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Linux磁盘管理(一):LVM逻辑卷基本概念及LVM的工作原理

作者:云计算练习生

一、传统的磁盘管理

在传统的磁盘管理方案中,如果我们的磁盘容量不够了,那这个时候应该要加一块硬盘,但是新增加的硬盘是作为独立的文件系统存在的,原有的文件系统并没有得到任何的扩充,上层应用只能访问到一个文件系统。

这样的方式对个人的电脑来说可能还能接受,但是如果对于生产环境下的服务器来说,这是不可接受的。因为如果要把一个分区的内容都拷贝到另一个分区上去,势必要首先卸载掉之前的那个分区,然后对整个分区进行拷贝,如果服务器上运行着一个重要的服务,其要求是 72 x 4 小时运行正常的,那么卸载分区就可能会造成损失,同时如果该分区保存的内容非常非常的多,那么在对分区进行转移时时间可能会耗费很久。

所以,这个时候我们就会受到传统磁盘管理的限制,因为其不能够进行动态的磁盘管理。因此,为了解决这个问题,LVM技术就诞生了。

二、LVM的磁盘管理

正是因为传统的磁盘管理不能对我们的磁盘空间进行动态的管理,因此就诞生出了LVM这个技术,那么LVM到底是什么呢?它又是怎么对磁盘进行管理的呢?

LVM(Logical volume Manager)是逻辑卷管理的简称。它是Linux环境下对磁盘分区进行管理的一种机制。现在不仅仅是Linux系统上可以使用LVM这种磁盘管理机制,对于其它的类UNIX操作系统,以及windows操作系统都有类似于LVM这种磁盘管理软件。

LVM的工作原理其实很简单,它就是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。在传统的磁盘管理机制中,我们的上层应用是直接访问文件系统,从而对底层的物理硬盘进行读取,而在LVM中,其通过对底层的硬盘进行封装,当我们对底层的物理硬盘进行操作时,其不再是针对于分区进行操作,而是通过一个叫做逻辑卷的东西来对其进行底层的磁盘管理操作。比如说我增加一个物理硬盘,这个时候上层的服务是感觉不到的,因为呈现给上次服务的是以逻辑卷的方式。

LVM最大的特点就是可以对磁盘进行动态管理。因为逻辑卷的大小是可以动态调整的,而且不会丢失现有的数据。我们如果新增加了硬盘,其也不会改变现有上层的逻辑卷。作为一个动态磁盘管理机制,逻辑卷技术大大提高了磁盘管理的灵活性。

三、LVM的原理

要想理解好LVM的原理,我们必须首先要掌握4个基本的逻辑卷概念。

①PE  (Physical Extend)   物理拓展

②PV  (Physical Volume)  物理卷

③VG  (Volume Group)   卷组

④LV  (Logical Volume)   逻辑卷

我们知道在使用LVM对磁盘进行动态管理以后,我们是以逻辑卷的方式呈现给上层的服务的。所以我们所有的操作目的,其实就是去创建一个LV(Logical Volume),逻辑卷就是用来取代我们之前的分区,我们通过对逻辑卷进行格式化,然后进行挂载操作就可以使用了。那么LVM的工作原理是什么呢?所谓无图无真相,咱们下面通过图来对逻辑卷的原理进行解释!!

Linux磁盘管理(一):LVM逻辑卷基本概念及LVM的工作原理

3.1将物理硬盘格式化成PV(Physical Volume)

我们看到,这里有两块硬盘,一块是sda,另一块是sdb,在LVM磁盘管理里,我首先要将这两块硬盘格式化为我们的PV(Physical Volume),也就是我们的物理卷,其实格式化物理卷的过程中LVM是将底层的硬盘划分为了一个一个的PE(Physical Extend),我们的LVM磁盘管理中PE的默认大小是4M大小,其实PE就是我们逻辑卷管理的最基本单位。比如说我有一个400M的硬盘,那么在将其格式化成PV的时候,其实际就是将这块物理硬盘划分成了100个的PE,因为PE默认的大小就是4M。这个就是我们的第一步操作。

3.2创建一个VG(Volume Group)

在将硬盘格式化成PV以后,我们第二步操作就是创建一个卷组,也就是VG(Volume Group),卷组在这里我们可以将其抽象化成一个空间池,VG的作用就是用来装PE的,我们可以把一个或者多个PV加到VG当中,因为在第一步操作时就已经将该硬盘划分成了多个PE,所以将多个PV加到VG里面后,VG里面就存放了许许多多来自不同PV中的PE。

3.3基于VG创建最后要使用的LV(Logical Volume)

PV以及VG创建好以后我们是不能够直接使用的,因为PV、VG是我们逻辑卷底层的东西,我们其实最后使用的是在VG基础上创建的LV(Logical Volume),所以第三步操作就是基于VG来创建我们最终要使用的LV。

创建逻辑卷其实就是我们从VG中拿出我们指定数量的PE,VG中的PE可以来自不同的PV,我们可以创建的逻辑卷的大小取决于VG当中PE存在的数量,并且我们创建的逻辑卷其大小一定是PE的整数倍(即逻辑卷的大小一定要是4M的整数倍)。

3.4将创建好的LV进行文件系统的格式化,然后挂载使用

在创建好LV以后,这个时候我们就能够对其进行文件系统的格式化了,我们最终使用的就是我们刚创建好的LV,其就相当于传统的文件管理的分区,我们首先要对其进行文件系统的格式化操作,然后通过mount命令对其进行挂载,这个时候我们就能够像使用平常的分区一样来使用我们的逻辑卷了。

我们在创建好LV以后,我们会在 /dev 目录下看到我们的LV信息,例如 /dev/vgname/lvname, 我们每创建一个VG,其会在/dev目录下创建一个以该VG名字命名的文件夹,在该VG的基础上创建好LV以后,我们会在这个VG目录下多出一个以LV名字命名的逻辑卷。

3.5 下面我们来对整个LVM的工作原理进行一个总结

(1)物理磁盘被格式化为PV,空间被划分为一个个的PE

(2)不同的PV加入到同一个VG中,不同PV的PE全部进入到了VG的PE池内

(3)LV基于PE创建,大小为PE的整数倍,组成LV的PE可能来自不同的物理磁盘

(4)LV现在就直接可以格式化后挂载使用了

(5)LV的扩充缩减实际上就是增加或减少组成该LV的PE数量,其过程不会丢失原始数据

Linux磁盘管理(一):LVM逻辑卷基本概念及LVM的工作原理

我们看到,我们这里如果要对LV进行扩充,直接加进来一块sdc硬盘,然后将其格式化成PE,然后将该PV加入到了VG当中,这个时候我们就可以通过增加LV中PE的数量来动态的对LV进行扩充了,只要我们的LV的大小不要超过我们VG空余空间的大小就行了!!

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