1.4 Сетевая файловая система

Файловая система CIFS доминирует на рынке сетевых файловых систем для платформы Windows. На платформе UNIX основной является сетевая файловая система (Network File System - NFS). Кроме того, NFS считается первой широко распространенной файловой системой, что произошло еще в середине 1980-х годов. Однако, несмотря на некоторые общие функциональные возможности CIFS и NFS (это сетевые файловые системы, позволяющие клиентам получать доступ к ресурсам серверов), эти системы имеют совершенно различные архитектурные особенности. С выходом NFS версии 4 некоторые различия были пересмотрены.
Протокол CIFS сохраняет сервисные данные, относящиеся к каждому клиенту. До версии 3 файловая система NFS не сохраняла статус клиента, что изменилось в версии 4.
Клиент NFS не "договаривается" с сервером NFS об установлении сеанса. Меры безопасности предпринимаются для всего сеанса или каждой операции обмена данными между клиентом и сервером. Реализация последнего варианта чрезмерно дорогостоящая, поэтому NFS возлагает задачу обеспечения безопасности на клиента. Сервер "предполагает", что идентификаторы поль¬зователя на клиентских и серверной системах совпадают (а клиент проверил личность пользователя перед тем, как дать ему зарегистрироваться под указанным идентификатором). Кроме того, NFS обеспечивает определенный уровень безопасности, контролируя список файловых систем, которые может монтировать клиент. Каждый раз, когда клиент CIFS открывает файл, получает дескриптор файла (т.е. сервисные данные, которые должен сохранять сервер) и использует его для проведения операций чтения или записи на стороне клиента, сервер NFS запрашивает сервер, который возвращает дескриптор файла. Этот дескриптор файла обрабатывается клиентами, поддерживающими стандарты NFS 3 и NFS 2. Клиент кэширует полученный дескриптор файла и ожидает, что дескриптор всегда будет указывать на один и тот же файл.
Для тех, кто знаком с UNIX, можно отметить, что дескриптор файла обычно состоит из номера inode (inode number), счетчика поколения inode (inode generation count) и идентификатора файла, который связан с разделом диска. Достаточно сказать, что inode представляет собой исключительно важную структуру данных, которая используется в файловых системах UNIX. Для удаления дескрипторов, кэшированных клиентами, хранится достаточный объем информации, необходимой, если соответствующий дескриптору файл изменился и дескриптор должен указывать на другой файл. Например, если файл удален и на его место скопирован файл с таким же именем, счетчик поколения inode будет изменен и кэшированный клиентом дескриптор файла окажется недействительным. Файловая система NFS 4 имеет отличия в реализации.
Некоторые клиенты NFS проводят кэширование на стороне клиента, храня данные на дисках, что напоминает кэширование в CIFS. Также некоторые клиенты NFS меняют значение тайм-аутов в зависимости от времени отклика сервера. Чем медленнее отзывается сервер, тем больше значение тайм-аута, и наоборот.
Файловая система NFS проектировалась, как независящая от транспорта и изначально использовала транспортный протокол UDP. Различные типы NFS могут использовать протокол TCP и другие протоколы.

1.4.1 Сетевая файловая система, версия 3

Файловая система NFS 3 позволяет увеличить быстродействие, особенно для больших файлов, разрешая клиенту и серверу динамически выбирать максимальный объем данных, которые передаются в одном логическом элементе пакета при записи или чтении. В файловой системе NFS 2 на размер пакета накладывалось ограничение в 8 Кбайт. Другими словами, клиент мог отправить максимум 8 Кбайт в запросе на запись, а сервер - максимум 8 Кбайт в ответе на запрос чтения. Кроме того, в NFS 3 переопределены смещения в файлах и размеры данных. Теперь это 64-разрядные значения, вместо 32-разрядных в NFS 2.
Далее представлены некоторые особенности NFS 3.
■ В дескрипторах файлов в NFS 3 указан переменный размер; их максимальных размер составляет 64 бит.
■ Файловая система NFS 3 позволяет клиентам и серверам выбирать максимальный размер имен файлов и каталогов.
■ В NFS 3 определяется список ошибок, которые сервер может возвращать клиентам. Сервер должен вернуть одну из определенных ошибок или не возвращать ошибку вообще.
■ В NFS 3 серверу разрешено кэшировать данные, которые клиент отправил вместе с запросом на запись. Сервер может кэшировать данные и отправлять клиенту ответ на запрос еще до того, как данные будут записаны на диск. Также добавлена команда COMMIT, которая позволяет клиенту убедиться, что все отправленные данные были записаны на диск. Это дает возможность соблюсти баланс между повышением производительности и сохранением целостности данных.
■ В NFS 3 сокращено количество операций запрос/ответ между клиентом и сервером. Для этого данные об атрибутах файла отправляются вместе с первоначальным запросом. В NFS 2 от клиента требовалось получение имен файлов и дескриптора для каждого файла, только после этого передавались атрибуты файла.

1.4.2 Сетевая файловая система, версия 4

В NFS 4 полностью пересмотрены основополагающие принципы и реализовано много функций, характерных для CIFS, что весьма расстроило некоторых апологетов NFS. Если посмотреть на историю сетевых файловых систем, то можно увидеть, что NFS получила широкое распространение. Файловая система SMB разрабатывалась с учетом сильных и слабых сторон NFS и теперь, по крайней мере в среде клиентов, CIFS/SMB распространены больше, a NFS развивается, учитывая все недостатки и преимущества CIFS/SMB. Ниже рассматриваются возможности, которые были добавлены в NFS 4 для повышения быстродействия и безопасности, а также для улучшения взаимодействия с CIFS.
■ В NFS 4 появился запрос COMPOUND, который позволяет запаковывать несколько запросов в один запрос и несколько ответов в один ответ. Это нововведение предназначено для повышения производительности за счет снижения нагрузки на сеть и сокращения задержек при передаче запросов и ответов по сети. Если это несколько напоминает функцию CIFS AndX SMB (см. раздел 3.3.5.1), то, возможно, дело не в обычном совпадении.
■ Сетевая файловая система версии 4 заимствовала некоторые возможности у WebNFS, созданной компанией Sun. В частности, в NFS 4 некоторые вторичные протоколы поддерживаются в базовой спецификации, что делает NFS более подходящей для применения вместе с брандмауэрами. В NFS 3 и более ранних версиях использовался специальный протокол для монтирования общего ресурса сервера в дерево локальной файловой системы. Поскольку служба протокола монтирования не имела назначенного порта TCP или UDP, клиент сначала отправлял запрос службе отображения портов (portmapper daemon), предоставляющей номер порта, посредством которого ожидает запросов служба монтирования. Таким образом, кроме NFS, в процессе принимали участие протоколы монтирования и отображения портов. Более того, так как служба монтирования могла использовать произвольный порт, настройка брандмауэра весьма усложнялась. В NFS 4 протоколы монтирования и отображения портов были исключены. Кроме того, блокирование было включено в базовую спецификацию протокола NFS, а протокол NLM (Network Lock Manager), который применялся в более ранних версиях NFS, окончательно устарел.
■ Файловая система NFS 4 требует использования транспортного протокола, который предоставляет возможность обнаружения "заторов" в сети. Это значит, что клиенты и серверы NFS постепенно будут переходить к протоколу TCP вместо UDP, который обычно используется вместе с NFS 3.
■ В NFS 2 и NFS 3 допускалось использование набора символов U.S. ASCII или ISO Latin 1. Это приводило к возникновению проблем, когда клиент, использующий один набор символов, создавал файл и к этому файлу получал доступ клиент с другим набором символов. В NFS 4 используется набор символов UTF-8, который поддерживает компактное сжатие 16- и 32-разрядных символов для их передачи по сети. Кроме того, набор символов UTF-8 содержит достаточный объем информации, чтобы избежать проблем при создании файла посредством одного набора символов и получении доступа к файлу с другим набором.
■ Файловая система NFS 4 требует от клиента отдельной обработки дескрипторов файлов. В NFS 3 клиент мог кэшировать дескриптор в качестве объекта, в то время как сервер заботился о том, чтобы дескриптор всегда указывал на файл. В NFS 4 определены два типа файловых дескрипторов. Один называется постоянные дескрипторы файлов и обладает возможностями дескрипторов файлов из NFS 3. Второй - временные дескрипторы файлов - предполагает истечение срока действия дескриптора после определенного промежутка времени или события. Это функция для серверов, файловые системы которых (например, NTFS) не могут обеспечить постоянного соответствия между отображаемыми файлами и дескрипторами.
■ В NFS 4 добавлена поддержка операций OPEN и CLOSE, семантика которых допускает взаимодействие с клиентами CIFS. Команда OPEN создает данные состояния на сервере.
■ Поддержка запроса OPEN в NFS 4 позволяет клиенту осуществлять запрос на открытие файла, структура которого будет аналогична запросам на открытие приложений Windows. Также поддерживается выбор совместного использования файла с другими клиентами или эксклюзивный доступ к файлу.

1.4.2.1 Безопасность NFS 4

Файловая система NFS 4 позволяет усилить безопасность хранимых данных. В частности, в NFS 4 добавлена поддержка большего количества атрибутов файла. К одному из этих атрибутов относится список управления доступом (ACL) в стиле Windows NT. Это позволяет улучшить взаимодей¬ствие между файловыми системами и укрепить структуру безопасности.
В то время как в NFS 2 и NFS 3 использование возможностей системы безопасности только рекомендовалось, в NFS 4 это стало обязательным. Файловая система NFS 4 требует реализации механизма безопасности с помощью интерфейса RPCSEC_GSS (Generic Security Services) в общем и протоколов Kerberos 5/LIPKEY в частности. Обратите внимание, что RPCSEC_GSS просто выполняет роль интерфейса API и транспортного механизма для меток и данных, связанных с безопасностью. Файловая система NFS 4 позволяет использовать несколько, схем аутентификации и обеспечения безопасности, а также дает возможность выбрать подходящую схему для клиентов и серверов.
Уделим некоторое внимание изучению технологии LIPKEY, использующей комбинацию симметричного и асимметричного шифрования. Клиент шифрует данные о пользователе и пароль, применяя случайно сгенерированный ключ размером 128 бит. Шифрование выполняется с помощью симметричного алгоритма, т.е. для дешифрации должен использоваться тот же ключ. Поскольку серверу необходим этот ключ для дешифрации сообщений, случайно сгенерированный ключ должен быть отправлен серверу. Клиент шифрует ключ (который генерируется случайно) с помощью открытого ключа сервера. Сервер дешифрует данные своим закрытым ключом, извлекает симметричный ключ и дешифрует данные о пользователе и пароль.
Клиенты могут аутентифицировать серверы по серверному сертификату, а для проверки сертификата используются службы сертификационного центра. Одним из популярных методов взлома является перехват "чужих" пакетов данных с их последующей отправкой через некоторый временной промежуток. При использовании Kerberos файловая система NFS добавляет в каждый пакет временную метку. Сервер записывает недавно полученные временные метки и сравнивает их с временными метками новых пакетов RPC. Если временные метки пакетов старше, чем полученные сервером ранее, сервер игнорирует полученные пакеты

1.5 Проблемы доступа при использовании нескольких протоколов

Несколько компаний стали предлагать системы, в которых одновременно реализована поддержка CIFS, NFS и других клиентов сетевых файловых систем. Поставщики проделали немалую работу, пытаясь преодолеть технические проблемы, которые возникают из-за потенциального использования клиентами различных операционных и файловых систем. Обратите внимание, что проблемы возникают не с самими данными, а с метаданными файлов. Простым тестом на наличие подобных проблем будет копирование фай¬ла с сервера на клиент и обратно на сервер (или наоборот). После размещения файла в первоначальном ресурсе метаданные должны содержать базовые значения, т.е. права доступа к файлу и временные метки не должны измениться. Если это не соответствует истине, то проблема обнаружена.
Далее представлены примеры некоторых возможных технических проблем.
■ В различных операционных системах используются разные методы для отслеживания разрешений доступа пользователей и групп.
■ В различных операционных и файловых системах существует разная семантика открытия и блокировки файлов.
■ Соглашения по именованию файлов обрабатываются разными способами. Различные файловые системы по-разному представляют максимальный размер имени файла, значение регистра в имени файла и набор символов, допустимый в именах.
■ Данные и их структура различаются в различных файловых системах; например, одни файловые системы отслеживают две временные метки, в то время как другие - три метки (время последнего доступа к файлу, последней модификации и создания файла). Даже если обе файловые системы отслеживают две временные метки, единицы измерения могут отличаться. Еще одним примером служат единицы измерения смещений в файлах. В некоторых файловых системах поддерживаются 32-разрядные смещения, а в некоторых - 16- или 64-разрядные.
■ Проблемы с адресацией отображаемых блокировок. Сервер CIFS принудительно поддерживает блокировку: если один клиент заблокировал область файла, то любая операция записи в эту область файла со стороны другого клиента приведет к возникновению ошибки. Однако принудительная блокировка не поддерживается серверами NFS. Поэтому необходимо выбрать, будет ли блокировка поддерживаться принудительно, что приведет к отправке сообщения об ошибке клиенту NFS.

Константин Пьянзин

Основные особенности работы файловой системы NFS на платформе UNIX.

Счастье - это когда наши желания совпадают с чужими возможностями.

"Времечко"

Сетевые файловые системы играли, играют и будут играть важную роль в информационной инфраструктуре. Несмотря на растущую популярность серверов приложений, файловый сервис остается универсальным средством организации коллективного доступа к информации. Более того, многие серверы приложений одновременно выступают и в роли файловых серверов.

В настоящее время операционная система UNIX переживает своего рода ренессанс, и во многом она обязана таким подъемом интереса свободно распространяемой ОС Linux. Вместе с тем на настольных компьютерах используются различные варианты Windows, прежде всего, Windows 9x и Windows NT/2000, хотя и здесь постепенно получают гражданство свободно распространяемые разновидности UNIX.

Для многих организаций размещение сетевого файлового сервиса на компьютерах с UNIX является весьма привлекательным решением при условии, что такой сервис имеет достаточную производительность и надежность. Учитывая многочисленные различия в файловых системах UNIX и Windows, прежде всего в схемах именования файлов, особенностях прав доступа, блокировках и системных вызовах при обращении к файлам, особое значение приобретает обеспечение прозрачности доступа в гетерогенной среде UNIX/Windows. Кроме того, нередко файловые серверы UNIX устанавливаются в качестве дополнения к уже имеющимся серверам Windows NT и NetWare.

Для операционной системы UNIX имеются реализации всех более или менее популярных сетевых файловых систем, включая используемых в сетях Microsoft (SMB), NetWare (NCP), Macintosh (AFP). Разумеется, для сетей UNIX существуют свои собственные протоколы, прежде всего, NFS и DFS. Следует иметь в виду, что любой сервер UNIX может одновременно предоставлять услуги NFS и SMB (так же, как NCP и AFP) и таким образом обеспечивает дополнительную гибкость при создании сетевой инфраструктуры.

Несмотря на разнообразие сетевых файловых систем UNIX, безусловными лидерами являются системы NFS (Network File System, дословный перевод - сетевая файловая система) и SMB (Service Message Block). В данной статье речь пойдет о возможностях NFS. Вместе с тем в одном из ближайших номеров мы планируем рассмотреть характеристики работ SMB на платформе UNIX и, в первую очередь, продукт Samba, который хорошо зарекомендовал себя в сетях UNIX/Windows.

ВЕРСИИ NFS

Первая реализация сетевой файловой системы NFS была разработана компанией Sun Microsystems еще в 1985 году. С тех пор NFS получила широкое распространение в мире UNIX, и количество ее инсталляций исчисляется десятками миллионов. Кроме UNIX система NFS как серверная платформа нашла применение в операционных системах VMS, MVS и даже Windows.

