LVM与snapshot

uth5321

                      一、LVM简述
LVM（Logical Volume Manager），即逻辑卷管理，它是Linux环境下对磁盘分区进行管理的一种机制。
我们知道，物理磁盘或分区之间是分隔的，数据无法跨盘或分区，而各磁盘或分区的大小固定，重新调整比较麻烦。LVM可以将这些底层的物理磁盘或分区整合起来，抽象成容量资源池，以划分成逻辑卷的方式供上层使用，其最主要的功能即是可以在无需关机无需重新格式化（准确地说，原来的部分无需格式化，只格式化新增的部分）的情况下弹性调整逻辑卷的大小。

二、LVM的实现过程

                                                                           LVM结构图
①将各物理磁盘或分区的系统类型设为Linux LVM，其system ID为8e，通过fdisk工具中的t命令设置

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[iyunv@localhost ~]# fdisk /dev/sda ... Command (m for help): n First cylinder (1593-3916, default 1593): Using default value 1593 Last cylinder, +cylinders or +size{K,M,G} (1593-3916, default 3916): +5G ... Command (m for help): t Partition number (1-6): 5 Hex code (type L to list codes): 8e   # 指定system ID为8e Changed system type of partition 5 to 8e (Linux LVM) ... Command (m for help): p ... /dev/sda5            1593        2246     5252227+  8e  Linux LVM /dev/sda6            2247        2900     5253223+  8e  Linux LVM /dev/sda7            2901        3554     5253223+  8e  Linux LVM Command (m for help): w ... [iyunv@localhost ~]# partx -a /dev/sda ... [iyunv@localhost ~]# kpartx -af /dev/sda ...

②将各物理磁盘或分区初始化为PV（physical volume，物理卷），这一阶段可使用的命令为pvcreate、pvremove、pvscan、pvdisplay（pvs）
■pvcreate：创建物理卷
  用法：pvcreate [option] DEVICE
  选项：
      -f：强制创建逻辑卷，不需用户确认
      -u：指定设备的UUID
      -y：所有问题都回答yes
  例 pvcreate /dev/sda5 /dev/sda6
■pvscan：扫描当前系统上的所有物理卷
  用法：pvscan [option]
  选项：
      -e：仅显示属于输出卷组的物理卷
      -n：仅显示不属于任何卷组的物理卷
      -u：显示UUID
■pvdisplay：显示物理卷的属性
  用法：pvdisplay [PV_DEVICE]
■pvremove：将物理卷信息删除，使其不再被视为一个物理卷
  用法：pvremove [option] PV_DEVICE
  选项：
      -f：强制删除
      -y：所有问题都回答yes
  例 pvremove /dev/sda5

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[iyunv@localhost ~]# pvcreate /dev/sda{5,6,7}   # 将三个分区初始化为物理卷   Physical volume "/dev/sda5" successfully created   Physical volume "/dev/sda6" successfully created   Physical volume "/dev/sda7" successfully created [iyunv@localhost ~]# pvscan   PV /dev/sda5                      lvm2 [5.01 GiB]   PV /dev/sda6                      lvm2 [5.01 GiB]   PV /dev/sda7                      lvm2 [5.01 GiB]   Total: 3 [15.03 GiB] / in use: 0 [0   ] / in no VG: 3 [15.03 GiB] [iyunv@localhost ~]# pvdisplay /dev/sda5   # 显示物理卷sda5的详细信息   "/dev/sda5" is a new physical volume of "5.01 GiB"   --- NEW Physical volume ---   PV Name               /dev/sda5   VG Name                  PV Size               5.01 GiB   Allocatable           NO   PE Size               0      Total PE              0   Free PE               0   Allocated PE          0   PV UUID               lrNOS3-8U21-ZS8o-eyKH-HqPn-DLhX-W1ppl4     [iyunv@localhost ~]# pvremove /dev/sda7   # 删除sda7的物理卷信息   Labels on physical volume "/dev/sda7" successfully wiped [iyunv@localhost ~]# pvscan   # 可以看到PV列表中已无sda7   PV /dev/sda5   VG myvg   lvm2 [5.01 GiB / 5.01 GiB free]   PV /dev/sda6   VG myvg   lvm2 [5.01 GiB / 5.01 GiB free] [iyunv@localhost ~]# pvcreate /dev/sda7   Physical volume "/dev/sda7" successfully created

