Linux 中的物理卷、卷组、逻辑卷详解

Linux

一、概述

1. 相关概念

  • 物理卷（Physical Volume, PV）：物理磁盘或分区
  • 卷组（Volume Group, VG）：PV 的集合
  • 逻辑卷（Logic Volume, LV）：VG 中划出来的一块逻辑磁盘
  • 逻辑卷管理（Logic Volume Manager, LVM）：Linux 环境下对磁盘分区进行管理的一种机制，通过将底层的物理硬盘抽象的封装起来，然后以逻辑卷的方式呈现给上层应用
  • 物理磁盘或者磁盘分区转换为物理卷，一个或多个物理卷聚集形成一个或多个卷组，而逻辑卷就是从某个卷组里面抽象出来的一块磁盘空间

pv-vg-lv

2. 逻辑卷的用途

  • 物理磁盘直接分区、格式化为文件系统后就可以直接使用，而逻辑卷主要用来处理如下场景：
    • 业务上需要使用大容量的磁盘。比如需要在 /data 目录挂载 30TB 的存储，单个物理磁盘无法满足要求
    • 方便扩展和收缩磁盘。比如业务初期无法确定所需的磁盘空间，如果使用物理卷，扩展和收缩麻烦

二、创建物理卷

1. 环境准备

  • 为虚拟机添加了两块 2G 的磁盘 sdb 和 sdc
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$ fdisk -l /dev/sdb /dev/sdc

Disk /dev/sdb: 2147 MB, 2147483648 bytes, 4194304 sectors
Units = sectors of 1 * 512 = 512 bytes
Sector size (logical/physical): 512 bytes / 512 bytes
I/O size (minimum/optimal): 512 bytes / 512 bytes

Disk /dev/sdc: 2147 MB, 2147483648 bytes, 4194304 sectors
Units = sectors of 1 * 512 = 512 bytes
Sector size (logical/physical): 512 bytes / 512 bytes
I/O size (minimum/optimal): 512 bytes / 512 bytes

2. sdb 使用磁盘直接创建物理卷

  • 物理磁盘可以直接添加到 LVM 物理卷中
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# 将sdb磁盘直接创建为物理卷（注意该命令将格式化磁盘上的所有数据）
$ pvcreate /dev/sdb
  Physical volume "/dev/sdb" successfully created.

# 查看物理卷信息（pvdisplay、pvs）
$ pvdisplay /dev/sdb
  "/dev/sdb" is a new physical volume of "2.00 GiB"
  --- NEW Physical volume ---
  PV Name               /dev/sdb
  VG Name
  PV Size               2.00 GiB
  Allocatable           NO
  PE Size               0
  Total PE              0
  Free PE               0
  Allocated PE          0
  PV UUID               dNrZgG-S7uw-mWNG-S8FG-lj27-YKgN-0fU0Ev
$ pvs
  PV         VG      Fmt  Attr PSize    PFree
  /dev/sdb          lvm2 ---    2.00g 2.00g

3. sdc 使用磁盘分区创建物理卷

  • 如果想要使用 LVM 管理磁盘分区，可以使用 fdisk 将其分区类型 ID 改为 LVM 可以识别的值，即 8e
  • sdc 新建了两个 1G 的主分区，并将分区类型 ID 从 83（Linux）改为了 8e（Linux LVM），具体操作详见：https://www.itcoca.cn/linux/mount-disk.html
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$ fdisk -l /dev/sdc

Disk /dev/sdc: 2147 MB, 2147483648 bytes, 4194304 sectors
Units = sectors of 1 * 512 = 512 bytes
Sector size (logical/physical): 512 bytes / 512 bytes
I/O size (minimum/optimal): 512 bytes / 512 bytes
Disk label type: dos
Disk identifier: 0x19b0f5b2

   Device Boot      Start         End      Blocks   Id  System
/dev/sdc1            2048     2099199     1048576   8e  Linux LVM
/dev/sdc2         2099200     4194303     1047552   8e  Linux LVM

# 将sdc1和sdc2磁盘分区创建为物理卷
$ pvcreate /dev/sdc1
  Physical volume "/dev/sdc1" successfully created.
$ pvcreate /dev/sdc2
  Physical volume "/dev/sdc2" successfully created.

# 查看物理卷信息
$ pvdisplay /dev/sdc1 /dev/sdc2
  "/dev/sdc1" is a new physical volume of "1.00 GiB"
  --- NEW Physical volume ---
  PV Name               /dev/sdc1
  VG Name
  PV Size               1.00 GiB
  Allocatable           NO
  PE Size               0
  Total PE              0
  Free PE               0
  Allocated PE          0
  PV UUID               XkZj6m-h65A-tSPx-uX6Z-5Nyr-QX1b-pwolMq

  "/dev/sdc2" is a new physical volume of "1023.00 MiB"
  --- NEW Physical volume ---
  PV Name               /dev/sdc2
  VG Name
  PV Size               1023.00 MiB
  Allocatable           NO
  PE Size               0
  Total PE              0
  Free PE               0
  Allocated PE          0
  PV UUID               0xlegc-np4k-LjDg-wx2U-Vy1W-jLGf-2Gv2E1
$ pvs
  PV         VG      Fmt  Attr PSize    PFree
  /dev/sdc1         lvm2 ---     1.00g    1.00g
  /dev/sdc2         lvm2 ---  1023.00m 1023.00m

