第十一章 LVM逻辑卷管理

11.1 LVM基本概念

11.1.1 LVM简介

上一章我们讲解了标准分区的使用过程，可以看到，标准分区的配置比较简单，但是标准分区也有很显著的缺点，如：分区创建后不可扩容、分区的空间必须连续，不允许跨越多块空间或磁盘。但是这些缺点，却是我们在生产环境中比较常见的需求，如：存放某个软件相关数据的分区，经常会被软件的数据所占满，需要空间扩容，而且一块磁盘存满了，还需要再加一块新的磁盘。为了满足这种需求，Linux中就需要使用LVM技术来实现。

LVM的简单原理就是把多块磁盘或分区组织一个小组，划分存储空间时从小组中的成员上占用空间，即可以跨越多个磁盘或分区，也可以随时扩容、缩容。是一种十分灵活的磁盘管理方案。

11.1.2 LVM原理

下面我们来具体介绍下LVM的工作原理，首先来学习几个概念

PV：物理卷，可以把一个分区或一块磁盘制作成PV，即一块用于存储数据的磁盘空间。

VG：卷组，由多个PV组成一个PV组

LV：逻辑卷，从VG中划分出一块存储空间，制作文件系统，并挂载使用。LV允许跨越VG中多个PV的空间。

PE：物理单元，PV加入到VG时，会按照VG事先制定好的固定大小，划分成n多个存储单元，称为PE

LE：逻辑单元，从VG中划分出LV时，是按照LV的大小，从VG中划分出足够多的PE给LV使用，被LV所占用的PE，在LV中称为LE。即LE是PE在LV中的映射。

PV、VG、LV、PE、LE的关系如上图所示。分区制作成PV后，加入到VG中，被划分成了多个PE，假设PE大小=1G，则sda7的40G空间个会被分成40个PE，sda8分成50个PE。所以我们可以认为VG其实管理的是内部的PE资源。当要划分LV时，LV所需空间30G，则VG会从PE池中划分出30个PE映射给LV使用。这些PE可以来自于不同的PV上。另外当LV空间被用满时，可以随时的增加空间，若VG中剩余空间不足，则可以先给VG中增加新的PV，再给LV扩容。

11.3 LVM创建文件系统

关于LVM创建LV并制作文件系统使用的实验，我们可以按一下五部逐步完成。

1、新建分区

fdisk /dev/sda ---使用fdisk管理/dev/sda

创建三个分区：sda7(600M) sda8(800M) sda9(1000M)

设置三个分区的文件系统类型均为 8e Linux LVM，结果如下图

partprobe ---更新生效

2、创建PV

pvcreate /dev/sda7 ---制作PV，执行成功的前提：设定类型是8e

pvcreate /dev/sda8

pvcreate /dev/sda9

#pvcreate /dev/sdb

注：PV的来源可以是分区，也可以是整个磁盘，其实在生产环境中，使用更多的是把整个磁盘制作成一个PV。在这里，我们实验的简单、明了，暂时使用分区制作成PV。

pvdisplay ---查看本机所有PV信息

pvdisplay /dev/sda7 ---查看指定的PV信息

3、创建VG，加入PV

vgcreate -s 8m vg01 /dev/sda7 /dev/sda8

注：创建vg， -s指定PE大小，不写，默认4m，后面的vg01是给新VG起的名字，再后的sda7、sda8是加入到VG的PV

vgdisplay ---查看本机所有VG信息，可见：VG大小、PE大小、PE数、使用数、PV数、活动PV数等信息。(读者可对应英文自行查看)

pvdisplay ---可查看到PV加入到VG后的信息，如：PE数、使用数、空闲数。

4、从VG中划分出LV

lvcreate -L 500M -n lv01 vg01

注：创建LV，-L 指定LV大小 -l指定LV中的LE数，-n指定lv名 最后的

vg01指定从哪个VG分

# lvcreate -L 500M -n lv01 vg01 /dev/sda8

注：创建LV时，也可以在命令最后指定PV，即设定LV的LE从哪个PV上占用

lvdisplay ---查看lv信息

lvdisplay -m /dev/vg01/lv01 ---查看LV信息及LE、PE的映射关系

5、给LV制作文件系统，挂载使用

mkfs -t ext4/dev/vg01/lv01 ---制作文件系统

mkdir /mnt/d1 ---创建挂载点

mount /dev/vg01/lv01 /mnt/d1 ---挂载使用

df -h

lsblk ---查看

vi /etc/fstab ---配置开机自动挂载

/dev/vg01/lv01 /mnt/d1 ext4 defaults 1 2

11.4 LVM管理

11.4.1 LVM扩容

我们之前讲过，LVM的最大优势就是可以根据需求灵活的做出扩容操作，下面我们就来看一下扩容的具体命令：

vgextend vg01 /dev/sda9 ---扩容VG，即给VG增加PV

lvextend -L +200M /dev/vg01/lv01 ---扩容LV

参数说明：-L 表示按大小扩容，-l 表示按LE数扩容。不写 + 表示扩容到多大，写 + 表示增加多大

lvextend -L +200M /dev/vg01/lv01 /dev/sda8

注：也可以在扩容时指定在哪个PV上占用新空间。

lsblk 或lvdisplay 都可以看到lv扩容成功，空间大小已增加。

但是，如果我们使用df -h 查看发现文件系统使用信息，会发现lv所在的文件系统大小未发生变化。这是因为扩容增加的空间并未制作文件系统。但如果我们使用mkfs命令重新制作文件系统的话，原有数据将会丢失，所以，我们需要做的只是将新增空间制作文件系统。命令如下：

