LVM 邏輯卷冊

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LVM 邏輯卷冊

1.0 LVM 邏輯卷冊
LVM 原理
pvcreate 建立 PV
vgcreate 建立 VG
lvcreate 建立 LV
Linear Volume 線性模式
Stripe Volume 交織模式
Mirror Volume 鏡像模式
Snapshot Volume 快照模式
LVM 遷移/備份

1.0 LVM 邏輯卷冊
就算有經驗的老手在安裝系統時也一樣會遇到 partition 要如何規劃的困擾,如很難評估幾年後〝/home〞會有多少帳號要預留多大才夠?不得己情形下用 fdisk 或 parted 重新分割硬碟對系統管理者來說一直是個惡夢。雖有許多商業軟體如可不破壞資料動態調整 partition 的大小,但操作時要停止 Linux 的服務,這對 24 小時不關機的 server 也是罪大惡極。

1989 年發展出來的 LVM(Logical Volume Manager 邏輯卷冊管理員) 可有效的在 Linux 系統持續運作時變更 filesystem 的大小彌補了傳統固定 partition 容量的不足。

以下是一些 LVM 的優點：

彈性和動態調整： LVM 允許你建立虛擬的邏輯卷（LV），這些卷可以跨越多個物理硬碟或硬碟分割區。這提供了更大的彈性，可以隨時調整卷的大小，而無需關閉系統或影響運行中的應用程式。
資料遷移和遷移： LVM 允許你在不中斷服務的情況下遷移資料，例如將資料從一個物理硬碟遷移到另一個硬碟，或者將資料從一個邏輯卷遷移到另一個卷。這對於升級硬碟或重新組織存儲配置非常有用。
快照和備份： LVM 提供了快照功能，可以在不中斷系統運行的情況下創建磁碟卷的快照。這對於備份和數據恢復很有幫助，因為你可以在創建快照後進行操作，而原始數據保持不變。
容錯和冗餘： LVM 支援鏡像（Mirroring）模式，使你可以在多個物理硬碟之間創建冗餘複本，提高數據的容錯能力。如果一個硬碟失效，數據仍然可用。
容量的有效管理： LVM 允許你將物理硬碟的容量進行抽象化，從而更有效地管理和分配可用空間。
即時擴充： 你可以即時地擴充邏輯卷的大小，而不需要重新分割硬碟或暫停服務。
多個文件系統： LVM 允許在同一組物理硬碟上創建多個邏輯卷，這些卷可以運行不同的文件系統，以滿足不同的需求。

總之，LVM 提供了更靈活、更具效率和更容易管理的硬碟存儲方案，特別是對於需要隨著時間進行容量調整、遷移資料或保護數據的場景來說。

LVM 原理
LVM 可動態調整 partition 是利用〝虛擬儲存〞(Storage virtualization)技術, 而 LVM 更進一步如下圖把一個以上的 partition 或硬碟合併成一個大的虛擬裝置叫〝 Volume Group〞(VG)。

下圖範例的 Volume Group 就像一個虛擬大硬碟是由實體硬碟(Physical Volume) 的〝/dev/sda2〞,〝/dev/sda3〞,〝/dev/sdb2〞和一整個硬碟〝/dev/sdc〞所組合而成,而這個 Volume Group (VG) 可再加減 partition 或硬碟來達到縮放的目的。

而這個虛擬大硬碟 VG 再分割出的虛擬 partition 叫〝 Logical Volume〞(LV)。而 LV 也是虛擬的 partition 故也可縮放。

lvm

了解 LVM 原理後再來解說 LVM 的一些名詞,常出現在 LVM 的術語如下:

Physical Volume (PV)實體卷冊
實體硬碟或其所分割出來的 partition 就是一個 Physical Volume,但如為 partition 要把 partition ID 改為〝LVM〞好讓作業系統知道這些 partition 可組成邏輯卷冊 LVM。
Volume Group (VG) 卷冊群組
一個以上的 PV 可組成 Volume Group (VG),故可視為多個 partition 或硬碟合併成一個虛擬大硬碟,例如 user 有四個 250GB 的實體硬碟,可合併成一個 1T 的 VG,就可把此 VG 當一個大硬碟來管理。
- Physical Extend (PE) 實體延伸
  整個 VG 是由無數的 PE 組成,PE 可想像為 ext2 的 block,所以 PE 是VG 的最小單位,通常預設為 4M~32M(也可在建立 VG 時指定 PE 的大小)。同一VG 內所有 PE大小需一致故新的 PV 加入到 VG 後,PE 的大小自動更改為 VG 中定義的 PE 大小。
Logical Volume (LV) 邏輯卷冊
VG 再分割出的虛擬 partition 叫 Logical Volume。
- Logical Extend (LE)邏輯延伸
  LE 實際上就是 PE,只是在 LV 內叫 LE。在 VG 內調整 LV 的大小實際上就變動 PE 的數量但不用再格式化故也不會造成資料的遺失因只移動空的 LE。