三、创建、扩容卷组

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# 1. 使用两个物理卷创建一个名为VG_TEST的卷组
$ vgcreate VG_TEST /dev/sdb /dev/sdc1
  Volume group "VG_TEST" successfully created

# 2. 查看卷组（vgdisplay、vgs、vgscan）
$ vgdisplay VG_TEST
  --- Volume group ---
  VG Name               VG_TEST
  System ID
  Format                lvm2
  Metadata Areas        2
  Metadata Sequence No  1
  VG Access             read/write
  VG Status             resizable
  MAX LV                0
  Cur LV                0
  Open LV               0
  Max PV                0
  Cur PV                2
  Act PV                2
  VG Size               2.99 GiB
  PE Size               4.00 MiB  # 扩展块大小，可通过`vgcreate -s 4M ...`指定
  Total PE              766  # 总的扩展块数量
  Alloc PE / Size       0 / 0
  Free  PE / Size       766 / 2.99 GiB
  VG UUID               JZLwlf-0SPy-Jgjx-VX4n-i1bo-znO3-VZY85j
$ vgs
  VG      #PV #LV #SN Attr   VSize   VFree
  VG_TEST   2   0   0 wz--n-   2.99g 2.99g
$ vgscan
  Reading volume groups from cache.
  Found volume group "VG_TEST" using metadata type lvm2

# 3. 扩容卷组（添加新的物理卷）
$ vgextend VG_TEST /dev/sdc2
  Volume group "VG_TEST" successfully extended
# 查看扩容后的卷组
$ vgs
  VG      #PV #LV #SN Attr   VSize   VFree
  VG_TEST   3   0   0 wz--n-  <3.99g <3.99g

四、创建、扩容逻辑卷

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# 1. 从卷组VG_TEST中创建一个名为lv_test，大小为1G的逻辑卷
$ lvcreate -L 1g -n lv_test VG_TEST  # 或者使用`-l 256`指定256个扩展块，代替`-L 1g`
  Logical volume "lv_test" created.

# 2. 查看逻辑卷（lvdisplay、lvs、lvscan）
$ lvdisplay /dev/VG_TEST/lv_test
  --- Logical volume ---
  LV Path                /dev/VG_TEST/lv_test
  LV Name                lv_test
  VG Name                VG_TEST
  LV UUID                MbYfcB-0D9l-rm2E-LhRw-t5Nz-nVru-r5RzBY
  LV Write Access        read/write
  LV Creation host, time linux130, 2024-02-22 15:26:22 +0800
  LV Status              available
  # open                 0
  LV Size                1.00 GiB
  Current LE             256  # 256个扩展块
  Segments               1
  Allocation             inherit
  Read ahead sectors     auto
  - currently set to     8192
  Block device           253:2
$ lvs
  LV      VG      Attr       LSize   Pool Origin Data%  Meta%  Move Log Cpy%Sync Convert
  lv_test VG_TEST -wi-a-----   1.00g
$ lvscan
  ACTIVE            '/dev/VG_TEST/lv_test' [1.00 GiB] inherit

# 3. 使用逻辑卷
$ mkfs.ext4 /dev/VG_TEST/lv_test  # 创建文件系统
$ mkdir /test  # 创建挂载点
$ mount /dev/VG_TEST/lv_test /test  # 挂载文件系统
$ df -h  # 查看结果
Filesystem                   Size  Used Avail Use% Mounted on
/dev/mapper/VG_TEST-lv_test  976M  2.6M  907M   1% /test

# 4. 扩容逻辑卷（先用`vgs`看卷组是否有足够的空间）
$ lvextend -L +500M /dev/VG_TEST/lv_test
  Size of logical volume VG_TEST/lv_test changed from 1.00 GiB (256 extents) to <1.49 GiB (381 extents).
  Logical volume VG_TEST/lv_test successfully resized.
# 此时查看磁盘大小没有变化，需要重新调整文件系统大小
$ df -Th
Filesystem                  Type      Size  Used Avail Use% Mounted on
/dev/mapper/VG_TEST-lv_test ext4      976M  2.6M  907M   1% /test
# 调整文件系统大小（**`ext`类型的用`resize2fs`；`xfs`类型的用`xfs_growfs`**）
$ resize2fs /dev/VG_TEST/lv_test
resize2fs 1.42.9 (28-Dec-2013)
Filesystem at /dev/VG_TEST/lv_test is mounted on /test; on-line resizing required
old_desc_blocks = 1, new_desc_blocks = 1
The filesystem on /dev/VG_TEST/lv_test is now 390144 blocks long.
# 再次查看磁盘大小
$ df -h
Filesystem                   Size  Used Avail Use% Mounted on
/dev/mapper/VG_TEST-lv_test  1.5G  3.0M  1.4G   1% /test

参考