何德仙

曲靖工商職業(yè)技術(shù)學(xué)校

基于LINUX虛擬機(jī)LVM系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

何德仙

曲靖工商職業(yè)技術(shù)學(xué)校

何德仙（1977-）女，講師，研究方向：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及應(yīng)用。

本文介紹了目前磁盤(pán)動(dòng)態(tài)管理方法存在的不足，提出了LINUX 下LVM系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)磁盤(pán)動(dòng)態(tài)管理的思路和方法，用實(shí)驗(yàn)的過(guò)程實(shí)現(xiàn)了LINUX虛擬下多磁盤(pán)建立LVM系統(tǒng)的方法，有效地降低了實(shí)驗(yàn)成本、提高了實(shí)驗(yàn)效率。

Linux用戶在安裝配置Linux操作系統(tǒng)，并為系統(tǒng)進(jìn)行磁盤(pán)分區(qū)的時(shí)候，對(duì)于如何確定每個(gè)分區(qū)的容量，是比較困難的。因?yàn)榧匆紤]當(dāng)前每個(gè)分區(qū)的大小和用途，又要考慮在將來(lái)對(duì)分區(qū)的使用需求，還要考慮當(dāng)前實(shí)際硬盤(pán)的大小。如果考慮不全面，當(dāng)以后某個(gè)分區(qū)空間不足時(shí)，對(duì)這管理員來(lái)說(shuō)是一件棘手的事情，管理員要么備份整個(gè)分區(qū)數(shù)據(jù)，重新對(duì)硬盤(pán)分區(qū)，再恢復(fù)數(shù)據(jù)，然而這并不是一勞永逸的做法，工作量是非常大的，也會(huì)帶來(lái)安全隱患，以后可能還會(huì)面臨這樣的問(wèn)題。

當(dāng)然，也有一些解決辦法，如使用類(lèi)似Partition Magic這樣的可以動(dòng)態(tài)調(diào)整磁盤(pán)分區(qū)的工具，然而使用這類(lèi)工具并不能徹底解決問(wèn)題，首先是使用Partition Magic工具后需要重新啟動(dòng)系統(tǒng)才能生效，如果對(duì)于重要的服務(wù)器，重新啟動(dòng)系統(tǒng)或停機(jī)是不可接受的操作；其次是如果某個(gè)分區(qū)的空間再次被耗盡，就會(huì)再次產(chǎn)生同樣的難題；第三，對(duì)于添加新硬盤(pán)，如果需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)能跨越多個(gè)獨(dú)立硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器的文件系統(tǒng)時(shí)，分區(qū)調(diào)整方案就無(wú)法實(shí)現(xiàn)。

優(yōu)秀的解決方案是什么呢？基本思路是在不停機(jī)前提下，能夠?qū)ξ募到y(tǒng)的容量進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，而且還可以方便地實(shí)現(xiàn)文件系統(tǒng)跨越不同的獨(dú)立磁盤(pán)和分區(qū)。可喜的是，Linux系統(tǒng)提供的LVM機(jī)制，對(duì)于解決上述難題，提供了一個(gè)完美的解決方案。另一方面，在Linux教學(xué)過(guò)程中，LVM系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)與管理對(duì)計(jì)算機(jī)硬件環(huán)境有較高的要求，一般實(shí)驗(yàn)環(huán)境難以達(dá)到教學(xué)效果，也為實(shí)驗(yàn)管理人員帶來(lái)極大的挑戰(zhàn)，LINUX虛擬機(jī)為開(kāi)創(chuàng)這些實(shí)驗(yàn)環(huán)境提供了廣闊的空間。

LVM原理

LVM優(yōu)點(diǎn)

