Introduction à LVM

LVM, dont l’acronyme anglo-saxon signifie Logical Volume Manager, est un gestionnaire de

volumes logiques qui apportent une vision abstraite du stockage de votre machine. La partition

physique devient un composant élémentaire et ne va plus directement supporter le système de

fichiers. Entre ces deux couches de bas et de haut niveau (successivement, la partition et le système

de fichiers), vont s’intercaler une première couche regroupant les partitions physiques (appelée

« volume groupe ») et une deuxième couche dans laquelle nous allons créer les systèmes de fichiers

(appelés « volumes logiques ») mais qui seront dynamiquement retaillables (indifféremment en

réduction ou en extension).

Figure 1 : Découpage des données sous LVM

L’intérêt principal de cette approche est à la fois de pouvoir étendre facilement un volume groupe en

ajoutant des partitions physiques (par exemple, un nouveau disque dur) et de changer la taille à

chaud des volumes logiques sachant que ces derniers ne possèdent pas un emplacement précis sur

un volume groupe et ne sont représentés que par leur nom et leur taille. Voici un exemple de ce que pourrait donner un système tournant sur LVM.

Figure 2 : Couches d’abstractions du modèle LVM

Le nommage des volumes groupes et logiques est libre même si la convention habituelle est de préfixer un volume groupe par « vg_ » et un volume logique par « lv_ ».

Tout l’espace disponible dans un volume groupe peut ne pas être utilisé dans les volumes logiques.

Cela permet de garder en réserve de l’espace disque pour l’ajouter aux volumes logiques qui en

auront besoin.

Un peu d’histoire

LVM (dont les principes ont été développés par l’Open Software Foundation) est notamment un

ticket d’entrée incontournable dans le monde de l’entreprise actuel. Il faut bien comprendre que les

gros Unix propriétaires possèdent tous leurs propres gestionnaires de volumes : Aix, Solaris, HP-

UX, Tru64, … (l’implémentation actuelle LVM de Linux, qui en est à sa version 1.0.7, est très

proche de celle de HP-UX). Linux n’est donc pas un précurseur en la matière mais disposer d’un

LVM est un enjeu primordial pour les décideurs informatiques souhaitant traiter des volumes de

données conséquents.

LVM 1.0.x (développé principalement par la société Sistina) est directement implémenté au niveau

du noyau Linux depuis sa version 2.4 (avec possibilité d’implémentation à partir du 2.2.17) ; la

version 2.6 qui devrait arriver fin 2003 va intégrer la version 2.0 de LVM. Cette dernière version

repose sur une nouvelle couche du noyau, le « device mapper », qui rationalise l’implémentation de

drivers supportant des devices virtuels en mode blocs comme par exemple le Raid logiciel. On peut

donc s’attendre à de meilleures performances et une plus grande fiabilité.

Pour la petite histoire, il s’en est fallu de peu que le LVM Linux ne soit supplanté par un équivalent

développé par IBM, appelé du doux acronyme de EVMS, et qui avait pour ambition de modifier la

vision que l’on pouvait avoir du stockage de données sous Linux en fédérant l’essentiel des couches

dans un même outil : partition, LVM, Raid logiciel, etc. (concept qui avait tout pour séduire). Les

développeurs du noyau Linux ont finalement tranché en faveur du LVM2 de la startup Sistina plutôt

que de choisir l’outil novateur (peut être un peu trop) du géant IBM : cela est la preuve, s’il en est

besoin, de l’approche démocratique et mature du développement du noyau Linux.

Autant être honnête, les fonctionnalités du driver EVMS restent très alléchantes à l’heure qu’il est ;

la preuve en est que le projet continue d’être développé comme vous pourrez le constater sur le site

officiel chez IBM. Peut être entendrons-nous un jour reparler de cet outil sous une forme différente ?

Cas d’utilisation de LVM

Après avoir lu le début de cet article, vous avez peut être la désagréable impression qu’utiliser un

gestionnaire de volumes est exclusivement réservé aux sociétés qui manipulent de grosses quantités

de données. Cette impression est fausse car LVM peut être aussi très utile sur la machine d’un

particulier, en fait sur n’importe quelle configuration.

