🍖Linux磁盘管理之LVM介绍

一.LVM概述

1.为什么要用LVM

• LVM是逻辑卷管理系统工具
• 使用传统的分区方法, 分完后大小就固定死了
• 分区过大, 造成空间浪费; 分区过小, 导致空间不够用
• 过小需要从新划分磁盘分区, 或者以软连接的方式将此分区的目录链接到另一个分区
• 这样做可以临时解决问题, 但给管理带来了麻烦

2.什么是LVM

• 逻辑卷管理系统工具
• LVM可以创建和管理逻辑卷, 不是直接使用磁盘
• 可以让管理员弹性的管理逻辑卷的扩大缩小, 操作简单不损坏已有数据
• 可以随意将新磁盘添加到LVM中, 让其扩展已存在的逻辑卷
• LVM不需要重启就可以让内核知道分区的存在

2.LVM名词含义

• PV : 物理卷(physical volume) ,把常规的磁盘设备通过pvcreate命令对其进行初始化, 形成了物理卷 面粉
• VG : 卷组(volume group), 把多个物理卷组成一个逻辑的整体, 这样卷组的大小就是多个硬盘之和 面团
• LV : 逻辑卷(logical volume) , 从卷组中划分需要的空间大小出来, 用户仅需对其格式化然后即可挂载使用 切成馒头
• PE : 基本单元(physical extend), 分配的逻辑大小的最小单元, 默认为4MB的基本块 (假设分配100MB逻辑空间，则需要创建25个PE) 小麦

3.LVM的优缺点

• 优点

1. 可以在系统运行的状态下动态的扩展文件系统的大小
2. 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
3. 可以增加新的磁盘到 "LVM" 的储存池中
4. 可以以镜像的方式冗余重要的数据到多个物理磁盘
5. 可以方便的导出整个卷组到另一态机器

• 缺点

1. 因为加入了额外的操作, 存取性能受到影响
2. 当卷组中一个磁盘损坏时, 整个卷组都会受到影响
解释: 因为一个"逻辑卷"可能是由多个不同"物理卷"里的"PE"组成的
解决: 底层使用"RAID"做, 上层使用"LVM", 既有了冗余又有了动态扩容

二.LVM的使用

1.LVM基本使用命令

• 先安装LVM : yum install lvm2 -y

• 制作PV : pvcreate [设备名称]

• 查看PV : pvs

• 制作VG : vgcreate [vg名] [多个pv路径]

• 查看VG : vgs

• 制作LV : lvcreate -L [指定大小] -n [指定lv名字] [指定从哪个vg里分]

• 查看LV : lvs

• 扩容VG : vgextend [指定要扩容的vg] [指定要增加的新pv]

• 扩容LV : lvextend -L [+"指定大小"] -n [指定要增加的那个pv路径]

• 扩展后更新xfs文件系统 : xfs_growfs [扩容了哪个lv就更新哪个lv]

• 删除PV : pvremove [要删除的pv]

• 删除VG : vgremove [要删除的vg名]

• 删除LV : lvremove [要删除的lv路径]

• 创建LV快照 : lvcreate -L [指定快照大小] -s -n [快照名字] [需要做快照的那个lv路径]

• 快照合并 : lvconvert --mergesnapshot [快照名字]

2.制作 PV, VG, LV 演示

• 制作PV

我们可以对一个分区做, 也可以对整个磁盘做, 我这先准备"sdc3, sde"两个设备
[root@shawn ~]#pvcreate /dev/sdc3 
[root@shawn ~]#pvcreate /dev/sde

使用"pvs"查看一下制作好的"pv"
[root@shawn ~]#pvs
PV         VG Fmt  Attr PSize   PFree  
/dev/sdc3     lvm2 ---  100.00m 100.00m
/dev/sde      lvm2 ---    5.00g   5.00g

• 制作VG

将两个"pv"合成一个"vg"
[root@shawn ~]#vgcreate vg1 /dev/sdc3 /dev/sde
Volume group "vg1" successfully created  # success代表成功

查看 "vg"
[root@shawn ~]#vgs
VG  #PV #LV #SN Attr   VSize  VFree 
vg1   2   0   0 wz--n- <5.09g <5.09g

• 制作LV

制作一个"1G"的"lv", 一个"2G"的"lv"
[root@shawn ~]#lvcreate -L 1G -n lv1_from_vg1 vg1
[root@shawn ~]#lvcreate -L 2G -n lv2_from_vg1 vg1