了解原理後實作就不難了,其步驟大致如下:

建立 PV:
把一整個硬碟或 partition 用指令 pvcreate 轉為 PV,如是 partition 要把 ID 設為〝LVM〞後再轉為 PV。
建立 VG:
用 vgcreate 將一個以上的 PV 組成 VG。
建立 LV:
最後用 lvcreate 把 VG 分割出 LV。
掛載 LVM:
需一開機就掛載 LVM 可編輯〝/etc/fstab〞或把可能時常會變更大小的目錄如〝/home〞移到 LVM。

經過以上操作後最後得到的 Logical Volume (LV)這個虛擬 partition 就可和傳統硬碟無異的操作方式用 mkfs 來 format filesystem 再用 mount 來掛載。

pvcreate 建立 PV
PV (Physical Volume) 只是簡單的把整個硬碟或 partition 用 pvcreate 來轉換就 ok 了超級簡單!但如是 partition 最好把 ID 設為〝lvm〞。有一點要特别注意 partition 轉 PV 後原 partition 內的 filesystem 和資料可能會蒸發。如真的沒有多餘的硬碟可練習可利用虛擬儲存裝置。

下例一顆新 640G 硬碟〝/dev/sdc〞分割 4 個 partition 後把 partion #1~ partition #3 轉成 PV。

例 :

# parted /dev/sdc print ←列出 partiton 資訊
Model: ST964032 2AS (scsi)
Disk /dev/sdc: 640GB
Sector size (logical/physical): 512B/512B
Partition Table: gpt

Number Start   End    Size   File system Name Flags
1      17.4kB 160GB 160GB               p1
2      160GB   320GB 160GB               p2
3      320GB   480GB 160GB               p3
4      480GB   640GB 160GB               p4
# parted /dev/sdc set 1 lvm on ←將 partitoin#1 ID 設為〝lvm〞(如用 fdisk 操作 ID 為〝8e〞)
# parted /dev/sdc set 2 lvm on ←將 partitoin#2 ID 設為〝lvm〞
# parted /dev/sdc set 3 lvm on ←將 partitoin#3 ID 設為〝lvm〞
# pvcreate /dev/sdc1 /dev/sdc2 /dev/sdc3 ←將 partitoin#1~3 轉成 PV
Physical volume "/dev/sdc1" successfully created
Physical volume "/dev/sdc2" successfully created
Physical volume "/dev/sdc3" successfully created

如要整個硬碟轉 PV 如下例 :

# parted /dev/hdb mklabel loop ←將硬碟〝/dev/hdb〞內的 partition 都清除
# pvcreate /dev/hdb ←將整個硬碟〝/dev/hdb〞轉成 PV

建立 PV 就是那麼簡單,也可只把不同的地方寫在〝{ }〞裡面如 pvcreate /dev/sdc{1,2,3}= pvcreate /dev/sdc1 /dev/sdc2 /dev/sdc3。而 pvcreate /dev/sd{a,b}=pvcreate /dev/sda /dev/sdb。

上例中 parted 參數〝 mklabel loop 〞會把 partition 都清除,此功能為將儲存裝置 partition-table 清除且不可再分割 partition 但可直接轉 PV。或沒多餘的硬碟但想玩 LVM 可如下用 dd 和 losetup 創造 loop-device 。

例 :

# dd if=/dev/zero of=disk-image bs=1 count=0 seek=100M ←產生一100M 的 image-file
# losetup -fv disk-image ←將 image-file 對映到虛擬設備檔〝/dev/loopN〞
loop device is /dev/loop0
# parted /dev/loop0 mklabel loop ←將〝/dev/loop0〞設為不可再分割 partition
# pvcreate /dev/loop0 ←將〝/dev/loop0〞轉 PV
Physical volume "dev/loop0" successfully created

