　下图是磁盘分区、卷组、逻辑卷和文件系统之间的逻辑关系的示意图：
　　[myimg]upload/lvm-4.png[/myimg]
　　和非LVM系统将包含分区信息的元数据保存在位于分区的起始位置的分区表中一样，逻辑卷以及卷组相关的元数据也是保存在位于物理卷起始处的VGDA(卷组描述符区域)中。VGDA包括以下内容： PV描述符、VG描述符、LV描述符、和一些PE描述符 。
　　系统启动LVM时激活VG，并将VGDA加载至内存，来识别LV的实际物理存储位置。当系统进行I/O操作时，就会根据VGDA建立的映射机制来访问实际的物理位置。
　　三、 安装LVM
　　首先确定系统中是否安装了lvm工具：
　　[root@www root]# rpm –qa|grep lvm
　　lvm-1.0.3-4
　　如果命令结果输入类似于上例，那么说明系统已经安装了LVM管理工具；如果命令没有输出则说明没有安装LVM管理工具，则需要从网络下载或者从光盘装LVM rpm工具包。
　　安装了LVM的RPM软件包以后，要使用LVM还需要配置内核支持LVM。RedHat默认内核是支持LVM的，如果需要重新编译内核，则需要在配置内核时，进入Multi-device Support 
(RAID and LVM)子菜单，选中以下两个选项：

Multiple devices driver support (RAID and LVM)
　　 Logical volume manager (LVM) Support
　　然后重新编译内核，即可将LVM的支持添加到新内核中。
　　为了使用LVM，要确保在系统启动时激活LVM，幸运的是在RedHat7.0以后的版本，系统启动脚本已经具有对激活LVM的支持，在/etc/rc.d/rc.sysinit中有以下内容：
　　# LVM initialization
　　if [ -e /proc/lvm -a -x /sbin/vgchange -a -f /etc/lvmtab ]; then
　　action $"Setting up Logical Volume Management:" /sbin/vgscan && /sbin/vgchange -a y
　　fi
　　其中关键是两个命令，vgscan命令实现扫描所有磁盘得到卷组信息，并创建文件卷组数据文件/etc/lvmtab和/etc/lvmtab.d/*；vgchange -a y命令激活系统所有卷组。
　　四、 创建和管理LVM
　　要创建一个LVM系统，一般需要经过以下步骤：
　　1、 创建分区
　　使用分区工具（如：fdisk等）创建LVM分区，方法和创建其他一般分区的方式是一样的，区别仅仅是LVM的分区类型为8e。
　　2、 创建物理卷
　　创建物理卷的命令为pvcreate(也即初始化物理卷），利用该命令将希望添加到卷组的所有分区或者磁盘创建为物理卷。将整个磁盘创建为物理卷的命令为：
　　# pvcreate /dev/hdb
　　将单个分区创建为物理卷的命令为：
　　# pvcreate /dev/hda5
   扫描所有的块设备，使用lvmdiskscan命令：
   # lvmdiskscan
  /dev/ram0                    [       16.00 MB]
  /dev/sda                     [       17.15 GB]
  /dev/root                    [       13.69 GB]
  /dev/ram                     [       16.00 MB]
  /dev/sda1                    [       17.14 GB] LVM physical volume
  /dev/VolGroup00/LogVol01     [      512.00 MB]
  /dev/ram2                    [       16.00 MB]
  /dev/new_vg/lvol0            [       52.00 MB]
  /dev/ram3                    [       16.00 MB]
  /dev/pkl_new_vg/sparkie_lv   [        7.14 GB]
  /dev/ram4                    [       16.00 MB]
  /dev/ram5                    [       16.00 MB]
  /dev/ram6                    [       16.00 MB]
  /dev/ram7                    [       16.00 MB]
  /dev/ram8                    [       16.00 MB]
  /dev/ram9                    [       16.00 MB]
  /dev/ram10                   [       16.00 MB]
  /dev/ram11                   [       16.00 MB]
  /dev/ram12                   [       16.00 MB]
  /dev/ram13                   [       16.00 MB]
  /dev/ram14                   [       16.00 MB]
