LVM基础详细说明及动态扩容lvm逻辑卷的操作记录

标签：mat   mkfs.ext3   meta   活动   dea   str   reduce   docker   输出   

LVM概念：
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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。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。它的结构如下图所示：

LVM（Logical Volume Manager），即逻辑卷管理，它是Linux环境下对磁盘分区进行管理的一种机制。
一般来说，物理磁盘或分区之间是分隔的，数据无法跨盘或分区，而各磁盘或分区的大小固定，重新调整比较麻烦。LVM可以将这些底层的物理磁盘或分区整合起来，抽象成容量资源池，以划分成逻辑卷的方式供上层使用，其最主要的功能即是可以在无需关机无需重新格式化（准确地说，原来的部分无需格式化，只格式化新增的部分）的情况下弹性调整逻辑卷的大小。

LVM的实现过程

几个名称解释
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PV(physical volume)：物理卷在逻辑卷管理系统最底层，可为整个物理硬盘或实际物理硬盘上的分区。它只是在物理分区中划出了一个特殊的区域，用于记载与LVM相关的管理参数。 
VG(volume group)：卷组建立在物理卷上，一卷组中至少要包括一物理卷，卷组建立后可动态的添加卷到卷组中，一个逻辑卷管理系统工程中可有多个卷组。
LV(logical volume)：逻辑卷建立在卷组基础上，卷组中未分配空间可用于建立新的逻辑卷，逻辑卷建立后可以动态扩展和缩小空间。
PE(physical extent)：物理区域是物理卷中可用于分配的最小存储单元，物理区域大小在建立卷组时指定，一旦确定不能更改，同一卷组所有物理卷的物理区域大小需一致，新的pv加入到vg后，pe的大小自动更改为vg中定义的pe大小。
LE(logical extent)：逻辑区域是逻辑卷中可用于分配的最小存储单元，逻辑区域的大小取决于逻辑卷所在卷组中的物理区域的大小。由于受内核限制的原因，一个逻辑卷（Logic Volume）最多只能包含65536个PE（Physical Extent），所以一个PE的大小就决定了逻辑卷的最大容量，4 MB(默认) 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，则创建卷组时需要指定更大的PE。在Red Hat Enterprise Linux AS 4中PE大小范围为8 KB 到 16GB，并且必须总是 2 的倍数。

①将各物理磁盘或分区的系统类型设为Linux LVM，其system ID为8e，通过fdisk工具中的t命令设置

②将各物理磁盘或分区初始化为PV（physical volume，物理卷），这一阶段可使用的命令为pvcreate、pvremove、pvscan、pvdisplay（pvs）

■pvcreate：创建物理卷

  用法：pvcreate [option] DEVICE

  选项：

      -f：强制创建逻辑卷，不需用户确认

      -u：指定设备的UUID

      -y：所有问题都回答yes

  例 pvcreate /dev/sda5 /dev/sda6

■pvscan：扫描当前系统上的所有物理卷

  用法：pvscan [option]

  选项：

      -e：仅显示属于输出卷组的物理卷

      -n：仅显示不属于任何卷组的物理卷

      -u：显示UUID

■pvdisplay：显示物理卷的属性

  用法：pvdisplay [PV_DEVICE]

■pvremove：将物理卷信息删除，使其不再被视为一个物理卷

  用法：pvremove [option] PV_DEVICE

  选项：

      -f：强制删除

      -y：所有问题都回答yes

  例 pvremove /dev/sda5

③创建VG（volume group，卷组）。卷组将多个物理卷整合起来（屏蔽了底层细节），并划分PE（physical extend）。PE是物理卷中的最小存储单元，有点类似于文件系统中的block，PE大小可指定，默认为4M。这一阶段用到的命令有vgcreate、vgscan、vgdisplay、vgextend、vgreduce