③创建VG（volume group，卷组）。卷组将多个物理卷整合起来（屏蔽了底层细节），并划分PE（physical extend）。PE是物理卷中的最小存储单元，有点类似于文件系统中的block，PE大小可指定，默认为4M。这一阶段用到的命令有vgcreate、vgscan、vgdisplay、vgextend、vgreduce
■vgcreate：创建卷组
  用法：vgcreate [option] VG_NAME PV_DEVICE
  选项：
      -s：卷组中的物理卷的PE大小，默认为4M
      -l：卷组上允许创建的最大逻辑卷数
      -p：卷级中允许添加的最大物理卷数
  例 vgcreate -s 8M myvg /dev/sda5 /dev/sda6
■vgscan：查找系统中存在的LVM卷组，并显示找到的卷组列表
■vgdisplay：显示卷组属性

  用法：vgdisplay [option] [VG_NAME]
  选项：
      -A：仅显示活动卷组的信息
      -s：使用短格式输出信息
■vgextend：动态扩展LVM卷组，它通过向卷组中添加物理卷来增加卷组的容量
  用法：vgextend VG_NAME PV_DEVICE
  例 vgextend myvg /dev/sda7
■vgreduce：通过删除LVM卷组中的物理卷来减少卷组容量，不能删除LVM卷组中剩余的最后一个物理卷
  用法：vgreduce VG_NAME PV_DEVICE
■vgremove：删除卷组，其上的逻辑卷必须处于离线状态
  用法：vgremove [-f] VG_NAME
  -f：强制删除

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[iyunv@localhost ~]# vgcreate -s 8M myvg /dev/sda{5,6}   # 使用sda5、sda6创建卷组，指定PE大小为8M   Volume group "myvg" successfully created [iyunv@localhost ~]# vgscan   Reading all physical volumes.  This may take a while...   Found volume group "myvg" using metadata type lvm2 [iyunv@localhost ~]# vgdisplay   # 查看卷组详细信息   --- Volume group ---   VG Name               myvg   System ID               Format                lvm2   Metadata Areas        2   Metadata Sequence No  1   VG Access             read/write   # 可读写   VG Status             resizable   MAX LV                0   Cur LV                0   Open LV               0   Max PV                0   Cur PV                2   Act PV                2   VG Size               10.02 GiB   # 卷组容量   PE Size               8.00 MiB   Total PE              1282   # PE总数   Alloc PE / Size       0 / 0   # 分配的容量   Free  PE / Size       1282 / 10.02 GiB   # 空闲的容量   VG UUID               5zBY8e-5Cgc-HqSo-BOiZ-02NX-77ON-NJSCbN

④在卷组上创建LV（logical volume，逻辑卷）。为了便于管理，逻辑卷对应的设备文件保存在卷组目录下，为/dev/VG_NAME/LV_NAME。LV中可以分配的最小存储单元称为LE（logical extend），在同一个卷组中，LE的大小和PE是一样的，且一一对应。这一阶段用到的命令有lvcreate、lvscan、lvdisplay、lvextend、lvreduce、lvresize
■lvcreate：创建逻辑卷或快照
  用法：lvcreate [选项] [参数]
  选项：

      -L：指定大小
      -l：指定大小（LE数）
      -n：指定名称
      -s：创建快照
      -p r：设置为只读（该选项一般用于创建快照中）
  注：使用该命令创建逻辑卷时当然必须指明卷组，创建快照时必须指明针对哪个逻辑卷         
  例 lvcreate -L 500M -n mylv myvg
■lvscan：扫描当前系统中的所有逻辑卷，及其对应的设备文件
■lvdisplay：显示逻辑卷属性
  用法：lvdisplay [/dev/VG_NAME/LV_NAME]
■lvextend：可在线扩展逻辑卷空间

  用法：lvextend -L/-l 扩展的大小 /dev/VG_NAME/LV_NAME  
  选项：
      -L：指定扩展（后）的大小。例如，-L +800M表示扩大800M，而-L 800M表示扩大至800M
      -l：指定扩展（后）的大小（LE数）
  例 lvextend -L 200M /dev/myvg/mylv

