Logical Volume Management (LVM)

LVM

En temps habituel, si on a un disque de 250Go, alors on aura au maximum un système de fichier de 250Go.
Et si on a un deuxième disque de 250 Go, alors on aura un deuxième de système de fichier de 250 Go, distinct du premier.
La gestion de volumes logiques (logical volume management, LVM) permet de créer des partitions en utilisant plusieurs disques durs. Par exemple, si on a 4 disques de 250Go, on peut créer un groupe logique de 1To sur lequel on pourra créer 1To de fichiers sur un même système de fichier. Cette méthode ne nécessite pas d’arrêter le système et est utilisée lorsqu’on a besoin d’héberger un grand nombre de données.

On peut utiliser lvmdiskscan pour lister tous les disques connus du système

$ sudo lvmdiskscan
  /dev/loop0 [     <49.84 MiB] 
  /dev/loop1 [      63.28 MiB] 
  /dev/loop2 [    <111.95 MiB] 
  /dev/vda2  [       2.00 GiB] 
  /dev/loop3 [     <53.26 MiB] 
  /dev/vda3  [    <126.00 GiB] LVM physical volume
  /dev/loop4 [      63.45 MiB] 
  /dev/vdb   [     100.00 MiB] 
  /dev/vdc   [     100.00 MiB] 
  /dev/vdd   [     100.00 MiB] 
  /dev/vde   [     100.00 MiB] 
  /dev/vdf   [     100.00 MiB] 
  /dev/vdg   [     100.00 MiB] LVM physical volume # disk 1
  /dev/vdh   [     100.00 MiB] LVM physical volume # disk 2
  5 disks
  6 partitions
  2 LVM physical volume whole disks
  1 LVM physical volume

Créer un volume logique

Pour utiliser le disque entier: s’assurer que le disque est vide, sans table de partition. S’il y a des partitions, les supprimer

 $ lsblk -f /dev/sd*
 NAME   FSTYPE LABEL  UUID                                 FSAVAIL FSUSE% MOUNTPOINT
 sda
 └─sda1 ext4   purple 84446293-1640-4c35-b958-d62ebfb32c09    3.4G     0% /mnt
 sda1   ext4   purple 84446293-1640-4c35-b958-d62ebfb32c09    3.4G     0% /mnt
 sdb
 └─sdb1 ext4   blue   bff50a42-7652-4f95-bad9-a02762849e2d
 sdb1   ext4   blue   bff50a42-7652-4f95-bad9-a02762849e2d
 sdc
 └─sdc1 ext4   red    bdf03359-da9e-463d-85df-8f55ebc5129f
 sdc1   ext4   red    bdf03359-da9e-463d-85df-8f55ebc5129f

 $ sudo umount /dev/sda1
 $ sudo gdisk /dev/sda
 $ sudo gdisk /dev/sdb
 $ sudo gdisk /dev/sdc

 $ sudo partprobe
 $ lsblk -f
 NAME            FSTYPE      LABEL UUID                                   FSAVAIL FSUSE% MOUNTPOINT
 sda
 └─sda1
 sdb
 └─sdb1
 sdc
 └─sdc1

Physical Volume (PV) Convertir ces partitions en volume physique.
Cette opération ajoute un bloc de données au début du disque, qui le définit comme volume physique. Les volumes physiques sont des partitions destinées au gestionnaire de volume.

 $ sudo pvcreate /dev/sda1
   Physical volume "/dev/sda1" successfully created.
 $ sudo pvcreate /dev/sdb1
   Physical volume "/dev/sdb1" successfully created.
 $ sudo pvcreate /dev/sdc1
   Physical volume "/dev/sdc1" successfully created.

 $ sudo pvdisplay
 --- Physical volume ---
 "/dev/sda1" is a new physical volume of "<3.75 GiB"
 --- NEW Physical volume ---
 PV Name               /dev/sda1
 VG Name               
 PV Size               <3.75 GiB
 Allocatable           NO
 PE Size               0
 Total PE              0
 Free PE               0
 Allocated PE          0
 PV UUID               Zs1dcK-KHBR-ULsr-515h-PQL5-cy18-qt8nmW
 ...

Volume Group (VG)
Créer un groupe de volumes contenant différents volumes physiques.
Le groupes de volumes sera utilisé comme base pour créer un volume logique. Par exemple, un groupe de 80Go (constitué de /dev/sdb: 50Go + /dev/sdb: 20Go + /dev/sdd1: 10Go), peut être utilisé pour créer un volume logique de 80Go.