■vgcreate：创建卷组

  用法：vgcreate [option] VG_NAME PV_DEVICE

  选项：

      -s：卷组中的物理卷的PE大小，默认为4M

      -l：卷组上允许创建的最大逻辑卷数

      -p：卷级中允许添加的最大物理卷数

  例 vgcreate -s 8M myvg /dev/sda5 /dev/sda6

■vgscan：查找系统中存在的LVM卷组，并显示找到的卷组列表

■vgdisplay：显示卷组属性

  用法：vgdisplay [option] [VG_NAME]

  选项：

      -A：仅显示活动卷组的信息

      -s：使用短格式输出信息

■vgextend：动态扩展LVM卷组，它通过向卷组中添加物理卷来增加卷组的容量

  用法：vgextend VG_NAME PV_DEVICE

  例 vgextend myvg /dev/sda7

■vgreduce：通过删除LVM卷组中的物理卷来减少卷组容量，不能删除LVM卷组中剩余的最后一个物理卷
  用法：vgreduce VG_NAME PV_DEVICE

■vgremove：删除卷组，其上的逻辑卷必须处于离线状态

  用法：vgremove [-f] VG_NAME

  -f：强制删除

■vgchange：常用来设置卷组的活动状态

  用法：vgchange -a n/y VG_NAME

  -a n为休眠状态，休眠之前要先确保其上的逻辑卷都离线；

  -a y为活动状态

④在卷组上创建LV（logical volume，逻辑卷）。为了便于管理，逻辑卷对应的设备文件保存在卷组目录下，为/dev/VG_NAME/LV_NAME。LV中可以分配的最小存储单元称为LE（logical extend），在同一个卷组中，LE的大小和PE是一样的，且一一对应。这一阶段用到的命令有lvcreate、lvscan、lvdisplay、lvextend、lvreduce、lvresize

■lvcreate：创建逻辑卷或快照

  用法：lvcreate [选项] [参数]

  选项：

      -L：指定大小

      -l：指定大小（LE数）

      -n：指定名称

      -s：创建快照

      -p r：设置为只读（该选项一般用于创建快照中）

  注：使用该命令创建逻辑卷时当然必须指明卷组，创建快照时必须指明针对哪个逻辑卷         

  例 lvcreate -L 500M -n mylv myvg

■lvscan：扫描当前系统中的所有逻辑卷，及其对应的设备文件

■lvdisplay：显示逻辑卷属性

  用法：lvdisplay [/dev/VG_NAME/LV_NAME]

■lvextend：可在线扩展逻辑卷空间

  用法：lvextend -L/-l 扩展的大小 /dev/VG_NAME/LV_NAME  

  选项：

      -L：指定扩展（后）的大小。例如，-L +800M表示扩大800M，而-L 800M表示扩大至800M

      -l：指定扩展（后）的大小（LE数）

  例 lvextend -L 200M /dev/myvg/mylv

■lvreduce：缩减逻辑卷空间，一般离线使用

  用法：lvexreduce -L/-l 缩减的大小 /dev/VG_NAME/LV_NAME  

  选项：

      -L：指定缩减（后）的大小

      -l：指定缩减（后）的大小（LE数）

  例 lvreduce -L 200M /dev/myvg/mylv

■lvremove：删除逻辑卷，需要处于离线（卸载）状态

  用法：lvremove [-f] /dev/VG_NAME/LV_NAME

  -f：强制删除

⑤格式化逻辑卷并挂载

LVM的写入模式
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LVM有两种写入模式：线性模式和条带模式。
- 线性模式即写完一个设备后再写另一个设备
- 条带模式就有点类似于RAID0，即数据是被分散写入到LVM各成员设备上的。
因为条带模式的数据不具有安全性，且LVM并不强调读写性能，故LVM默认为线性模式，这样即使一个设备坏了，其它设备上的数据还在。

