磁盘分区和 LVM

关于 Linux 磁盘分区和 LVM 概念、实操的讲解。

内容要点

• Linux 磁盘分区的基本知识
• 学会使用磁盘分区工具 fdisk
• 学会创建文件系统和挂装
• 理解静态分区的缺点以及 LVM 的优势
• 掌握 LVM 的相关术语以及逻辑结构
• LVM 系统的创建
• 学会扩展和缩减卷组以及逻辑卷

磁盘的两种分区管理方式

静态硬盘分区：通过静态分区管理，首先需要在磁盘上创建主分区、扩展分区和逻辑分区，然后对这些分区进行管理。

动态硬盘分区 LVM：在动态磁盘上存储数据，首先需要在磁盘上创建动态的卷组和逻辑卷，然后对这些卷进行管理。

磁盘分区的设备名

在 Linux 当中我们通过设备名来访问设备。Linux 下的所有设备名存放在 /dev 目录中。

Linux 中分区的设备名

分区	分区设备名
IDE 第 1 个硬盘（master）的第 1 个主分区	/dev/hda1
IDE 第 1 个硬盘（master）的第 2 个主分区	/dev/hda2
IDE 第 1 个硬盘（master）的第 3 个主分区	/dev/hda3
IDE 第 1 个硬盘（master）的第 4 个主分区	/dev/hda4
IDE 第 1 个硬盘（master）的第 1 个逻辑分区	/dev/hda5
IDE 第 1 个硬盘（master）的第 2 个逻辑分区	/dev/hda6
…………	…
IDE 第 2 个硬盘（slave）的第 1 个主分区	/dev/hdb1
IDE 第 2 个硬盘（slave）的第 2 个主分区	/dev/hdb2
…………	…
SCSI 第 1 个硬盘的第 1 个主分区	/dev/sda1
SCSI 第 1 个硬盘的第 2 个主分区	/dev/sda2
…………	…

关于磁盘分区设备的说明

• 与 Windows 系统不同，Linux 环境下没有盘符的概念。我们需要通过设备名对磁盘进行相应的操作。
• IDE 接口硬盘的设备名均以 /dev/hd 开头；SCSI/SAS/SATA/USB 接口硬盘的设备名均以 /dev/sd 开头。
• 数字 1~4 留给主分区或扩展分区使用，逻辑分区编号从 5 开始。只能有一个扩展分区。

Linux 与 Windows 分区对比

Linux 与 Windows 系统共存的磁盘分区情况

Linux 如何使用分区

在 Linux 操作系统中没有 Windows 所谓磁盘分区概念，而是将每个分区当成目录使用，此指定的目录即称为挂载点（mount point）

磁盘分区工具

fdisk（磁盘分区工具）命令详解

fdisk 是 Linux 下的一个命令式磁盘分区工具。

格式：fdisk <硬盘设备名>

选项：

子命令	说明
a	调整硬盘的启动分区
d	删除一个硬盘分区
l	列出所有支持的分区类型
m	列出所有命令
n	创建一个新的分区
p	列出硬盘分区表
q	退出 fdisk，不保存更改
t	更改分区类型
u	切换所显示的分区大小的单位
w	把设置写入硬盘分区表之后退出

如：

# 在命令行方式下显示指定硬盘的分区表信息
fdisk -l <硬盘设备名>

注意分区结束之后，使用 partprobe 命令重新读取分区表。

mkfs（创建文件系统）命令详解

格式：$ mkfs -t <fstype> -c <分区设备名>

其中：

• -t fstype：指定文件系统类型
• -c：建立文件系统前先检测有无坏块

如：

$ mkfs -t ext4 -c /dev/hda2 # 创建 Linux 原生格式的文件系统
# 事实上一般文件系统都没有坏块，因此 -c 很多时候可以不加
$ mkfs -t vfat /dev/hdb2 # 创建 Windows 原生格式的文件系统
$ mkfs.ext4 /dev/sda1

mount（挂装文件系统）命令详解

功能：挂装文件系统

格式：mount [选项] [<分区设备名>] [<挂装点>]

常用选项：

• -t <文件系统类型>：指定文件系统类型
• -r：使用只读方式来挂载
• -a：挂装 /etc/fstab 文件中记录的设备
• -o iocharset=cp936：使挂装的设备可以显示中文文件名
• -o loop：使用回送设备挂装 ISO 文件和映像文件

我们一般使用 df -h 检查挂装情况。

unmount（卸载文件系统）命令详解

命令格式：$ umount <分区设备名或挂装点>

如：

umount /dev/hda6
umount /dev/sdb1
umount /opt

挂装/卸装 文件系统的注意事项

• 挂装点目录必须存在；
• 应该在挂装目录的上级目录下进行挂装操作；
• 不能在同一个挂装点目录下挂装两个文件系统；
• 当文件系统处于“busy”状态时不能进行卸装。

