Linux LVM 完全指南：动态磁盘空间动态管理

佳哥很忙2024/6/2大约 11 分钟

概述

在 Linux 系统中，传统磁盘分区存在一个致命局限：一旦格式化文件系统，后续想要扩展存储空间只能局限于同一物理硬盘的剩余空间。如果硬盘满了，就必须手动将数据迁移到更大的硬盘 —— 这个过程耗时且易出错的操作。

而 LVM（逻辑卷管理器，Logical Volume Manager） 恰好解决了这一痛点。它能将多个物理硬盘的分区（或整个硬盘）“整合” 成一个统一的存储池，再从中划分出 “逻辑卷” 供系统使用。无论是需要扩容（添加新硬盘到存储池）、缩容（释放空间给其他逻辑卷），还是更换物理硬盘，都无需重建文件系统或迁移数据，实现了磁盘空间的动态、灵活管理。

LVM 的核心由三部分组成，理解这三层结构是掌握 LVM 的关键：

物理卷（PV，Physical Volume）：LVM 的 “最小存储单元”，可以是磁盘分区（如 /dev/sdb1）或整个物理硬盘（如 /dev/sdc），需通过 LVM 命令初始化（添加 LVM 元数据）；
卷组（VG，Volume Group）：LVM 的 “存储池”，由一个或多个 PV 组成。系统中可以创建多个 VG（如 “系统存储池”“数据存储池”），PV 只能属于一个 VG；
逻辑卷（LV，Logical Volume）：LVM 的 “最终使用单元”，从 VG 中划分出来，可格式化（如 ext4、xfs）并挂载到系统目录（如 /data），使用体验与传统分区完全一致，但支持动态扩容 / 缩容。

一、LVM 基础操作：从 0 到 1 搭建逻辑卷

首次使用 LVM 需遵循 “创建 PV → 创建 VG → 创建 LV → 格式化 → 挂载” 的流程，每一步都有明确的命令和验证方式，以下以实际场景为例（假设已有三块空闲磁盘分区 /dev/sdb1、/dev/sdc1、/dev/sdd1）。

1. 第一步：准备工作（检查磁盘与分区）

在操作前，需确认目标磁盘 / 分区未被使用（无挂载点、无文件系统），避免数据覆盖。常用命令：

# 查看所有磁盘与分区的状态（含挂载点、文件系统）
lsblk

# 查看分区的详细信息（确认是否已初始化）
fdisk -l /dev/sdb  # 替换为目标磁盘

关键验证点：目标分区（如 /dev/sdb1）的 “MOUNTPOINT” 列为空，“TYPE” 为 “part”（而非 “lvm”），说明未被使用。

2. 第二步：创建物理卷（PV）

使用 pvcreate 命令初始化分区，将其标记为 LVM 可用的 PV（会添加 LVM 元数据，不破坏原有数据，但建议对新分区操作）：

# 初始化多个分区为 PV（需 root 权限，sudo 或切换至 root）
sudo pvcreate /dev/sdb1 /dev/sdc1 /dev/sdd1

# 验证 PV 创建结果（查看 PV 列表、状态、容量）
sudo pvdisplay  # 详细信息（含 PV 路径、所属 VG、剩余空间）
sudo pvs        # 简洁列表（快速查看所有 PV 状态）

成功标志：pvdisplay 中目标分区的 “Status” 为 “available”（未加入 VG），“PV Size” 与分区容量一致。

3. 第三步：创建卷组（VG）

使用 vgcreate 命令将多个 PV 整合为 VG（存储池），需指定 VG 名称（建议按用途命名，如 vg_data 用于数据存储，vg_system 用于系统）：

