緯育 2026-0413

本次講座聚焦於數據儲存的空間容量管理。講師先回顧過去面臨的儲存空間不足挑戰，說明安裝作業系統時進行磁碟分割的傳統作法及其限制（例如為 /boot 與 / 目錄配置固定容量）。接著轉入現代化解決方案，詳述邏輯磁碟區管理員（LVM）的概念、架構與優勢。

LVM 透過將多個實體硬碟或分割區整合為可動態調整的儲存池，突破傳統固定分割區難以擴充的瓶頸，允許在不停機、使用者無感的情況下進行擴充、縮減與管理。最後，講師介紹與 LVM 相關的核心名詞（PV、VG、LV）及基本指令，為後續實作打下基礎。

儲存空間規劃與挑戰

• 傳統空間管理的演變
  • 過去：主要擔心容量不足，重點在限制使用量（如 Quota）。
  • 現在：硬碟容量大幅提升，課題轉為如何有效規劃與管理龐大儲存空間。
• 作業系統安裝時的磁碟分割
  • 傳統上安裝 Linux（如 CentOS）時，常將不同目錄（如 /boot, /home）分割至獨立分割區。
  • 優點：未來如需擴充特定目錄的空間較為彈性。
  • /boot 目錄容量規劃：
  • 常見建議為 200MB。
  • 實際需求取決於核心檔案大小。單一核心版本（含 vmlinuz 與 initramfs）約 67MB（範例為 16MB + 51MB）。
  • 若需同時存放多個核心版本（如軟硬體測試），200MB 可能不足。
  • /（根）目錄容量規劃：
  • 建議值約 50GB～100GB。
  • 實務上，基本 CentOS 約 2.6GB，Ubuntu 桌面版約 5.5GB～8GB；相較之下 100GB 顯得偏大。
  • 相較 Windows 11（約 20GB），其大型更新會產生 Windows.old，暫時佔用近雙倍空間。
  • /home 目錄容量規劃：
  • 建議 200GB 以上，仍須視實際需求調整。若使用者不在伺服器存放個人資料，無須分配過大空間。
• 傳統硬碟擴充流程
  • 空間不足時，多以更換更大容量硬碟因應。
  • 流程耗時繁瑣，常需離峰（如半夜）進行。
  • 步驟：停止服務 -> 關機 -> 安裝新碟 -> 開機 -> 複製資料至新碟 -> 關機 -> 拔除舊碟與調整排線 -> 開機 -> 設定掛載 -> 啟動服務。
  • 全程至少數小時，過程若出錯將更耗時。

現代儲存空間管理方案

• 掛載遠端網路儲存（NAS）
  • 將 Linux 伺服器的儲存空間掛載到遠端 NAS。
  • 優點：擴充、縮減、備份等在 NAS 端完成；伺服器專注運算，即使主機故障，資料仍保存在 NAS。
  • 注意伺服器與 NAS 連線的穩定性。
• 使用 Ceph 儲存系統
  • Ceph 為軟體定義儲存方案，可視作更強大的 NAS。
  • 建立分散式儲存池；安裝設定較複雜，甚至有專門付費課程。
• 邏輯磁碟區管理員（LVM）
  • LVM（現行為 LVM2）為解決 Linux 空間不足而設計，源自 IBM 在 AIX 的技術。
  • 允許不停機、使用者無感地動態調整（建立、擴充、縮減）儲存空間，常以一行指令即可完成。

LVM 的核心概念與架構

• 核心名詞解釋
  • PV（Physical Volume，實體卷）：
  • 指實體硬碟、磁碟分割區或 RAID 陣列，為 LVM 最底層單元。
  • 以將分割區型別標示為 8e（Linux LVM）作為建立 PV 的基礎。
  • VG（Volume Group，卷群組）：
  • 由一個或多個 PV 組成的儲存池，即大的容量集合。
  • LV（Logical Volume，邏輯卷）：
  • 自 VG 切割出的空間，等同傳統分割區（如 /dev/sda1）。
  • 建立後需格式化才能掛載使用。
  • PE（Physical Extent，實體範圍）：
  • VG 的最小儲存單位，預設 4MB，類似檔案系統的區塊大小。
  • LE（Logical Extent，邏輯範圍）：
  • LV 的最小儲存單位，通常大小與 PE 相同。
  • LV 總容量 =（PE 或 LE 的大小）× LE 數量。
• LVM 運作流程

 1. 準備硬碟：備妥實體硬碟或分割區（如 /dev/sdc, /dev/sdd1）。
 2. 建立 PV：使用指令將這些裝置轉為 PV。
 3. 建立 VG：將一個或多個 PV 組合為 VG，並命名（如 myvg）。
 4. 建立 LV：自 VG 切出所需大小的 LV，命名（如 mylv1）。
 5. 格式化與掛載：如同一般分割區，先格式化再掛載至目錄。

