基于硬盤構(gòu)建的RAID通常提供固定大小的存儲(chǔ)空間。管理員在初期規(guī)劃的存儲(chǔ)空間很難適應(yīng)業(yè)務(wù)的變化。如下圖所示，部署初期可能三個(gè)業(yè)務(wù)所需要的存儲(chǔ)空間大致相同，但隨著運(yùn)營的進(jìn)行，應(yīng)用2突然變成比較火爆，存儲(chǔ)空間被快速使用，從而導(dǎo)致存儲(chǔ)資源不夠的風(fēng)險(xiǎn)。而應(yīng)用1和應(yīng)用3則不溫不火，存儲(chǔ)資源有很多浪費(fèi)。

那么有沒有一種技術(shù)可以動(dòng)態(tài)的調(diào)整存儲(chǔ)資源的大小，可以保證在業(yè)務(wù)需要數(shù)據(jù)量大的時(shí)候能夠擴(kuò)容，業(yè)務(wù)需要數(shù)據(jù)量減小的時(shí)候可以進(jìn)行縮容？通過存儲(chǔ)資源的動(dòng)態(tài)調(diào)配，保證各個(gè)應(yīng)用的存儲(chǔ)空間有一定的空閑率，這樣既保證了存儲(chǔ)資源利用率，又避免單個(gè)應(yīng)用存儲(chǔ)資源耗盡的風(fēng)險(xiǎn)。

目前市面上的企業(yè)級(jí)存儲(chǔ)系統(tǒng)都是具備這個(gè)功能的，在存儲(chǔ)端稱為LUN的擴(kuò)容與縮容。如果我們的業(yè)務(wù)沒有使用企業(yè)級(jí)存儲(chǔ)，那就要借助主機(jī)端的軟件來實(shí)現(xiàn)。在Linux操作系統(tǒng)中也有類似的功能，稱為邏輯卷管理技術(shù)（Logical Volume Manager，簡稱LVM）。

LVM的邏輯架構(gòu)和原理都比較簡單，如下圖是LVM涉及的主要概念及相互關(guān)系。最底層是我們的存儲(chǔ)設(shè)備，通常是硬盤。當(dāng)然，也可以是基于企業(yè)級(jí)存儲(chǔ)映射過來的LUN。如果想使用LVM的功能，首先需要基于硬盤創(chuàng)建的物理卷，然后基于物理卷來創(chuàng)建卷組，最后在卷組上創(chuàng)建邏輯卷。

創(chuàng)建物理卷的過程相當(dāng)于對(duì)硬盤進(jìn)行了一個(gè)簡單的格式化，此后，硬盤中會(huì)包含一些元數(shù)據(jù)信息，例如PE（Physical Extent）和UUID的信息。基于物理卷可以創(chuàng)建卷組，卷組可以理解為一個(gè)包含所有PE的大池子（Pool）。而后，在該卷組上就可以創(chuàng)建邏輯卷了，邏輯卷根據(jù)創(chuàng)建是的特性來使用卷組中的物理卷。組成邏輯卷的基本單元稱為LE（Logical Extent），LE與PE有一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，具體關(guān)系與邏輯卷的類型有關(guān)，我們后面會(huì)詳細(xì)介紹。

基于上圖，我們從下往上簡要介紹一下LVM涉及的主要概念，希望大家能夠?qū)VM能夠有更加深入的理解。

• 物理卷（Physical Volume， PV）：物理卷構(gòu)建在塊設(shè)備之上，這些塊設(shè)備可以是機(jī)械硬盤、SSD、硬盤分區(qū)或者RAID。物理卷其實(shí)是在塊設(shè)備上做了一個(gè)簡單的格式化，在塊設(shè)備的指定位置寫入了一些元數(shù)據(jù)信息（后文會(huì)詳細(xì)介紹這部分內(nèi)容）。
• 物理塊（Physical Extent， PE）：物理卷被劃分為若干個(gè)物理塊，默認(rèn)物理塊的大小是4MB。物理塊是LVM管理的最小數(shù)據(jù)單元。
• 卷組（Volume Group, VG）: 卷組是一個(gè)抽象層，可以理解為企業(yè)級(jí)存儲(chǔ)的存儲(chǔ)池的概念，
• 邏輯卷（Logical Volume， LV）：邏輯卷是提供給用戶使用的卷，邏輯卷提供一個(gè)連續(xù)的線性空間，邏輯卷的空間來自物理卷。
• 邏輯塊（Logical Extent, LE）: 邏輯塊是邏輯卷的最小組成單元，邏輯塊的大小在創(chuàng)建卷組時(shí)確定。任何一個(gè)邏輯卷都是由若干個(gè)邏輯塊構(gòu)成。