文件系统处于“busy”状态的 3 种情况：

• 文件系统上面有打开的文件
• 有进程正在使用此文件系统上
• 文件系统上面的缓存文件正在被使用

fuser 命令详解

fuser 命令可以根据文件（目录、设备）查找使用它的进程，同时也提供了杀死这些进程的方法。 如：

# 查看挂装点有哪些进程需要杀掉
$ fuser -cu /mount_point
# 杀死这些进程（向其发送[SIGKILL, 9]信号）
$ fuser -ck /mount_point
# 卸载挂接点上的设备
$ umount /mount_point

系统启动时自动挂装文件系统

想要系统启动时自动挂装文件系统，则需要修改 /etc/fstab。

qfstab (file system table) 是一个纯文本文件，开机后，系统会自动搜索该文件中的内容，对列于该文件中的文件系统进行自动挂载。

由于文件系统的自动挂装是开机后自动挂装的，所以在执行时需要仔细检查命令是否标准，如空格、TAB 、dev 单词错误等细节，避免开机错误卡死。

使用 mount -a 命令可以立即挂载 /etc/fstab 中的所有文件系统，也方便检查修改的文件是否有问题。

利用虚拟机本身的备份功能能有效地避免灾难（确信）

/etc/fstab 文件的格式信息：

1. 每一行说明一个文件系统的挂载信息
2. 每一行由 6 列信息组成，列与列之间用 TAB 键隔开，一般格式如下：

挂装选项

选项	说明
defaults	使用 rw, suid, dev, exec, auto, nouser 和 async 挂装设备
acl/noacl	支持/不支持 POSIX Access Control Lists（ACL）
async/sync	以同步/非同步方式，执行文件系统的输入输出操作
atime/noatime	每次访问文件时都 更新/不更新 文件的访问时间，atime 为默认值，noatime 会提高文件系统的访问速度
auto/noauto	使用 mount -a 或开机时会不会自动挂装
dev/nodev	可不可以解读文件系统上的字符或区块特殊设备
exec/noexec	可以/不可以 执行文件系统上的二进制文件
suid/nosuid	开启/禁用 SUID 和 SGID 设置位
user/nouser	允许普通用户/仅超级用户来挂装此文件系统，若无显示定义，隐含启用 noexec,nosuid,nodev 参数
rw/ro	以读写/只读方式挂装文件系统

静态分区的缺点

在安装 Linux 的过程中如何正确地评估各分区大小是一个难题，因为系统管理员不但要考虑到当前某个分区需要的容量，还要预见该分区以后可能需要的容量的最大值。

当某个分区空间耗尽时，通常的解决方法是：

1. 使用符号链接（但会破坏 Linux 文件系统的标准结构）
2. 备份整个系统，清除硬盘，重新对硬盘分区，然后恢复数据到新分区（需要停机一段时间进行恢复操作）
3. 使用调整分区大小的工具，如 Patition Magic 等（需要停机一段时间进行调整）

LVM 相关术语

基本概念

LVM 是逻辑卷管理（Logical Volume Manager）的简称，它是 Linux 环境下对卷进行操作的抽象层，为文件系统屏蔽下层磁盘分区物理布局，从而提高磁盘分区管理的灵活性。

通过 LVM 系统管理员可以轻松管理磁盘分区，如：将若干个磁盘分区连接为一个整块的卷组（volume group），形成一个存储池。

管理员可以在卷组上随意创建逻辑卷组（logical volumes），并进一步在逻辑卷上创建文件系统。同样的，管理员也可以 通过 LVM 可以方便的调整卷组的大小，并可以对逻辑卷的大小进行调整。

物理卷

物理卷（physical volume, PV）在 LVM 系统中处于最底层。

物理卷可以是整个硬盘，硬盘上的分区，或者是从逻辑上与磁盘分区具有同样功能的设备（如：RAID）。

物理卷是 LVM 的基本存储逻辑块，但和基本的物理存储介质（如分区、硬盘等）比较，却包含有与 LVM 相关的管理参数。

物理区域

每一个物理卷被划分为基本单元（称为 Physical Extent, PE），具有唯一编号的 PE 是可以被 LVM 寻址的最小存储单元。

PE 的大小可根据实际情况在创建物理卷时指定，默认为 4MB。而 PE 的大小一旦确定将不能改变，同一个卷组中的所有物理卷的 PE 的大小需要保持一致。

卷组

卷组（Volume Group, VG）建立在物理卷之上，它由一个或多个物理卷组成。

• 卷组创建好后，可以直接添加物理卷到卷组中。在卷组上可以创建一个或多个 LVM 分区”（逻辑卷）；
• 一个 LVM 系统中可以只有一个卷组，也可以包含多个卷组。

