20.管理存储堆栈

一、创建和扩展逻辑卷

（1)物理卷（PV）、卷组（VG）、逻辑卷（LV）

1. 物理卷（PV，Physical Volume）

   • 物理存储设备（如硬盘分区、SSD、RAID 设备等），经过 LVM 初始化后成为 PV，用于构建卷组。
   • 底层设备需先创建分区（推荐类型为8e，即 Linux LVM）。

2. 卷组（VG，Volume Group）

   • 由一个或多个 PV 组成的存储池，将分散的物理存储整合为一个统一的逻辑存储池，屏蔽底层物理设备差异。

3. 逻辑卷（LV，Logical Volume）

   • 从 VG 中划分出的逻辑存储单元，可像普通分区一样格式化并挂载使用，支持动态扩展 / 缩减（需文件系统支持）。

（2）构建LVM存储

     1. 准备物理设备（以分区/dev/sdb1为例）

# 查看磁盘分区（确认设备名）
fdisk -l /dev/sdb# 若未分区，创建分区（类型设为8e）
fdisk /dev/sdb
# 输入n创建新分区，t修改类型为8e，w保存退出

     2. 创建物理卷（PV）

# 初始化物理卷（将分区标记为LVM物理卷）
pvcreate /dev/sdb1# 示例：同时初始化多个设备
pvcreate /dev/sdb1 /dev/sdc1

  3. 创建卷组（VG）

# 创建卷组（vg0为卷组名，包含/dev/sdb1）
vgcreate vg0 /dev/sdb1# 示例：指定PE大小（默认4MB，范围1-65536MB）
vgcreate -s 8M vg0 /dev/sdb1 /dev/sdc1  # PE大小设为8MB

  4. 创建逻辑卷（LV）

# 从vg0中创建20GB的逻辑卷lv_data
lvcreate -L 20G -n lv_data vg0# 示例：按卷组剩余空间的50%创建LV
lvcreate -l 50%FREE -n lv_backup vg0# 示例：使用卷组全部空间创建LV
lvcreate -l 100%VG -n lv_full vg0

  5. 格式化并挂载 LV

# 格式化LV为ext4文件系统（xfs也常用，需注意xfs不支持缩减）
mkfs.ext4 /dev/vg0/lv_data# 创建挂载点并挂载
mkdir /data
mount /dev/vg0/lv_data /data# 永久挂载（写入/etc/fstab）
echo "/dev/vg0/lv_data /data ext4 defaults 0 0" >> /etc/fstab

（3）显示LVM组件状态

    查看物理卷（PV）

pvdisplay      # 详细信息（大小、所属VG等）
pvs            # 简洁信息（设备、大小、状态）

  查看卷组（VG）

vgdisplay vg0  # 详细信息（总大小、剩余空间、包含的PV等）
vgs            # 简洁信息（VG名、大小、剩余空间）

  查看逻辑卷（LV）

lvdisplay /dev/vg0/lv_data  # 详细信息（路径、大小、所属VG等）
lvs                         # 简洁信息（LV名、大小、所属VG）

（4）扩展和缩减LVM存储

1. 扩展逻辑卷（LV）

前提：卷组（VG）有剩余空间，或已添加新 PV 到 VG。

# 步骤1：扩展LV（增加10GB，或扩展至50GB）
lvextend -L +10G /dev/vg0/lv_data  # 增加10GB
# 或 lvextend -L 50G /dev/vg0/lv_data  # 扩展至总容量50GB# 步骤2：扩展文件系统（根据文件系统类型）
# ext4文件系统
resize2fs /dev/vg0/lv_data# xfs文件系统（需先挂载，且只能扩展不能缩减）
xfs_growfs /data  # 需指定挂载点而非设备

