NAS相關(guān)協(xié)議之NFS

看見就非常 2012-08-30

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有人的地方就有江湖，IT界也不例外。

在過去幾十年里，IT江湖從來都是門派林立，紛爭不斷。如果按照Operating System (下面簡稱OS), 大概可以分Windows派，類Unix派，還有蘋果派（有沒有勾起您的食欲？）。這幾大門派信徒眾多，教規(guī)又各不相同，所以經(jīng)常造成矛盾。比如說，你要共享一個文件系統(tǒng)，Windows派喜歡用CIFS訪問，類Unix派習慣用NFS訪問，近年來如日中天的蘋果派們則用AFP。為了伺候好這些門派，NAS就需要支持多種共享協(xié)議。本文要介紹的，就是類Unix習慣使用的NFS。

NFS的全稱是Network File System，即網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)。它使一臺電腦可以通過網(wǎng)絡(luò)訪問另外一臺電腦上的共享，使用起來就如同本地文件系統(tǒng)一樣方便。我在大學里就共享過一整個文件系統(tǒng)，過幾天就有校友在上面放了很多小電影，還經(jīng)常更新?？梢姽蚕聿粌H是奉獻，有時候還有收獲，感謝共享協(xié)議的開發(fā)者們！

NFS的開發(fā)者就是曾經(jīng)名震江湖的SUN公司（看名字好像是日月神教的分支），它已經(jīng)在三年前被甲骨文收入門下。SUN把NFS的第一個版本NFSv1藏在深閨，就像古墓里的小龍女，從不露面。等到在江湖上開始流行NFS，已經(jīng)是第二版NFSv2了。NFSv2很好用，但是問題也不少，比如它不支持大于2GB的文件，但這在90年代之前還不是大問題。令人費解的是，雖然NFSv3在1995年就面世了，但到今天還有人堅持用NFSv2。我直到寫《IT裝B指南》時才恍然大悟：用老版本的都是IT貴族啊，配NFSv4的只能算初級iBer。

其實NFS可以工作在任何OS上。只不過因為門派之別，一般只在類Unix環(huán)境中使用。目前廣泛應用的版本還是NFSv3,我們有機會再另文討論NFSv4。下圖展示了多臺客戶端通過NFS對NAS的訪問。
NAS在這里充當了NFS服務(wù)器的角色，而Linux，Solaris和AIX則是NFS客戶機。NFS的功能很多，不同的功能對應著不同的daemon。比如一定要有的nfsd和mountd，還有可選的lockd和statd。

每個daemon都需要占用一些端口，但有些daemon是可選的，也許用戶根本不會啟用它們。所以，NFS并沒有給每個NFS daemon保留固定端口（除了nfsd）。而是在系統(tǒng)啟動時給需要啟用的NFS daemon分配端口，然后把這些端口號告訴RPC daemon。RPC daemon的端口號是固定的111，每個NFS客戶機都知道怎么聯(lián)系它。當客戶機需要連接NFS的某個daemon時，就不得不先咨詢RPC daemon，獲得該NFS daemon對應的端口號，然后再發(fā)送NFS請求。

我第一次看到RPC daemon的工作原理，就想起交大管浴室的老頭。他的固定地址是門房（相當于端口111），每個要洗澡的學生（NFS客戶機）都知道怎么找到他，他會給你一個帶號碼的鑰匙（端口號），有了這個號碼，你就可以找到相應的格子（NFS daemon）放衣服了。

很少有人會對自己的共享不加限制，像我一樣收獲小電影的畢竟是少數(shù)，大多數(shù)人收獲的是惡作劇。NFS通過限制客戶機（比如IP地址， hostname等）訪問來實現(xiàn)安全控制。下表列舉了一些NFS服務(wù)器端的參數(shù)：

root	該參數(shù)定義了對該共享有root權(quán)限的客戶機。當然只對UID=0有效。
rw	該參數(shù)定義了對該共享有讀寫權(quán)限的客戶機。
ro	該參數(shù)定義了對該共享有只讀權(quán)限的客戶機。
access	該參數(shù)定義了能掛載該共享的客戶機。

這些配置只能限制一整臺客戶機，無法限制到具體用戶。比如某臺客戶機被限制為rw，那該機的所有用戶都可能有讀寫權(quán)限。這顯然是不夠安全的，但NFS協(xié)議本身又無法識別具體用戶的權(quán)限。為了解決這個問題，NFS服務(wù)器端利用本地權(quán)限（rwxrwxrwx,以及owner和group），結(jié)合客戶端的UID和GID來確定客戶端權(quán)限。這個機制要求NFS客戶機上的User-UID-Group必須都能在服務(wù)器上找到，否則容易造成混亂。個人認為NIS是一個很好的選擇，我們有機會再另文討論。

NFS服務(wù)器上的共享創(chuàng)建好了之后，客戶端就可以掛載（mount）了。掛載的參數(shù)很多，我們只介紹對性能影響較大的幾個：

rsize	客戶端每次從NFS服務(wù)器讀取數(shù)據(jù)時的大小，在沒有擁塞的情況，增大該值能提高傳輸速度。比如一個64KB的文件，rsize=16KB時需要傳4次；rsize=32KB時就只要2次。
wsize	客戶端每次往NFS服務(wù)器寫數(shù)據(jù)時的大小。對性能的影響類似rsize。這兩個size和TCP層的重傳也有關(guān)系，我們會在NAS性能分析時詳解。
async	數(shù)據(jù)存入cache即算寫操作完成?？梢蕴岣咝阅?，但有一定安全問題。
sync	數(shù)據(jù)要存入硬盤才算寫操作完成，影響性能。該參數(shù)還會強制wsize變成一個page的大小。

掛載之后，我們就可以使用該共享了。我在lab里掛載了一個文件系統(tǒng)（/paddy_fs_01），然后讀取其中一個文件(abc.txt)。命令如下：

[root@NISclient ~]# mount 10.32.106.25:/paddy_fs_01 paddy_fs_01
[root@NISclient ~]# cp paddy_fs_01/abc.txt abc.txt

為了更好的說明NFS的工作原理，我把全過程抓了包。把其中不重要的包過濾掉之后，我們可以這樣解讀(下列序號與截圖中的包號相對應)：

1．客戶機：RPC，請問nfsd的端口號是多少呀？

2．服務(wù)器：是2049。

3．客戶機：那我測試一下2049通不通。

4．服務(wù)器：收到了，是通的。

5．客戶機：RPC，請問mountd的端口號是多少呀？

6．服務(wù)器：是1234。

7．客戶機：那我測試一下1234通不通。

8．服務(wù)器：收到了，是通的。

9．客戶機：我要掛載 /paddy_fs_01。