 $ sudo vgcreate vg /dev/sda1 /dev/sdb1
   Volume group "vg" successfully created

 $ sudo vgdisplay
 --- Volume group ---
 VG Name               vg
 System ID             
 Format                lvm2
 Metadata Areas        2
 Metadata Sequence No  1
 VG Access             read/write
 VG Status             resizable
 MAX LV                0
 Cur LV                0
 Open LV               0
 Max PV                0
 Cur PV                2
 Act PV                2
 VG Size               7.49 GiB
 PE Size               4.00 MiB
 Total PE              1918
 Alloc PE / Size       0 / 0
 Free  PE / Size       1918 / 7.49 GiB
 VG UUID               Vh5HAu-ALez-HuLD-qbQq-H6Qb-JzNR-U5Br6e

On peut également ajouter un volume physique à un groupe de volumes existant.

 $ sudo vgextend vg /dev/sdc1
   Volume group "vg" successfully extended

 $ sudo vgdisplay vg -C
   VG #PV #LV #SN Attr   VSize   VFree
   vg   3   0   0 wz--n- <11.24g <11.24g

Ou en enlever

 $ sudo vgreduce vg /dev/sdc1
   Removed "/dev/sdc1" from volume group "vg"

 $ sudo vgdisplay vg -C
   VG #PV #LV #SN Attr   VSize VFree
   vg   2   0   0 wz--n- 7.49g 7.49g

Logical Volume (LV)
Créer un volume logique.
-L pour spécifier la taille du volume logique
-n pour donner un nom au volume logique
Le dernier argument (vg) est le nom du groupe volume d’où le volume logique obtient son espace physique

 $ sudo lvcreate -n backup -L 2g vg
   Logical volume "backup" created.

 $ sudo lvdisplay vg
   --- Logical volume ---
   LV Path                /dev/vg/backup
   LV Name                backup
   VG Name                vg
   LV UUID                dk8Ggf-aKSY-dqQN-weWo-45LT-XEx0-WdskAb
   LV Write Access        read/write
   LV Creation host, time XPS1393057cc859cd, 2023-03-15 15:24:29 +0100
   LV Status              available
   # open                 0
   LV Size                2.00 GiB
   Current LE             512
   Segments               1
   Allocation             inherit
   Read ahead sectors     auto
   - currently set to     256
   Block device           253:3

Dans cet exemple, la commande lvcreate crée un fichier virtuel /dev/vg/backup.

Avoir des volumes physiques physiques supplémentaires dans le groupe de volume permet d’ajouter de l’espace supplémentaire dans le volume logique à la volée, sans temps d’arrêt du système, tant qu’on dispose de suffisamment de volumes physiques connectés.

 # Ajouter de l'espace
 $ sudo lvextend -L +2G /dev/vg/backup
   Size of logical volume vg/backup changed from 2.00 GiB (512 extents) to 4.00 GiB (1024 extents).
   Logical volume vg/backup successfully resized.

 $ sudo lvdisplay vg -C
   LV     VG Attr       LSize Pool Origin Data%  Meta%  Move Log Cpy%Sync Convert
   backup vg -wi-a----- 4.00g

 # Enlever de l'espace
 $ sudo lvreduce -L -2G /dev/vg/backup
   WARNING: Reducing active logical volume to 2.00 GiB.
   THIS MAY DESTROY YOUR DATA (filesystem etc.)
 Do you really want to reduce vg/backup? [y/n]: y
   Size of logical volume vg/backup changed from 4.00 GiB (1024 extents) to 2.00 GiB (512 extents).
   Logical volume vg/backup successfully resized.

 $ sudo lvdisplay vg -C
 LV     VG Attr       LSize Pool Origin Data%  Meta%  Move Log Cpy%Sync Convert
 backup vg -wi-a----- 2.00g

Créer une partition dans le volume logique.
Comme il ne s’agit pas véritablement d’une partition sur un périphérique régulier (mais sur un volume logique), techniquement on ne parle pas de partition mais de volume LVM.

 $ sudo mkfs.ext4 /dev/vg/backup
 mke2fs 1.45.5 (07-Jan-2020)
 Creating filesystem with 524288 4k blocks and 131072 inodes
 Filesystem UUID: 0a1b4426-8323-43c6-abff-4337a661543b
 Superblock backups stored on blocks:
   32768, 98304, 163840, 229376, 294912

 Allocating group tables: done
 Writing inode tables: done
 Creating journal (16384 blocks): done
 Writing superblocks and filesystem accounting information: done

Monter la partition

 $ sudo mkdir /mylvm
 $ sudo mount /dev/vg/backup /mylvm

 $ df -h /mylvm
 Filesystem             Size  Used Avail Use% Mounted on
 /dev/mapper/vg-backup  2.0G   24K  1.8G   1% /mylvm

Pour un montage persistant, l’ajouter à /etc/fstab

 /dev/vg/backup /mylvm ext4 defaults 1 2

Ajouter de l’espace à la partition
Il est facile d’ajouter ou soustraire de l’espace dans un volume logique: il suffit d’augmenter (pourvu qu’on ait des volumes physiques non utilisés dans le groupe de volume) ou réduire sa taille.

