1.1 Was ist LVM?

LVM ist die Abkürzung für "Logical Volume Manager" und bezeichnet eine Funktion, die seit der Version 2.4 im Standard-Kernel integriert ist. Für Windows-Anhänger entspricht dies in etwa den "Dynamischen Datenträgern" bei Microsoft Windows 2000 oder XP Pro. Mittels LVM lässt sich eine logische Schicht zwischen Dateisystem und der Partition einer physikalischen Festplatte schieben. So ist es möglich, ein Dateisystem über mehrere Partitionen und Festplatten zu strecken, wohlgemerkt auch nach dem Anlegen eines Dateisystems, sogar wenn schon Daten darin abgespeichert wurden. Dazu wird das Dateisystem auf einer virtuellen Partition, einem so genannten Logical Volume, angelegt. Dies ist auch der eigentliche Clou von LVM: Man kann einer zu kleinen Partition oder Festplatte, die mit LVM verwaltet wird, nachträglich freien Speicherplatz hinzufügen. Voraussetzung ist allerdings, dass die betreffenden Partitionen im Voraus von LVM verwaltet wurden. LVM kann nicht auf bestehende Datenpartitionen angewandt werden. Eine zusätzliche und praktische Eigenschaft von LVM ist dessen Backup-Funktion. Mittels so genannten Snapshots kann man sehr einfach eine identische Kopie seiner von LVM verwalteten Partition erstellen. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass LVM die Geschwindigkeit bei Schreib- und Lesezugriffen nicht merklich beeinträchtigt, und auch die CPU-Belastung steigt kaum. Jedoch steigt analog zu RAID 0 die Ausfallwahrscheinlichkeit, wenn sich das Dateisystem und die darunter befindliche virtuelle Partition über mehrere Festplatten erstreckt, da nur eine Festplatte ausfallen muss, um die ganzen Daten zu verlieren.

1.2 Warnung

Der Autor übernimmt keine Garantie auf die hier beschriebenen Verfahren und übernimmt keine Haftung für eventuelle Hardwareschäden und/oder Datenverluste oder sonstige Schäden. LVM ist zwar inzwischen sehr stabil und ausgereift, dennoch sollte man Arbeiten am Dateisystem nie ohne Backup vornehmen. Sichern Sie bevor Sie fortfahren Ihre Daten auf einen gesonderten Datenträger, um Datenverluste zu vermeiden.

1.3 Copyright

Dieses Dokument ist urheberrechtlich geschützt. Das Copyright für dieses Dokument liegt bei Markus Hoffmann ( mar.hoff@gmx.net).

Das Dokument darf gemäß der GNU General Public License verbreitet werden. Insbesondere bedeutet dieses, dass der Text sowohl über elektronische wie auch physikalische Medien ohne die Zahlung von Lizenzgebühren verbreitet werden darf, solange dieser Copyright-Hinweis nicht entfernt wird. Eine kommerzielle Verbreitung ist erlaubt und ausdrücklich erwünscht. Bei einer Publikation in Papierform ist das Deutsche Linux HOWTO Projekt hierüber zu informieren.

2 Voraussetzungen

Um LVM nutzen zu können müssen Sie feststellen, ob Ihr Kernel diese Funktion unterstützt, was gewöhnlich ab dem Standard-Kernel 2.4 der Fall ist. Dazu dient das Modul lvm-mod. Führen Sie als Benutzer root den Befehl lsmod aus, um zu überprüfen, ob es in der Liste der geladenen Module schon enthalten ist, gegebenenfalls führen Sie vorher noch modprobe lvm-mod aus. Zusätzlich dazu können Sie auch überprüfen, ob das Verzeichnis /proc/lvm existiert, welches nur bei einem aktivem LVM-System vorhanden ist. Ist das Modul nicht vorhanden, müssen Sie den Kernel mit der LVM-Funktion neu kompilieren. Sehen Sie auch dazu das Kapitel über die Neukompilierung eines Kernels von SelfLinux. Zusätzlich zur Kernel-Funktion ist noch das Programmpaket lvm für die LVM-Kommandos notwendig, das sich, falls es nicht installiert sein sollte, meistens auf einer der CDs Ihrer Linux-Distribution befindet.

3.1 LVM-System starten

Um die LVM-Funktion des Kernels nutzen zu können, ist es notwendig, das Modul lvm-mod zu laden. Dies geschieht mit folgendem Befehl.

