基于LVM的系統(tǒng)擴(kuò)容技術(shù)研究

魏培

摘要：近年來，隨著大數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的使用，系統(tǒng)在運行時會產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)信息與日志文件并保存在磁盤中。由于在系統(tǒng)規(guī)劃初期，對系統(tǒng)分區(qū)大小規(guī)劃預(yù)期不足，很難合理規(guī)劃磁盤空間，造成后期系統(tǒng)運行中經(jīng)常出現(xiàn)系統(tǒng)分區(qū)磁盤不足的問題。當(dāng)發(fā)生此類告警時，通常的分區(qū)很難動態(tài)調(diào)整大小，通常采用暫停業(yè)務(wù)，更換磁盤，數(shù)據(jù)備份與恢復(fù)的方式，該方式操作困難，程序復(fù)雜，有數(shù)據(jù)丟失的風(fēng)險。在Linux系統(tǒng)里使用LVM（邏輯卷）技術(shù)，支持在線空間擴(kuò)容，可以在用戶無感知的情況下擴(kuò)展系統(tǒng)分區(qū)容量，達(dá)到合理利用磁盤空間的目的。本文介紹了LVM技術(shù)，并在Linux系統(tǒng)里將分區(qū)做成邏輯卷，達(dá)到合理利用磁盤空間的目的。

關(guān)鍵詞：LVM（邏輯卷）;物理卷（PV）;卷組（VG）;邏輯卷（LV）;擴(kuò)容

中圖分類號：TP391? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）09-0043-03

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（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系統(tǒng)在正常運行中經(jīng)常出現(xiàn)兩個亟待解決的問題，一是某些系統(tǒng)分區(qū)利用率隨著系統(tǒng)運行增長很快常達(dá)到90%多，需要人工清除歷史文件或者遷移數(shù)據(jù)達(dá)到磁盤正常使用、業(yè)務(wù)正常運行的目的，二是在系統(tǒng)的運行中某些分區(qū)的數(shù)據(jù)量變化不大、分區(qū)利用率相對穩(wěn)定，如果在系統(tǒng)規(guī)劃時預(yù)留了較大的空間，這時這些空間不易劃分給急需空間的分區(qū)使用，造成資源分配不均，磁盤空間浪費的現(xiàn)象。由此可見，找到系統(tǒng)在線運行時合理利用、調(diào)配磁盤資源的方法是亟待解決的問題。LVM技術(shù)的使用，尤其結(jié)合網(wǎng)絡(luò)掛載的方式的使用可以很好地解決合理利用磁盤空間的目的。

2 關(guān)鍵技術(shù)介紹

2.1 LVM技術(shù)

LVM技術(shù)是目前比較成熟的磁盤分區(qū)管理技術(shù)，用于Linux系統(tǒng)中。它的設(shè)計理念是將服務(wù)器內(nèi)的物理存儲介質(zhì)（大多為本地硬盤，或者是通過網(wǎng)絡(luò)掛載的形式掛載到本地的存儲介質(zhì)）通過一定的操作做成可以為邏輯卷使用的零部件，這些零部件成為物理卷（LV）;然后將這些一個個零散的零部件通過一定的操作做成一個大的資源池，這個資源池稱為卷組（VG），卷組就像網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)里的網(wǎng)絡(luò)資源池一樣可以供用使用者按需索取資源;最后是按需向卷組索取空間做成邏輯卷（LV）。邏輯卷做成僅相當(dāng)于普通分區(qū)里將硬盤做好了分區(qū)，后續(xù)是根據(jù)需要確定使用的文件系統(tǒng)類型進(jìn)行格式化，不同的文件系統(tǒng)需要用不同的格式化命令。Linux系統(tǒng)常用文件格有ext3，ext4，xfs。最后建立掛載點，將該邏輯卷寫入掛載文件，就可以使用了。

具體如圖2。

2.2 LVM技術(shù)的優(yōu)勢

對于小型系統(tǒng)而言，通常的方式是基于分區(qū)建立文件系統(tǒng)，一個分區(qū)對應(yīng)一個文件系統(tǒng)。這種通常的做法比較直觀，分區(qū)之間相對獨立存在，無相互聯(lián)系，分區(qū)大小固定，當(dāng)出現(xiàn)某些分區(qū)空間不足時只能把分區(qū)中的數(shù)據(jù)拷貝至其他更大的分區(qū)中;或是采用重新分區(qū)然后建立文件系統(tǒng)的方式;或采用符號連接的方式使用其他分區(qū)的空間。如果要把硬盤上的多個分區(qū)合并在一起使用，只能采用重新分區(qū)的方式，這樣還會涉及數(shù)據(jù)的備份與恢復(fù)。由此可見基于分區(qū)建立的文件系統(tǒng)不易擴(kuò)充，分區(qū)之間不能相互補(bǔ)給調(diào)和，不能靈活改變，磁盤空間不能充分合理利用，一旦涉及數(shù)據(jù)遷移業(yè)務(wù)需要中斷，割接過程煩瑣數(shù)據(jù)丟失風(fēng)險較大;當(dāng)采用LVM技術(shù)時，硬盤的多個分區(qū)由LVM統(tǒng)一為卷組管理，物理卷的大小和個數(shù)可以根據(jù)需要靈活設(shè)置和移除，卷組的容量也可以根據(jù)需要擴(kuò)大和縮小，邏輯卷的大小可以由卷組創(chuàng)建獲得其容量也可以根據(jù)需要臨時擴(kuò)容，這樣方便了磁盤空間管理，達(dá)到了磁盤空間合理使用的目的。

