逻辑卷管理（LVM）入门指南

# 逻辑卷管理（LVM）入门指南 ## 1. 逻辑卷管理（LVM）的必要性 在系统管理中，磁盘空间管理一直是一项重要任务。过去，当磁盘空间不足时，管理员需要执行一系列复杂的操作来增加磁盘分区的可用空间，这通常还需要让系统离线。具体步骤包括： 1. 安装新的硬盘。 2. 进入恢复或单用户模式。 3. 在新硬盘上创建分区和文件系统。 4. 使用临时挂载点将数据从空间不足的文件系统移动到新的、更大的文件系统。 5. 修改 `/etc/fstab` 文件以反映新分区的正确设备名称。 6. 重新启动系统以在正确的挂载点重新挂载新的文件系统。 而逻辑卷管理（LVM）的出现改变了这一状况。LVM 允许非常灵活的磁盘空间管理，它具有以下优点： - 可以在不重启或卸载现有文件系统的情况下，向文件系统添加（或移除）磁盘空间。 - 能够将多个物理存储设备和分区组合成一个单一的卷组（VG），然后将卷组划分为逻辑卷（LV）。 - 可以创建全新的卷组和逻辑卷。 ### 1.1 虚拟盒子（VirtualBox）中磁盘空间不足的场景 在新发行版发布后，很多人会选择在 VirtualBox 虚拟机中运行一段时间，以确保在生产环境中安装时不会遇到重大问题。有一次，在安装 Fedora 时，安装到大约三分之一时，主机文件系统的磁盘空间不足。幸运的是，VirtualBox 检测到了空间不足的情况，暂停了虚拟机，并显示了错误消息。 ### 1.2 恢复过程 由于 Fedora 和大多数现代发行版使用逻辑卷管理，并且硬盘上还有一些可用空间，因此可以在不重新格式化整个硬盘、不重新安装操作系统甚至不重启的情况下，为相应的文件系统分配额外的磁盘空间。具体操作是将一些可用空间分配给相应的逻辑卷，并调整文件系统的大小，整个过程中文件系统处于挂载和活动状态，运行的程序（如 VirtualBox）仍在使用该文件系统。之后，继续运行虚拟机，安装过程就像什么都没发生一样继续进行。 ## 2. LVM 结构 LVM 磁盘环境的结构允许将多个单独的存储设备和/或磁盘分区组合成一个单一的卷组。卷组可以再细分为逻辑卷，也可以作为一个大的单一卷使用。然后可以在逻辑卷上创建常规的文件系统，如 EXT3 或 EXT4。 ### 2.1 结构示例 假设有两个完整的物理存储设备和第三个硬盘的一个分区，它们可以组合成一个单一的卷组。从这个卷组的空间中创建两个逻辑卷，并在每个逻辑卷上创建一个文件系统，如 EXT4 文件系统。 ### 2.2 扩展逻辑卷 如果要向逻辑卷添加空间，可以按以下规则操作： - 如果卷组中有可用空间，可以将逻辑卷扩展到该空间中。 - 如果没有可用空间，可能需要安装新的硬盘，并将现有卷组扩展以包含新硬盘的至少一部分，然后在卷组内扩展逻辑卷。 需要注意的是，逻辑卷的大小不能超过其所在的卷组，而卷组可以包含多个分区和物理卷（PV），这些物理卷可以涵盖多个存储设备的部分或全部。卷组也可以扩展以提供更多的磁盘空间给包含的逻辑卷。 以下是 LVM 结构的 mermaid 流程图： ```mermaid graph LR classDef process fill:#E5F6FF,stroke:#73A6FF,stroke-width:2px; A(物理存储设备/分区):::process --> B(卷组 VG):::process B --> C(逻辑卷 LV1):::process B --> D(逻辑卷 LV2):::process C --> E(文件系统 EXT4):::process D --> F(文件系统 EXT4):::process ``` ## 3. 扩展逻辑卷 扩展现有文件系统的需求从 Unix 早期就存在了，在 Linux 中，借助逻辑卷管理和扩展活动、挂载文件系统的能力，这个过程变得更加容易。以下是在卷组中有可用空间的情况下，扩展现有逻辑卷的步骤： ### 3.1 适用条件 此过程仅适用于 Linux 2.6 内核（及更高版本）和 EXT3、EXT4、BTRFS 文件系统。由于最新的内核系列是 5.x.x，并且大多数发行版默认使用 EXT3、EXT4 或 BTRFS 文件系统，因此这些要求通常不难满足。 ### 3.2 操作步骤 #### 3.2.1 检查卷组和逻辑卷信息 使用以下命令列出所有卷组和逻辑卷： ```bash [root@studentvm1 ~]# lsblk -i NAME MAJ:MIN RM SIZE RO TYPE MOUNTPOINTS sda 8:0 0 60G 0 disk |-sda1 8:1 0 1M 0 part |-sda2 8:2 0 1G 0 part /boot |-sda3 8:3 0 1G 0 part /boot/efi `-sda4 8:4 0 58G 0 part |-fedora_studentvm1-root 253:0 0 2G 0 lvm / |-fedora_studentvm1-usr 253:1 0 15G 0 lvm /usr |-fedora_studentvm1-tmp 253:2 0 5G 0 lvm /tmp |-fedora_studentvm1-var 253:3 0 10G 0 lvm /var |-fedora_studentvm1-home 253:4 0 2G 0 lvm /home `-fedora_studentvm1-test 253:5 0 500M 0 lvm /test sdb 8:16 0 20G 0 disk |-sdb1 8:17 0 2G 0 part `-sdb2 8:18 0 2G 0 part sr0 11:0 1 1024M 0 rom zram0 252:0 0 8G 0 disk [SWAP] [root@studentvm1 ~]# vgs VG #PV #LV #SN Attr VSize VFree fedora_studentvm1 1 6 0 wz--n- <58.00g <23.51g [root@studentvm1 ~]# lvs LV VG Attr LSize Pool Origin Data% ... home fedora_studentvm1 -wi-ao---- 2.00g root fedora_studentvm1 -wi-ao---- 2.00g test fedora_studentvm1 -wi-ao---- 500.00m tmp fedora_studentvm1 -wi-ao---- 5.00g usr fedora_studentvm1 -wi-ao---- 15.00g var fedora_studentvm1 -wi-ao---- 10.00g ``` 这些命令显示 `/home` 文件系统位于 `fedora_studentvm1` 卷组中，并且该卷组中有 23.51GB 的可用空间。 #### 3.2.2 扩展逻辑卷 使用以下命令将逻辑卷扩展 2GB： ```bash [root@studentvm1 ~]# lvextend -L +2G /dev/fedora_studentvm1/home Size of logical volume fedora_studentvm1/home changed from 2.00 GiB (512 extents) to 4.00 GiB (1024 extents). Logical volume fedora_studentvm1/home successfully resized. ``` #### 3.2.3 调整文件系统大小 扩展逻辑卷后，文件系统的大小并未改变。使用以下命令调整文件系统的大小以填充逻辑卷的空间： ```bash [root@studentvm1 ~]# resize2fs /dev/fedora_studentvm1/home ; df -h resize2fs 1.46.5 (30-Dec-2021) Filesystem at /dev/fedora_studentvm1/home is mounted on /home; on-line resizing required old_desc_blocks = 1, new_desc_blocks = 1 The filesystem on /dev/fedora_studentvm1/home is now 1048576 (4k) blocks long. Filesystem Size Used Avail Use% Mounted on devtmpfs 4.0M 0 4.0M 0% /dev tmpfs 7.9G 12K 7.9G 1% /dev/shm tmpfs 3.2G 1.2M 3.2G 1% /run /dev/mapper/fedora_studentvm1-root 2.0G 631M 1.2G 35% / /dev/mapper/fedora_studentvm1-usr 15G 5.8G 8.2G 42% /usr /dev/sda2 974M 280M 628M 31% /boot /dev/mapper/fedora_studentvm1-var 9.8G 659M 8.6G 7% /var /dev/sda3 1022M 18M 1005M 2% /boot/efi /dev/mapper/fedora_studentvm1-test 459M 1.1M 429M 1% /test /dev/mapper/fedora_studentvm1-home 3.9G 1.4G 2.4G 37% /home /dev/mapper/fedora_studentvm1-tmp 4.9G 160K 4.6G 1% /tmp tmpfs 1.6G 72K 1.6G 1% /run/user/984 tmpfs 1.6G 64K 1.6G 1% /run/user/0 ``` 通过以上步骤，成功地在不重启或卸载文件系统的情况下，为活动的 `/home` 文件系统添加了 2GB 的空间。 ### 1.3 注意事项 并非所有文件系统类型都可以调整大小。EXT3、EXT4、BTRFS 和 XFS 文件系统可以在活动、挂载的文件系统上进行扩展，在卸载的文件系统上可以进行缩减。其他文件系统可能无法调整大小，因此在调整文件系统大小时，务必查看相应文件系统的文档以确保可以进行操作。 ## 4. 创建和扩展卷组 卷组的使用为磁盘空间管理提供了很大的灵活性，特别是在需要为一个或多个逻辑卷添加更多空间时。下面将介绍创建新卷组和扩展现有卷组的方法。 ### 4.1 创建新卷组 有时候需要创建一个新的卷组来包含一个或多个新的逻辑卷。例如，在 `/dev/sdb` 上有一个 2GB 的未使用分区和大约 16GB 尚未分区的空间。以下是创建新卷组的具体步骤： #### 4.1.1 验证磁盘空间 使用 `lsblk` 命令验证 `/dev/sdb` 上剩余的空间： ```bash [root@studentvm1 ~]# lsblk NAME MAJ:MIN RM SIZE RO TYPE MOUNTPOINT sda 8:0 0 60G 0 disk |-sda1 8:1 0 1G 0 part /boot `-sda2 8:2 0 59G 0 part |-fedora_studentvm1-root 253:0 0 2G 0 lvm / |-fedora_studentvm1-swap 253:1 0 4G 0 lvm [SWAP] |-fedora_studentvm1-usr 253:2 0 15G 0 lvm /usr |-fedora_studentvm1-home 253:3 0 4G 0 lvm /home |-fedora_studentvm1-var 253:4 0 10G 0 lvm /var `-fedora_studentvm1-tmp 253:5 0 5G 0 lvm /tmp sdb 8:16 0 20G 0 disk |-sdb1 8:17 0 2G 0 part /TestFS `-sdb2 8:18 0 2G 0 part ``` 该命令显示 `/dev/sdb` 驱动器总共有 20GB 的空间，`/TestFS` 分区（`/dev/sdb1`）和 `/dev/sdb2` 分区各使用了 2GB，剩余未分配的空间约为 16GB。 #### 4.1.2 创建新分区 在 `/dev/sdb` 上创建一个新的主分区，使用驱动器上剩余的空间，新的 `/dev/sdb3` 分区大小将为 16GB。创建完成后，验证分区是否创建成功。 #### 4.1.3 创建物理卷（PV） 使用以下命令在 `/dev/sdb2` 和 `/dev/sdb3` 分区上创建物理卷： ```bash [root@studentvm1 ~]# pvcreate /dev/sdb2 /dev/sdb3 WARNING: btrfs signature detected on /dev/sdb2 at offset 65600. Wipe it? [y/n]: y Wiping btrfs signature on /dev/sdb2. Physical volume "/dev/sdb2" successfully created. Physical volume "/dev/sdb3" successfully created. ``` #### 4.1.4 创建卷组 使用以下命令创建一个包含 `/dev/sdb2` 和 `/dev/sdb3` 分区的卷组： ```bash [root@studentvm1 ~]# vgcreate NewVG-01 /dev/sdb2 /dev/sdb3 Volume group "NewVG-01" successfully created ``` #### 4.1.5 验证新卷组 使用 `vgs` 命令验证新卷组： ```bash [root@studentvm1 ~]# vgs VG #PV #LV #SN Attr VSize VFree NewVG-01 2 0 0 wz--n- 17.99g 17.99g fedora_studentvm1 1 6 0 wz--n- <58.00g <21.51g ``` 可以看到新卷组 `NewVG-01` 的总大小约为 18GB，且所有空间都可用。 #### 4.1.6 创建逻辑卷 使用以下命令在新卷组中创建一个 2GB 的逻辑卷： ```bash [root@studentvm1 ~]# lvcreate -L 2G NewVG-01 --name TestVol1 Logical volume "TestVol1" created. ``` #### 4.1.7 创建文件系统并挂载测试 在新的逻辑卷上创建 EXT4 文件系统，临时挂载到 `/mnt` 并进行测试： ```bash [root@studentvm1 ~]# mkfs -t ext4 /dev/mapper/NewVG--01-TestVol1 mke2fs 1.46.5 (30-Dec-2021) Creating filesystem with 524288 4k blocks and 131072 inodes Filesystem UUID: 67e5badd-933b-4bb8-9851-3eed9cb16553 Superblock backups stored on blocks: 32768, 98304, 163840, 229376, 294912 Allocating group tables: done Writing inode tables: done Creating journal (16384 blocks): done Writing superblocks and filesystem accounting information: done [root@studentvm1 ~]# mount /dev/mapper/NewVG--01-TestVol1 /mnt [root@studentvm1 ~]# ll /mnt total 16 drwx------ 2 root root 16384 Feb 16 16:04 lost+found ``` 可以在 `/mnt` 下创建一些测试文件，验证新卷组和逻辑卷是否正常工作。测试完成后，卸载该卷。 ### 4.2 总结 通过以上步骤，我们成功地创建了一个新的卷组，并在其中创建了一个逻辑卷，还在逻辑卷上创建了文件系统并进行了测试。这个过程展示了如何将多个分区组合成一个单一的卷组，并在卷组中创建逻辑卷，充分体现了 LVM 在磁盘空间管理方面的灵活性。 通过本文的介绍，你应该对逻辑卷管理（LVM）有了更深入的了解，包括其优势、结构、扩展逻辑卷以及创建和扩展卷组的方法。在实际应用中，合理运用 LVM 可以大大提高磁盘空间管理的效率和灵活性。 ## 5. 扩展现有卷组 除了创建新的卷组，扩展现有卷组也是常见的需求，特别是当现有的逻辑卷需要更多空间时。以下将详细介绍扩展现有卷组的步骤。 ### 5.1 适用场景 当现有的卷组空间不足，而系统中还有其他可用的物理存储设备或分区时，可以考虑扩展现有卷组。 ### 5.2 操作步骤 #### 5.2.1 确定可用的物理存储设备或分区 首先，使用 `lsblk` 命令查看系统中所有的存储设备和分区，找出可用的设备或分区。例如： ```bash [root@studentvm1 ~]# lsblk NAME MAJ:MIN RM SIZE RO TYPE MOUNTPOINT sda 8:0 0 60G 0 disk |-sda1 8:1 0 1G 0 part /boot `-sda2 8:2 0 59G 0 part |-fedora_studentvm1-root 253:0 0 2G 0 lvm / |-fedora_studentvm1-swap 253:1 0 4G 0 lvm [SWAP] |-fedora_studentvm1-usr 253:2 0 15G 0 lvm /usr |-fedora_studentvm1-home 253:3 0 4G 0 lvm /home |-fedora_studentvm1-var 253:4 0 10G 0 lvm /var `-fedora_studentvm1-tmp 253:5 0 5G 0 lvm /tmp sdb 8:16 0 20G 0 disk |-sdb1 8:17 0 2G 0 part /TestFS `-sdb2 8:18 0 2G 0 part sdc 8:32 0 10G 0 disk ``` 假设这里发现 `/dev/sdc` 是一个未使用的 10GB 磁盘，可以用于扩展卷组。 #### 5.2.2 创建物理卷（PV） 使用 `pvcreate` 命令将可用的存储设备或分区转换为物理卷。例如，将 `/dev/sdc` 转换为物理卷： ```bash [root@studentvm1 ~]# pvcreate /dev/sdc Physical volume "/dev/sdc" successfully created. ``` #### 5.2.3 扩展卷组 使用 `vgextend` 命令将新创建的物理卷添加到现有的卷组中。假设要扩展的卷组是 `fedora_studentvm1`，则执行以下命令： ```bash [root@studentvm1 ~]# vgextend fedora_studentvm1 /dev/sdc Volume group "fedora_studentvm1" successfully extended ``` #### 5.2.4 验证卷组扩展 使用 `vgs` 命令验证卷组是否已成功扩展： ```bash [root@studentvm1 ~]# vgs VG #PV #LV #SN Attr VSize VFree fedora_studentvm1 2 6 0 wz--n- <68.00g <31.51g ``` 可以看到，`fedora_studentvm1` 卷组的总大小增加了，可用空间也相应增加。 #### 5.2.5 扩展逻辑卷 扩展卷组后，可以根据需要扩展其中的逻辑卷。例如，将 `/home` 逻辑卷再扩展 3GB： ```bash [root@studentvm1 ~]# lvextend -L +3G /dev/fedora_studentvm1/home Size of logical volume fedora_studentvm1/home changed from 4.00 GiB (1024 extents) to 7.00 GiB (1792 extents). Logical volume fedora_studentvm1/home successfully resized. ``` #### 5.2.6 调整文件系统大小 扩展逻辑卷后，需要调整文件系统的大小以利用新增加的空间。使用 `resize2fs` 命令（对于 EXT4 文件系统）： ```bash [root@studentvm1 ~]# resize2fs /dev/fedora_studentvm1/home ; df -h resize2fs 1.46.5 (30-Dec-2021) Filesystem at /dev/fedora_studentvm1/home is mounted on /home; on-line resizing required old_desc_blocks = 1, new_desc_blocks = 2 The filesystem on /dev/fedora_studentvm1/home is now 1835008 (4k) blocks long. Filesystem Size Used Avail Use% Mounted on ... /dev/mapper/fedora_studentvm1-home 6.9G 1.4G 5.2G 22% /home ... ``` ### 5.3 流程图 下面是扩展现有卷组的 mermaid 流程图： ```mermaid graph LR classDef process fill:#E5F6FF,stroke:#73A6FF,stroke-width:2px; A(确定可用存储设备/分区):::process --> B(创建物理卷 PV):::process B --> C(扩展卷组 VG):::process C --> D(验证卷组扩展):::process D --> E(扩展逻辑卷 LV):::process E --> F(调整文件系统大小):::process ``` ## 6. LVM 的优势总结 逻辑卷管理（LVM）在磁盘空间管理方面具有诸多优势，以下是一个总结表格： | 优势 | 描述 | | ---- | ---- | | 灵活性 | 可以在不重启或卸载文件系统的情况下，动态地添加或移除磁盘空间，方便应对磁盘空间不足的问题。 | | 整合资源 | 能够将多个物理存储设备和分区组合成一个单一的卷组，然后再划分为逻辑卷，提高了磁盘空间的利用率。 | | 易于扩展 | 无论是扩展逻辑卷还是卷组，操作都相对简单，减少了传统磁盘空间管理的复杂性。 | | 数据安全 | 在扩展或调整磁盘空间时，不需要重新格式化整个硬盘或重新安装操作系统，降低了数据丢失的风险。 | ## 7. 注意事项和最佳实践 在使用逻辑卷管理（LVM）时，有一些注意事项和最佳实践可以帮助你更好地管理磁盘空间。 ### 7.1 注意事项 - **文件系统兼容性**：并非所有的文件系统都支持在线调整大小，如前文所述，在调整文件系统大小时，务必查看相应文件系统的文档以确保可以进行操作。 - **系统稳定性**：虽然 LVM 允许在不重启系统的情况下进行磁盘空间调整，但在关键系统上进行操作时，仍需谨慎。建议在操作前备份重要数据，以防万一。 - **物理设备限制**：卷组和逻辑卷的大小受到物理存储设备的限制，在规划磁盘空间时，需要考虑物理设备的容量和性能。 ### 7.2 最佳实践 - **定期监控磁盘空间**：使用工具如 `df -h` 和 `vgs` 定期监控磁盘空间的使用情况，及时发现空间不足的问题并进行处理。 - **合理规划卷组和逻辑卷**：在创建卷组和逻辑卷时，要根据实际需求合理分配空间，避免空间浪费或不足。 - **备份重要数据**：在进行任何磁盘空间调整操作之前，备份重要的数据，以防止数据丢失。 ## 8. 总结 逻辑卷管理（LVM）是一种强大的磁盘空间管理工具，它提供了灵活性、高效性和数据安全性。通过本文的介绍，你已经了解了 LVM 的必要性、结构、扩展逻辑卷、创建和扩展卷组的方法，以及相关的注意事项和最佳实践。 在实际应用中，合理运用 LVM 可以大大提高磁盘空间管理的效率和灵活性，帮助你更好地应对各种磁盘空间管理问题。希望本文能够对你有所帮助，让你在系统管理中更加得心应手。 通过不断地实践和探索，你将能够熟练掌握 LVM 的使用技巧，为系统的稳定运行提供有力保障。