在對磁盤分區的大小進行規划時，往往不能確定這個分區要使用的空間的大小。而使用 fdisk、gdisk 等工具對磁盤分區后，每個分區的大小就固定了。如果分區設置的過大，就白白浪費了磁盤空間；如果分區設置的過小，就會導致空間不夠用的情況出現。對於分區過小的問題，可以從新划分磁盤的分區，或者通過軟連接的方式將此分區的目錄鏈接到另外一個分區。這樣雖然能夠臨時解決問題，但是給管理帶來了麻煩。類似的問題可以通過 LVM 來解決。
說明：本文的演示環境為 ubuntu 16.04。
LVM 是什么
LVM 是 Logical Volume Manager 的縮寫，中文一般翻譯為 "邏輯卷管理"，它是 Linux 下對磁盤分區進行管理的一種機制。LVM 是建立在磁盤分區和文件系統之間的一個邏輯層，系統管理員可以利用 LVM 在不重新對磁盤分區的情況下動態的調整分區的大小。如果系統新增了一塊硬盤，通過 LVM 就可以將新增的硬盤空間直接擴展到原來的磁盤分區上。
LVM 的優點如下：
- 文件系統可以跨多個磁盤，因此大小不再受物理磁盤的限制。
- 可以在系統運行狀態下動態地擴展文件系統大小。
- 可以以鏡像的方式冗余重要數據到多個物理磁盤上。
- 可以很方便地導出整個卷組，並導入到另外一台機器上。
LVM 也有一些缺點：
- 在從卷組中移除一個磁盤的時候必須使用 reducevg 命令(這個命令要求root權限，並且不允許在快照卷組中使用)。
- 當卷組中的一個磁盤損壞時，整個卷組都會受影響。
- 因為增加了一個邏輯層，存儲的性能會受影響。
LVM 的優點對服務器的管理非常有用，但對於桌面系統的幫助則沒有那么顯著，所以需要我們根據使用的場景來決定是否應用 LVM。
LVM 中的基本概念
通過 LVM 技術，可以屏蔽掉磁盤分區的底層差異，在邏輯上給文件系統提供了一個卷的概念，然后在這些卷上建立相應的文件系統。下面是 LVM 中主要涉及的一些概念。
物理存儲設備(Physical Media)：指系統的存儲設備文件，比如 /dev/sda、/dev/sdb 等。
PV(物理卷 Physical Volume)：指硬盤分區或者從邏輯上看起來和硬盤分區類似的設備(比如 RAID 設備)。
VG(卷組 Volume Group)：類似於非 LVM 系統中的物理硬盤，一個 LVM 卷組由一個或者多個 PV(物理卷)組成。
LV(邏輯卷 Logical Volume)：類似於非 LVM 系統上的磁盤分區，LV 建立在 VG 上，可以在 LV 上建立文件系統。
PE(Physical Extent)：PV(物理卷)中可以分配的最小存儲單元稱為 PE，PE 的大小是可以指定的。
LE(Logical Extent)：LV(邏輯卷)中可以分配的最小存儲單元稱為 LE，在同一個卷組中，LE 的大小和 PE 的大小是一樣的，並且一一對應。
可以這么理解，LVM 是把硬盤的分區分成了更小的單位(PE)，再用這些單元拼成更大的看上去像分區的東西(PV)，進而用 PV 拼成看上去像硬盤的東西(VG)，最后在這個新的硬盤上創建分區(LV)。文件系統則建立在 LV 之上，這樣就在物理硬盤和文件系統中間添加了一層抽象(LVM)。下圖大致描述了這些概念之間的關系：
對上圖中的結構做個簡單的介紹：
兩塊物理硬盤 A 和 B 組成了 LVM 的底層結構，這兩塊硬盤的大小、型號可以不同。PV 可以看做是硬盤上的分區，因此可以說物理硬盤 A 划分了兩個分區，物理硬盤 B 划分了三個分區。然后將前三個 PV 組成一個卷組 VG1，后兩個 PV 組成一個卷組 VG2。接着在卷組 VG1 上划分了兩個邏輯卷 LV1 和 LV2，在卷組 VG2 上划分了一個邏輯卷 LV3。最后，在邏輯卷 LV1、LV2 和 LV3 上創建文件系統，分別掛載在 /usr、/home 和 /var 目錄。
LVM 工具
在安裝 ubuntu16.04 時，如果選擇使用 LVM 創建分區，就會安裝 LVM 相關的工具。當前這個軟件包的名稱為 lvm2，其中包含了大量 LVM 工具(筆者會在隨后的文章中介紹其中一些工具的用法)。比如單是查看 LVM 相關實體狀態的命令就有如下一些：
$ sudo pvscan $ sudo pvs $ sudo pvdisplay $ sudo vgscan $ sudo vgs $ sudo vgdisplay $ sudo lvscan $ sudo lvs $ sudo lvdisplay
如果安裝系統時沒有默認安裝 LVM 工具包，可以通過下面的命令安裝它們：
$ sudo apt update $ sudo apt install lvm2
接下來我們通過例子來演示如何使用 LVM 來一步步的創建出邏輯卷(LV)，然后在 LV 上創建文件系統並掛載到 Linux 系統中。
使用 gdisk 對物理磁盤進行分區
目前常見的磁盤分區格式有兩種，MBR 分區和 GPT 分區：
MBR 分區，MBR 的意思是 "主引導記錄"。MBR 最大支持 2TB 容量，在容量方面存在着極大的瓶頸。