NFS является "родной" файловой системой для UNIX и как никакая другая соответствует логике файловых операций UNIX. Это относится к пространству имен файлов и правам доступа. Более того, поддержка NFS изначально встроена в ядро всех популярных версий UNIX-подобных операционных систем.

В настоящее время NFS представлена второй и третьей версиями (первая версия NFS на рынке никогда не появлялась). Несмотря на ряд ограничений, NFS v2 пользуется большой популярностью; именно она входит в состав свободно распространяемых UNIX (в частности, Linux), а также некоторых коммерческих UNIX.

Третья версия NFS была разработана в середине 90-х годов совместными усилиями Sun, IBM, Digital и других компаний с целью повышения производительности, безопасности и удобства администрирования сетевой файловой системы. NFS v3 обратно совместима с предыдущей спецификацией NFS, т. е. сервер NFS v3 может обслуживать не только клиентов NFS v3, но и клиентов NFS v2.

Несмотря на свое достаточно длительное присутствие на рынке, по количеству инсталляций NFS v3 до сих пор уступает NFS v2. Исходя из этих соображений, мы остановимся вначале на основных характеристиках NFS v2, а затем познакомимся с нововведениями в третьей версии NFS.

Следует иметь в виду, что конкретные реализации одной и той же версии NFS могут несколько отличаться друг от друга. Отличия касаются, прежде всего, состава демонов, их имен, местоположения и названия конфигурационных файлов NFS. Кроме того, реализации NFS зависят от возможностей и особенностей самой UNIX. Например, NFS v2 поддерживает списки контроля доступа ACL, но только в тех разновидностях UNIX, где такая поддержка встроена в ядро системы. Поэтому при описании NFS мы будем рассматривать наиболее общий случай.

ПРОТОКОЛЫ NFS V2

На Рисунке 1 представлена сетевая модель NFS v2 в соответствии с эталонной моделью OSI. В отличие от большинства сетевых служб TCP/IP система NFS явным образом использует протоколы презентационного и сеансового уровня. Работа NFS опирается на концепцию вызовов удаленных процедур (Remote Procedure Call, RPC). Согласно этой концепции, при доступе к удаленному ресурсу (например, к файлу) программа на локальном компьютере выполняет обычный системный вызов (предположим, вызов функции открытия файла), но на самом деле процедура выполняется удаленно - на сервере ресурсов. При этом пользовательский процесс не в состоянии определить, как выполняется вызов - локально или удаленно. Установив, что процесс обращается к ресурсу на удаленном компьютере, выступающем в качестве сервера, ядро или специальный демон системы упаковывает аргументы процедуры вместе с ее идентификатором в сетевой пакет, открывает сеанс связи с сервером и пересылает ему данный пакет. Сервер распаковывает полученный пакет, определяет запрашиваемую процедуру и аргументы, а затем выполняет процедуру. Далее сервер пересылает клиенту код возврата процедуры, а тот передает его пользовательскому процессу. Таким образом, RPC полностью соответствует сеансовому уровню модели OSI.

Возникает справедливый вопрос: зачем в сетевой модели NFS нужен специальный протокол презентационного уровня? Дело в том, что Sun благоразумно рассчитывала на применение NFS в гетерогенных сетях, где компьютеры имеют различную системную архитектуру, в том числе различный порядок представления байтов в машинном слове, различное представление чисел с плавающей точкой, несовместимые границы выравнивания структур и т. д. Поскольку протокол RPC предполагает пересылку аргументов процедур, т. е. структурированных данных, то наличие протокола презентационного уровня является насущной необходимостью в гетерогенной среде. В качестве такового выступает протокол внешнего представления данных (eXternal Data Representation, XDR). Он описывает так называемую каноническую форму представления данных, не зависящую от системной архитектуры процессора. При передаче пакетов RPC клиент переводит локальные данные в каноническую форму, а сервер проделывает обратную операцию. Следует иметь в виду, что каноническая форма XDR соответствует представлению данных, принятому для семейства процессоров SPARC и Motorola. В серверах, где реализована аналогичная форма представления данных, это позволяет добиться некоторого (правда, скорее всего, микроскопического) преимущества в производительности над конкурентами в случаях интенсивного обращения к файловому серверу.

В NFS v2 в качестве транспортного протокола был выбран UDP. Разработчики объясняют это тем, что сеанс RPC длится короткий промежуток времени. Более того, с точки зрения выполнения удаленных процедур каждый пакет RPC является самодостаточным, т. е. каждый пакет несет полную информацию о том, что необходимо выполнить на сервере, или о результатах выполнения процедуры. Сервисы RPC обычно не отслеживают состояние связи (connectionless), т. е. сервер не хранит информацию о том, какие запросы клиента обрабатывались в прошлом: например, с какого места файла клиент считывал данные последний раз. Для сетевой файловой системы это определенное преимущество с точки зрения надежности, так как клиент может продолжать файловые операции сразу же после перезагрузки сервера. Но такая схема чревата возникновением проблем при записи и блокировке файлов, и, чтобы их обойти, разработчики NFS были вынуждены применять разные обходные маневры (использование UDP порождает еще один ряд специфических проблем, но их мы коснемся позже).

Важное отличие сервисов RPC, входящих в состав NFS, от других сетевых серверных служб состоит в том, что они не используют супердемон inetd. Рядовые сетевые службы, наподобие telnet или rlogin, обычно не запускаются в виде демонов при старте системы, хотя это делать не возбраняется. Чаще всего они задействуют так называемый супердемон inetd, который "прослушивает" программные порты протоколов TCP и UDP. Службы задаются в конфигурационном файле супердемона (обычно /etc/inetd.conf). При поступлении запроса на программный порт со стороны клиента inetd запускает в качестве дочернего процесса соответствующую сетевую службу (например, in.rlogind), которая и обрабатывает запрос.

Службы RPC не пользуются супердемоном inetd, поскольку, как уже было сказано, сеанс RPC длится очень недолго, фактически лишь в течение обработки одного-единственного запроса. Т. е. для каждого запроса inetd был бы вынужден запускать новый дочерний процесс службы RPC, что весьма накладно для UNIX. По аналогичным соображениям процесс RPC не может порождать новые процессы и не может параллельно обслуживать сразу несколько запросов. Поэтому в целях повышения производительности сервисы RPC запускаются в виде нескольких одновременно работающих экземпляров демонов. При этом количество экземпляров конкретного демона напрямую не связано с количеством клиентов. Даже один демон может обслуживать множество клиентов, но за один раз он способен обрабатывать единственный запрос, остальные будут помещаться в очередь.

Еще одно важное отличие сервисов RPC от обычных сетевых служб состоит в том, что они не используют заранее заданных программных портов UDP. Вместо этого применяется так называемая система трансляции портов portmapper. Для ее поддержки при загрузке системы инициализируется специальный демон portmap. В рамках системы трансляции портов за каждым сервисом RPC закрепляется программный номер (program number), номер версии, номер процедуры (procedure number) и протокол (UDP или TCP). Программный номер однозначно идентифицирует конкретный сервис RPC. Взаимосвязь между именами сервисов RPC и программными номерами можно проследить на основании содержимого файла /etc/rpc. Каждая программа RPC поддерживает множество процедур, которые определяются по их номерам. Номера процедур можно узнать в соответствующих header-файлах: например, для сервиса NFS они задаются в файле /usr/include/nfs/nfs.h.

В частности, сервис NFS имеет программный номер 100003 и включает такие процедуры, как "открытие файла", "чтение блока", "создание файла" и т. д. При вызове удаленных процедур вместе с аргументами процедуры в пакете RPC передается программный номер сервиса, номер процедуры и номер версии. Номер версии служит для идентификации возможностей сервиса. Дело в том, что разработчики постоянно совершенствуют службу NFS, при этом каждая новая версия полностью обратно совместима с предыдущими.

Принцип работы транслятора portmap достаточно прост. При инициализации (в частности, в момент загрузки ОС) какого-либо сервиса RPC он регистрируется с помощью демона portmap. При запуске на сервере сервис RPC ищет незанятый программный порт, резервирует его за собой и сообщает номер порта демону portmap. Для того чтобы связаться с сервером, клиент RPC должен сначала обратиться к portmap сервера и узнать у него, какой программный порт занимает конкретный сервис RPC на сервере. Только затем клиент может непосредственно связаться с сервисом. В некоторых случаях клиент связывается с нужным сервисом косвенным образом, т. е. вначале он обращается к демону portmap, а тот запрашивает сервис RPC от лица клиента. В отличие от сервисов RPC, транслятор портов portmap всегда привязан к заранее заданному порту 111, так что клиент связывается с portmap стандартным способом.

СОСТАВ NFS V2

В общем случае помимо portmap сервер NFS включает демоны rpc.mountd, nfsd, rpc.lockd, rpc.statd. На клиентской машине NFS, функционирующей на платформе UNIX, должны быть запущены демоны biod (необязательно), rpc.lockd и rpc.statd.

Как уже было сказано ранее, поддержка NFS реализована в UNIX на уровне ядра, поэтому не все демоны необходимы, но они способны значительно повысить производительность файловых операций и позволяют осуществлять блокировку файлов при записи.

Демон rpc.mountd обслуживает запросы клиентов на монтирование файловых систем. Сервис монтирования реализован в виде отдельного демона, так как протокол монтирования не является частью NFS. Это вызвано тем, что операция монтирования тесно привязана к синтаксису имен файлов, а принципы именования файлов различаются для UNIX и, скажем, для VMS.

Демон nfsd принимает и обслуживает запросы NFS RPC. Обычно в целях повышения производительности на сервере запускают несколько экземпляров nfsd.

Демон rpc.lockd, функционирующий как на клиенте, так и на сервере, предназначен для блокировки файлов, тогда как демон rpc.statd (также исполняемый на сервере и клиенте) ведет статистику блокировок на случай необходимости их автоматического восстановления при крахе сервиса NFS.

Демон biod, запускаемый на клиенте, способен производить операции "чтение с опережением" и "отложенная запись", что серьезно повышает производительность. Однако наличие biod не является обязательным для работы клиента. Для еще большего повышения производительности на клиентской машине можно загрузить несколько демонов biod.

Еще один демон, выполняющийся на сервере, отвечает за аутентификацию и сервис печати для клиентов DOS/Windows, в некоторых системах он носит имя pcnfsd, в других - in.pcnfsd.

Кроме того, в комплект поставки NFS входят различные системные утилиты и программы диагностики (showmount, rpcinfo, exportfs, nfsstat).

ПРАВИЛА ЭКСПОРТИРОВАНИЯ

Файловые системы и каталоги, которые клиенты могут удаленно монтировать на сервере NFS, должны быть явно заданы. Данная процедура называется в NFS "экспортированием" ресурсов. В то же время сервер NFS, в отличие от, скажем, сервера SMB, не занимается широковещательной рассылкой списка своих экспортируемых ресурсов. Тем не менее клиент может запросить у сервера такой список. На стороне сервера за обслуживание запросов монтирования отвечает демон rpc.mountd.

Экспортирование файловых ресурсов NFS производится в соответствии с четырьмя основными правилами.

1. Файловую систему можно экспортировать как целиком, так и по частям, каковыми являются каталоги и файлы. При этом следует помнить, что самой крупной экспортируемой единицей является файловая система. Если на сервере некая файловая система (/usr/bin) смонтирована по иерархии ниже другой файловой системы (/usr), то экспортирование системы /usr систему /usr/bin не затронет.
2. Экспортировать можно только локальные файловые ресурсы, иными словами, если на сервере смонтирована чужая файловая система, т. е. находящаяся на другом сервере, то ее нельзя реэкспортировать.
3. Нельзя экспортировать подкаталоги уже экспортированной файловой системы, если только они не представляют собой самостоятельных файловых систем.
4. Нельзя экспортировать родительские каталоги уже экспортированного каталога, если только родительский каталог не представляет собой независимую файловую систему.

Любое нарушение этих правил приведет к ошибке в работе NFS.

Таблица экспортируемых ресурсов располагается в файле /etc/exports. К сожалению, синтаксис этого файла зависит от конкретных UNIX, поэтому в качестве примера мы возьмем Solaris. Файл /etc/exports состоит из текстовых строк, имеющих формат:

-,...

Некоторые наиболее популярные опции перечислены в Таблице 1. Фактически опции описывают права доступа к экспортируемым ресурсам со стороны клиентов. Важно помнить, что права доступа, перечисленные при экспортировании, никоим образом не отменяют права доступа, действующие непосредственно в файловой системе. Например, если файловая система экспортируется с возможностью записи, а конкретный файл имеет атрибут "только для чтения", то его изменение будет невозможно. Таким образом, при экспортировании права доступа выступают в качестве дополнительного фильтра. Более того, если, скажем, файловая система экспортируется с опцией ro (read only), то клиент имеет право смонтировать ее с опцией rw (read/write), однако при этом попытка произвести запись приведет к выдаче сообщения об ошибке.

Опция access позволяет указать хосты с правом монтирования ресурса. Соответственно, ни один другой хост, кроме упомянутых в ней, не имеет возможности монтировать, а значит, и проводить операции над ресурсом.

Список хостов, которые могут записывать информацию, задается с помощью опции rw. Если в опции rw список хостов не указан, то производить запись имеет право любой хост.

Опция root позволяет указать хосты, в которых локальные суперпользователи root получают права root сервера на экспортируемый ресурс. В противном случае, даже если хосту даны права rw, пользователь root на нем приравнивается к пользователю nobody (uid=-2), т. е. к пользователю с минимальными правами доступа. Вышесказанное относится именно к правам доступа к удаленному ресурсу и не влияет на права доступа к локальным ресурсам клиента.

Опции anon и secure будут рассмотрены при описании схемы аутентификации NFS.

ПРАВИЛА МОНТИРОВАНИЯ

Если для сервера экспортируемые ресурсы могут выступать в качестве файловой системы или отдельного каталога, то для клиента они всегда выглядят как файловые системы. Поскольку поддержка NFS встроена в ядро UNIX, то операция монтирования файловых систем NFS производится стандартной утилитой mount (отдельный демон для монтирования NFS не требуется), при этом необходимо лишь оговорить, что монтируемая файловая система - NFS. Еще один способ монтирования - с помощью файла /etc/fstab (/etc/filesystems в некоторых версиях UNIX). В данном случае удаленные системы NFS (так же, как и локальные) монтируются на стадии загрузки ОС. Точки монтирования могут быть любые, в том числе и в составе других файловых систем NFS, т. е. системы NFS можно "нанизывать" друг на друга.

Основные опции монтирования NFS перечислены в Таблице 2.

Опция bg позволяет производить монтирование в фоновом режиме, в этом случае можно запускать другие команды монтирования.

Весьма интересной представляется пара опций hard/soft. При "жестком" монтировании клиент будет пытаться смонтировать файловую систему во что бы то ни стало. Если сервер не работает, это приведет к тому, что весь сервис NFS как бы зависнет: процессы, обращающиеся к файловой системе, перейдут в состояние ожидания окончания выполнения запросов RPC. С точки зрения пользовательских процессов файловая система будет выглядеть как очень медленный локальный диск. При возврате сервера в рабочее состояние сервис NFS будет продолжать функционировать как ни в чем не бывало. Использование опции intr позволяет с помощью системного сигнала INTERRUPT прервать процесс "жесткого" монтирования.

