linux逻辑卷管理

摘要： Linux用户安装Linux操做系统时遇到的一个最多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，解决的方法一般是使用符号连接，或者使用调整分区大小的工具(好比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，本文就深刻讨论LVM技术，使得用户在无需停机的状况下方便地调整各个分区大小。

1、 前言

每一个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，由于系统管理员不但要考虑到当前某个分区须要的容量，还要预见该分区之后可 能须要的容量的最大值。由于若是估计不许确，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、从新对硬盘分区，而后恢复数据到新分区。

虽然如今有不少动态调整磁盘的工具可使用，例如Partation Magic等等，可是它并不能彻底解决问题，由于某个分区可能会再次被耗尽；另一个方面这须要从新引导系统才能实现，对于不少关键的服务器，停机是不可接受的，并且对于添加新硬盘，但愿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。

所以完美的解决方法应该是在零停机前提下能够自如对文件系统的大小进行调整，能够方便实现文件系统跨越不一样磁盘和分区。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是创建在硬盘和分区之上的一个逻辑层，来提升磁盘分区管理的灵活性。经过LVM系统管理员能够轻松管理磁盘分区，如：将若干个磁盘分区链接为一个整块的卷组（volume group），造成一个存储池。管理员能够在卷组上随意建立逻辑卷组（logical volumes），并进一步在逻辑卷组上建立文件系统。管理员经过LVM能够方便的调整存储卷组的大小，而且能够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”。并且当系统添加了新的磁盘，经过LVM管理员就没必要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便可。

2、 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，在盘卷上创建文件系统。首先咱们讨论如下几个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/hda、/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备一样功能的设备(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卷组相似于非LVM系统中的物理硬盘，其由物理卷组成。能够在卷组上建立一个或多个“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的逻辑卷相似于非LVM系统中的硬盘分区，在逻辑卷之上能够创建文件系统(好比/home或者/usr等)。 
PE（physical extent）
每个物理卷被划分为称为PE(Physical Extents)的基本单元，具备惟一编号的PE是能够被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，而且一一对应。

首先能够看到，物理卷（PV）被由大小等同的基本单元PE组成。

一个卷组由一个或多个物理卷组成，

从上图能够看到，PE和LE有着一一对应的关系。逻辑卷创建在卷组上。逻辑卷就至关于非LVM系统的磁盘分区，能够在其上建立文件系统。

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：

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同样，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包括如下内容： 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操做时，就会根据VGDA创建的映射机制来访问实际的物理位置。

3、 安装LVM
首先肯定系统中是否安装了lvm工具：

[root@www root]# rpm –qa|grep lvm
lvm-1.0.3-4

若是命令结果输入相似于上例，那么说明系统已经安装了LVM管理工具；若是命令没有输出则说明没有安装LVM管理工具，则须要从网络下载或者从光盘装LVM rpm工具包。

安装了LVM的RPM软件包之后，要使用LVM还须要配置内核支持LVM。RedHat默认内核是支持LVM的，若是须要从新编译内核，则须要在配置内核时，进入Multi-device Support (RAID and LVM)子菜单，选中如下两个选项：
 

• Multiple devices driver support (RAID and LVM) 
  <*> Logical volume manager (LVM) Support
  
  而后从新编译内核，便可将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之后的版本，系统启动脚本已经具备对激活LVM的支持，在/etc/rc.d/rc.sysinit中有如下内容：
  
  # 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命令实现扫描全部磁盘获得卷组信息，并建立文件卷组数据文件/etc/lvmtab和/etc/lvmtab.d/*；vgchange -a y命令激活系统全部卷组。
  
  4、 建立和管理LVM
  要建立一个LVM系统，通常须要通过如下步骤：
  
  一、 建立分区
  使用分区工具（如：fdisk等）建立LVM分区，方法和建立其余通常分区的方式是同样的，区别仅仅是LVM的分区类型为8e。
  
  二、 建立物理卷
  建立物理卷的命令为pvcreate，利用该命令将但愿添加到卷组的全部分区或者磁盘建立为物理卷。将整个磁盘建立为物理卷的命令为：
  
  # pvcreate /dev/hdb
  
  将单个分区建立为物理卷的命令为：
  
  # pvcreate /dev/hda5
  
  三、 建立卷组
  建立卷组的命令为vgcreate，将使用pvcreate创建的物理卷建立为一个完整的卷组：
  
  # 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。后面参数是指定但愿添加到该卷组的全部分区和磁盘。vgcreate在建立卷组 web_document 之外，还设置使用大小为4 MB的PE（默认为4MB），这表示卷组上建立的全部逻辑卷都以 4 MB 为增量单位来进行扩充或缩减。因为内核缘由，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，若但愿使用大于256G的逻辑卷则建立卷组时指定更大的PE。PE大小范围为8 KB 到 512 MB，而且必须老是 2 的倍数（使用-s指定，具体请参考man vgcreate）。
  