  若 VG 空间不足，先扩展 VG：

# 新增PV（如/dev/sdc1）并添加到vg0
pvcreate /dev/sdc1
vgextend vg0 /dev/sdc1  # 将新PV加入VG

  2. 缩减逻辑卷（LV）

注意：

• 仅 ext4 等支持缩减，xfs 不支持！
• 缩减前必须卸载 LV 并检查文件系统完整性。

# 步骤1：卸载LV
umount /data# 步骤2：检查文件系统（ext4）
e2fsck -f /dev/vg0/lv_data  # 强制检查，确保无错误# 步骤3：缩减文件系统（先缩文件系统，再缩LV！）
resize2fs /dev/vg0/lv_data 30G  # 缩至30GB# 步骤4：缩减LV（需与文件系统大小一致）
lvreduce -L 30G /dev/vg0/lv_data# 步骤5：重新挂载
mount /dev/vg0/lv_data /data

（5）删除LVM存储

注意：删除前需卸载 LV，确保数据已备份！

1. 卸载逻辑卷

umount /data
# 若在/etc/fstab有配置，需删除对应行

  2.删除逻辑卷（LV）

lvremove /dev/vg0/lv_data
# 输入y确认

 3. 删除卷组（VG）

vgremove vg0

4.删除物理卷（PV）

pvremove /dev/sdb1 /dev/sdc1

5.（可选）删除底层分区

fdisk /dev/sdb  # 进入分区工具删除对应分区

二、管理分层存储

（1）存储堆栈

存储堆栈是计算机系统中从物理硬件到用户应用的存储层次结构，各层负责不同功能，共同实现数据的存储与访问。典型分层结构如下：

1. 物理层（Physical Layer）

   • 底层物理存储设备：硬盘（HDD）、固态硬盘（SSD）、NVMe 设备、RAID 阵列等。
   • 功能：提供原始存储介质，通过硬件接口（如 SATA、PCIe）与上层交互。

2. 设备层（Device Layer）

   • 对物理设备的抽象与管理：分区（如 MBR/GPT 分区表）、逻辑设备（如 LVM 的 PV）、硬件 RAID 控制器。
   • 功能：将物理设备划分为可管理的逻辑单元，屏蔽硬件细节。

3. 卷管理层（Volume Layer）

   • 技术：LVM（逻辑卷管理）、Stratis、ZFS、Btrfs 等。
   • 功能：整合多个物理 / 逻辑设备为存储池，动态分配逻辑卷，支持快照、thin provisioning（精简配置）、冗余等高级功能。

4. 文件系统层（File System Layer）

   • 技术：ext4、XFS、Btrfs、ZFS 等。
   • 功能：管理逻辑卷上的文件组织，提供目录结构、权限控制、数据索引等，使应用可通过文件路径访问数据。

（2）Stratis存储管理

Stratis 是 Red Hat 主导开发的新一代本地存储管理工具，基于 LVM 和 XFS，提供简化的存储池管理、快照、thin provisioning 等功能，旨在替代传统 LVM 的复杂操作。

1. 核心概念

• 块设备（Block Device）：物理存储设备（如/dev/sdb）或分区，作为 Stratis 的底层存储。
• 池（Pool）：由一个或多个块设备组成的存储池，类似于 LVM 的卷组（VG），是 Stratis 管理的基本单元。
• 文件系统（Filesystem）：从池中创建的逻辑存储单元，类似于 LVM 的逻辑卷（LV），自动使用 XFS 格式化，支持动态扩展。
• 快照（Snapshot）：文件系统的只读或可写副本，基于 COW（写时复制）机制，节省空间。
• Thin Provisioning：允许创建总容量超过池实际空间的文件系统，仅在数据写入时分配实际空间。

2. 安装 Stratis

# RHEL/CentOS 8+ 或 Fedora
dnf install stratis-cli stratisd -y# 启动并启用服务
systemctl enable --now stratisd

3. 基本操作命令及示例

（1）创建存储池（Pool）

# 查看可用块设备（确认未被使用的设备，如/dev/sdb、/dev/sdc）
lsblk# 从单个设备创建池（pool0）
stratis pool create pool0 /dev/sdb# 从多个设备创建池（支持冗余，类似RAID1）
stratis pool create pool0 /dev/sdb /dev/sdc  # 自动配置为镜像模式（冗余）

