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Linux LVM快照的建立和恢复（附带实例）

LVM 还有一个常用功能，就是 LVM 快照。

我们可以把 LVM 快照理解为虚拟机的快照，二者的共同点在于都把当前状态保存下来，如果发生了修改，可以恢复快照中的数据，就能保证数据不丢失。

LVM快照原理

在 LVM 中，要想创建快照，需要注意：快照区和被快照的 LV 必须处于同一个 VG 中，因为快照区与被快照的 LV 有很多物理扩展（PE）是通用的。这种情况是怎么造成的呢？我们需要解释一下 LVM 快照的原理。

当我们给原始 LV 建立一个快照时，快照区中只写入被快照 LV 的“元数据”。元数据是 LVM 的必备数据，主要记录 VG 相关数据、LV 相关数据等，如下图所示。


图 1 快照卷使用前

当 LV 中有文件被修改时，LV 和快照卷会发生变化，如下图所示：


图 2 快照卷使用后

图 1 表示创建快照后的情况，快照区不会真实地复制被快照 LV 中的数据，只是记录了被快照 LV 的元数据。此时快照区的 PE 是空白的，快照区共享了被快照 LV 中的 PE。因此，会看到快照区与被快照 LV 的大小一致，存储的数据也完全相同。

图 2 表示当 LV 中的数据被修改时，被快照 LV 在数据写入前，会先把原始数据在快照区中进行保存。如图 2 中所示，在 A 文件被修改成 A（New）之前，会先将 A 文件备份至快照区的 PE 中，然后被快照 LV 中的数据才会更新为 A（New），无论被快照 LV 中的数据如何变化，快照中保存的都是快照创建时的数据。

需要注意的是，快照也是有大小限制的。如果被快照 LV 中的数据变化量小于快照区能保存的数据量，那么快照正常生效。但是，如果被快照 LV 中的数据变化量大于快照区能保存的数据量，那么快照区会失效。为了解决这个问题，建议尽可能将快照区的空间大小和被快照 LV 的空间大小设置得相同。

建立LVM快照

在创建 LVM 快照之前，我们先创建逻辑卷并向被快照 LV 中写入一些测试数据，具体如下： 
[root@localhost ~]# lvcreate myvg -n mylv -L 10G
Logical volume "mylv" created.
#因为之前的操作中删除了 LV，所以再次创建 LV
[root@localhost ~]# mkfs.xfs /dev/myvg/mylv
#格式化
[root@localhost ~]# mount /dev/myvg/mylv /disk1/
#挂载到/disk1/目录
[root@localhost ~]# cp /etc/issue /disk1/
[root@localhost ~]# cat /disk1/issue
\S
Kernel \r on an \m
#向 LV 中写入一些测试文件

/etc/issue 是系统中默认存在的登录信息提示文件，当前用于测试快照卷效果。

接下来创建 LVM 快照，依然使用 lvcreate 命令，具体如下： 
[root@localhost ~]# lvcreate [选项] [-n 快照名] 逻辑卷名
选项：
在创建快照之前，我们需要查看 myvg 卷组中的剩余可用空间： 
[root@localhost ~]# vgdisplay myvg
#查看 VG 详细信息
--- Volume group ---
VG Name               myvg
System ID            
Format                lvm2
Metadata Areas        3
Metadata Sequence No  6
VG Access             read/write
VG Status             resizable
MAX LV                0
Cur LV                1
Open LV               1
Max PV                0
Cur PV                3
Act PV                3
VG Size               <39.99 GiB
PE Size               4.00 MiB
Total PE              10237
Alloc PE / Size       2560 / 10.00 GiB
Free  PE / Size       7677 / <29.99 GiB
#myvg 共有近 40GB 的空间，划分 mylv 使用了 10GB，剩余接近 30GB 空间
VG UUID               z5a9E2 - a9vc - 4qPt - heKd - HPlx - w97T - wBlWA1

我们给 mylv 逻辑卷创建一个 2GB 的快照空间。快照卷名为 mysna，命令如下： 
[root@localhost ~]# lvcreate -s -L 2G -n mysna /dev/myvg/mylv
Logical volume "mysna" created.
#给/dev/myvg/mylv 逻辑卷创建一个 2GB 的快照卷，名为 mysna

