Linux LVM(一):基础、概念及简单示例

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LVM（Logical Volume Manager，逻辑卷管理器）是 Linux 下管理磁盘存储的中间层软件。它在物理磁盘和文件系统之间引入了一层抽象，让分区不再"一次划定、终身受限"——你可以随时扩容缩容、跨盘合并、在线迁移，甚至做快照和镜像。

一、传统分区的痛点

在讲 LVM 之前，先想一下传统分区有哪些让人头疼的问题。

假设你有一块 500G 的硬盘 /dev/sda，分成了三个分区：

/dev/sda1  →  /         100G
/dev/sda2  →  /home     150G
/dev/sda3  →  /data     250G

过了一段时间：

1. 1. /home 不够用了：但 /data 还有 200G 空闲。你不能直接把 /data 的空间分给 /home，因为分区是连续的物理区域，跨越需要重新分区，还要把数据迁移走。
2. 2. / 太小了：你只能新增一块硬盘，然后把 /var 拆出来挂到新盘上。整个过程涉及重启、修改 fstab、复制数据，非常痛苦。
3. 3. 想加一块新硬盘：必须挑一个分区来"扩"，要么重启进单用户模式，要么用符号链接"曲线救国"。

传统分区的本质问题是：分区大小在创建时就固定了，调整需要复杂的重新分区操作。

LVM 就是要解决这个问题。

二、LVM 是什么？

LVM = Logical Volume Manager（逻辑卷管理器）。

它在物理硬盘和文件系统之间加了一层"逻辑抽象"，让你可以：

• • 把多块硬盘"合并"成一个大的存储池
• • 从存储池里任意"切出"逻辑卷
• • 在线调整逻辑卷大小，不需要重启
• • 跨硬盘条带化（提速）、镜像（备份）、快照（时光机）

简单说：LVM 把"分区大小写死"变成了"弹性伸缩"。

三、LVM 三层架构

LVM 的核心是 三层模型：

┌─────────────────────────────────────────────┐
│  FS  ext4 / xfs / btrfs ...                 │   ← 文件系统
├─────────────────────────────────────────────┤
│  LV  Logical Volume  逻辑卷                 │   ← 你当成"分区"用
├─────────────────────────────────────────────┤
│  VG  Volume Group    卷组                   │   ← 存储池
├─────────────────────────────────────────────┤
│  PV  Physical Volume 物理卷                 │   ← 物理硬盘/分区
└─────────────────────────────────────────────┘

从下往上分别是：

1. PV（Physical Volume，物理卷）

• • 真实存在的物理硬盘或分区
• • 用 pvcreate 在磁盘（或分区）头部写入 LVM 元数据，使其成为 PV
• • 例：pvcreate /dev/sdb

2. VG（Volume Group，卷组）

• • 把一个或多个 PV 合并为一个"存储池"
• • 是 LVM 中最大的抽象单位
• • 例：vgcreate vg_data /dev/sdb /dev/sdc

3. LV（Logical Volume，逻辑卷）

• • 从 VG 中"切"出来的一段空间
• • 你在 LV 上格式化、挂载，就像使用一个普通分区
• • 例：lvcreate -L 50G -n lv_app vg_data

打个比方：

• • PV 是一块块砖
• • VG 是用砖砌成的水池
• • LV 是从水池里切出来装在容器里的水，水池变大变小都能切

四、PE 与 LE

这两个概念是 LVM 实现"动态调整"的基石。

PE（Physical Extent，物理盘区）

• • VG 把所有 PV 切成大小相等的"小块"，每块叫一个 PE
• • 默认大小是 4 MiB
• • 可以通过 vgcreate -s 8M vg_data 改成 8M、16M 等
• • PE 大小在 VG 创建时就固定了

LE（Logical Extent，逻辑盘区）

• • LV 由若干 LE 组成
• • 每个 LE 映射到底层某个 PE
• • LV 大小 = LE 数 × PE 大小

为什么要有 PE？因为 LVM 的所有扩容、迁移、条带化操作都是在 PE 级别完成的。把磁盘切成小方块的好处是：

• • 扩容时只需分配新的 PE
• • 缩容时只需释放部分 PE
• • 跨盘迁移时只需把 PE 重新映射

你可以用 pvs -o+pv_pe_count 看到 PE 数量。

五、LVM 解决了哪些问题？

六、LVM 不擅长的场景

LVM 不是银弹，下列场景要慎重：

• • 单机高并发数据库（尤其要求 IOPS 稳定）：条带化能提升吞吐，但 thin pool 满会出问题
• • 跨主机共享存储：LVM 是单机管理，多机同时操作会损坏元数据。需要共享存储请用 Ceph / GlusterFS
• • 生产环境不熟的情况下配置根分区 LVM：操作失误会导致系统无法启动，新手请先在测试盘上练手