LVM全稱(chēng)為L(zhǎng)ogical Volume Manager，譯成中文名稱(chēng)叫邏輯卷管理，LVM系統(tǒng)最早應(yīng)用于IBM AIX系統(tǒng)上，后來(lái)由Heinz Mauelshagen在Linux 2.4內(nèi)核上實(shí)現(xiàn)。LVM系統(tǒng)是在硬盤(pán)或分區(qū)上建立的一個(gè)邏輯管理層，這可以將一個(gè)或多個(gè)硬盤(pán)的分區(qū)進(jìn)行邏輯集合，把不同大小的硬盤(pán)分區(qū)整合為另一個(gè)單位——卷組（Volume Group，VG），卷組可以看成是一個(gè)存儲(chǔ)池，系統(tǒng)管理員在卷組上根據(jù)需要建立一個(gè)或多個(gè)邏輯卷（Logical Volumes，LV），并進(jìn)一步在邏輯卷上創(chuàng)建文件系統(tǒng)。在以后的管理工作中，管理員可根據(jù)需要隨意調(diào)整卷組和邏輯卷的大小，當(dāng)硬盤(pán)的使用容量不足的時(shí)候，管理員可以繼續(xù)將額外的硬盤(pán)或分區(qū)加入到卷組中，再把卷組劃分到邏輯卷空間中。采用這樣的可持續(xù)空間的增減方法，即實(shí)現(xiàn)了磁盤(pán)空間的動(dòng)態(tài)管理，又解決了Partition Magic等工具的不足。

LVM相關(guān)概念及原理

LVM系統(tǒng)涉及物理分區(qū)、物理卷、物理區(qū)域、卷組、邏輯卷、邏輯區(qū)域等基本概念，要弄清LVM原理，首先要闡述清楚上述的幾個(gè)基本概念。

與LVM相關(guān)的幾個(gè)概念

（1）物理分區(qū)（Physical Partions）

物理分區(qū)指系統(tǒng)中的物理存儲(chǔ)設(shè)備（如硬盤(pán)）上建立的分區(qū)，如：在LINUX系統(tǒng)中，/dev/hda表示第一塊IDE接口硬盤(pán)、/dev/sdb表示第二塊SCSI接口硬盤(pán)，是存儲(chǔ)系統(tǒng)中最底層的物理存儲(chǔ)單元。

（2）物理卷（Physical Volume，PV）

物理卷簡(jiǎn)稱(chēng)PV，指是磁盤(pán)上的分區(qū)，在LINUX中物理卷是從物理分區(qū)上劃分出來(lái)的，物理卷處于LVM系統(tǒng)的最底層，一個(gè)物理卷可以包含整個(gè)物理磁盤(pán)，也可以是磁盤(pán)中的一個(gè)分區(qū)，但它與基本的物理分區(qū)是有差別的，它包含有與LVM管理相關(guān)的參數(shù)信息。

（3）物理區(qū)域（Physical Extent，PE）

物理區(qū)域是指在物理卷上劃分的基本單元，PE具有唯一的編址，是被LVM系統(tǒng)尋址的最小單位。PE的大小默認(rèn)是4MB，在創(chuàng)建物理卷時(shí)確定，但也是可調(diào)整的，然而大小一旦確定將不能更改。因此物理卷（PV）是由大小相等的基本單元物理區(qū)域（PE）組成。

（4）卷組（Volume Group，VG）

卷組簡(jiǎn)稱(chēng)VG，可以看成是單獨(dú)的邏輯磁盤(pán)，建立的邏輯卷（PV）之上，卷組可由一個(gè)或多個(gè)邏輯卷組成。在建立卷組時(shí)，一個(gè)卷組（VG）至少要包含一個(gè)物理卷（PV），之后還可以動(dòng)態(tài)地添加物理卷（PV）到卷組（VG）中。卷組是為后一步建立邏輯卷而準(zhǔn)備的。

（5）邏輯卷（Logical Volume，LV）

邏輯卷，英文名Logical Volume，簡(jiǎn)稱(chēng)LV，邏輯卷在使用過(guò)程中類(lèi)似于系統(tǒng)中的普通磁盤(pán)分區(qū)，但性質(zhì)又與普通分區(qū)有很大差別。邏輯卷是在卷組中創(chuàng)建的，創(chuàng)建邏輯卷時(shí)可在卷組容量范圍內(nèi)隨意設(shè)定大小，邏輯卷建立后還可以動(dòng)態(tài)地?cái)U(kuò)展或縮小空間，系統(tǒng)中可建立一個(gè)或多個(gè)邏輯卷，多個(gè)邏輯卷可以建立在同一個(gè)卷組上，也可以建立在不同的多個(gè)卷組上。建立好的邏輯卷，就可以在其上建立文件系統(tǒng)（比如/home或者/usr等）。

