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LVM逻辑卷管理器详解

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为什么要使用逻辑卷?

逻辑卷管理器是Linux系统用于对硬盘分区进行管理的一种机制,为了解决硬盘设备在创建分区后不易修改分区大小的缺陷。尽管对传统硬盘分区进行强制扩容或缩容从理论上讲是可行的。但是却可能造成数据的丢失。LVM技术是在硬盘分区和文件系统之间添加了一个逻辑层,它提供了一个抽象的卷组,可以把多块硬盘进行卷组合并。这样一来,用户不必关心物理设备底层架构和布局就可以实现对硬盘分区的动态调整。

LVM的技术架构图:

LVM逻辑卷管理器详解

举例理解:

比如小明家里想吃馒头但是面粉不够了,于是妈妈从隔壁老王家、老李家、老张家分别借来一些面粉,准备蒸馒头吃。首先需要把这些面粉物理卷[ PV, Physical Volume ] )揉成一个大面团( 卷组[ VG,Volume Group ] ),然后再把这个大面团分割成一个个小馒头( 逻辑卷[ LV, Logical Volume ] ),而且每个小馒头的重量必须是每勺面粉( 基本单元[ PE, Physical Extent ] )的倍数。

理论

物理卷处于LVM中的最底层,可以将其理解为物理硬盘、硬盘分区或者RAID磁盘阵列,这都可以。卷组建立在物理卷之上,一个卷组可以包含多个物理卷,而且在卷组创建之后也可以继续向其中添加新的物理卷。逻辑卷是用卷组中空闲的资源建立的,并且逻辑卷在建立后可以动态地扩展或缩小空间这就是LVM的核心理念。

  • 物理卷(PV:Physical Volume):物理卷是底层真正提供容量,存放数据设备,它可以是整个硬盘、硬盘上的分区等。
  • 卷组(VG:Volume Group):卷组建立在物理卷之上,它由一个或多个物理卷组成。即把物理卷整合起来提供容量分配。一个LVM系统中可以只有一个卷组,也可以包含多个卷组。
  • 逻辑卷(LV:Logical Volume):逻辑卷建立在卷组之上,它是从卷组中“切出”的一块空间它是最终用户使用的逻辑设备。逻辑卷创建之后,其大小可以伸缩。
  • 基本单元(PE:Physical Extents):具有唯一编号PE是能被LVM寻址的最小单元。PE的大小可以指定,默认为4MB。PE的大小一旦确定将不能改变,同一个卷组中的所有的物理卷的PE的大小是一直的

部署逻辑卷

常用的LVM部署命令

功能/命令 物理卷管理 卷组管理 逻辑卷管理
扫描 pvscan vgscan lvscan
建立 pvcreate vgcreate lvcreate
显示 pvdisplay vgdisplay lvdisplay
删除 pvremove vgremove lvremove
扩展   vgextend lvextend
缩小   vgreduce lvreduce

添加两块新硬盘设备
虚拟机中添加两块新硬盘设备的目的是为了更好地演示LVM理念中用户无需关心底层物理硬盘设备的特性。我们先对这两块新硬盘进行创建物理卷的操作,可以将该操作简单理解成让硬盘设备支持LVM技术,或者理解成是把硬盘设备加入到LVM技术可用的硬件资源池中,然后对这两块硬盘进行卷组合并,卷组的名称可以由用户来自定义。接下来,根据需求把合并后的卷组切割出一个约为150MB的逻辑卷设备,最后把这个逻辑卷设备格式化成EXT4文件系统后挂载使用。

[root@CentOS7-1 ~]# lsblk   NAME        MAJ:MIN RM  SIZE RO TYPE MOUNTPOINT  sr0          11:0    1 1024M  0 rom    vda         252:0    0   10G  0 disk   ├─vda1      252:1    0  500M  0 part /boot  └─vda2      252:2    0  9.5G  0 part     ├─cl-root 253:0    0    9G  0 lvm  /    └─cl-swap 253:1    0  500M  0 lvm  [SWAP]  vdb         252:16   0   10G  0 disk   vdc         252:32   0   10G  0 disk