Die LVM-Kommandos setzen die Datei /etc/lvmtab und das Verzeichnis /etc/lvmtab.d voraus, die man vorher mit dem Befehl vgscan erstellen kann. Die beiden Dateien beinhalten Informationen über die vorhandene LVM-Konfiguration. Mit dem Befehl vgchange werden eventuelle Volume Groups aktiviert. Bei vielen Distributionen werden die beiden folgenden Befehle während des Systemstarts ausgeführt und sind damit nicht unbedingt notwendig. Sehen Sie dazu auch den Abschnitt "LVM beim Booten und Shutdown".

3.2 LVM-System einrichten

3.3 LVM-System vergrößern und verkleinern

root@linux ~# umount /lvm-test
root@linux ~# vgchange -a n

4.1 LVM beim Booten und Shutdown

Um LVM gleich nach dem Systemstart zur Verfügung zu haben, muss dies innerhalb des Init-V-Prozesses gestartet werden. Bei SuSE ist der Befehl vgchange -a y bereits in /etc/init.d/boot enthalten. Um das LVM-System ordnungsgemäß zu beenden, ist noch vgchange -a n in der Datei /etc/init.d/halt enthalten, die beim Herunterfahren ausgeführt wird. Auch bei Mandrake sind in den aktuellen Versionen die entsprechenden Befehle integriert. Bei Red Hat muss unter Umständen noch nachgebessert werden. Sehen Sie dazu auch das LVM-HOWTO auf der LVM-Website, aufgelistet im Literaturverzeichnis. Um zu überprüfen, ob Ihre Distribution ebenfalls schon beim Start LVM aktiviert, führen Sie als root lsmod aus. Ist in der aufgeführten Liste das Modul lvm-mod enthalten, ist dies der Fall. Alternativ können Sie auch das Verzeichnis /proc/lvm, das nur bei aktiviertem LVM existiert, aufrufen.

Danach können Logical Volumes genauso wie herkömmliche Partitionen mit Hilfe eines beliebigen Editors in /etc/fstab eingefügt werden, damit diese automatisch beim Booten in den Verzeichnisbaum eingehängt werden. Gehen Sie dabei sehr vorsichtig vor, bei eventuellen Fehleintragungen könnte es sonst sein, dass Ihr System nicht mehr startet.

Danach stehen die Partitionen wie bei dem oben genannten Beispiel unter dem Verzeichnis /lvm-test zur Verfügung.

4.2 Daten von einem PV zum anderen PV verschieben

Um Daten von einem Physical Volume zu einem anderen Physical Volume zu verschieben, um zum Beispiel die betreffende Partition danach aus der Volume Group zu entfernen, gibt es das Kommando pvmove. Mit dem folgenden Befehl werden alle Daten vom Physical Volume /dev/hdb6 auf den freien, noch zur Verfügung stehenden Platz der anderen Physical Volumes der gleichen Volume Group verschoben. Voraussetzung ist allerdings, dass die restlichen Physical Volumes der Volume Group noch genügend Speicherplatz zur Verfügung stellen, um diese Daten aufnehmen zu können.

Danach könnte man mit

die Partition aus der Volume Group entfernen und anderweitig benutzen. Um die Daten auf ein bestimmtes Physical Volume zu verschieben, gibt man dieses als zweites Physical Volume an.

4.3 VG und LV umbenennen

Um eine Volume Group oder ein Logical Volume umzubenennen, gibt es die beiden Kommandos vgrename und lvrename.

Danach müssen Sie eventuell den Eintrag in der Datei /etc/fstab ändern.

4.4 Volume Group mit spezieller PE-Größe

Beim Anlegen einer Volume Group besteht die Möglichkeit die Größe der Physical Extents vorzugeben. Standardmäßig ist die Größe von 4 Megabyte eingestellt. Um eine selbst definierte Größe zu erhalten, kann man dies beim Erstellen einer Volume Group mit der Option -s angeben. Es sind Größen von 8 Kilobyte bis 16 Gigabyte möglich.

Nachträglich lässt sich die Größe der Physical Extents nicht ändern. Da je Logical Volume nur 65563 Physical Extents verwaltet werden können, beschränkt die Größe der Physical Extents auch die Größe der Logical Volumes.

4.5 Informationen abrufen über PV, VG, LV

Um nähere Details zu Physical Volumes, Volume Groups oder Logical Volumes zu erhalten, gibt es die Kommandos pvdisplay, vgdisplay und lvdisplay.

Ergänzend gibt es noch Scan-Kommandos, um das System nach LVM-Volumes etc. abzusuchen und aufzulisten.

Dieser Befehl erstellt eine Liste über alle Physical Volumes.

Dieser Befehl erstellt eine Liste aller Volume Groups. Daneben werden die notwendigen Dateien /etc/lvmtab und /etc/lvmtab.d erzeugt.

