在 RHEL 中创建和扩展 LVM 逻辑卷

介绍

在这个实验中，你将学习在 Red Hat Enterprise Linux 系统上创建和管理 LVM（逻辑卷管理器）存储的基本过程。你将从准备物理磁盘开始，使用 parted 对其进行分区，并使用 pvcreate 将其初始化为 LVM 物理卷（PV）。接下来，你将使用 vgcreate 将这个 PV 汇集到一个卷组（VG）中，然后使用 lvcreate 从该组创建一个灵活的逻辑卷（LV）。初始设置以使用 XFS 文件系统格式化新的 LV 并将其持久挂载以供系统使用而结束。

在初始配置的基础上，你将探索 LVM 的关键优势之一：动态调整存储大小的能力。你将学习如何通过使用 vgextend 添加新的物理卷来扩展现有的卷组。随后，你将使用 lvextend 扩展逻辑卷以利用这个新空间，并使用 xfs_growfs 在线调整 XFS 文件系统的大小，以便在不宕机的情况下立即向操作系统提供额外的容量。

使用 parted 和 pvcreate 准备物理卷

在这一步中，你将开始管理存储，为逻辑卷管理器（LVM）准备物理磁盘。这涉及两个关键阶段：首先，使用 parted 实用程序对磁盘进行分区，其次，使用 pvcreate 命令将这些分区初始化为 LVM 物理卷（PV）。

逻辑卷管理器（LVM）概述

LVM 是 Linux 中一个强大的存储管理工具，它在物理存储设备之上提供了一个灵活的层。LVM 允许你从一个或多个物理设备创建抽象的“卷组”，然后从该池化的空间中划分出“逻辑卷”，而不是直接使用磁盘和分区。这使得调整存储大小、更换磁盘以及管理系统的存储变得更加容易，而无需停机。

LVM 中最基本的组件是物理卷（PV）。PV 是一个物理存储设备，例如硬盘分区或整个磁盘，它已被初始化以供 LVM 使用。

1. 为 LVM 创建分区

在 LVM 可以使用磁盘之前，你必须在磁盘上创建一个分区并将其类型设置为“LVM”。我们将使用 /dev/vdb 设备进行此练习。你将需要 sudo 权限来修改磁盘分区。

首先，在 /dev/vdb 设备上创建一个新的 GUID 分区表（GPT）。GPT 是物理存储设备上分区表布局的现代标准。

sudo parted /dev/vdb mklabel gpt

接下来，创建一个大小为 512 MiB 的单个分区。我们将此分区命名为 lvm-part1。

sudo parted /dev/vdb mkpart lvm-part1 1MiB 513MiB

现在，将分区类型设置为 lvm。此标志告诉系统此分区旨在与逻辑卷管理器一起使用。

sudo parted /dev/vdb set 1 lvm on

为了确保内核立即识别新分区，请运行 udevadm settle 命令。此命令等待 udev 守护程序处理所有设备事件，确保新分区 /dev/vdb1 可用。

sudo udevadm settle

最后，通过打印分区表来验证分区是否已正确创建。

sudo parted /dev/vdb print

你应该看到类似于以下内容的输出，显示一个启用了 lvm 标志的分区。

Model: Virtio Block Device (virtblk)
Disk /dev/vdb: 42.9GB
Sector size (logical/physical): 512B/512B
Partition Table: gpt
Disk Flags:

Number  Start   End    Size   File system  Name       Flags
 1      1049kB  538MB  537MB               lvm-part1  lvm

2. 将分区初始化为物理卷

创建分区并正确键入分区后，下一步是使用 pvcreate 命令将其初始化为 LVM 物理卷。此命令将 LVM 元数据写入分区，正式使其成为 LVM 系统的一部分。

运行以下命令以初始化 /dev/vdb1：

sudo pvcreate /dev/vdb1

成功的操作将产生以下消息：

  Physical volume "/dev/vdb1" successfully created.
  Creating devices file /etc/lvm/devices/system.devices