При "мягком" монтировании клиент NFS сделает несколько попыток подключиться к серверу, как оговорено в опциях retans и timeo (некоторыми системами поддерживается также специальная опция retry). Если сервер не откликается, то система выдает сообщение об ошибке и прекращает попытки произвести монтирование. С точки зрения логики файловых операций при отказе сервера "мягкое" монтирование эмулирует сбой локального диска. Если опция retrans (retry) не задана, то количество попыток ограничено значением, принятым по умолчанию для данной системы UNIX. Параметры retrans и timeo относятся не только к монтированию, но и к любым операциям RPC, производимым с файловой системой NFS. Т. е. если клиент осуществляет операцию записи, а в это время в сети или на сервере происходит сбой, то клиент будет пытаться повторить запросы.

На вопрос, какой из режимов, "мягкий" или "жесткий", лучше, однозначно ответить невозможно. Если данные на сервере должны быть согласованы при его временном отказе, то "жесткое" монтирование оказывается предпочтительнее. Этот режим незаменим также в случаях, когда монтируемые файловые системы содержат в своем составе программы и файлы, жизненно важные для работы клиента, в частности для бездисковых машин. В других случаях, особенно когда речь идет о системах "только для чтения", режим "мягкого" монтирования представляется более предпочтительным.

АУТЕНТИФИКАЦИЯ И БЕЗОПАСНОСТЬ

Как уже было отмечено, каждый пакет RPC является самодостаточным. Более того, в общем случае NFS не обеспечивает контроль состояния, т. е. не ведет учет того, с какими запросами ранее обращались клиенты, а также не отслеживает работу клиентов. Поэтому в системах, где используется вызов удаленных процедур, проблема безопасности оказывается чрезвычайно актуальной.

В NFS аутентификация производится исключительно на этапе монтирования файловой системы и только на основании доменного имени (или IP-адреса) клиентской машины. Т. е. если клиент NFS (здесь подразумевается компьютер, а не пользователь компьютера) обращается к серверу с запросом на монтирование, то сервер определяет права доступа по таблице /etc/exports, при этом клиент идентифицируется по имени (IP-адресу) компьютера. Если клиенту разрешено производить те или иные операции над экспортируемым ресурсом, то ему сообщается некое "магическое число" (magic cookie). В дальнейшем для подтверждения своих полномочий клиент должен включать это число в каждый запрос RPC.

Вот, собственно, и весь нехитрый набор средств аутентификации клиентов, пользователи же никак не аутентифицируются. Тем не менее каждый запрос RPC содержит идентификатор пользователя uid, инициировавшего запрос, и список идентификаторов групп gid, куда входит пользователь. Но эти идентификаторы используются не для аутентификации, а для определения прав доступа конкретного пользователя к файлам и каталогам.

Обратите внимание, что uid и gid определяются на стороне клиента, а не сервера. Поэтому перед администраторами встает проблема согласования содержимого /etc/passwd (и /etc/group) между клиентами и серверами NFS, чтобы пользователю Васе на сервере не присвоили права пользователя Пети. Для больших сетей это представляет серьезные трудности. Обеспечить согласованность пользовательской базы данных, а также таких системных файлов, как /etc/hosts, /etc/rpc, /etc/services, /etc/protocols, /etc/aliases и др., можно с помощью сетевой информационной службы (Network Information System, NIS), разработанной компанией Sun еще в 1985 году и входящей в состав большинства версий UNIX (более продвинутая ее разновидность NIS+ не нашла широкого применения). NIS представляет собой информационную службу, в первом приближении напоминающую службу каталогов Windows NT, и позволяет централизованно хранить и обрабатывать системные файлы. Между прочим, NIS построена по тому же принципу, что и NFS, в частности она использует протоколы RPC и XDR.

Еще одна важная особенность NFS состоит в том, что в каждом запросе RPC передается список групп gid пользователя. Для ограничения размера пакета RFC в большинстве реализаций NFS количество групп не может превышать 8 или 16. Если пользователь входит в состав большего количества групп, то это может привести к ошибкам при определении прав доступа на сервере. Данная проблема весьма актуальна для корпоративных файловых серверов. Радикальным решением является использование списков контроля доступа ACL, но, к сожалению, далеко не все разновидности UNIX их поддерживают.

Принятая в NFS система аутентификации весьма убога и не обеспечивает надежной защиты. Любой, кто имел дело с NFS, знает, как просто обойти ее систему безопасности. Для этого даже не обязательно применять методы подделки IP-адресов (IP-spoofing) или имен (DNS-spoofing). Злоумышленнику достаточно перехватить "магическое число", и в дальнейшем он может проводить действия от имени клиента. К тому же "магическое число" не меняется до следующей перезагрузки сервера.

На многочисленных серверах Internet можно узнать и другие, в том числе весьма экзотические, способы взлома NFS. Количество обнаруженных "дыр" исчисляется тысячами. Поэтому NFS v.2 рекомендуется использовать только внутри защищенных сетей.

Исходя из этих соображений, Sun разработала протокол SecureRPC с использованием как несимметричных, так и симметричных ключей шифрования. При этом криптографические методы применяются для аутентификации не только хостов, но и пользователей. Однако сами данные не шифруются. К сожалению, из-за экспортных ограничений правительства США не все UNIX поставляются с поддержкой SecureRPC. Поэтому мы не будем останавливаться на возможностях этого протокола. Тем не менее если ваша версия UNIX поддерживает SecureRPC, то неоценимую помощь в его настройке окажет книга Хала Стейна "Managing NFS and NIS" издательства O"Reilly & Assоciates.

Еще одна проблема связана с клиентами NFS на платформах MS-DOS и Windows 3.x/9x. Эти системы являются однопользовательскими, и обычными средствами NFS идентифицировать пользователя невозможно. Для целей идентификации пользователей DOS/Windows на сервере запускается демон pcnfsd. При подключении (монтировании) дисков NFS на клиентской машине он запрашивает имя и пароль пользователя, что позволяет не только идентифицировать, но и аутентифицировать пользователей.

Хотя ОС Windows NT является многопользовательской, но ее пользовательская база данных и схема идентификации пользователей несовместимы с принятой в UNIX. Поэтому клиентские места NFS на базе Windows NT также вынуждены задействовать возможности pcnfsd.

Кроме аутентификации пользователей pcnfs позволяет осуществлять печать на UNIX с клиентских мест DOS/Windows. Правда, в состав Windows NT изначально входит программа LPR.EXE, также позволяющая осуществлять печать на серверах UNIX.

Для доступа к файловому сервису и сервису NFS на машинах DOS/Windows необходимо инсталлировать специальное клиентское ПО, причем цены на эти продукты весьма кусаются.

Вернемся, однако, к опциям экспортирования файлов NFS (см. Таблицу 1). Опция anon определяет идентификатор пользователя uid в том случае, когда пользователь DOS/Windows не мог себя аутентифицировать (задал неверный пароль) или когда пользователь хоста, подключенного по SecureRPC, не прошел аутентификацию. По умолчанию anon имеет uid=-2.

Опция secure применяется, когда используется протокол SecureRPC.

АРХИТЕКТУРНЫЕ ОСОБЕННОСТИ NFS V2

Файловые системы NFS должны подчиняться двум условиям (кстати, эти же требования относятся не только к NFS, но и к другим сетевым файловым системам).

1. С точки зрения клиентских пользовательских программ файловая система NFS располагается как бы на локальном диске. Программы не имеют возможности отличить файлы NFS от обычных файлов.
2. Клиент NFS не в состоянии определить, какая платформа используется в качестве сервера. Это может быть и UNIX, и MVS, и даже Windows NT. Различия в архитектуре серверов сказываются только на уровне конкретных операций, а не в отношении возможностей NFS. Для клиента файловая структура NFS аналогична локальной системе.

Первый уровень прозрачности достигается за счет использования в UNIX виртуальной файловой системы (Virtual File System, VFS). VFS отвечает за взаимодействие не только с NFS, но и с локальными системами наподобие UFS, ext2, VxFS и т. д.

Второй уровень прозрачности обеспечивается благодаря использованию так называемых виртуальных узлов (virtual nodes, vnodes), структуру которых можно соотнести с inodes в файловых системах UNIX.

Операции над файловыми системами NFS являются операциями VFS, тогда как взаимодействие с отдельными файлами и каталогами определяется операциями vnode. Протокол RPC из состава NFS v2 описывает 16 процедур, связанных с операциями не только над файлами и каталогами, но и над их атрибутами. Важно понимать, что вызовы RPC и интерфейс vnode - разные понятия. Интерфейсы vnode определяют сервисы ОС для доступа к файловым системам независимо от того, локальные они или удаленные. RPC же из состава NFS представляет собой специфическую реализацию одного из интерфейсов vnode.

Операции чтения/записи кэшируются на стороне клиента, т. е. клиент кэширует содержимое файлов и каталогов. Обычно размер буфера кэша NFS составляет 8 Кбайт. Если на клиенте запущены демоны biod, то чтение производится с опережением, а запись осуществляется в отложенном режиме. Например, если пользовательский процесс записывает информацию, то данные накапливаются в буфере кэша и лишь затем производится их пересылка, причем обычно в одном пакете RPC. В момент выполнения операции записи ядро сразу же возвращает управление процессу, а функции пересылки запросов RPC передаются biod. Если же демоны biod не запущены и ядро не поддерживает многопоточной обработки RPC, то пересылкой пакетов RPC в однопоточном режиме должно заниматься ядро, а пользовательский процесс переходит в состояние ожидания окончания пересылки. Но и в этом случае кэш NFS по-прежнему используется.

Помимо содержимого файлов и каталогов NFS на стороне клиента производится кэширование атрибутов файлов и каталогов, причем обновление кэша атрибутов осуществляется на периодической основе (обычно раз в несколько секунд). Это связано с тем, что по значению атрибутов можно судить о состоянии файла или каталога. Поясним данный подход на примере. При выполнении пользователем операции чтения из файла содержимое файла помещается в кэш NFS, но одновременно в кэш атрибутов помещаются атрибуты файла (время создания/обновления, размер и т. д.). Если в этот момент другой клиент производит запись в тот же самый файл, то это может привести к рассогласованию содержимого в кэшах разных клиентов. Однако поскольку на первом клиенте кэш атрибутов обновляется каждые несколько секунд, то он в состоянии определить, что атрибуты изменились (в данном случае время обновления файла), поэтому клиент должен провести операцию обновления кэша содержимого файла (данная операция выполняется автоматически).

Для обслуживания запросов клиентов на сервере должны быть запущены демоны nfsd. При этом демоны осуществляют кэширование информации при чтении с дисков сервера. Все демоны обслуживают одну и ту же очередь запросов клиентов, что позволяет оптимально использовать ресурсы процессора.

К сожалению, определить оптимальное количество демонов biod и nfsd очень непросто. С одной стороны, чем больше количество работающих демонов, тем большее количество запросов может быть обработано одновременно; с другой стороны, увеличение количества демонов может неблагоприятно повлиять на производительность системы ввиду возрастания накладных расходов на переключение процессов. Тонкая настройка NFS представляет собой весьма утомительную процедуру и требует учета не только количества клиентов и пользовательских процессов, но и таких характеристик, как время переключения между контекстами процессов (т. е. особенности архитектуры процессора), размер оперативной памяти, загрузка системы и т. д. Такие настройки лучше определять экспериментальным путем, хотя в большинстве случаев подойдут и стандартные (обычно на сервере запускают 8 демонов nfsd, а на клиентах - 4 демона biod).

Рисунок 2. Операция записи в NFS v2.

Очень важной особенностью NFS v2 является то, что на стороне сервера операции записи не кэшируются (см. Рисунок 2). Это было сделано в целях обеспечения высокой надежности сервиса NFS и позволяет гарантировать целостность данных после перезагрузки сервера в случае его отказа. Отсутствие кэширования информации при записи представляет собой самую большую проблему NFS v2. На операциях записи NFS значительно уступает конкурирующим технологиям, хотя на операциях чтения мало в чем им проигрывает. Единственный метод борьбы с невысокой производительностью записи состоит в использовании дисковых подсистем с независимым от электропитания встроенным кэшем, как в довольно дорогих массивах RAID.

При работе в распределенных и глобальных сетях NFS v2 свойственен еще один недостаток вследствие выбора UDP в качестве транспортного протокола для сервиса. Как известно, UDP не гарантирует доставку пакетов, кроме того, порядок приема пакетов может не соответствовать порядку их отправки.

Это может привести к следующим двум неприятным последствиям: потере пакета и длительной задержке при его обработке. Представьте, что клиент осуществляет операцию чтения некоего объемного файла. В таком случае серверу требуется передать несколько пакетов, чтобы заполнить буфер кэша клиента. Если один из пакетов потеряется, то клиент будет вынужден заново повторять запрос, а сервер - сформировать ответы и т. д.

Ситуация задержки обработки запросов RPC ввиду, допустим, большой загрузки сервера или проблем в сети также достаточно неприятна. При превышении заданного лимита времени клиент будет считать, что пакет потерян и попытается повторить запрос. Для многих операций NFS это не страшно, так как даже операцию записи сервер может произвести повторно. Но что делать с такими операциями, как "удалить каталог" или "переименовать файл"? К счастью, большинство реализаций NFS поддерживает кэширование дублированных запросов на стороне сервера. Если сервер получил повторный запрос на какую-либо операцию в течение краткого промежутка времени, то такой запрос игнорируется.

Система RPC не отслеживает состояние соединения, что создает проблемы при одновременном обращении нескольких клиентов к одному и тому же файлу. Здесь возникают две сложности:

• как осуществить блокировку файла, в частности при записи в него;
• как гарантировать целостность блокировок в случае краха и перезагрузки сервера или клиента NFS?

Для этого в NFS применяются два специальных демона: rpc.lockd отвечает за блокировку файлов, а rpc.statd - за мониторинг состояния блокировок (см. Рисунок 3). Эти демоны запускаются как на стороне клиента, так и на стороне сервера. За демонами rpc.lockd и rpc.statd закреплены два специальных каталога (sm и sm.bak), где хранится информация по блокировкам.

Своеобразный и достаточно удобный дополнительный сервис automounter позволяет автоматически монтировать файловые системы при обращении к ним пользовательских процессов. В дальнейшем automounter периодически (по умолчанию раз в пять минут) пытается размонтировать систему. Если она занята (допустим, открыт файл), то сервис продолжает работать в обычном режиме. Если же к файловой системе больше нет обращений, то она автоматически размонтируется. Функция automounter реализует несколько программ, особой популярностью среди них пользуются amd и autofs.

ВОЗМОЖНОСТИ NFS V3

Третья версия NFS полностью обратно совместима со второй версией, т. е. сервер NFS v3 "понимает" клиентов NFS v2 и NFS v3. Аналогично, клиент NFS v3 может обращаться к серверу NFS v2.

Важным нововведением NFS v3 является поддержка транспортного протокола TCP. UDP прекрасно подходит для локальных сетей, но не годится для медленных и не всегда надежных глобальных линий связи. В NFS v3 весь клиентский трафик мультиплексируется в одно соединение TCP.

В NFS v3 размер буфера кэша увеличен до 64 Кбайт, что благотворно повлияло на производительность, особенно в свете активного использования высокоскоростных сетевых технологий Fast Ethernet, Gigabit Ethernet и ATM. Кроме того, NFS v3 позволяет хранить кэшируемую на клиенте информацию не только в оперативной памяти, но и на локальном диске клиента (справедливости ради, стоит отметить, что некоторые реализации NFS v2 тоже предусматривают такую возможность). Такая технология известна как CacheFS.

Рисунок 4. Операция записи в NFS v3.

Но, пожалуй, еще более важным новшеством NFS v3 можно считать радикальное увеличение производительности на операциях записи. Теперь кэширование записываемой информации производится также на стороне сервера, при этом регистрация и подтверждение факта записи данных на диск осуществляются с помощью специального запроса commit (см. Рисунок 4). Эту технологию называют безопасной асинхронной записью. После того как данные пересланы в кэш сервера, клиент посылает ему запрос commit, инициирующий операцию записи на диск сервера. В свою очередь по окончании записи информации на диск сервер отправляет клиенту подтверждение ее успешного завершения.

