LVM 详解：从理论到实践，全面掌握逻辑卷管理

磁盘分区

在正式介绍LVM技术前，先来说说磁盘分区。对于磁盘分区，相信都不陌生。像Windows系统，会把磁盘分为C盘、D盘等。对于Linux系统，会把磁盘sda分成sda1、sda2等等。下图是一个CentOS系统，可以看到磁盘总大小为21.5GB, 被划分为/dev/sda1、/dev/sda2和/dev/sda3一个3个分区，还剩余7个多G空间。

LVM是什么

LVM是 Logical Volume Manager英文缩写，翻译成中文是 逻辑卷管理器。它是linux系统中磁盘管理工具，其思想是将物理磁盘和分区进行虚拟化，创建虚拟的磁盘空间，从虚拟的磁盘空间中按需分配，使用起来更灵活，更易于管理。

如下图，LVM通过3层抽象来管理存储空间，分别是物理卷PV（physical volume)、卷组VG（volume group)、逻辑卷LV（logical volume)。

什么是PV

PV指物理卷，初始的物理存储设备，例如机械硬盘(HDD)、固态硬盘(SSD)，需要创建物理卷，才能添加到LVM中的卷组中。通俗理解，物理磁盘就像是砖头水泥等原始建筑材料，创建物理卷相当于对这些原始材料进行标准化处理，把它们做成统一的乐高积木，变成可以随意拼接的标准化模块。

什么是VG

VG即卷组，它处于LVM中的核心位置，将多个物理卷组合成一个统一的存储结构，总容量大小为各个物理卷对应物理设备容量之和。卷组把多个物理磁盘虚拟成一个虚拟盘，可以灵活对该虚拟盘进行划分，分成多个逻辑卷。

例如，我们的设备有2块1TB的硬盘，想创建一个2TB的分区，采用标准的磁盘划分方法是无法实现的。采用LVM技术，把2块1TB的磁盘做成PV，然后将它们加入到一个VG，该VG的容量即为2TB。采用LVM，我们可以不受到单盘大小限制，可以轻松创建一个大的虚拟空间。

什么是LV

LV指逻辑卷，即对上面的VG进行划分，分配出来的虚拟的、灵活的逻辑空间，供操作系统使用。

为什么采用3层抽象

通过前面介绍，我们已了解LVM通过3层抽象（PV、VG和LV）来管理存储空间，为啥要采用3层呢？其中的关键是卷组层VG，将资源池化，对LV层屏蔽了底层物理设备的类型、数量等细节，实现了底层解耦。LV直接基于VG构建的虚拟的空间划分，非常灵活。而PV将物理磁盘进行标准化，从而构建VG。通俗来说，3层抽象构成了一个单向的依赖，每层只为上层服务，每层都是上层的基石，都有着不可替代作用。

为啥要使用LVM

LVM相比传统标准磁盘划分，具有特有的优点，这是我们要使用LVM的原因。主要有以下两个优点：

• 动态调整大小：LVM可以在不重启不移动数据的情况下，在线扩大或缩小逻辑卷LV的大小。
• 虚拟存储空间：可以将多个大小不同、类型不同的物理磁盘整合成一个大的存储空间（VG)进行管理。

怎么使用LVM

下面我们基于物理磁盘，看看如何创建逻辑卷。基本步骤如下：

1. 根据物理磁盘创建物理卷
2. 创建卷组，并将1中创建的物理卷加入里面
3. 基于2中创建的卷组创建逻辑卷
4. 对划分的逻辑卷进行格式化文件系统，如xfs、ext4等
5. 挂载文件系统

现有的设备磁盘划分情况如下，只有一块磁盘/dev/sda，大小为21.5G。目前已划分sda1、sda2和sda3一共三个分区，它们总大小是13G，还剩余大概7G空间。