查看 "lv"
[root@shawn ~]#lvs
LV   VG  Attr LSize Pool Origin Data%  Meta%  Move Log Cpy%Sync Convert
lv1_from_vg1 vg1 -wi-a----- 1.00g                  
lv2_from_vg1 vg1 -wi-a----- 2.00g   

• 将其制作文件系统并挂载

先创建两个文件
[root@shawn ~]#mkdir /test3
[root@shawn ~]#mkdir /test4

将两个"lv"制作文件系统
[root@shawn ~]#mkfs.xfs /dev/vg1/lv1_from_vg1 
[root@shawn ~]#mkfs.xfs /dev/vg1/lv2_from_vg1 

将其挂载
[root@shawn ~]#mount /dev/vg1/lv1_from_vg1  /test3
[root@shawn ~]#mount /dev/vg1/lv2_from_vg1  /test4

• df -h命令查看一下

3.动态扩容演示

• 演示场景

假设我们的"lv1"也就是"/test3"不够用了
我们可以从"vg1"里面动态的获取空间
那么假设"vg1"能提供的空间也不够了
那我们就只能加入新的"pv"

• 新增 PV

我们准备了一个新的分区"/dev/sdd1"
[root@shawn ~]#pvcreate /dev/sdd1

查看一下
[root@shawn ~]#pvs
PV         VG  Fmt  Attr PSize  PFree 
/dev/sdc3  vg1 lvm2 a--  96.00m 96.00m
/dev/sdd1      lvm2 ---   5.00g  5.00g   #新增了这一块
/dev/sde   vg1 lvm2 a--  <5.00g <2.00g

• 将 PV 加入到 vg1 中

使用"vgcreate"
[root@shawn ~]#vgextend vg1 /dev/sdd1

查看一下"vg1"的空间
[root@shawn ~]#vgs
VG  #PV #LV #SN Attr   VSize   VFree 
vg1   3   2   0 wz--n- <10.09g <7.09g  #对比之前可以发现增加了"5G"

• 将 lv1 扩充 4G的空间

使用"lvextend"命令
[root@shawn ~]#lvextend -L +4G -n /dev/vg1/lv1_from_vg1 

更新"xfs"系统文件
[root@shawn ~]#xfs_growfs /dev/vg1/lv1_from_vg1 

查看一下"lv1"空间
[root@shawn ~]#lvs
LV VG  Attr LSize Pool Origin Data%  Meta%  Move Log Cpy%Sync Convert
lv1_from_vg1 vg1 -wi-ao---- 5.00g   #发现大了4G           
lv2_from_vg1 vg1 -wi-ao---- 2.00g 

4.动态缩容和删除

• 缩容

提示: 企业一般不会缩容,而是直接删除,并且"xfs"文件系统不支持缩容

命令: lvreduce -L [-]MGT /dev/VG_NAME/LV_NAME

• 删除 LV

删除之前需要先卸载挂载点
[root@shawn ~]#umount /test4
[root@shawn ~]#lvremove /dev/vg1/lv2_from_vg1 
后面有提示输入"y"

• 删除 VG

[root@shawn ~]#vgremove vg1

• 删除 PV

能删除的只能是不属于任何 "vg" 的 "pv"
[root@shawn ~]#pvremove /dev/sde

5.快照演示

• LVM提供了快照功能, 也就是给文件系统做一个备份

• 采用的是写时复制, 就是创建时仅创建实际数据的inode的硬链接

• 一旦改变了快照对应的原文件, 这时原始卷上将要改变的数据会在改变之前拷贝到快照里去

• 快照实际上也是创建了一个逻辑卷, 只是该卷与普通逻辑卷属性有些不一样

• LVM快照底层原理图

• 强调点

1. "VG"中需要存放快照本身的空间,不能被占满,快照一般设置与源"lv"大小相等
2. 因为快照与源"LV"共享许多"PE",所以快照所在的 "VG" 必须与备份的 "LV"相同, 否则快照会失效

• 制作快照并回复单个(少量)文件演示

我们清理一下之前的环境,然后制作新的"PV,VG,LV",让实验看起来更明显
[root@shawn ~]#pvs
PV         VG Fmt  Attr PSize   PFree  
/dev/sdc3     lvm2 ---  100.00m 100.00m
/dev/sdd1     lvm2 ---    5.00g   5.00g
/dev/sde      lvm2 ---    5.00g   5.00g

选"sdd1,sde"做"vg"
[root@shawn ~]#vgcreate vg1 /dev/sde /dev/sdd1
[root@shawn ~]#vgs
VG  #PV #LV #SN Attr   VSize VFree
vg1   2   0   0 wz--n- 9.99g 9.99g

