LVM邏輯捲管理器為什麼要使用邏輯捲？邏輯捲管理器是Linux系統用於對硬碟分區進行管理的一種機制，為瞭解決硬碟設備在創建分區後不易修改分區大小的缺陷。儘管對傳統的硬碟分區進行強制擴容或縮容從理論上講是可行的。但是卻可能造成數據的丟失。LVM技術是在硬碟分區和文件系統之間添加了一個邏輯層，它提供 ...

LVM邏輯捲管理器

為什麼要使用邏輯捲？

邏輯捲管理器是Linux系統用於對硬碟分區進行管理的一種機制，為瞭解決硬碟設備在創建分區後不易修改分區大小的缺陷。儘管對傳統的硬碟分區進行強制擴容或縮容從理論上講是可行的。但是卻可能造成數據的丟失。LVM技術是在硬碟分區和文件系統之間添加了一個邏輯層，它提供了一個抽象的捲組，可以把多塊硬碟進行捲組合併。這樣一來，用戶不必關心物理設備和底層架構和佈局，就可以實現對硬碟分區的動態調整。

LVM的技術架構圖：

舉例理解：

比如小明家裡想吃饅頭但是麵粉不夠了，於是媽媽從隔壁老王家、老李家、老張家分別借來一些麵粉，準備蒸饅頭吃。首先需要把這些麵粉（物理捲[ PV, Physical Volume ] ）揉成一個大麵團（捲組[ VG,Volume Group ] ）,然後再把這個大麵團分割成一個個小饅頭（邏輯捲[ LV, Logical Volume ] ）,而且每個小饅頭的重量必須是每勺麵粉（基本單元[ PE, Physical Extent ] ）的倍數。

理論：

物理捲處於LVM中的最底層，可以將其理解為物理硬碟、硬碟分區或者RAID磁碟陣列，這都可以。捲組建立在物理捲之上，一個捲組可以包含多個物理捲，而且在捲組創建之後也可以繼續向其中添加新的物理捲。邏輯捲是用捲組中空閑的資源建立的，並且邏輯捲在建立後可以動態地擴展或縮小空間。這就是LVM的核心理念。

物理捲（PV：Physical Volume）：物理捲是底層真正提供容量，存放數據的設備，它可以是整個硬碟、硬碟上的分區等。
捲組（VG：Volume Group）：捲組建立在物理捲之上，它由一個或多個物理捲組成。即把物理捲整合起來提供容量分配。一個LVM系統中可以只有一個捲組，也可以包含多個捲組。
邏輯捲（LV：Logical Volume）：邏輯捲建立在捲組之上，它是從捲組中“切出”的一塊空間。它是最終用戶使用的邏輯設備。邏輯捲創建之後，其大小可以伸縮。
基本單元（PE：Physical Extents）：具有唯一編號的PE是能被LVM定址的最小單元。PE的大小可以指定，預設為4MB。PE的大小一旦確定將不能改變，同一個捲組中的所有的物理捲的PE的大小是一直的

部署邏輯捲

常用的LVM部署命令

功能/命令	物理捲管理	捲組管理	邏輯捲管理
掃描	pvscan	vgscan	lvscan
建立	pvcreate	vgcreate	lvcreate
顯示	pvdisplay	vgdisplay	lvdisplay
刪除	pvremove	vgremove	lvremove
擴展		vgextend	lvextend
縮小		vgreduce	lvreduce

添加兩塊新硬碟設備
在虛擬機中添加兩塊新硬碟設備的目的，是為了更好地演示LVM理念中用戶無需關心底層物理硬碟設備的特性。我們先對這兩塊新硬碟進行創建物理捲的操作，可以將該操作簡單理解成讓硬碟設備支持LVM技術，或者理解成是把硬碟設備加入到LVM技術可用的硬體資源池中，然後對這兩塊硬碟進行捲組合併，捲組的名稱可以由用戶來自定義。接下來，根據需求把合併後的捲組切割出一個約為150MB的邏輯捲設備，最後把這個邏輯捲設備格式化成EXT4文件系統後掛載使用。

[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：創建物理捲，讓新添加的兩塊硬碟設備支持LVM技術。

[root@centos7-1 ~]# pvcreate /dev/vdb /dev/vdc 
  Physical volume "/dev/vdb" successfully created.
  Physical volume "/dev/vdc" successfully created.

[root@centos7-1 ~]# pvs         //簡單查看
  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        //查看物理捲詳細信息
  "/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：創建捲組並將物理捲加入到捲組

[root@centos7-1 ~]# vgcreate vg_storage /dev/vdb /dev/vdc        //vg_storage 自定義捲組名稱
  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
 ...........省略部分輸出信息..........

