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分类： LINUX
2010-07-29 20:03:37
一、 前言
每个Linux 使用者在安装Linux 时都会遇到这样的困境：在为系统分区时，如何精确评估和分配各个硬盘分区的容量，因为系统管理员不但要考虑到当前某个分区需要的容量，还要预见该分区以后可能需要的容量的最大值。因为如果估计不准确，当遇到某个分区不够用时管理员可能甚至要备份整个系统、清除硬盘、重新对硬盘分区，然后恢复数据到新分区。
虽然现在有很多动态调整磁盘的工具可以使用，例如Partation Magic 等等，但是它并不能完全解决问题，因为某个分区可能会再次被耗尽；另外一个方面这需要重新引导系统才能实现，对于很多关键的服务器，停机是不可接受的，而且对于添加新硬盘，希望一个能跨越多个硬盘驱动器的文件系统时，分区调整程序就不能解决问题。
因此完美的解决方法应该是在零停机前提下可以自如对文件系统的大小进行调整，可以方便实现文件系统跨越不同磁盘和分区。幸运的是Linux 提供的逻辑盘卷管理（LVM ，Logical Volume Manager ）机制就是一个完美的解决方案。
LVM 是逻辑盘卷管理（Logical Volume Manager ）的简称，它是Linux 环境下对磁盘分区进行管理的一种机制，LVM 是建立在硬盘和分区之上的一个逻辑层，来提高磁盘分区管理的灵活性。通过LVM 系统管理员可以轻松管理磁盘分区，如：将若干个磁盘分区连接为一个整块的卷组（volume group ），形成一个存储池。管理员可以在卷组上随意创建逻辑卷组（logical volumes ），并进一步在逻辑卷组上创建文件系统。管理员通过LVM 可以方便的调整存储卷组的大小，并且可以对磁盘存储按照组的方式进行命名、管理和分配，例如按照使用用途进行定义：“development” 和“sales” ，而不是使用物理磁盘名“sda” 和“sdb” 。而且当系统添加了新的磁盘，通过LVM 管理员就不必将磁盘的文件移动到新的磁盘上以充分利用新的存储空间，而是直接扩展文件系统跨越磁盘即可。
二、LVM 基本术语
前面谈到，LVM 是在磁盘分区和文件系统之间添加的一个逻辑层，来为文件系统屏蔽下层磁盘分区布局，提供一个抽象的盘卷，在盘卷上建立文件系统。首先我们讨论以下几个LVM 术语：
首先可以看到，物理卷（PV ）被由大小等同的基本单元PE 组成。
一个卷组由一个或多个物理卷组成，
从上图可以看到，PE 和LE 有着一一对应的关系。逻辑卷建立在卷组上。逻辑卷就相当于非LVM 系统的磁盘分区，可以在其上创建文件系统。
下图是磁盘分区、卷组、逻辑卷和文件系统之间的逻辑关系的示意图：
和非LVM 系统将包含分区信息的元数据保存在位于分区的起始位置的分区表中一样，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。VGDA 包括以下内容：PV 描述符、VG 描述符、LV 描述符、和一些PE 描述符 。
系统启动LVM 时激活VG ，并将VGDA 加载至内存，来识别LV 的实际物理存储位置。当系统进行I/O 操作时，就会根据VGDA 建立的映射机制来访问实际的物理位置。
首先确定系统中是否安装了lvm 工具：
[root@www root]# rpm –qa|grep lvm
lvm-1.0.3-4
如果命令结果输入类似于上例，那么说明系统已经安装了LVM 管理工具；如果命令没有输出则说明没有安装LVM 管理工具，则需要从网络下载或者从光盘装LVM rpm 工具包。
安装了LVM 的RPM 软件包以后，要使用LVM 还需要配置内核支持LVM 。RedHat 默认内核是支持LVM 的，如果需要重新编译内核，则需要在配置内核时，进入Multi-device Support (RAID and LVM) 子菜单，选中以下两个选项：
[*] Multiple devices driver support (RAID and LVM)
<*> Logical volume manager (LVM) Support
然后重新编译内核，即可将LVM 的支持添加到新内核中。
为了使用LVM ，要确保在系统启动时激活LVM ，幸运的是在RedHat7.0 以后的版本，系统启动脚本已经具有对激活LVM 的支持，在/etc/rc.d/rc.sysinit 中有以下内容：
# LVM initialization
if [ -e /proc/lvm -a -x /sbin/vgchange -a -f /etc/lvmtab ]; then
action $"Setting up Logical Volume Management:" /sbin/vgscan && /sbin/vgchange -a y
fi
其中关键是两个命令，vgscan 命令实现扫描所有磁盘得到卷组信息，并创建文件卷组数据文件/etc/lvmtab 和/etc/lvmtab.d/* ；vgchange -a y 命令激活系统所有卷组。
要创建一个LVM 系统，一般需要经过以下步骤：
使用分区工具（如：fdisk 等）创建LVM 分区，方法和创建一般分区的方式是一样的，区别仅仅是LVM 的分区类型为8e 。
创建物理卷的命令为pvcreate ，利用该命令将希望添加到卷组的所有分区或者磁盘创建为物理卷。将整个磁盘创建为物理卷的命令为：
# pvcreate /dev/hdb
将单个分区创建为物理卷的命令为：
# pvcreate /dev/hda5
创建卷组的命令为vgcreate ，将使用pvcreate 建立的物理卷创建为一个完整的卷组：
# vgcreate web_document /dev/hda5 /dev/hdb
vgcreate 命令第一个参数是指定该卷组的逻辑名：web_document 。后面参数是指定希望添加到该卷组的所有分区和磁盘。vgcreate 在创建卷组web_document 以外，还设置使用大小为4 MB 的PE （默认为4MB ），这表示卷组上创建的所有逻辑卷都以4 MB 为增量单位来进行扩充或缩减。由于内核原因，PE 大小决定了逻辑卷的最大大小，4 MB 的PE 决定了单个逻辑卷最大容量为256 GB ，若希望使用大于256G 的逻辑卷则创建卷组时指定更大的PE 。PE 大小范围为8 KB 到512 MB ，并且必须总是2 的倍数（使用-s 指定，具体请参考man vgcreate ）。
为了立即使用卷组而不是重新启动系统，可以使用vgchange 来激活卷组：
# vgchange -a y web_document
当系统安装了新的磁盘并创建了新的物理卷，而要将其添加到已有卷组时，就需要使用vgextend 命令：
