什么是逻辑卷管理（LVM）

传统的硬盘都是基于分区划分的，很容易出现的问题是：应该划分多少空间给某个分区？分区空间给多了容易出现浪费，给少了不够用，以后扩展太麻烦。LVM就是为了解决这个问题而出现的，它的优点是可以动态调整空间的容量。

LVM面向的是多个硬盘，或者单个硬盘的多个分区，在这个基础上创造一个逻辑抽象层，从而对这些硬盘或分区容量进行管理，达到灵活调整空间的目的。

LVM架构

了解LVM架构之前，需要先说一下几个概念：PV、VG和LV。

• PV：全称Physical Volume，它是LVM的最底层结构。PV可以是分区，也可以是整个硬盘，但建议使用整个硬盘作为一个PV。
• VG：全称Volume Group，多个PV组成一个VG。
• LV：全称Logical Volume，一个LV由一个或者多个VG组成，LV是整个逻辑卷管理的最上层，我们使用的文件系统从这一层产生，也是通过这一层达到灵活调整各个文件系统的容量的目的。

它们之间的关系可以从下图看出

LVM Architecture

Physical Extends（PE）

实际上，除了上面三个可以“看得见”的概念外，还有一个比较重要的概念，这个概念比PV还要底层，那就是PE（Physical Extends）。上图中没有出现这个概念，原因在于，PE是作为一个最小储存单元出现的，它的作用类似于硬盘分区时所设置的block大小，也就是说，LV最终有多少可以使用的容量，由这个PE决定，在Centos7中，PE的默认值为4m，假如一个500G的硬盘，它的PE数量就是500*1024/4。

动态调整空间原理

LVM架构中，可以被扩展的分别是VG层和LV层，但是LV层的扩展是以VG层为基础的，因为LV层的空间是从VG层中创建出来的，如果LV层空间不足需要被扩展，那么VG层必须有未被使用的空间（Free Space）。如下图

对VG进行扩展

上图中，假如原来VG的容量是PV1+PV2的容量，也就是400m，一旦这400m分配完毕，最终LV的容量就等于VG的容量，如果以后LV要做扩容，就必须先扩展VG（加入PV3），然后LV就可以利用PV3的容量（200m）来做扩展。

相关命令

在进行LVM实操之前，需要了解一些命令，从pv到lv的每一层的操作，例如创建、移除、扩展等，Linux都提供相关的命令。

pv层命令

• pvs：显示physical volume的相关信息（摘要信息）
• pvdisplay：显示physical volume的相关属性
• pvscan：列出所有的physical volume，类似pvs
• pvcreate：创建physical volume

vg层命令

• vgs：显示volume group的相关信息
• vgdisplay：显示volume group的相关属性
• vgscan：列出所有volume group
• vgcreate：创建volume group
• vgextend：把physical volume添加到指定的volume group

lv层命令

• lvs：显示logical volume的相关信息
• lvdisplay：显示logical volume的相关属性
• lvscan：列出所有的logical volume
• lvcreate：创建logical volume
• lvextend：向指定logical volume添加空间

很明显，每一次的命令都和它们各自层的名称相关，例如pv层命令以pv开头，vg层命令以vg开头。上面列出的并非所有的命令，只是最常用的命令，每一个命令都可以使用参数--help获得帮助信息。

LVM实操

在基本了解LVM之后，就可以进行实际操作，不过在此之前，请确保磁盘有多余的空间。

通过上面的命令可以知道，磁盘中还有17G的可用空间，由于磁盘使用的是gpt分区格式，所以使用gdisk命令，如果使用的是mbr分区格式，可改用fdisk命令。

创建PV

这个例子中使用分区作为PV，但建议用整个硬盘作为一个PV，在创建pv的时候，分区和整个硬盘有点不一样，使用分区为PV，创建分区的时候需要把分区类型设置为Linux LVM（8E00），而整个硬盘则不需要这样的设置。下面的例子以上面图2为范本创建的，因此，先创建3个200m的PV（但要先把3个LVM类型的分区创建出来）：

