Linux逻辑卷管理LVM

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。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。

相关概念：

物理卷PV：是指硬盘分区或者从逻辑上看起来和硬盘分区类似的设备（比如RAID设备）。

逻辑卷LV：一个或者多个物理卷组成一个逻辑卷。

卷组VG：一个或者多个逻辑卷组成一个卷组。卷组把多个逻辑卷组合在一起，形成一个可管理的单元。

物理块PE：物理卷按大小相等的“块”为单位存储，块的大小与卷组中逻辑卷块的大小相同。

逻辑块LE：逻辑卷按“块”为单位存储，在一卷组中的所有逻辑卷的块大小是相同的。

• 创建物理分区

1. 在使用LVM之前，需要首先划分磁盘分区，也就是用fdisk命令划分磁盘分区，需要指定分区类型为linux LVM，对应的ID为8e(其实LVM也能识别linux默认的分区类型83)
2. [root@rhel5 ~]# fdisk -l
3. Disk /dev/sda: 21.4 GB, 21474836480 bytes
4. 255 heads, 63 sectors/track, 2610 cylinders
5. Units = cylinders of 16065 * 512 = 8225280 bytes
6. Device Boot Start End Blocks Id System
7. /dev/sda1 * 1 13 104391 83 Linux
8. /dev/sda2 14 78 522112+ 82 Linux swap / Solaris
9. /dev/sda3 79 1383 10482412+ 8e Linux LVM
10. /dev/sda4 1384 2610 9855877+ 5 Extended
11. /dev/sda5 1384 1994 4907826 83 Linux
12. [root@rhel5 ~]# fdisk -t 8e /dev/sda5

• 创建物理卷PV

1. 创建物理卷的命令是pvcreate，通过该命令可以将希望添加到卷组（VG）的所有磁盘分区或者整个磁盘创建为物理卷。使用格式为：
2. pvcreate 磁盘分区或整个磁盘
3. [root@rhel5 ~]# pvcreate /dev/sda5
4. Physical volume “/dev/sda5” successfully created

• 创建/激活卷组VG

1. 创建卷组的命令是vgcreate，使用格式为：
2. vgcreate 卷组名 物理卷
3. [root@rhel5 ~]# vgcreate iscsi /dev/sda5
4. Volume group“iscsi” successfully created
5. 卷组创建完毕后，可以通过vgchange命令激活卷组，而无需重启系统。Vgchange使用格式如下：
6. vgchange -a y 卷组名 （激活卷组）
7. vgchange -a n 卷组名 （停用卷组）

• 创建逻辑卷LV

1. 创建逻辑卷的命令是lvcreate，常用的使用格式为：
2. lvcreate [-L 逻辑卷大小| -l PE数 ] –n 逻辑卷名称 所属的卷组名
3. 其中：
4. -L：后面接逻辑卷的大小，可以用K、M、G表示。例如100M、10G等
5. -l：用PE数来计算逻辑卷的大小。
6. [root@rhel5 ~]# lvcreate -n sharedisk -L 2G iscsi
7. Logical volume “sharedisk” created

• 显示PV、VG、LV的属性信息

1. [root@rhel5 ~]# pvs
2. PV VG Fmt Attr PSize PFree
3. /dev/sda3 rootvg lvm2 a- 9.97G 0
4. /dev/sda5 iscsi lvm2 a- 4.68G 4.68G
6. [root@rhel5 ~]# vgs
7. VG #PV #LV #SN Attr VSize VFree
8. iscsi 1 0 0 wz–n- 4.68G 4.68G
9. rootvg 1 1 0 wz–n- 9.97G 0
10. [root@rhel5 ~]# lvs
11. LV VG Attr LSize Origin Snap% Move Log Copy% Convert
12. sharedisk iscsi -wi-ao 2.00G
13. rootlv rootvg -wi-ao 9.97G
14. 相应的也可通过pvdisplay、vgdisplay、lvdisplay查看更详细的信息