  /dev/ram15                   [       16.00 MB]
  /dev/sdb                     [       17.15 GB]
  /dev/sdb1                    [       17.14 GB] LVM physical volume
  /dev/sdc                     [       17.15 GB]
  /dev/sdc1                    [       17.14 GB] LVM physical volume
  /dev/sdd                     [       17.15 GB]
  /dev/sdd1                    [       17.14 GB] LVM physical volume
  7 disks
  17 partitions
  0 LVM physical volume whole disks
  4 LVM physical volumes
    3、 创建卷组
　　创建卷组的命令为vgcreate，后面可以加-v参数来显示更多的信息。（所有的lvm命令都支持-v,-vv,-vvv,-vvvv参数,其中-vvvv显示的更全面），将使用pvcreate建立的物理卷创建为一个完整的卷组：
　　# vgcreate web_document /dev/hda5 /dev/hdb
　　vgcreate命令第一个参数是指定该卷组的逻辑名：web_document。后面参数是指定希望添加到该卷组的所有分区和磁盘。vgcreate在创建卷组 web_document 以外，还设置使用大小为4 MB的PE（默认为4MB），这表示卷组上创建的所有逻辑卷都以 4 MB 为增量单位来进行扩充或缩减。由于内核原因，PE大小决定了逻辑卷的最大大小，4 MB 的PE决定了单个逻辑卷最大容量为 256 GB，若希望使用大于256G的逻辑卷则创建卷组时指定更大的PE。PE大小范围为8 KB 到 512 MB，并且必须总是 2 的倍数（使用-s指定，具体请参考man vgcreate）。
　　4、 激活卷组
　　为了立即使用卷组而不是重新启动系统，可以使用vgchange来激活卷组：
　　# vgchange -a y web_document
　　5、 添加新的物理卷到卷组中
　　当系统安装了新的磁盘并创建了新的物理卷，而要将其添加到已有卷组时，就需要使用vgextend命令：
　　# vgextend web_document /dev/hdc1
　　这里/dev/hdc1是新的物理卷。
　　6、 从卷组中删除一个物理卷
　　要从一个卷组中删除一个物理卷，首先要确认要删除的物理卷没有被任何逻辑卷正在使用，就要使用pvdisplay命令察看一个该物理卷信息：
　　[myimg]upload/lvm-5.png[/myimg]
　　如果某个物理卷正在被逻辑卷所使用，就需要将该物理卷的数据备份到其他地方，然后再删除。删除物理卷的命令为vgreduce：
　　# vgreduce web_document /dev/hda1
　　7、 创建逻辑卷
　　创建逻辑卷的命令为lvcreate：
　　# lvcreate -L1500 –nwww1 web_document
　　该命令就在卷组web_document上创建名字为www1，大小为1500M的逻辑卷，并且设备入口为/dev/web_document/www1 （web_document为卷组名，www1为逻辑卷名）。如果希望创建一个使用全部卷组的逻辑卷，则需要首先察看该卷组的PE数，然后在创建逻辑卷时指定：
　　# vgdisplay web_document| grep "Total PE"
　　Total PE 45230
　　# lvcreate -l 45230 web_document -n www1
　　8、 创建文件系统
　　笔者推荐使用reiserfs文件系统，来替代ext2和ext3：
　　[myimg]upload/lvm-6.png[/myimg]
　　创建了文件系统以后，就可以加载并使用它：
　　# mkdir /data/wwwroot
　　# mount /dev/web_document/www1 /data/wwwroot
　　如果希望系统启动时自动加载文件系统，则还需要在/etc/fstab中添加内容：
　　/dev/web_document/www1 /data/wwwroot reiserfs defaults 1 2
　　9、 删除一个逻辑卷
　　删除逻辑卷以前首先需要将其卸载，然后删除：
　　# umount /dev/web_document/www1
　　# lvremove /dev/web_document/www1
　　lvremove -- do you really want to remove "/dev/web_document/www1"? [y/n]: y
　　lvremove -- doing automatic backup of volume group "web_document"
　　lvremove -- logical volume "/dev/web_document/www1" successfully removed
　　10、 扩展逻辑卷大小
　　LVM提供了方便调整逻辑卷大小的能力，扩展逻辑卷大小的命令是lvcreate：