Новым в NFS v3 является поддержка 64-разрядных файловых систем и улучшенная поддержка списков контроля доступа ACL.

Что касается перспектив, то сейчас Sun продвигает технологию WebNFS, использование которой позволяет получить доступ к файловым системам из любого браузера Web или через приложения, написанные на Java. При этом никакого клиентского ПО устанавливать не требуется. WebNFS (по утверждению Sun) дает выигрыш в производительности по сравнению с ftp или HTTP в три-пять раз.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Зная принципы работы протоколов NFS, администратор может произвести оптимальную настройку сервиса. Сетевая файловая система NFS идеально подходит для сетей UNIX, так как поставляется практически со всеми версиями этой ОС. Более того, поддержка NFS реализована на уровне ядра UNIX. Поскольку Linux начинает постепенно набирать вес на уровне настольных компьютеров, то NFS имеет шансы завоевать признание и здесь. К сожалению, использование NFS на клиентских компьютерах с Windows создает определенные проблемы, связанные с необходимостью установки специализированного и довольно дорогого клиентского ПО. В таких сетях применение сервиса SMB, в частности ПО Samba, выглядит более предпочтительным. Впрочем, к продуктам SMB для UNIX мы вернемся в одном из ближайших номеров LAN.

Доброго времени, читатели и гости . Очень большой перерыв между постами был, но я снова в бою). В сегодняшней статье рассмотрю работу протокола NFS , а так же настройку сервера NFS и клиента NFS на Linux .

Введение в NFS

NFS (Network File System - сетевая файловая система ) по моему мнению - идеальное решение в локальной сети, где необходим быстрый (более быстрый по сравнению с SAMBA и менее ресурсоемкий по сравнению с удаленными файловыми системами с шифрованием - sshfs, SFTP, etc...) обмен данными и во главе угла не стоит безопасность передаваемой информации. Протокол NFS позволяет монтировать удалённые файловые системы через сеть в локальное дерево каталогов , как если бы это была примонтирована дисковая файловая система. Тем самым локальные приложения могут работать с удаленной файловой системой, как с локальной. Но нужно быть осторожным (!) с настройкой NFS , ибо при определенной конфигурации можно подвесить операционную систему клиента в ожидании бесконечного ввода/вывода. Протокол NFS основан на работе протокола RPC , который пока не поддается моему пониманию)) поэтому материал в статье будет немного расплывчат... Прежде, чем Вы сможете использовать NFS, будь это сервер или клиент, Вы должны удостовериться, что Ваше ядро имеет поддержку файловой системы NFS. Проверить поддерживает ли ядро файловую систему NFS можно, просмотрев наличие соответствующих строк в файле /proc/filesystems :

ARCHIV ~ # grep nfs /proc/filesystems nodev nfs nodev nfs4 nodev nfsd

Если указанных строк в файле /proc/filesystems не окажется, то необходимо установить описанные ниже пакеты. Это скорее всего позволит установить зависимые модули ядра для поддержки нужных файловых систем. Если после установки пакетов, поддержка NFS не будет отображена в указанном файле, то необходимо будет , с включением данной функции.

История Network File System

Протокол NFS разработан компанией Sun Microsystems и имеет в своей истории 4 версии. NFSv1 была разработана в 1989 и являлась экспериментальной, работала на протоколе UDP. Версия 1 описана в . NFSv2 была выпущена в том же 1989 г., описывалась тем же RFC1094 и так же базировалась на протоколе UDP, при этом позволяла читать не более 2Гб из файла. NFSv3 доработана в 1995 г. и описана в . Основными нововведениями третьей версии стало поддержка файлов большого размера, добавлена поддержка протокола TCP и TCP-пакетов большого размера, что существенно ускорило работоспосбоность технологии. NFSv4 доработана в 2000 г. и описана в RFC 3010, в 2003 г. пересмотрена и описана в . Четвертая версия включила в себя улучшение производительности, поддержку различных средств аутентификации (в частности, Kerberos и LIPKEY с использованием протокола RPCSEC GSS) и списков контроля доступа (как POSIX, так и Windows-типов). NFS версии v4.1 была одобрена IESG в 2010 г., и получила номер . Важным нововведением версии 4.1, является спецификация pNFS - Parallel NFS, механизма параллельного доступа NFS-клиента к данным множества распределенных NFS-серверов. Наличие такого механизма в стандарте сетевой файловой системы поможет строить распределённые «облачные» («cloud») хранилища и информационные системы.

NFS сервер

Так как у нас NFS - это сетевая файловая система, то необходимо . (Так же можно почитать статью ). Далее необходимо . В Debian это пакет nfs-kernel-server и nfs-common , в RedHat это пакет nfs-utils . А так же, необходимо разрешить запуск демона на необходимых уровнях выполнения ОС (команда в RedHat - /sbin/chkconfig nfs on , в Debian - /usr/sbin/update-rc.d nfs-kernel-server defaults ).

Установленные пакеты в Debian запускается в следующем порядке:

ARCHIV ~ # ls -la /etc/rc2.d/ | grep nfs lrwxrwxrwx 1 root root 20 Окт 18 15:02 S15nfs-common -> ../init.d/nfs-common lrwxrwxrwx 1 root root 27 Окт 22 01:23 S16nfs-kernel-server -> ../init.d/nfs-kernel-server

То есть, сначала запускается nfs-common , затем сам сервер nfs-kernel-server . В RedHat ситуация аналогичная, за тем лишь исключением, что первый скрипт называется nfslock , а сервер называется просто nfs . Про nfs-common нам сайт debian дословно говорит следующее: общие файлы для клиента и сервера NFS, этот пакет нужно устанавливать на машину, которая будет работать в качестве клиента или сервера NFS. В пакет включены программы: lockd, statd, showmount, nfsstat, gssd и idmapd . Просмотрев содержимое скрипта запуска /etc/init.d/nfs-common можно отследить следующую последовательность работы: скрипт проверяет наличие исполняемого бинарного файла /sbin/rpc.statd , проверяет наличие в файлах /etc/default/nfs-common , /etc/fstab и /etc/exports параметров, требующих запуск демонов idmapd и gssd , запускает демона /sbin/rpc.statd , далее перед запуском /usr/sbin/rpc.idmapd и /usr/sbin/rpc.gssd проверяет наличие этих исполняемых бинарных файлов, далее для демона /usr/sbin/rpc.idmapd проверяет наличие sunrpc, nfs и nfsd , а так же поддержку файловой системы rpc_pipefs в ядре (то есть наличие ее в файле /proc/filesystems ), если все удачно, то запускает /usr/sbin/rpc.idmapd . Дополнительно, для демона /usr/sbin/rpc.gssd проверяет модуль ядра rpcsec_gss_krb5 и запускает демон.

Если просмотреть содержимое скрипта запуска NFS-сервера на Debian (/etc/init.d/nfs-kernel-server ), то можно проследить следующую последовательность: при старте, скрипт проверяет существование файла /etc/exports , наличие nfsd , наличие поддержки файловой системы NFS в (то есть в файле /proc/filesystems ), если все на месте, то запускается демон /usr/sbin/rpc.nfsd , далее проверяет задан ли параметр NEED_SVCGSSD (задается в файле настроек сервера /etc/default/nfs-kernel-server ) и, если задан - запускает демона /usr/sbin/rpc.svcgssd , последним запускает демона /usr/sbin/rpc.mountd . Из данного скрипта видно, что работа сервера NFS состоит из демонов rpc.nfsd, rpc.mountd и если используется Kerberos-аутентификация, то и демон rcp.svcgssd. В краснойшляпе еще запускается демон rpc.rquotad и nfslogd (В Debian я почему-то не нашел информации об этом демоне и о причинах его отсутствия, видимо удален...).

Из этого становиться понятно, что сервер Network File System состоит из следующих процессов (читай - демонов) , расположенных в каталогах /sbin и /usr/sbin:

В NFSv4 при использовании Kerberos дополнительно запускаются демоны:

• rpc.gssd - Демон NFSv4 обеспечивает методы аутентификации через GSS-API (Kerberos-аутентификация). Работает на клиенте и сервере.
• rpc.svcgssd - Демон сервера NFSv4, который обеспечивает проверку подлинности клиента на стороне сервера.

portmap и протокол RPC (Sun RPC)

Кроме указанных выше пакетов, для корректной работы NFSv2 и v3 требуется дополнительный пакет portmap (в более новых дистрибутивах заменен на переименован в rpcbind ). Данный пакет обычно устанавливается автоматически с NFS как зависимый и реализует работу сервера RPС, то есть отвечает за динамическое назначение портов для некоторых служб, зарегистрированных в RPC сервере. Дословно, согласно документации - это сервер, который преобразует номера программ RPC (Remote Procedure Call) в номера портов TCP/UDP. portmap оперирует несколькими сущностями: RPC-вызовами или запросами , TCP/UDP портами , версией протокола (tcp или udp), номерами программ и версиями программ . Демон portmap запускается скриптом /etc/init.d/portmap до старта NFS-сервисов.

Коротко говоря, работа сервера RPC (Remote Procedure Call) заключается в обработке RPC-вызовов (т.н. RPC-процедур) от локальных и удаленных процессов. Используя RPC-вызовы, сервисы регистрируют или удаляют себя в/из преобразователя портов (он же отображатель портов, он же portmap, он же portmapper, он же, в новых версиях, rpcbind), а клиенты с помощью RPC-вызовов направляя запросы к portmapper получают необходимую информацию. Юзер-френдли названия сервисов программ и соответствующие им номера определены в файле /etc/rpc. Как только какой-либо сервис отправил соответствующий запрос и зарегистрировал себя на сервере RPC в отображателе портов, RPC-сервер присваивает сопоставляет сервису TCP и UDP порты на которых запустился сервис и хранит в себе ядре соответствующую информацию о работающем сервисе (о имени), уникальном номере сервиса (в соответствии с /etc/rpc) , о протоколе и порте на котором работает сервис и о версии сервиса и предоставляет указанную информацию клиентам по запросу. Сам преобразователь портов имеет номер программы (100000), номер версии - 2, TCP порт 111 и UDP порт 111. Выше, при указании состава демонов сервера NFS я указал основные RPC номера программ. Я, наверно, немного запутал Вас данным абзацем, поэтому произнесу основную фразу, которая должна внести ясность: основная функция отображателя портов заключается в том, чтобы по запросу клиента, который предоставил номер RPC-программы (или RPC-номер программы) и версию, вернуть ему (клиенту) порт, на котором работает запрошенная программа . Соответственно, если клиенту нужно обратиться к RPC с конкретным номером программы, он сначала должен войти в контакт с процессом portmap на серверной машине и определить номер порта связи с необходимым ему сервисом RPC.

Работу RPC-сервера можно представить следующими шагами:

1. Преобразователь портов должен стартовать первым, обычно при загрузке системы. При этом создается конечная точка TCP и осуществляется открытие TCP порта 111. Также создается конечная точка UDP, которая находится в ожидании, когда на UDP порт 111 прибудет UDP датаграмма.
2. При старте программа, работающая через сервер RPC создает конечную точку TCP и конечную точку UDP для каждой поддерживаемой версии программы. (Сервер RPC может поддерживать несколько версий. Клиент указывает требуемую версию при посылке RPC-вызова.) Динамически назначаемый номер порта закрепляется за каждой версией сервиса. Сервер регистрирует каждую программу, версию, протокол и номер порта, осуществляя соответствуюoий RPC-вызов.
3. Когда программе клиента RPC необходимо получить необходимую информацию, она вызывает вызов процедуру преобразователя портов, чтобы получить динамически назначаемый номер порта для заданной программы, версии и протокола.
4. В ответ на этот запрос север возвращает номер порта.
5. Клиент отправляет сообщение RPC-запрос на номер порта, полученный в пункте 4. Если используется UDP, клиент просто посылает UDP датаграмму, содержащую сообщение RPC-вызова, на номер UDP порта, на котором работает запрошенный сервис. В ответ сервис отправляет UDP датаграмму, содержащую сообщение RPC отклика. Если используется TCP, клиент осуществляет активное открытие на номер TCP порта требуемого сервиса и затем посылает сообщение вызова RPC по установленному соединению. Сервер отвечает сообщением отклика RPC по соединению.

Для получения информации от RPC-сервера используется утилита rpcinfo . При указании параметров -p host программа выводит список всех зарегистрированных RPC программ на хосте host. Без указания хоста программа выведет сервисы на localhost. Пример:

ARCHIV ~ # rpcinfo -p прог-ма верс прото порт 100000 2 tcp 111 portmapper 100000 2 udp 111 portmapper 100024 1 udp 59451 status 100024 1 tcp 60872 status 100021 1 udp 44310 nlockmgr 100021 3 udp 44310 nlockmgr 100021 4 udp 44310 nlockmgr 100021 1 tcp 44851 nlockmgr 100021 3 tcp 44851 nlockmgr 100021 4 tcp 44851 nlockmgr 100003 2 tcp 2049 nfs 100003 3 tcp 2049 nfs 100003 4 tcp 2049 nfs 100003 2 udp 2049 nfs 100003 3 udp 2049 nfs 100003 4 udp 2049 nfs 100005 1 udp 51306 mountd 100005 1 tcp 41405 mountd 100005 2 udp 51306 mountd 100005 2 tcp 41405 mountd 100005 3 udp 51306 mountd 100005 3 tcp 41405 mountd

Как видно, rpcinfo отображает (в столбиках слева направо) номер зарегистрированной программы, версию, протокол, порт и название. С помощью rpcinfo можно удалить регистрацию программы или получить информацию об отдельном сервисе RPC (больше опций в man rpcinfo). Как видно, зарегистрированы демоны portmapper версии 2 на udp и tcp портах, rpc.statd версии 1 на udp и tcp портах, NFS lock manager версий 1,3,4, демон nfs сервера версии 2,3,4, а так же демон монтирования версий 1,2,3.

NFS сервер (точнее демон rpc.nfsd) получает запросы от клиента в виде UDP датаграмм на порт 2049. Несмотря на то, что NFS работает с преобразователем портов, что позволяет серверу использовать динамически назначаемые порты, UDP порт 2049 жестко закреплен за NFS в большинстве реализаций.

Работа протокола Network File System

Монтирование удаленной NFS

Процесс монтирования удаленной файловой системы NFS можно представить следующей схемой:

Описание протокола NFS при монтировании удаленного каталога:

1. На сервере и клиенте запускается RPC сервер (обычно при загрузке), обслуживанием которого занимается процесс portmapper и регистрируется на порту tcp/111 и udp/111.
2. Запускаются сервисы (rpc.nfsd,rpc.statd и др.), которые регистрируются на RPC сервере и регистрируются на произвольных сетевых портах (если в настройках сервиса не задан статичный порт).
3. команда mount на компьютере клиента отправляет ядру запрос на монтирование сетевого каталога с указанием типа файловой системы, хоста и собственно - каталога, ядро отправляет формирует RPC-запрос процессу portmap на NFS сервере на порт udp/111 (если на клиенте не задана опция работать через tcp)
4. Ядро сервера NFS опрашивает RPC о наличии демона rpc.mountd и возвращает ядру клиента сетевой порт, на котором работает демон.
5. mount отправляет RPC запрос на порт, на котором работает rpc.mountd. Теперь NFS сервер может проверить достоверность клиента основываясь на его IP адресе и номере порта, чтобы убедиться, можно ли этому клиенту смонтировать указанную файловую систему.
6. Демон монтирования возвращает описание запрошенной файловой системы.
7. Команда mount клиента выдает системный вызов mount, чтобы связать описатель файла, полученный в шаге 5, с локальной точкой монтирования на хосте клиента. Описатель файла хранится в коде NFS клиента, и с этого момента любое обращение пользовательских процессов к файлам на файловой системе сервера будет использовать описатель файла как стартовую точку.