■lvreduce：缩减逻辑卷空间，一般离线使用

  用法：lvexreduce -L/-l 缩减的大小 /dev/VG_NAME/LV_NAME  

  选项：

      -L：指定缩减（后）的大小

      -l：指定缩减（后）的大小（LE数）

  例 lvreduce -L 200M /dev/myvg/mylv

■lvremove：删除逻辑卷，需要处于离线（卸载）状态

  用法：lvremove [-f] /dev/VG_NAME/LV_NAME

  -f：强制删除

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[iyunv@localhost ~]# lvcreate -L 500M -n mylv myvg   # 创建大小为500M、名为mylv的逻辑卷   Rounding up size to full physical extent 504.00 MiB   Logical volume "mylv" created [iyunv@localhost ~]# lvscan   ACTIVE            '/dev/myvg/mylv' [504.00 MiB] inherit [iyunv@localhost ~]# lvdisplay   --- Logical volume ---   LV Path                /dev/myvg/mylv   LV Name                mylv   VG Name                myvg   LV UUID                0fPpO3-gVaI-ZKqi-xHnc-uaHk-u6of-i5wds7   LV Write Access        read/write   LV Creation host, time localhost.localdomain, 2015-10-18 22:05:18 +0800   LV Status              available   # open                 0   LV Size                504.00 MiB   Current LE             63   Segments               1   Allocation             inherit   Read ahead sectors     auto   - currently set to     256   Block device           253:0

⑤格式化逻辑卷并挂载，这一阶段就不再赘述了

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[iyunv@localhost ~]# mke2fs -t ext4 /dev/myvg/mylv ... Writing inode tables: done                            Creating journal (8192 blocks): done Writing superblocks and filesystem accounting information: done ... [iyunv@localhost ~]# mkdir /data [iyunv@localhost ~]# mount /dev/myvg/mylv /data [iyunv@localhost ~]# cp /etc/inittab /data [iyunv@localhost ~]# ls /data inittab  lost+found

三、LVM的写入模式

LVM有两种写入模式：线性模式和条带模式。线性模式即写完一个设备后再写另一个设备，条带模式就有点类似于RAID0，即数据是被分散写入到LVM各成员设备上的。因为条带模式的数据不具有安全性，且LVM并不强调读写性能，故LVM默认为线性模式，这样即使一个设备坏了，其它设备上的数据还在

四、文件系统的扩展和缩减

我们知道，文件系统在创建时是分成多个块组（block group）的，因此文件系统的增减实际上就是以增减块组的方式实现的

在linux中，ext系列格式的文件系统是可以扩展和缩减的，而xfs格式的目前只能扩展

1、扩展文件系统：
①先确定扩展的目标大小，并确保对应卷组中有足够的空闲空间可用。如果不够，可先通过vgextend命令扩大卷组容量
    vgextend myvg /dev/sda7
②扩展逻辑卷
    lvextend -L  4G /dev/myvg/mylv     
③扩展文件系统
    resize2fs为ext系列文件系统大小的调整工具用法为：resize2fs 文件系统所对应的设备文件名 [大小]
    resize2fs /dev/myvg/mylv

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[iyunv@localhost ~]# vgextend myvg /dev/sda7   # 假如卷组容量不够，扩展文件系统之前先扩展卷组   Volume group "myvg" successfully extended [iyunv@localhost ~]# lvextend -L +300M /dev/myvg/mylv   Rounding size to boundary between physical extents: 304.00 MiB   Snapshot origin volumes can be resized only while inactive: try lvchange -an   Run `lvextend --help' for more information. [iyunv@localhost ~]# umount /dev/myvg/mylv_snap [iyunv@localhost ~]# lvremove /dev/myvg/mylv_snap  # 要增减逻辑卷，需要先删除对对应的快照卷 Do you really want to remove active logical volume mylv_snap? [y/n]: y   Logical volume "mylv_snap" successfully removed [iyunv@localhost ~]# lvextend -L +300M /dev/myvg/mylv   # 逻辑卷扩大300M   Rounding size to boundary between physical extents: 304.00 MiB   Extending logical volume mylv to 808.00 MiB   Logical volume mylv successfully resized [iyunv@localhost ~]# resize2fs /dev/myvg/mylv   # 扩展文件系统 resize2fs 1.41.12 (17-May-2010) Filesystem at /dev/myvg/mylv is mounted on /data; on-line resizing required old desc_blocks = 2, new_desc_blocks = 4 Performing an on-line resize of /dev/myvg/mylv to 827392 (1k) blocks. The filesystem on /dev/myvg/mylv is now 827392 blocks long. [iyunv@localhost ~]# df -h   # 显示容量确实已扩大 ... /dev/mapper/myvg-mylv  783M   11M  732M   2% /data

2、缩减很危险，要离线
①先确定缩减后的目标大小，并确保对应的目标逻辑卷大小足够容纳原有数据
②先卸载文件系统，并要执行强制检测
    e2fsck -f
③缩减文件系统
    resize2fs DEVICE    例如，resize2fs /dev/myvg/mylv 3G   缩减至3G
④缩减逻辑卷
    lvreduce -L 3G /dev/myvg/mylv
■注：当逻辑卷有快照时是不能扩展和缩减的，除非先将快照删除