第3步：創建一個約為150MB的邏輯捲設備
這裡需要註意切割單位的問題，在對邏輯捲進行切割時有兩種計量單位。第一種是以容量為單位，所使用的參數為-L，列如使用 —L 150M 則生成一個大小為150MB的邏輯捲。另外一種是以基本單元的個數為單位，所使用的參數為-l。每個基本單元的大小預設為4MB，例如，使用-l 37可以生成一個大小為37×4MB=148MB的邏輯捲。

root@centos7-1 ~]# lvcreate -n lv_vo -L 150M vg_storage         // -n 指定邏輯捲設備名稱
  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
...........省略部分輸出信息..........

第4步：將生成好的邏輯捲進行格式化，然後掛載使用
Linux系統會把LVM中的邏輯捲設備存放在/dev設備目錄中（實際上是做了一個符號鏈接），同時會以捲組的名稱來建立一個目錄，其中保存了邏輯捲的設備映射文件（即/dev/捲組名稱/邏輯捲名稱）。

[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)
文件系統標簽=
OS type: Linux
塊大小=1024 (log=0)
分塊大小=1024 (log=0)
Stride=0 blocks, Stripe width=0 blocks
38912 inodes, 155648 blocks
7782 blocks (5.00%) reserved for the super user
第一個數據塊=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                            
正在寫入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：查看掛載狀態，並寫入到配置文件、使其永久生效

[root@centos7-1 ~]# df -h
文件系統                      容量  已用  可用 已用% 掛載點
/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

擴容邏輯捲

在前面的實驗中，捲組是由兩塊硬碟設備共同組成的。用戶在使用存儲設備時感知不到設備底層的架構和佈局，更不用關心底層是由多少塊硬碟組成的，只要捲組中有足夠的資源，就可以一直為邏輯捲擴容。擴展前請一定要記得卸載設備和掛載點的關聯。

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

第1步：把上一個實驗中的邏輯捲vo擴展至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：檢查硬碟完整性，並重置硬碟容量。

[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：重新掛載硬碟設備並查看掛載狀態。

[root@centos7-1 ~]# mount -a 
[root@centos7-1 ~]# df -h
文件系統                      容量  已用  可用 已用% 掛載點
/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

縮小邏輯捲

相較於擴容邏輯捲，在對邏輯捲進行縮容操作時，其丟失數據的風險更大。所以在生產環境中執行相應操作時，一定要提前備份好數據。另外Linux系統規定，在對LVM邏輯捲進行縮容操作之前，要先檢查文件系統的完整性（當然這也是為了保證我們的數據安全）。在執行縮容操作前記得先把文件系統卸載掉。

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

第1步：檢查文件系統的完整性

[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：把邏輯捲lv_vo的容量減小到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：重新掛載文件系統並查看系統狀態

[root@centos7-1 ~]# mount -a 
[root@centos7-1 ~]# df -h
文件系統                      容量  已用  可用 已用% 掛載點
/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

邏輯捲快照

LVM還具備有“快照捲”功能，該功能類似於虛擬機軟體的還原時間點功能。例如，可以對某一個邏輯捲設備做一次快照，如果日後發現數據被改錯了，就可以利用之前做好的快照捲進行覆蓋還原。

首先查看捲組的信息

[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
...........省略部分輸出信息..........

通過捲組的輸出信息可以清晰看到，捲組中已經使用了120MB的容量，空閑容量還有19.88GB。接下來用重定嚮往邏輯捲設備所掛載的目錄中寫入一個文件。

[root@centos7-1 ~]# echo "to day is good day" > /linuxlvm/today.txt

[root@centos7-1 ~]# ll /linuxlvm/
總用量 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參數生成一個快照捲，使用-L參數指定切割的大小。另外，還需要在命令後面寫上是針對哪個邏輯捲執行的快照操作。

[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：在邏輯捲所掛載的目錄中創建一個100MB的垃圾文件，然後再查看快照捲的狀態。可以發現存儲空間占的用量上升了。

[root@centos7-1 ~]# dd if=/dev/zero of=/linuxlvm/files count=1 bs=100M 
記錄了1+0 的讀入
記錄了1+0 的寫出
104857600位元組(105 MB)已複製，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：為了校驗SNAP快照捲的效果，需要對邏輯捲進行快照還原操作。在此之前記得先卸載掉邏輯捲設備與目錄的掛載。

[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：快照捲會被自動刪除掉，並且剛剛在邏輯捲設備被執行快照操作後再創建出來的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

刪除邏輯捲

當生產環境中想要重新部署LVM或者不再需要使用LVM時，則需要執行LVM的刪除操作。為此，需要提前備份好重要的數據信息，然後依次刪除邏輯捲、捲組、物理捲設備，這個順序不可顛倒。

第1步：取消邏輯捲與目錄的掛載關聯，刪除配置文件中永久生效的設備參數。

[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：刪除邏輯捲設備，需要輸入y來確認操作。

[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：刪除捲組，此處只寫捲組名稱即可，不需要設備的絕對路徑。

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

第4步：刪除物理捲設備。

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

在上述操作執行完畢之後，再執行lvdisplay、vgdisplay、pvdisplay命令來查看LVM的信息時就不會再看到信息了（前提是上述步驟的操作是正確的）。

Linux-邏輯捲LVM