Vous êtes un particulier et vous possédez une machine disposant d’un disque dur de 40 Go : vous

échangez régulièrement beaucoup de fichiers avec vos amis et cela entraîne une saturation du

répertoire /home ? Vous installez régulièrement de nouveau logiciels et votre /usr ne peut plus tenir

la cadence ? Une utilisation intensive de la machine cause la génération de fichiers de log qui

remplissent la partition supportant /var ? Avec LVM, il vous sera possible de préparer votre

machine avec des tailles de partitions adaptées en prévision de leur occupation théorique et, en cas

de nécessité, il vous sera possible d’adapter au fur et à mesure des besoins la taille des partitions à

leur utilisation réelle.

Vous êtes un ingénieur système et le volume de données à traiter de votre société est en continuelle

augmentation ? Avec LVM, il vous suffira de rajouter un nouveau disque dur (en SCSI, cela peut

même être fait à chaud) et de l’ajouter dans un de vos volumes groupes. L’espace nouvellement

affecté pourra être utilisé par les systèmes de fichiers les plus demandeurs en quelques commandes.

C’est même souvent utilisé pour isoler les applications critiques en créant un volume groupe par

application : vous gardez le contrôle de l’occupation disque et vous sécurisez votre système en cas

de débordement d’une application dont la volumétrie a été sous évaluée.

Le LVM Linux n’intègre pas directement le support du Raid1 (mode miroir ou les données sont

dupliquées sur au moins 2 disques pour supporter la perte d’un disque). Il faut pour cela utiliser une

carte raid hardware ou plus simplement le driver Linux MD (Linux Multiple Device) : LVM utilise

autant des partitions physiques que des partitions créées par Raid logiciel. Par contre, le support du

mode striping (les données sont écrites par morcellement sur plusieurs disques dur pour améliorer

les performances) est natif. Dans une utilisation professionnelle, l’utilisation d’une carte raid est tout

de même fortement conseillée vu son faible coût.

La plupart des distributions Linux récentes dispose du support LVM. La configuration du volume

manager est accessible aussi à l’installation de votre machine, au moins sur les distributions

RedHat, SuSE et Mandrake (l’installation se fait en mode graphique). Cela est aussi possible par

défaut sur la distribution Debian à partir de la version etch.

Cluster LVM

Le Clustered Logical Volume Manager (CLVM) est un ensemble d’extensions de cluster de LVM. Ces extensions permettent à un cluster de machine de gérer un stockage partagé (par exemple un SAN) tout en utilisant LVM.

Le daemon clmvd est l’outil qui permet le fonctionnement de LVM en cluster. Le deamon clvmd tourne sur chaque machine constituant le cluster et distribue les mises à jours des metadatas LVM au sein du cluster , présentant chaque machine fesant parti du cluster avec la même vue du volume logique.

Figure 3, Vue d’une architecture CLVM dans un Cluster Red Hat.

Les volumes logiques créer avec CLVM sur un stockage partagé sont visibles à toutes les machines qui ont accès à ce stockage partagé.

CLVM permet a un utilisateur de configurer des volumes logiques sur un stockage partagé en verrouillant l’accès au stockage physique pendant que le volume logique est en train d’être configuré.

Volumes Logiques LVM

Dans LVM, un volume group est divisé en volumes logiques. Il a trois type de volumes : volume linéaire, volume strippé, et volume mirroré.

Volumes Linéaires

Un volume linéaire agrège plusieurs volume physique en un seul volume logique. Par exemple, si Vous avez deux disque de 60 GB, vous pouvez créer un disque logique de 120 GB. Les volumes physiques sont donc concaténés.

Figure 4: Exemple d’un volume linéaire

Volumes Strippé

Quand vous écrivez des données sur un volume logique, le système réparti les donnés dans l’ensemble des disques physiques. On peut contrôler l’écriture sur les volumes physiques en créant un volume logique strippé. Pour les E/S importantes, cela peut améliorer les performances. Le stripping augmente les performances en écrivant les données dans un nombre prédéterminé de disques physiques en mode série. Avec le stripping, les E/S peuvent être fait en parallèles. Dans certaines situations, cela peut entraîner une performance linéaire pour chaque disque physique installé.

Figure 5: cas d’un volume strippé

Il est possible de spécifier sur quel partie du disque vous voulez utiliser. En effet si c’est un accès fréquent que l’on cible, alors on choisira le début du disque. En revanche, pour un accès moins fréquent comme des sauvegardes, alors la fin du disque semble être toute désignée pour accueillir ce genre de données.

