一文全解：LVM（逻辑卷管理器）-数字星空

前两篇文章已经讲了关于磁盘分区和磁盘阵列的相关内容：

但是磁盘分区完后再想扩容或者缩容就比较麻烦了，甚至很多时候不能扩容或者缩容，这时候就要用到linux非常常用的硬盘设备资源管理技术：LVM了。

LVM，英文全称叫做 "Logical Volume Manager"，翻译过来的意思叫做"逻辑卷管理器"，主要解决的是磁盘动态扩容或缩容的问题。

一般而言，在生产环境中无法在最初时就精确地评估每个硬盘分区在日后的使用情况，因此会导致原先分配的硬盘分区不够用。比如，伴随着业务量的增加，用于存放交易记录的数据库目录的体积也随之增加；因为分析并记录用户的行为从而导致日志目录的体积不断变大，这些都会导致原有的硬盘分区在使用上捉襟见肘。硬盘分好区或者部署为 RAID 磁盘阵列之后，再想修改硬盘分区大小就不容易了，LVM作为现在非常普及的硬盘设备资源管理技术，允许用户对硬盘资源进行动态调整，从而解决上述问题。

一、逻辑卷管理器基本概念

上图中涉及到几个概念：

PV（Physical Volume）：物理卷，顾名思义，它可能是一个硬盘，也可能是一个RAID磁盘阵列。

VG（Volume Group）：卷组，多个物理卷（PV）组成一个卷组。

LV（Logical Volume）：逻辑卷，也即是我们探讨的核心了，它基于卷组分配管理磁盘资源。

PE（Physical Extent）：基本单元，LV能管理分配的最小单位，LVM分配出来的每个空间都必须是PE的整数倍。

也就是说物理卷（PV）组成了卷组（VG），逻辑卷（LV）基于卷组（VG）分配管理基本单元（PE）。

上图中的逻辑卷A跨硬盘将若干个PE合并起来，对外直接使用逻辑卷A即可，而不用关心逻辑卷A下到底有几个硬盘。

二、逻辑卷管理实战

LVM部署时，需要逐个配置物理卷、卷组和逻辑卷，常用的部署命令如下所示：

功能	物理卷管理	卷组管理	逻辑卷管理
扫描	pvscan	vgscan	lvscan
创建	pvcreate	vgcreate	lvcreate
显示	pvdisplay	vgdisplay	lvdisplay
删除	pvremove	vgremove	lvremove
扩容		vgextend	lvextend
缩容		vgreduce	lvreduce

有人或许会问，为啥逻辑卷管理没有扩容和缩容的命令呢？

答：逻辑卷对应着底层的硬盘或者RAID磁盘阵列，如果它能扩容或者缩容，就没有LVM什么事儿了，哈哈。

以下操作基于Vmware虚拟机操作。

1、物理卷和卷组创建

先给虚拟机新增加两块20G的硬盘，然后开机。可以看到sdb/sdc两块硬盘已经就绪

第一步： 让两块硬盘支持lvm技术

pvcreate /dev/sdb /dev/sdc

第二步： 把两块硬盘设备加入到storage卷组

vgcreate storage /dev/sdb /dev/sdc

第三步： 查看卷组状态

vgdisplay

从上述截图中可以看到，卷组创建完成后，PE相关的参数就已经确定好了，大小是4MB，40G的空间一共划分出了10238个PE等待lvm划分逻辑卷使用。

2、逻辑卷创建

第一步： 创建逻辑卷

我们现在从storage卷组中切割出来一块201M的逻辑卷设备。

这里要注意，切割方式有两种：

按照大小切割，使用的参数是-L，比如 -L 150M表示的是切割出来150MB大小的逻辑卷；
以基本单元的个数为单位，使用的参数是-l，每个基本单元的默认大小是4MB，比如-l 37，就可以生成37*4MB=148MB大小的逻辑卷。

比较方便的肯定是根据大小进行切割：

lvcreate -n kdyzm_lv -L 201 storage

创建是成功了，但是可以看到它提示了个信息：Rounding up size to full physical extent 204.00 MiB。这个意思就是四舍五入创建了204MB的逻辑卷设备。为什么呢，我们明明创建的是201MB大小，它擅自给改成了204MB？答案是我们创建的大小必须是PE（Physical Extent，基本单元）的整数倍，PE大小是4MB，所以就给修正成了204MB。

Linux 系统会把 LVM 中的逻辑卷设备存放在/dev 设备目录中（实际上就是个快捷方式），同时会以卷组的名称来建立一个目录，其中保存了逻辑卷的设备映射文件（即/dev/卷组名称/逻辑卷名称）。

第二步： 格式化和挂载

如果使用了逻辑卷管理器，不建议使用xfs文件系统，据说xfs和lvm的兼容性并不好。所以接下来使用ext4来格式化硬盘。

当然为了挂载重启后不失效，需要将挂载信息写入到/etc/fstab文件中，此处不赘述。

3、逻辑卷扩容

使用逻辑卷最大的用处就是可以为它动态扩容：卷组由若干块硬盘组成，用户在使用存储设备时感知不到设备底层的架构和布局，更不用关心底层是由多少块硬盘组成的，只要卷组中有足够的资源，就可以一直为逻辑卷扩容。

逻辑卷扩容的步骤：取消挂载->逻辑卷扩容->检查硬盘完整性->重置设备在系统中的容量->重新挂载硬盘设备

第一步： 取消挂载

扩容前请一定要记得卸载设备和挂载点的关联：umount /kdyzm_lv

第二步： 逻辑卷扩容

将逻辑卷/dev/storage/kdyzm_lv的容量从204.00 MB扩容到300MB

lvextend -L 300M /dev/storage/kdyzm_lv

同时，它也提示了“Size of logical volume storage/kdyzm_lv changed from 204.00 MiB (51 extents) to 300.00 MiB (75 extents).”，这个逻辑卷原来的容量是204M（51个基本单元），现在扩容到了300M（75个基本单元）。

第三步： 检查硬盘完整性

确认目录结构、内容和文件内容没有丢失。一般情况下没有报错，均为正常情况。

 e2fsck -f /dev/storage/kdyzm_lv

第四步： 重置设备在系统中的容量

刚刚是对 LV（逻辑卷）设备进行了扩容操作，但系统内核还没有同步到这部分新修改的信息，需要手动进行同步。

resize2fs /dev/storage/kdyzm_lv

第五步： 重新挂载硬盘

mount /dev/storage/kdyzm_lv /kdyzm_lv

需要注意的是这里显示的容量是287M，而非300M，要比我们当初设计的扩容容量小一些，这个原因是硬件厂商的制造标准是1M=1000KB，1KB=1000B；在计算机系系统中则是1M=1024KB，1KB=1024B。因此硬盘容量会有些“缩水”，300M的硬盘最终会被识别为 300MB*1000K*1000B/1024B/1024K=286.1022MB ，大概的算法就是这么算的。