3个Linux LVM分区准备就绪，接下来就可以创建PV，使用两个PV组成一个VG，另一个PV备用：

上面的命令同时创建3个PV，也可以一个一个创建。创建好可以使用pvs或pvscan查看：

显示1个VG使用中，3个没有加入VG，名为centos的PV，也就是 /dev/sda3是在系统安装过程中创建的。

创建VG

PV准备好，就可以用PV建立一个VG。

通过一行简单的命令，就创建了名为vgdemo的VG，通过vgdisplay可以获得更详细的信息：

可见Alloc PE / Size都是0，因为目前还没有LV从这个VG创建出来。

创建LV

创建LV是我们的最终目的，Linux文件系统就是从LV层创建的。我们即将利用上面的VG创建两个LV，并建立两个文件系统，分别是/mnt/storage和/mnt/backup。

建立两个LV

如果建立的过程中出现警告，选择y即可。上面第一条命令的意思是：利用vgdemo的50%可用空间创建一个名为lvstorage的LV；第二条命令则是：利用vgdemo的100%可用空间创建名为lvbackup的LV。

到这里为止，LV已经创建完毕，vgdemo的所有空间也已经用尽。剩下的就是使用这两个LV建立文件系统

建立文件系统

下面两个命令各自完成后都会输出一些格式化信息，为了简化排版，这些输出不在此列出。

文件系统创建后还不能用，因为还没有挂载点，接下来的工作就是创建它们的挂载点。

到这一步，一个可用的文件系统就完成了，使用df命令查看它们是否已经正确挂载。

扩展空间容量

假如有一天，文件系统/mnt/storage的空间不足需要扩展，那么只需要使用lvextend命令即可达到目的。但是我们说过，要扩展LV，VG层必须有可用的空间，但是前面创建两个LV的时候已经使用了VG层的所有空间，因此要扩展LV，必须先扩展VG层，VG层的扩展只需要添加PV即可解决，使用的命令是vgextend。

扩展VG层

从一开始的时候，我们划分了三个LVM分区，分别建立了三个PV，两个用来建立VG（/dev/sda6和/dev/sda7），一个作为后备使用（/dev/sda8）。现在，可以使用/dev/sda8来扩展这个VG。扩展VG之前先看一下它的信息：

所有的98个PE已经全部分配完毕，Free PE为0，正如我们所说的，所有空间都已经被LV使用了。现在开始扩展这个VG：

经过扩展之后的VG，可用的PE数量变成了49（196m），VG扩展完成，接下来就是为LV扩容。

扩展LV

我们扩展的LV目标是/dev/vgdemo/lvstorage，详细命令如下

命令的意思是：用vgdemo的100%可用空间扩展文件系统/dev/vgdemo/lvstorage。-r参数的作用是：扩展LV的同时把文件系统也一起扩展。如果不添加这个参数，只会扩展LV，文件系统不受影响。需要注意的是：xfs格式文件系统只能被扩展，而不能被收缩。

如果在扩展LV的时候忘记添加-r参数，那么需要另外使用xfs_growfs命令扩展文件系统。例如：

上面的第一条命令中，由于没有添加-r参数，挂载点/mnt/storage所在的文件系统不会受到影响，那么我们就要使用xfs_growfs手动扩展文件系统，这就是第二条命令的目的。

移除PV

如果要把PV从一个VG中移除，请先确定这个PV设备没有PE被使用。可以使用pvdisplay命令查看，如果Allocated PE不为0，则这个PV不能被移除。要移除正在使用中的PV，需要先释放这个PV的空间，可以使用pvmove命令。例如：

如果pvmove不添加目标地址参数，则目标由pvmove自行选择。

pvmove命令把源pv的空间移到目标pv，如果系统没有足够空间的pv，则pvmove命令执行失败。

一旦pv的Allocated PE为0，这个pv就可以使用vgreduce命令从vg中移除。例如：

移除LVM设备

移除LVM设备需要以下几个步骤：

• 第一，把挂载点的文件系统取消挂载（umount）
• 第二，把LV层的激活状态取消[非必须]（lvchange）
• 第三，移除LV层（lvremove）
• 第四，取消VG层的激活状态[非必须]（vgchange）
• 第五，移除VG层（vgremove）
• 第六，移除PV