  四、 激活卷组
  为了当即使用卷组而不是从新启动系统，可使用vgchange来激活卷组：
  
  # vgchange -a y web_document
  
  五、 添加新的物理卷到卷组中
  当系统安装了新的磁盘并建立了新的物理卷，而要将其添加到已有卷组时，就须要使用vgextend命令：
  
  # vgextend web_document /dev/hdc1
  
  这里/dev/hdc1是新的物理卷。
  
  六、 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：
  
  若是某个物理卷正在被逻辑卷所使用，就须要将该物理卷的数据备份到其余地方，而后再删除。删除物理卷的命令为vgreduce：
  
  # vgreduce web_document /dev/hda1
  
  七、 建立逻辑卷
  建立逻辑卷的命令为lvcreate：
  
  # lvcreate -L1500 –nwww1 web_document
  
  该命令就在卷组web_document上建立名字为www1，大小为1500M的逻辑卷，而且设备入口为/dev/web_document/www1（web_document为卷组名，www1为逻辑卷名）。若是但愿建立一个使用所有卷组的逻辑卷，则须要首先察看该卷组的PE数，而后在建立逻辑卷时指定：
  
  # vgdisplay web_document| grep "Total PE"
  Total PE 45230
  # lvcreate -l 45230 web_document -n www1
  
  八、 建立文件系统
  笔者推荐使用reiserfs文件系统，来替代ext2和ext3：
  
  建立了文件系统之后，就能够加载并使用它：
  
  # mkdir /data/wwwroot
  # mount /dev/web_document/www1 /data/wwwroot
  
  若是但愿系统启动时自动加载文件系统，则还须要在/etc/fstab中添加内容：
  
  /dev/web_document/www1 /data/wwwroot reiserfs defaults 1 2
  
  九、 删除一个逻辑卷
  删除逻辑卷之前首先须要将其卸载，而后删除：
  
  # 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
  
  十、 扩展逻辑卷大小
  用惯了传统调整硬盘工具的人可能会认为文件系统和硬盘的分区之间是统一的，实际上他们之间并非完整的总体(这也就是为何BSD能够在一个硬盘分区里面制做多个文件系统分区)。想像一下带有移动式书架的书橱。你能够经过移动式书架调整书橱里面书籍的位置。把书当成文件系统，你能够在书橱里面放满书籍，也能够经过移动式书架调整书橱的空间。固然也能够经过书架调整书橱里面书籍存放的位置。以下图所示：
  
  |<-- hda1--- ->|<-- hda2------>|
  +++
  |xxxxxxxxxxx|xxxxxx| |
  |xxxxxxxxxxx|xxxxxx| |
  +++
  
  硬盘分区/dev/hda1中的文件系统占满了整个分区，而/dev/hda2中的文件系统只占用了2/3左右的分区。
  
  因此在调整逻辑卷容量大小的同时也要调整在该卷上的文件系统的大小，当要增大容量时，先调整容量，后调整文件系统，若要缩小容量则反之。
  
  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lvextend：
  
  # 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的大小增长1G。
  
  增长了逻辑卷的容量之后，就须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。所以这里仅仅讨论reiserfs的状况。Reiserfs文件工具提供了文件系统大小调整工具：resize_reiserfs。对于但愿调整被加载的文件系统大小：
  
  # resize_reiserfs -f /dev/web_document/www1
  
  通常建议最好将文件系统卸载，调整大小，而后再加载：
  
  # 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文件系统的用户能够考虑使用工具
  
  ext2resize。
  
  十一、 减小逻辑卷大小
  
  使用lvreduce便可实现对逻辑卷的容量，一样须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
  
  5、 总结
  根据上面的讨论能够看到，LVM具备很好的可伸缩性，使用起来很是方便。能够方便地对卷组、逻辑卷的大小进行调整，更进一步调整文件系统的大小。若是但愿了解更多信息，请参考LVM-HOWTO。