基于硬盤構建的RAID通常提供固定大小的存儲空間。管理員在初期規劃的存儲空間很難適應業務的變化。如下圖所示，部署初期可能三個業務所需要的存儲空間大致相同，但隨著運營的進行，應用2突然變成比較火爆，存儲空間被快速使用，從而導致存儲資源不夠的風險。而應用1和應用3則不溫不火，存儲資源有很多浪費。

那么有沒有一種技術可以動態的調整存儲資源的大小，可以保證在業務需要數據量大的時候能夠擴容，業務需要數據量減小的時候可以進行縮容？通過存儲資源的動態調配，保證各個應用的存儲空間有一定的空閑率，這樣既保證了存儲資源利用率，又避免單個應用存儲資源耗盡的風險。

目前市面上的企業級存儲系統都是具備這個功能的，在存儲端稱為LUN的擴容與縮容。如果我們的業務沒有使用企業級存儲，那就要借助主機端的軟件來實現。在Linux操作系統中也有類似的功能，稱為邏輯卷管理技術（Logical Volume Manager，簡稱LVM）。

LVM的邏輯架構和原理都比較簡單，如下圖是LVM涉及的主要概念及相互關系。最底層是我們的存儲設備，通常是硬盤。當然，也可以是基于企業級存儲映射過來的LUN。如果想使用LVM的功能，首先需要基于硬盤創建的物理卷，然后基于物理卷來創建卷組，最后在卷組上創建邏輯卷。

創建物理卷的過程相當于對硬盤進行了一個簡單的格式化，此后，硬盤中會包含一些元數據信息，例如PE（Physical Extent）和UUID的信息。基于物理卷可以創建卷組，卷組可以理解為一個包含所有PE的大池子（Pool）。而后，在該卷組上就可以創建邏輯卷了，邏輯卷根據創建是的特性來使用卷組中的物理卷。組成邏輯卷的基本單元稱為LE（Logical Extent），LE與PE有一定的對應關系，具體關系與邏輯卷的類型有關，我們后面會詳細介紹。

基于上圖，我們從下往上簡要介紹一下LVM涉及的主要概念，希望大家能夠對LVM能夠有更加深入的理解。

• 物理卷（Physical Volume， PV）：物理卷構建在塊設備之上，這些塊設備可以是機械硬盤、SSD、硬盤分區或者RAID。物理卷其實是在塊設備上做了一個簡單的格式化，在塊設備的指定位置寫入了一些元數據信息（后文會詳細介紹這部分內容）。
• 物理塊（Physical Extent， PE）：物理卷被劃分為若干個物理塊，默認物理塊的大小是4MB。物理塊是LVM管理的最小數據單元。
• 卷組（Volume Group, VG）: 卷組是一個抽象層，可以理解為企業級存儲的存儲池的概念，
• 邏輯卷（Logical Volume， LV）：邏輯卷是提供給用戶使用的卷，邏輯卷提供一個連續的線性空間，邏輯卷的空間來自物理卷。
• 邏輯塊（Logical Extent, LE）: 邏輯塊是邏輯卷的最小組成單元，邏輯塊的大小在創建卷組時確定。任何一個邏輯卷都是由若干個邏輯塊構成。

創建一個簡單的邏輯卷

接下來我們實例來進一步理解一下上述概念，我們會通過創建不同類型的邏輯卷來理解上述關系。為了能夠實現上述操作，我們總共需要4塊硬盤，每個硬盤大小為1GB。大多數電腦可能不能滿足這個要求，我們可以通過虛擬機來完成操作實驗。

首先需要基于硬盤來創建物理卷，創建物理卷很簡單，我們可以通過如下命令創建一個物理卷。

pvcreate /dev/sdb

這里面我們沒有使用額外的選項，直接在一個硬盤上創建了一個物理卷，是不是很簡單！我們可以通過pvdisplay命令來看一下物理卷的詳細信息，具體如下圖所示?？梢钥吹嚼锩姘琍E的大小、數量和剩余數量等信息，另外還包括一個UUID，這個UUID用于唯一表示這個物理卷。

我們這里一共準備了4塊硬盤， 分別在其他3塊硬盤（sdc、sdd和sde）執行相同的命令即可。完成物理卷的創建后，我們就可以創建卷組了，執行如下命令可以創建一個卷組。

vgcreate vg_test /dev/sdb /dev/sdc /dev/sdd /dev/sde

類似的，我們可以通過vgdisplay命令來查看卷組的詳細信息。由于沒有提供額外的參數，創建卷組命令使用的是默認參數。通過詳細信息可以看出PE的大小是4MB，卷組的大小是3.98GB。卷組的大小之所以不是4GB是因為元數據占用了部分空間。每個硬盤大小是1GB，因此有255個PE，整個卷組有1020個PE。