Volume Mirroré

Un miroir maintient un copie identiques des données contenu sur différent périphériques. Quand une donnée est écrite sur un des périphériques, elle est automatiquement écrite sur le deuxième. Cela protège des pannes matérielles. Quand une des deux parties du mirroir cède, le volume devient alors linéaire, et reste accessible.

LVM supporte les volumes mirroré. Quand vous créez un volume mirroré, LVM s’assure que les données écrites sur un des volume physique soit bien répliqué sur un volume physique distinct. Avec LVM, on peut créer un volume logique avec plusieurs miroirs.

Un miroir LVM divise les données copier en régions qui généralement de taille 512KB. LVM maintient un petit log qui trace quel région est synchroniser avec quel miroir(s). Celui-ci peut être garder sur le disque et sera donc persistent aux redémarrage, ou bien il pourra être garder dans la RAM.

Figure 6: cas d’un volume mirroré avec log sur disque.

Snapshot des volumes

Les capacités des snapshots permettent la création d’images virtuelles d’un disque à un moment précis sans avoir à faire un interruption de service.

Quand un changement est fait sur le disque d’origine après qu’un snapshot soit pris, la fonctionnalité de celui-ci fait une copie de la nouvelle zone de données telle qu’elle était avant le changement de manière à pouvoir reconstituer l’état du périphérique.

Les snapshots LVM ne fonctionne pas à travers les cluster de LVM.

Parce que les snapshots copie seulement les zones de données qui on été changé après que le snapshot est été pris, la fonctionnalité requière un minimum d’espace disque. Par exemple, avec de rare mise à jour, 3 à 5% de la capacité d’origine est suffisante pour maintenir le snapshot.

Les copies des snapshots sont des copies virtuelles, et pas un système de backup pour le système. Les snapshots ne remplacement pas une procédure de backup.

Si un snapshot est saturé en terme de capacité, le snapshot est lâché. Cela pour être sur d’avoir assez d’espace pour le système de fichier. Il faut régulièrement surveiller la teille du snapshot. Les snapshots sont redimensionables, donc si vous avez la capacité de stockage, vous pouvez agrandir la taille du snapshot afin de prévenir la saturation de ceux-ci. A l’inverse si vos trouvez que la taille alloué au snapshot est trop importante, vous pouvez réduire la taille du volume afin de libérer de la place pour les autres volumes logiques.

Quand vous créez un volume de snapshot, le plein accès en lecture et en écriture à l’original reste possible. Si un morceau du snapshot est changé, celui-ci est marqué et ne sera jamais copié depuis le volume original.

Il y a plusieurs utilisation de la fonctionnalité de snapshot:

• Fréquemment, un snapshot est pris quand vous avez besoin d’un backup d’un volume logique sans arrêter le système.

• On peut exécuter la commande fdsk sur un snapshot pour vérifier l’intégrité et déterminer si le volume original a besoin d’une réparation.

• Parce que les snapshots lise/écrive, vous pouvez tester des applications en production en prenant un snapshot et en recommençant les test, tout en laissant les vrais données intactes.

• Vous pouvez utiliser la fonction de snapshot avec Xen afin de modifier une machine virtuelle, et de la restaurer en cas de besoin.

Pratique

Création d’une infrastructure LVM au sein d’un cluster

La création de ce type de volume dans un environnement de cluster est identique à la création d’un volume unique. Il n’y a pas de différences dans les commandes LVM, ou de l’interface d’administration disponible dans les distributions de Red Hat.

Pour la mise en place d’une infrastructure LVM en cluster, l’infrastructure du cluster doit être fonctionnel.

Installation d’une Debian GNU/Linux sur du raid1 soft avec md + lvm

Installation d’une Debian GNU/Linux sur du raid1 soft avec md + lvm

• mdadm
• lvm (pvcreate, vgcreate, lvcreate)

Installation d’une debian avec raid1 software et lvm

Installation d’une distribution debian sur le premier des deux disques

Tout d’abord installer de manière traditionnelle la distribution Debian GNU/Linux sur l’un des deux disques.