（6）邏輯區(qū)域（Logical Extent，LE）

邏輯區(qū)域（LE）是邏輯卷（LV）中可用于分配的最小存儲(chǔ)單元，邏輯區(qū)域的大小也是在建立邏輯卷時(shí)就確定的，取決于邏輯卷所在卷組中的物理區(qū)域的大小，也就是說(shuō)，在同一個(gè)卷組中，邏輯區(qū)域（LE）的大小和物理區(qū)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系統(tǒng)。創(chuàng)建順序是先創(chuàng)建PV，再創(chuàng)建VG，最后創(chuàng)建LV。也就是說(shuō)，首先創(chuàng)建一個(gè)物理卷（對(duì)應(yīng)一個(gè)物理硬盤(pán)分區(qū)或者一個(gè)物理硬盤(pán)），然后將分區(qū)或者硬盤(pán)加入到卷組中（相當(dāng)于一個(gè)邏輯上的大硬盤(pán)），再在這個(gè)大硬盤(pán)上劃分邏輯分區(qū)LV，最后，把LV邏輯卷格式化后，就可以像傳統(tǒng)分區(qū)那樣，把它掛載到一個(gè)掛載點(diǎn)上使用。LVM模型如圖1所示。

LINUX虛擬機(jī)LVM硬件環(huán)境仿真

VMware環(huán)境下硬件環(huán)境的生成

為了實(shí)現(xiàn)LVM系統(tǒng)，在VMware的LINUX虛擬機(jī)（本例所用版本為Red Hat Enterprise LINUX 5）中，添加兩塊SCSI硬盤(pán)，一塊為容量為1GB，另一塊容量為2GB，作為L(zhǎng)INUX虛擬機(jī)中的物理存儲(chǔ)介質(zhì)。如圖2所示。

LINUX虛擬機(jī)磁盤(pán)分區(qū)管理

在LINUX系統(tǒng)中，上述添加的兩塊磁盤(pán)設(shè)備分別標(biāo)識(shí)為”/dev/sdb”和”/dev/sdc”，可以用fdisk命令進(jìn)行查看和分區(qū)（命令狀態(tài)下），當(dāng)然也可以在圖形環(huán)境下操作。在本例中，把”/dev/sdb”設(shè)備分為”/dev/sdb1”和 ”/dev/sdb2” 兩個(gè)分區(qū)，容量分別為400MB和624MB，把”/dev/sdc”設(shè)備分為”/dev/sdc1”、 ”/dev/sdc2”和/dev/sdc3” 等三個(gè)分區(qū)，容量分別為800MB、1024MB和224MB。并把五個(gè)分區(qū)都設(shè)置為”Linux LVM”類(lèi)型，詳細(xì)分區(qū)過(guò)程可查閱相關(guān)文獻(xiàn)。分區(qū)結(jié)果如圖3所示。（注：因LINUX分區(qū)大小以cylinders數(shù)確定，所以實(shí)際容量與理論上有一定誤差）

LVM系統(tǒng)建立與管理

完成上述操作以后，LVM系統(tǒng)的硬件仿真平臺(tái)基本生成，后面的工作就是建立與管理PV、VG和LV。

圖1　LVM結(jié)構(gòu)模型

圖2　LINUX虛擬中添加硬盤(pán)

圖3　磁盤(pán)分區(qū)的建立

圖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節(jié)中創(chuàng)建好的分區(qū)上建立的，PV的設(shè)備文件使用系統(tǒng)中現(xiàn)有的磁盤(pán)分區(qū)設(shè)備文件的名稱(chēng)，且生成的PV的名稱(chēng)也與分區(qū)名稱(chēng)相同。圖4所示是在”/dev/sdb1/”～”/dev/sdc3”等5個(gè)分區(qū)上創(chuàng)建PV的命令及結(jié)果。