　　# lvextend -L12G /dev/web_document/www1
　　lvextend -- extending logical volume "/dev/web_document/www1" to 12 GB
　　lvextend -- doing automatic backup of volume group "web_document "
　　lvextend -- logical volume "/dev/web_document/www1" successfully extended
　　上面的命令就实现将逻辑卷www1的大小扩招为12G。
　　# lvextend -L+1G /dev/web_document/www1
　　lvextend -- extending logical volume "/dev/web_document/www1" to 13 GB
　　lvextend -- doing automatic backup of volume group "web_document "
　　lvextend -- logical volume "/dev/web_document/www1" successfully extended
　　上面的命令就实现将逻辑卷www1的大小增加1G。
　　增加了逻辑卷的容量以后，就需要修改文件系统大小以实现利用扩充的空间。笔者推荐使用reiserfs文件系统来替代ext2或者ext3。因此这里仅仅讨论reiserfs的情况。Reiserfs文件工具提供了文件系统大小调整工具：resize_reiserfs。对于希望调整被加载的文件系统大小：
　　# resize_reiserfs -f /dev/web_document/www1
　　一般建议最好将文件系统卸载，调整大小，然后再加载：
　　# umount /dev/web_document/www1
　　# resize_reiserfs /dev/web_document/www1
　　# mount -treiserfs /dev/web_document/www1 /data/wwwroot
　　对于使用ext2或ext3文件系统的用户可以考虑使用工具
　　ext2resize。
http://sourceforge.net/projects/ext2resize
　　11、 减少逻辑卷大小
　　使用lvreduce即可实现对逻辑卷的容量，同样需要首先将文件系统卸载：
　　# umount /data/wwwroot
　　# resize_reiserfs -s-2G /dev/web_document/www1
　　# lvreduce -L-2G /dev/web_document/www1
　　# mount -treiserfs /dev/web_document/www1 /data/wwwroot
　　五、 总结
　　根据上面的讨论可以看到，LVM具有很好的可伸缩性，使用起来非常方便。可以方便地对卷组、逻辑卷的大小进行调整，更进一步调整文件系统的大小。如果希望了解更多信息，请参考LVM-HOWTO。
一LVM的基本概念
　　LVM(logical volume manager) 逻辑卷管理器
　　其中主要分为这几个概念
　　1物理卷-简称PV
　　物理卷在逻辑卷管理器中属于最底层的,任何的逻辑卷和卷组都必需依靠物理卷来建立,物理卷可以是一个完整的硬盘,也可以是硬盘中的莫一个分区
　　2卷组-简称VG
　　卷组是建立在物理卷之上,一个物理卷中可以有1个或多个卷组
　　3逻辑卷-简称LV
　　逻辑卷是建立在卷组之上的,卷组中的空间可以建立多个逻辑卷,并且逻辑卷可以随意从卷组的空闲空间中增减,逻辑卷可以属于一个卷组,也可以属于不同的多个卷组
　　4 物理区域-简称PE
　　物理区域是物理卷中最小的可分配储存单元
　　5 逻辑区域-简称-LE
　　逻辑区域是逻辑卷中可用于分配的最小储存单元
　　6 卷组描述区域-简称VGDA
　　用于描述物理卷,卷组,逻辑卷分配的所由信息
　　一个建立逻辑卷的流程如下
　　PV-VG-LV
　　物理卷包含卷组,卷组包含逻辑卷
　　二redhat9中使用逻辑卷管理器
　　1使用vgscan生成默认的配置文件,配置文件在/etc下的lvmconf 和lvmtab 2个文件
　　2 为逻辑卷管理器分配物理卷
　　我这里使用一个分区来作/dev/hda9
　　#fdisk hda
　　>t
　　>9
　　>8e (为LVM分区)
　　>w
　　重起
　　#pvcreate /dev/hda9
　　使用
　　#pvdisplay /dev/hda9查看是否建立
　　这样就建立好了物理卷
    #pvscan 扫描系统中所有支持lvm物理卷的块设备
    PV /dev/sdb2   VG vg0   lvm2 [964.00 MB / 0   free]
    PV /dev/sdc1   VG vg0   lvm2 [964.00 MB / 428.00 MB free]
    PV /dev/sdc2            lvm2 [964.84 MB]
    Total: 3 [2.83 GB] / in use: 2 [1.88 GB] / in no VG: 1 [964.84 MB]
　　3在物理卷中建立卷组
　　#vgcreate vg0 /dev/hda9 其中vg0为要建立的卷组名程.这里的PE值我们使用默认的4M如需要增大可以使用-L 选想,记住一旦设定以后不可更改PE的值
　　#vgdisplay 查看是否建立成功