# 1. 先检查系统已存在的 VG（避免重名，部分发行版默认创建 VG 用于根分区）
sudo vgdisplay

# 2. 创建 VG（名称为 vg_data，包含 /dev/sdb1 和 /dev/sdc1 两个 PV）
sudo vgcreate vg_data /dev/sdb1 /dev/sdc1

# 3. 验证 VG 创建结果
sudo vgdisplay vg_data  # 查看指定 VG 的详细信息
sudo vgs                # 简洁列表（查看所有 VG 的容量、PV 数量）

关键信息：vgdisplay 中 “Total PE”（物理扩展单元总数，LVM 最小分配单位）、“Free PE”（空闲空间）与 PV 总容量一致，说明 VG 创建成功。

4. 第四步：创建逻辑卷（LV）

使用 lvcreate 命令从 VG 中划分 LV，需指定 LV 大小和所属 VG，LV 名称默认以 lvol 开头（可自定义）：

# 创建 LV：从 vg_data 中划分 10GB 空间，LV 名称为 lv_data（-n 指定名称，-L 指定大小）
sudo lvcreate -L 10G -n lv_data vg_data

# 验证 LV 创建结果
sudo lvdisplay /dev/vg_data/lv_data  # 详细信息（含 LV 路径、大小、所属 VG）
sudo lvs                             # 简洁列表（查看所有 LV 的状态、容量）

LV 路径规则：/dev/[VG 名称]/[LV 名称]（如 /dev/vg_data/lv_data），后续格式化和挂载均使用此路径。

5. 第五步：格式化 LV（创建文件系统）

LV 本质是 “虚拟分区”，需像传统分区一样格式化（指定文件系统，如 ext4、xfs）才能使用：

# 格式化为 ext4 文件系统（适用于大多数 Linux 场景，-F 强制覆盖，避免交互提示）
sudo mkfs.ext4 -F /dev/vg_data/lv_data

# （可选）若需使用 xfs 文件系统（CentOS/RHEL 常用，支持更大容量）
# sudo mkfs.xfs -f /dev/vg_data/lv_data

验证格式化：执行 lsblk -f /dev/vg_data/lv_data，“FSTYPE” 列显示对应的文件系统（如 ext4），说明格式化成功。

6. 第六步：挂载 LV（接入系统目录）

将格式化后的 LV 挂载到指定目录（如 /data），并配置开机自动挂载（避免重启后失效）：

# 1. 创建挂载点目录（若不存在）
sudo mkdir -p /data

# 2. 临时挂载（重启后失效，用于测试）
sudo mount /dev/vg_data/lv_data /data

# 3. 验证挂载：查看挂载状态，确认 LV 已挂载到 /data
df -h /data  # 显示 /data 的容量、已用空间等信息
lsblk -f /dev/vg_data/lv_data  # 查看挂载点（MOUNTPOINT 列显示 /data）

# 4. 配置开机自动挂载（编辑 /etc/fstab 文件）
# 先获取 LV 的 UUID（避免设备路径变化导致挂载失败）
sudo blkid /dev/vg_data/lv_data  # 输出类似：/dev/vg_data/lv_data: UUID="xxx" TYPE="ext4"
# 将 UUID 写入 /etc/fstab（替换 xxx 为实际 UUID，ext4 替换为实际文件系统）
echo 'UUID=xxx /data ext4 defaults 0 0' | sudo tee -a /etc/fstab