3. 显示物理卷信息

你现在可以检查新创建的物理卷。 pvs 命令提供了系统中所有 PV 的简要摘要，而 pvdisplay 提供了更详细的视图。

使用 pvs 查看快速摘要：

sudo pvs

输出将列出你的新 PV。请注意，它尚不属于任何卷组（VG）。

  PV         VG Fmt  Attr PSize   PFree
  /dev/vdb1     lvm2 ---  512.00m 512.00m

有关更多详细信息，请使用 pvdisplay：

sudo pvdisplay /dev/vdb1

此命令显示详细信息，包括 PV 名称、大小和唯一标识符（UUID）。

  "/dev/vdb1" is a new physical volume of "512.00 MiB"
  --- NEW Physical volume ---
  PV Name               /dev/vdb1
  VG Name
  PV Size               512.00 MiB
  Allocatable           NO
  PE Size               0
  Total PE              0
  Free PE               0
  Allocated PE          0
  PV UUID               xxxxxxxx-xxxx-xxxx-xxxx-xxxxxxxxxxxx

你现在已经成功地为 LVM 准备了一个物理分区。在下一步中，你将使用此 PV 创建一个卷组。

使用 vgcreate 从物理卷创建卷组

在这一步中，你将使用你在上一步中准备的物理卷（PV）来创建卷组（VG）。卷组是 LVM 的一个核心组件，它充当一个单一的、可管理的磁盘空间池，你可以从中创建逻辑卷。

了解卷组和物理扩展

卷组（VG） 将一个或多个物理卷聚合到一个存储池中。可以将其想象成将几个较小的水容器组合成一个大水箱。这种抽象是 LVM 具有灵活性的原因。

此存储池被划分为称为物理扩展（PE） 的小的、固定大小的块。默认情况下，PE 为 4 MiB。稍后创建逻辑卷时，你本质上是从卷组中分配一定数量的这些 PE。

1. 创建卷组

现在，你将使用 /dev/vdb1 物理卷创建一个名为 my_vg 的卷组。相应的命令是 vgcreate。

sudo vgcreate my_vg /dev/vdb1

如果命令成功，你将看到一条确认消息：

  Volume group "my_vg" successfully created

此命令创建了一个名为 my_vg 的新存储池，其中包含来自 /dev/vdb1 的所有可用空间。

2. 显示卷组信息

就像你对物理卷所做的那样，你可以显示有关新卷组的信息。 vgs 命令提供了一个摘要，而 vgdisplay 提供了详细的视图。

要获取系统中所有卷组的简洁摘要，请运行：

sudo vgs

输出将显示你的新 VG、其大小以及可用空间的数量。

  VG    #PV #LV #SN Attr   VSize   VFree
  my_vg   1   0   0 wz--n- 508.00m 508.00m

要获取有关你的特定卷组的更详细报告，请使用 vgdisplay：

sudo vgdisplay my_vg

此输出提供了全面的详细信息，包括 PE 大小、PE 总数以及仍有多少 PE 剩余。

  --- Volume group ---
  VG Name               my_vg
  System ID
  Format                lvm2
  Metadata Areas        1
  Metadata Sequence No  1
  VG Access             read/write
  VG Status             resizable
  MAX LV                0
  Cur LV                0
  Open LV               0
  Max PV                0
  Cur PV                1
  Act PV                1
  VG Size               508.00 MiB
  PE Size               4.00 MiB
  Total PE              127
  Alloc PE / Size       0 / 0
  Free  PE / Size       127 / 508.00 MiB
  VG UUID               xxxxxxxx-xxxx-xxxx-xxxx-xxxxxxxxxxxx

请注意，PE Size 为 4.00 MiB，并且你有 127 个 Free PE，这对应于卷组中的总可用空间。你现在已经成功创建了一个卷组，并且已准备好从中创建逻辑卷。

使用 lvcreate 和 mkfs.xfs 创建并格式化逻辑卷

在这一步中，你将从你创建的卷组中划分出一个可用的块设备，称为逻辑卷（LV）。一旦创建了 LV，它仍然只是原始存储空间。要在其上存储文件，你必须使用文件系统对其进行格式化。

了解逻辑卷和文件系统

逻辑卷（LV） 相当于传统的磁盘分区。它从卷组中的可用空间创建，并作为标准块设备呈现给操作系统。你可以在 LV 上创建文件系统，挂载它们，并使用它们来存储数据。关键优势在于可以轻松调整 LV 的大小，这对于物理分区来说要困难得多。

文件系统 是操作系统用来控制数据存储和检索方式的数据结构。它将设备（如 LV）的原始空间组织成文件和目录。对于本实验，我们将使用 XFS，它是一个高性能的、日志式文件系统，是 Red Hat Enterprise Linux 的默认文件系统。

1. 创建逻辑卷

你现在将从 my_vg 卷组创建一个名为 my_lv 的 256 MiB 逻辑卷。相应的命令是 lvcreate。

• -n my_lv：指定新 LV 的名称。
• -L 256M：将 LV 的大小设置为 256 兆字节。
• my_vg：要从中创建 LV 的卷组的名称。

执行以下命令：

sudo lvcreate -n my_lv -L 256M my_vg

成功的命令将产生此输出：

  Logical volume "my_lv" created.