lvextend ne peut être utilisé que pour ajouter de l’espace,
lvreduce ne peut être utilisé que pour enlever de l’espace, lvresize peut être utilisé pour ajouter ou enlever de l’espace

Losqu’on agrandit un volume logique contenant un système de fichier, il faut

d’abord agrandir le volume

 $ sudo chmod -R 755 /mylvm
 $ sudo chown -R $USER: /mylvm
 $ echo "Hello World" > /mylvm/file

 # extend by the amount of free space on physical volume /dev/sdb1:
 $ sudo lvextend /dev/vg/backup /dev/sdb1
   Size of logical volume vg/backup changed from 2.00 GiB (512 extents) to <5.75 GiB (1471 extents).
   Logical volume vg/backup successfully resized.

 $ sudo lvdisplay vg -C
   LV     VG Attr       LSize  Pool Origin Data%  Meta%  Move Log Cpy%Sync Convert
   backup vg -wi-ao---- <5.75g

 $ df -h /mylvm
 Filesystem             Size  Used Avail Use% Mounted on
 /dev/mapper/vg-backup  2.0G   24K  1.8G   1% /mylvm

agrandir le système de fichier
Pour ce faire, il faut au préalable le démonter

 $ sudo umount /mylvm

 $ sudo e2fsck -f /dev/vg/backup
 e2fsck 1.45.5 (07-Jan-2020)
 Pass 1: Checking inodes, blocks, and sizes
 Pass 2: Checking directory structure
 Pass 3: Checking directory connectivity
 Pass 4: Checking reference counts
 Pass 5: Checking group summary information
 /dev/vg/backup: 12/393216 files (0.0% non-contiguous), 43119/1557504 blocks

 $ sudo resize2fs -p /dev/vg/backup
 resize2fs 1.45.5 (07-Jan-2020)
 Filesystem at /dev/vg/backup is mounted on /mylvm; on-line resizing required
 old_desc_blocks = 1, new_desc_blocks = 1
 The filesystem on /dev/vg/backup is now 1506304 (4k) blocks long.

 $ sudo mount /dev/vg/backup /mylvm
 $ df -h /mylvm
 Filesystem             Size  Used Avail Use% Mounted on
 /dev/mapper/vg-backup  5.6G   24K  5.4G   1% /mylvm

Alternative: l’option -r de lvresize permet de redimensionner le système de fichier en même temps que le volume. Pour ce faire, il faut au préalable démonter le système de fichier

 $ sudo umount /mylvm
 $ sudo vgextend vg /dev/sdc1

 $ sudo lvresize -r -L +100M /dev/vg/backup
 fsck from util-linux 2.34
 /dev/mapper/vg-backup: 12/376832 files (0.0% non-contiguous), 42091/1506304 blocks
   Size of logical volume vg/backup changed from 5.84 GiB (1496 extents) to 5.94 GiB (1521 extents).
   Logical volume vg/backup successfully resized.
 resize2fs 1.45.5 (07-Jan-2020)
 Resizing the filesystem on /dev/mapper/vg-backup to 1557504 (4k) blocks.
 The filesystem on /dev/mapper/vg-backup is now 1557504 (4k) blocks long.

 $ sudo mount /dev/vg/backup /mylvm
 $ df -h /mylvm
 Filesystem             Size  Used Avail Use% Mounted on
 /dev/mapper/vg-backup  5.8G   28K  5.6G   1% /mylvm

Enlever de l’espace
Lorsqu’on réduit un volume logique contenant un système de fichiers, il faut réduire le système de fichier, puis réduire le volume.

 $ sudo umount /mylvm

 $ sudo lvresize -r -L 200M /dev/vg/backup
 fsck from util-linux 2.34
 /dev/mapper/vg-backup: 12/638976 files (0.0% non-contiguous), 58796/2539520 blocks
 resize2fs 1.45.5 (07-Jan-2020)
 Resizing the filesystem on /dev/mapper/vg-backup to 51200 (4k) blocks.
 The filesystem on /dev/mapper/vg-backup is now 51200 (4k) blocks long.

   Size of logical volume vg/backup changed from <9.69 GiB (2480 extents) to 200.00 MiB (50 extents).
   Logical volume vg/backup successfully resized.

 $ sudo pvmove /dev/sdc1
 $ sudo vgreduce vg /dev/sdc1
   Removed "/dev/sdc1" from volume group "vg"

 $ sudo mount /dev/vg/backup /mylvm
 $ df -h /mylvm
 Filesystem             Size  Used Avail Use% Mounted on
 /dev/mapper/vg-backup  130M   28K  118M   1% /mylvm

Pour récapituler, on peut désigner une partition comme volume physique et l’ajouter à un groupe de volumes. On crée ensuite un volume logique à partir d’un groupe de volumes. Le volume logique peut être formatté avec un système de fichier et monté comme une partition ordinaire.