• 格式化逻辑卷，创建文件系统

1. [root@rhel5 ~]# mkfs.ext3 /dev/iscsi/sharedisk
2. mke2fs 1.39 (29-May-2006)
3. Filesystem label=
4. OS type: Linux
5. Block size=4096 (log=2)
6. Fragment size=4096 (log=2)
7. 262144 inodes, 524288 blocks
8. 26214 blocks (5.00%) reserved for the super user
9. First data block=0
10. Maximum filesystem blocks=536870912
11. 16 block groups
12. 32768 blocks per group, 32768 fragments per group
13. 16384 inodes per group
14. Superblock backups stored on blocks:
15. 32768, 98304, 163840, 229376, 294912
17. Writing inode tables: done
18. Creating journal (16384 blocks): done
19. Writing superblocks and filesystem accounting information: done
21. This filesystem will be automatically checked every 38 mounts or
22. 180 days, whichever comes first. Use tune2fs -c or -i to override.
24. [root@rhel5 ~]# tune2fs -c 0 -i 0 /dev/iscsi/sharedisk
25. tune2fs 1.39 (29-May-2006)
26. Setting maximal mount countto -1
27. Setting interval between checks to 0 seconds
29. [root@rhel5 ~]#mkdir /data
30. [root@rhel5 ~]# mount /dev/iscsi/sharedisk /data/
31. [root@rhel5 ~]# df -h
32. 文件系统 容量 已用 可用 已用% 挂载点
33. /dev/mapper/rootvg-rootlv 9.7G 7.6G 1.7G 83% /
34. /dev/sda1 99M 14M 80M 15% /boot
35. tmpfs 322M 0 322M 0% /dev/shm
36. /dev/mapper/iscsi-sharedisk 2.0G 68M 1.9G 4% /data

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• 添加新的PV到VG

1. 紧接着上面的讲解实例，通过fdisk新建一个磁盘分区，对应的分区为/dev/sda6，现在要把新增的硬盘分区加入到卷组iscsi，操作如下：
2. [root@rhel5 ~]# vgdisplay iscsi | grep -i free //首先检查iscsi卷组中的空闲空间
3. Free PE / Size 686 / 2.68 GB
4. [root@rhel5 ~]# pvcreate /dev/sda6 //先将/dev/sda6转换为物理卷
5. Physical volume “/dev/sda6” successfully created
6. [root@rhel5 ~]# vgextend iscsi /dev/sda6 //将新增物理卷添加到卷组iscsi中
7. Volume group“iscsi” successfully extended
8. [root@rhel5 ~]# vgdisplay iscsi | grep -i free //此时剩余卷组空间还有4.55G，刚好是新增物理卷的大小
9. Free PE / Size 1164 / 4.55 GB

• 在线扩展LV的大小

1. LVM最主要的功能就是能动态的调整分区的大小，其实也就是修改逻辑卷的大小
2. lvresize [-L (+size) –l (+PE数)] 逻辑卷名称
3. 扩展逻辑卷sharedisk的大小到5G，执行以下命令：
4. [root@rhel5 ~]# lvresize -L 5G /dev/iscsi/sharedisk
5. [root@rhel5 ~]# resize2fs /dev/iscsi/sharedisk
6. resize2fs 1.39 (29-May-2006)
7. resize2fs: Bad magic number in super-block while trying toopen /dev/iscsi/sharedisk
8. Couldn’t find valid filesystem superblock.

• 缩小LV的大小

1. 缩小LV必须先缩小LV所在的文件系统(resize2fs)才能进一步缩小LV(lvresize)
2. 缩小逻辑卷sharediak的大小为3G
3. [root@rhel5 ~]# umount /dev/iscsi/sharedisk
4. [root@rhel5 ~]# e2fsck -f /dev/iscsi/sharedisk //检查文件系统的准确性
5. e2fsck 1.39 (29-May-2006)
6. Couldn’t find ext2 superblock, trying backup blocks…
7. Pass 1: Checking inodes, blocks, and sizes
8. Pass 2: Checking directory structure
9. Pass 3: Checking directory connectivity
10. Pass 4: Checking reference counts
11. Pass 5: Checking group summary information
13. /dev/iscsi/sharedisk: ***** FILE SYSTEM WAS MODIFIED *****
14. /dev/iscsi/sharedisk: 11/262144 files (9.1% non-contiguous), 25406/524288 blocks
15. [root@rhel5 ~]# resize2fs /dev/iscsi/sharedisk 3G //缩小文件系统的大小为3G
16. resize2fs 1.39 (29-May-2006)
17. Resizing the filesystem on /dev/iscsi/sharedisk to 786432 (4k) blocks.
18. The filesystem on /dev/iscsi/sharedisk is now 786432 blocks long.
20. [root@rhel5 ~]# lvresize -L 3G /dev/iscsi/sharedisk //缩小逻辑卷sharedisk的大小为3G
21. WARNING: Reducing active logical volume to 3.00 GB
22. THIS MAY DESTROY YOUR DATA (filesystem etc.)
23. Do you really want to reduce sharedisk? [y/n]: y
24. Reducing logical volume sharedisk to 3.00 GB
25. Logical volume sharedisk successfully resized
26. [root@rhel5 ~]# mount /dev/iscsi/sharedisk /data/