第1步:创建物理卷,让新添加的两块硬盘设备支持LVM技术。

[root@centos7-1 ~]# pvcreate /dev/vdb /dev/vdc     Physical volume "/dev/vdb" successfully created.    Physical volume "/dev/vdc" successfully created.    [root@centos7-1 ~]# pvs         //简单查看    PV         VG Fmt  Attr PSize  PFree     /dev/vda2  cl lvm2 a--   9.51g     0     /dev/vdb      lvm2 ---  10.00g 10.00g    /dev/vdc      lvm2 ---  10.00g 10.00      [root@centos7-1 ~]# pvdisplay /dev/vdb        //查看物理卷详细信息    "/dev/vdb" is a new physical volume of "10.00 GiB"    --- NEW Physical volume ---    PV Name               /dev/vdb    VG Name                   PV Size               10.00 GiB    Allocatable           NO    PE Size               0       Total PE              0    Free PE               0    Allocated PE          0    PV UUID               bUTpIc-J6Hq-LUvk-WinD-hoYk-HQkX-sNgA2W

第2步:创建卷组并将物理卷加入到卷组

[root@centos7-1 ~]# vgcreate vg_storage /dev/vdb /dev/vdc        //vg_storage 自定义卷组名称    Volume group "vg_storage" successfully created    [root@centos7-1 ~]# vgdisplay     --- Volume group ---    VG Name               vg_storage    System ID                 Format                lvm2    Metadata Areas        2    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                2    Act PV                2    VG Size               19.99 GiB    PE Size               4.00 MiB    Total PE              5118    Alloc PE / Size       0 / 0       Free  PE / Size       5118 / 19.99 GiB    VG UUID               PRDBRS-ybbD-Dwud-GPbM-XxKu-5NHA-a0BMEm   ...........省略部分输出信息..........

第3步:创建一个约为150MB的逻辑卷设备
这里需要注意切割单位的问题,在对逻辑卷进行切割时有两种计量单位。第一种是以容量为单位��所使用的参数为-L,列如使用 —L 150M 则生成一个大小为150MB的逻辑卷。另外一种是以基本单元的个数为单位,所使用的参数为-l。每个基本单元的大小默认为4MB,例如,使用-l 37可以生成一个大小为37×4MB=148MB的逻辑卷。

root@centos7-1 ~]# lvcreate -n lv_vo -L 150M vg_storage         // -n 指定逻辑卷设备名称    Rounding up size to full physical extent 152.00 MiB    Logical volume "lv_vo" created.      [root@centos7-1 ~]# lvdisplay     --- Logical volume ---    LV Path                /dev/vg_storage/lv_vo    LV Name                lv_vo    VG Name                vg_storage    LV UUID                dIo5Ff-pKyD-97Hw-RMs3-dQ10-9tHG-ZGh5o9    LV Write Access        read/write    LV Creation host, time centos7-1, 2018-11-12 11:00:28 +0800    LV Status              available    # open                 0    LV Size                152.00 MiB    Current LE             38    Segments               1    Allocation             inherit    Read ahead sectors     auto    - currently set to     8192    Block device           253:2  ...........省略部分输出信息..........

第4步:将生成好的逻辑卷进行格式化,然后挂载使用
Linux系统会把LVM中的逻辑卷设备存放在/dev设备目录中(实际上是做了一个符号链接),同时会以卷组的名称来建立一个目录,其中保存了逻辑卷的设备映射文件(即/dev/卷组名称/逻辑卷名称)。

[root@centos7-1 ~]# ls /dev/vg_storage/lv_vo   /dev/vg_storage/lv_vo    [root@centos7-1 ~]# mkfs.ext4 /dev/vg_storage/lv_vo   mke2fs 1.42.9 (28-Dec-2013)  文件系统标签=  OS type: Linux  块大小=1024 (log=0)  分块大小=1024 (log=0)  Stride=0 blocks, Stripe width=0 blocks  38912 inodes, 155648 blocks  7782 blocks (5.00%) reserved for the super user  第一个数据=1  Maximum filesystem blocks=33816576  19 block groups  8192 blocks per group, 8192 fragments per group  2048 inodes per group  Superblock backups stored on blocks:       8193, 24577, 40961, 57345, 73729  Allocating group tables: 完成                              正在写入inode表: 完成                              Creating journal (4096 blocks): 完成  Writing superblocks and filesystem accounting information: 完成    [root@centos7-1 ~]# mkdir /linuxlvm  [root@centos7-1 ~]# mount /dev/vg_storage/lv_vo /linuxlvm/

