深入解析Linux逻辑卷管理器（LVM）-编程知识

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一、前言

1、Linux的起源与发展

2、什么是逻辑卷管理器（LVM）

二、LVM基础概念

1、物理卷（Physical Volume, PV）

2、卷组（Volume Group, VG）

3、逻辑卷（Logical Volume, LV）

4、LVM与其他存储技术的比较

三、LVM实践

1、环境准备

2、创建PV

3、创建VG

4、创建LV

5、格式化LV

6、挂载使用LV

一、前言

1、Linux的起源与发展

1991年，芬兰赫尔辛基大学的学生林纳斯·托瓦兹（Linus Torvalds）开始编写一个新的操作系统内核，这个内核最初被称为“Freax”。他的初衷只是想学习操作系统内核的开发，并为自己的个人计算机编写一个操作系统。然而，当他将这个内核发布在Internet上并开放源代码后，全球各地的程序员开始参与到这个项目中来，共同完善这个内核。最终，这个内核被命名为Linux，这个名字是由Linus Torvalds的名字和Unix操作系统的名字组合而成的。

Linux从一开始就坚持源代码的公开和免费使用，任何人都可以对其进行修改和分发。这种开放性和自由性吸引了大量的开发者和用户，使得Linux逐渐成长并成熟起来。如今，Linux已经发展成为一个性能稳定、功能强大的多用户网络操作系统，支持32位和64位硬件，能运行主要的Unix工具软件、应用程序和网络协议。同时，Linux也有上百种不同的发行版，如基于社区开发的Debian、ArchLinux，以及基于商业开发的Red Hat Enterprise Linux、SUSE、Oracle Linux等。

2、什么是逻辑卷管理器（LVM）

逻辑卷管理器（Logical Volume Manager，简称LVM）是一种磁盘管理方法，它通过将多个物理卷（Physical Volume，PV）抽象成一个卷组（Volume Group，VG），并在卷组的基础上进一步划分逻辑卷（Logical Volume，LV），从而提供更高的磁盘管理灵活性。

LVM是一个虚拟设备驱动，它在内核中的块设备和物理设备之间添加了一个新的抽象层次。这个抽象层次允许用户将几块磁盘（物理卷）组合起来形成一个存储池或卷组，并从卷组中划分出不同大小的逻辑卷来创建新的逻辑设备。这样，底层的原始磁盘就不再由内核直接控制，而是由LVM层来控制。

LVM具有许多优点，例如：

灵活性：LVM允许逻辑卷跨越多个物理卷，并且可以在任何时候任意调整大小。这意味着用户可以根据需要轻松地扩展或缩小逻辑卷，而无需担心物理磁盘的大小限制。
隐藏与硬件相关的存储设置：LVM隐藏了与硬件相关的存储设置，使用户可以在不停止应用或卸载文件系统的情况下调整卷大小或进行数据迁移。这有助于减少操作成本并提高系统的可用性。
提高磁盘管理效率：通过LVM，用户可以更方便地管理磁盘空间，例如重新设定文件系统的大小或在多个物理设备间重新组织文件系统。这有助于提高磁盘的利用率和管理的效率。

总之，逻辑卷管理器（LVM）是一种强大的磁盘管理工具，它通过将多个物理卷组合成一个卷组并划分逻辑卷来提供更高的磁盘管理灵活性和效率。

二、LVM基础概念

1、物理卷（Physical Volume, PV）

物理卷（Physical Volume, PV）是逻辑卷管理器（LVM）中的基本组成单位之一。物理卷是指实际的物理存储设备，如硬盘、固态硬盘等。在使用LVM之前，管理员需要将这些物理存储设备初始化为物理卷，并将它们添加到逻辑卷组（Volume Group, VG）中。

物理卷通常对应于硬盘的一个分区，但也可以是整个硬盘。一旦一个物理存储设备被初始化为物理卷，它就被LVM管理，管理员可以使用LVM命令来查看、添加、删除和调整物理卷的属性。

通过使用物理卷，LVM允许管理员在多个物理存储设备之间创建灵活的存储布局，以满足不同的存储需求，并且可以方便地进行管理和调整。

2、卷组（Volume Group, VG）

卷组（Volume Group, VG）是逻辑卷管理器（LVM）中的一个重要概念，用于管理物理卷（Physical Volumes, PV）的集合。在LVM中，多个物理卷可以组合成一个卷组，形成一个逻辑的存储池。卷组提供了一个抽象层，使管理员可以在逻辑上管理一组物理卷，而不需要关心具体的物理存储设备。