其他和 PV 有關的指令如下:

pvremove 移除 PV
pvremove 為移除 PV ,例如 pvremove /dev/hdb3。
pvmove PV 資料搬遷
如 pvmove /dev/sda3 會把〝/dev/sda3〞搬到其他空的 PV 上或指出搬到那裡如 pvmove /dev/sda3 /dev/sdc1 為將〝/dev/sda3〞內容都搬到〝/dev/sdc1〞(相同 VG 內的 PV 資料才可互相搬遷 )。
pvscan 掃描 PV
想知有那些 partition 被轉為 PV 可用 pvscan 掃描看看。
pvdisplay 顯示 PV 資訊
相較 pvscan 只是把找到的 PV 簡單的顯示, pvdislay [PV name] 會列出每一 PV 的詳細資訊。
pvs 顯示 PV 使用情形
和 pvdisplay 相較 pvs 比較徧向顯示 pv 使用情形和屬性。

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vgcreate 建立 VG
vgcreate 負責將一個以上的 PV 組成 VG,用法和 pvcreate 類似但要指定一個名稱給 VG,如下例把 PV〝/dev/sdc1〞和〝/dev/sdc3〞所組成 VG 取名為〝 MyVG〞。

例 :

# vgcreate MyVG /dev/sdc1 /dev/sdc3 ←〝/dev/sdc1〞和〝/dev/sdc3〞組成〝MyVG〞的 VG
Volume group "VG1" using metadata type lm2

經以上操作建立了一個名為〝 MyVG〞的 VG ,可以想像〝 MyVG〞為 PV〝/dev/sdc1〞和〝/dev/sdc3〞所組成的大硬碟,接下來可用 lvcreate分割成 LV。

vgcreate 建立 VG 時系統會根據 VG 的大小決定 PE 的大小,一般是 4M~32M。如要指定 PE 的大小可用選項〝-s #[KMGT]〞,# 為數字而 KMGT 為單位如 vgcreate VolGroup -s 8M /dev/sda 建立的 VG 其 PE 大小為 8M,但 PE 的大小必需為 2^N (N 為大於10 的正整數,如 2¹²,=4K)故最小 PE 為 1KiB ,決定 PE 的大小和決定 ext2/ext3 的 block 類似。

其他和 VG 有關的指令如下:

vgremove 移除 VG
vgremove 為移除 VG ,例如 vgremove MyVG 為移除整個〝 MyVG〞這個 VG。
vgscan 掃描 VG
想知系統有無 VG 可用 vgscan 掃描看看。
vgdisplay 顯示 VG 資訊
相較 vgscan 只是把找 VG, vgdislay[VG Nane] 會列出每一 VG 的詳細資訊如VG 的大小(VG Size)和 PE 大小(PE Size),可容納的 PE 數(Total PE)等,而 Tootal P:E x PE-size =VG Size (單位為 MiB 或 GiB)。

如時間久了可能會忘掉 VG 由那些 PV 所組成可用 vgdisplay -v 來顯示。
vgs 顯示 VG 資訊
vgs 徧向顯示屬性。
vgextend 擴充 VG
如事後想擴充 VG 容量可用 vgextend 來擴充,如 vgextend MyVG /dev/sdc2 為把 PV〝 /dev/sdc2〞擴充到〝 MyVG〞這個 VG。
vgreduce 縮減 VG
vgreduce 縮減 VG 為 vgextend 的反動作,如 vgreduce MyVG /dev/sdc2 為把〝 MyVG〞這個 VG 移除 PV〝 /dev/sdc2〞。
vgrename 更名 VG
如 vgrename MyVG MyVolGrop 為把 VG 名稱〝 MyVG〞改名為〝MyVolGrop〞。
vgchange 變更 VG 設置
如果 VG 可能因不明原因停止了 (inactive) 可 vgchange [VG_NAME] -ay 來啟動,相反的動作 vgchange [VG_NAME] -an 為停止 VG (可由 lvscan 來觀察 active/inactive 的狀態)。

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lvcreate 建立 LV
lvcreate 就類似傳統 fdisk 或 parted 分割硬碟 parition,只是 lvcreate 分割的是 VG。選項〝-L〞或〝--size〞為指定要分割 LV 的容量(如沒單位預設為 MB),如 lvcreate -L 10G MyVG 會把〝 MyVG〞這 VG 分割出 10G 的 LV。此 LV 的大小一定是 PE 的整數倍數,如不能整除會自行調整最接近的大小。