Préparation du deuxième disque en mode md + lvm

Création d’une partition root (hdc1)

256Mo me parait une valeur amplement suffisante :

debian:/boot# fdisk /dev/hdc The number of cylinders for this disk is set to 79656. There is nothing wrong with that, but this is larger than 1024, and could in certain setups cause problems with: 1) software that runs at boot time (e.g., old versions of LILO) 2) booting and partitioning software from other OSs (e.g., DOS FDISK, OS/2 FDISK) Command (m for help): n Command action e extended p primary partition (1-4) p Partition number (1-4): 1 First cylinder (1-79656, default 1): Using default value 1 Last cylinder or +size or +sizeM or +sizeK (1-79656, default 79656): +128M Command (m for help): w The partition table has been altered! Calling ioctl() to re-read partition table. Syncing disks. debian:/boot#

Création de la partition qui intégrera notre groupe raid (hdc2)

Attention s’assurer que vous pourrez créer une partition sur notre disque 1 faisant exactement la même taille. Ensuite créer cette partition de manière traditionnel avec fdisk par exemple.

debian:/boot# fdisk /dev/hdc

The number of cylinders for this disk is set to 79656.
There is nothing wrong with that, but this is larger than 1024,
and could in certain setups cause problems with:
1) software that runs at boot time (e.g., old versions of LILO)
2) booting and partitioning software from other OSs
(e.g., DOS FDISK, OS/2 FDISK)

Command (m for help): p

Disk /dev/hdc: 41.1 GB, 41110142976 bytes
16 heads, 63 sectors/track, 79656 cylinders
Units = cylinders of 1008 * 512 = 516096 bytes

Device Boot Start End Blocks Id System
/dev/hdc1 1 249 125464+ 83 Linux

Command (m for help): n
Command action
e extended
p primary partition (1-4)
p
Partition number (1-4): 2
First cylinder (250-79656, default 250):
Using default value 250
Last cylinder or +size or +sizeM or +sizeK (250-79656, default 79656):
Using default value 79656

Command (m for help): w
The partition table has been altered!

Calling ioctl() to re-read partition table.
Syncing disks.
debian:/boot#

Mise en place du groupe raid à l’aide de mdadm

Nous allons commencer par créer un group raid dégradé avec seulement un disque.

debian:/boot# mdadm –create /dev/md1 –level 1 –raid-devices=2 /dev/hdc2 missing mdadm: array /dev/md1 started. debian:/boot# cat /proc/mdstat Personalities : [raid1] md1 : active raid1 hdc2[0] 40021056 blocks [2/1] [U_] md0 : active raid1 hda1[0] hdf1[1] 156288256 blocks [2/2] [UU] unused devices: <none> debian:/boot#

Mise en place des volumes logiques sur notre disque md1

-> Installer lvm

debian:~# apt-get install lvm2

-> Créer le volume physique LVM

debian:~# pvcreate /dev/md1 Physical volume « /dev/md1″ successfully created

-> Créer le volume groupe LVM vg01 et y affecter le disque /dev/md1

debian:~# vgcreate -A n vg01 /dev/md1 Volume group « vg01″ successfully created

-> Créer les volumes logiques LVM

debian:/boot# lvcreate -A n -L 200M -n backup vg01 Logical volume « backup » created debian:/boot# lvcreate -A n -L 5G -n usr vg01 Logical volume « usr » created debian:/boot# lvcreate -A n -L 3G -n var vg01 Logical volume « var » created debian:/boot# lvcreate -A n -L 10G -n home vg01 Logical volume « home » created debian:/boot# lvcreate -A n -L 19G -n goinfre vg01 Logical volume « goinfre » created debian:/boot#

-> Informations à propos de vg01 et des volumes logiques

debian:~# vgdisplay -v vg00

Copie des données depuis hde vers les différents volumes logiques

Rebooter avec une knoppix ou autre live cd

# mkfs.ext3 /dev/md1 # mount /dev/md1 /mnt/new_root # cd /mnt/new_root # tar -C / -clspf – . | tar -xlspvf -

Faire la même chose pour :

• usr (/dev/vg01/usr)
• var (/dev/vg01/var)

