基于LINUX虚拟机LVM系统的实现

何德仙

曲靖工商职业技术学校

基于LINUX虚拟机LVM系统的实现

何德仙

曲靖工商职业技术学校

何德仙（1977-）女，讲师，研究方向：计算机网络及应用。

本文介绍了目前磁盘动态管理方法存在的不足，提出了LINUX 下LVM系统实现磁盘动态管理的思路和方法，用实验的过程实现了LINUX虚拟下多磁盘建立LVM系统的方法，有效地降低了实验成本、提高了实验效率。

Linux用户在安装配置Linux操作系统，并为系统进行磁盘分区的时候，对于如何确定每个分区的容量，是比较困难的。因为即要考虑当前每个分区的大小和用途，又要考虑在将来对分区的使用需求，还要考虑当前实际硬盘的大小。如果考虑不全面，当以后某个分区空间不足时，对这管理员来说是一件棘手的事情，管理员要么备份整个分区数据，重新对硬盘分区，再恢复数据，然而这并不是一劳永逸的做法，工作量是非常大的，也会带来安全隐患，以后可能还会面临这样的问题。

当然，也有一些解决办法，如使用类似Partition Magic这样的可以动态调整磁盘分区的工具，然而使用这类工具并不能彻底解决问题，首先是使用Partition Magic工具后需要重新启动系统才能生效，如果对于重要的服务器，重新启动系统或停机是不可接受的操作；其次是如果某个分区的空间再次被耗尽，就会再次产生同样的难题；第三，对于添加新硬盘，如果需要创建一个能跨越多个独立硬盘驱动器的文件系统时，分区调整方案就无法实现。

优秀的解决方案是什么呢？基本思路是在不停机前提下，能够对文件系统的容量进行动态调整，而且还可以方便地实现文件系统跨越不同的独立磁盘和分区。可喜的是，Linux系统提供的LVM机制，对于解决上述难题，提供了一个完美的解决方案。另一方面，在Linux教学过程中，LVM系统的实现与管理对计算机硬件环境有较高的要求，一般实验环境难以达到教学效果，也为实验管理人员带来极大的挑战，LINUX虚拟机为开创这些实验环境提供了广阔的空间。

LVM原理

LVM优点

LVM全称为Logical Volume Manager，译成中文名称叫逻辑卷管理，LVM系统最早应用于IBM AIX系统上，后来由Heinz Mauelshagen在Linux 2.4内核上实现。LVM系统是在硬盘或分区上建立的一个逻辑管理层，这可以将一个或多个硬盘的分区进行逻辑集合，把不同大小的硬盘分区整合为另一个单位——卷组（Volume Group，VG），卷组可以看成是一个存储池，系统管理员在卷组上根据需要建立一个或多个逻辑卷（Logical Volumes，LV），并进一步在逻辑卷上创建文件系统。在以后的管理工作中，管理员可根据需要随意调整卷组和逻辑卷的大小，当硬盘的使用容量不足的时候，管理员可以继续将额外的硬盘或分区加入到卷组中，再把卷组划分到逻辑卷空间中。采用这样的可持续空间的增减方法，即实现了磁盘空间的动态管理，又解决了Partition Magic等工具的不足。

LVM相关概念及原理

LVM系统涉及物理分区、物理卷、物理区域、卷组、逻辑卷、逻辑区域等基本概念，要弄清LVM原理，首先要阐述清楚上述的几个基本概念。

与LVM相关的几个概念

（1）物理分区（Physical Partions）

物理分区指系统中的物理存储设备（如硬盘）上建立的分区，如：在LINUX系统中，/dev/hda表示第一块IDE接口硬盘、/dev/sdb表示第二块SCSI接口硬盘，是存储系统中最底层的物理存储单元。

（2）物理卷（Physical Volume，PV）

物理卷简称PV，指是磁盘上的分区，在LINUX中物理卷是从物理分区上划分出来的，物理卷处于LVM系统的最底层，一个物理卷可以包含整个物理磁盘，也可以是磁盘中的一个分区，但它与基本的物理分区是有差别的，它包含有与LVM管理相关的参数信息。

（3）物理区域（Physical Extent，PE）

物理区域是指在物理卷上划分的基本单元，PE具有唯一的编址，是被LVM系统寻址的最小单位。PE的大小默认是4MB，在创建物理卷时确定，但也是可调整的，然而大小一旦确定将不能更改。因此物理卷（PV）是由大小相等的基本单元物理区域（PE）组成。

（4）卷组（Volume Group，VG）

卷组简称VG，可以看成是单独的逻辑磁盘，建立的逻辑卷（PV）之上，卷组可由一个或多个逻辑卷组成。在建立卷组时，一个卷组（VG）至少要包含一个物理卷（PV），之后还可以动态地添加物理卷（PV）到卷组（VG）中。卷组是为后一步建立逻辑卷而准备的。

（5）逻辑卷（Logical Volume，LV）

逻辑卷，英文名Logical Volume，简称LV，逻辑卷在使用过程中类似于系统中的普通磁盘分区，但性质又与普通分区有很大差别。逻辑卷是在卷组中创建的，创建逻辑卷时可在卷组容量范围内随意设定大小，逻辑卷建立后还可以动态地扩展或缩小空间，系统中可建立一个或多个逻辑卷，多个逻辑卷可以建立在同一个卷组上，也可以建立在不同的多个卷组上。建立好的逻辑卷，就可以在其上建立文件系统（比如/home或者/usr等）。

