在對磁碟分割槽的大小進行規劃時，往往不能確定這個分割槽要使用的空間的大小。而使用 fdisk、gdisk 等工具對磁碟分割槽後，每個分割槽的大小就固定了。如果分割槽設定的過大，就白白浪費了磁碟空間；如果分割槽設定的過小，就會導致空間不夠用的情況出現。對於分割槽過小的問題，可以從新劃分磁碟的分割槽，或者通過軟連線的方式將此分割槽的目錄連結到另外一個分割槽。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 是什麼
LVM 是 Logical Volume Manager 的縮寫，中文一般翻譯為 "邏輯卷管理"，它是 Linux 下對磁碟分割槽進行管理的一種機制。LVM 是建立在磁碟分割槽和檔案系統之間的一個邏輯層，系統管理員可以利用 LVM 在不重新對磁碟分割槽的情況下動態的調整分割槽的大小。如果系統新增了一塊硬碟，通過 LVM 就可以將新增的硬碟空間直接擴充套件到原來的磁碟分割槽上。
LVM 的優點如下：
- 檔案系統可以跨多個磁碟，因此大小不再受物理磁碟的限制。
- 可以在系統執行狀態下動態地擴充套件檔案系統大小。
- 可以以映象的方式冗餘重要資料到多個物理磁碟上。
- 可以很方便地匯出整個卷組，並匯入到另外一臺機器上。
LVM 也有一些缺點：
- 在從卷組中移除一個磁碟的時候必須使用 reducevg 命令(這個命令要求root許可權，並且不允許在快照卷組中使用)。
- 當卷組中的一個磁碟損壞時，整個卷組都會受影響。
- 因為增加了一個邏輯層，儲存的效能會受影響。
LVM 的優點對伺服器的管理非常有用，但對於桌面系統的幫助則沒有那麼顯著，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，可以遮蔽掉磁碟分割槽的底層差異，在邏輯上給檔案系統提供了一個卷的概念，然後在這些捲上建立相應的檔案系統。下面是 LVM 中主要涉及的一些概念。
物理儲存裝置(Physical Media)：指系統的儲存裝置檔案，比如 /dev/sda、/dev/sdb 等。
PV(物理卷 Physical Volume)：指硬碟分割槽或者從邏輯上看起來和硬碟分割槽類似的裝置(比如 RAID 裝置)。
VG(卷組 Volume Group)：類似於非 LVM 系統中的物理硬碟，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 系統上的磁碟分割槽，LV 建立在 VG 上，可以在 LV 上建立檔案系統。
PE(Physical Extent)：PV(物理卷)中可以分配的最小儲存單元稱為 PE，PE 的大小是可以指定的。
LE(Logical Extent)：LV(邏輯卷)中可以分配的最小儲存單元稱為 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。
可以這麼理解，LVM 是把硬碟的分割槽分成了更小的單位(PE)，再用這些單元拼成更大的看上去像分割槽的東西(PV)，進而用 PV 拼成看上去像硬碟的東西(VG)，最後在這個新的硬碟上建立分割槽(LV)。檔案系統則建立在 LV 之上，這樣就在物理硬碟和檔案系統中間新增了一層抽象(LVM)。下圖大致描述了這些概念之間的關係：
對上圖中的結構做個簡單的介紹：
兩塊物理硬碟 A 和 B 組成了 LVM 的底層結構，這兩塊硬碟的大小、型號可以不同。PV 可以看做是硬碟上的分割槽，因此可以說物理硬碟 A 劃分了兩個分割槽，物理硬碟 B 劃分了三個分割槽。然後將前三個 PV 組成一個卷組 VG1，後兩個 PV 組成一個卷組 VG2。接著在卷組 VG1 上劃分了兩個邏輯卷 LV1 和 LV2，在卷組 VG2 上劃分了一個邏輯卷 LV3。最後，在邏輯卷 LV1、LV2 和 LV3 上建立檔案系統，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 建立分割槽，就會安裝 LVM 相關的工具。當前這個軟體包的名稱為 lvm2，其中包含了大量 LVM 工具(筆者會在隨後的文章中介紹其中一些工具的用法)。比如單是檢視 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預設安裝 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 來一步步的建立出邏輯卷(LV)，然後在 LV 上建立檔案系統並掛載到 Linux 系統中。
使用 gdisk 對物理磁碟進行分割槽
目前常見的磁碟分割槽格式有兩種，MBR 分割槽和 GPT 分割槽：
MBR 分割槽，MBR 的意思是 "主開機記錄"。MBR 最大支援 2TB 容量，在容量方面存在著極大的瓶頸。