其中第二步是非必须的，如果当前的LV处于活动状态，使用lvremove移除的时候，系统会询问是否移除当前活动的logical volume，选yes即可。

最后，把不需要的分区删掉即可。

LVM快照

快照也是一种LV，它的类型就是snapshot，之前我们创建的LV也有类型，只不过是默认的的类型，就是linear（线性LV）。快照的作用是保存指定LV（这个指定的LV叫做origin，或者源LV）某个时刻的一种状态（源LV里面有什么文件），当某天已创建快照的LV丢失了文件，就可以通过快照找回。但是快照有别于备份，快照与备份是两个不同的概念，不能混淆。

快照的特点是，它保存的是源LV某个时刻的状态，任何在快照拍摄之后所创建的文件都不会被快照保存，因此快照拍摄后创建的文件丢失了无法利用快照找回，也就是说快照并不会自动更新它的状态。

另一个特点是，快照创建的速度非常快，因为它保存的只是源LV中的元数据（metadata），例如文件列表，元数据中并不保存文件的实际内容。那么，既然它不保存文件的内容，以后文件丢失它是根据什么恢复的呢？很简单，就是copy on wirte（cow） 技术，当源LV中的文件被改动的时候，它才会实际上被复制到快照中，采用这种技术，快照的容量就可以小于源LV的容量。不过，这就有新的问题产生：快照创建之后的一段时间，源LV继续写入文件，当源LV的所有文件大小（total size）大于快照容量的时候，快照就会自动失效，且里面的文件无法找回，所以，如果源LV文件系统是经常变更的，建议快照的容量和源LV一样大。

创建快照

创建快照也是使用lvcreate命令，不过必须带上-s参数，还要指定源LV。

上面的命令用vgdemo（VG）剩余的所有空间为/dev/vgdemo/lvdemo （LV）创建了一个快照。然后，就可以用lvs命令查看：

可以看到，lvdemosnap快照的总空间是60m，而源LV（orgin）的总空间是132m。快照也是LV，因此它也可以挂载出来，挂载后使用df命令查看（如果使用xfs文件格式，挂载的时候需要使用nouuid参数）

df显示lvdemo和它的快照lvdemosnap的资料是一摸一样的（实际上并不是）。实际上快照使用了多少空间，可以使用lvdisplay命令观察

由于是新创建的快照，这个时候只有元数据，只使用了不到4%（3.37%）。

测试快照

我们先看一下拍照拍摄的时候源LV中的文件：

都是一些测试用的文件，现在我们尝试删除file1（大小是20M），然后再使用lvdisplay命令观察

使用量变成了36.88%，也就是说，当我们删除源LV中的file1文件的时候，该文件才会被同时复制到快照中保存，这就是copy on write。

现在，我们再尝试往源LV中写入超过60M的文件（超过快照总空间）

注意swi-I-s—这一串字符中的I（Invalid），意思是该快照已经无效。也可以使用lvdisplay或者dmsetup命令获取更详细的信息：

命令输出的第三行：snapshot Invalid，证明快照确实无效了，无效的快照不能再使用，必须被移除。

从快照恢复文件

因为快照可以挂载成文件系统，因此，可以像使用普通目录一样，把文件从快照直接复制到指定位置。也可以使用lvconvert命令，配合--merge参数，该命令会把快照中的文件恢复到源LV中。不过恢复之前必须确保源LV和快照都没有被挂载，如果有挂载，请先使用umount把它们卸下。

一旦文件恢复完毕，快照就会自动被删除。

如果恢复文件的时候没有卸载源LV和快照，则lvconvert命令会有下面的提示信息：

如果出现这种情况，文件会在下次lvdemo被激活的时候被恢复。因此，我们可以这样做

• 第一步：把源LV和快照卸下
• 第二部：取消源LV的激活状态
• 第三部：重新激活源LV

具体命令如下：

如果没有其他错误提示，表示文件恢复成功。

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