制作一个"lv1",并格式化与挂载,查看
[root@shawn ~]#lvcreate -L 1G -n lv1_from_vg1 vg1
[root@shawn ~]#mkfs.xfs /dev/vg1/lv1_from_vg1
[root@shawn ~]#mount /dev/vg1/lv1_from_vg1 /test3
[root@shawn ~]#df -h
/dev/mapper/vg1-lv1_from_vg1 1014M   33M  982M    4% /test3

在里面写一些文件,并查看
[root@shawn ~]#echo 333 > /test3/1.txt
[root@shawn ~]#echo 222 > /test3/2.txt
[root@shawn ~]#echo 111 > /test3/3.txt
[root@shawn ~]#cat /test3/1.txt /test3/2.txt /test3/3.txt 
333
222
111

开始制作这时的一个快照(快照需要在同一个"vg"里面),并查看
[root@shawn ~]#lvcreate -L 1G -s -n lv1_from_vg1_bak /dev/vg1/lv1_from_vg1 
[root@shawn ~]#lvs
LV   VG  Attr   LSize Pool Origin  Data%  Meta%  Move Log Cpy%Sync Convert
lv1_from_vg1     vg1 owi-aos--- 1.00g                            
lv1_from_vg1_bak vg1 swi-a-s--- 1.00g   lv1_from_vg1 0.00  #发现快照创建成功

修改文件来模拟数据被篡改,并查看
[root@shawn ~]#echo "This is change file" >> /test3/3.txt 
[root@shawn ~]#cat /test3/3.txt 
111
This is change file

恢复数据
⛅挂载快照: 快照在挂载的时候由于和原来的"LVM"是同一个"UUID"
⛅而"XFS"是不允许相同"UUID"的文件系统挂载，所以需要加选项"-0 nouuid"不使用uuid做识别
[root@shawn ~]#mount -o nouuid /dev/vg1/lv1_from_vg1_bak /test4
[root@shawn ~]#ls /test4
1.txt  2.txt  3.txt
[root@shawn ~]#cat /test4/3.txt 
111           #确认是最初的那个亚子

将其拷贝覆盖回去
[root@shawn ~]#cp -rf /test4/3.txt /test3/3.txt 
cp：是否覆盖"/test3/3.txt"？ y
[root@shawn ~]#cat /test3/3.txt 
111           #回到了最初的亚子

• 恢复文件的个数过多可以直接进行合并

先查看原数据
[root@shawn ~]#cat /test3/1.txt /test3/2.txt /test3/3.txt 
333
222
111

创建快照"bak2",并查看
[root@shawn ~]#lvcreate -L 1G -s -n lv1_from_vg1_bak2 /dev/vg1/lv1_from_vg1
[root@shawn ~]#lvs
LV   VG  Attr  LSize Pool Origin   Data%  Meta%  Move Log Cpy%Sync Convert
lv1_from_vg1      vg1 owi-aos--- 1.00g                         
lv1_from_vg1_bak  vg1 swi-aos--- 1.00g      lv1_from_vg1 0.20 
lv1_from_vg1_bak2 vg1 swi-a-s--- 1.00g      lv1_from_vg1 0.00

修改原文件,并查看
[root@shawn ~]#echo aaaaa >> /test3/1.txt 
[root@shawn ~]#echo aaaaa >> /test3/2.txt 
[root@shawn ~]#echo aaaaa >> /test3/3.txt
[root@shawn ~]#cat /test3/1.txt /test3/2.txt /test3/3.txt 
333
aaaaa
222
aaaaa
111
aaaaa

先卸载原数据设备和快照,然后进行合并,快照会自动删除(一次性的合并)
[root@shawn ~]#umount /test3
[root@shawn ~]#umount /test4
[root@shawn ~]#lvconvert --mergesnapshot /dev/vg1/lv1_from_vg1_bak2 
[root@shawn ~]#mount /dev/vg1/lv1_from_vg1 /test3
[root@shawn ~]#ls /test3
1.txt  2.txt  3.txt
[root@shawn ~]#cat /test3/1.txt /test3/2.txt /test3/3.txt 
333
222
111           #发现回到了最初的亚子

在看看"bak2"文件
[root@shawn ~]#lvs
LV  VG  Att LSize Pool Origin  Data%  Meta%  Move Log Cpy%Sync Convert
lv1_from_vg1     vg1 owi-aos--- 1.00g    
lv1_from_vg1_bak vg1 swi-a-s--- 1.00g      lv1_from_vg1 0.20   #惊奇的发现2消失了