2. 验证逻辑卷的创建

你可以使用 lvs 和 lvdisplay 命令检查你的新 LV。

要查看所有 LV 的摘要，请运行：

sudo lvs

输出将显示你的新 LV my_lv，位于 my_vg 组中。

  LV    VG    Attr       LSize   Pool Origin Data%  Meta%  Move Log Cpy%Sync Convert
  my_lv my_vg -wi-a----- 256.00m

对于详细视图，你可以指定 LV 的完整路径。LV 的路径通常是 /dev/VG_NAME/LV_NAME。

sudo lvdisplay /dev/my_vg/my_lv

这提供了详细信息，包括 LV 路径，你将在下一步中需要它。

  --- Logical volume ---
  LV Path                /dev/my_vg/my_lv
  LV Name                my_lv
  VG Name                my_vg
  LV UUID                xxxxxxxx-xxxx-xxxx-xxxx-xxxxxxxxxxxx
  LV Write Access        read/write
  LV Creation host, time host, 2023-10-27 10:30:00 +0000
  LV Status              available
  ## open                 0
  LV Size                256.00 MiB
  Current LE             64
  Segments               1
  Allocation             inherit
  Read ahead sectors     auto
  - currently set to     8192
  Block device           253:2

3. 使用 XFS 文件系统格式化逻辑卷

现在，你将使用 mkfs.xfs 命令使用 XFS 文件系统格式化 my_lv 逻辑卷。这将准备卷以存储文件。

sudo mkfs.xfs /dev/my_vg/my_lv

该命令将输出有关它正在创建的文件系统的详细信息。

meta-data=/dev/my_vg/my_lv       isize=512    agcount=4, agsize=16384 blks
         =                       sectsz=512   attr=2, projid32bit=1
         =                       crc=1        finobt=1, sparse=1, rmapbt=0
         =                       reflink=1
data     =                       bsize=4096   blocks=65536, imaxpct=25
         =                       sunit=0      swidth=0 blks
naming   =version 2              bsize=4096   ascii-ci=0, ftype=1
log      =internal log           bsize=4096   blocks=2560, version=2
         =                       sectsz=512   sunit=0 blks, lazy-count=1
realtime =none                   extsz=4096   blocks=0, rtextents=0

你的逻辑卷现在已格式化，可以挂载和使用。你将在下一步中执行此操作。

使用 /etc/fstab 持久挂载逻辑卷

在这一步中，你将使你创建和格式化的逻辑卷对系统可用。这涉及两个操作：创建一个目录作为“挂载点”，然后配置系统，以便在每次启动时自动将逻辑卷附加到此目录。

了解挂载和 /etc/fstab

一个已格式化的块设备，例如你的 my_lv 逻辑卷，在它被挂载之前不能直接使用。挂载是将文件系统附加到主文件系统树中的特定目录的过程。挂载后，你可以进入该目录以读取和写入设备上的文件。

为了确保在重新启动后自动挂载文件系统，你必须在 /etc/fstab（文件系统表）文件中为其添加一个条目。此文件包含系统应在启动时挂载的所有磁盘和分区的列表。

1. 创建挂载点

挂载点只是一个空目录，它将充当你的新文件系统的根目录。我们将为此目的创建一个名为 /data 的目录。

sudo mkdir /data

2. 在 /etc/fstab 中添加一个条目以进行持久挂载

现在，你需要告诉系统自动将你的 LV 挂载到 /data 目录。你将向 /etc/fstab 文件添加一个新行。此文件中的每一行都有六个字段：

1. 设备（Device）：要挂载的设备。在我们的例子中，是 /dev/my_vg/my_lv。
2. 挂载点（Mount Point）：要挂载到的目录。这里是 /data。
3. 文件系统类型（Filesystem Type）：文件系统的类型，即 xfs。
4. 挂载选项（Mount Options）：用于挂载的选项。 defaults 是一组适用于大多数情况的标准选项。
5. 转储（Dump）：由 dump 实用程序使用，以决定是否备份文件系统。 0 表示禁用。
6. 传递（Pass）：由 fsck 使用，以确定在启动时检查文件系统的顺序。 0 表示不检查。