（2）创建文件系统（Filesystem）

# 从pool0创建文件系统fs_data（大小自动为thin provisioning，初始不占用实际空间）
stratis filesystem create pool0 fs_data# 查看所有池和文件系统
stratis pool list        # 查看池状态（总容量、已用空间等）
stratis filesystem list  # 查看文件系统（所属池、挂载点等）

（3）挂载文件系统

# 创建挂载点
mkdir /stratis_data# 挂载文件系统（使用Stratis的UUID或路径，推荐UUID）
# 查看UUID：stratis filesystem list
mount /dev/stratis/pool0/fs_data /stratis_data# 永久挂载（写入/etc/fstab，使用UUID）
echo "UUID=$(blkid -s UUID -o value /dev/stratis/pool0/fs_data) /stratis_data xfs defaults 0 0" >> /etc/fstab

（4）扩展存储池（添加设备）

当池空间不足时，可添加新块设备扩展：

# 向pool0添加新设备/dev/sdd
stratis pool add-data pool0 /dev/sdd# 查看扩展后的池信息
stratis pool list pool0

（5）管理快照（Snapshot）

# 为fs_data创建只读快照snap1
stratis filesystem snapshot pool0 fs_data snap1# 创建可写快照（-w选项）
stratis filesystem snapshot -w pool0 fs_data snap2# 查看快照
stratis filesystem list pool0  # 快照与原文件系统同属一个池# 挂载快照（与挂载普通文件系统相同）
mkdir /snap1_data
mount /dev/stratis/pool0/snap1 /snap1_data

（6）删除操作

# 卸载文件系统/快照
umount /stratis_data
umount /snap1_data# 删除文件系统/快照
stratis filesystem destroy pool0 fs_data
stratis filesystem destroy pool0 snap1# 删除存储池（需先删除池中所有文件系统）
stratis pool destroy pool0

4. Stratis 与 LVM 的对比优势

• 简化操作：无需手动创建 PV/VG/LV，一步创建池和文件系统。
• 自动管理：文件系统自动使用 XFS，支持动态扩展（无需手动调整文件系统）。
• 高级功能：内置快照、thin provisioning，无需额外配置。
• 冗余支持：多设备池自动配置镜像（类似 RAID1），提升数据安全性。

三、知识点总结

1. 分别说明 LVM 中物理卷(PV)、物理区块(PE)、卷组(VG)、逻辑卷(LV)的概念以及它们之间的关系。

 LVM 中物理卷、物理区块、卷组、逻辑卷的概念及关系

物理卷（PV）：指经过 LVM 初始化的物理存储设备（如硬盘分区、整个硬盘），是 LVM 的底层存储载体。

物理区块（PE）：PV 被划分的最小可分配单元（默认 4MB），是 LVM 中数据分配的基本单位。

卷组（VG）：由一个或多个 PV 组合而成的逻辑存储池，将多个 PV 的 PE 统一管理，形成一个可分配的 “资源池”。

逻辑卷（LV）：从 VG 中分配部分 PE 形成的逻辑存储单元，可像普通分区一样格式化并挂载使用。

关系：PV 包含多个 PE；多个 PV 组成 VG，VG 统一管理所有 PV 的 PE；LV 从 VG 中分配指定数量的 PE 形成，本质是 PE 的集合。

2.简单说下创建 LVM 存储需要哪几个步骤。

初始化物理设备为 PV（pvcreate 设备路径）；

将 PV 加入卷组 VG（vgcreate 卷组名 物理卷路径）；

从 VG 中创建逻辑卷 LV（lvcreate -L 大小 -n 逻辑卷名 卷组名）；

格式化 LV 并挂载使用（mkfs.文件系统 逻辑卷路径；mount 逻辑卷路径 挂载点）。

3.创建或扩展逻辑卷时，使用-l 和-L 选项来指定大小有什么区别？

-l：按物理区块（PE）数量指定大小（如 -l 100 表示分配 100 个 PE）；

-L：按实际存储大小指定（如 -L 10G 表示分配 10GB 空间）。