Création du disque hde2 et insertion dans le groupe raid

-> Création de la partition qui doit être exactement de la même dimension que la première

debian:/mnt# sfdisk -d /dev/hdc | sfdisk /dev/hde debian:/mnt#

-> Ajout de la nouvelle partition à l’intérieur du group raid

debian:/mnt# mdadm -a /dev/md1 /dev/hde2 mdadm: hot added /dev/hde2 debian:/mnt#

-> La phase de reconstruction démarre

debian:/mnt# cat /proc/mdstat Personalities : [raid1] md0 : active raid1 hdf1[2] hda1[0] 156288256 blocks [2/1] [U_] [>....................] recovery = 0.4% (759040/156288256) finish=44.3min speed=58387K/sec unused devices: <none> debian:/mnt#

-> La phase de reconstruction se termine

debian:/mnt# cat /proc/mdstat Personalities : [raid1] md0 : active raid1 hdf1[1] hda1[0] 156288256 blocks [2/2] [UU] unused devices: <none> debian:/mnt#

mdadm.conf

Ce fichier permet de définir les différents groupes raid à activer.

Ci-dessous les différents scripts qui permettent d’activer les daemons mdadm et activer le raid :

• /etc/init.d/mdadm : start the RAID monitor daemon
• /etc/init.d/mdadm-raid : start any arrays from mdadm.conf

debian:~# cat /etc/mdadm/mdadm.conf DEVICE /dev/hda1 /dev/hdf1 ARRAY /dev/md0 devices=/dev/hda1,/dev/hdf1 debian:~#

debian:~# mdadm –detail –scan >> /etc/mdadm/mdadm.conf
debian:~#
debian:~# cat /etc/mdadm/mdadm.conf
DEVICE /dev/hda1 /dev/hdc1
ARRAY /dev/md0 devices=/dev/hda1,/dev/hdc1
DEVICE /dev/hde* /dev/hdf*
ARRAY /dev/md1 devices=/dev/hde1,/dev/hdf1
ARRAY /dev/md2 devices=/dev/hde2,/dev/hdf2
ARRAY /dev/md3 devices=/dev/hde3,/dev/hdf3
ARRAY /dev/md4 devices=/dev/hde4,/dev/hdf4
debian:~#

Vous pouvez aussi déclarer vos disques avec le nom DEVICE et taper cette commande

Sources :

LVM Administrator’s Guide – RED HAT

LVM ou comment changer d’idée sur le stockage de données sous Linux – Lionel Tricon

Annexes

Commandes Admins

lvmdiskscan

Cette commande donne un aperçu de tous les périphériques utilisables parLVM sur votre machine : liste les disques durs IDE et SCSI, les partitionsen Raid logiciel, les devices en loopback (loop device) et les devices bloc réseau (network block device)

pvscan

Lecture et affichage de tous les volumes physiques disponibles sur le système : utile pour localiser l’espace non utilisé

vgscan

Lecture et affichage de tous les volumes groupes présents sur le système

lvscan

Lecture et affichage de tous les volumes logiques présents sur le système

pvcreate

Initialisation d’une partition (ou périphérique compatible) pour pouvoir l’utiliser en volume physique : mise en place d’un descripteur de volumegroupe en début de partition Les partitions doivent être de type 0x8e, à changer avec l’utilitaire « fdisk »

vgcreate

Création d’un volume groupe à partir de 1 ou plusieurs volumes physiques. Le VG sera accessible sous /dev/[VG] et peut être créé dans un mode linéaire (par défaut) ou un mode striping . Le volume est automatique activé

lvcreate

Création d’un volume logique dans un volume groupe. Le LV sera accessible sous /dev/[VG]/[LV]

vgextend

Ajout d’un volume physique dans un volume groupe

vgreduce

Suppression d’un volume physique dans un volume groupe

lvextend

Extension de la taille d’un volume logique

lvreduce

Réduction de la taille d’un volume logique

pvdisplay

Affiche des informations liées à un volume physique

vgdisplay

Affiche des informations liées à un volume groupe

lvdisplay

Affiche des informations liées à un volume logique

lvremove

Supprime un volume logique

lvrename

Renomme un volume logique

vgremove

Supprime un volume groupe : vous devez vérifier qu’il n’y a pas de volume logique présent dans ce VG avant de le supprimer (le VG doit aussi être désactivé)

pvmove

Déplace les données d’un volume physique dans un autre volume physique appartenant au même volume groupe. Est souvent utilisé pour pouvoir enlever un disque du gestionnaire de volume sans arrêt de service

vgchange

Active ou désactive un volume groupe