现在将剩余的空间划分到/dev/sda4中。

通过lsblk命令可以看到，磁盘划分成功，现在多了sda4分区，大小为7G。

将分区sda4标记为LVM类型，默认是Linux类型，Id是83，如下图所示。

执行fdisk /dev/sda命令，然后输入t，选择分区4， 输入8e，把sda4类型设置为Linux LVM。

为啥要将类型设置为Linux LVM，主要为了安全性。标记为LVM类型，告诉管理工具该分区不在是普通的分区，例如执行mkfs命令，会发出警告，而对于普通分区执行格式化操作，会毫不犹豫进行格式化。

创建PV

对sda4创建物理卷，执行命令 pvcreate /dev/sda4，注意，如果提示 pvcreate命令找不到，先执行 yum install lvm2 进行安装（如果非centos系统，请找对应的命令）。

可以使用 pvdisplay 命令进一步验证pv是否创建成功，如下图。

创建VG

执行 vgcreate 命令来创建卷组， 如下创建了一个名称为 vg-data 的卷组，并将物理卷/dev/sda4加入其中。

查看系统已创建的卷组信息

创建LV

通过 lvcreate 命令创建逻辑卷，如下图所示。 -l 参数表示从卷组中分配多大的空间，本次我们将vg-data全部空间分配给逻辑卷 lv-data，所以-l参数值为 100%Free。

通过 lvdisplay命令检查系统中创建的逻辑卷信息

格式化逻辑卷

前面我们已经创建了一个逻辑卷lv-data,在使用前需要进行格式化。采用 mkfs.xfs命令格式lv-data，将其格式化为xfs文件系统，当然我们可以用 mkfs.ext4命令将其格式化为ext4文件系统。被格式化的逻辑卷完整名称是 /dev/{VG}/{LV}，{VG}即卷组名，{LV}即逻辑卷名。

挂载

采用mount命令将已经格式化后的逻辑卷挂载到文件系统/data，如下图。

通过 df 命令检查挂载情况，如下图所示，这里参数 -T 显示文件系统信息，可以看到，的确是我们刚创建的xfs文件系统。

如何扩展LV

前面一节详细介绍了如何使用LVM，在实际使用的时候，我们会遇到一种高频的场景：为了存储更多的数据，需要对已有的LV进行扩容，本节从这个角度详细介绍。

假设我们设备现在新添加了一块磁盘，需要加入到已有的LV中。整个处理顺序大致如下：

1. 添加了一块新磁盘
2. 创建物理卷PV
3. 将物理卷添加到已有的VG中
4. 扩展逻辑卷LV

新添加了一块磁盘sdb，如下图所示，大小为5G。

对磁盘sdb进行分区，这里将整块盘划分到一个分区sdb1中，并把系统类型设置为Linux LVM。

通过fdisk -l 命令可以看到，sdb现在已经分区成功，并且类型为Linux LVM。

对/dev/sdb1创建物理卷。

使用 vgextend 命令将上面的物理卷添加到 vg-data中。

执行 vgs 命令可以看到，vg-data现在有12G空间（之前有7G，这次添加了5G），其中VFree显示有5G的空闲空间就是本次扩展的。

在准备扩展逻辑卷前先来看下当前的逻辑卷情况，可以看到大小为7G。

现在执行 lvextend -l +100%FREE /dev/vg-data/lv-data， 对lv-data进行扩容，-l +100%FREE 表示将卷组中剩余的空间全部添加到lv-data中。如果不想将剩余全部空间添加，可以设置具体值，像 lvextend -l +5G /dev/vg-data/lv-data表示添加5G空间到lv-data。

注意，最后还要调整文件系统大小，使新增的存储空间可用，这一步很容遗漏。即使前面对lv-data进行了扩容，在调整前，如下图可使用的空间还是只有7G。

通过 xfs_growfs 命令调整文件系统大小。

调整后，再次查看可使用空间，现在显示有12G，相比之前增加了5G。

没有 umount /data 我们成功将/data空间扩大了5G，如果使用传统的方法是无法做到这一点的，这正是采用LVM技术带给我们很大的便利性。