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Linux LVM

2011-12-20  cjwid
LVM使用手册




1 简介


1.1 什么是LVM


LVM是 Logical Volume Manager的简写,它由Heinz Mauelshagen在Linux 2.4内核上实现,目前最新版本为:稳定版1.0.5,开发版 1.1.0-rc2,以及LVM2开发版。与传统的磁盘与分区相比,LVM为计算机提供了更高层次的磁盘存储。它使系统管理员可以更方便的为应用与用户分配存储空间。在LVM管理下的存储卷可以按需要随时改变大小与移除(可能需对文件系统工具进行升级)。LVM也允许按用户组对存储卷进行管理,允许管理员用更直观的名称(如sales、development)代替物理磁盘名(如sda、sdb)来标识存储卷。



1.2 为什么使用LVM


LVM通常用于装备大量磁盘的系统,但它同样适于仅有一、两块硬盘的小系统。



1.2.1 小系统使用LVM的益处



传统的文件系统是基于分区的,这种方式比较直观,但不易改变:1.不同的分区相对独立,无相互联系,各分区空间很易利用不平衡,空间不能充分利用。2.当一个文件系统/分区已满时,无法对其扩充,只能采用重新分区/建立文件系统,非常麻烦;或把分区中的数据移到另一个更大的分区中;或采用符号连接的方式使用其它分区的空间。3.如果要把硬盘上的多个分区合并在一起使用,只能采用再分区的方式,这个过程需要数据的备份与恢复。



当采用LVM时,情况有所不同:1.硬盘的多个分区由LVM统一为卷组管理,可以方便的加入或移走分区以扩大或者减小卷组的可用容量,充分利用硬盘空间。2.文件系统建立在逻辑卷上,而逻辑卷可根据需要改变大小以满足要求。3.文件系统建立在LVM上,可以跨分区,方便使用。



1.2.2 大系统使用LVM的益处



在使用很多硬盘的大系统中,使用LVM主要是方便管理、增加了系统的扩展性。在一个有很多不同容量硬盘的大型系统中,对不同的用户的空间分配是一个技巧性的工作,要在用户需求与实际可用空间中寻求平衡。用户/用户组的空间建立在LVM上,可以随时按要求增大,或根据使用情况对各逻辑卷进行调整。当系统空间不足而加入新的硬盘时,不必把用户的数据从原硬盘迁移到新硬盘,而只须把新的分区加入卷组并扩充逻辑卷即可。同样,使用LVM可以在不停服务的情况下。把用户数据从旧硬盘转移到新硬盘空间中去。



2 LVM构成


LVM的结构简图如下:




2.1 卷组volume group (VG)


卷组是LVM中最高抽象层,是由一个或多个物理卷所组成的存储器池。



2.2 物理卷physical volume (PV)


典型的物理卷是硬盘分区,但也可以是整个硬盘或已创建的Software RAID 卷。



2.3 逻辑卷logical volume (LV)


逻辑卷相当于非LVM系统中的分区,它在卷组上建立,是一个标准的块设备,可以在其上建立文件系统。



2.4 物理块physical extent (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。



2.5 逻辑块logical extent (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。



2.6 总述


例子:有一个卷组VG1,它的物理块大小为4MB。在这个卷组中为2个硬盘分区:/dev/hda1与/dev/hdb1,它们分别成为物理卷PV1与PV2。物理卷将按4MB为单位分块,如PV1与PV2分别可分为99与248块。在VG1上建立逻辑卷,它的大小可在1至347(99+248)块之间。当建立逻辑卷时,会建立逻辑块与物理块的一一映射关系。



2.7 映射模式 (linear/striped)


在建立逻辑卷时,可以选择逻辑块与物理块映射的策略:

1.线性映射-将把一定范围的物理块按顺序分配给逻辑卷,如 LV的LE 1–99映射到PV1,LE 100–347映射到PV2。 2.交错模式-将把逻辑块交错映射到不同的物理卷中,如 LV的LE 1映射为PV1的PE1,LE 2映射为PV2的PE1,LE 3映射为PV1的PE2...。这种方式可以提高逻辑卷的性能,但是采用这种方式建立的逻辑卷将不能在它们所在的物理卷中扩展。



