Linux文件系统-LVM逻辑卷

Posted 2023-03-16

参考技术A

LVM（Logical Volume Manager）卷组管理器，通过对底层物理磁盘的封装，可以将多块物理磁盘组合成逻辑资源池，提供给上层应用使用（如文件系统）. LVM的好处是，可以跨物理硬盘为文件系统提供容量，并且可以动态进行分区容量的调整，而不会损坏原有的文件系统.

物理磁盘 ：物理存储介质，可以是整块物理存储或一个分区.

物理卷PV（physical volume） ：LVM要使用物理磁盘，在物理磁盘的头部写入lvm标签头，就创建了一个PV，PV是组成VG的基本单元.

卷组VG（Volume Group） ：VG相当于非LVM系统中的物理硬盘，一个卷组VG由一个或多个PV组成，形成一个存储资源池.

逻辑卷LV（logical volume） ：LV相当于非LVM系统中的硬盘分区，LV建立在卷组VG之上，文件系统建立在LV之上.

物理块PE（physical Extent） ：创建LV时可以分配的最小存储单元，大小可以指定，默认为4MB

如上是从物理磁盘到lvm逻辑卷的创建过程及映射关系，lv01、lv02被创建后，通过device-mapper映射为逻辑块设备（块设备路径/dev/vg01/lv01、/dev/vg01/lv02），供文件系统使用，通过mkfs.ext4 /dev/vg01/lv02可创建ext4文件系统.

元数据主要是两部分，PV header + metadata，位置一般是在PV的0~2048 sector中，从2048 sector开始是数据区域.

通过pvcreate创建pv时，会将pv header写入物理磁盘，位置一般是在磁盘的第二个sector（512B/sector），lvm扫描磁盘时，通过pv header来识别PV.
pv header主要信息包括，pv uuid、元数据位置和metadata位置.

pv header实例:

metadata记录的是vg和lv的配置信息，以ASCII码的方式写入metadata区域；vg和lv的每次配置变更，都会以追加的方式写入metadata区域，并打上时间戳，该区域写满后，新的变更记录会覆盖最早的一次记录. 进行vgscan时，猜测应该是通过读取最新一次的配置记录，进行激活.
vg配置信息，主要是包含的pv信息.
lv配置信息，主要是lv的起始位置和PE大小.

实例：
pvcreate /dev/vdb1
pvcreate /dev/vdb2
pvcreate /dev/vdb3
vgcreate /dev/vdb1 /dev/vdb2 /dev/vdb3
vgcreate wan /dev/vdb1 /dev/vdb2 /dev/vdb3
lvcreate -L 300M -n lv01 wan

将PV的前2048个sector通过dd拷贝出来，用cat查看如下.

假设我们有一块磁盘 /dev/sdb1 作为应用数据盘使用，以此为例创建lvm分区

先创建物理卷PV，命令： pvcreate /dev/sdb1

创建卷组VG,卷组命名为kylin，命令：vgcreate kylin /dev/sdb1

在VG中创建逻辑分区LV，命令：lvcreate -L 30G -n test kylin

创建逻辑分区后，进行格式化，然后便可以挂载使用.

mkfs.ext4 /dev/kylin/test

mount /dev/kylin/test /data

假设我们在上述基础上，又获得一块磁盘/dev/sdc1进行扩容，将磁盘容量增加到LV分区/dev/kylin/test中，具体操作如下.

先创建物理卷PV，命令： pvcreate /dev/sdc1

将/dev/sdc1添加进VG kylin，命令：vgextend kylin /dev/sdc1

增加LV分区容量，命令：lvextend -L +30G /dev/kylin/test

lvm卷组配置备份
lvm的配置信息默认在/etc/lvm/backup、/etc/lvm/archive/两个目录存在备份，当lvm元数据损坏，lvm卷组读取异常时，可通过备份文件进行恢复.
/etc/lvm/backup: 保留了当前配置的备份
/etc/lvm/archive/：保留了每次配置更新前的备份

实例演示
逻辑卷/dev/wan/lv01

在/dev/wan/lv01上创建文件系统

挂载并创建文件

覆盖/dev/vdb1、/dev/vdb2的lvm元数据，并重启系统，vg已不能识别

通过pvcreate命令修复pv header 和metadata数据.

激活逻辑卷

挂载/dev/wan/lv01成功，说明成功修复

lvm逻辑卷技术

参考技术A

LVM: Logical Volume Manager 可以允许对卷进行方便操作的抽象层，包括重新设定文件系统的大小，
允许在多个物理设备间重新组织文件系统
LVM可以弹性的更改LVM的容量
通过交换PE来进行资料的转换，将原来LV内的PE转移到其他的设备中以降低LV的容量，或将其他设备中的PE加到LV中以加大容量

实现过程
- 将设备指定为物理卷
- 用一个或者多个物理卷来创建一个卷组，物理卷是用固定大小的物理区域
（Physical Extent,PE）来定义的
- 在物理卷上创建的逻辑卷，是由物理区域（PE）组成
- 可以在逻辑卷上创建文件系统并挂载

第一个逻辑卷对应设备名：/dev/dm-#
dm: device mapper，将一个或多个底层块设备组织成一个逻辑设备的模块

软链接：
- /dev/mapper/VG_NAME-LV_NAME
- /dev/VG_NAME/LV_NAME

范例

相关工具来自于lvm2 包

pv管理工具

显示pv信息

创建pv

删除pv

vg管理工具

显示卷组

创建卷组

管理卷组

删除卷组

lv管理工具

显示逻辑卷

创建逻辑卷

删除逻辑卷

重设文件系统大小

范例：

扩展和缩减逻辑卷
在线扩展逻辑卷

备注：添加硬盘中，fdisk时需要改为lvm卷（8e）

缩减逻辑卷
注意：缩减有数据损坏的风险，建议先备份再缩减，xfs文件系统不支持缩减

逻辑卷快照（备份最初版的数据，快照是允许创建多个的）

快照恢复

快照特点：备份速度快，应用场景是测试环境，不能完成代替备份，快照后，逻辑卷的修改速度会有影响（性能下降）
更换硬盘，删除逻辑卷

删除所有逻辑卷（先取消挂载,顺序逻辑卷>vg>pv）)