• 删除LV、VG、PV

1. 删除物理卷的命令是pvremove，将物理卷从卷组移除的命令是vgreduce，删除卷组的命令是vgremove，同理，删除逻辑卷的命令是lvremove。
2. 删除一个卷组的顺序是：卸载逻辑卷分区–>删除卷组上所有逻辑卷–>删除卷组
3. [root@rhel5 ~]# umount /dev/iscsi/sharedisk
4. [root@rhel5 ~]# lvremove /dev/iscsi/sharedisk
5. Do you really want to remove active logical volume sharedisk? [y/n]: y
6. Logical volume “sharedisk” successfully removed
7. [root@rhel5 ~]# vgchange -a n iscsi //停用卷组iscsi
8. 0 logical volume(s) in volume group“iscsi” now active
9. [root@rhel5 ~]# vgreduce iscsi /dev/sda6 //从卷组iscsi 中移除一个/dev/sda6的物理卷
10. Removed “/dev/sda6”from volume group“iscsi”
11. [root@rhel5 ~]# vgs iscsi
12. VG #PV #LV #SN Attr VSize VFree
13. iscsi 1 0 0 wz–n- 4.68G 4.68G
14. [root@rhel5 ~]# vgremove iscsi /dev/sda5
15. Volume group“iscsi” successfully removed
16. [root@rhel5 ~]# pvremove /dev/sda5
17. Labels on physical volume “/dev/sda5” successfully wiped
18. [root@rhel5 ~]# pvremove /dev/sda6
19. Labels on physical volume “/dev/sda6” successfully wiped

LVM快照：

LVM快照是基于存储块基本的，而不是文件系统级别的，所以当一个snapshot创建的时候，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，CoW将原始数据移动到 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，如果是读取数据块是没有修改过的，那么会将读操作直接重定向到原始卷上，如果是要读取已经修改过的块，那么就读取拷贝到snapshot中的块。

采取CoW实现方式时，snapshot的大小并不需要和原始卷一样大，其大小仅仅只需要考虑两个方面：从shapshot创建到释放这段时间内，估计块的改变量有多大;数据更新的频率。一旦 snapshot的空间记录满了原始卷块变换的信息，那么这个snapshot立刻被释放，从而无法使用，从而导致这个snapshot无效。

