基于LVM的系统扩容技术研究

魏培

摘要：近年来，随着大数据业务的使用，系统在运行时会产生大量的数据信息与日志文件并保存在磁盘中。由于在系统规划初期，对系统分区大小规划预期不足，很难合理规划磁盘空间，造成后期系统运行中经常出现系统分区磁盘不足的问题。当发生此类告警时，通常的分区很难动态调整大小，通常采用暂停业务，更换磁盘，数据备份与恢复的方式，该方式操作困难，程序复杂，有数据丢失的风险。在Linux系统里使用LVM（逻辑卷）技术，支持在线空间扩容，可以在用户无感知的情况下扩展系统分区容量，达到合理利用磁盘空间的目的。本文介绍了LVM技术，并在Linux系统里将分区做成逻辑卷，达到合理利用磁盘空间的目的。

关键词：LVM（逻辑卷）;物理卷（PV）;卷组（VG）;逻辑卷（LV）;扩容

中图分类号：TP391      文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2021）09-0043-03

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Research on System Expansion Technology Based on LVM

WEI Pei

（AHCERT，Hefei 230041，China）

Abstract： In recent years， with the use of big data business， a large number of data information and files will be generated and saved in the disk when the system is running. In the early stage of system planning， the expected size of the system partition planning is insufficient， and it is difficult to plan the disk space reasonably， resulting in the frequent shortage of the system partition disk in the later stage of system operation. When the disk capability alarm occurs， the usual partition is difficult to dynamically resize， usually by suspending business， replacing disk， data backup and recovery， which is difficult to operate， complex program， and has the risk of data loss. LVM （logical volume） technology is used in Linux system to support online space expansion， and the system partition capacity can be expanded without user awareness， so as to achieve the purpose of reasonable utilization of disk space. This paper introduces LVM technology， and makes partitions into logical volumes in Linux system， so as to make reasonable use of disk space.

Key words： LVM （logical volume）;Physical volume（PV）;Volume group （VG）;Logical volume （LV）;expansion

1 背景

目前Linux系统在正常运行中经常出现两个亟待解决的问题，一是某些系统分区利用率随着系统运行增长很快常达到90%多，需要人工清除历史文件或者迁移数据达到磁盘正常使用、业务正常运行的目的，二是在系统的运行中某些分区的数据量变化不大、分区利用率相对稳定，如果在系统规划时预留了较大的空间，这时这些空间不易划分给急需空间的分区使用，造成资源分配不均，磁盘空间浪费的现象。由此可见，找到系统在线运行时合理利用、调配磁盘资源的方法是亟待解决的问题。LVM技术的使用，尤其结合网络挂载的方式的使用可以很好地解决合理利用磁盘空间的目的。

2 关键技术介绍

2.1 LVM技术

LVM技术是目前比较成熟的磁盘分区管理技术，用于Linux系统中。它的设计理念是将服务器内的物理存储介质（大多为本地硬盘，或者是通过网络挂载的形式挂载到本地的存储介质）通过一定的操作做成可以为逻辑卷使用的零部件，这些零部件成为物理卷（LV）;然后将这些一个个零散的零部件通过一定的操作做成一個大的资源池，这个资源池称为卷组（VG），卷组就像网络系统里的网络资源池一样可以供用使用者按需索取资源;最后是按需向卷组索取空间做成逻辑卷（LV）。逻辑卷做成仅相当于普通分区里将硬盘做好了分区，后续是根据需要确定使用的文件系统类型进行格式化，不同的文件系统需要用不同的格式化命令。Linux系统常用文件格有ext3，ext4，xfs。最后建立挂载点，将该逻辑卷写入挂载文件，就可以使用了。

具体如图2。

2.2 LVM技术的优势

对于小型系统而言，通常的方式是基于分区建立文件系统，一个分区对应一个文件系统。这种通常的做法比较直观，分区之间相对独立存在，无相互联系，分区大小固定，当出现某些分区空间不足时只能把分区中的数据拷贝至其他更大的分区中;或是采用重新分区然后建立文件系统的方式;或采用符号连接的方式使用其他分区的空间。如果要把硬盘上的多个分区合并在一起使用，只能采用重新分区的方式，这样还会涉及数据的备份与恢复。由此可见基于分区建立的文件系统不易扩充，分区之间不能相互补给调和，不能灵活改变，磁盘空间不能充分合理利用，一旦涉及数据迁移业务需要中断，割接过程烦琐数据丢失风险较大;当采用LVM技术时，硬盘的多个分区由LVM统一为卷组管理，物理卷的大小和个数可以根据需要灵活设置和移除，卷组的容量也可以根据需要扩大和缩小，逻辑卷的大小可以由卷组创建获得其容量也可以根据需要临时扩容，这样方便了磁盘空间管理，达到了磁盘空间合理使用的目的。