管理员可以向卷组中添加或删除物理卷，从而扩展或缩减存储空间。卷组还可以被进一步分割成逻辑卷（Logical Volumes, LV），并且可以为这些逻辑卷分配存储空间。

卷组的创建和管理是LVM中的一个关键任务，它使管理员能够更灵活地管理存储空间，并且可以在运行时动态地调整存储分配，而无需关闭系统或重新分区硬盘。

3、逻辑卷（Logical Volume, LV）

逻辑卷（Logical Volume, LV）是逻辑卷管理器（LVM）中的另一个关键概念，它是从一个或多个卷组（Volume Group, VG）中划分出的逻辑存储空间单元。

在LVM中，管理员可以从一个或多个卷组中划分逻辑卷，并且可以为每个逻辑卷指定容量、文件系统类型等属性。逻辑卷就像是一个虚拟的硬盘分区，它可以被格式化、挂载和管理，就像物理硬盘分区一样。

逻辑卷的好处在于它提供了更灵活的存储管理和分配方式。管理员可以在运行时动态调整逻辑卷的大小，而无需关闭系统或重新分区硬盘。此外，逻辑卷还支持高级功能，如快照（Snapshot）、扩展（Extend）、缩小（Reduce）等，使得存储管理更加方便和高效。

4、LVM与其他存储技术的比较

优点：

灵活性： LVM允许管理员在运行时动态调整存储分配，而无需关闭系统或重新分区硬盘。这种灵活性使得管理员可以更好地应对变化的存储需求，而无需停机或导致服务中断。
易管理性： LVM提供了一个层级化的存储管理结构，管理员可以将物理卷组织成逻辑卷组，然后再划分逻辑卷。这种层级结构使得存储管理更加清晰和易于管理。
性能优势： LVM可以在多个物理存储设备之间平衡数据负载，从而提高存储性能。此外，LVM还支持高级功能，如快照（Snapshot）、扩展（Extend）等，这些功能可以提高系统的可用性和数据保护能力。
数据保护： LVM提供了快照（Snapshot）功能，可以创建数据的快照副本，以便进行备份或测试。这种功能可以保护数据免受意外删除或损坏的影响，并且可以减少备份和恢复操作的时间和成本。

缺点：

复杂性： 对于新手来说，LVM可能需要一定的学习曲线，特别是在配置和管理方面。相比之下，一些简单的存储技术（如传统分区）可能更容易上手。
性能损耗： 在某些情况下，LVM可能会引入一些性能损耗，特别是在使用快照等高级功能时。管理员需要权衡灵活性和性能之间的平衡。
依赖性： 使用LVM的系统需要具备LVM支持的文件系统，如ext4、XFS等。因此，如果系统不支持这些文件系统，则无法使用LVM。

三、LVM实践

1、环境准备

准备1台Linux服务器，
为其准备5块硬盘，也可以是5个未挂载使用的逻辑分区

2、创建PV

[root@localhost ~]# pvcreate /dev/sdb /dev/sdc/ /dev/sdd /dev/sde /dev/sdf

查看PV

[root@localhost ~]# pvscan

更详细的查看

[root@localhost ~]# pvdisplay /dev/sdb

这段输出显示了将物理设备 /dev/sdb 初始化为一个新的物理卷（Physical Volume, PV）的信息。

PV Name: 物理卷的名称，这里是 /dev/sdb。
VG Name: 物理卷所属的卷组的名称。这里是空白的，表示该物理卷尚未加入任何卷组。
PV Size: 物理卷的总大小。这里是 1.00 GiB，表示这个物理卷的容量是 1.00 Gibibytes。
Allocatable: 表示是否可以分配空间。这里显示为 NO，表示该物理卷当前不可用于分配。
PE Size: 物理卷中物理扩展（Physical Extents）的大小。这里是 0，表示尚未定义。
Total PE: 物理卷中的总物理扩展数量。这里是 0，表示尚未分配物理扩展。
Free PE: 物理卷中的空闲物理扩展数量。这里是 0，表示没有可用的空间。
Allocated PE: 物理卷中已分配的物理扩展数量。这里是 0，表示没有分配任何空间。
PV UUID: 物理卷的唯一标识符。