卷組創建成功后，我們再看一下物理卷的詳細信息?？梢钥吹絇E相關信息得到了更新。其中PE的大小是4MB，數量為255，而且包含所屬卷組的信息。

卷組創建成功后，我們就可以基于卷組來創建邏輯卷了。我們這里創建一個最簡單的邏輯卷---線性卷。線性卷中的LE與物理卷中的PE有一對一的線性對應關系。我們可以很容易的根據線性卷的偏移地址找到物理卷中的PE。如下命令是創建一個大小為100MB的線性卷。

lvcreate -L100 -n testlv vg_test

通過lvdisplay可以查看邏輯卷的詳細信息，可以看到該邏輯卷有25個LE。25個4MB的LE構成了邏輯卷100MB的邏輯空間。

完成邏輯卷的創建后，我們再看一下物理卷的詳細信息?？梢钥吹絪db上使用了25個PE。消耗的PE的數量與邏輯卷的LE的數量是一致的，也就是說邏輯卷的LE與物理卷的PE有一一對應的關系。

在數據層面，此時邏輯卷的數據與物理卷的對應關系如下圖所示。邏輯卷的25個LE與物理卷sdb的前25個PE對應，位置也是一致的。有興趣的同學可以進一步做一些實驗，比如向邏輯卷0、4M和8M偏移的地方分別寫一些數據，然后在從物理卷對應的位置讀取數據，以判斷對應關系。需要注意的是，由于物理卷上有一些元數據，這些元數據會占用一些空間，所以PE的起始位置是1MB的地方，而非0。

對邏輯卷擴容

前文已述，邏輯卷的最重要的特性之一就是卷的容量可以動態調整。我們可以通過lvextend命令對邏輯卷擴容。通過下面命令可以將邏輯卷testlv擴容成200MB，此時該邏輯卷具有50LE，使用了50個PE。

lvextend --size 200 /dev/vg_test/testlv

大家可以再查看一下物理卷sdb的詳情，可以看到此時已分配的PE的數量變成了50。該命令不僅僅可以在原有的物理卷擴容，也可以指定目的物理卷，比如下面命令：

lvextend --size 200 /dev/vg_test/testlv /dev/sdc

此時，新增加的100MB的容量所對應的PE是在sdc上面。整個邏輯卷與兩個物理卷之間數據的對應關系如下圖所示。其中邏輯卷的綠色部分的LE在物理卷sdb上，紫色部分的LE在物理卷sdc上面。

LVM的其他操作

除了上述的線性卷外，LVM還有很多其他特性，比如鏡像卷、RAID卷和快照等特性。限于篇幅，本文不再一一贅述。這里以鏡像卷為例再深入介紹一下。為了驗證簡單，我們在接下來的操作之前將前面的邏輯卷刪除。

lvremove /dev/vg_test/testlv

接下來以鏡像卷為例再深入介紹一下LVM的相關內容。所謂鏡像卷，是指邏輯卷的數據會被同時放置到多個物理卷上。以兩個物理卷的鏡像卷為例，邏輯卷中的LE與物理卷PE之間的關系如下圖所示。比如LE0的數據會同時存儲在物理卷sdb的PE1和物理卷sdc的PE1上面。另外需要注意的是，LE0不一定對應著PE1，而是跟物理卷可以使用的PE相關。

我們實際操作一下，創建一個鏡像卷。具體操作非常簡單，命令如下所示：

lvcreate -L 100 -m1 -n m_lv vg_test /dev/sdb /dev/sdc

在上述命令中-L用于指定邏輯卷的大小，-m1表示創建一個鏡像卷，-n用于指定邏輯卷的名稱。后面跟的兩個物理卷表示鏡像卷將創建在著兩個物理卷上。創建完成后，我們可以通過lvdisplay命令查看一下鏡像卷的詳情。

通過上圖可以看出，邏輯卷占用的LE是25個，具備一個段（Segments）空間。大家可能會好奇，邏輯卷與物理卷的對應關系是怎么確定的？這部分內容我們后續會詳細介紹，這里暫時不做介紹。

我們通過pvdisplay再看一下物理卷的詳細信息，需要關注的是這里消耗的PE的數量是26，而非25。也就是說比邏輯卷的空間多使用了一個PE的空間。大家可以考慮一下為什么會多消耗一個PE。

至此，我們對LVM的做了一個簡要的介紹，包括LVM中涉及的主要概念，邏輯卷的擴容和邏輯卷與物理卷的映射關系等。后面我們會步步深入，介紹LVM的更多細節。