第5步:查看挂载状态,并写入到配置文件、使其永久生效

[root@centos7-1 ~]# df -h  文件系统                      容量  已用  可用 已用% 挂载点  /dev/mapper/cl-root           9.1G  3.7G  5.4G   41% /  devtmpfs                      481M     0  481M    0% /dev  tmpfs                         497M   84K  497M    1% /dev/shm  tmpfs                         497M  7.1M  490M    2% /run  tmpfs                         497M     0  497M    0% /sys/fs/cgroup  /dev/vda1                     497M  166M  332M   34% /boot  tmpfs                         100M   16K  100M    1% /run/user/42  tmpfs                         100M     0  100M    0% /run/user/0  /dev/mapper/vg_storage-lv_vo  144M  1.6M  132M    2% /linuxlvm  [root@centos7-1 ~]# echo "/dev/vg_storage/lv_vo /linuxlvm ext4 defaults 0 0" >>/etc/fstab

扩容逻辑卷

在前面的实验中,卷组是由两块硬盘设备共同组成的。用户在使用存储设备时感知不到设备底层的架构和布局,更不用关心底层是由多少块硬盘组成的,只要卷组中有足够的资源就可以一直为逻辑卷扩容。扩展前请一定要记得卸载设备和挂载点的关联。

[root@centos7-1 ~]# umount /linuxlvm

第1步:把上一个实验中的逻辑卷vo扩展至300MB。

[root@centos7-1 ~]# lvextend -L 300M /dev/vg_storage/lv_vo     Size of logical volume vg_storage/lv_vo changed from 152.00 MiB (38 extents) to 300.00 MiB (75 extents).    Logical volume vg_storage/lv_vo successfully resized.

第2步:检查硬盘完整性,并重置硬盘容量。

[root@centos7-1 ~]# e2fsck -f /dev/vg_storage/lv_vo  Pass 1: Checking inodes, blocks, and sizes  Pass 2: Checking directory structure  Pass 3: Checking directory connectivity  Pass 4: Checking reference counts  Pass 5: Checking group summary information  /dev/vg_storage/lv_vo: 11/38912 files (0.0% non-contiguous), 10567/155648 blocks    [root@centos7-1 ~]# resize2fs /dev/vg_storage/lv_vo   resize2fs 1.42.9 (28-Dec-2013)  Resizing the filesystem on /dev/vg_storage/lv_vo to 307200 (1k) blocks.  The filesystem on /dev/vg_storage/lv_vo is now 307200 blocks long.

第3步:重新挂载硬盘设备并查看挂载状态

[root@centos7-1 ~]# mount -a   [root@centos7-1 ~]# df -h  文件系统                      容量  已用  可用 已用% 挂载点  /dev/mapper/cl-root           9.1G  3.7G  5.4G   41% /  devtmpfs                      481M     0  481M    0% /dev  tmpfs                         497M   84K  497M    1% /dev/shm  tmpfs                         497M  7.1M  490M    2% /run  tmpfs                         497M     0  497M    0% /sys/fs/cgroup  /dev/vda1                     497M  166M  332M   34% /boot  tmpfs                         100M   16K  100M    1% /run/user/42  tmpfs                         100M     0  100M    0% /run/user/0  /dev/mapper/vg_storage-lv_vo  287M  2.1M  266M    1% /linuxlvm

缩小逻辑卷

相较于扩容逻辑卷,在对逻辑卷进行缩容操作时,其丢失数据的风险更大。所以在生产环境中执行相应操作时,一定要提前备份好数据。另外Linux系统规定,在对LVM逻辑卷进行缩容操作之前,要先检查文件系统的完整性(当然这也是为了保证我们的数据安全)。在执行缩容操作前记得先把文件系统卸载掉。