我们将使用 echo 命令与 sudo tee -a 结合使用，将正确的行追加到 /etc/fstab，而无需文本编辑器。

echo '/dev/my_vg/my_lv /data xfs defaults 0 0' | sudo tee -a /etc/fstab

你可以通过查看文件的内容来验证该行是否已正确添加：

cat /etc/fstab

3. 挂载文件系统

现在 /etc/fstab 中存在该条目，你可以使用 mount 命令立即挂载它。因为挂载点 /data 在 /etc/fstab 中列出，所以你只需要提供目录名称。

sudo mount /data

系统将读取 /etc/fstab，找到 /data 的条目，并挂载相应的设备。

4. 验证挂载

要确认文件系统已成功挂载，你可以使用带有 -h（人类可读）选项的 df（磁盘空闲）命令。

df -h /data

输出应显示你的逻辑卷挂载在 /data 上，并显示其总大小和可用空间。

Filesystem                  Size  Used Avail Use% Mounted on
/dev/mapper/my_vg-my_lv     251M   28M  224M  11% /data

你还可以创建一个测试文件以确保你具有写入权限：

echo "My LVM is working!" | sudo tee /data/test.txt

然后，读回该文件以确认它已被写入：

cat /data/test.txt

My LVM is working!

你的逻辑卷现在已挂载，并且将在每次系统启动时自动可用。

使用 vgextend 和 lvextend 扩展卷组和逻辑卷

在这一步中，你将体验 LVM 最强大的功能之一：动态增加存储空间的能力。你将向你现有的卷组添加一个新的物理磁盘分区以扩展其总容量，然后扩展你的逻辑卷以使用一些新空间。

了解存储扩展

使用 LVM 的主要原因之一是其灵活性。当你空间不足时，你不需要执行复杂的数据迁移。相反，你可以简单地向卷组添加另一个物理磁盘（或分区），然后根据需要增长你的逻辑卷。所有这些都可以在线完成，无需卸载文件系统。

• vgextend：此命令将一个或多个物理卷添加到现有的卷组，从而增加其总大小。
• lvextend：此命令增加逻辑卷的大小，从其卷组内的空闲扩展中提取空间。

1. 准备新的物理卷

要扩展卷组，你首先需要一个新的物理卷。我们将在 /dev/vdb 设备上创建一个第二个分区，就像你在第一步中所做的那样。

首先，创建一个新的 512 MiB 分区。我们将其放置在第一个分区之后。

sudo parted /dev/vdb mkpart lvm-part2 513MiB 1025MiB

接下来，将分区类型设置为 lvm。

sudo parted /dev/vdb set 2 lvm on

确保内核识别新的分区 /dev/vdb2。

sudo udevadm settle

最后，将此新分区初始化为物理卷。

sudo pvcreate /dev/vdb2

你应该看到成功消息：

  Physical volume "/dev/vdb2" successfully created.

2. 扩展卷组

现在，使用 vgextend 命令将新的物理卷（/dev/vdb2）添加到你现有的卷组（my_vg）。

sudo vgextend my_vg /dev/vdb2

确认消息将指示成功：

  Volume group "my_vg" successfully extended

你可以使用 vgs 命令验证更改。注意 VSize 和 VFree 已经显着增加。

sudo vgs my_vg

  VG    #PV #LV #SN Attr   VSize    VFree
  my_vg   2   1   0 wz--n- 1022.00m 766.00m

my_vg 卷组现在跨越两个物理分区，并且有更多可用空间。

3. 扩展逻辑卷

由于卷组中有更多可用空间，你现在可以扩展你的逻辑卷。让我们将 my_lv 的大小从 256 MiB 增加到新的总大小 400 MiB。

带有 -L 选项的 lvextend 命令设置卷的新的绝对大小。

sudo lvextend -L 400M /dev/my_vg/my_lv

输出将确认调整大小操作。

  Size of logical volume my_vg/my_lv changed from 256.00 MiB (64 extents) to 400.00 MiB (100 extents).
  Logical volume my_vg/my_lv successfully resized.