Dieser Befehl erstellt eine Liste aller Logical Volumes.

4.6 LV oder VG löschen

Mit den beiden Kommandos lvremove und vgremove lassen sich Logical Volumes beziehungsweise Volume Groups aus dem System entfernen. Zu beachten ist, dass nur ausgehängte Logical Volumes entfernt werden können. Führen Sie dazu folgende Befehle aus. Dabei muss die entsprechende Volume Group noch aktiv sein. Dieses Beispiel geht davon aus, dass das Logical Volume über das Verzeichnis /lvm-test gemountet ist.

Nach dem Deaktivieren der Volume Group, können Sie dann schließlich auch mit dem Befehl vgremove die Volume Group löschen, vorausgesetzt es existieren keine weiteren Logical Volumes innerhalb dieser Volume Group mehr.

4.7 LVM für die Root-Partition

Um auch LVM für die Root-Partition nutzen zu können, ist es notwendig, dass der Kernel das Modul lvm-mod schon vor dem Zugriff auf die Root- Partition geladen hat, sonst ist ein Zugriff darauf nicht möglich. Dafür ist ein Kernel mit fest integriertem LVM-Modul oder eine Initial-RAM-Disk erforderlich. Die aktuellen Versionen der SuSE-Distribution bieten bei der Installation die Möglichkeit, auch eine LVM-Partition für die Root-Partition zu erstellen.

LVM auch für die Root-Partition zu verwenden, birgt einige Gefahren in sich und kann Ihr ganzes System unbrauchbar machen. Außerdem kann es bei späteren Distributions-Updates zu Komplikationen kommen. Zusätzlich kann es bei einer Beschädigung des Dateisystems der Root-Partition aufwändiger sein, dieses wiederherzustellen. Eine Umstellung der Root-Partition auf LVM ist deshalb nur erfahrenen Linux-Anwendern zu empfehlen. Daher rate ich in der Regel davon ab. Des Weiteren übernehme ich keine Garantie für die hier beschriebene Vorgehensweise. Wollen Sie dennoch Ihre Root-Partition auf LVM aufsetzen und sind sich der Gefahren bewusst, sollten Sie vorher unbedingt zur Sicherheit ein Backup Ihrer Daten und der Systempartition anlegen.

Eine der einfachsten und sichersten Möglichkeiten LVM für die Root-Partition einzurichten, ist die Verwendung einer so genannten Live-Distribution. Dies ist eine Linux-Distribution, die komplett von einer CD läuft und die keiner Installation bedarf und damit vollkommen ohne Festplatte auskommt. Dies ermöglicht ein komfortables Arbeiten an der inaktiven Root-Partition. Bei anderen Verfahren wären Komplikationen mit der gemounteten Root-Partition nicht auszuschließen, da die meisten Programme, wie zum Beispiel resize2fs, ein ausgehängtes Dateisystem voraussetzen, und ein umount kann man nicht einfach auch für die Systempartition anwenden.

Eine weit verbreitete und sehr empfehlenswerte Distribution dieser Art ist Knoppix, das Sie unter http://www.knopper.net/knoppix/ beziehen können. Das hier beschriebene Verfahren bezieht sich ausschließlich auf die Verwendung einer Live-Distribution. Um Knoppix zu starten, booten Sie von der Knoppix-CD. Mit der Eingabetaste am Bootprompt gelangen Sie zum KDE-Desktop, mit der Eingabe von knoppix 2 in eine Textkonsole. Da Knoppix ein vollständiges Linux-Betriebssystem ist, bringt es eine vielfältige Auswahl an Tools mit, unter anderem das Programm Partition Image, das Sie mit partimage in einer Shell starten. Damit können Sie gleich die dringend zu empfehlende Sicherung Ihrer Root-Partition durchführen, in dem Sie ein Abbild dieser Partition in eine Image-Datei speichern. Diese Image-Datei speichern Sie dann am besten auf einen gesonderten Datenträger. Falls etwas schief gehen sollte, können Sie den Zustand der Root-Partition zum Zeitpunkt der Sicherung wiederherstellen, indem Sie die Image-Datei wieder zurückspielen. Sichern Sie zusätzlich noch Ihre Datenpartitionen.

Das hier beschriebene Verfahren geht von folgender Systemkonfiguration auf einer 1,6 GB großen Festplatte aus:

Haben Sie noch eine freie Partition inklusive entsprechendem Speicherplatz, entfällt die folgende Verkleinerung der Root-Partition. Sie können auf der entsprechenden Partition dann gleich ein Logical Volume für die Root-Partition anlegen.