# vgextend web_document /dev/hdc1
这里/dev/hdc1 是新的物理卷。
要从一个卷组中删除一个物理卷，首先要确认要删除的物理卷没有被任何逻辑卷正在使用，就要使用pvdisplay 命令察看一个该物理卷信息：
如果某个物理卷正在被逻辑卷所使用，就需要将该物理卷的数据备份到其他地方，然后再删除。删除物理卷的命令为vgreduce ：
# vgreduce web_document /dev/hda1
创建逻辑卷的命令为lvcreate ：
# lvcreate -L1500 –nwww1 web_document
该命令就在卷组web_document 上创建名字为www1 ，大小为1500M 的逻辑卷，并且设备入口为/dev/web_document/www1 （web_document 为卷组名，www1 为逻辑卷名）。如果希望创建一个使用全部卷组的逻辑卷，则需要首先察看该卷组的PE 数，然后在创建逻辑卷时指定：
# vgdisplay web_document| grep "Total PE"
Total PE 45230
# lvcreate -l 45230 web_document -n www1
笔者推荐使用reiserfs 文件系统，来替代ext2 和ext3 ：
创建了文件系统以后，就可以加载并使用它：
# mkdir /data/wwwroot
# mount /dev/web_document/www1 /data/wwwroot
如果希望系统启动时自动加载文件系统，则还需要在/etc/fstab 中添加内容：
/dev/web_document/www1 /data/wwwroot reiserfs defaults 1 2
删除逻辑卷以前首先需要将其卸载，然后删除：
# umount /dev/web_document/www1
# lvremove /dev/web_document/www1
lvremove -- do you really want to remove "/dev/web_document/www1"? [y/n]: y
lvremove -- doing automatic backup of volume group "web_document"
lvremove -- logical volume "/dev/web_document/www1" successfully removed
用惯了传统调整硬盘工具的人可能会认为文件系统和硬盘的分区之间是统一的，实际上他们之间并不是完整的整体 ( 这也就是为什么 BSD 可以在一个硬盘分区里面制作多个文件系统分区 ) 。想像一下带有移动式书架的书橱。你可以通过移动式书架调整书橱里面书籍的位置。把书当成文件系统，你可以在书橱里面放满书籍，也可以通过移动式书架调整书橱的空间。当然也可以通过书架调整书橱里面书籍存放的位置。如下图所示：
|<-- hda1--- ->|<-- hda2------>|
+---------------+---------------+
|xxxxxxxxxxx|xxxxxx| |
|xxxxxxxxxxx|xxxxxx| |
+---------------+---------------+
硬盘分区 /dev/hda1 中的文件系统占满了整个分区，而 /dev/hda2 中的文件系统只占用了 2/3 左右的分区。
所以在调整逻辑卷容量大小的同时也要调整在该卷上的文件系统的大小，当要增大容量时，先调整容量，后调整文件系统，若要缩小容量则反之。
LVM 提供了方便调整逻辑卷大小的能力，扩展逻辑卷大小的命令是lvextend ：
# lvextend -L12G/dev/web_document/www1
lvextend -- extending logical volume "/dev/web_document/www1" to 12 GB
lvextend -- doing automatic backup of volume group "web_document "
lvextend -- logical volume "/dev/web_document/www1" successfully extended
上面的命令就实现将逻辑卷www1 的大小扩招为12G 。
# lvextend -L+1G/dev/web_document/www1
lvextend -- extending logical volume "/dev/web_document/www1" to 13 GB
lvextend -- doing automatic backup of volume group "web_document "
lvextend -- logical volume "/dev/web_document/www1" successfully extended
上面的命令就实现将逻辑卷www1 的大小增加1G 。
增加了逻辑卷的容量以后，就需要修改文件系统大小以实现利用扩充的空间。笔者推荐使用reiserfs 文件系统来替代ext2 或者ext3 。因此这里仅仅讨论reiserfs 的情况。Reiserfs 文件工具提供了文件系统大小调整工具：resize_reiserfs 。对于希望调整被加载的文件系统大小：
# resize_reiserfs -f /dev/web_document/www1
一般建议最好将文件系统卸载，调整大小，然后再加载：
# umount /dev/web_document/www1
# resize_reiserfs /dev/web_document/www1
# mount -treiserfs /dev/web_document/www1 /data/wwwroot
对于使用ext2 或ext3 文件系统的用户可以考虑使用工具
ext2resize 。
11 、 减少逻辑卷大小
使用lvreduce 即可实现对逻辑卷的容量，同样需要首先将文件系统卸载：
# umount /data/wwwroot
# resize_reiserfs -s-2G/dev/web_document/www1
# lvreduce -L-2G/dev/web_document/www1
# mount -treiserfs /dev/web_document/www1 /data/wwwroot
根据上面的讨论可以看到，LVM 具有很好的可伸缩性，使用起来非常方便。可以方便地对卷组、逻辑卷的大小进行调整，更进一步调整文件系统的大小。如果希望了解更多信息，请参考LVM-HOWTO 。