也可用選項〝l〞(小寫的 L)直接用 PE 數如 lvcreate -l 10000 MyVG。此時其大小為 PE-size x 1000,而總 PE 數(Total PE)和 PE 大小(PE-Size)可由 vgdisplay 得知。如不想花腦筋也可用 % 如 lvcreate -l 40%VG MyVolGrop 表示把〝 MyVolGrop〞這 VG 切 40% 來建立此 LV。

LV 的名稱預設為〝lvol#〞(#為數字),如要指定 LV 名稱要用選項〝-n〞如 lvcreate -L 1000 -n MyLV1 MyVG 從 VG〝 MyVG〞分割一大小 1GB 名稱為〝MyLV1〞的 LV。

建立了 LV 後會在〝 /dev〞目錄內產生〝 VG_NAME / LV_NAME〞相對應的儲存裝置(可由 lvscan -v 來得知)而後續的操作就可把這些儲存裝置名稱當實體的儲存裝置使用,可格式化後 mount 。(LV 實際的裝置檔名和 kpartx 類似映射到〝 /dev/mapper/〞內的 VG_NAME-LV_NAME)。

下例操作為規劃了一個 LV 後 fomrat 再掛載。

例 :

# lvcreate -L 2G -n MyLV1 MyVG ←從 VG〝MyVG〞規劃出名稱為〝MyLV1〞2G 大小的 LV
Logical volume "MyLV1" created
# lvscan -v ←掃描一下 LV 的裝置檔名
Finding all logical volumes
ACTIVE '/dev/MyVG/MyLV1' [2.00 GB] inherit
# mkfs -j /dev/MyVG/MyLV1 ←format 該 LV
# mount /dev/MyVG/MyLV1 /mnt ←掛載
# df -h ←確定一下掛載情形
Filesystem Size Used Avail Use% Mounted on
/dev/mapper/MyVG-MyLV1 2.0G 68M 1.9G 4% /mnt

LVM 最棒的地方是可彈性的調整 filesystem 的大小而不會破壞內容,如是增加容量甚至可線上作業,也就是可不停機的情況下進行,其步驟各如下。

增加 LV

用 lvextend 增加 LV 容量,用法和 lvcreate 類似,選項〝-L〞或〝-l〞來指定 LV 大小 (參考 lvextend 指令範例)。
用 rezise2fs (只支援 ext2/ext3/ext4 filesystem) lvextend 增加 LV 容量完成後記得後 rezise2fs 更改 LV 上的 filesystem 大小。(xfs filesystem 相對應的指令為 xfs_growfs,例: xfs_growfs /dev/myVG/myLV)

縮小 LV
縮減 LV要暫時的 umount 停機一下,步驟如下。

先 umount LV 上的 filesystem。
用 e2fsck 檢查 LV 上的 filesystem 。
用 resize2fs 更改 LV 上的 filesystem 大小。
用 lvreduce 縮小 LV(可能不支援 xfs filesystem)。
重新 mount LV 上的 filesystem。

如下例為續上例在 LV 已掛載下加大 filesystem 容量。

例 :(續上例)

# cp -a /etc/*.conf /mnt ←故意存一些檔案進去看調整大小過程中會不會被破壞
# lvextend -L 3G /dev/MyVG/MyLV1 ←將 LV 由原 2G 調為 3G
# df -h ←確定 filesystem 有無變大 ?
Filesystem              Size Used Avail Use% Mounted on
/dev/mapper/MyVG-MyLV1  2.0G 68M 1.9G  4%   /mnt ←size 還是一樣?因 LV 雖變大了但 filesystem 還沒調整
# rezise2fs /dev/MyVG/MyLV1←調整 filesystem 大小
# df -h ←再確定 filesystem 大小
/dev/mapper/MyVG-MyLV1  3.0G 68M 2.8G  3%   /mnt ←filesystem 變大了!(3G)
# ls /mnt ←確認一下 filesystem 的檔案有無被破壞

下為續上例但縮小 LV 的大小的測試, 但縮小 LV 有其限制,不能小於已使用的容量否則會造成資料損毀。但還是建議縮小 LV 時要先備份以防不測。

例 :(續上例)