對于使用很多硬盤的大系統(tǒng)中， LVM技術(shù)的應(yīng)用可以增加了系統(tǒng)的擴(kuò)展性。在一個有很多不同容量硬盤的大型系統(tǒng)中，對不同的用戶的空間合理分配具有不可預(yù)見性。初期可以將用戶或用戶組的空間建立在LVM上，這樣后期可以根據(jù)不同業(yè)務(wù)需要隨時對各邏輯卷進(jìn)行調(diào)整。當(dāng)系統(tǒng)空間不足而加入新的硬盤時，只需把新的分區(qū)加入卷組并擴(kuò)充邏輯卷即可。同樣，使用LVM可以在不停服務(wù)的情況下。把用戶數(shù)據(jù)從舊硬盤轉(zhuǎn)移到新硬盤空間中去。

3 實際應(yīng)用

在實際生產(chǎn)環(huán)境中，目前常用的是普通分區(qū)。其缺點是容量相對固定，后期難以更改，容易造成部分使用率大的分區(qū)達(dá)到容量預(yù)警甚至分區(qū)利用率達(dá)到90%以上;另外部分系統(tǒng)分區(qū)里的文件內(nèi)容相對增長不大，造成磁盤空間浪費，為解決該問題。以實際生產(chǎn)環(huán)境的一臺Linux6.5系統(tǒng)的服務(wù)器為例，進(jìn)行系統(tǒng)的文件系統(tǒng)改造。

鑒于生產(chǎn)環(huán)境中該類設(shè)備一般使用年限較長，為了徹底解決該情況，使用替換設(shè)備且使用LVM的方式裝系統(tǒng)，除了/boot分區(qū)（/boot分區(qū)含有系統(tǒng)啟動文件，該分區(qū)較為特殊通常采用普通分區(qū)），其余的分區(qū)均采用邏輯卷的方式，初步將/home，/，swap分區(qū)都用邏輯卷的方式分出。具體過程部分如圖3-4。完成后可以進(jìn)入系統(tǒng)使用pvs，vgs，lvs查看如圖5。

這樣，邏輯卷就可以正常工作了。這個過程是在初裝系統(tǒng)時采用邏輯卷的分區(qū)，也可以在系統(tǒng)裝好后，對部分分區(qū)采用邏輯卷的形式，即將硬盤的某個分區(qū)或?qū)⒄麄€硬盤作為做成物理卷的原材料，按照步諏做成PV、VG、LV，再格式化掛載至掛載點，實現(xiàn)部分文件系統(tǒng)的邏輯卷化?？傊?，邏輯卷技術(shù)靈活易用。當(dāng)需要對系統(tǒng)文件的擴(kuò)容操作，具體操作步驟（以ext文件系統(tǒng)為例）如圖6。

該過程實施時需要看PV的大小是否滿足要求，如果沒有足夠的PV可以臨時將沒有劃分完的磁盤做出新分區(qū)，也可以啟用設(shè)備里富余的硬盤，還可以通過網(wǎng)絡(luò)掛載的方式從網(wǎng)絡(luò)中掛載存儲資源。這種擴(kuò)容操作對用戶無感知，在實際生產(chǎn)中減少了割接流程和風(fēng)險，對保護(hù)用戶數(shù)據(jù)、減少數(shù)據(jù)遷移帶來的風(fēng)險具有很好的效用。當(dāng)文件系統(tǒng)需要較少容量時，LVM技術(shù)也可以實現(xiàn)，只是需要先將邏輯卷卸載，再做相應(yīng)的邏輯卷縮減操作，這種做法雖然在實際操作中有些風(fēng)險，但是可以實現(xiàn)，在實際生產(chǎn)中也是一種合理利用分區(qū)、管理分區(qū)的方法。

4 展望

本文運用了LVM技術(shù)，實現(xiàn)了對Linux服務(wù)器在線文件系統(tǒng)擴(kuò)容，對磁盤空間的在線擴(kuò)容、文件系統(tǒng)靈活管理具有重要的意義。在后續(xù)的系統(tǒng)運行中，通過擴(kuò)容為本單位的數(shù)十臺服務(wù)器進(jìn)行了系統(tǒng)分區(qū)LVM優(yōu)化，減少了因磁盤空間分布不均帶來的資源浪費，節(jié)省了維護(hù)資金預(yù)算，提高了系統(tǒng)維護(hù)效率。本例中組成邏輯卷的磁盤均為本地磁盤，后期可以與網(wǎng)絡(luò)掛載技術(shù)（如iscsi存儲掛載，nas網(wǎng)絡(luò)掛載）相結(jié)合，實現(xiàn)將本地的文件系統(tǒng)延伸至網(wǎng)絡(luò)中。目前ansible 自動運維技術(shù)隨著Linux 8版本的普及正在得到推廣與實施，可以經(jīng)過腳本實施批量的設(shè)備擴(kuò)容。LVM還可以與RAID（redundant Arrays of Independent Disk）技術(shù)相結(jié)合既可以達(dá)到容錯的目的又可以使系統(tǒng)在線擴(kuò)容，相信LVM技術(shù)可以普遍應(yīng)用可以在復(fù)雜的生產(chǎn)環(huán)境中，給文件系統(tǒng)擴(kuò)容、系統(tǒng)容災(zāi)、數(shù)據(jù)恢復(fù)、數(shù)據(jù)備份等工作需求帶來更多的便利。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王鋒.基于LVM的連續(xù)數(shù)據(jù)保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[D].天津：南開大學(xué)，2008.

[2] 張?zhí)炝?，劉小斌，于由美，?Linux系統(tǒng)下LVM邏輯卷損壞后的數(shù)據(jù)恢復(fù)[J].中國管理信息化，2020，23（21）：149-150.

[3] 馮冬艷.一種基于LVM快照的數(shù)據(jù)庫完全備份方式[J].機(jī)械工程與自動化，2020（1）：225-226.

【通聯(lián)編輯：李雅琪】