（6）逻辑区域（Logical Extent，LE）

逻辑区域（LE）是逻辑卷（LV）中可用于分配的最小存储单元，逻辑区域的大小也是在建立逻辑卷时就确定的，取决于逻辑卷所在卷组中的物理区域的大小，也就是说，在同一个卷组中，逻辑区域（LE）的大小和物理区域（PE）的大小是相同的。

LVM模型

弄清楚上面的概念之后，就可依次建立LVM系统。创建顺序是先创建PV，再创建VG，最后创建LV。也就是说，首先创建一个物理卷（对应一个物理硬盘分区或者一个物理硬盘），然后将分区或者硬盘加入到卷组中（相当于一个逻辑上的大硬盘），再在这个大硬盘上划分逻辑分区LV，最后，把LV逻辑卷格式化后，就可以像传统分区那样，把它挂载到一个挂载点上使用。LVM模型如图1所示。

LINUX虚拟机LVM硬件环境仿真

VMware环境下硬件环境的生成

为了实现LVM系统，在VMware的LINUX虚拟机（本例所用版本为Red Hat Enterprise LINUX 5）中，添加两块SCSI硬盘，一块为容量为1GB，另一块容量为2GB，作为LINUX虚拟机中的物理存储介质。如图2所示。

LINUX虚拟机磁盘分区管理

在LINUX系统中，上述添加的两块磁盘设备分别标识为”/dev/sdb”和”/dev/sdc”，可以用fdisk命令进行查看和分区（命令状态下），当然也可以在图形环境下操作。在本例中，把”/dev/sdb”设备分为”/dev/sdb1”和 ”/dev/sdb2” 两个分区，容量分别为400MB和624MB，把”/dev/sdc”设备分为”/dev/sdc1”、 ”/dev/sdc2”和/dev/sdc3” 等三个分区，容量分别为800MB、1024MB和224MB。并把五个分区都设置为”Linux LVM”类型，详细分区过程可查阅相关文献。分区结果如图3所示。（注：因LINUX分区大小以cylinders数确定，所以实际容量与理论上有一定误差）

LVM系统建立与管理

完成上述操作以后，LVM系统的硬件仿真平台基本生成，后面的工作就是建立与管理PV、VG和LV。

图1　LVM结构模型

图2　LINUX虚拟中添加硬盘

图3　磁盘分区的建立

图4　物理卷的生成

PV生成

PV的生成是利用pvcreate命令在上述3.2节中创建好的分区上建立的，PV的设备文件使用系统中现有的磁盘分区设备文件的名称，且生成的PV的名称也与分区名称相同。图4所示是在”/dev/sdb1/”～”/dev/sdc3”等5个分区上创建PV的命令及结果。

VG生成与管理

在创建好PV后，使用”vgcreate”命令可建立VG。卷组设备文件使用/dev目录下与卷组同名的目录表示，该卷组中的所有逻辑设备文件都将建立在该目录下，卷组目录是在使用vgcreate命令建立卷组时创建的。一个VG可包含一个或多个PV。例如，使用下列命令是分别用”/dev/sdb1/”～”/dev/sdc3”等5个PV创建一个名为”vg001”的卷组：

[root@localhost～]#vgcreate vg001/dev/sdb1/dev/sdb2/dev/sdc1/dev/sdc2/dev/sdc3

在上条命令中，没加参数指定PE的值，因此默认的PE为4MB，如需加大可以用－L选项。如有还有需要，还可使用”vgextend”命令扩充VG的容量。VG生成后，可以用命令”vgdisplay vg001”来查看”vg001”卷组的参数，图5可以看出，5个物理卷构成的卷组总容量（VG Size）约为3GB，与原始分区容量之和相等。

LV生成与管理

建立好VG后，可以使用lvcreate命令在已有VG上建立LV。逻辑卷设备文件位于其所在的卷组的卷组目录中，该文件是使用lvcreate命令建立LV时创建的。例如，要在卷组”vg001”上创建一个名称为”lv01”，大小为500M 的LV，使用下面命令：

[root@localhost～]#lvcreate-L 500M-n lv01 vg001

LV创建成功后，使用’’lvdisplay”命令查看它的参数，如图6所示。

当LV的容量以后面的使用中不能满足需要时，可以利用”lvextend”命令进行扩充，把VG中的空闲空间再分配到LV中，另一方面，当LV的空间太大时，可以利用”lvreduce”命令来减小它的容量，非常方面地做到容量的动态调整。也可以移除不需要的LV、VG及PV，具体操作方式读者可查阅相关文献。

逻辑卷创建好后，使用命令”mkfs.ext2/dev/vg001/lv01”为”lv01”逻辑创建文件系统，然后再将它挂载（mount）到指定目录，就可以当成普通磁盘空间来使用。

总结

本文通过实际实验的方法，阐述了在LINUX虚拟机环境建立了多个虚拟磁盘，并在虚拟磁盘上建立多个分区，然后在这些分区上建立物理卷（PV）、卷组（VG）及逻辑卷（LV），最后在逻辑卷上创建文件系统并实现了磁盘的访问。通过实验证实，LVM系统较传统磁盘空间，在磁盘数量动态添加、磁盘容量动态调整方面，有着不可替代的优势，为磁盘存储服务领域提拱了方便、经济、实用的有效途经。同时，在硬件条件缺乏、投入资金有限的情况下，用LINUX虚拟机成功建立并访问了LVM系统，为实际实验教学带来了极大的便利，也为开创其他虚拟实验提供了参考价值。

图5　卷组vg001的参数

图6　逻辑卷lv01的参数