LVM究竟有多强大？原理和企业实战案例全解析

1. lvm 简介

LVM代表”逻辑卷管理器”（Logical Volume Manager），是Linux环境中提供更高级磁盘管理功能的一套工具，使用LVM可以提供比传统分区管理更多的灵活性。 通过LVM，你可以实现存储空间的抽象化并在上面建立虚拟分区（virtual partitions），可以更简便地扩大和缩小分区，可以增删分区时无需担心某个硬盘上没有足够的连续空间。

1.1 LVM的基本组成块（building blocks）

【术语解释】
物理卷Physical volume (PV)：LVM允许用户将多个物理磁盘驱动器组合成一个或多个物理卷。物理卷可以是整个磁盘驱动器，也可以是磁盘驱动器的一部分。
卷组Volume group (VG)：物理卷可以组合成一个或多个卷组。卷组是一个逻辑概念，它将多个物理卷组合在一起，形成一个大容量的存储池。
逻辑卷Logical volume (LV)：虚卷组可以划分为一个或多个逻辑卷。逻辑卷是用户可见的存储单元，可以像普通磁盘分区一样使用。逻辑卷可以根据需要动态调整大小。
卷组描述区域 Volume Group Descriptor Area （VGDA）:用于描述物理卷、卷组、逻辑卷分配的所由信息。逻辑卷以及卷组相关的元数据也是保存在位于物理卷起始处的 VGDA( 卷组描述符区域 ) 中。

1.2 示例

这里有两块物理硬盘
  硬盘1 (/dev/sda)：
     _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _  _ _ _ _ 
    |  分区1 20GB (物理卷)             |  分区2 30GB (物理卷)               |
    |  /dev/sda1                      |  /dev/sda2                        |
    |_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _|_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _|
                                  
  硬盘2 (/dev/sdb)：
     _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _
    |  分区1 100GB (物理卷)                     |
    |  /dev/sdb1                               |
    | _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _|

LVM方式
  卷组VG1 (/dev/mapper/ = /dev/sda1 + /dev/sda2 + /dev/sdb1):
     _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 
    |  逻辑卷1 20GB               |  逻辑卷2 30GB                   |  逻辑卷3 100GB                     |
    |  /dev/mapper/homevol       |  /dev/mapper/datavol            |  /dev/mapper/mediavol              |
    |_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ __|_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ __ |_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _   _ _  _ _|

2. LVM 优点

比起正常的硬盘分区管理，LVM更富于弹性：

• 使用卷组(VG)，用户将多个物理磁盘驱动器组合成一个大容量的存储池，提供更大的存储空间。
• 使用逻辑卷（LV），可以创建跨越众多硬盘空间的分区。
• 可以创建小的逻辑卷（LV），在空间不足时再动态调整它的大小。
• 在调整逻辑卷（LV）大小时可以不用考虑逻辑卷在硬盘上的位置，不用担心没有可用的连续空间。
• 可以在线（online）对逻辑卷（LV）和卷组（VG）进行创建、删除、调整大小等操作。LVM上的文件系统也需要重新调整大小，某些文件系统也支持这样的在线操作。
• 无需重新启动服务，就可以将服务中用到的逻辑卷（LV）在线（online）/动态（live）迁移至别的硬盘上。
• 灵活性更强，用户根据需要动态调整逻辑卷的大小，而无需重新分区或重新格式化磁盘驱动器。
• 灵活的逻辑卷管理方式。创建、删除、扩展逻辑卷都比较方便灵活。

LVM是一种功能强大的磁盘管理工具，可以提供灵活的存储管理和数据保护功能。它广泛应用于服务器和企业环境中，但也可以在个人计算机上使用。`

3. LVM 缺点

• 增加了存储系统的复杂性。LVM将物理存储抽象并创建多层架构，管理和维护会更复杂。
• Windows系统并不支持LVM，若使用双系统，你将无法在Windows上访问LVM分区。
• 单点失败风险，LVM的元数据和组成是中心化的,如果元数据损坏可能会造成整个LVM不可用。
• 性能影响，LVM的多层架构会增加I/O的开销,可能会对性能带来轻微影响。