Обмен данными между клиентом и сервером NFS

Типичный доступ к удаленной файловой системе можно описать следующей схемой:

Описание процесса обращения к файлу, расположенному на сервере NFS:

1. Клиенту (пользовательскому процессу) безразлично, получает ли он доступ к локальному файлу или к NFS файлу. Ядро занимается взаимодействием с железом через модули ядра или встроенные системные вызовы.
2. Модуль ядра kernel/fs/nfs/nfs.ko, который выполняет функции NFS клиента отправляет RPC запросы NFS серверу через модуль TCP/IP. NFS обычно использует UDP, однако более новые реализации могут использовать TCP.
3. NFS сервер получает запросы от клиента в виде UDP датаграмм на порт 2049. Несмотря на то, что NFS может работать с преобразователем портов, что позволяет серверу использовать динамически назначаемые порты, UDP порт 2049 жестко закреплен за NFS в большинстве реализаций.
4. Когда NFS сервер получает запрос от клиента, он передаётся локальной подпрограмме доступа к файлу, которая обеспечивает доступ к локальному диску на сервере.
5. Результат обращения диску возвращается клиенту.

Настройка сервера NFS

Настройка сервера в целом заключается в задании локальных каталогов, разрешенных для монтирования удаленными системами в файле /etc/exports . Это действие называется экспорт иерархии каталогов . Основными источниками информации об экспортированных каталогах служат следующие файлы:

• /etc/exports - основной конфигурационный файл, хранящий в себе конфигурацию экспортированных каталогов. Используется при запуске NFS и утилитой exportfs.
• /var/lib/nfs/xtab - содержит список каталогов, монтированных удаленными клиентами. Используется демоном rpc.mountd, когда клиент пытается смонтировать иерархию (создается запись о монтировании).
• /var/lib/nfs/etab - список каталогов, которые могут быть смонтированы удаленными системами с указанием всех параметров экспортированных каталогов.
• /var/lib/nfs/rmtab - список каталогов, которые не разэкспортированы в данный момент.
• /proc/fs/nfsd - специальная файловая система (ядро 2.6) для управления NFS сервером.
  • exports - список активных экспортированных иерархий и клиентов, которым их экспортировали, а также параметры. Ядро получает данную информацию из /var/lib/nfs/xtab.
  • threads - содержит число потоков (также можно изменять)
  • с помощью filehandle можно получить указатель на файл
  • и др...
• /proc/net/rpc - содержит "сырую" (raw) статистику, которую можно получить с помощью nfsstat, а также различные кеши.
• /var/run/portmap_mapping - информация о зарегистрированных в RPC сервисах

Прим: вообще, в интернете куча трактовок и формулировок назначения файлов xtab, etab, rmtab, кому верить - не знаю Даже на http://nfs.sourceforge.net/ трактовка не однозначна.

Настройка файла /etc/exports

В простейшем случае, файл /etc/exports является единственным файлом, требующим редактирования для настройки NFS-сервера. Данный файл управляет следующими аспектами:

• Какие клиенты могут обращаться к файлам на сервере
• К каким иерархиям каталогов на сервере может обращаться каждый клиент
• Как пользовательские имена клиентов будут отображаться на локальные имена пользователей

Каждая строка файла exports имеет следующий формат:

точка_экспорта клиент1 (опции ) [клиент2(опции) ...]

Где точка_экспорта абсолютный путь экспортируемой иерархии каталогов, клиент1 - n имя одного или более клиентов или IP-адресов, разделенные пробелами, которым разрешено монтировать точку_экспорта . Опции описывают правила монтирования для клиента , указанного перед опциями .

Вот типичный пример конфигурации файла exports:

ARCHIV ~ # cat /etc/exports /archiv1 files(rw,sync) 10.0.0.1(ro,sync) 10.0.230.1/24(ro,sync)

В данном примере компьютерам files и 10.0.0.1 разрешен доступ к точке экспорта /archiv1, при этом, хосту files на чтение/запись, а для хоста 10.0.0.1 и подсети 10.0.230.1/24 доступ только на чтение.

Описания хостов в /etc/exports допускается в следующем формате:

• Имена отдельных узлов описываются, как files или files.DOMAIN.local.
• Описание маски доменов производится в следующем формате: *DOMAIN.local включает все узлы домена DOMAIN.local.
• Подсети задаются в виде пар адрес IP/маска. Например: 10.0.0.0/255.255.255.0 включает все узлы, адреса которых начинаются с 10.0.0.
• Задание имени сетевой группы @myclients имеющей доступ к ресурсу (при использовании сервера NIS)

Общие опции экспорта иерархий каталогов

В файле exports используются следующие общие опции (сначала указаны опции применяемые по-умолчанию в большинстве систем, в скобках - не по-умолчанию):

• auth_nlm (no_auth_nlm) или secure_locks (insecure_locks) - указывает, что сервер должен требовать аутентификацию запросов на блокировку (с помощью протокола NFS Lock Manager (диспетчер блокировок NFS)).
• nohide (hide) - если сервер экспортирует две иерархии каталогов, при этом одна вложенна (примонтированна) в другую. Клиенту необходимо явно смонтировать вторую (дочернюю) иерархию, иначе точка монтирования дочерней иерархии будет выглядеть как пустой каталог. Опция nohide приводит к появлению второй иерархии каталогов без явного монтирования. (прим: я данную опцию так и не смог заставить работать...)
• ro (rw) - Разрешает только запросы на чтение (запись). (в конечном счете - возможно прочитать/записать или нет определяется на основании прав файловой системы, при этом сервер не способен отличить запрос на чтение файла от запроса на исполнение, поэтому разрешает чтение, если у пользователя есть права на чтение или исполнение.)
• secure (insecure) - требует, чтобы запросы NFS поступали с защищенных портов (< 1024), чтобы программа без прав root не могла монтировать иерархию каталогов.
• subtree_check (no_subtree_check) - Если экспортируется подкаталог фаловой системы, но не вся файловая система, сервер проверяет, находится ли запрошенный файл в экспортированном подкаталоге. Отключение проверки уменьшает безопасность, но увеличивает скорость передачи данных.
• sync (async) - указывает, что сервер должен отвечать на запросы только после записи на диск изменений, выполненных этими запросами. Опция async указывает серверу не ждать записи информации на диск, что повышает производительность, но понижает надежность, т.к. в случае обрыва соединения или отказа оборудования возможна потеря информации.
• wdelay (no_wdelay) - указывает серверу задерживать выполнение запросов на запись, если ожидается последующий запрос на запись, записывая данные более большими блоками. Это повышает производительность при отправке больших очередей команд на запись. no_wdelay указывает не откладывать выполнение команды на запись, что может быть полезно, если сервер получает большое количество команд не связанных друг с другом.

Экспорт символических ссылок и файлов устройств. При экспорте иерархии каталогов, содержащих символические ссылки, необходимо, чтобы объект ссылки был доступен клиентской (удаленной) системе, то есть должно выполняться одно из следующих правил:

Файл устройства относится к интерфейсу . При экспорте файла устройства экспортируется этот интерфейс. Если клиентская система не имеет устройства такого же типа, то экспортированное устройство не будет работать. В клиентской системе, при монтировании NFS объектов можно использовать опцию nodev, чтобы файлы устройств в монтируемых каталогах не использовались.

Опции по умолчанию в разных системах могут различаться, их можно посмотреть в файле /var/lib/nfs/etab. После описания экспортированного каталога в /etc/exports и перезапуска сервера NFS все недостающие опции (читай: опции по-умолчанию) будут отражены в файле /var/lib/nfs/etab.

Опции отображения (соответствия) идентификаторов пользователей

Для большего понимания нижесказанного я бы посоветовал ознакомиться со статьей . Каждый пользователь Linux имеет свои UID и главный GID, которые описаны в файлах /etc/passwd и /etc/group . Сервер NFS считает, что операционная система удаленного узла выполнила проверку подлинности пользователей и назначила им корректные идентификаторы UID и GID. Экспортирование файлов дает пользователям системы клиента такой же доступ к этим файлам, как если бы они регистрировались напрямую на сервере. Соответственно, когда клиент NFS посылает запрос серверу, сервер использует UID и GID для идентификации пользователя в локальной системе, что может приводить к некоторым проблемам:

• пользователь может не иметь одни и те же идентификаторы в обеих системах и, соответственно, может получить доступ к фалам другого пользователя.
• т.к. у пользователя root идентификатор всегда 0, то данный пользователь отображается на локального пользователя в зависимости от заданных опций.

Следующие опции задают правила отображения удаленных пользователей в локальных:

• root_squash (no_root_squash) - При заданной опции root_squash , запросы от пользователя root отображаются на анонимного uid/gid, либо на пользователя, заданного в параметре anonuid/anongid.
• no_all_squash (all_squash) - Не изменяет UID/GID подключающегося пользователя. Опция all_squash задает отображение ВСЕХ пользователей (не только root), как анонимных или заданных в параметре anonuid/anongid.
• anonuid=UID и anongid=GID - Явно задает UID/GID для анонимного пользователя.
• map_static=/etc/file_maps_users - Задает файл, в котором можно задать сопоставление удаленных UID/GID - локальным UID/GID.

Пример использования файла маппинга пользователей:

ARCHIV ~ # cat /etc/file_maps_users # Маппинг пользователей # remote local comment uid 0-50 1002 # сопоставление пользователей с удаленным UID 0-50 к локальному UID 1002 gid 0-50 1002 # сопоставление пользователей с/span удаленным GID 0-50 к локальному GID 1002

Управление сервером NFS

Управление сервером NFS осуществляется с помощью следующих утилит:

• nfsstat
• showmsecure (insecure)ount

nfsstat: статистика NFS и RPC

Утилита nfsstat позволяет посмотреть статистику RPC и NFS серверов. Опции команды можно посмотреть в man nfsstat .

showmount: вывод информации о состоянии NFS

Утилита showmount запрашивает демон rpc.mountd на удалённом хосте о смонтированных файловых системах. По умолчанию выдаётся отсортированный список клиентов. Ключи:

• --all - выдаётся список клиентов и точек монтирования с указанием куда клиент примонтировал каталог. Эта информация может быть не надежной.
• --directories - выдаётся список точек монтирования
• --exports - выдаётся список экспортируемых файловых систем с точки зрения nfsd

При запуске showmount без аргументов, на консоль будет выведена информация о системах, которым разрешено монтировать локальные каталоги. Например, хост ARCHIV нам предоставляет список экспортированных каталогов с IP адресами хостов, которым разрешено монтировать указанные каталоги:

FILES ~ # showmount --exports archiv Export list for archiv: /archiv-big 10.0.0.2 /archiv-small 10.0.0.2

Если указать в аргументе имя хоста/IP, то будет выведена информация о данном хосте:

ARCHIV ~ # showmount files clnt_create: RPC: Program not registered # данное сообщение говорит нам, что на хосте FILES демон NFSd не запущен

exportfs: управление экспортированными каталогами

Данная команда обслуживает экспортированные каталоги, заданные в файле /etc/exports , точнее будет написать не обслуживает, а синхронизирует с файлом /var/lib/nfs/xtab и удаляет из xtab несуществующие. exportfs выполняется при запуске демона nfsd с аргументом -r. Утилита exportfs в режиме ядра 2.6 общается с демоном rpc.mountd через файлы каталога /var/lib/nfs/ и не общается с ядром напрямую. Без параметров выдаёт список текущих экспортируемых файловых систем.

Параметры exportfs:

• [клиент:имя-каталога] - добавить или удалить указанную файловую систему для указанного клиента)
• -v - выводить больше информации
• -r - переэкспортировать все каталоги (синхронизировать /etc/exports и /var/lib/nfs/xtab)
• -u - удалить из списка экспортируемых
• -a - добавить или удалить все файловые системы
• -o - опции через запятую (аналогичен опциям применяемым в /etc/exports; т.о. можно изменять опции уже смонтированных файловых систем)
• -i - не использовать /etc/exports при добавлении, только параметры текущей командной строки
• -f - сбросить список экспортируемых систем в ядре 2.6;

Клиент NFS

Прежде чем обратиться к файлу на удалённой файловой системе клиент (ОС клиента) должен смонтировать её и получить от сервера указатель на неё . Монтирование NFS может производиться с помощью или с помощью одного из расплодившихся автоматических монтировщиков (amd, autofs, automount, supermount, superpupermount). Процесс монтирования хорошо продемонстрирована выше на иллюстрации.

На клиентах NFS никаких демонов запускать не нужно, функции клиента выполняет модуль ядра kernel/fs/nfs/nfs.ko , который используется при монтировании удаленной файловой системы. Экспортированные каталоги с сервера могут монтироваться на клиенте следующими способами:

• вручную, с помощью команды mount
• автоматически при загрузке, при монтировании файловых систем, описанных в /etc/fstab
• автоматически с помощью демона autofs

Третий способ с autofs в данной статье я рассматривать не буду, ввиду его объемной информации. Возможно в следующих статьях будет отдельное описание.

Монтирование файловой системы Network Files System командой mount

Пример использования команды mount представлен в посте . Тут я рассмотрю пример команды mount для монтирования файловой системы NFS:

FILES ~ # mount -t nfs archiv:/archiv-small /archivs/archiv-small FILES ~ # mount -t nfs -o ro archiv:/archiv-big /archivs/archiv-big FILES ~ # mount ....... archiv:/archiv-small on /archivs/archiv-small type nfs (rw,addr=10.0.0.6) archiv:/archiv-big on /archivs/archiv-big type nfs (ro,addr=10.0.0.6)

Первая команда монтирует экспортированный каталог /archiv-small на сервере archiv в локальную точку монтирования /archivs/archiv-small с опциями по умолчанию (то есть для чтения и записи). Хотя команда mount в последних дистрибутивах умеет понимать какой тип файловой системы используется и без указания типа, все же указывать параметр -t nfs желательно. Вторая команда монтирует экспортированный каталог /archiv-big на сервере archiv в локальный каталог /archivs/archiv-big с опцией только для чтения (ro ). Команда mount без параметров наглядно отображает нам результат монтирования. Кроме опции только чтения (ro), возможно задать другие основные опции при монтировании NFS :

• nosuid - Данная опция запрещает исполнять программы из смонтированного каталога.
• nodev (no device - не устройство) - Данная опция запрещает использовать в качестве устройств символьные и блочные специальные файлы.
• lock (nolock) - Разрешает блокировку NFS (по умолчанию). nolock отключает блокировку NFS (не запускает демон lockd) и удобна при работе со старыми серверами, не поддерживающими блокировку NFS.
• mounthost=имя - Имя хоста, на котором запущен демон монтирования NFS - mountd.
• mountport=n - Порт, используемый демоном mountd.
• port=n - порт, используемый для подключения к NFS серверу (по умолчанию 2049, если демон rpc.nfsd не зарегистрирован на RPC-сервере). Если n=0 (по умолчанию), то NFS посылает запрос к portmap на сервере, чтобы определить порт.
• rsize=n (read block size - размер блока чтения) - Количество байтов, читаемых за один раз с NFS-сервера. Стандартно - 4096.
• wsize=n (write block size - размер блока записи) - Количество байтов, записываемых за один раз на NFS-сервер. Стандартно - 4096.
• tcp или udp - Для монтирования NFS использовать протокол TCP или UDP соответственно.
• bg - При потери доступа к серверу, повторять попытки в фоновом режиме, чтобы не блокировать процесс загрузки системы.
• fg - При потери доступа к серверу, повторять попытки в приоритетном режиме. Данный параметр может заблокировать процесс загрузки системы повторениями попыток монтирования. По этой причине параметр fg используется преимущественно при отладке.