使用 lvs 验证逻辑卷的新大小：

sudo lvs /dev/my_vg/my_lv

  LV    VG    Attr       LSize   Pool Origin Data%  Meta%  Move Log Cpy%Sync Convert
  my_lv my_vg -wi-ao---- 400.00m

重要提示： 你已成功扩展了逻辑卷（块设备），但驻留在其上的 XFS 文件系统尚未意识到这个新空间。如果你检查已挂载文件系统的大小，它仍将报告旧的大小。

df -h /data

Filesystem                  Size  Used Avail Use% Mounted on
/dev/mapper/my_vg-my_lv     251M   28M  224M  11% /data

在下一步中，你将调整文件系统的大小以填充逻辑卷中新可用的空间。

使用 xfs_growfs 调整 XFS 文件系统大小

在最后一步中，你将通过调整 XFS 文件系统的大小来完成存储扩展过程，使其能够识别你为其底层逻辑卷分配的额外空间。这是使新空间可用于存储文件的关键最后一步。

了解文件系统调整大小

当你扩展逻辑卷时，你只是在增加容器（块设备）的大小。该容器内的文件系统仍保持其原始大小，并且不知道设备末尾的新未使用空间。

对于 XFS 文件系统，xfs_growfs 命令用于扩展文件系统以填充底层设备。XFS 的一个主要优点是，此操作可以在线执行，同时文件系统已挂载并正在使用，无需停机时间。

1. 扩展 XFS 文件系统

xfs_growfs 命令以文件系统的挂载点作为其参数。在你的例子中，挂载点是 /data。

运行以下命令以扩展文件系统：

sudo xfs_growfs /data

该命令将输出有关更改的信息，指示数据块的旧数量和新数量。

meta-data=/dev/mapper/my_vg-my_lv isize=512    agcount=4, agsize=16384 blks
         =                       sectsz=512   attr=2, projid32bit=1
         =                       crc=1        finobt=1, sparse=1, rmapbt=0
         =                       reflink=1
data     =                       bsize=4096   blocks=65536, imaxpct=25
         =                       sunit=0      swidth=0 blks
naming   =version 2              bsize=4096   ascii-ci=0, ftype=1
log      =internal log           bsize=4096   blocks=2560, version=2
         =                       sectsz=512   sunit=0 blks, lazy-count=1
realtime =none                   extsz=4096   blocks=0, rtextents=0
data blocks changed from 65536 to 102400

关键行是 data blocks changed from 65536 to 102400，它确认文件系统已增长。

2. 验证新的文件系统大小

现在，再次运行 df -h 命令以验证文件系统大小是否反映了更改。

df -h /data

输出现在应显示新的、更大的大小，大约为 400 MiB。

Filesystem                  Size  Used Avail Use% Mounted on
/dev/mapper/my_vg-my_lv     395M   29M  367M   8% /data

你还可以检查你之前创建的测试文件是否仍然完好无损：

cat /data/test.txt

My LVM is working!

恭喜你！你已成功完成了整个 LVM 工作流程：从对物理磁盘进行分区和创建物理卷，到构建卷组、创建逻辑卷、格式化和挂载它，最后，在没有任何数据丢失的情况下动态地在线扩展它。

总结

在这个实验中，你学习了使用 RHEL 中的逻辑卷管理器（LVM）设置存储的基本工作流程。你首先准备了一个物理磁盘，使用 parted 创建了一个设置了 lvm 标志的分区，然后使用 pvcreate 将其初始化为物理卷（PV）。之后，你使用 vgcreate 将 PV 汇集到一个新的卷组（VG）中。从这个 VG 中，你使用 lvcreate 划分出一个逻辑卷（LV），使用 mkfs.xfs 格式化它，并将其配置为通过向 /etc/fstab 添加一个条目来实现持久挂载。

该实验还通过指导你完成扩展现有逻辑卷的过程，展示了 LVM 的灵活性。这包括准备一个新的物理卷，使用 vgextend 将其添加到卷组以增加总可用空间，然后使用 lvextend 扩展逻辑卷本身。最后，你使用 xfs_growfs 在线调整 XFS 文件系统的大小，使额外的存储空间可供操作系统使用，从而完成了动态存储管理的端到端过程。