4. 在LVM上安装Arch Linux

快速预览：

• 创建物理卷（PV）所在的分区，设置分区格式为’Linux LVM’，对应的十六进制码为8e（MBR）或8e00（GPT）。
• 创建物理卷（PV）。如果你只有一个硬盘，那么你最好只创建一个分区一个物理卷；如果你有多个硬盘，你可以创建多个分区，在每个分区上分别创建一个物理卷。
• 创建卷组（VG），并把所有物理卷加进卷组。
• 在卷组（VG）上创建逻辑卷（LV）。

4.1 创建分区

提示：注意: 尽管多数情况下推荐首先对磁盘设备进行分区，但根据实际用户需要，该步骤是可选的。

使用fdisk或其他分区工具创建分区。fdisk是一个用来管理磁盘分区的传统命令行工具。当你使用fdisk命令并附加-l参数以及一个磁盘设备名（比如/dev/sda），这个命令将会列出指定的磁盘设备上所有分区的信息。
# fdisk /dev/sda
依次输入：n、p、1、p、t、L、8e、p、w
n：新建分区 (Add a new partition)
p：新建主分区 (Create a primary partition)
1：指定分区号为 1 (Set the partition number to 1)
输入两次 p 时，初次没有给出其含义，它通常不是用作输入命令。 如果是错误输入，第二次的 p 将展示当前分区表 (Print the partition table)
t：改变分区类型 (Change the partition’s system id)
L：列出所有已知的分区类型 (List known partition types)
8e：将分区类型设置为 Linux LVM (Set the partition type to Linux LVM)
再次：展示当前分区表，展示进行的修改 (Print the partition table to show the changes made)
w：将更改保存到磁盘然后退出 fdisk (Write the changes and exit fdisk)

4.2、创建物理卷（PV）

使用pvcreate命令将分区标记为LVM物理卷。例如，如果分区为/dev/sda2，可以运行以下命令：pvcreate /dev/sda2。
可通过以下命令列出可被用作物理卷的设备：

# lvmdiskscan

警告: 请确认你对正确的设备进行操作，否则会导致文件丢失！

在列出的设备上创建物理卷：

# pvcreate DEVICE

该命令在各个设备上创建LVM使用的头部。如#LVM基本组成所示, DEVICE可以是磁盘（如/dev/sda或/dev/xvda），分区（如/dev/sda2或/dev/xvda1）或环回设备。例如：

# pvcreate /dev/sda2

你可以用以下命令查看已创建好的物理卷：

# pvdisplay

注意: 如果你用的是未格式化过且擦除块（erase block）大小小于1M的SSD，请采用以下命令pvcreate --dataalignment 1m /dev/sda来设置对齐（alignment），可以参考链接（英文）

4.3 创建卷组（VG）

使用vgcreate命令创建LVM卷组。例如，可以运行以下命令：vgcreate myvg /dev/sda2，其中myvg是卷组的名称。
创建完成物理卷（PV）之后，下一步就是在该物理卷创建卷组（VG）了。 首先必须先在其中一个物理卷（PV）创建一个卷组。

# vgcreate <volume_group> <physical_volume>

例如：

# vgcreate myvg /dev/sda2

然后让该卷组扩大到其他所有的物理卷:

# vgextend <volume_group> <physical_volume>
# vgextend <volume_group> <another_physical_volume>
...

例如：

# vgextend myvg /dev/sdb1
# vgextend myvg /dev/sdc

其中，“VolGroup00”名字换成你自己起的名字即可。接下来可以用以下命令查看卷组：

# vgdisplay

注意: 你可以创建多个的卷组，但这将使你的硬盘空间分布在不同（逻辑）磁盘上。

4.4 多卷组一步创建

LVM支持将卷组与物理卷的创建聚合在一个命令中。例如，为了在前文提到的三个设备中创建名为VolGroup00的卷组，可以执行如下命令：

# vgcreate myvg /dev/sda2 /dev/sdb1 /dev/sdc

该命令首先会在分区上创建物理卷（如果之前没有创建过），再创建一个包含三个物理卷的卷组。如果设备上已经存在文件系统，命令会提出警告。

4.5 创建逻辑卷（LV）

使用lvcreate命令创建LVM逻辑卷。例如，可以运行以下命令：lvcreate -L 20G myvg -n lvoldata，其中mylv是逻辑卷的名称，-L参数指定逻辑卷的大小。
创建完卷组（VG）之后，就可以开始创建逻辑卷（LV）了。输入下面命令以指定新逻辑卷的名字、大小及其所在的卷组：

# lvcreate -L <size> <volume_group> -n <logical_volume>

例如：

# lvcreate -L 10G myvg -n lvoldata

该逻辑卷创建完后，你就可以通过/dev/mapper/myvg-lvoldata或/dev/myvg/lvoldata来访问它。与卷组命名类似，你可以按你的需要将逻辑卷命名。
你可以指定一个或多个物理卷来限制LVM分配数据空间的位置。比如你希望在较小的SSD硬盘上创建根文件系统，并在较慢的机械硬盘上创建家目录卷，仅需把物理卷设备加入到命令中，例如：

# lvcreate -L 10G myvg -n lvoldata /dev/sdc1

如果你想让要创建的逻辑卷拥有卷组（VG）的所有未使用空间，请使用以下命令：

# lvcreate -l +100%FREE  <volume_group> -n <logical_volume>

可以通过以下命令来查看逻辑卷：

# lvdisplay

注意: 为了使上述命令能正常运行，你可能需要加载device-mapper内核模块（请使用命令modprobe dm-mod）。
提示： 一开始可以创建小一点的逻辑卷，在卷组里留下一部分未使用空间，以后就可以根据需要再作扩展了。

4.6 建立文件系统与挂载逻辑卷

现在你的逻辑卷应该已经在/dev/mapper/和/dev/YourVolumeGroupName中了。如果你无法在以上位置找到它，请使用以下命令来加载模块、并扫描与激活卷组：

# modprobe dm-mod
# vgscan
# vgchange -ay

格式化逻辑卷：使用mkfs命令格式化逻辑卷。例如，如果逻辑卷为/dev/mapper/myvg-lvoldata，可以运行以下命令：mkfs.ext4 /dev/mapper/myvg-lvoldata。
挂载逻辑卷：创建一个目录作为挂载点，并使用mount命令将逻辑卷挂载到该目录。例如，可以运行以下命令：mkdir -p /data和mount /dev/mapper/myvg-lvoldata /data。
现在你可以在逻辑卷上创建文件系统并像普通分区一样挂载它了：

# mkfs.<fstype> /dev/mapper/<volume_group>-<logical_volume>
# mount /dev/mapper/<volume_group>-<logical_volume> /<mountpoint>

例如：

# mkfs.ext4 /dev/mapper/myvg-lvoldata
# mount /dev/mapper/myvg-lvoldata /data

警告: 挂载点请选择你所新建的逻辑卷（例如：/dev/mapper/myvg-lvoldata），不要使用逻辑卷所在的实际分区设备（即不要使用：/dev/sda2）。

以上是在LVM上安装Arch Linux的基本步骤。请注意，这只是一个简要的概述，具体步骤可能因个人需求和系统配置而有所不同。在进行此类操作之前，请确保备份重要数据，并在熟悉LVM和Arch Linux安装过程的情况下进行操作。

更精彩企业LVM案例与最佳实战经验

1. 给LVM分区扩容（加一块硬盘）
2. 新添加一块硬盘制作LVM卷并进行分区挂载
3. 给lvm分区扩容（不加硬盘，直接加容量，从10G增加20G）