Опции, влияющие на кэширование атрибутов при монтировании NFS

Атрибуты файлов , хранящиеся в (индексных дескрипторах), такие как время модификации, размер, жесткие ссылки, владелец, обычно изменяются не часто для обычных файлов и еще реже - для каталогов. Многи программы, например ls, обращаются к файлам только для чтения и не меняют атрибуты файлов или содержимое, но затрачивают ресурсы системы на дорогостоящие сетевые операции. Чтобы избежать ненужных затрат ресурсов, можно кэшировать данные атрибуты . Ядро использует время модификации файла, чтобы определить устарел ли кэш, сравнивая время модификации в кэше и время модификации самого файла. Кэш атрибутов периодически обновляется в соответствии с заданными параметрами:

• ac (noac) (attrebute cache - кэширование атрибутов) - Разрешает кэширование атрибутов (по-умолчанию). Хотя опция noac замедляет работу сервера, она позволяет избежать устаревания атрибутов, когда несколько клиентов активно записывают информацию в общию иерархию.
• acdirmax=n (attribute cache directory file maximum - кэширование атрибута максимум для файла каталога) - Максимальное количество секунд, которое NFS ожидает до обновления атрибутов каталога (по-умолчанию 60 сек.)
• acdirmin=n (attribute cache directory file minimum - кэширование атрибута минимум для файла каталога) - Минимальное количество секунд, которое NFS ожидает до обновления атрибутов каталога (по-умолчанию 30 сек.)
• acregmax=n (attribute cache regular file maximum - кэширование атрибута максимум для обычного файла) - Максимаьное количество секунд, которое NFS ожидает до обновления атрибутов обычного файла (по-умолчанию 60 сек.)
• acregmin=n (attribute cache regular file minimum - кэширование атрибута минимум для обычного файла) - Минимальное количество секунд, которое NFS ожидает до обновления атрибутов обычного файла (по-умолчанию 3 сек.)
• actimeo=n (attribute cache timeout - таймаут кэширования атрибутов) - Заменяет значения для всех вышуказаных опций. Если actimeo не задан, то вышеуказанные значения принимают значения по умолчанию.

Опции обработки ошибок NFS

Следующие опции управляют действиями NFS при отсутствии ответа от сервера или в случае возникновения ошибок ввода/вывода:

• fg (bg) (foreground - передний план, background - задний план) - Производить попытки монтирования отказавшей NFS на переднем плане/в фоне.
• hard (soft) - выводит на консоль сообщение "server not responding" при достижении таймаута и продолжает попытки монтирования. При заданной опции soft - при таймауте сообщает вызвавшей операцию программе об ошибке ввода/вывода. (опцию soft советуют не использовать)
• nointr (intr) (no interrupt - не прерывать) - Не разрешает сигналам прерывать файловые операции в жестко смонтированной иерархии каталогов при достижении большого таймаута. intr - разрешает прерывание.
• retrans=n (retransmission value - значение повторной передачи) - После n малых таймаутов NFS генерирует большой таймаут (по-умолчанию 3). Большой таймаут прекращает выполнение операций или выводит на консоль сообщение "server not responding", в зависимости от указания опции hard/soft.
• retry=n (retry value - значение повторно попытки) - Количество минут повторений службы NFS операций монтирования, прежде чем сдаться (по-умолчанию 10000).
• timeo=n (timeout value - значение таймаута) - Количество десятых долей секунды ожидания службой NFS до повторной передачи в случае RPC или малого таймаута (по-умолчанию 7). Это значение увеличивается при каждом таймауте до максимального значения 60 секунд или до наступления большого таймаута. В случае занятой сети, медленного сервера или при прохождении запроса через несколько маршрутизаторов или шлюзов увеличение этого значения может повысить производительность.

Автоматическое монтирование NFS при загрузке (описание файловых систем в /etc/fstab)

Подобрать оптимальный timeo для определенного значения передаваемого пакета (значений rsize/wsize), можно с помощью команды ping:

FILES ~ # ping -s 32768 archiv PING archiv.DOMAIN.local (10.0.0.6) 32768(32796) bytes of data. 32776 bytes from archiv.domain.local (10.0.0.6): icmp_req=1 ttl=64 time=0.931 ms 32776 bytes from archiv.domain.local (10.0.0.6): icmp_req=2 ttl=64 time=0.958 ms 32776 bytes from archiv.domain.local (10.0.0.6): icmp_req=3 ttl=64 time=1.03 ms 32776 bytes from archiv.domain.local (10.0.0.6): icmp_req=4 ttl=64 time=1.00 ms 32776 bytes from archiv.domain.local (10.0.0.6): icmp_req=5 ttl=64 time=1.08 ms ^C --- archiv.DOMAIN.local ping statistics --- 5 packets transmitted, 5 received, 0% packet loss, time 4006ms rtt min/avg/max/mdev = 0.931/1.002/1.083/0.061 ms

Как видно, при отправке пакета размером 32768 (32Kb) время его путешествия от клиента до сервера и обратно плавает в районе 1 миллисекунды. Если данное время будет зашкаливать за 200 мс, то стоит задуматься о повышении значения timeo, чтобы оно превышало значение обмена в три-четыре раза. Соответственно, данный тест желательно делать во время сильной загрузки сети

Запуск NFS и настройка Firewall

Заметка скопипсчена с блога http://bog.pp.ru/work/NFS.html, за что ему огромное спасибо!!!

Запуск сервера NFS, монтирования, блокировки, квотирования и статуса с "правильными" портами (для сетевого экрана)

• желательно предварительно размонтировать все ресурсы на клиентах
• остановить и запретить запуск rpcidmapd, если не планируется использование NFSv4: chkconfig --level 345 rpcidmapd off service rpcidmapd stop
• если нужно, то разрешить запуск сервисов portmap, nfs и nfslock: chkconfig --levels 345 portmap/rpcbind on chkconfig --levels 345 nfs on chkconfig --levels 345 nfslock on
• если нужно, то остановить сервисы nfslock и nfs, запустить portmap/rpcbind, выгрузить модули service nfslock stop service nfs stop service portmap start # service rpcbind start umount /proc/fs/nfsd service rpcidmapd stop rmmod nfsd service autofs stop # где-то потом его надо запустить rmmod nfs rmmod nfs_acl rmmod lockd
• открыть порты в
  • для RPC: UDP/111, TCP/111
  • для NFS: UDP/2049, TCP/2049
  • для rpc.statd: UDP/4000, TCP/4000
  • для lockd: UDP/4001, TCP/4001
  • для mountd: UDP/4002, TCP/4002
  • для rpc.rquota: UDP/4003, TCP/4003
• для сервера rpc.nfsd добавить в /etc/sysconfig/nfs строку RPCNFSDARGS="--port 2049"
• для сервера монтирования добавить в /etc/sysconfig/nfs строку MOUNTD_PORT=4002
• для настройки rpc.rquota для новых версий необходимо добавить в /etc/sysconfig/nfs строку RQUOTAD_PORT=4003
• для настройки rpc.rquota необходимо для старых версий (тем не менее, надо иметь пакет quota 3.08 или свежее) добавить в /etc/services rquotad 4003/tcp rquotad 4003/udp
• проверит адекватность /etc/exports
• запустить сервисы rpc.nfsd, mountd и rpc.rquota (заодно запускаются rpcsvcgssd и rpc.idmapd, если не забыли их удалить) service nfsd start или в новых версиях service nfs start
• для сервера блокировки для новых систем добавить в /etc/sysconfig/nfs строки LOCKD_TCPPORT=4001 LOCKD_UDPPORT=4001
• для сервера блокировки для старых систем добавить непосредственно в /etc/modprobe[.conf]: options lockd nlm_udpport=4001 nlm_tcpport=4001
• привязать сервер статуса rpc.statd к порту 4000 (для старых систем в /etc/init.d/nfslock запускать rpc.statd с ключом -p 4000) STATD_PORT=4000
• запустить сервисы lockd и rpc.statd service nfslock start
• убедиться, что все порты привязались нормально с помощью "lsof -i -n -P" и "netstat -a -n" (часть портов используется модулями ядра, которые lsof не видит)
• если перед "перестройкой" сервером пользовались клиенты и их не удалось размонтировать, то придётся перезапустить на клиентах сервисы автоматического монтирования (am-utils , autofs)

Пример конфигурации NFS сервера и клиента

Конфигурация сервера

Если вы хотите сделать ваш разделённый NFS каталог открытым и с правом записи, вы можете использовать опцию all_squash в комбинации с опциями anonuid и anongid . Например, чтобы установить права для пользователя "nobody" в группе "nobody", вы можете сделать следующее:

ARCHIV ~ # cat /etc/exports # Доступ на чтение и запись для клиента на 192.168.0.100, с доступом rw для пользователя 99 с gid 99 /files 192.168.0.100(rw,sync,all_squash,anonuid=99,anongid=99)) # Доступ на чтение и запись для клиента на 192.168.0.100, с доступом rw для пользователя 99 с gid 99 /files 192.168.0.100(rw,sync,all_squash,anonuid=99,anongid=99))

Это также означает, что если вы хотите разрешить доступ к указанной директории, nobody.nobody должен быть владельцем разделённой директории:

man mount
man exports
http://publib.boulder.ibm.com/infocenter/pseries/v5r3/index.jsp?topic=/com.ibm.aix.prftungd/doc/prftungd/nfs_perf.htm - производительность NFS от IBM.

С Уважением, Mc.Sim!

Глава 29 NFS: сетевая файловая система

Введение

В этой главе мы рассмотрим сетевую файловую систему ( NFS - Network File System), популярное приложение, которое предоставляет приложениям клиентов прозрачный доступ к файлам. Краеугольным камнем NFS является Sun RPC: вызов удаленной процедуры (Remote Procedure Call), что мы и опишем в первую очередь.

Программе клиента не требуется специальных средств, чтобы воспользоваться NFS. Ядро определяет что файл находится на NFS сервере и автоматически генерирует RPC вызов, для того чтобы получить доступ к файлу.

Мы не будем подробно рассматривать, как реализуется доступ к файлам, а рассмотрим, как при этом используются протоколы Internet, особенно UDP.

Вызов удаленной процедуры компании Sun

В большинстве случаев задачи сетевого программирования решаются путем написания программ приложений, которые вызывают функции, предоставляемые системой, чтобы осуществить конкретные сетевые операции. Например, одна функция осуществляет активное открытие TCP, другая пассивное открытие TCP, третья посылает данные по TCP соединению, четвертая устанавливает конкретные опции протокола (включает TCP таймер "оставайся в живых") и так далее. В разделе "Интерфейсы прикладного программирования" главы 1 мы упоминали, что существует два популярных набора функций для сетевого программирования (прикладной программный интерфейс, API), это сокеты и TLI. Программный интерфейс, используемый клиентом, и программный интерфейс, используемый сервером, могут отличаться, так же как и операционные системы, которые функционируют у клиента и сервера. Именно коммуникационный и прикладной протоколы определяют, сможет ли конкретный клиент общаться с сервером. Unix клиент, написанный на C, использующий сокеты в качестве программного интерфейса, и TCP - в качестве коммуникационного протокола, может общаться с сервером на мейнфрейме, написанным на COBOLе с использованием других API и TCP, если оба хоста подключены к сети и оба имеют реализацию TCP/IP.

Обычно клиент посылает серверу команды, а сервер отправляет клиенту отклики. Все рассмотренные нами приложения, - Ping, Traceroute, демоны маршрутизации, клиенты и сервера DNS, TFTP, BOOTP, SNMP, Telnet, FTP, SMTP - все построены именно таким образом.

RPC, вызов удаленной процедуры, реализует иной подход к сетевому программированию. Программа клиента просто вызывает функции в программе сервера. Так это решено с точки зрения программиста, однако в действительности имеет место следующая последовательность действий.

1. Когда клиент вызывает удаленную процедуру, вызывается функция на локальном хосте, которая сгенерирована пакетом RPC. Эта функция называется client stub. client stub упаковывает аргументы процедуры в сетевое сообщение и отправляет сообщение серверу.
2. server stub на хосте сервера получает сетевое сообщение. Аргументы извлекаются из сетевого сообщения, и осуществляется вызов процедуры сервера, написанной прикладным программистом.
3. Функция сервера возвращает управление server stubу, который, в свою очередь, принимает полученные значения, упаковывает их в сетевое сообщение и отправляет сообщение обратно к client stub.
4. client stub возвращает приложению клиента значения из сетевого сообщения.

Сетевое программирование, использующее stubы и библиотечные RPC подпрограммы использует интерфейсы прикладного программирования API (сокеты или TLI), однако пользовательские приложения (программа клиента и процедуры сервера, вызываемые клиентом) никогда не обращаются к API. Приложению клиента достаточно вызывать процедуру сервера, при этом все детали реализации спрятаны пакетом RPC, client stubом и server stubом.

Пакеты RPC имеют следующие положительные стороны.

• Программирование становится легче, так как не приходится решать задачи сетевого программирования (а если и приходится, то совсем немного). Прикладные программисты просто пишут программу клиента и процедуры сервера, которые вызывает клиент.
• Если используется ненадежный протокол, такой как UDP, все детали, а именно тайм-ауты и повторные передачи обрабатываются пакетом RPC. Это, в свою очередь, упрощает пользовательское приложение.
• Библиотека RPC обрабатывает необходимое преобразование аргументов и возвращаемых значений. Например, если аргументы состоят из целых чисел и чисел с плавающей точкой, пакет RPC обработает все различия между представлением целых чисел и чисел с плавающей точкой на клиенте и сервере. Благодаря этому упрощается реализация клиентов и серверов для функционирования в разнородных средах.

Программирование RPC подробно описано в главе 18 . Два наиболее популярных RPC пакета это Sun RPC и RPC пакет в Open Software Foundation"s ( OSF) Distributed Computing Environment ( DCE). Мы рассмотрим, как осуществляется вызов процедуры, как выглядит возвращаемое сообщение и как это соотносится с пакетом Sun RPC, так как именно этот пакет используется в сетевой файловой системе. Версия 2 Sun RPC описана в RFC 1057 [ Sun Microsystems 1988a].

Существует два вида Sun RPC. Одна версия построена с использованием API сокет и работает с TCP и UDP. Другая называется TI-RPC (независимо от транспорта - transport independent), построена с использованием TLI API и работает с любыми транспортными уровнями, предоставляемыми ядром. С нашей точки зрения между ними нет никакой разницы, так как в этой главе мы рассматриваем только TCP и UDP.

На рисунке 29.1 показан формат сообщения вызова процедуры RPC, с использованием UDP.

Рисунок 29.1 Сообщения вызова процедуры RPC в формате UDP датаграммы.

Стандартные IP и UDP заголовки показаны раньше (рисунок 3.1 и рисунок 11.2). Все, что следует после UDP заголовка, определяется пакетом RPC.

Идентификатор транзакции ( XID - transaction ID) устанавливается клиентом и возвращается сервером. Когда клиент получает отклик, он сравнивает XID, возвращенный сервером, с XID отправленного запроса. Если они не совпадают, клиент отбрасывает сообщение и ожидает прихода следующего. Каждый раз, когда клиент выдает новый RPC, он меняет XID. Однако если клиент передает RPC повторно (если отклик не был получен), XID не меняется.