文件系统的扩展和缩减
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文件系统在创建时是分成多个块组（block group）的，因此文件系统的增减实际上就是以增减块组的方式实现的。在linux中，ext系列格式的文件系统是可以扩展和缩减的，而xfs格式的目前只能扩展
1）扩展文件系统
①先确定扩展的目标大小，并确保对应卷组中有足够的空闲空间可用。如果不够，可先通过vgextend命令扩大卷组容量
# vgextend myvg /dev/sda7
②扩展逻辑卷
# lvextend -L 4G /dev/myvg/mylv
③扩展文件系统
resize2fs为ext系列文件系统大小的调整工具用法为：resize2fs 文件系统所对应的设备文件名 [大小]
# resize2fs /dev/myvg/mylv

2）缩减很危险，要离线
①先确定缩减后的目标大小，并确保对应的目标逻辑卷大小足够容纳原有数据
②先卸载文件系统，并要执行强制检测
# e2fsck -f
③缩减文件系统
#resize2fs DEVICE        例如，resize2fs /dev/myvg/mylv 3G 缩减至3G

④缩减逻辑卷
# lvreduce -L 3G /dev/myvg/mylv
注：当逻辑卷有快照时是不能扩展和缩减的，除非先将快照删除.

snapshot（快照）
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snapshot是像照相一样将当前的系统信息保存下来。
当创建一个snapshot的时候，仅拷贝原始卷里数据的元数据(meta-data)。创建的时候，并不会有数据的物理拷贝，因此snapshot的创建几乎是实时的，当原始卷上有写操作执行时，snapshot跟踪原始卷块的改变，这个时候原始卷上将要改变的数据在改变之前被拷贝到snapshot预留的空间里，因此这个原理的实现叫做写时复制(copy-on-write)。
在写操作写入块之前，原始数据被移动到 snapshot空间里，这样就保证了所有的数据在snapshot创建时保持一致。而对于snapshot的读操作，如果是没有修改过的块，那么会将读操作直接重定向到原始卷上，如果是已经修改过的块，那么就读取拷贝到snapshot中的块。

■创建快照卷：

lvcreate [选项] [参数]

选项：
-L：指定大小

-l：指定大小（LE数）

-n：指定名称

-s：创建快照

-p r：设置为只读

例如 lvcreate -s -L 512M -n mylv_snap -p r /dev/myvg/mylv # 针对逻辑卷mylv创建大小为512M的只读快照

注：创建快照前需将针对的逻辑卷临时改为只读，创建完毕后再改为读写，例如
- 创建快照前：mount -o remount,ro /dev/myvg/mylv /data
- 创建快照后：mount -o remount,rw /dev/myvg/mylv /data

LVM工作原理
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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（volume group：卷组）的信息，包括每个VG的布局配置，PV（physical volume：物理卷）的编号，LV（logical volume：逻辑卷）的编号，以及每个PE（physical extends：物理扩展单元）到LE（logical extends：物理扩展单元）的映射关系。同一个VG中的每个PV头部的信息都是相同的，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进行写入操作的时候，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LVM最大的特点就是可以对磁盘进行动态管理。因为逻辑卷的大小是可以动态调整的，而且不会丢失现有的数据。我们如果新增加了硬盘，其也不会改变现有上层的逻辑卷。键在于PE和LE之间建立映射关系，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。

LVM最大的特点就是可以对磁盘进行动态管理，因为逻辑卷的大小是可以动态调整的，而且不会丢失现有的数据，如果我们增加了硬盘也不会改变现有的上层逻辑卷。

LVM优缺点
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优点：
- 文件系统可以跨多个磁盘，因此文件系统大小不会受物理磁盘的限制。
- 可以在系统运行的状态下动态的扩展文件系统的大小。
- 可以增加新的磁盘到LVM的存储池中。
- 可以以镜像的方式冗余重要的数据到多个物理磁盘。
- 可以方便的导出整个卷组到另外一台机器。

缺点：
- 在从卷组中移除一个磁盘的时候必须使用reducevg命令（这个命令要求root权限，并且不允许在快照卷组中使用）。
- 当卷组中的一个磁盘损坏时，整个卷组都会受到影响。
- 因为加入了额外的操作，存贮性能受到影响。