Damit die Root-Partition auf LVM aufsetzen kann, ist es erforderlich, erst ein neues Logical Volume zu erstellen und dann die komplette Root-Partition darauf zu kopieren. In diesem Falle wird dazu die Root-Partition verkleinert, um neuen Speicherplatz frei zu machen. Aus diesem Speicherplatz wird dann eine neue Partition erstellt, die später die Root-Partition aufnehmen wird. Daher darf hier die aktuelle Root-Partition nicht einmal die Hälfte der Partition in Anspruch nehmen. Zum Verkleinern der Partition nehmen Sie am besten das Programm GNU Parted. Gestartet wird es auf der Kommandozeile mit parted gefolgt von dem jeweiligen Device.

Um die Root-Partition zu verkleinern, gibt man in Parted die Partitionsnummer, hier zum Beispiel die Nummer zwei, und den Start sowie das Ende der Partition in Megabyte an. Achten Sie darauf, dass der freiwerdende Speicherplatz etwas größer wird als die Root-Partition, damit alle Daten später von der Systempartition dorthin kopiert werden können.

Danach muss aus dem freigewordenen Speicherplatz eine neue Partition angelegt werden. Das folgende Kommando erstellt eine neue primäre Partition aus dem restlichen Plattenplatz nach der Root-Partition.

Nach dem Verlassen von GNU Parted starten Sie Ihr altes System neu.

Nach dem Neustart erstellen Sie ein Logical Volume ohne Dateisystem aus der gesamten Größe der neuen Partition /dev/hda4. Sehen Sie dazu gegebenenfalls den Abschnitt "LVM-System einrichten". Nun müssen Sie die komplette Root-Partition auf das neue Logical Volume kopieren. Dazu booten Sie erneut Knoppix. In diesem Beispiel wurde das Logical Volume rootlv genannt, dieses befindet sich in der Volume Group rootvg.

Nach dem Kopiervorgang, der einige Zeit in Anspruch nehmen kann, mounten Sie das Logical Volume unter dem Verzeichnis /root-lvm und ändern eine Zeile in der Datei /root-lvm/etc/fstab mit dem Editor Emacs.

Diese Zeile

wird geändert zu dieser

Danach booten Sie wieder Ihr altes System. Falls der Kernel Ihrer Distribution ohne fest integrieter LVM-Funktion besteht, müssen Sie noch eine Initial-RAM-Disk erstellen, aus der beim Systemstart das LVM-Modul geladen wird. Beachten Sie, dass das folgende Kommando nur eine Initial-RAM-Disk mit einem LVM-Modul erstellt. Bei manchen Distributionen ist es erforderlich, vorher noch das Programmpaket binutils zu installieren.

Danach sollte sich die Initial-RAM-Disk im Verzeichnis /boot befinden. Als nächstes müssen Sie Ihren Boot-Manager wie zum Beispiel Lilo anpassen. Fügen Sie dazu etwa folgenden Eintrag in die Datei /etc/lilo.conf hinzu.

Kopieren Sie anschließend am besten gleich diese Datei auch in die neue Root-Partition. Danach können Sie lilo ausführen.

Danach starten Sie Ihr System neu und booten unter der Angabe von lvm am Lilo-Bootprompt von der neuen Root-Partition. Wenn das Booten von dem neuen Logical Volume, auf der sich nun die Root-Partition befindet, gelingt und alles einwandfrei funktioniert, können Sie die alte Root-Partition als Physical Volume definieren und der Volume Group rootvg hinzufügen. Vorher sollten Sie jedoch Ihr neues System gründlich prüfen. Wollen Sie die Root-Partition mittels LVM nachträglich vergrößern, können Sie mit dem Befehl lvextend unter Ihrem neuen System die Partition vergrößern. Um danach auch das darin befindliche Dateisystem fehlerfrei vergrößern zu können, müssen Sie wieder Knoppix booten und resize2fs dann dort für die inaktive Root-Partition ausführen.

4.8 LVM kombiniert mit RAID

4.9 LVM basierend auf Loopback-Devices

Wie schon erwähnt lasst sich LVM alternativ zu Partitionen auch mit Loopback-Devices verwenden. Dies hat den Vorteil die Festplatte nicht umpartitionieren zu müssen, und eignet sich somit ideal um LVM erst einmal zu testen. Jedoch sollte man wegen der Datensicherheit und Performance bei späteren ernsthaften Verwendungen von LVM, wenn möglich, richtige Partitionen verwenden. Denn mit Loopback-Devices werden die Daten innerhalb einer Datei abgelegt, die wiederum in einem Dateisystem einer gewöhnlichen Partition liegt. Ein löschen dieser Datei würde dann zum Verlust aller Daten führen. Zu beachten ist, dass eine Volume Group eine Mindestgröße von 20 Megabyte haben muss.