# umount /mnt ←先卸載
# e2fsck -f /dev/MyVG/MyLV1 ←檢查 LV device-mapper 的完整性
# resize2fs /dev/MyVG/MyLV1 1G ←縮減 LV 上的 filesystem 到 1G
# lvreduce -L 1G /dev/MyVG/MyLV1 ←縮減 LV 到 1G
WARNING: Reducing active logical volume to 1.00 GB
THIS MAY DESTORY YOUR DATA(filesystem etc.)
Do you really want to reduce MyLV1? [y/n]: y ←會有造成資料損毀的警告(按<Y> 繼續)
# mount /dev/MyVG/MyLV1 /mnt ←重掛載
# ls /mnt ←確認一下 filesystem 的檔案有無被破壞

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其他和 LV 有關的指令如下:

lvremove 移除 LV
lvremove 為移除 LV ,移除時要接完整的 /dev/VG_NAME/LV_NAME 名稱如 lvremove /dev/mirror_vg/lvol01 。
lvscan 掃描 LV
掃描看有無 LV 和狀態。
lvdisplay 顯示 LV 資訊
列出每一 LV 的詳細資訊。
lvs 顯示 LV 資訊
lvs 徧向顯示屬性。其用法有點複雜,如下用於看目前的 LVM 工作在那一模式(mirror- striped 或 snap-shot等)。

例:

# lvs -o segtype,devices,lv_name
Type Devices LV
striped /dev/sdb2(0),/dev/sdb1(0) lvol0
lvextend 增加 LV 容量
擴充 LV 容量。
lvreduce 縮減 LV
縮減 LV。
lvresize 變更 LV 容量
和 lvextend 和 lvresize 的差別為 lvresize 可增加或縮減容量,雖方便但多了危險性。
lvrename 更名 LV
更名 LV,如 lvrename /dev/myvg/lv_old /dev/myvg/lv_new 和 lvrename myvg lv_old lv_new 這兩種用法都可以。
lvconvert 轉換 LV
用於 LV 模式的轉換,常用的用法如下:
lvconvert -m1 vg0/lvol1 把 Linear volume 轉 Mirror volume 。
lvconvert -m0 vg0/lvol1 把 Mirrored logical volume 轉 linear volume。
lvconvert --mirrorlog core vg0/lvol1 把 mirrored volume 的 mirror-log 由 RAM 改磁碟。
lvconvert --mirrorlog disk vg0/lvol1 把 mirrored volume 的 mirror-log 由磁碟改 RAM 。

預設 LV 是 Linear volume ,但 LV 也可工作在 Stripe volume 和 Mirror volume 模式,和額外的 Snapshot volume 功能各說明如下:

Linear Volume 線性模式
Linear(線性)模式是 LVM 的預設模式,因 LVM 最初的目的只想彈性的管理硬碟空間。

所謂〝 linear〞是指依序使用空間,例如有一 VG 由〝 /dev/sdb〞和〝/dev/sdc〞所組成 ,當把此 VG 用 lvcreate 再切成 LV 時可能先從〝 /dev/sdb〞收集 PE 來組成,不足時再動用另一個 PV〝 /dev/sdc〞。
Stripe Volume 交織模式
stripe (交織)為一檔案在寫入磁碟時會把檔案切成一段一段的平行寫入不同的 PV 以增加速度,讀取時亦然分別從不同的 PV 讀取部份的資料組成一檔案。stripe 模式雖可增加速度但伴隨的缺點為其一 PV 損壞就無法還原檔案故風險會增加。

例如有一 1G 大小的檔案每 512K 切成一段,奇數段寫入 PV〝 /dev/sdb〞偶數段寫入〝 /dev/sdc〞,兩顆硬碟分工其速度自然也比一顆硬碟快。兩顆硬碟分工就是 stripes =2,如硬碟夠多也可 stripes=3 ,=4 (stripes 數不能大於 PV 數)而要把一檔案切多大為 stripe-szie。

另點要注意的為 stripe 模式如規劃不當不但速度不會增加還可能變慢,例如 VG 由〝 /dev/sdb1〞和〝 /dev/sdb3〞所組成,就算檔案依 stripe-szie 打散平行存取到〝 /dev/sdb1〞和〝 /dev/sdb3〞事實上只對同一個硬碟存取且反而會造檔案不連續而大幅拖累速度。正確的規劃 stripe 其 VG 內的 PV 要來自不同的硬碟如 vgcreage vg_striped /dev/sda /sdev/sdb,