• • 擴充性：當 VG 容量不足時，可新增硬碟建立為 PV，加入既有 VG，即可擴大儲存池。

LVM 相關指令介紹

• PV（實體卷）相關指令
  • pvscan：掃描系統所有 PV。
  • pvdisplay：顯示 PV 詳細資訊。
  • pvs：簡要顯示 PV 資訊。
  • pvcreate /dev/sdX1：將指定分割區建立為 PV。
  • pvremove /dev/sdX1：移除分割區的 PV 屬性。
  • pvmove /dev/sdX1 /dev/sdY1：將來源 PV 上資料遷移至目標 PV。
• VG（卷群組）相關指令
  • vgscan：掃描系統所有 VG。
  • vgdisplay：顯示 VG 詳細資訊。
  • vgs：簡要顯示 VG 資訊。
  • vgcreate <vgname> /dev/sdX1 /dev/sdY1：以指定 PV 建立新的 VG。
  • vgremove <vgname>：移除指定 VG。
  • vgrename <oldvgname> <newvgname>：重新命名 VG。
  • vgextend <vgname> /dev/sdZ1：將新 PV 加入現有 VG 擴充容量。
  • vgreduce <vgname> /dev/sdX1：自 VG 移除指定 PV。
• LV（邏輯卷）相關指令
  • lvscan：掃描系統所有 LV。
  • lvdisplay：顯示 LV 詳細資訊。
  • lvs：簡要顯示 LV 資訊。
  • lvcreate -n <lvname> <vgname>：自指定 VG 建立新 LV。
  • lvremove /dev/<vgname>/<lvname>：移除指定 LV。
  • lvrename：重新命名 LV。
  • lvresize：調整 LV 大小（可增減），支援 +10G、-10G、100G 等語法。
  • lvextend：擴充 LV 容量。
  • lvreduce：縮減 LV 容量。

LVM 基本架構與概念

• LVM 元件與術語對應
  • 實體硬碟需先轉為 PV（Physical Volume），PV 不可直接使用，須群組成 VG（Volume Group）。
  • VG 內的最小單位為 PE（Physical Extent）；LV 的邏輯單位為 LE（Logical Extent），LE 與 PE 大小一致，講座示例以 4MB 為 PE/LE 大小。
  • 從 VG「挖出」容量建立 LV；LV 大小 = LE 數量 × 每個 LE 大小（與 PE 相同），例如 500MB 約對應 125 個 PE/LE（以 4MB 為單位）。
  • 名稱範例：VG 名為 MyVG1、LV 名為 MyLV1；裝置路徑為 /dev/MyVG1/MyLV1。
• 建置流程總覽
  • 轉換：以 pvcreate 將 SDC、SDD 轉為 PV。
  • 群組：以 vgcreate 建立 MyVG1，並將 PV（SDC、SDD）加入；後續可用 vgextend 擴充。
  • 切割：以 lvcreate 從 MyVG1 切出 MyLV1（例如大小 500MB）。
  • 格式化與掛載：以 mkfs.ext4（講者口誤提及 esd）格式化 /dev/MyVG1/MyLV1，於 /mnt/LVM（示例目錄）掛載後使用。
  • 驗證：於掛載點建立目錄與檔案（例如建立 vmvr1 目錄與 test.vmvr 檔，寫入字串以 echo，ls/cat 檢視）。
• 指令族群與檢視工具
  • PV 層：pvscan（掃描 PV）、pvdisplay（細節顯示）。
  • VG 層：vgscan（掃描 VG）、vgdisplay（細節顯示）、vgcreate（建立 VG）、vgextend（加入 PV 擴充 VG）、vgreduce（移除 PV 縮減 VG）。
  • LV 層：lvscan（掃描 LV）、lvdisplay（細節顯示）、lvcreate（建立 LV）、lvremove（移除 LV）。
  • 裝置與掛載檢視：lsblk、df、mount；/dev/MyVG1/MyLV1 為實際掛載設備。

實作環境與硬體操作注意事項

• VM 與熱插拔實務
  • 在實務主機（如 VDS）通常可熱插拔硬碟；但本次於 VM 環境為模擬，需關機後新增硬碟。
  • 新增兩顆硬碟以示範 LVM（示例容量 20G、10G），重點在分辨第一與第二顆。
  • 昨日分割示範用過的硬碟需移除以避免裝置命名混淆（避免由 SDB 變為 SDC/STD 等）。
  • 開機後以 lsblk/ls 確認裝置；順序可能受核心偵測影響，若順序不一致可重開機重試。
• 裝置命名與穩定性
  • 裝置名稱（如 sdb、sdc、sdd）在重啟或硬體變更後可能改變；需以掃描與顯示指令確認對象。
  • 建議以 /dev/MyVG1/MyLV1 等邏徑掛載，減少直接以裸裝置掛載造成的風險。