創(chuàng)建一個(gè)簡單的邏輯卷

接下來我們實(shí)例來進(jìn)一步理解一下上述概念，我們會(huì)通過創(chuàng)建不同類型的邏輯卷來理解上述關(guān)系。為了能夠?qū)崿F(xiàn)上述操作，我們總共需要4塊硬盤，每個(gè)硬盤大小為1GB。大多數(shù)電腦可能不能滿足這個(gè)要求，我們可以通過虛擬機(jī)來完成操作實(shí)驗(yàn)。

首先需要基于硬盤來創(chuàng)建物理卷，創(chuàng)建物理卷很簡單，我們可以通過如下命令創(chuàng)建一個(gè)物理卷。

pvcreate /dev/sdb

這里面我們沒有使用額外的選項(xiàng)，直接在一個(gè)硬盤上創(chuàng)建了一個(gè)物理卷，是不是很簡單！我們可以通過pvdisplay命令來看一下物理卷的詳細(xì)信息，具體如下圖所示。可以看到里面包含PE的大小、數(shù)量和剩余數(shù)量等信息，另外還包括一個(gè)UUID，這個(gè)UUID用于唯一表示這個(gè)物理卷。

我們這里一共準(zhǔn)備了4塊硬盤， 分別在其他3塊硬盤（sdc、sdd和sde）執(zhí)行相同的命令即可。完成物理卷的創(chuàng)建后，我們就可以創(chuàng)建卷組了，執(zhí)行如下命令可以創(chuàng)建一個(gè)卷組。

vgcreate vg_test /dev/sdb /dev/sdc /dev/sdd /dev/sde

類似的，我們可以通過vgdisplay命令來查看卷組的詳細(xì)信息。由于沒有提供額外的參數(shù)，創(chuàng)建卷組命令使用的是默認(rèn)參數(shù)。通過詳細(xì)信息可以看出PE的大小是4MB，卷組的大小是3.98GB。卷組的大小之所以不是4GB是因?yàn)樵獢?shù)據(jù)占用了部分空間。每個(gè)硬盤大小是1GB，因此有255個(gè)PE，整個(gè)卷組有1020個(gè)PE。

卷組創(chuàng)建成功后，我們?cè)倏匆幌挛锢砭淼脑敿?xì)信息。可以看到PE相關(guān)信息得到了更新。其中PE的大小是4MB，數(shù)量為255，而且包含所屬卷組的信息。

卷組創(chuàng)建成功后，我們就可以基于卷組來創(chuàng)建邏輯卷了。我們這里創(chuàng)建一個(gè)最簡單的邏輯卷---線性卷。線性卷中的LE與物理卷中的PE有一對(duì)一的線性對(duì)應(yīng)關(guān)系。我們可以很容易的根據(jù)線性卷的偏移地址找到物理卷中的PE。如下命令是創(chuàng)建一個(gè)大小為100MB的線性卷。

lvcreate -L100 -n testlv vg_test

通過lvdisplay可以查看邏輯卷的詳細(xì)信息，可以看到該邏輯卷有25個(gè)LE。25個(gè)4MB的LE構(gòu)成了邏輯卷100MB的邏輯空間。

完成邏輯卷的創(chuàng)建后，我們?cè)倏匆幌挛锢砭淼脑敿?xì)信息。可以看到sdb上使用了25個(gè)PE。消耗的PE的數(shù)量與邏輯卷的LE的數(shù)量是一致的，也就是說邏輯卷的LE與物理卷的PE有一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。