resize2fs /dev/vg01/lv01 ---重置LV大小，自动将未做文件系统的空间格式化。

或者，我们也可以在扩容的同时，增加-r参数，扩容后直接对新增空间制作文件系统，如下。

lvextend -L +200M -r/dev/vg01/lv01

11.4.2 数据转移

再者，就是LE对于PE映射的转移。我们可以想象，如果有一块磁盘已经有了明显的故障迹象，读写速度命令降慢了许多，我们是不可以等着这块磁盘彻底故障、不可读写了再将其替换的，那样就容易产生数据丢失了。所以我们要在磁盘还能够读写，但已经有故障的初级现象时就提前更换。那么势必要将原有磁盘上的数据转移到新磁盘。可以使用如下命令：

pvmove /dev/sda7 /dev/sda9

解释：把sda7上所有LE对PE的映射，转移到sda9上，即所有LE映射到sda9的PE上，数据也跟着复制过去，不会丢失

另外，当我们发现VG中的PV使用不合理，有些PV上LV比较多，使用率高，而有些PV则很少被LV所占用，造成PV使用不均衡，单个PV数据读写压力大的现象。则我们也需要把一个PV上的部分被LV占用的映射PE转移到其他PV上。命令如下：

pvmove /dev/sda9:0-10 /dev/sda8 ---把sda9的0-9 号PE对LE的映射，转移到sda8上，以实现磁盘使用的均衡化

注意：在指定源PV时，指定的是PV上的PE号，而不是在LV中的映射LE号。

lvdisplay -m /dev/vg01/lv01 ---转移完毕可见到新的映射关系

11.4.3 缩容

既然能做VG、LV扩容，当然也可以所缩容。LV的缩容命令如下：

lvreduce -L -200M/dev/vg01/lv01 ---LV缩容

但是，缩容后，文件系统的超级块将被破坏，则文件系统不可再用，可以将原文件系统卸载后再次挂载以证明。所以只能重新mkfs制作文件系统再使用，但原数据会丢失。若果重新格式化时报错失败，则可以使用dd命令将LV的前100M用二进制的0作擦除后，再格式化（具体的dd命令前面章节已经讲过）。

如果VG中有未用的PV，如之前被替换的故障PV，则可以将其从VG中删除，命令如下：

vgreduce /dev/vg01 /dev/sda7 ---VG缩容，删除PV

11.4.4 LVM删除

如果LVM不想再使用，要全部清除，思路就是按照创建时的过程逆向操作即可：

umount /dev/vg01/lv01 ---卸载文件系统

lvremove /dev/vg01/lv01 ---删除LV

vgremove /dev/vg01 ---删除VG，前提：VG中已没有LV

pvremove /dev/sda[789] ---删除PV。PS：用到了正则表达式，是否记得？

fdisk /dev/sda ---进入fdisk菜单，删除分区

11.4.5 小结

①文件系统是指可用的，被格式化好的存储空间，存储空间，可由分区提供，也可以从多块磁盘上占用。

②LV实质是由PE组成的存储空间，在该空间内制作文件系统，划分block，可以认为，PE大，block小，是在PE内划分的block

11.5 swap交换分区

我们之前在安装系统时讲过，swap分区又称交换分区，就是常说的虚拟内存。功能是：当系统物理内存不足的或使用空间紧张系统会在磁盘上开辟块空间，临时当内存使用，称为虚拟内存

在不同操作系统中，虚拟内存也有诸多叫法：虚拟内存（统一叫法），swap交换空间（Linux），页面文件（windows），换页空间（unix）。

我们之前讲过，swap空间的大小是于物理内存的大小相关的，最大可用量是物理内存的2倍。

那么当我们扩容了主机物理内存的大小后，如何手动扩容swap大小呢？这就需要创建swap分区来实现。具体步骤如下：

free -h ---查看内存系统信息，swap行表示swap空间使用信息

fdisk /dev/sda ---磁盘内创建一个分区，文件系统类型设置成：82 Linux swap,如sda10 500M，之后partprobe更新

mkswap /dev/sda10 ----制作swap文件系统

swapon /dev/sda10 ---启用swap分区

free -h ---可见swap空间已增加

swapoff /dev/sda10 ---关闭swap分区

lsblk ---可见swap分区

vi /etc/fstab ---配置开机自动挂载

/dev/sda10 swap swap default 0 0

之上，是用标准分区模式创建的swap分区，其实使用LV做swap过程类似：

lvcreate -L 400M -nlv03 vg01 --创建lv03

mkswap /dev/vg01/lv03 ---制作swap文件系统

swapon /dev/vg01/lv03 ---启用swap