Linux LVM概念介绍及相关配置

LVM简介

LVM是Linux操作系统的逻辑卷管理器。 现在有两个Linux版本的LVM,分别是 LVM1,LVM2。LVM1是一种已经被认为稳定了几年的成熟产品，LVM2 是最新最好的LVM版本。 LVM2几乎完全向后兼容使用LVM1创建的卷，目前centos7以上版本默认都是使用的LVM2。

简单来说，就是操作系统把一组物理磁盘先组成卷组，然后在该卷组上划分逻辑卷，不同的逻辑卷可以格式化成不同的文件格式，从而使得操作系统可以统一操作所有的存储资源，屏蔽了不同存储硬件的差异。

LVM中的概念

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。可以简单理解为：插在服务器上的一块硬盘设备。硬盘设备及硬盘分区可使用fdisk命令进行管理。

PV(physical volume)

物理卷在LVM管理系统最底层，基于整个物理硬盘或实际物理硬盘上的分区进行创建。可使用pvs命令查看pv信息。

VG(volume group)

卷组建立在物理卷上，一个卷组中至少要包括一个物理卷，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。LVM卷组由一个或多个物理卷组成。通过卷组这个概念，可以方便的把不同的物理卷(对应到不同的物理磁盘)纳入到一个统一的卷组中进行管理。可使用vgs命令查看vg信息。

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。在逻辑卷之上可以建立文件系统(比如/home或者/usr等)。注意：xfs文件系统是不能缩减的，只能增加。可使用lvs命令查看lv信息。

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。卷组描述区域：卷组描述区域存在于每个物理卷中，用于描述物理卷本身、物理卷所属卷组、卷组中逻辑卷、逻辑卷中物理区域的分配等所有信息，它是在使用pvcreate建立物理卷时建立的。

图1：磁盘分区/物理卷(PV)、卷组(VG)、逻辑卷(LV)之间的关系图

使用LVM扩展逻辑卷

下面以在虚拟机中挂载一个新的磁盘设备sdb为例，来看看具体如何在操作系统中扩展逻辑卷。

1、查看当前目录下子目录占用容量(不是必须的，可以看下目前整体的磁盘使用情况)

[root@localhost ~]# du -lh --max-depth=1

8.0K ./.cache

4.0K ./.dbus

4.0K ./.config

4.0K ./.ssh

91M ./docker

2.0G ./kubernetes

4.0K ./.docker

0 ./.m2

11M ./apache-maven-3.5.4

213M ./localRepo

1.1M ./.basher

2.3M ./.kube

3.2M ./.helm

62M ./linux-amd64

185M ./alpinejre

108K ./auto-deploy-app

208M ./jre1.8.0_181

20K ./.oracle_jre_usage

163M ./springcloud

383M ./jdk1.8.0_191

69M ./.npm

0 ./.npm-global

371M ./node_modules

137M ./apache-skywalking-apm-incubating

333M ./jira

56K ./.java

11M ./maven3

0 ./.pki

4.7G .