　　4 在卷组中建立逻辑卷
　　#lvcreate -L 100M -n vg1 vg0
　　其中-L 选项表示你想的逻辑卷大小,以后可以用命令增减 -n指定逻辑卷的名程和卷组的名程,也可以使用绝对路径来达到上述目的
　　#lvdisplay /dev/vg0/vg1
　　查看是否建立成功
　　5 为逻辑卷建立文件系统
　　#mkfs.ext3 /dev/vg0/vg0
　　然后挂载尝试是否建立成功
　　#mount /dev/vg0/vg1 /home
　　这样一个逻辑卷就基本成型了
　　三 逻辑卷的管理
　　1增加新的物理卷到卷组
　　当卷组中没有足够的空间分配给逻辑卷时,可以用给卷组增加物理卷的方法来增加卷组的空间
　　# vgextend vg0 /dev/hda8
　　这里注意hda8必需为LVM分区
　　2 扩充和减小逻辑卷的容量
　　#e2fsadm -L +100M /dev/vg0/vg1
　　-L 表示增减空间 +表示加 -表示建
　　#e2fsadm -L -100M /dev/vg0/vg1
　　这里要注意文件系统必需是ext2或ext3,而且需要卸载文件系统来执行,减小的时候需要知道剪掉空间的大小,不然会造成丢失
　　在reiserfs文件系统中未作测试
　　3 删除逻辑卷-卷组-物理卷 (必需按照先后顺序来执行删除)
　　#lvremove /dev/vg0/vg1 删除逻辑卷
　　#vgremove /dev/vg0 删除卷组
　　这里有一个问题,如果建立的卷组是活动的,他就不能删除
　　这里需要使用一个命令来是他变成固定的,以便删除
　　#vgchage -a n /dev/vg0
　　-a 参数指定卷组是否是活动的,n表示固定,y表示活动
　　#vgremove /dev/vg0
　　成功
　　物理卷的删除,移除/etc下的lvmconf 和lvmtab的两个文件,然后将分区转换为linux的就可以了
　　四 检查物理卷,卷组,逻辑卷
　　分别使用3个命令
　　1pvscan 检查物理卷
　　2vgscan 检查卷组
　　3lvscan 检查逻辑卷
　　这里只是介绍了逻辑卷管理器的基本建立和删除
　　应为今天时间有限,明天积蓄补充,希望此文对你有所帮助
　　明天内容
　　如何备份逻辑卷
　　如何用LVM作镜像卷
　　如何改变逻辑卷的属性
　　五 为逻辑卷作备份
　　1当你要备份你的卷组信息是,你就需要为卷组作备份,使用vgcfgbackup来备份
　　#vgcfgbackup vg0
　　备份的信息就是我们前面提到的VGDA备份到/etc/lwmconf/VG.conf
　　2当你的卷组信息意外丢失时,你可以使用这个文件来恢复你的卷组信息,前提是你要备份了的
　　#vgcfgrestor -n vg0 /dev/hda8
　　或者
　　#vgcfgrestor -f /etc/lvmconf/XXX.conf
　　重卷组vg0中恢复物理卷的VGDA信息 -n参数指定卷组的名程 -f 制定备份文件路径
　　3 恢复了物理卷及卷组的信息后我们还要恢复原来的建立的卷组和逻辑卷的设备文件
　　#vgmknods
　　这样如果物理卷,卷组,逻辑卷的信息丢失或者设备文件被破坏是就可以用来及时恢复
　　六 卷组的合并于拆分
　　当你想合并2个卷组时可以使用一下命令
　　这里有2个前提条件 1 卷组的PE(物理区域)大小相等 2 2个卷组必需是非活动的,这个可以用前面提到的vgchange命令来更改,做到以上2个条件就可以了
　　#vgmerge vg1 vg2
　　其中vg1为原始卷组,vg2是你想合并到到vg1的卷组
　　七 逻辑卷管理器管理命令(针对整个逻辑卷管理器,不针对物理卷,卷组,逻辑卷,是全局命令)注:全局命令都是以lvm开头的
　　1复位逻辑卷管理器(全局命令)
　　#lvmchange -R
　　这个命令用来复位逻辑卷管理器,也就是reset,该命令会使所由的卷组和逻辑卷处于非活动状态,也就是不能使用卷组和逻辑卷,所以使用时一定小心
　　2 查看逻辑卷管理器日志
　　# lvmsadc
　　命令可以直接输出到标准输出,也就是屏幕上,也可输出到文件中
　　# lvmsadc 1.txt
　　使用lvmsar 命令可一查看lvmsdac生成的日志文件
　　#lnmsar 1.txt
　　日志文件显示逻辑卷管理器中设备的读写统计信息
　　显示如下
　　total read :12 total write :222
　　3 利用LVM作逻辑卷的镜像卷或成快照卷
　　快照卷不需要和父卷大小一致,我们假设不需要保存太多的快照文件,可以设置成10M
　　#lvcreate -s -L 10M -n kuaizhao /dev/vg0/vg1
　　这样就从逻辑卷vg1中分出快照卷/dev/vg0/kuaizhao
　　这里又有一个问题,redhat9默认快照卷是以只读方式挂载的,只读方式的快照卷是不能和父卷同步数据的
　　这里需要使用lvchange命令使快照卷为读写方式挂载
　　#lvchange -p rw /dev/vg0/kuaizhao
　　然后
　　#mount /dev/vg0/vg1 /home
　　#mount /dev/vg0/kuaizhao /opt
　　目录随便,我这里只是测试
　　#cd /home
　　#touch test
　　#cd /opt
　　#ls
　　恭喜你可以看到文件数据已经同步了
　　注:如快照卷不能容纳超过自身设置的容量时,将被LVM管理器自动删除
　　解决的方法:
　　1及时清理不必要的快照文件
　　2 设置逻辑快照卷和父逻辑卷大小一致