Переменная call равна 0 для вызова и 1 для отклика. Текущая версия RPC (RPC version) равна 2. Три следующие переменные, номер программы (program number), номер версии (version number) и номер процедуры (procedure number), идентифицируют конкретную процедуру, которая должна быть вызвана на сервере.

Полномочия (credentials) идентифицируют клиента. В некоторых примерах это поле остается незаполненным, а в других здесь можно встретить цифровой идентификатор пользователя и идентификатор группы к который он принадлежит. Сервер может заглянуть в полномочия и решить, обработать ли запрос или нет. Проверка (verifier) используется для защищенного RPC (Secure RPC), которое использует DES шифрование. Несмотря на то, что поля полномочий и проверки это поля с переменной длиной, их длина передается как часть поля.

Дальше следуют параметры процедуры. Их формат зависит от того, как приложение определяет удаленную процедуру. Как получатель (server stub) узнает размер параметров? Так как используется UDP, размер параметров можно рассчитать как размер UDP датаграммы минус длина всех полей вплоть до поля проверки. Когда вместо UDP используется TCP, понятия фиксированной длины не существует, так как TCP это поток байтов без разделителей записей. В подобном случае, между TCP заголовком и XID появляется 4-байтовое поле длины, из которого приемник узнает длину RPC вызова в байтах. Это позволяет, если необходимо, послать сообщение вызова RPC в нескольких TCP сегментах. (DNS использует подобную технику; упражнение 4 главы 14.)

На рисунке 29.2 показан формат RPC отклика. Он отправляется от server stub к client stub, когда удаленная процедура завершает свою работу.

Рисунок 29.2 Формат сообщения отклика процедуры RPC как UDP датаграмма.

XID вызова просто копируется в XID отклика. В поле reply находится 1, по этому полю проводится различие между вызовом и откликом. Поле статуса (status) содержит нулевое значение, если сообщение вызова было принято. (Сообщение может быть отброшено, если номер версии RPC не равен 2 или если сервер не может аутентифицировать клиента.) Поле проверки (verifier) используется в случае защищенного RPC, чтобы указать сервер.

В поле статуса приема (accept status) находится нулевое значение, если все нормально. Ненулевое значение может указывать, например, на неверный номер версии или неверный номер процедуры. Если вместо UDP используется TCP, то, как и в случае сообщения вызова RPC, между TCP заголовком и XID посылается 4-байтовое поле длины.

XDR: представление внешних данных

Представление внешних данных ( XDR - External Data Representation) это стандарт, используемый для кодирования значений в RPC вызове и отклике сообщениях - полей заголовка RPC (XID, номер программы, статус приема и так далее), параметров процедуры и результатов процедуры. Стандартный способ кодирования данных позволяет клиенту вызвать процедуру в системе с отличной архитектурой. XDR определен в RFC 1014 [ Sun Microsystems 1987].

XDR определяет определенное количество типов данных и точный способ того, как они передаются в RPC сообщении (порядок битов, порядок байтов и так далее). Отправитель должен построить RPC сообщение в XDR формате, тогда получатель конвертирует XDR формат в исходное представление. (В тот формат, который принят для его системы.) Мы видим, например, на рисунках 29.1 и 29.2, что все целые значения, которые мы показали (XID, вызов, номер программы и так далее), это 4-байтовые целые числа. И действительно, все целые в XDR занимают 4 байта. XDR поддерживает и другие типы данных, включая целые без знака, логические, числа с плавающей точкой, массивы фиксированной длины, массивы переменной длины и структуры.

Соответствие портов

Программы RPC сервера, содержащие удаленные процедуры, используют динамически назначаемые порты, а не заранее известные порты. Это требует "регистрации" в какой-либо форме, для того чтобы постоянно иметь информацию, какая динамически назначаемый порт использует та или иная RPC программа. В Sun RPC этот регистратор называется преобразователь портов (port mapper). (Port mapper - это сервер, который конвертирует номера RPC программ в номера портов протоколов DARPA. Этот сервер обязательно должен быть запущен, чтобы можно было исполнить RPC вызов.)

Термин "порт" (port) в названии происходит от номеров портов TCP и UDP, характеристики семейства протоколов Internet. Так как TI-RPC работает поверх любых транспортных уровней, а не только поверх TCP и UDP, название port mapper в системах, использующих TI-RPC ( SVR4 и Solaris 2.2, например), было преобразовано в rpcbind. Однако мы будем продолжать использовать более привычное - port mapper.

В действительности, сам преобразователь портов должен иметь заранее известный порт: UDP порт 111 и TCP порт 111. Преобразователь портов - это всего лишь программа RPC сервера. Он имеет номер программы (100000), номер версии (2), TCP порт 111 и UDP порт 111. Серверы регистрируют друг друга в преобразователе портов, используя RPC вызовы, а клиенты запрашивают преобразователь портов, используя RPC вызовы. Преобразователь портов предоставляет четыре процедуры сервера:

1. PMAPPROC_SET. Вызывается RPC сервером при старте, чтобы зарегистрировать номер программы, номер версии и протокол в преобразователе портов.
2. PMAPPROC_UNSET. Вызывается сервером, чтобы удалить ранее зарегистрированное преобразование.
3. PMAPPROC_GETPORT. Вызывается RPC клиентом при старте, чтобы получить номер порта для заданного номера программы, номера версии и протокола.
4. PMAPPROC_DUMP. Возвращает все пункты (номер программы, номер версии, протокол и номер порта) в базу данных преобразователя портов.

Когда стартует программа сервер RPC и позже, когда она вызывается программой клиента RPC, осуществляются следующие шаги.

1. Преобразователь портов должен стартовать первым, обычно при загрузке системы. При этом создается конечная точка TCP и осуществляется пассивное открытие TCP порта 111. Также создается конечная точка UDP, которая находится в ожидании, когда на UDP порт 111 прибудет UDP датаграмма.
2. При старте программа сервера RPC создает конечную точку TCP и конечную точку UDP для каждой поддерживаемой версии программы. (Программа RPC может поддерживать несколько версий. Клиент указывает требуемую версию при вызове процедуры сервера.) Динамически назначаемый номер порта закрепляется за каждой конечной точкой. (Нет никакой разницы, одинаковые ли номера портов TCP и UDP или разные.) Сервер регистрирует каждую программу, версию, протокол и номер порта, осуществляя удаленной вызов процедуры преобразователя портов PMAPPROC_SET.
3. Когда стартует программа клиента RPC, она вызывает процедуру преобразователя портов PMAPPROC_GETPORT, чтобы получить динамически назначаемый номер порта для заданной программы, версии и протокола.
4. Клиент отправляет сообщение вызова RPC на номер порта, полученный в пункте 3. Если используется UDP, клиент просто посылает UDP датаграмму, содержащую сообщение вызова RPC (рисунок 29.1), на номер UDP порта сервера. В ответ сервер отправляет UDP датаграмму, содержащую сообщение RPC отклика (рисунок 29.2). Если используется TCP, клиент осуществляет активное открытие на номер TCP порта сервера и затем посылает сообщение вызова RPC по соединению. Сервер отвечает сообщением отклика RPC по соединению.

Программа rpcinfo(8) печатает все текущие настройки преобразователя портов. (Здесь происходит вызов процедуры преобразователя портов PMAPPROC_DUMP.) Ниже показан обычный вывод:

Sun % /usr/etc/rpcinfo -p
program vers proto port
100005 1 tcp 702 mountd демон монтирования NFS
100005 1 udp 699 mountd
100005 2 tcp 702 mountd
100005 2 udp 699 mountd

100003 2 udp 2049 nfs сам NFS

100021 1 tcp 709 nlockmgr менеджер блокирования NFS
100021 1 udp 1036 nlockmgr
100021 2 tcp 721 nlockmgr
100021 2 udp 1039 nlockmgr
100021 3 tcp 713 nlockmgr
100021 3 udp 1037 nlockmgr

Мы видим, что некоторые программы поддерживают несколько версий, и каждая комбинация номера программы, номера версии и протокола имеет свою собственную раскладку номеров портов, обслуживаемую преобразователем портов.

Доступ к обеим версиям монтирующего демона можно получить через один и тот же номер TCP порта (702) и один и тот же номер UDP порта (699), однако каждая версия блокирующего менеджера имеет свой собственный номер порта.

Протокол NFS

NFS предоставляет клиентам прозрачный доступ к файлам и файловой системе сервера. Это отличается от FTP (глава 27), который обеспечивает передачу файлов. С помощью FTP осуществляется полное копирование файла. NFS осуществляет доступ только к тем частям файла, к которым обратился процесс, и основное достоинство NFS в том, что он делает этот доступ прозрачным. Это означает, что любое приложение клиента, которое может работать с локальным файлом, с таким же успехом может работать и с NFS файлом, без каких либо модификаций самой программы.

NFS это приложение клиент-сервер, построенное с использованием Sun RPC. NFS клиенты получают доступ к файлам на NFS сервере путем отправки RPC запросов на сервер. Это может быть реализовано с использованием обычных пользовательских процессов - а именно, NFS клиент может быть пользовательским процессом, который осуществляет конкретные RPC вызовы на сервер, который так же может быть пользовательским процессом. Однако, NFS обычно реализуется иначе, это делается по двум причинам. Во-первых, доступ к NFS файлам должен быть прозрачным для клиента. Поэтому, вызовы NFS клиента осуществляются операционной системой клиента от имени пользовательского процесса клиента. Во-вторых, NFS сервера реализованы внутри операционной системы для повышения эффективности работы сервера. Если бы NFS сервер являлся пользовательским процессом, каждый запрос клиента и отклик сервера (включая данные, которые будут считаны или записаны) должен пройти через разделитель между ядром и пользовательским процессом, что вообще довольно дорогое удовольствие.

В этом разделе мы рассмотрим версию 2 NFS, как она документирована в RFC 1094 [ Sun Microsystems 1988b]. Лучшее описание Sun RPC, XDR и NFS дано в [ X/Open 1991]. Подробности использования и администрирования NFS приведены в [ Stern 1991]. Спецификации версии 3 протокола NFS были реализованы в 1993 году, о чем мы поговорим в разделе этой главы.

На рисунке 29.3 показаны типичные настройки NFS клиента и NFS сервера. На этом рисунке необходимо обратить внимание на следующее.

1. Клиенту безразлично, получает ли он доступ к локальному файлу или к NFS файлу. Ядро определяет это, когда файл открыт. После того как файл открыт, ядро передает все обращения к локальным файлам в квадратик, помеченный как "доступ к локальным файлам", а все ссылки на NFS файлы передаются в квадратик "NFS клиент".
2. NFS клиент отправляет RPC запросы NFS серверу через модуль TCP/IP. NFS обычно использует UDP, однако более новые реализации могут использовать TCP.
3. NFS сервер получает запросы от клиента в виде UDP датаграмм на порт 2049. Несмотря на то, что NFS может работать с преобразователем портов, что позволяет серверу использовать динамически назначаемые порты, UDP порт 2049 жестко закреплен за NFS в большинстве реализаций.

Рисунок 29.3 Типичные настройки NFS клиента и NFS сервера.

Когда NFS сервер получает запрос от клиента, он передаются локальной подпрограмме доступа к файлу, которая обеспечивает доступ к локальному диску на сервере.

Серверу может потребоваться время, для того чтобы обработать запросы клиента. Даже доступ к локальной файловой системе может занять некоторое время. В течение этого времени сервер не хочет блокировать запросы от других клиентов, которые также должны быть обслужены. Чтобы справиться с подобной ситуацией, большинство NFS серверов запускаются несколько раз, то есть внутри ядра существует несколько NFS серверов. Конкретные методы решения зависят от операционной системы. В большинстве ядер Unix систем не "живет" несколько NFS серверов, вместо этого запускается несколько пользовательских процессов (которые обычно называются nfsd), которые осуществляют один системный вызов и остаются внутри ядра в качестве процесса ядра.

Точно так же, NFS клиенту требуется время, чтобы обработать запрос от пользовательского процесса на хосте клиента. RPC выдается на хост сервера, после чего ожидается отклик. Для того, чтобы пользовательские процессы на хосте клиента могли в любой момент воспользоваться NFS, существует несколько NFS клиентов, запущенных внутри ядра клиента. Конкретная реализация также зависит от операционной системы. Unix система обычно использует технику, напоминающую NFS сервер: пользовательский процесс, называемый biod, осуществляет один единственный системный вызов и остается внутри ядра как процесс ядра.

Большинство Unix хостов может функционировать как NFS клиент и как NFS сервер, или как и то и другое одновременно. Большинство PC реализаций (MS-DOS) имеют только реализации NFS клиента. Большинство IBM мейнфреймов предоставляет только функции NFS сервера.

NFS в действительности - это нечто большее, чем просто NFS протокол. На рисунке 29.4 показаны различные программы RPC, которые используются с NFS.

Приложение	Номер программы	Номер версии	Количество процедур
преобразователь портов
NFS
программа mount
менеджер блокирования
монитор статуса

Рисунок 29.4 Различные RPC программы, используемые в NFS.

Версии, которые мы показали на этом рисунке в виде единиц, найдены в таких системах как SunOS 4.1.3. Новые реализации предоставляют более новые версии некоторых программ. Solaris 2.2, например, также поддерживает версии 3 и 4 преобразователя портов и версию 2 демона mount. SVR4 также поддерживает версию 3 преобразователя портов.

Демон монтирования вызывается на хосте NFS клиента, перед тем как клиент может получить доступ к файловой системе сервера. Мы опишем этот процесс ниже.

Менеджер блокирования и монитор статуса позволяют клиенту заблокировать часть файлов, которые находятся на NFS сервере. Эти две программы не зависимы от протокола NFS, потому что блокирование требует идентификации клиента и на хосте клиента, и на сервере, а NFS сам по себе "безразличен". (Ниже мы скажем о безразличности NFS более подробно.) Главы 9, 10 и 11 [ X/Open 1991] документируют процедуры, которые используются менеджером блокирования и монитором статуса для блокирования в NFS.

Описатели файлов

Одна из основ NFS реализуется описателями файлов. Для обращения к файлу или директории на сервере объекта используется opaque. Термин opaque обозначает, что сервер создает описатель файла, передает его обратно клиенту, который клиент затем использует при обращении к файлу. Клиент никогда не просматривает содержимое описателя файла - его содержимое представляет интерес только для сервера.

NFS клиент получает описатель файла каждый раз когда открывает файл, который в действительности находится на NFS сервере. Когда NFS клиент читает или пишет в этот файл (по поручению пользовательского процесса), описатель файла передается обратно серверу. Это указывает на то, что доступ к файлу был осуществлен.

Обычно пользовательский процесс не работает с описателями файлов. Обмен описателями файлов осуществляют NFS клиент и NFS сервер. В версии 2 NFS описатель файла занимает 32 байта, а в версии 3 он вырос до 64 байт.

Unix серверы обычно хранят в описателе файла следующую информацию: идентификатор файловой системы (major и minor номера устройства файловой системы), номер инода (i-node) (уникальный номер внутри файловой системы), номер поколения инода (номер, который изменяется каждый раз, когда инод повторно используется для другого файла).

Протокол монтирования

Клиент использует NFS протокол монтирования, чтобы смонтировать файловую систему сервера, перед тем как получить доступ к NFS файлам. Обычно это происходит при загрузке клиента. В результате клиент получает описатель файла файловой системы сервера.

На рисунке 29.5 описана последовательность действий Unix клиента при исполнении команды mount(8).

Рисунок 29.5 Протокол монтирования, используемый Unix командой mount.

При этом осуществляются следующие шаги.