VG生成與管理

在創(chuàng)建好PV后，使用”vgcreate”命令可建立VG。卷組設(shè)備文件使用/dev目錄下與卷組同名的目錄表示，該卷組中的所有邏輯設(shè)備文件都將建立在該目錄下，卷組目錄是在使用vgcreate命令建立卷組時(shí)創(chuàng)建的。一個(gè)VG可包含一個(gè)或多個(gè)PV。例如，使用下列命令是分別用”/dev/sdb1/”～”/dev/sdc3”等5個(gè)PV創(chuàng)建一個(gè)名為”vg001”的卷組：

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

在上條命令中，沒(méi)加參數(shù)指定PE的值，因此默認(rèn)的PE為4MB，如需加大可以用－L選項(xiàng)。如有還有需要，還可使用”vgextend”命令擴(kuò)充VG的容量。VG生成后，可以用命令”vgdisplay vg001”來(lái)查看”vg001”卷組的參數(shù)，圖5可以看出，5個(gè)物理卷構(gòu)成的卷組總?cè)萘浚╒G Size）約為3GB，與原始分區(qū)容量之和相等。

LV生成與管理

建立好VG后，可以使用lvcreate命令在已有VG上建立LV。邏輯卷設(shè)備文件位于其所在的卷組的卷組目錄中，該文件是使用lvcreate命令建立LV時(shí)創(chuàng)建的。例如，要在卷組”vg001”上創(chuàng)建一個(gè)名稱(chēng)為”lv01”，大小為500M 的LV，使用下面命令：

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

LV創(chuàng)建成功后，使用’’lvdisplay”命令查看它的參數(shù)，如圖6所示。

當(dāng)LV的容量以后面的使用中不能滿足需要時(shí)，可以利用”lvextend”命令進(jìn)行擴(kuò)充，把VG中的空閑空間再分配到LV中，另一方面，當(dāng)LV的空間太大時(shí)，可以利用”lvreduce”命令來(lái)減小它的容量，非常方面地做到容量的動(dòng)態(tài)調(diào)整。也可以移除不需要的LV、VG及PV，具體操作方式讀者可查閱相關(guān)文獻(xiàn)。

邏輯卷創(chuàng)建好后，使用命令”mkfs.ext2/dev/vg001/lv01”為”lv01”邏輯創(chuàng)建文件系統(tǒng)，然后再將它掛載（mount）到指定目錄，就可以當(dāng)成普通磁盤(pán)空間來(lái)使用。

總結(jié)

本文通過(guò)實(shí)際實(shí)驗(yàn)的方法，闡述了在LINUX虛擬機(jī)環(huán)境建立了多個(gè)虛擬磁盤(pán)，并在虛擬磁盤(pán)上建立多個(gè)分區(qū)，然后在這些分區(qū)上建立物理卷（PV）、卷組（VG）及邏輯卷（LV），最后在邏輯卷上創(chuàng)建文件系統(tǒng)并實(shí)現(xiàn)了磁盤(pán)的訪問(wèn)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)證實(shí)，LVM系統(tǒng)較傳統(tǒng)磁盤(pán)空間，在磁盤(pán)數(shù)量動(dòng)態(tài)添加、磁盤(pán)容量動(dòng)態(tài)調(diào)整方面，有著不可替代的優(yōu)勢(shì)，為磁盤(pán)存儲(chǔ)服務(wù)領(lǐng)域提拱了方便、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的有效途經(jīng)。同時(shí)，在硬件條件缺乏、投入資金有限的情況下，用LINUX虛擬機(jī)成功建立并訪問(wèn)了LVM系統(tǒng)，為實(shí)際實(shí)驗(yàn)教學(xué)帶來(lái)了極大的便利，也為開(kāi)創(chuàng)其他虛擬實(shí)驗(yàn)提供了參考價(jià)值。

圖5　卷組vg001的參數(shù)

圖6　邏輯卷lv01的參數(shù)