2.8 Snapshots (快照)


LVM提供了一个非常好的特性:snapshots。它允许管理员建立一个块设备:该设备是一逻辑卷在某一时刻冻结的精确拷贝。这个特性通常用于批处理过程(如备份)需要处理逻辑卷,但又不能停止系统。当操作完成时,snapshot设备可以被移除。这个特性要求在建立snapshot设备时逻辑卷处于相容状态。



3 LVM的一般操作


3.1 建立PV


为把一个磁盘或分区作为PV,首先应使用 pvcreate 对其初始化,如对IDE硬盘/dev/hdb。

PV初始化命令pvcreate的一般用法为:

# pvcreate PV1 [ PV2 ... ]

#它的参数可以是整个磁盘,分区,也可以是loop设备。



l使用整个磁盘:

# pvcreate /dev/hdb

这将在磁盘上建立VG的描述符。

l使用磁盘分区:(使用fdisk 的t 命令把/dev/hda1的分区类型设为0x8e,然后运行)

# pvcreate /dev/hdb1



3.2 建立VG


vgcreate的一般用法为:

# vgcreate [options] VG_name PV1 [PV2 ...]

#其中的可选项包括设置VG最大支持的LV数、PE大小(缺省为4MB)等。



l在使用pvcreate 建立了PV后,可以用vgcreate 建立卷组,如有PV1、PV2分别是/dev/hda1与/dev/hdb1,使用

# vgcreate testvg /dev/hda1 /dev/hdb1

l当使用devfs系统时,应使用设备的全名而不能是Symbol Link,如对上例应为:

# vgcreate testvg /dev/ide/host0/bus0/target0/lun0/part1/ /dev/ide/host0/bus0/target1/lun0/part1



3.3 激活VG


在被激活之前,VG与LV是无法访问的,这时可用命令:

# vgchange -a y testvg

激活所要使用的卷组。当不再使用VG时,可用

# vgchange -a n testvg

使之不再可用。



3.4 移除VG


在移除一卷组前应确认卷组中不再有逻辑卷,首先休眠卷组:

# vgchange -a n testvg

然后可用vgremove移除该卷组:

# vgremove testvg



3.5 为VG增加新PV


当卷组空间不足时,可以加入新的物理卷来扩大容量,这时可用命令vgextend,如

# vgextend testvg /dev/hdc1

其中/dev/hdc1是新的PV,当然在这之前,它应使用pvcreate初始化。



3.6 从VG移除PV


在移除PV之前,应确认该PV没用被LV使用,这可用命令pvdisplay,如:

# pvdisplay /dev/hda1

如这个PV仍在被使用,则应把数据传移到其它PV上。在确认它未被使用后,可用命令vgreduce把它从VG中删除,如:

# vgreduce testvg /dev/hda1



3.7 创建LV


在创建逻辑卷前,应决定LV使用哪些PV,这可用命令vgdisplay与pvdisplay查看当前卷组与PV的使用情况。在已有的卷组上创建逻辑卷使用命令lvcreate,如:

# lvcreate -L1500 -ntestlv testvg

#将在卷组testvg上建立一个1500MB的线性LV,其命名为testlv,

对应的块设备为/dev/testvg/testlv。



# lvcreate -i2 -I4 -l100 -nanothertestlv testvg

#将在卷组testvg上建立名为anothertestlv的LV,其大小为100LE,

采用交错方式存放,交错值为2,块大小为4KB。



如果需要LV使用整个VG,可首先用vgdisplay 查找 Total PE值,然后在运行lvcreate时指定。如:

# vgdisplay testvg | grep "Total PE"

# lvcreate -l 10230 testvg -n mylv

将使用卷组testvg的全部空间创建逻辑卷mylv。在创建逻辑卷后,就可在其上创建文件系统并使用它。



命令lvcreate的常用方法:

# lvcreate [options] -n 逻辑卷名 卷组名 [PV1 ... ]

其中的常用可选项有:

-i Stripes :采用交错(striped)方式创建LV,其中Stripes指卷组中PV的数量。

-I Stripe_size :采用交错方式时采用的块大小(单位为KB),

Stripe_size必须为2的指数:2N ,N=2,3...9。

-l LEs :指定LV的逻辑块数。

-L size :指定LV的大小,其后可以用K、M、G表示KB、MB、GB。

-s :创建一已存在LV的snapshot卷。

-n name :为LV指定名称。



3.8 删除LV


为删除一个逻辑卷,必须首先从系统卸载其上的文件系统,然后可用lvremove删除,如:

# umount /dev/testvg/testlv

# lvremove /dev/testvg/testlv

lvremove -- do you really want to remove "/dev/testvg/testlv"? [y/n]: y

lvremove -- doing automatic backup of volume group "testvg"

lvremove -- logical volume "/dev/testvg/testlv" successfully removed



3.9 扩展LV


为逻辑卷增加容量可使用lvextend,即可以指定要增加的尺寸也可以指定扩容后的尺寸。如

# lvextend -L12G /dev/testvg/testlv

#将扩大逻辑卷testlv的容量为12GB。

# lvextend -L+1G /dev/testvg/testlv

#将为LV testlv再增大容量1GB至13GB。

为LV扩容的一个前提是:LV所在的VG有足够的空闲存储空间可用。

在为LV扩容之后,应同时为LV之上的文件系统扩容,使二者相匹配。对不同的文件系统有相对应的扩容方法。



3.9.1 ext2/ext3



除非内核已有ext2online 补丁,否则在改变ext2/ext3文件系统的大小时应卸载它:

# umount /dev/testvg/testlv

# resize2fs /dev/testvg/testlv

# mount /dev/testvg/testlv /home

这里假设testlv安装点为/home。在es2fsprogs-1.19或以上版本中包含resize2fs命令。

在LVM发行包中有一个称为e2fsadm的工具,它同时包含了lvextend与resize2fs的功能,如:

# e2fsadm -L+1G /dev/testvg/testlv

等价于下面两条命令:

# lvextend -L+1G /dev/testvg/testlv

# resize2fs /dev/testvg/testlv

但用户仍需首先卸载文件系统。



3.9.2 reiserfs



与ext2不同,Reiserfs不必卸载文件系统,如:

# resize_reiserfs -f /dev/testvg/testvl



3.9.3 xfs



SGI XFS文件系统必须在安装的情况下才可改变大小,并且要使用安装点而不是块设备,如:

# xfs_growfs /home



3.10 缩小LV


逻辑卷可扩展同样也可缩小,但应在缩小LV之前首先减小文件系统,否则将可能导致数据丢失。



3.10.1 ext2/ext3



可以使用LVM的工具e2fsadm操作,如:

# umount /home

# e2fsadm -L-1G /dev/testvg/testvl

# mount /home

如果采用resize2fs,就必须知道缩少后卷的块数:

# umount /home

# resize2fs /dev/testvg/testvl 524288

# lvreduce -L-1G /dev/testvg/testvl

# mount /home



3.10.2 reiserfs



在缩小reiserfs时,应首先卸载它,如:

# umount /home

# resize_reiserfs -s-1G /dev/testvg/testvl

# lvreduce -L-1G /dev/testvg/testvl

# mount -treiserfs /dev/testvg/testvl /home



3.10.3 xfs



无法实现。



3.11 在PV间转移数据


若要把一个PV从VG中移除,应首先把其上所有活动PE中的数据转移到其它PV上,而新的PV必须是本VG的一部分,有足够的空间。如要把PV1:/dev/hda1上的数据移到PV2:/dev/sda1上可用命令:

# pvmove /dev/hdb1 /dev/sdg1



如果在该PV之上的LV采用交错方式存放,则这个转移过程不能被打断。

建议在转移数据之前备份LV中的数据。



3.12 系统启动/关闭


为使系统启动时可自动激活并使用LVM,可将以下几行添加到启动 rc 脚本中:

# /sbin/vgscan

# /sbin/vgchange -a y

这些行将浏览所有可用的卷组并激活它们。要注意的是,它们应在安装卷组上的文件系统操作之前被执行,否则将无法正常安装文件系统。

在系统关机时,要关闭LVM,这可将以下这行添加到关机 rc 脚本中,并确保它在卸装了所有文件系统后执行:

# /sbin/vgchange -a n



4 磁盘分区问题


4.1 一个磁盘上的多个分区


LVM允许PV建立在几乎所有块设备上,如整个硬盘、硬盘分区、Soft RAID:

# pvcreate /dev/sda1

# pvcreate /dev/sdf

# pvcreate /dev/hda8

# pvcreate /dev/hda6

# pvcreate /dev/md1

所以在一块硬盘上可以有多个PV分区,但一般建议一块硬盘上只有一个PV:便于管理,易于处理错误。避免交错方式中性能下降。LVM不能辨别两个PV是否在同一硬盘上,故当采用交错方式时,会导致性能更差。但在某些情况下可采用:1把已存在的系统合并到LVM中。在一个只有少数硬盘的系统中,转换为LVM时需在在各分区之间转移数据。2把一个大硬盘分给不同的VG使用。



4.2 Sun disk labels


仅在SUN的SPARC系统中有此问题。



5 建立LVM用例


在本节中,将在3块SCSI硬盘:/dev/sda,/dev/sdb,/dev/sdc上按步建立LVM。



5.1 准备分区


首先要做的是初始化硬盘,建立PV;这将会删除硬盘上的原有数据。在此用整个硬盘为PV:

# pvcreate /dev/sda

# pvcreate /dev/sdb

# pvcreate /dev/sdc

pvcreate在每个硬盘的起始端建立卷组描述区。



5.2 创建卷组


利用上面三个PV建立卷组:

# vgcreate test_vg /dev/sda /dev/sdb /dev/sdc/

然后可用vgdisplay 查看/验证卷组的信息:

# vgdisplay

其中最重要的前三条要正确,且VS size是以上三个硬盘容量之和。



5.3 建立LV


在确定卷组test_vg正确后,就可在其上创建LV。LV的大小可在VG大小范围内任意选择,如同在硬盘上分区。



5.3.1 建立线性方式LV



在test_vg上建立一个大小为1GB的线性方式LV:

# lvcreate -L1G -ntest_lv test_vg



5.3.2 建立交错方式LV



在test_vg上建立一个大小为1GB的交错方式LV,交错参数为4KB:

# lvcreate -i3 -I4 -L1G -ntest_lv test_vg

如果使用 -i2参数,则LV将仅使用test_vg中的两块硬盘。



5.4 建立文件系统


在LV test_lv创建后,就可在其上建立文件系统,

如,ext2/ext3系统:

# mke2fs /dev/test_vg/test_lv

如,reiserfs:

# mkreiserfs /dev/test_vg/test_lv



5.5 测试文件系统


安装LV:

# mount /dev/test_vg/test_lv /mnt

# df

则可以通过/mnt访问LV。



6 使用snapshot 做备份


例如我们要对卷组"test_vg"每晚进行数据库备份,就要采用snapshot类型的卷组。这种卷组是其它卷组的一个只读拷贝,它含有在创建snapshot卷组时原卷组的所有数据,这意味你可以备份这个卷组而不用担心在备份过程中数据会改变,也不需要暂时关闭数据库卷以备份。



6.1 建立snapshot卷


一个snapshot卷可大可小,但必须有足够的空间存放所有在本snapshot卷生存期间改变的数据,一般最大要求是原卷组的1.1倍。如空间不够,snapshot卷将不能使用。

# lvcreate -L592M -s -n dbbackup /dev/test_vg/databases



6.2 安装snapshot卷


现在可以安装该卷:

# mkdir /mnt/test_vg/dbbackup

# mount /dev/test_vg/dbbackup /mnt/test_vg/dbbackup

从上面可以看出,snapshot卷是只读的。

当使用XFS文件系统时,mount命令要使用nouuid与norecovery选项:

# mount /dev/test_vg/dbbackup /mnt/test_vg/dbbackup -o nouuid,norecovery,ro



6.3 备份数据


如采用tar向磁带备份:

# tar -cf /dev/rmt0 /mnt/test_vg/dbbackup



6.4 删除snapshot卷


在完成备份后,就可卸载并删除snapshot卷。

# umount /mnt/test_vg/dbbackup

# lvremove /dev/test_vg/dbbackup

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