建立 PV/VG/LV 的詳細步驟

• PV 建立
  • 指令：pvcreate /dev/sdc、pvcreate /dev/sdd。
  • 可用整顆硬碟或特定 partition（例如 /dev/sdc2）；使用 partition 前需先完成分割。
  • 檢查：pvscan 顯示已建立的 PV，初始尚未隸屬任何 VG。
• VG 建立與擴充
  • 建立：vgcreate MyVG1 /dev/sdd /dev/sdc（可先加一顆，後續 vgextend 再加）。
  • 顯示：vgscan、vgdisplay 檢視 VG 與容量、PE 數量。
• LV 建立
  • 建立：lvcreate -L 500M -n MyLV1 MyVG1（大小可用 500M、1G 等）。
  • 檢視：lvscan、lvdisplay；裝置路徑 /dev/MyVG1/MyLV1 生成。
• 格式化與掛載
  • 格式化：mkfs.ext4 /dev/MyVG1/MyLV1（講者示例提及 mkfs.esd，實務常用 ext4/xfs）。
  • 建目錄並掛載：mkdir -p /mnt/LVM；mount /dev/MyVG1/MyLV1 /mnt/LVM。
  • 寫入與驗證：在 /mnt/LVM 建立 vmvr1 目錄與 test.vmvr 檔，echo 寫入字串，ls/cat 確認。

LV 容量動態調整（擴充與縮減）

• 擴充（增加容量）
  • 指令偏好：lvresize（講者偏好 lvresize，亦稱 lvscale）。
  • 相對擴充：lvresize -L +500M /dev/MyVG1/MyLV1，從 500M 擴至 1G（示例以 PE 計算：PE=4MB，125→250）。
  • 絕對設置：lvresize -L 3G /dev/MyVG1/MyLV1，直接設定為 3G。
  • 檢視：lsblk、lvdisplay、df 確認容量變更。
• 縮減（減少容量）
  • 指令：lvresize -L 2G /dev/MyVG1/MyLV1，將 3G 改為 2G。
  • 風險提示：系統會警告可能造成資料遺失；LVM 僅管理空間，不保證檔案系統內容安全。縮減前應確保檔案系統空間使用狀況、先行縮減檔案系統並備份。
  • 驗證：縮減後進入掛載點檢視檔案是否仍在，示例中文件仍在。
• 實務建議
  • 多採漸進式擴充（例如 +500M、+1G），減少縮減操作。
  • 縮減需審慎，若使用者已將空間用滿，強制縮減易導致資料遺失與抱怨。

新增硬碟、資料遷移與移除舊碟

• 新增第三顆硬碟並加入 VG
  • 關機新增 100G 硬碟（裝置示例 SDD），開機後以 pvscan 確認未加入任何 VG。
  • 建立 PV：pvcreate /dev/sdd。
  • 擴充 VG：vgextend MyVG1 /dev/sdd，使 MyVG1 容量由原約 60G 擴至約 160G（講者口語「1.9G」為口誤，脈絡為擴充總容量）。
  • 檢視：vgdisplay 顯示 PV 數由 2→3。
• 以 pvmove 遷移資料
  • 目的：將舊 20G 硬碟 SDB 上的內容遷移至新 100G 硬碟 SDD。
  • 指令：pvmove /dev/sdb /dev/sdd（舊→新），過程需一段時間（示例一至兩分鐘）。
  • 確認：遷移完成後資料仍在，掛載後可見。
• 正確移除舊硬碟
  • 禁止直接拔除：直接抽出硬碟會使 VG 報錯（AO），影響後續操作。
  • 正確流程：

   1. vgreduce MyVG1 /dev/sdb（將 SDB 自 VG 移除）。
   2. pvremove /dev/sdb（清除 PV 標籤，避免接到他機時造成誤判）。
   3. pvscan 確認 SDB 不再為 PV；vgdisplay 顯示 PV 數由 3→2。
   4. 關機拔除 SDB（20G），開機後以 lsblk/df 檢視，裝置編號可能改變但資料仍可掛載使用。

• • 重新掛載：mount /dev/MyVG1/MyLV1 /mnt/LVM，ls/cat 檢視先前建立檔案（如 test.vmvr）仍在。
• 實務補充
  • 操作前後皆建議使用 pvscan/vgscan/lvscan 進行確認。
  • 若現場可熱插拔且設備與接頭可靠，可免關機；但為保險亦可選擇關機。

分割、格式化、掛載三步驟邏輯

• 通用流程
  • 分割：決定使用整顆硬碟或特定分割區進行 LVM（示例選整顆）。
  • 格式化：選擇檔案系統（ext4/xfs 等）於 LV 上建立。
  • 掛載：建立目錄並掛載至系統以供使用者使用。
• 系統範例與理解
  • 以 CentOS 為例，系統預設分割可能包含 /、/home、swap 等；理解系統如何使用 LVM 與分割有助於正確操作。