下面我们从0开始，完成一个完整的 LVM 部署：创建 PV → VG → LV → 格式化 → 挂载 → 写入 fstab

实验环境

为了安全起见，建议先在虚拟机里操作：

1. 1. 准备一台 Linux 虚拟机（任意发行版，建议 RHEL 9 / Ubuntu 22.04 / openEuler 22.03）
2. 2. 在虚拟机设置里添加 1~2 块新硬盘（每块 5G 即可，不需要太大）
3. 3. 启动后用 lsblk 确认硬盘已被识别

$ lsblk
NAME            MAJ:MIN RM  SIZE RO TYPE MOUNTPOINT
sda               8:0    0   50G  0 disk
├─sda1            8:1    0    1G  0 part /boot
└─sda2            8:2    0   49G  0 part /
sdb               8:16   0    5G  0 disk      # ← 新加的硬盘
sdc               8:32   0    5G  0 disk      # ← 新加的硬盘

/dev/sdb 和 /dev/sdc 就是我们要用的"原料"。

操作流程图

整个流程一图看懂：

/dev/sdb ─┐
          ├─ pvcreate ─→  PV
/dev/sdc ─┘                  │
                             ↓
                        vgcreate ─→ VG（vg_data）
                             │
                             ↓ lvcreate -L 5G -n lv_demo
                             │
                        LV（/dev/vg_data/lv_demo）
                             │
                             ↓ mkfs.xfs
                             │
                        文件系统（xfs）
                             │
                             ↓ mount /mnt/lv
                             │
                        可用存储

一步一步做

第 1 步：确认环境

# 确认 lvm2 已安装
$ which lvm
/usr/sbin/lvm

# 确认要用的硬盘
$ lsblk -f /dev/sdb /dev/sdc
NAME  FSTYPE LABEL UUID MOUNTPOINT
sdb
sdc

如果 which lvm 没结果，装一下：

# RHEL / CentOS / openEuler
$ yum install -y lvm2

# Debian / Ubuntu
$ apt install -y lvm2

第 2 步：创建 PV（物理卷）

$ pvcreate /dev/sdb /dev/sdc
  Physical volume "/dev/sdb" successfully created.
  Physical volume "/dev/sdc" successfully created.

pvcreate 做的事很轻量：在硬盘开头写一个 LVM 标签（包含 UUID、metadata 等），不破坏原有数据。

警告：如果硬盘上有文件系统或重要数据，pvcreate 不会自动备份。建议先 wipefs 清掉，再 pvcreate。

第 3 步：创建 VG（卷组）

$ vgcreate vg_data /dev/sdb /dev/sdc
  Volume group "vg_data" successfully created

这样 /dev/sdb 和 /dev/sdc 就被合并成了 10G 的 VG。

技巧：VG 名字要简洁，一般用业务名，比如 vg_data、vg_app、vg_db。

第 4 步：创建 LV（逻辑卷）

# 创建 5G 的 LV，名字叫 lv_demo
$ lvcreate -L 5G -n lv_demo vg_data
  Logical volume "lv_demo" created.

# 或者用剩余空间的 100%（推荐用于第一个 LV）
$ lvcreate -l 100%FREE -n lv_demo vg_data

LV 创建完毕后，设备文件通常出现在 /dev/vg_data/lv_demo，同时有两个软链接：

$ ls -l /dev/vg_data/lv_demo
lrwxrwxrwx ... /dev/vg_data/lv_demo -> ../dm-0

第 5 步：格式化文件系统

$ mkfs.xfs /dev/vg_data/lv_demo
meta-data=/dev/vg_data/lv_demo   isize=512    agcount=4, agsize=327680 blks
...

xfs 是 RHEL/CentOS 默认；Ubuntu/Debian 默认是 ext4，按需选择：

$ mkfs.ext4 /dev/vg_data/lv_demo

第 6 步：挂载使用

$ mkdir -p /mnt/lv_demo
$ mount /dev/vg_data/lv_demo /mnt/lv_demo

# 验证
$ df -h /mnt/lv_demo
Filesystem                   Size  Used Avail Use% Mounted on
/dev/mapper/vg_data-lv_demo  5.0G   68M  5.0G   2% /mnt/lv_demo

小知识：/dev/vg_data/lv_demo 和 /dev/mapper/vg_data-lv_demo 是同一个设备。后者是 device-mapper 的实际路径，前者是 udev 自动创建的符号链接，效果一样。

第 7 步：写入 fstab（持久化）

如果重启时不希望挂载丢失，需要写 /etc/fstab：

# 先查 UUID（更稳定）
$ blkid /dev/vg_data/lv_demo
/dev/vg_data/lv_demo: UUID="a1b2c3d4-..." TYPE="xfs"

编辑 /etc/fstab，加一行：

UUID=a1b2c3d4-...   /mnt/lv_demo   xfs   defaults   0 0

强烈推荐用 UUID，因为设备名（/dev/sdb）在重启后可能变，UUID 是固定的。

测试 fstab 配置无误：

$ mount -a    # 不报错就说明配置 OK

验证整体流程