创建完成，进行查看： 
[root@localhost ~]# lvdisplay /dev/myvg/mysna
#查看镜像卷详细信息
--- Logical volume ---
LV Path                /dev/myvg/mysna
LV Name                mysna
VG Name                myvg
LV UUID                wzJal a - tTK - CycN - NE5i - hQ01 - kdsM - 2kFOee
LV Write Access        read/write
LV Creation host, time localhost.localdomain, 2023 - 08 - 24 16:36:31 + 0800
LV snapshot status     active destination for mylv
LV Status              available
# open                 0
LV Size                10.00 GiB     ←LV 大小
Current LE             2560
COW - table size        2.00 GiB      ←快照大小
COW - table LE          512
Allocated to snapshot  0.00%         ←快照卷占用百分比
Snapshot chunk size    4.00 KiB
Segments               1
Allocation             inherit
Read ahead sectors     auto
- currently set to     256
Block device           253:5

在快照创建完成后，同样要在挂载之后才能正常使用，命令如下： 
[root@localhost ~]# mkdir /mysna/
#创建挂载点
[root@localhost ~]# mount -o nouuid /dev/myvg/mysna /mysna/
#挂载快照分区
注意，在挂载快照分区的时候，需要使用“-o nouuid”选项，因为快照区和被快照 LV 的 UUID 相同，系统中默认不允许相同 UUID 的分区重复挂载。

挂载之后，查询被快照 LV 和快照卷的空间使用情况： 
[root@localhost ~]# df -hT /disk1/ /mysna/
Filesystem              Type  Size  Used Avail Use% Mounted on
/dev/mapper/myvg - mylv xfs   10G  104M  9.9G   2% /disk1
/dev/mapper/myvg - mysna xfs   10G  104M  9.9G   2% /mysna
#被快照 LV 和快照卷磁盘占用空间一致
[root@localhost ~]# ls -li /disk1/
total 4
-rw - r--r--. 1 root root 23 Aug 24 16:58 issue
[root@localhost ~]# ls -li /mysna/
total 4
-rw - r--r--. 1 root root 23 Aug 24 16:58 issue
#被快照 LV 和快照卷数据相同、属性相同

使用LVM快照恢复数据

我们来测试一下如何使用 LVM 快照恢复数据。如果被快照 LV 中的数据发生变化，那么无论是数据增加还是数据减少，都可以通过快照区的数据进行恢复。

我们先给被快照 LV 中的某个文件增加数据： 
[root@localhost ~]# echo "Linux_HB" >> /disk1/issue
#使用 echo 的方式随便追加字符串，写入/disk1/issue 文件
[root@localhost ~]# cat /disk1/issue
\S
Kernel \r on an \m

Linux_HB
#字符串 Linux_HB 出现在/disk1/issue 文件中，写入成功
[root@localhost ~]# cat /mysna/issue
\S
Kernel \r on an \m
#查看快照卷中的 issue 文件，issue 是修改前的状态
[root@localhost ~]# ls -l /disk1/issue
-rw - r--r--. 1 root root 27 Aug 24 17:12 /disk1/issue
[root@localhost ~]# ls -l /mysna/issue
-rw - r--r--. 1 root root 23 Aug 24 16:58 /mysna/issue
#分别查看被快照 LV 和快照卷文件的详细信息
通过分别对被快照 LV 的 issue 文件和快照卷的 issue 文件进行查看可以发现，在字符串写入后，2 个文件的时间信息明显不同。逻辑卷中的 issue 是写入文件字符串的时间，快照卷中的 issue 保持了文件原有时间。

在字符串写入 issue 文件后，旧的 issue 文件才被真正地保存到快照卷（mysna）中，写入字符串后的新 issue 文件被保存到被快照 LV（mylv）中。此时，如果想要进行数据恢复，那么只要将快照卷中的旧 issue 文件还原，覆盖被快照 LV 中的新 issue 文件即可。

为了便于理解，我们用示意图来解释快照卷的文件保存和数据恢复过程，在镜像卷创建后，如下图所示：


图 3 快照卷未使用

修改 mylv 分区中的 issue 文件，如下图所示：


图 4 逻辑卷修改文件

修改后，mylv 分区中原有的旧 issue 文件被保存到 mysna 快照卷中，如下图所示：


图 5 快照区变化

接下来我们会看到，出现在 /dev/myvg/mylv 中的是修改后的新文件，出现在 /dev/myvg/mysna 中的是修改前的旧文件，如下图所示。


图 6 使用快照区恢复

此时，如果想要进行数据恢复，就只要使用 /dev/myvg/mysna 中的旧文件覆盖 /dev/myvg/mylv 中的新文件即可。

在实际工作中，分区不可能只有一个文件，并且通常也无法确定用户会修改分区中的哪个文件，如果修改了大量的文件，就需要快照分区具有足够的空间来保存所有被修改文件的旧文件。只有把快照区创建得和被快照 LV 一样大，才不用考虑快照失效问题，真正利用快照来保护数据。

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