指定 LV 工作在 stripe 模式的選項為〝i #〞(#為 stripes 數),如 lvcreate -L 20G -i2 vg_striped 為 stripes =2。如要指定 stripe-szie選項為〝I#〞(#為數字,單位為 K,且值必需為 2^N),如 lvcreate -L 20G -i3 -I256 vg_striped, 為指定 stripe-size=256K 沒如此選項一般預設值 stripe-size 為 64 k。

如果 VG 內的 PV 大小不一,以 stipes =2 來說其可建立的 LV 最大容量為最小容量 PV 的二倍,例如一 VG內有二個 PV ,其 PE 數各為 1000 和 5000,而能建立的最大 LV 大小為 1000 x PE-size x2。同理 stripes=3 時可建立的最大容量 LV 為最小容量 PV 的三倍。

Mirror Volume 鏡像模式
mirror (鏡像)模式是兩個以上的 PV 互相複製就好像鏡子一樣,每一複製品為〝mirror-leg〞。

以最基本的 2 mirror-leg 兩個 PV 互相複製, 如下圖 PV#1(mirror-leg1) 和 PV#2(mirror-leg2) 內容是一模一樣,如其一個 mirror-leg 壞了其他 Morror leg 還留有 100% 的複製資料所以資料還在但此時會自動變 Linear Volume 繼續工作。mirror vulume 和 stripe volume 模式剛好相反,犧牲速度和容量只求安全。

選項〝m #〞(# 數字)可指定 lvcreate 建立的 LV 時工作在 mirror 模式,〝m 1〞表示動用一個額外的 PV 來複製故有兩個 mirror-leg而〝m 2〞有三個 mirror-leg。例如 lvcreate -L10G -m 1 vg_mirror 會產生一 10G 的 two-way mirror 模式的 LV,但預設需三個 PV,二個 PV互相複製,另一 PV 記錄 mirror 日誌資料(mirror-log)。如下圖所示:

lvm Mirror Volume

mirror-log (鏡像日誌資料)所需的空間會比 mirror-leg 小,假設要建立一 5GB 的 2 mirror-leg 的 LV,但 VG 內的 3 個 PV 大小不一各為 10GB/3GB/7GB,欲建立一 5G 的 LV 大於最小 PV(3GB) 時會自動匹配把最小的 PV (3GB) 用來當 mirror-log。而所能建立的最大 LV 容量以最小容量的 mirror-leg 為準(7GB)。[註1.0]

如要明確的指定 mirror-leg 和 mirror-log 的 PV,可在 lvcreate 最後加上 PV 順序,依序指定 mirror-leg1,mirror-leg2... 最後一個為 mirror- log 。例如 lvcreate -L10G -m 1 -n mirrorlv vg_mirror /dev/sda1 /dev/sdb1 /dev/sdc1 此時 PV〝 /dev/sda1〞和〝 /dev/sdb1〞為 mirror-leg,而〝 /dev/sdc1〞為 mirror-log

mirror volume 的 VG 規劃也會影響可靠度,如 VG 由 PV〝 /dev/sdb1〞和〝 /dev/sdb2〞和 /dev/sdb3〞所組成,實際是同一硬碟,萬一〝 /dev/sdb〞掛了有 mirror 也沒用,故使用 mirror 模式 VG 內的 PV 要用不同顆的硬碟。

如只有二個 PV 也有辦法跑 mirror volume,用次選項〝--mirrorlog core 〞把 mirror-log 放到 RAM 去,但相對的缺點為重開機時可能要花許多時間比對各 mirror-leg 有無一致。

例:

# lvcreate -L 3G -m1 --mirrorlog core vg_mirror /dev/sda /dev/sdb ←用二個 PV 跑 mirrored logical volume

下面我們來實作一下 2 mirror-leg 的 mirror volume 然後故意破壞其一 mirrow-leg 再來復原看看。

首先建立一 mirror volume 並掛載。

# vgcreate vg_mirr /dev/sdb /dev/sdc{1,2} ←建立 VG 的 PV 為〝/dev/sdb〞和〝/dev/sdc{1,2}〞
# lvcreate -L 1G -m1 -n lv0 vg_mirr /dev/sdb /dev/sdc1 /dev/sdc2 ←建立 mirror volume,〝/dev/sdb〞和〝/dev/sdc1〞為 mirror-leg 而〝/dev/sdc2〞為 mirror-log
# mkfs /dev/vg_mirr/lv0 ←格式化此 mirror volume
# mount /dev/vg_mirr/lv0 /mnt ←mount
# dd if=/dev/zero of=/mnt/file_test1 bs=100M count=1 ←寫一檔案測試一下