En d’autres termes, on peut considérer qu’un groupe de volumes est une sorte de disque virtuel, et qu’un volume logique est une sorte de partition virtuelle sur ce groupe de volume.
- pvcreate pour désigner une partition comme volume physique
- vgcreate pour créer un groupe de volumes à partir de volumes physiques
- vgextend pour ajouter un volume physique à un groupe de volumes
- lvcreate pour créer un volume logique
- lvextend pour ajouter de l’espace à un volume logique
- lvm --help pour voir toutes les commandes LVM

Device mapper

Le gestionnaire de volume logique utilise un device mapper, qui s’occupe de mapper les blocs physiques des partitions aux blocs logiques du volume logique.
Pour voir quelles partitions participent dans des volumes logiques:

$ lsblk -f
NAME            FSTYPE      LABEL UUID                                   FSAVAIL FSUSE% MOUNTPOINT
sda
└─sda1          LVM2_member       Zs1dcK-KHBR-ULsr-515h-PQL5-cy18-qt8nmW
  └─vg-backup   ext4              0a1b4426-8323-43c6-abff-4337a661543b      5.3G     0% /mylvm
sdb
└─sdb1          LVM2_member       lN6CFO-sRcQ-jqcC-3znn-AXFy-Y086-sE73F8
  └─vg-backup   ext4              0a1b4426-8323-43c6-abff-4337a661543b      5.3G     0% /mylvm
sdc
└─sdc1          LVM2_member       0uqK5t-7tHI-3oGR-Ax4h-Q4gY-laL0-2cxn2T

Pour connaître le nom du mappeur:

$ ls -l /dev/mapper
total 0
crw------- 1 root root 10, 236 Mar 15 13:56 control
lrwxrwxrwx 1 root root       7 Mar 15 15:05 cryptswap -> ../dm-2
lrwxrwxrwx 1 root root       7 Mar 15 15:05 data-root -> ../dm-0
lrwxrwxrwx 1 root root       7 Mar 15 15:05 data-swap -> ../dm-1
lrwxrwxrwx 1 root root       7 Mar 15 15:36 vg-backup -> ../dm-3
$
$ readlink -f /dev/mapper/vg-backup
/dev/dm-3

$ lsblk -pf
  NAME                        FSTYPE      LABEL UUID                                   FSAVAIL FSUSE% MOUNTPOINT
  /dev/sda
  └─/dev/sda1                 LVM2_member       Zs1dcK-KHBR-ULsr-515h-PQL5-cy18-qt8nmW
    └─/dev/mapper/vg-backup   ext4              0a1b4426-8323-43c6-abff-4337a661543b      5.3G     0% /mylvm
  /dev/sdb
  └─/dev/sdb1                 LVM2_member       lN6CFO-sRcQ-jqcC-3znn-AXFy-Y086-sE73F8
    └─/dev/mapper/vg-backup   ext4              0a1b4426-8323-43c6-abff-4337a661543b      5.3G     0% /mylvm
  /dev/sdc
  └─/dev/sdc1                 LVM2_member       0uqK5t-7tHI-3oGR-Ax4h-Q4gY-laL0-2cxn2T

Snapshots

Un shapshot LVM crée une copie exacte d’un volume logique existant à un instant T. Les snapshots n’utilisent de l’espace que pour stocker les changements: lorsque le volume logique change, les blocs de données d’origine sont copiés sur le snapshot. C’est utile pour sauvegarder, tester une application ou déployer une machine virtuelle.

Créer un shapshot:

$ sudo lvcreate -l 128 -s -n mysnap /dev/vg/mylvm

Monter un shapshot:

$ mkdir /mysnap
$ mount -o ro /dev/vg/mysnap /mysnap

Supprimer un shapshot:

$ sudo umount /mysnap
$ sudo lvremove /dev/vg/mysnap

Nettoyer

Démonter le volume LVM
```
 sudo umount /mylvm
 sudo rmdir /mylvm
```

Supprimer le volume LVM

 sudo fdisk /dev/vg/backup
 d
 w

 sudo partprobe

Supprimer le volume logique

 $ sudo lvremove /dev/vg/backup
 Do you really want to remove and DISCARD active logical volume vg/backup? [y/n]: y
   Logical volume "backup" successfully removed

Supprimer le groupe de volumes

 $ sudo vgremove vg
   Volume group "vg" successfully removed

Supprimer les volumes physiques

 $ sudo pvremove /dev/sdc1
   Labels on physical volume "/dev/sdc1" successfully wiped.
 $ sudo pvremove /dev/sdb1
   Labels on physical volume "/dev/sdb1" successfully wiped.
 $ sudo pvremove /dev/sda1
   Labels on physical volume "/dev/sda1" successfully wiped.

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