Als erstes ist es notwendig die erforderliche Datei als Container für die Daten zu erstellen. Dies geschieht mit dem folgenden Befehl.

Dieser Befehl erstellt eine 50 Megabyte große Datei im Verzeichnis /lvm-test. Optional habe ich diese Datei mit einem Punkt am Anfang versehen, damit sie als versteckte Datei in der Normalansicht nicht zu sehen ist. Als nächstes muss nun diese Datei mit einem Loopback-Device verbunden werden.

Danach kann auf diese Datei über /dev/loop1 als gewöhnliches Block-Device zugegriffen werden, und darauf wie auf einer herkömmlichen Partition ein Physical Volume erstellt werden. Falls das Loopback-Device nicht mehr benötigt wird kann es mit

wieder von der Datei gelöst werden.

Dieser Eintrag in der Datei /etc/fstab würde schon beim Systemstart automatisch die Datei /lvm-test/.lvmcontainer per Loopback-Device über das Verzeichnis /lvm-test mounten.

4.10 Logical Volume für Swap-Partition

Man kann ein Logical Volume auch als Swap-Partition benutzen. Dazu muss man lediglich das betreffende Logical Volume mit mkswap formatieren und mit swapon aktivieren. Falls jedoch die Volume Group, innerhalb der das Logical Volume erstellt wurde, aus mehreren Partitionen besteht, ist es möglich, dass damit auch die LVM-Swap-Partition über mehrere Partitionen verteilt ist, was den Zugriff auf die Swap-Partition verlangsamt.

Damit die Swap-Partition automatisch beim Systemstart aktiviert wird, tragen Sie folgende Zeile in die Datei /etc/fstab ein.

Existiert bereits eine Swap-Partition, und wollen Sie diese Swap-Partition noch zusätzlich weiter verwenden, können Sie mit der unten angegebenen Option pri=1 bewirken, dass beide Swap-Partitionen gleichwertig behandelt werden. Dies kann zu einer Performancesteigerung nach dem Prinzip von RAID 0 führen, falls beide Partitionen auf verschiedenen Festplatten liegen. Zwei Swap-Partitionen auf einer Festplatte sollte man vermeiden, da sich dann beide gegenseitig ausbremsen würden.

4.11 Snapshot eines Logical Volume

Ein Snapshot ist eine Kopie, die man von einem Logical Volume als Backup anlegen kann. Dazu dient wiederum der Befehl lvcreate mit der speziellen Option -s oder --snapshot.

Danach steht der identische Inhalt des Logical Volume /dev/volg1/logv1 unter /dev/volg1/mysnap bereit. Dabei ist zu beachten, dass der Snapshot einen Teil des Speicherplatzes der Volume Group belegt. Die Option -L 500M gibt nicht etwa die eigentliche Größe des Snapshot an, sondern wie viel sich am Original ändern darf, bevor der Snapshot ungültig wird.

4.12 VG auf anderen Rechner transferieren

Es besteht die Möglichkeit, vorhandene lokale Volume Groups auf einen anderen Computer weiterzubenutzen, falls man die lokale Festplatte, auf der sich die betreffenden Physical Volumes einer Volume Group befinden, in den anderen Rechner einbauen will. Vorher muss man allerdings die entsprechende Volume Group aus dem System entfernen. Um dies zu bewirken, gibt es den Befehl vgexport, der, nachdem man die entsprechende Volume Group deaktiviert hat, diese ordnungsgemäß aus dem System entfernt. Man kann zudem gegebenenfalls noch mit pvscan überprüfen, welche Physical Volumes zu welcher Volume Group gehören.

Ist die Festplatte in den anderen Rechner eingebaut, kann man analog dazu mit vgimport, der Angabe eines Namens und der Physical Volumes die Volume Group auf diesem Computer wieder weiterverwenden. Voraussetzung ist natürlich, dass auch dort ein funktionierendes LVM-System vorhanden ist.

root@linux ~# lvcreate -n logv2 -L 500M volg1
root@linux ~# mkfs -t reiserfs /dev/volg1/logv2
root@linux ~# mount -t reiserfs /dev/volg1/logv2 /lvm-test
root@linux ~# lvextend -L 1000M /dev/volg1/logv2
root@linux ~# resize_reiserfs /dev/volg1/volg2