接下來搞破壞把其一 mirror leg 的 PV〝 /dev/sdb〞破壞看還可不可以正常讀寫。

# dd if=/dev/zero of=/dev/sdb bs=4K count=1000 ←破壞 PV〝/dev/sdb〞
# lvscan ←scan 一下 LV
Couldn't find device with uuid 'XuwhhB-585a-20lj-vr0-kGoo-0bmg-cGRv82 ←LV 已損壞
# echo > /mnt/file_test2 ←寫一檔案看看(一個 mirror-leg 壞了還可讀寫但會自動轉變為 linear voulme)

再下來把壞的 PV 移除換一新的 PV 讓 LV 繼續工作在 mirror volume。

# vgreduce --removemissing --force vg_mirr ←移除壞的 PV
# vgextend vg_mirr /dev/sdd ←加入一新的 PV〝/dev/sdd〞但新的 PV 最好不要小於壞的 PV
# lvconvert -m1 /dev/vg_mirr/lv0 /dev/sdd /dev/sdc1 /dev/sdc2 ←將 linear voume 轉 mirror volume
# mount /dev/vg_mirr/lv0 /mnt ←再掛載 mirror volume
# ls /mnt ←看一下之前的檔案安在否?
file_test1 file_test2

如 mirroed logical volume 失敗更換 VG 內的 PV 後也可試著用 lvconvert --repair [-f][-y] VG_NAME/LV_NAME 來維修,此為一互動的指令會提示是否替換任何失效的 PV, 跳過此提示可用選項〝-y〞如不替換失效的 PV選項為〝-f〞。

Snapshot Volume 快照模式
LVM 有一很實用的〝snapshot〞(快照)功能,[註 1.0A]此功能會複製出一模一樣的 filesystem ,常用來備份。

備份用 dd 或 cp 或 rsync 就好了何必再多此一舉?當然可以但如檔案很多時備份很花時間的而〝snapshot〞如其名像拍照一樣是瞬間完成。

為什麼 snapshot 可瞬間的備份 filesystem ? LVM snapshot 原理很類似硬連結(hard-link)只是硬連結利用兩個以上的 inode 指向同一筆資料而 snapshot 用 meta-data (中介資料)而不是傻傻的真的去複製檔案,故不管 filesystem 有多大皆神奇的瞬間備份完成。但因要維護 meta-data 故需一額外的空間來記錄但其空間又比真正的去複製檔案小很多,美中不足的是 snapshot volume 和 mirrored volume 不能共存。

選項〝-s〞可指定 lvcreate 建立快照,預設的快照 LV 名稱為〝lvol#〞(#為數字),也可用選項〝-n〞來指定快照 LV 名稱,因快照 LV要有一空間來維護 meta-data 故一定要和被快照的 LV 同一 VG。

例如 lvcreat -L 300M -s -n backup /dev/vg0/lvol2 為規劃一 300M 維護快照 meta-data 的空間,其快照 LV 名稱叫〝backup〞原 LV 裝置為〝/dev/vg0/lvol2〞。

下例我們來實測用快照來備份一個 filesystem 有多快?和測試只用少許維護 meta-data 的空間完全複製比 meta-data 空間大很多很多的 filesystem。

例:(假設己建了 VG〝MyVG〞)

# lvcreate -L 3G -n ori_lv MyVG ←建立 3G 大小名稱為〝ori_lv〞的 LV
# mkfs /dev/MyVG/ori_lv ←format 此 LV
# mkdir /mnt/ori ←建立目錄〝/mnt/ori〞
# mount /dev/MyVG/ori_lv /mnt/ori ←掛載 LV〝ori_lv〞到〝/mnt/ori〞

接下來故意放一些檔案到〝/mnt/ori〞
# dd if=/dev/zero of=/mnt/ori/1g-image bs=1 count=0 seek=1G ←產生 1G 的檔案
# cp /etc/*.conf /mnt/ori ←複製一些檔案進去