GPT 分割槽，GPT 意為 GUID 分割槽表，它支援的磁碟容量比 MBR 大得多。這是一個正逐漸取代 MBR 的新標準，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 磁碟與磁碟分割槽》一文中介紹了使用 fdisk 工具建立 MBR 磁碟分割槽的方式，gdisk 是 Linux 系統中 GPT 格式的磁碟分割槽管理工具。這裡我們僅介紹如何使用 gdisk 建立新的磁碟分割槽。假設我們的 Linux 系統中增加了一塊新的磁碟，系統對應的裝置名為 /dev/sdd，下面我們通過 gdisk 命令對這個磁碟進行分割槽。
在用 gdisk 命令對磁碟分割槽前，我們先用 parted 命令檢視 /dev/sdd 當前的分割槽情況：
$ sudo parted /dev/sdd print
結果顯示這是一塊尚未建立分割槽表的磁碟(Model 顯示該磁碟是通過 VMware 建立的虛擬磁碟)。下面通過 gdisk 命令建立分割槽：
$ sudo gdisk /dev/sdd
通過 p 命令可以檢視磁碟當前的狀態：
輸出中的前幾行是磁碟的基本資訊，比如總大小為 20G，一共有多少個扇區(sector)，每個扇區的大小，當前剩餘的空間等等。然後是已經存在的分割槽資訊(上圖顯示還沒有任何分割槽)：
第一列 Number 顯示了分割槽的編號，比如 1 號指 /dev/sdd1。
第二列 Start 表示磁碟分割槽的起始位置。
第三列 End 表示磁碟分割槽的結束位置。
第四列 Size 顯示分割槽的容量。
第五列 Code 和第六列 Name 顯示分割槽型別的 ID和名稱，比如 Linux filesystem 為 8300，Linux swap 為 8200，Linux LVM 為 8e00。
下面通過 n 命令來建立新分割槽：
分割槽編號和開始/結束的扇區都直接通過回車選擇預設值，這樣所有的磁碟空間都劃分到了一個分割槽中，然後輸入 8e00 說明我們要建立的分割槽型別為 Linux LVM。最後輸入 w 命令並確認執行分割槽操作。分割槽成功後可通過 p 命令檢視我們建立的分割槽的資訊：
此時可以看到新產生的裝置檔案 /dev/sdd1：
建立物理卷 PV
現在我們可以基於磁碟分割槽 /dev/sdd1 來建立 LVM 物理卷(LV)，可以通過 pvcreate 命令來完成：
$ sudo pvcreate /dev/sdd1
此時 /dev/sdd1 已經完成了從磁碟分割槽到 PV 的華麗轉身！注意上面的命令，磁碟分割槽被直接轉換成了 PV，連名稱都沒有變化！我們可以通過 pvs 命令檢視 /dev/sdd1，目前它還沒有被加入到 VG 中：
建立卷組 VG
基於一個或多個 PV，可以建立 VG。我們使用剛才建立的 PV /dev/sdd1 來建立一個名稱為 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 的資訊：
$ 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。
建立邏輯卷 LV
有了 VG 就可以建立邏輯卷 LV 了，lvcreate 命令用來建立 LV，讓我們在前面建立的 nickvg 上建立名稱為 nicklv00 的 LV：
$ sudo lvcreate -L 15G -n nicklv00 nickvg
選項 -L 指定新建 LV 的容量，這裡是 15G；選項 -n 則指定新建 LV 的名稱，這裡為 nicklv00。可以通過 lvs 命令觀察 LV 的資訊，注意需要同時指出 LV 所在的 VG：
格式化邏輯卷(建立檔案系統)
當我們建立 LV nickvg/nicklv00 時，其實是建立了名稱為 /dev/nickvg/nicklv00 的裝置檔案：
現在我們來格式化這個邏輯卷(在該 LV 上建立檔案系統)，目標為比較常見的 ext4 格式：
$ sudo mkfs.ext4 /dev/nickvg/nicklv00
然後建立個目錄，比如 /home/doc，並把新建的檔案系統掛載到這個目錄上：
$ sudo mkdir /home/doc $ sudo mount /dev/nickvg/nicklv00 /home/doc
最後可以通過 df 命令檢視這個檔案系統的使用情況：
開機自動掛載
編輯 /etc/fstab 檔案：
$ sudo vim /etc/fstab
把下面的行新增的檔案末尾並儲存檔案：
/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 的方式建立了一個檔案系統。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。在後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。