这个输出表明 /dev/sdb 已被初始化为一个物理卷，但尚未加入任何卷组。

3、创建VG

[root@localhost ~]# vgcreate -s 16M vgtest /dev/sdb /dev/sdc /dev/sdd /dev/sde /dev/sdf

查看VG

[root@localhost ~]# vgscan

更详细的查看

[root@localhost ~]# vgdisplay vgtest

VG Name: 卷组的名称，这里是 vgtest。
System ID: 系统标识符，这里为空白，表示未指定。
Format: 卷组的格式，这里是 lvm2，表示采用 LVM2 格式。
Metadata Areas: 元数据区域的数量，这里是 5，表示该卷组的元数据存储在 5 个物理卷中。
Metadata Sequence No: 元数据序列号，这里是 1，用于跟踪元数据的版本。
VG Access: 卷组的访问权限，这里是 read/write，表示可读写。
VG Status: 卷组的状态，这里是 resizable，表示该卷组支持动态调整大小。
MAX LV: 最大逻辑卷数目，这里是 0，表示没有限制。
Cur LV: 当前逻辑卷数目，这里是 0，表示没有创建任何逻辑卷。
Open LV: 当前打开的逻辑卷数目，这里是 0，表示没有打开的逻辑卷。
Max PV: 最大物理卷数目，这里是 0，表示没有限制。
Cur PV: 当前物理卷数目，这里是 5，表示该卷组包含 5 个物理卷。
Act PV: 活动物理卷数目，这里也是 5，表示所有的物理卷都是活动状态。
VG Size: 卷组的总大小，这里是 4.92 GiB，表示卷组中所有物理卷的总容量。
PE Size: 物理扩展的大小，这里是 16.00 MiB，表示每个物理扩展的大小。
Total PE: 卷组中的总物理扩展数量，这里是 315。
Alloc PE / Size: 已分配的物理扩展数量和大小，这里是 0 / 0，表示没有分配任何空间。
Free PE / Size: 空闲的物理扩展数量和大小，这里是 315 / 4.92 GiB，表示卷组中尚未分配的空间。
VG UUID: 卷组的唯一标识符。

4、创建LV

[root@localhost ~]# lvcreate -L 2G -n lvtest vgtest

-L 2G: 这个选项指定了要创建的逻辑卷的大小为 2GB。-L 表示指定逻辑卷的大小，2G 表示 2GB。
-n lvtest: 这个选项指定了要创建的逻辑卷的名称为 lvtest。
vgtest: 这是指定要创建逻辑卷的卷组的名称，即 lvtest 将被分配到名为 vgtest 的卷组中。

查看LV

[root@localhost ~]# lvscan

更详细的查看

[root@localhost ~]# lvdisplay /dev/vgtest/lvtest

LV Path: 逻辑卷的路径，这里是 /dev/vgtest/lvtest，表示逻辑卷在文件系统中的路径。
LV Name: 逻辑卷的名称，这里是 lvtest。
VG Name: 逻辑卷所属的卷组的名称，这里是 vgtest。
LV UUID: 逻辑卷的唯一标识符。
LV Write Access: 逻辑卷的读写访问权限，这里是 read/write。
LV Creation host, time: 逻辑卷创建的主机名和时间。
LV Status: 逻辑卷的状态，这里是 available，表示逻辑卷可用。
# open: 逻辑卷当前打开的数量，这里是 0。
LV Size: 逻辑卷的大小，这里是 2.00 GiB。
Current LE: 当前的逻辑扩展（Logical Extents）数量，这里是 128。
Segments: 逻辑卷的段数，这里是 3，表示逻辑卷由 3 个段组成。
Allocation: 逻辑卷的分配方式，这里是 inherit，表示继承自卷组的分配方式。
Read ahead sectors: 预读取的扇区数，这里是 auto，表示自动设置。
- currently set to: 当前的预读取扇区数，这里是 8192。
Block device: 块设备的标识符，这里是 253:3，表示块设备的主设备号和次设备号。

5、格式化LV

[root@localhost ~]# mkfs.xfs /dev/vgtest/lvtest

6、挂载使用LV

[root@localhost ~]# mount /dev/vgtest/lvtest /lvmtest/

查看挂载状态

[root@localhost ~]# df -h

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