# 5. 验证开机挂载配置（测试是否能正常挂载，无报错则成功）
sudo mount -a

至此，LV 已完全可用，可像使用普通目录一样在 /data 中存储数据，后续扩容 / 缩容无需卸载（部分文件系统需在线操作）。

二、LVM 进阶操作：动态调整存储（扩容 / 缩容 / 更换硬盘）

LVM 的核心优势是 “动态管理”，以下是日常运维中最常用的操作：扩容 / 缩容 VG、扩容 / 缩容 LV，以及更换故障物理硬盘。

1. 卷组（VG）的调整：添加 / 移除 PV

VG 作为 “存储池”，可随时添加新 PV（扩容存储池）或移除空闲 PV（释放物理硬盘）。

（1）扩容 VG（添加新 PV）

当 VG 空间不足时，可将新的物理分区（如 /dev/sdd1）初始化为 PV 并加入 VG：

# 1. 先将新分区初始化为 PV（若未初始化）
sudo pvcreate /dev/sdd1

# 2. 将 PV 加入已有的 VG（vg_data）
sudo vgextend vg_data /dev/sdd1

# 3. 验证 VG 扩容结果（查看 Free PE 是否增加）
sudo vgdisplay vg_data

（2）缩容 VG（移除空闲 PV）

若需移除 VG 中的某个 PV（如更换硬盘），需先确保该 PV 上的空间已 “迁移” 到其他 PV（无数据占用）：

# 1. 查看 VG 中各 PV 的使用情况（确认目标 PV 无数据，Free PE 等于 PV 总容量）
sudo pvdisplay /dev/sdc1  # 假设要移除 /dev/sdc1

# 2. （可选）若目标 PV 有数据，先迁移数据到其他 PV（pvmove 命令）
sudo pvmove /dev/sdc1  # 自动将 /dev/sdc1 的数据迁移到 VG 中其他空闲 PV

# 3. 从 VG 中移除 PV
sudo vgreduce vg_data /dev/sdc1

# 4. （可选）若不再使用该 PV，可删除其 LVM 标记（恢复为普通分区）
sudo pvremove /dev/sdc1

# 5. 验证 VG 缩容结果
sudo vgdisplay vg_data

2. 逻辑卷（LV）的调整：扩容 / 缩容

LV 的调整需分两步：调整 LV 本身的容量 → 调整 LV 上的文件系统容量（两者必须匹配，否则会导致数据损坏）。

（1）扩容 LV（最常用，在线操作，无需卸载）

以 ext4 文件系统为例，将 /dev/vg_data/lv_data 从 10GB 扩容到 20GB：

# 1. 先确认 VG 有足够空闲空间（Free PE 需满足扩容需求）
sudo vgdisplay vg_data

# 2. 扩容 LV：增加 10GB 空间（-L +10G 表示增加 10GB，也可直接指定最终大小 -L 20G）
sudo lvextend -L +10G /dev/vg_data/lv_data

# 3. 扩容文件系统（ext4 使用 resize2fs，xfs 使用 xfs_growfs，必须与文件系统匹配）
sudo resize2fs /dev/vg_data/lv_data

# 4. 验证扩容结果（查看 LV 容量和文件系统容量是否一致）
sudo lvdisplay /dev/vg_data/lv_data  # LV 容量应为 20GB
df -h /data                          # 文件系统容量也应为 20GB

关键注意：xfs 文件系统只支持扩容，不支持缩容，若使用 xfs，需谨慎规划容量。

（2）缩容 LV（需离线操作，先卸载，风险较高）

缩容可能导致数据损坏，必须先备份数据，且仅支持 ext4 等支持缩容的文件系统。以将 /dev/vg_data/lv_data 从 20GB 缩容到 15GB 为例：