接下来，举出几个实例说明一下：
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1．准备物理分区（Physical Partions）
首先，我们需要选择用于 LVM 的物理存储器。这些通常是标准分区，但也可以是已创建的 Linux Software RAID 卷。这里我利用fdisk命令，将sdb、sdc两块磁盘分了两个区sdb1、sdc1， 通过fdisk的t指令指定分区为8e类型(Linux LVM) ，如下图：

2．创建物理卷PV（Physical Volumes）
[root@cfbdb5 oracle]#pvcreate /dev/sdb1           //如果没有pvcreate、vgcreate等lvm命令，可以使用yum install -y lvm2进行安装
Physical volume "/dev/sdb1" successfully created
[root@cfbdb5 oracle]# pvcreate /dev/sdc1           //可以直接使用pcvreate /dev/{sdb1,sdc1}
Physical volume "/dev/sdc1" successfully created

3．创建卷组VG（Volume Groups）,命名为vg_test
[root@cfbdb5 ~]#vgcreate vg_test /dev/sdb1
Volume group "vg_test" successfully created
使用卷组查看命令vgdisplay显示卷组情况：
[root@cfbdb5 oracle]# vgdisplay
--- Volume group ---
VG Name vg_test
System ID
Format lvm2
Metadata Areas 1
Metadata Sequence No 6
VG Access read/write
VG Status resizable
MAX LV 0
Cur LV 1
Open LV 1
Max PV 0
Cur PV 1
Act PV 1
VG Size 19.99 GB
PE Size 4.00 MB
Total PE 5118
Alloc PE / Size 2560 / 10.00 GB
Free PE / Size 2558 / 9.99 GB
VG UUID YEYtOr-JpCK-P7MV-FFVo-BgEi-Ooef-IG3hlc

4．创建逻辑卷LV（Logical Volumes） ,命名为test_lv
创建逻辑卷的命令为lvcreate，-l 参数为定PE数来设定逻辑分区大小，也可以使用-L参数直接指定逻辑分区大小，-n参数指定逻辑分区名称。
[root@cfbdb5 oracle]# lvcreate -l 2000 -n lv_test vg_test
Logical volume "lv_test" created
也可以使用-L参数
[root@cfbdb5 oracle]# lvcreate -L 10G -n lv_test vg_test
Rounding up size to full physical extent 19.99 GB
Logical volume "lv_test" created
使用lvdisplay命令查看逻辑卷情况:
[root@cfbdb5 oracle]#lvdisplay
--- Logical volume ---
LV Name /dev/vg_test/lv_test
VG Name vg_test
LV UUID kgUoMy-W1qG-7tAQ-dI5j-Z2KO-a8Td-mXAFbc
LV Write Access read/write
LV Status available
# open 0
LV Size 19.99 GB
Current LE 5118
Segments 1
Allocation inherit
Read ahead sectors auto
- currently set to 256
Block device 253:2

5．创建文件系统，并挂载
在逻辑卷上创建ext3文件系统:
[root@cfbdb5 oracle]#mkfs -t ext3 /dev/vg_test/lv_test             //可以直接使用mkfs.ext3或mkfs.ext4进行格式化，ext3或ext4是文件格式
[root@cfbdb5 oracle]#mount /dev/vg_test/lv_test /opt/oracle/
[root@cfbdb5 oracle]# df -h
Filesystem Size Used Avail Use% Mounted on
/dev/mapper/VolGroup00-LogVol00
16G 4.7G 11G 32% /
/dev/sda1 99M 27M 67M 29% /boot
tmpfs 872M 0 872M 0% /dev/shm
/dev/mapper/vg_test-lv_test
9.9G 151M 9.2G 2% /opt/oracle

LVM的最大好处就是可以动态地调整分区大小，而无须重新启动机器，下面让我们来体验一下吧！
继续上面的实例，现假设逻辑卷/dev/vg_test/lv_test空间不足，需要增加其大小，我们分两种情况讨论：
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1）卷组中有剩余的空间
通过vgdisplay命令可以检查当前卷组空间使用情况:

[root@cfbdb5 oracle]# vgdisplay
--- Volume group ---
VG Name vg_test
System ID
Format lvm2
Metadata Areas 1
Metadata Sequence No 6
VG Access read/write
VG Status resizable
MAX LV 0
Cur LV 1
Open LV 1
Max PV 0
Cur PV 1
Act PV 1
VG Size 19.99 GB
PE Size 4.00 MB
Total PE 5118
Alloc PE / Size 2560 / 10.00 GB
Free PE / Size 2558 / 9.99 GB
VG UUID YEYtOr-JpCK-P7MV-FFVo-BgEi-Ooef-IG3hlc
确定当前卷组剩余空间9.99GB，剩余PE数量为2558个。在这里将所有的剩余空间全部增加给逻辑卷 /dev/vg_test/lv_test。
[root@cfbdb5 oracle]# lvextend -l +2558 /dev/vg_test/lv_test     //或者lvextend -L +9.99G /dev/vg_test/lv_test  
Extending logical volume lv_test to 19.99 GB
Logical volume lv_test successfully resized
也可以通过-L直接指定大小，通过 +/- 来 增加/减小 空间。
修改逻辑卷大小后，通过resize2fs来修改文件系统的大小。
[root@cfbdb5 oracle]#resize2fs /dev/vg_test/lv_test
resize2fs 1.39 (29-May-2006)
Filesystem at /dev/vg_test/lv_test is mounted on /opt/oracle; on-line resizing required
Performing an on-line resize of /dev/vg_test/lv_test to 5240832 (4k) blocks.
The filesystem on /dev/vg_test/lv_test is now 5240832 blocks long.
再次查看文件系统的大小：
[root@cfbdb5 oracle]# df -h
Filesystem Size Used Avail Use% Mounted on
/dev/mapper/VolGroup00-LogVol00
16G 4.7G 11G 32% /
/dev/sda1 99M 27M 67M 29% /boot
tmpfs 872M 0 872M 0% /dev/shm
/dev/mapper/vg_test-lv_test
20G 156M 19G 1% /opt/oracle

2）卷组中空间不足
　　当卷组中没有足够的空间用于扩展逻辑卷的大小时，就需要增加卷组的容量，而增加卷组容量的惟一办法就是向卷组中添加新的物理卷。
　　首先需要对新增加的磁盘进行分区、创建物理卷等工作。)，接下来是利用vgextend命令将新的物理卷加入到卷组中, 我们这里使用/dev/sdc1。
[root@cfbdb5 oracle]#vgextend vg_test /dev/sdc1
Volume group "vg_test" successfully extended
[root@cfbdb5 oracle]# vgdisplay
--- Volume group ---
VG Name vg_test
System ID
Format lvm2
Metadata Areas 2
Metadata Sequence No 8
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 59.98 GB
PE Size 4.00 MB
Total PE 15356
Alloc PE / Size 5118 / 19.99 GB
Free PE / Size 10238 / 39.99 GB
VG UUID YEYtOr-JpCK-P7MV-FFVo-BgEi-Ooef-IG3hlc

完成卷组的扩容后，就可以按照第一种情况的方法完成逻辑卷的扩容，最终实现分区的动态调整。如：
[root@cfbdb5 oracle]# lvextend -L +39G /dev/vg_test/lv_test
[root@cfbdb5 oracle]# resize2fs /dev/vg_test/lv_test
如果报错：
......
resize2fs: Bad magic number in super-block while trying to open /dev/vg_test/lv_test
Couldn‘t find valid filesystem superblock.

可以尝试用xfs命令
[root@docker-server ~]# xfs_growfs /dev/vg_test/lv_test

LVM基础详细说明及动态扩容lvm逻辑卷的操作记录

标签：mat   mkfs.ext3   meta   活动   dea   str   reduce   docker   输出   

原文地址：https://www.cnblogs.com/huhyoung/p/9689776.html