2、查看当前的磁盘设备使用情况

[root@localhost ~]# fdisk -l

磁盘 /dev/sda：75.2 GB, 75161927680 字节，146800640 个扇区

Units = 扇区 of 1 * 512 = 512 bytes

扇区大小(逻辑/物理)：512 字节 / 512 字节

I/O 大小(最小/最佳)：512 字节 / 512 字节

磁盘标签类型：dos

磁盘标识符：0x000c0092

设备 Boot Start End Blocks Id System

/dev/sda1 * 2048 1026047 512000 83 Linux

/dev/sda2 1026048 104857599 51915776 8e Linux LVM

磁盘 /dev/sdb：107.4 GB, 107374182400 字节，209715200 个扇区

Units = 扇区 of 1 * 512 = 512 bytes

扇区大小(逻辑/物理)：512 字节 / 512 字节

I/O 大小(最小/最佳)：512 字节 / 512 字节

磁盘 /dev/mapper/rhel-root：51.0 GB, 50994348032 字节，99598336 个扇区

Units = 扇区 of 1 * 512 = 512 bytes

扇区大小(逻辑/物理)：512 字节 / 512 字节

I/O 大小(最小/最佳)：512 字节 / 512 字节

磁盘 /dev/mapper/rhel-swap：2164 MB, 2164260864 字节，4227072 个扇区

Units = 扇区 of 1 * 512 = 512 bytes

扇区大小(逻辑/物理)：512 字节 / 512 字节

I/O 大小(最小/最佳)：512 字节 / 512 字节

[root@localhost ~]# lsblk

NAME MAJ:MIN RM SIZE RO TYPE MOUNTPOINT

fd0 2:0 1 4K 0 disk

sda 8:0 0 70G 0 disk

├─sda1 8:1 0 500M 0 part /boot

└─sda2 8:2 0 49.5G 0 part

├─rhel-root 253:0 0 47.5G 0 lvm /

└─rhel-swap 253:1 0 2G 0 lvm [SWAP]

sdb 8:16 0 100G 0 disk

sr0 11:0 1 1024M 0 rom

[root@localhost ~]# df -hT

文件系统 类型 容量 已用 可用 已用% 挂载点

/dev/mapper/rhel-root xfs 48G 45G 3.4G 94% /

devtmpfs devtmpfs 5.9G 0 5.9G 0% /dev

tmpfs tmpfs 5.9G 148K 5.9G 1% /dev/shm

tmpfs tmpfs 5.9G 18M 5.9G 1% /run

tmpfs tmpfs 5.9G 0 5.9G 0% /sys/fs/cgroup

/dev/sda1 xfs 497M 118M 379M 24% /boot

[root@localhost ~]# vgs

VG #PV #LV #SN Attr VSize VFree

rhel 1 2 0 wz--n- 49.51g 0

[root@localhost ~]# lvs

LV VG Attr LSize Pool Origin Data% Move Log Cpy%Sync Convert

root rhel -wi-ao---- 47.49g

swap rhel -wi-ao---- 2.02g

[root@localhost ~]# pvs

PV VG Fmt Attr PSize PFree

/dev/sda2 rhel lvm2 a-- 49.51g 0

这边我们先使用fdisk -l命令查看当前的磁盘设备，可以看到有sda和sdb两块裸设备，容量分别为70G和100G，其中sda分了两个分区sda1和sda2。使用lsblk命令可以比较直观的看出其中的组织结构关系。系统中有一个名为/dev/sda2的pv，容量为49.5G，有一个名为rhel的vg卷组(目前只有/dev/sda2这个pv组成)，rhel这个vg下有两个逻辑卷，分别是root和swap，其中/dev/mapper/rhel-root这个逻辑卷的挂载点为根目录，即意味着除了/dev、/run、/boot这些特殊目录，其他绝大部分的系统目录使用的都是rhel-root这个逻辑卷，这个lv的文件格式为xfs。所以我们这边的任务就是扩展这个rhel-root逻辑卷的容量

从上面的信息来分析，可以看到其实sda这个设备的磁盘容量并没有被充分使用，所以我们这边第一步任务是为sda设备先创建新的分区，并把这部分容量扩充到rhel-root这个逻辑卷，第二步是把整个sdb设备加入rhel这个vg，并扩展到rhel-root这个lv。

3、创建分区，扩展逻辑卷

[root@localhost ~]# fdisk /dev/sda //创建分区

n 新建分区

p 打印分区列表

t 修改分区格式，LVM=8e

w 保存分区信息到磁盘，退出

q 不保存分区信息到磁盘，退出

//先使用选项n创建一个名为/dev/sdb3的分区，都用默认选项就好。注意使用选项t修改分区格式，改为8e是lvm支持的格式

[root@localhost ~]# partprobe //发现新分区

[root@localhost ~]# lsblk //列出设备信息，可以看到有sda3这个分区了，容量为20G，即sda设备的剩余容量

NAME MAJ:MIN RM SIZE RO TYPE MOUNTPOINT

fd0 2:0 1 4K 0 disk

sda 8:0 0 70G 0 disk

├─sda1 8:1 0 500M 0 part /boot

├─sda2 8:2 0 49.5G 0 part

│ ├─rhel-root 253:0 0 47.5G 0 lvm /

│ └─rhel-swap 253:1 0 2G 0 lvm [SWAP]