1. [root@rhel5 ~]# pvcreate /dev/sda{5,6}
2. Physical volume “/dev/sda5” successfully created
3. Physical volume “/dev/sda6” successfully created
4. [root@rhel5 ~]# vgcreate datavg /dev/sda{5,6}
5. Volume group“datavg” successfully created
6. [root@rhel5 ~]# lvcreate -n datalv -L 500M datavg
7. Logical volume “datalv” created
8. [root@rhel5 ~]# mkfs.ext3 /dev/datavg/datalv
9. mke2fs 1.39 (29-May-2006)
10. Filesystem label=
11. OS type: Linux
12. Block size=1024 (log=0)
13. Fragment size=1024 (log=0)
14. 128016 inodes, 512000 blocks
15. 25600 blocks (5.00%) reserved for the super user
16. First data block=1
17. Maximum filesystem blocks=67633152
18. 63 block groups
19. 8192 blocks per group, 8192 fragments per group
20. 2032 inodes per group
21. Superblock backups stored on blocks:
22. 8193, 24577, 40961, 57345, 73729, 204801, 221185, 401409
24. Writing inode tables: done
25. Creating journal (8192 blocks): done
26. Writing superblocks and filesystem accounting information: done
28. This filesystem will be automatically checked every 27 mounts or
29. 180 days, whichever comes first. Use tune2fs -c or -i to override.
30. [root@rhel5 ~]# mount /dev/datavg/datalv /data
32. [root@rhel5 ~]# dd if=/dev/zero of=/data/test.img bs=10M count=10
33. 10+0 records in
34. 10+0 records out
35. 104857600 bytes (105 MB) copied, 4.79465 seconds, 21.9 MB/s
37. [root@rhel5 ~]# lvcreate -L 400M -n snaplv -s /dev/datavg/datalv
38. Logical volume “snaplv” created
39. [root@rhel5 ~]# lvs
40. LV VG Attr LSize Origin Snap% Move Log Copy% Convert
41. datalv datavg owi-ao 500.00M
42. snaplv datavg swi-a- 400.00M datalv 0.00
43. rootlv rootvg -wi-ao 9.97G
44. [root@rhel5 ~]# mount /dev/datavg/snaplv /data_snap/
45. [root@rhel5 ~]# df -h
46. Filesystem Size Used Avail Use% Mounted on
47. /dev/mapper/rootvg-rootlv
48. 9.7G 3.4G 5.8G 38% /
49. /dev/sda1 99M 14M 80M 15% /boot
50. tmpfs 212M 0 212M 0% /dev/shm
51. /dev/mapper/datavg-datalv
52. 485M 111M 354M 24% /data
53. /dev/mapper/datavg-snaplv
54. 485M 111M 354M 24% /data_snap
56. [root@rhel5 ~]# ls /data /data_snap/
57. /data:
58. lost+found test.img
60. /data_snap/:
61. lost+found test.img
64. [root@rhel5 ~]# dd if=/dev/zero of=/data/test2.img bs=10M count=10
65. 10+0 records in
66. 10+0 records out
67. 104857600 bytes (105 MB) copied, 6.50751 seconds, 16.1 MB/s
68. [root@rhel5 ~]#
69. [root@rhel5 ~]# df -h
70. Filesystem Size Used Avail Use% Mounted on
71. /dev/mapper/rootvg-rootlv
72. 9.7G 3.4G 5.8G 38% /
73. /dev/sda1 99M 14M 80M 15% /boot
74. tmpfs 212M 0 212M 0% /dev/shm
76. /dev/mapper/datavg-datalv
77. 485M 212M 254M 46% /data
78. /dev/mapper/datavg-snaplv
79. 485M 111M 354M 24% /data_snap
80. [root@rhel5 ~]# ls /data /data_snap/
81. /data:
82. lost+found test2.img test.img
84. /data_snap/:
85. lost+found test.img
87. [root@rhel5 ~]# lvs
88. LV VG Attr LSize Origin Snap% Move Log Copy% Convert
89. datalv datavg owi-ao 500.00M
90. snaplv datavg swi-ao 400.00M datalv 24.76
91. rootlv rootvg -wi-ao 9.97G
92. [root@rhel5 ~]# rm -rf /data/*
93. [root@rhel5 ~]# dd if=/dev/zero of=/data/snap.img bs=40M count=10 //此时datalv上的变化量将超过快照snaplv的大小400M，则snaplv将失效
95. [root@rhel5 ~]# df -h
96. Filesystem Size Used Avail Use% Mounted on
97. /dev/mapper/rootvg-rootlv
98. 9.7G 3.4G 5.8G 38% /
99. /dev/sda1 99M 14M 80M 15% /boot
100. tmpfs 212M 0 212M 0% /dev/shm
101. /dev/mapper/datavg-datalv
102. 485M 400M 85M 82% /data
103. /dev/mapper/datavg-snaplv
104. 485M 111M 354M 24% /data_snap
106. [root@rhel5 ~]# lvs
107. /dev/datavg/snaplv: read failed after 0 of 2048 at 0: Input/output error
108. LV VG Attr LSize Origin Snap% Move Log Copy% Convert
109. datalv datavg owi-ao 500.00M
110. snaplv datavg Swi-Io 400.00M datalv 100.00
111. rootlv rootvg -wi-ao 9.97G
114. [root@rhel5 ~]# rm -rf /data_snap/test.img //快照失效，里面的文件已无法读取
115. rm: cannot remove `/data_snap/test.img’: Read–only file system
116. [root@rhel5 ~]# mount -o remount,rw /data_snap/
117. mount: block device /dev/mapper/datavg-snaplv is write-protected, mounting read–only
119. [root@rhel5 ~]# lvremove /dev/datavg/snaplv //快照失效，只能移除LV
120. /dev/cdrom: open failed: Read–only file system
121. /dev/datavg/snaplv: read failed after 0 of 4096 at 0: Input/output error
122. Do you really want to remove active logical volume snaplv? [y/n]: y
123. Logical volume “snaplv” successfully removed

可以将LVM快照应用在KVM虚拟机中，创建一个LV作为原始映像，为该原始映像创建LV快照作为虚拟机的磁盘映像，这样可以迅速克隆系统(创建快照的时间常常不超过几秒)且节省磁盘空间(guest共享原始映像的大多数数据)。即使系统出现问题，只要移除快照��可。