GPT 分區，GPT 意為 GUID 分區表，它支持的磁盤容量比 MBR 大得多。這是一個正逐漸取代 MBR 的新標准，它是由 UEFI 輔住而形成的，將來 UEFI 用於取代老舊的 BIOS，而 GPT 則取代老舊的 MBR。
筆者在《Linux 磁盤與磁盤分區》一文中介紹了使用 fdisk 工具創建 MBR 磁盤分區的方式，gdisk 是 Linux 系統中 GPT 格式的磁盤分區管理工具。這里我們僅介紹如何使用 gdisk 創建新的磁盤分區。假設我們的 Linux 系統中增加了一塊新的磁盤，系統對應的設備名為 /dev/sdd，下面我們通過 gdisk 命令對這個磁盤進行分區。
在用 gdisk 命令對磁盤分區前，我們先用 parted 命令查看 /dev/sdd 當前的分區情況：
$ sudo parted /dev/sdd print
結果顯示這是一塊尚未創建分區表的磁盤(Model 顯示該磁盤是通過 VMware 創建的虛擬磁盤)。下面通過 gdisk 命令創建分區：
$ sudo gdisk /dev/sdd
通過 p 命令可以查看磁盤當前的狀態：
輸出中的前幾行是磁盤的基本信息，比如總大小為 20G，一共有多少個扇區(sector)，每個扇區的大小，當前剩余的空間等等。然后是已經存在的分區信息(上圖顯示還沒有任何分區)：
第一列 Number 顯示了分區的編號，比如 1 號指 /dev/sdd1。
第二列 Start 表示磁盤分區的起始位置。
第三列 End 表示磁盤分區的結束位置。
第四列 Size 顯示分區的容量。
第五列 Code 和第六列 Name 顯示分區類型的 ID和名稱，比如 Linux filesystem 為 8300，Linux swap 為 8200，Linux LVM 為 8e00。
下面通過 n 命令來創建新分區：
分區編號和開始/結束的扇區都直接通過回車選擇默認值，這樣所有的磁盤空間都划分到了一個分區中，然后輸入 8e00 說明我們要創建的分區類型為 Linux LVM。最后輸入 w 命令並確認執行分區操作。分區成功后可通過 p 命令查看我們創建的分區的信息：
此時可以看到新產生的設備文件 /dev/sdd1：
創建物理卷 PV
現在我們可以基於磁盤分區 /dev/sdd1 來創建 LVM 物理卷(LV)，可以通過 pvcreate 命令來完成：
$ sudo pvcreate /dev/sdd1
此時 /dev/sdd1 已經完成了從磁盤分區到 PV 的華麗轉身！注意上面的命令，磁盤分區被直接轉換成了 PV，連名稱都沒有變化！我們可以通過 pvs 命令查看 /dev/sdd1，目前它還沒有被加入到 VG 中：
創建卷組 VG
基於一個或多個 PV，可以創建 VG。我們使用剛才創建的 PV /dev/sdd1 來創建一個名稱為 nickvg 的 VG：
$ sudo vgcreate -s 32M nickvg /dev/sdd1
注意 vgcreate 命令中的 -s 選項，它指定了 PE(Physical Extent) 的大小。可以通 vgs 命令觀察 VG 的信息：
$ sudo vgs nickvg
如果目標 VG 已經存在，則使用 vgextend 把 PV 加入到 VG 中即可。
創建邏輯卷 LV
有了 VG 就可以創建邏輯卷 LV 了，lvcreate 命令用來創建 LV，讓我們在前面創建的 nickvg 上創建名稱為 nicklv00 的 LV：
$ sudo lvcreate -L 15G -n nicklv00 nickvg
選項 -L 指定新建 LV 的容量，這里是 15G；選項 -n 則指定新建 LV 的名稱，這里為 nicklv00。可以通過 lvs 命令觀察 LV 的信息，注意需要同時指出 LV 所在的 VG：
格式化邏輯卷(創建文件系統)
當我們創建 LV nickvg/nicklv00 時，其實是創建了名稱為 /dev/nickvg/nicklv00 的設備文件：
現在我們來格式化這個邏輯卷(在該 LV 上創建文件系統)，目標為比較常見的 ext4 格式：
$ sudo mkfs.ext4 /dev/nickvg/nicklv00
然后創建個目錄，比如 /home/doc，並把新建的文件系統掛載到這個目錄上：
$ sudo mkdir /home/doc $ sudo mount /dev/nickvg/nicklv00 /home/doc
最后可以通過 df 命令查看這個文件系統的使用情況：
開機自動掛載
編輯 /etc/fstab 文件：
$ sudo vim /etc/fstab
把下面的行添加的文件末尾並保存文件：
/dev/mapper/nickvg-nicklv00 /home/doc ext4 defaults 0 0
總結
本文介紹了 LVM 的基本概念，並從頭開始以 LVM 的方式創建了一個文件系統。筆者故意忽略了很多的細節和 LVM 的強大功能，目的是讓這個入門的 demo 看起來更簡單一些。在后續的文章中筆者會介紹更多詳細的內容以展示 LVM 的豐富功能。