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[iyunv@localhost ~]# umount /dev/myvg/mylv   # 缩减文件系统之前要先卸载 [iyunv@localhost ~]# e2fsck -f /dev/myvg/mylv   # 检测文件系统 e2fsck 1.41.12 (17-May-2010) Pass 1: Checking inodes, blocks, and sizes Pass 2: Checking directory structure Pass 3: Checking directory connectivity Pass 4: Checking reference counts Pass 5: Checking group summary information /dev/myvg/mylv: 12/206848 files (0.0% non-contiguous), 36856/827392 blocks [iyunv@localhost ~]# resize2fs /dev/myvg/mylv 500M   # 缩减文件系统至500M resize2fs 1.41.12 (17-May-2010) Resizing the filesystem on /dev/myvg/mylv to 512000 (1k) blocks. The filesystem on /dev/myvg/mylv is now 512000 blocks long. [iyunv@localhost ~]# lvreduce -L 500M /dev/myvg/mylv   # 缩减逻辑卷至500M   Rounding size to boundary between physical extents: 504.00 MiB   WARNING: Reducing active and open logical volume to 504.00 MiB   THIS MAY DESTROY YOUR DATA (filesystem etc.) Do you really want to reduce mylv? [y/n]: y   Reducing logical volume mylv to 504.00 MiB   Logical volume mylv successfully resized [iyunv@localhost ~]# mount /dev/myvg/mylv /data   # 重新挂载 [iyunv@localhost ~]# df -h   # 显示容量确实已减小 ... /dev/mapper/myvg-mylv  485M   11M  449M   3% /data [iyunv@localhost ~]# vgremove myvg Do you really want to remove volume group "myvg" containing 1 logical volumes? [y/n]: y   Logical volume myvg/mylv contains a filesystem in use. [iyunv@localhost ~]# umount /dev/myvg/mylv   # 删除卷组前，必先确认其上的逻辑卷为离线状态 [iyunv@localhost ~]# vgremove myvg Do you really want to remove volume group "myvg" containing 1 logical volumes? [y/n]: y Do you really want to remove active logical volume mylv? [y/n]: y   Logical volume "mylv" successfully removed   Volume group "myvg" successfully removed

五、snapshot（快照）

snapshot是像照相一样将当前的系统信息保存下来。

当创建一个snapshot的时候，仅拷贝原始卷里数据的元数据(meta-data)。创建的时候，并不会有数据的物理拷贝，因此snapshot的创建几乎是实时的，当原始卷上有写操作执行时，snapshot跟踪原始卷块的改变，这个时候原始卷上将要改变的数据在改变之前被拷贝到snapshot预留的空间里，因此这个原理的实现叫做写时复制(copy-on-write)。
在写操作写入块之前，原始数据被移动到 snapshot空间里，这样就保证了所有的数据在snapshot创建时保持一致。而对于snapshot的读操作，如果是没有修改过的块，那么会将读操作直接重定向到原始卷上，如果是已经修改过的块，那么就读取拷贝到snapshot中的块。
■创建快照卷：
   lvcreate [选项] [参数]
   选项：
       -L：指定大小
       -l：指定大小（LE数）
       -n：指定名称
       -s：创建快照
       -p r：设置为只读
例如 lvcreate -s -L 512M -n mylv_snap -p r /dev/myvg/mylv   # 针对逻辑卷mylv创建大小为512M的只读快照
■注：创建快照前需将针对的逻辑卷临时改为只读，创建完毕后再改为读写，例如
  创建快照前：mount -o remount,ro /dev/myvg/mylv /data
  创建快照后：mount -o remount,rw /dev/myvg/mylv /data

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[iyunv@localhost ~]# mount -o remount,ro /dev/myvg/mylv /data   # 创建快照卷之前先将对应的逻辑卷改为只读 [iyunv@localhost ~]# lvcreate -s -L 512M -n mylv_snap /dev/myvg/mylv  # 创建大小为512M的快照   Logical volume "mylv_snap" created [iyunv@localhost ~]# mount -o remount,rw /dev/myvg/mylv /data   # 将逻辑卷改回为读写 [iyunv@localhost ~]# mount /dev/myvg/mylv_snap /mnt [iyunv@localhost ~]# df -h   # 可以看到快照和其对应的逻辑卷显示的参数值一样 ... /dev/mapper/myvg-mylv       489M   11M  453M   3% /data /dev/mapper/myvg-mylv_snap  489M   11M  453M   3% /mnt [iyunv@localhost ~]# ls /mnt inittab  lost+found