对于使用很多硬盘的大系统中， LVM技术的应用可以增加了系统的扩展性。在一个有很多不同容量硬盘的大型系统中，对不同的用户的空间合理分配具有不可预见性。初期可以将用户或用户组的空间建立在LVM上，这样后期可以根据不同业务需要随时对各逻辑卷进行调整。当系统空间不足而加入新的硬盘时，只需把新的分区加入卷组并扩充逻辑卷即可。同样，使用LVM可以在不停服务的情况下。把用户数据从旧硬盘转移到新硬盘空间中去。

3 实际應用

在实际生产环境中，目前常用的是普通分区。其缺点是容量相对固定，后期难以更改，容易造成部分使用率大的分区达到容量预警甚至分区利用率达到90%以上;另外部分系统分区里的文件内容相对增长不大，造成磁盘空间浪费，为解决该问题。以实际生产环境的一台Linux6.5系统的服务器为例，进行系统的文件系统改造。

鉴于生产环境中该类设备一般使用年限较长，为了彻底解决该情况，使用替换设备且使用LVM的方式装系统，除了/boot分区（/boot分区含有系统启动文件，该分区较为特殊通常采用普通分区），其余的分区均采用逻辑卷的方式，初步将/home，/，swap分区都用逻辑卷的方式分出。具体过程部分如图3-4。完成后可以进入系统使用pvs，vgs，lvs查看如图5。

这样，逻辑卷就可以正常工作了。这个过程是在初装系统时采用逻辑卷的分区，也可以在系统装好后，对部分分区采用逻辑卷的形式，即将硬盘的某个分区或将整个硬盘作为做成物理卷的原材料，按照步诹做成PV、VG、LV，再格式化挂载至挂载点，实现部分文件系统的逻辑卷化。总之，逻辑卷技术灵活易用。当需要对系统文件的扩容操作，具体操作步骤（以ext文件系统为例）如图6。

该过程实施时需要看PV的大小是否满足要求，如果没有足够的PV可以临时将没有划分完的磁盘做出新分区，也可以启用设备里富余的硬盘，还可以通过网络挂载的方式从网络中挂载存储资源。这种扩容操作对用户无感知，在实际生产中减少了割接流程和风险，对保护用户数据、减少数据迁移带来的风险具有很好的效用。当文件系统需要较少容量时，LVM技术也可以实现，只是需要先将逻辑卷卸载，再做相应的逻辑卷缩减操作，这种做法虽然在实际操作中有些风险，但是可以实现，在实际生产中也是一种合理利用分区、管理分区的方法。

4 展望

本文运用了LVM技术，实现了对Linux服务器在线文件系统扩容，对磁盘空间的在线扩容、文件系统灵活管理具有重要的意义。在后续的系统运行中，通过扩容为本单位的数十台服务器进行了系统分区LVM优化，减少了因磁盘空间分布不均带来的资源浪费，节省了维护资金预算，提高了系统维护效率。本例中组成逻辑卷的磁盘均为本地磁盘，后期可以与网络挂载技术（如iscsi存储挂载，nas网络挂载）相结合，实现将本地的文件系统延伸至网络中。目前ansible 自动运维技术随着Linux 8版本的普及正在得到推广与实施，可以经过脚本实施批量的设备扩容。LVM还可以与RAID（redundant Arrays of Independent Disk）技术相结合既可以达到容错的目的又可以使系统在线扩容，相信LVM技术可以普遍应用可以在复杂的生产环境中，给文件系统扩容、系统容灾、数据恢复、数据备份等工作需求带来更多的便利。

参考文献：

[1] 王锋.基于LVM的连续数据保护系统的设计与实现[D].天津：南开大学，2008.

[2] 张天亮，刘小斌，于由美，等.Linux系统下LVM逻辑卷损坏后的数据恢复[J].中国管理信息化，2020，23（21）：149-150.

[3] 冯冬艳.一种基于LVM快照的数据库完全备份方式[J].机械工程与自动化，2020（1）：225-226.

【通联编辑：李雅琪】