[root@centos7-1 ~]# umount /linuxlvm/

第1步:检查文件系统的完整

[root@centos7-1 ~]# e2fsck -f /dev/vg_storage/lv_vo   e2fsck 1.42.9 (28-Dec-2013)  Pass 1: Checking inodes, blocks, and sizes  Pass 2: Checking directory structure  Pass 3: Checking directory connectivity  Pass 4: Checking reference counts  Pass 5: Checking group summary information  /dev/vg_storage/lv_vo: 11/77824 files (0.0% non-contiguous), 15987/307200 blocks

第2步:把逻辑卷lv_vo的容量减小到120MB

[root@centos7-1 ~]# resize2fs /dev/vg_storage/lv_vo 120M  resize2fs 1.42.9 (28-Dec-2013)  Resizing the filesystem on /dev/vg_storage/lv_vo to 122880 (1k) blocks.  The filesystem on /dev/vg_storage/lv_vo is now 122880 blocks lon    [root@centos7-1 ~]# lvreduce -L 120M /dev/vg_storage/lv_vo     WARNING: Reducing active logical volume to 120.00 MiB.    THIS MAY DESTROY YOUR DATA (filesystem etc.)  Do you really want to reduce vg_storage/lv_vo? [y/n]: y    Size of logical volume vg_storage/lv_vo changed from 300.00 MiB (75 extents) to 120.00 MiB (30 extents).    Logical volume vg_storage/lv_vo successfully resized.

第3步:重新挂载文件系统并查看系统状态

[root@centos7-1 ~]# mount -a   [root@centos7-1 ~]# df -h  文件系统                      容量  已用  可用 已用% 挂载点  /dev/mapper/cl-root           9.1G  3.7G  5.4G   41% /  devtmpfs                      481M     0  481M    0% /dev  tmpfs                         497M   84K  497M    1% /dev/shm  tmpfs                         497M  7.1M  490M    2% /run  tmpfs                         497M     0  497M    0% /sys/fs/cgroup  /dev/vda1                     497M  166M  332M   34% /boot  tmpfs                         100M   16K  100M    1% /run/user/42  tmpfs                         100M     0  100M    0% /run/user/0  /dev/mapper/vg_storage-lv_vo  113M  1.6M  103M    2% /linuxlvm

逻辑卷快照

LVM还具备有“快照卷”功能,该功能类似虚拟机软件的还原时间点功能。例如,可以对某一个逻辑卷设备做一次快照,如果日后发现数据被改错了就可以利用之前做好的快照卷进行覆盖还原。

首先查看卷组的信息

[root@centos7-1 ~]# vgdisplay     --- Volume group ---    VG Name               vg_storage    System ID                 Format                lvm2    Metadata Areas        2    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                2    Act PV                2    VG Size               19.99 GiB    PE Size               4.00 MiB    Total PE              5118    Alloc PE / Size       30 / 120.00 MiB    Free  PE / Size       5088 / 19.88 GiB    VG UUID               PRDBRS-ybbD-Dwud-GPbM-XxKu-5NHA-a0BMEm  ...........省略部分输出信息..........

通过卷组的输出信息可以清晰看到,卷组中已经使用了120MB的容量,空闲容量还有19.88GB。接下来用重定向往逻辑卷设备所挂载的目录中写入一个文件。

[root@centos7-1 ~]# echo "to day is good day" > /linuxlvm/today.txt    [root@centos7-1 ~]# ll /linuxlvm/用量 13  drwx------ 2 root root 12288 11月 12 11:04 lost+found  -rw-r--r-- 1 root root    19 11月 12 11:57 today.txt