LVM 的卷组可以看成非 LVM 系统中的物理磁盘。

逻辑卷

逻辑卷（Logical Volume, LV）建立在卷组之上，是从卷组中“切出”的一块空间。

逻辑卷创建之后，其大小可以按需伸缩。

LVM 的逻辑卷可以看成非 LVM 系统中的硬盘分区，在逻辑卷之上可以建立文件系统。

逻辑区域

逻辑卷也被划分为可被寻址的基本单位（称为 Logical Extent, LE）。

在同一个卷组中，LE 的大小和 PE 是相同的，并且一一对应。

LVM 的创建

LVM 组织结构

PV-VG-LV 的设备名

名称	含义	设备名
PV	物理卷：磁盘或分区	/dev/sda?
VG	卷组：一组磁盘和/或分区	/dev/<VGname>/(目录)
LV	逻辑卷：LVM 分区	/dev/<VG name>/<LVname>

创建 LVM 系统的步骤

创建 LVM 系统的步骤如下：

• 创建 LVM 类型的分区
• 在新硬盘或分区上创建物理卷
• 将新创建的物理卷添加到卷组
• 在卷组中创建逻辑卷
• 在逻辑卷中创建文件系统
• 挂装创建的文件系统

LVM 管理工具的使用

创建 LVM 的相关命令

# 转换分区类型（就是之前的步骤）
$ fdisk ...
# 创建物理卷
$ pvcreate <磁盘或分区设备名>
# 创建卷组
$ vgcreate <卷组名> <物理卷设备名> [...]
# 创建逻辑卷
$ lvcreate -L <逻辑卷大小> -n <逻辑卷名> <卷组名>
$ lvcreate -l <PE值> -n <逻辑卷名> <卷组名>
# 其中 PE 值可以通过使用命令 vgdisplay|grep "Free PE" 获得。一般用于精确分配所有剩下的空间

如：

# 创建两个物理卷
$ pvcreate /dev/sdb{1,5}
# 用已创建的2个物理卷创建名为 wwwVG 的卷组
$ vgcreate wwwVG /dev/sdb1 /dev/sdb5
# 在 wwwVG 卷组中创建大小为2GB，名字为 www 的逻辑卷
$ lvcreate -L 2G -n www wwwVG

查看卷信息

# 查看物理卷
$ pvdisplay [<物理卷设备名>]
# 查看卷组
$ vgdisplay [<卷组名>]
# 查看逻辑卷
$ lvdisplay [<逻辑卷卷设备名>]

扩展逻辑卷

若卷组中无剩余空间，则首先需要扩展卷组：

• 添加硬盘，在磁盘上创建 8e 类型的分区
• 在分区上创建物理卷
• 将物理卷添加到卷组中

$ vgextend <卷组名> <物理卷设备名> [...]
# 若卷组中有剩余空间，扩展卷组中的逻辑卷
$ lvextend -L <+逻辑卷增量> <逻辑卷设备名称>
$ lvextend -l <+PE值>  <逻辑卷设备名称>
# 对已扩展的逻辑卷中的文件系统进行容量扩展
$ resize2fs <分区或逻辑卷设备名>

如：

# 将两个物理卷扩展到已存在的VolGroup00卷组中
$ vgextend VolGroup00 /dev/sdb1 /dev/sdb2
# 在VolGroup00卷组中扩展LogVolHome逻辑卷，扩展大小为6GB
$ lvextend -L +6G /dev/VolGroup00/LogVolHome
# 为home文件系统（ext4）扩充容量
$ resize2fs -f /dev/VolGroup00/LogVolHome

缩减逻辑卷

• 使用 umount 命令卸载文件系统
• 使用 e2fsck 命令检查文件系统
• 使用 resize2fs 命令缩减文件系统容量

resize2fs /dev/……..  3G
# 缩减逻辑卷
lvreduce -L < -逻辑卷增量> <逻辑卷设备名称>
lvreduce -l < -PE值>  <逻辑卷设备名称>

LVM 常用命令集

任务	PV	VG	LV
创建	pvcreate	vgcreate	lvcreate
删除	pvremove	vgremove	lvremove
扫描列表	pvscan	vgscan	lvscan
显示属性	pvdisplay	vgdisplay	lvdisplay
扩展		vgextend	lvextend
缩减		vgreduce	lvreduce

• 可以使用 lvm help 命令显示上述命令的功能。
• 可以使用命令参数-h 查看每个命令的使用方法，如：# lvreduce -h