接下來產生一 300M 維護快照 meta-data 的空間,看可不可完全複製 3G 的 filesystem
# lvcreate -L 300M -s -n snap_backup /dev/MyVG/ori_lv ←產生一名稱為〝snap_backup〞快照 LV,維護 meta-data 空間為 300M
# mkdir /mnt/backup ←建立目錄〝/mnt/backup〞
# mount /dev/MyVG/snap_backup /mnt/backup ←掛載快照 LV〝snap_backup〞到〝/mnt/backup〞
# df -h /mnt/ori /mnt/backup ←比較兩者 filesystem 大小,應該是一模一樣
Filesystem                  Size Used Avail Use% Mounted on
/dev/maper/MyVG-ori_lv      3.0G 1.1G 1.8G   5% /mnt/ori
/dev/maper/MyVG-snap_backup 3.0G 1.1G 1.8G   5% /mnt/backup ←300M 的 meta-data 空間可備份超過 300M 的 filesystem(此為 3G)

由以上的測試可發現 snapshot 實在是神奇的備份工具,不但瞬間備份且只佔一點空間,更棒的是 LVM 2 (可用 lvm version 查 LVM 版本)連 snapshot-volume 也支援讀寫功能比起 LVM1 的 snapshot-volume 只能讀單純作備份功能更多元。

snapshot-volume 只備份當下的情形,往後各自讀寫原 LV 或 snapshot LV 是各自獨立而不是像 mirrored-volume 是同步的,故常用於升級前的測試或校調等反正玩壞了還有 snapshot-volume 的備份資料。但對 sanpshot -volume 或原 LV 讀/寫/修改/刪除/複製檔案等皆會慢慢消耗 snapshot-volume 的維護空間,尤其是複製消耗最快因是用〝寫時複製〞(copy on write) 。故要時常監控維護 snapshot 的 meta-data 空間,一旦到達 100% 時 snapshot-volume 為保資料的完整性此時只能讀不能寫。

如下用 lvdisplay 來監控 snapshot 的 meta-data 空間使用情形。

例:

# lvdisplay /dev/MyVG/snap_backup
--- Logical volume ---
LV Name /dev/MyVG/snap_backup
VG Name MyVG
LV UUID fFbaH4-33Hq-s7a3-e1mo-DPov-4wff-dvuAiI
LV Write Access read/write
LV snapshot status active destination for /dev/MyVG/ori_lv ←原 LV
LV Status available
# open 0
LV Size 3.0 GB
Current LE 768
COW-table size 300.00MB ←Copy On Wirte Talbe (維護 meta-data 大小)
COW-table LE 75
Allocated to snapshot 0.21% ←meta-data 使用情形不要讓其達到 100%
Snapshot chunk size 4.00 KB
Segments 1
Allocation inherit

LVM 遷移/備份
如把有 LVM 的硬碟搬到其他主機使用或主機在維護時怕不小心誤殺到有 LVM 的硬碟可用 vgexport 先導出(以 VG 為單位),搬到其他主機後再用 vgimport 導入,導出之前要先卸載和用 vgchange 先讓 VG 暫停(inactive),導入時再啟動 VG 再掛載。

如下範例為從本機先導出 LVM 。

# umount /mnt ←卸載
# vgchange -an my_vg ←inactive VG
# vgexport my_vg ←導出 LVM 的 VG
Volume group "my_vg" successfully exported

硬碟搬到其他主機後導入 LVM 範例如下。

# vgimport vg_u01 ←導出 LVM 的 VG
Volume group "my_vg" successfully imported
# vgchange -ay my_vg ←activate the VG
# mount /dev/my_vg/lv_0 /mnt←掛載

另外如怕 LVM 的組態損壞(如 VG 由那幾顆 PV 組成 LV 有多大等資料)可用 vgcfgbackup 來備份,用vgcfgrestore 來復原,選項〝-f〞接檔名。
例:

# vgcfgrestor vg01 -f myvg_backup ←備份 VG〝vg01〞的 metadata 到檔案〝myvg_backup〞
Volume group "vg01" successfully backed up.
# vgcfgrestore vg01 -f myvg_backup ←還原 VG〝vg01〞的 metadata
Restored volume group vg01

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[註1.0] 可用 dmsetup table 來觀察那個 PV 當 mirror-log 或 mirror-leg。

[註1.0A] Fedora 8 的快照功能似乎有 bug 無法建立 snap-volume。