└─sda3 8:3 0 20G 0 part

sdb 8:16 0 100G 0 disk

sr0 11:0 1 1024M 0 rom

[root@localhost ~]# pvcreate /dev/sda3 //使用新分区创建pv

Physical volume "/dev/sda3" successfully created

[root@localhost ~]# vgextend rhel /dev/sda3 //将新的pv加入rhel这个vg

Volume group "rhel" successfully extended

[root@localhost ~]# lvextend -l +100%free /dev/rhel/root //按百分比扩展LV

#[root@localhost ~]# lvextend -L +1G /dev/rhel/root //按指定容量扩展LV

Extending logical volume root to 67.49 GiB

Logical volume root successfully resized

[root@localhost ~]# xfs_growfs /dev/mapper/rhel-root //扩展xfs文件系统

meta-data=/dev/mapper/rhel-root isize=256 agcount=4, agsize=3112448 blks

= sectsz=512 attr=2, projid32bit=1

= crc=0

data = bsize=4096 blocks=12449792, imaxpct=25

= sunit=0 swidth=0 blks

naming =version 2 bsize=4096 ascii-ci=0 ftype=0

log =internal bsize=4096 blocks=6079, version=2

= sectsz=512 sunit=0 blks, lazy-count=1

realtime =none extsz=4096 blocks=0, rtextents=0

data blocks changed from 12449792 to 17691648

[root@localhost ~]# df -hT //这边看到，rhel-root这个逻辑卷的容量已经扩充为68G

文件系统 类型 容量 已用 可用 已用% 挂载点

/dev/mapper/rhel-root xfs 68G 45G 24G 66% /

devtmpfs devtmpfs 5.9G 0 5.9G 0% /dev

tmpfs tmpfs 5.9G 148K 5.9G 1% /dev/shm

tmpfs tmpfs 5.9G 18M 5.9G 1% /run

tmpfs tmpfs 5.9G 0 5.9G 0% /sys/fs/cgroup

/dev/sda1 xfs 497M 118M 379M 24% /boot

4、如果是添加裸磁盘的话就更加方便，可以不分区，直接将整个设备创建为pv(pvcreate /dev/sdb)，之后的操作是一样的，以下是将sdb设备加入进来后的最终情况。

[root@localhost ~]# lsblk

NAME MAJ:MIN RM SIZE RO TYPE MOUNTPOINT

fd0 2:0 1 4K 0 disk

sda 8:0 0 70G 0 disk

├─sda1 8:1 0 500M 0 part /boot

├─sda2 8:2 0 49.5G 0 part

│ ├─rhel-root 253:0 0 167.5G 0 lvm /

│ └─rhel-swap 253:1 0 2G 0 lvm [SWAP]

└─sda3 8:3 0 20G 0 part

└─rhel-root 253:0 0 167.5G 0 lvm /

sdb 8:16 0 100G 0 disk

└─rhel-root 253:0 0 167.5G 0 lvm /

sr0 11:0 1 1024M 0 rom

[root@localhost ~]# pvs

PV VG Fmt Attr PSize PFree

/dev/sda2 rhel lvm2 a-- 49.51g 0

/dev/sda3 rhel lvm2 a-- 20.00g 0

/dev/sdb rhel lvm2 a-- 100.00g 0

[root@localhost ~]# vgs

VG #PV #LV #SN Attr VSize VFree

rhel 3 2 0 wz--n- 169.50g 0

[root@localhost ~]# lvs

LV VG Attr LSize Pool Origin Data% Move Log Cpy%Sync Convert

root rhel -wi-ao---- 167.48g

swap rhel -wi-ao---- 2.02g

[root@localhost ~]# df -hT

文件系统 类型 容量 已用 可用 已用% 挂载点

/dev/mapper/rhel-root xfs 168G 45G 124G 27% /

devtmpfs devtmpfs 5.9G 0 5.9G 0% /dev

tmpfs tmpfs 5.9G 148K 5.9G 1% /dev/shm

tmpfs tmpfs 5.9G 18M 5.9G 1% /run

tmpfs tmpfs 5.9G 0 5.9G 0% /sys/fs/cgroup

/dev/sda1 xfs 497M 118M 379M 24% /boot