LVM 的创建扩容与压缩

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0X00 介绍

阅读并了解 LVM 需要了解：Linux 基本操作、分区概念、文件系统概念

首先 LVM 的全称是 Logical Volume Manager 逻辑卷管理。传统的方式是将一个磁盘分成类似于 sda1/sda2/sda3 的分区，然后再将这些分区格式化成类似于 ext4/xfs 这种文件系统，最后将文件系统挂载到某个目录上。但是这种方式下对磁盘空间进行重分配是比较麻烦的，将新安装的磁盘融入到现有系统中也是比较费力的，这就是 LVM 需要解决的问题。

总结下来 LVM 拥有这些功能

  1. LVM 可以方便的对现有逻辑卷进行压缩（初次分配多的空间不会浪费，可以压缩出来）
  2. 空闲的空间可以随时重新分配给逻辑卷（传统模式只能将空间分给最后一个分区，或者创建新分区）
  3. 新加入的磁盘也可以为其他逻辑卷扩容（传统模式并不方便为某个现有分区扩容）
  4. 可以将两块磁盘融合创建出一个更大的逻辑卷（两块 1T 磁盘可以创建出 2T 的分区）

特别需要注意的，RAID0 也可以将两个 1T 的磁盘合并为一个 2T 的，并且理论读写速度都会翻倍，但是这和 LVM 完全是两种不同的操作。

0X01 相关概念

开始使用 LVM 前需要先搞清楚它的几个基本概念

  • PV 是 Physical Volume 物理卷 — 从磁盘上分出来的物理分区
  • VG 是 Volume Group 卷组 — 多个 PV 组成的一个 Group
  • LV 是 Logical Volume 逻辑卷 — 从某个 VG 里创建出来的逻辑卷（可以格式化够挂载）
  • PE 是 Physical Extent 物理区域 — 是 PV 中最小的存储单元
  • LE 是 Logical Extent 逻辑区域 — 是 LV 中做小的存储单元

LVM Cropped

只是「简单用用」的话可以不管 PE/LE 这两个概念

0X02 测试环境

如果你想跟着练习一下的话，这里推荐使用虚拟机，新装一个随便什么 Linux 发行版（还是建议新一点，防止 LVM 版本过老）然后额外分配 2 块 10G 的虚拟磁盘就可以了（截图里是三块，因为我以为做完整个实验需要三块盘，结果最后没用上 😢）。
SCR-20220922-m75
SCR-20220922-m87

0X03 如何使用

我们已经知道 PV 就是一个物理分区、VG 是一堆 PV 的集合、LV 是从 VG 中划出来的逻辑卷了，现在开始用起来吧

其实这里说 PV 是一个物理分区是不严谨的，也可以不分区，直接对整体的块设备进行 pvcreate 的操作，后面为了方便我也会这么操作

从零创建

首先我们要通过 LVM 从零创建一个文件系统，就需要一路创建 PV、VG、LV 这三种

SCR-20220922-n99

这里可以看到，一共用到了 pvcreate/vgcreate/lvcreate 三个命令，最终创建出来的 lv 就已经是一个块文件了，接下来的格式化与挂载就不再赘述了，而且根据经验也可以猜到如果要删除的话就是 lvremove/vgremove/pvremove 了。

值得注意的一点是 lvcreate -L 100M -n LV_NAME VG_NAME 这行命令，表示创建一个 100M 的 LV，名字叫做 LV_NAME，从 VG_NAME 这个 VG 创建。

另一个值得注意的一点是，创建出来的 LV 是一个链接，是为了给 dm-0/dm-1 这种不好记的文件「重命名」，这样一来我们后面格式化、挂载之类的就可以用 LV_NAME 来操作了。

扩容

上面我们只创建了一个 100M 的分区，其实现在我们来给它扩容。首先我们可以看到 VG 明明有将近 10G 的空间，现在才用了 100M 显然是浪费的，先给这个 LV 扩容到 9G 再说

SCR-20220922-nsd

上图中可以看到一共执行了这么几个步骤

  1. 检查当前 VG 的状态，看到还剩 9.9G 的空间处于 free 状态
  2. 将 LV 扩容至 9G （扩容命令跟创建差不多，只是没必要指定 VG 了，毕竟 LV 就已经和 VG 绑定了）
  3. 再度检查 VG 的状态，发现空间被划走了
  4. 使用 fdisk -l 看到那个块文件/分区的空间变大了

那如果这时候空间还不够用呢？这就体现出 LVM 的优势了，我们可以将一块新盘加入到 VG 中，继续给 LV 扩容

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上图中可以看到一共执行了这么几个步骤

  1. 创建一个新的 PV
  2. 将新的 PV 加入 VG
  3. 检查 VG 状态，发现 VG 扩容成功
  4. 将 LV 扩容至 18G
  5. 检查 LV 是否扩容成功

压缩

接下来就该给 LV 压缩了，例如同一个 VG 下的两个 LV 其中一个空间告急需要从另一个中挪一点空间出来，就可以这么操作（其实跟扩容没有区别）

SCR-20220922-oh2

0X04 PE 和 LE

最后解释一下 PE(Physical Extents) 和 LE(Logical Extents) 两个术语。其中 PE 是 PV 的「最小存储单元」，LE 是 LV 的「最小存储单元」。

需要注意的是 PE 是创建 VG 的时候指定的，而并非创建 PV 的时候。而且 LE 的大小就是 LV 所在的 VG 的 PE 大小（这里有点绕，稍稍停下理解一下）。默认情况下 PE 是 4M，也就是说默认情况下创建出来的 LV 容量都将是 4M 的整数倍，当然也就可以解释下面这种「我明明创建的 99M 为啥变成了 100M」诡异情况了

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所以我们从原理上来说，创建 LV 的时候并不是「指定 LV 的容量为多少 M/多少 G」，而是「指定 LV 的容量为多少个 LE」

0X05 参考资料

LVM - Debian Wiki
LVM - ArchWiki（有中文）