在數(shù)據(jù)層面，此時(shí)邏輯卷的數(shù)據(jù)與物理卷的對(duì)應(yīng)關(guān)系如下圖所示。邏輯卷的25個(gè)LE與物理卷sdb的前25個(gè)PE對(duì)應(yīng)，位置也是一致的。有興趣的同學(xué)可以進(jìn)一步做一些實(shí)驗(yàn)，比如向邏輯卷0、4M和8M偏移的地方分別寫一些數(shù)據(jù)，然后在從物理卷對(duì)應(yīng)的位置讀取數(shù)據(jù)，以判斷對(duì)應(yīng)關(guān)系。需要注意的是，由于物理卷上有一些元數(shù)據(jù)，這些元數(shù)據(jù)會(huì)占用一些空間，所以PE的起始位置是1MB的地方，而非0。

對(duì)邏輯卷擴(kuò)容

前文已述，邏輯卷的最重要的特性之一就是卷的容量可以動(dòng)態(tài)調(diào)整。我們可以通過lvextend命令對(duì)邏輯卷擴(kuò)容。通過下面命令可以將邏輯卷testlv擴(kuò)容成200MB，此時(shí)該邏輯卷具有50LE，使用了50個(gè)PE。

lvextend --size 200 /dev/vg_test/testlv

大家可以再查看一下物理卷sdb的詳情，可以看到此時(shí)已分配的PE的數(shù)量變成了50。該命令不僅僅可以在原有的物理卷擴(kuò)容，也可以指定目的物理卷，比如下面命令：

lvextend --size 200 /dev/vg_test/testlv /dev/sdc

此時(shí)，新增加的100MB的容量所對(duì)應(yīng)的PE是在sdc上面。整個(gè)邏輯卷與兩個(gè)物理卷之間數(shù)據(jù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系如下圖所示。其中邏輯卷的綠色部分的LE在物理卷sdb上，紫色部分的LE在物理卷sdc上面。

LVM的其他操作

除了上述的線性卷外，LVM還有很多其他特性，比如鏡像卷、RAID卷和快照等特性。限于篇幅，本文不再一一贅述。這里以鏡像卷為例再深入介紹一下。為了驗(yàn)證簡單，我們?cè)诮酉聛淼牟僮髦皩⑶懊娴倪壿嬀韯h除。

lvremove /dev/vg_test/testlv

接下來以鏡像卷為例再深入介紹一下LVM的相關(guān)內(nèi)容。所謂鏡像卷，是指邏輯卷的數(shù)據(jù)會(huì)被同時(shí)放置到多個(gè)物理卷上。以兩個(gè)物理卷的鏡像卷為例，邏輯卷中的LE與物理卷PE之間的關(guān)系如下圖所示。比如LE0的數(shù)據(jù)會(huì)同時(shí)存儲(chǔ)在物理卷sdb的PE1和物理卷sdc的PE1上面。另外需要注意的是，LE0不一定對(duì)應(yīng)著PE1，而是跟物理卷可以使用的PE相關(guān)。

我們實(shí)際操作一下，創(chuàng)建一個(gè)鏡像卷。具體操作非常簡單，命令如下所示：

lvcreate -L 100 -m1 -n m_lv vg_test /dev/sdb /dev/sdc

在上述命令中-L用于指定邏輯卷的大小，-m1表示創(chuàng)建一個(gè)鏡像卷，-n用于指定邏輯卷的名稱。后面跟的兩個(gè)物理卷表示鏡像卷將創(chuàng)建在著兩個(gè)物理卷上。創(chuàng)建完成后，我們可以通過lvdisplay命令查看一下鏡像卷的詳情。

通過上圖可以看出，邏輯卷占用的LE是25個(gè)，具備一個(gè)段（Segments）空間。大家可能會(huì)好奇，邏輯卷與物理卷的對(duì)應(yīng)關(guān)系是怎么確定的？這部分內(nèi)容我們后續(xù)會(huì)詳細(xì)介紹，這里暫時(shí)不做介紹。

我們通過pvdisplay再看一下物理卷的詳細(xì)信息，需要關(guān)注的是這里消耗的PE的數(shù)量是26，而非25。也就是說比邏輯卷的空間多使用了一個(gè)PE的空間。大家可以考慮一下為什么會(huì)多消耗一個(gè)PE。

至此，我們對(duì)LVM的做了一個(gè)簡要的介紹，包括LVM中涉及的主要概念，邏輯卷的擴(kuò)容和邏輯卷與物理卷的映射關(guān)系等。后面我們會(huì)步步深入，介紹LVM的更多細(xì)節(jié)。