第1步:使用-s参数生成一个快照卷,使用-L参数指定切割的大小。另外,还需要在命令后面写上是针对哪个逻辑卷执行的快照操作。

[root@centos7-1 ~]# lvcreate -L 120M -s -n SNAP  /dev/vg_storage/lv_vo     Using default stripesize 64.00 KiB.    Rounding up size to full physical extent 52.00 MiB    Logical volume "SNAP" created.    [root@centos7-1 ~]# lvs
  LV    VG        Attr      LSize  Pool Origin Data%  Meta%  Move Log Cpy%Sync Convert
  root  cl        -wi-ao----  9.02g                                                   
  swap  cl        -wi-ao---- 500.00m                                                   
  SNAP  vg_storage swi-a-s--- 120.00m      lv_vo  0.01                                   
  lv_vo vg_storage owi-aos--- 120.00m

第2步:在逻辑卷所挂载的目录中创建一个100MB的垃圾文件,然后再查看快照卷的状态。可以发现存储空间占的用量上升了。

[root@centos7-1 ~]# dd if=/dev/zero of=/linuxlvm/files count=1 bs=100M   记录了1+0 的读入  记录了1+0 的写出  104857600字节(105 MB)已复制,0.680154 秒,154 MB/秒    [root@centos7-1 ~]# lvs    LV    VG         Attr       LSize   Pool Origin Data%  Meta%  Move Log Cpy%Sync Convert    root  cl         -wi-ao----   9.02g                                                        swap  cl         -wi-ao---- 500.00m                                                                                     SNAP vg_storage swi-a-s--- 120.00m      lv_vo  83.69                                      lv_vo vg_storage owi-aos--- 120.00m 

第3步:为了校验SNAP快照卷的效果,需要对逻辑卷进行快照还原操作。在此之前记得先卸载掉逻辑卷设备与目录的挂载。

[root@centos7-1 ~]# umount /linuxlvm    [root@centos7-1 ~]# lvconvert --merge /dev/vg_storage/SNAP     Merging of volume vg_storage/SNAP started.    lv_vo: Merged: 18.84%    lv_vo: Merged: 100.00%

第4步:快照卷会被自动删除掉,并且刚刚在逻辑卷设备被执行快照操作后再创建出来的100MB的垃圾文件也被清除了。

[root@centos7-1 ~]# mount -a  [root@centos7-1 ~]# ls /linuxlvm/  lost+found  today.txt

删除逻辑卷

当生产环境中想要重新部署LVM或者不再需要使用LVM时,则需要执行LVM的删除操作。为此,需要提前备份好重要的数据信息,然后依次删除逻辑卷、卷组、物理卷设备,这个顺序不可颠倒。

第1步:取消逻辑卷与目录的挂载关联,删除配置文件中永久生效的设备参数。

[root@centos7-1 ~]# umount /linuxlvm/  [root@centos7-1 ~]# vim /etc/fstab     #  # /etc/fstab  # Created by anaconda on Mon Oct 29 12:25:27 2018  #  # Accessible filesystems, by reference, are maintained under '/dev/disk'  # See man pages fstab(5), findfs(8), mount(8) and/or blkid(8) for more info  #  /dev/mapper/cl-root     /                       xfs     defaults        0 0  UUID=07d3a8ca-89fa-4011-837d-47ac9f7660c4 /boot                   xfs     defaults        0 0  /dev/mapper/cl-swap     swap                    swap    defaults        0 0  /dev/vg_storage/lv_vo   /linuxlvm               ext4    defaults        0 0

第2步:删除逻辑卷设备,需要输入y来确认操作。

[root@centos7-1 ~]# lvremove /dev/vg_storage/lv_vo   Do you really want to remove active logical volume vg_storage/lv_vo? [y/n]: y    Logical volume "lv_vo" successfully removed

第3步:删除卷组,此处只写卷组名称即可,不需要设备的绝对路径

[root@centos7-1 ~]# vgremove vg_storage     Volume group "vg_storage" successfully removed

第4步:删除物理卷设备。

[root@centos7-1 ~]# pvremove /dev/vdb /dev/vdc     Labels on physical volume "/dev/vdb" successfully wiped.    Labels on physical volume "/dev/vdc" successfully wiped.

在上述操作执行完毕之后,再执行lvdisplay、vgdisplay、pvdisplay命令来查看LVM的信息时就不会再看到信息了(前提是上述步骤的操作是正确的)。


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