# 1. 先卸载 LV（必须离线操作，确保无进程使用该目录）
sudo umount /data

# 2. 检查文件系统完整性（避免缩容时损坏数据，ext4 使用 e2fsck）
sudo e2fsck -f /dev/vg_data/lv_data  # -f 强制检查，即使文件系统看起来正常

# 3. 缩容文件系统（先缩文件系统，再缩 LV，顺序不能反！）
sudo resize2fs /dev/vg_data/lv_data 15G  # 指定缩容后的文件系统大小

# 4. 缩容 LV（指定缩容后的 LV 大小，需与文件系统大小一致）
sudo lvreduce -L 15G /dev/vg_data/lv_data

# 5. 重新挂载 LV
sudo mount /dev/vg_data/lv_data /data

# 6. 验证缩容结果
df -h /data                          # 文件系统容量应为 15GB
sudo lvdisplay /dev/vg_data/lv_data  # LV 容量也应为 15GB

3. 故障处理：更换损坏的 PV

若 VG 中的某个 PV（物理硬盘）损坏，可通过以下步骤更换（前提是 VG 有其他 PV，数据未完全丢失）：

# 1. 标记损坏的 PV 为“故障”（假设 /dev/sdb1 损坏）
sudo pvchange -x n /dev/sdb1  # -x n 表示禁止写入该 PV

# 2. 迁移损坏 PV 上的可用数据（若仍有可读取的数据）
sudo pvmove --replace /dev/sdb1  # 将 /dev/sdb1 的数据迁移到其他 PV

# 3. 从 VG 中移除损坏的 PV
sudo vgreduce --removemissing vg_data  # 自动移除 VG 中“丢失”的 PV

# 4. 添加新的 PV 到 VG（替换损坏的硬盘）
sudo pvcreate /dev/sde1  # 新硬盘分区
sudo vgextend vg_data /dev/sde1

# 5. 验证 VG 状态（确认无故障 PV，空闲空间恢复）
sudo vgdisplay vg_data

三、LVM 常用命令汇总

为方便日常使用，整理 LVM 各层级的核心命令，按 “PV → VG → LV” 分类：

操作目标	命令	功能说明
物理卷（PV）	pvcreate /dev/sdb1	初始化分区为 PV
	pvdisplay /dev/sdb1	查看 PV 详细信息
	pvs	查看所有 PV 简洁列表
	pvmove /dev/sdb1	迁移 PV 上的数据到其他 PV
	pvremove /dev/sdb1	删除 PV 的 LVM 标记（恢复为普通分区）
卷组（VG）	vgcreate vg_data /dev/sdb1	创建 VG 并加入 PV
	vgdisplay vg_data	查看 VG 详细信息
	vgs	查看所有 VG 简洁列表
	vgextend vg_data /dev/sdc1	向 VG 中添加新 PV（扩容 VG）
	vgreduce vg_data /dev/sdc1	从 VG 中移除空闲 PV（缩容 VG）
逻辑卷（LV）	lvcreate -L 10G -n lv_data vg_data	从 VG 中创建 LV
	lvdisplay /dev/vg_data/lv_data	查看 LV 详细信息
	lvs	查看所有 LV 简洁列表
	lvextend -L +10G /dev/vg_data/lv_data	扩容 LV
	lvreduce -L 15G /dev/vg_data/lv_data	缩容 LV
文件系统	resize2fs /dev/vg_data/lv_data	扩容 / 缩容 ext4 文件系统
	xfs_growfs /data	扩容 xfs 文件系统（需指定挂载点）

四、注意事项与最佳实践

数据备份优先：缩容、移除 PV、更换故障硬盘前，务必备份 LV 中的重要数据，避免操作失误导致数据丢失；
文件系统适配：xfs 只支持扩容，不支持缩容，若需灵活缩容，建议选择 ext4；
VG 命名规范：按用途命名 VG（如 vg_system 用于系统分区，vg_data 用于数据存储），避免后续混淆；
PV 选择建议：优先使用磁盘分区（如 /dev/sdb1）作为 PV，而非整个硬盘（/dev/sdb），便于后续管理其他分区；
监控 LVM 状态：定期使用 vgs、lvs 查看 VG 空闲空间和 LV 使用情况，提前规划扩容，避免空间耗尽。

五、总结

LVM 是 Linux 系统中磁盘管理的 “瑞士军刀”，通过 “物理卷 → 卷组 → 逻辑卷” 的三层结构，打破了传统分区的空间限制，实现了磁盘空间的动态、灵活管理。无论是个人服务器的存储扩展，还是企业级环境的硬盘更换，LVM 都能大幅简化操作流程，降低运维成本。

掌握本文中的 “基础搭建流程” 和 “进阶调整操作”，即可应对 90% 以上的 LVM 使用场景。后续可结合实际需求（如创建快照、配置条带化 LV 提升性能）深入学习 LVM 高级功能，进一步发挥其优势。