1. При загрузке сервера на нем стартует преобразователь портов.
2. После преобразователя портов на сервере стартует демон монтирования ( mountd). Он создает конечную точку TCP и конечную точку UDP, а также назначает каждой из них динамически назначаемый номер порта. Затем он регистрирует эти номера у преобразователя портов.
3. Клиент исполняется команду mount, которая выдает RPC вызов на преобразователь портов сервера, чтобы получить номер порта от демона монтирования на сервере. Для обмена между клиентом и преобразователем портов могут быть использованы и TCP и UDP, однако обычно используется UDP.
4. Преобразователь портов сообщает номер порта.
5. Команда mount выдает RPC вызов демону монтирования, чтобы смонтировать файловую систему сервера. И снова может быть использован как TCP, так и UDP, однако обычно используется UDP. Теперь сервер может проверить "годность" клиента основываясь на его IP адресе и номере порта, чтобы убедиться, можно ли этому клиенту смонтировать указанную файловую систему.
6. Демон монтирования откликается описателем файла указанной файловой системы.
7. Команда mount клиента выдает системный вызов mount, чтобы связать описатель файла, полученный в шаге 5, с локальной точкой монтирования на хосте клиента. Описатель файла хранится в коде NFS клиента, и с этого момента любое обращение пользовательских процессов к файлам на файловой системе сервера будет использовать описатель файла как стартовую точку.

Подобная реализация отдает весь процесс монтирования, кроме системного вызова mount на клиенте, пользовательским процессам, а не ядру. Три программы, которые мы показали - команда mount, преобразователь портов и демон монтирования - пользовательские процессы.

В этом примере на хосте sun (NFS клиент) была исполнена команда

sun # mount -t nfs bsdi:/usr /nfs/bsdi/usr

Эта команда монтирует директорию /usr на хосте bsdi (NFS сервер) как локальную файловую систему /nfs/bsdi/usr. На рисунке 29.6 показан результат.

Рисунок 29.6 Монтирование директории bsdi:/usr как /nfs/bsdi/usr на хосте sun.

После чего при обращении к файлу /nfs/bsdi/usr/rstevens/hello.c на клиенте sun, происходит обращение к файлу /usr/rstevens/hello.c на сервере bsdi.

Процедуры NFS

NFS сервер предоставляет 15 процедур, которые мы сейчас опишем. (Числа, которые использованные при описании, не совпадают с номерами NFS процедур, так как мы сгруппировали их по функциональному признаку.) Несмотря на то что NFS разрабатывалась таким образом, чтобы работать между различными операционными системами, а не только между Unix системами, некоторые из процедур основаны именно на Unix функционировании, что, в свою очередь, может не поддерживаться другими операционными системами (например, жесткие линки, символические линки, групповое пользование, права доступа на исполнение и так далее). Глава 4 содержит дополнительную информацию о характеристиках файловых систем, некоторыми из которых пользуется NFS.

1. GETATTR. Возвращает атрибуты файлов: тип файла (обычный файл, директория и так далее), права доступа, размер файла, владельца файла, время последнего обращения и так далее.
2. SETATTR. Устанавливает атрибуты файла. Установлен может быть только определенный набор атрибутов: права доступа, владелец, групповое владение, размер, время последнего обращения и время последней модификации.
3. STATFS. Возвращает статус файловой системы: размер свободного пространства, оптимальный размер для передачи и так далее. Используется, например, Unix командой df.
4. LOOKUP. "Оценивает" файл. Эта процедура вызывается клиентом каждый раз, когда пользовательский процесс открывает файл, который находится на NFS сервере. Возвращается описатель файла, вместе с атрибутами файла.
5. READ. Читает из файла. Клиент указывает описатель файла, начальное смещение в байтах и максимальное количество байтов, которое необходимо считать (до 8192).
6. WRITE. Записывает в файл. Клиент указывает описатель файла, начальное смещение в байтах, количество байт, которое необходимо записать, и данные, которые необходимо записать.

   Требуется, чтобы NFS записи были синхронными (с ожиданием). Сервер не может ответить OK до тех пор, пока данные не были успешно записаны (и любая другая информация о файле, которая должна быть обновлена) на диск.

7. CREATE. Создает файл.
8. REMOVE. Удаляет файл.
9. RENAME. Переименовывает файл.
10. LINK. Делает жесткий линк на файл. Жесткий линк это Unix концепция, которая определяет, что конкретный файл на диске может иметь любое количество точек входа (имен, которые также называются жесткими линками), которые указывают на этот файл.
11. SYMLINK. Создает символический линк на файл. Символический линк это файл, который содержит имя другого файла. Большинство операций, которые осуществляются над символическим линком (например, открытие), в действительности совершаются с тем файлом, на котороый указывает символический линк.
12. READLINK. Чтение символического линка возвращает имя файла, на который указывает символический линк.
13. MKDIR. Создает директорию.
14. RMDIR. Удаляет директорию.
15. READDIR. Читает директорию. Используется, например, Unix командой ls.

В действительности, приведенные имена процедур начинаются с префикса NFSPROC_, который мы опустили.

UDP или TCP?

NFS был исходно написан, чтобы использовать UDP, и эту возможность предоставляют все производители. Однако, более новые реализации, также поддерживают TCP. Поддержка TCP используется для работы в глобальных сетях, которые становится все быстрее. Поэтому использование NFS в настоящее время уже не ограничено локальными сетями.

Границы между локальными и глобальными сетями стираются, и все это происходит очень быстро. Времена возврата меняются в очень широком диапазоне, и все чаще возникает переполнение. Эти характеристики глобальных сетей приводят к тому, что все чаще в них используются алгоритмы, которые мы рассматривали для TCP - медленный старт и избежание переполнения. Так как UDP не предоставляет ничего похожего на эти алгоритмы, то они или им подобные должны быть встроены в NFS клиент и сервер, иначе необходимо использовать TCP.

NFS поверх TCP

Реализация NFS Berkeley Net/2 поддерживает как UDP, так и TCP. [ Macklem 1991] описывает эту реализацию. Давайте рассмотрим, чем отличается использование NFS при работе поверх TCP.

1. Когда сервер загружается, он запускает NFS сервер, который осуществляет активное открытие на TCP порт 2049, ожидая прихода запроса на соединение от клиента. Это обычно делается в дополнение к обычному NFS UDP, который ожидает входящие датаграммы на UDP порте 2049.
2. Когда клиент монтирует файловую систему сервера с использованием TCP, он осуществляет активное открытие на TCP порт 2049 на сервере. При этом устанавливается TCP соединение между клиентом и сервером для этой файловой системы. Если тот же самый клиент монтирует еще одну файловую систему на том же самом сервере, создается еще одно TCP соединение.
3. И клиент, и сервер устанавливают TCP опцию "оставайся в живых" на своих концах соединения (глава 23). Это позволяет определить момент выхода из строя или перезагрузки того или иного участника обмена.
4. Все приложения на клиенте, которые используют файловую систему сервера, делят одно и то же TCP соединение для этой файловой системы. Например, если была на рисунке 29.6, бы еще одна директория на bsdi, с именем smith, ниже директории /usr, обращения к файлам в /nfs/bsdi/usr/rstevens и /nfs/bsdi/usr/smith делили бы одно и то же TCP соединение.
5. Если клиент определяет, что сервер вышел из строя или перезагрузился (после получения TCP ошибки "соединение закрыто по тайм-ауту" или "соединение закрыто хостом"), он старается повторно подсоединиться к серверу. Клиент осуществляет еще одно активное открытие, чтобы повторно установить TCP соединение для этой файловой системы. Любой запрос от клиента, для которого отработан тайм-аут на предыдущем соединении, повторно выдается на новое соединение.
6. Если клиент вышел из строя, то же происходит и с приложениями, которые работали до выхода из строя. Когда клиент перезагружается, он, возможно, повторно смонтирует файловую систему сервера с использованием TCP, причем будет использовано другое TCP соединение с сервером. Предыдущее соединение между клиентом и сервером для этой файловой системы находится в полуоткрытом состоянии (сервер думает, что оно все еще открыто), однако так как сервер установил опцию "оставайся в живых", это полуоткрытое соединение будет закрыто, когда TCP сервер пошлет следующую пробу "оставайся в живых".

Со временем и другие производители планируют начать поддержку NFS поверх TCP.

Примеры NFS

Давайте воспользуемся tcpdump, чтобы посмотреть, какие NFS процедуры привлекаются клиентом для обычных операций с файлом. Когда tcpdump определяет, что UDP датаграмма содержит RPC вызов (call равен 0 на рисунке 29.1) с портом назначения 2049, он декодирует датаграмму как NFS запрос. Точно так же, если UDP датаграмма содержит RPC отклик (reply равен 1 на рисунке 29.2) с портом источника равным 2049, он декодирует датаграмму как NFS отклик.

Простой пример: чтение файла

В первом примере мы скопируем файл, находиться на NFS сервере, на терминал с использованием команды cat(1):

Sun % cat /nfs/bsdi/usr/rstevens/hello.c копирование файла на терминал
main()
{
printf ("hello, world\n");
}

Файловая система /nfs/bsdi/usr на хосте sun (NFS клиент) в действительности является файловой системой /usr на хосте bsdi (NFS сервер), как показано на рисунке 29.6. Ядро sun определяет это, когда cat открывает файл и использует NFS для доступа к файлу. На рисунке 29.7 показан вывод команды tcpdump.

1 0.0 sun.7aa6 > bsdi.nfs: 104 getattr
2 0.003587 (0.0036) bsdi.nfs > sun.7aa6: reply ok 96

3 0.005390 (0.0018) sun.7aa7 > bsdi.nfs: 116 lookup "rstevens"
4 0.009570 (0.0042) bsdi.nfs > sun.7aa7: reply ok 128

5 0.011413 (0.0018) sun.7aa8 > bsdi.nfs: 116 lookup "hello.c"
6 0.015512 (0.0041) bsdi.nfs > sun.7aa8: reply ok 128

7 0.018843 (0.0033) sun.7aa9 > bsdi.nfs: 104 getattr
8 0.022377 (0.0035) bsdi.nfs > sun.7aa9: reply ok 96

9 0.027621 (0.0052) sun.7aaa > bsdi.nfs: 116 read 1024 bytes @ 0
10 0.032170 (0.0045) bsdi.nfs > sun.7aaa: reply ok 140

Рисунок 29.7 Функционирование NFS при чтении файла.

Команда tcpdump декодирует NFS запрос или отклик, также она печатает поле XID для клиента, вместо номера порта. Поле XID в строках 1 и 2 равно 0x7aa6.

Имя файла /nfs/bsdi/usr/rstevens/hello.c обрабатывается функцией открытия в ядре клиента по одному элементу имени за раз. Когда функция открытия достигает /nfs/bsdi/usr, она определяет, что это точка монтирования файловой системы NFS.

В строке 1 клиент вызывает процедуру GETATTR, чтобы получить атрибуты директории сервера, которую смонтировал клиент (/usr). Этот RPC запрос содержит 104 байта данных, помимо IP и UDP заголовков. Отклик в строке 2 возвращает OK и содержит 96 байт данных, помимо IP и UDP заголовков. Мы видим на этом рисунке, что минимальное NFS сообщение содержит примерно 100 байт данных.

В строке 3 клиент вызывает процедуру LOOKUP для файла rstevens и получает отклик OK в строке 4. LOOKUP указывает имя файла rstevens и описатель файла, который был сохранен ядром, когда монтировалась удаленная файловая система. Отклик содержит новый описатель файла, который используется в следующем шаге.

В строке 5 клиент осуществляет LOOKUP файла hello.c с использованием описателя файла из строки 4. Он получает другой описатель файла в строке 6. Этот новый описатель файла как раз то, что клиент использует в строках 7 и 9, чтобы обратиться к файлу /nfs/bsdi/usr/rstevens/hello.c. Мы видим, что клиент осуществляет LOOKUP для каждого компонента имени в пути к открываемому файлу.

В строке 7 клиент еще раз исполняет GETATTR, затем следует READ в строке 9. Клиент запрашивает 1024 байта, начиная со смещения равного 0, однако получает данных меньше чем 1024 байта. (После вычитания размеров RPC полей и других значений, возвращенных процедурой READ, в строке 10 возвращаются 38 байт данных. Это как раз размер файла hello.c.)

В этом примере пользовательский процесс ничего не знает об этих NFS запросах и откликах, которые осуществляются ядром. Приложение всего лишь вызывает функцию открытия ядра, которая вызывает обмен 3 запросами и 3 откликами (строки 1-6), а затем вызывает функцию чтение ядра, которая вызывает 2 запроса и 2 отклика (строки 7-10). Для приложения клиента, файл, находящийся на NFS сервере, прозрачен.

Простой пример: создание директории

В качестве еще одного примера сменим рабочую директорию на директорию, которая находится на NFS сервере, а затем создадим новую директорию:

Sun % cd /nfs/bsdi/usr/rstevens меняем рабочую директорию
sun % mkdir Mail создаем директорию

На рисунке 29.8 показан вывод команды tcpdump.

1 0.0 sun.7ad2 > bsdi.nfs: 104 getattr
2 0.004912 (0.0049) bsdi.nfs > sun.7ad2: reply ok 96

3 0.007266 (0.0024) sun.7ad3 > bsdi.nfs: 104 getattr
4 0.010846 (0.0036) bsdi.nfs > sun.7ad3: reply ok 96

5 35.769875 (35.7590) sun.7ad4 > bsdi.nfs: 104 getattr
6 35.773432 (0.0036) bsdi.nfs > sun.7ad4: reply ok 96

7 35.775236 (0.0018) sun.7ad5 > bsdi.nfs: 112 lookup "Mail"
8 35.780914 (0.0057) bsdi.nfs > sun.7ad5: reply ok 28

9 35.782339 (0.0014) sun.7ad6 > bsdi.nfs: 144 mkdir "Mail"
10 35.992354 (0.2100) bsdi.nfs > sun.7ad6: reply ok 128

Рисунок 29.8 Функционирование NFS при смене директории (cd) на NFS директорию, а затем создание директории (mkdir).

При смене директории клиент вызывает процедуру GETATTR дважды (строки 1-4). Когда мы создаем новую директорию, клиент вызывает процедуру GETATTR (строки 5 и 6), затем LOOKUP (строки 7 и 8, чтобы проверить, что такой директории не существует), затем MKDIR, чтобы создать директорию (строки 9 и 10). Отклик OK в строке 8 не означает, что директория существует. Он просто означает, что процедура вернула какое-то значение. tcpdump не интерпретирует значение, возвращаемое NFS процедурами. Команда просто печатает OK и количество байт данных в отклике.

Безразличность

Одна из характеристик NFS (критики NFS называют это бородавкой, а не характеристикой) заключается в том, что NFS сервер безразличен. Сервер не заботится о том, какие клиенты получают доступ и к каким файлам. Заметьте, что в списке NFS процедур, показанных ранее, нет процедуры открытия или закрытия. Процедура LOOKUP напоминает открытие, однако сервер никогда не знает, осуществил ли клиент обращение к файлу, после того как был сделан LOOKUP.

Причина такого "безразличного поведения" заключается в том, чтобы упростить восстановление после выхода из строя сервера, после того как он сломался и перезагрузился.

Пример: выход сервера из строя

В следующем примере мы читаем файл с NFS сервера, когда сервер выходит из строя и перезагружается. Это покажет как "безразличность" сервера позволяет, клиенту "не знать" о том, что сервер вышел из строя. Все то время, пока сервер сломался и перезагружается, клиент не знает о проблеме, и приложение клиента работает так же, как и раньше.

На клиенте sun мы стартовали cat с очень большим файлом в качестве аргумента (/usr/share/lib/termcap на NFS сервере svr4), отсоединили Ethernet кабель в процессе передачи, выключили и перезагрузили сервер и затем снова подсоединили кабель. Клиент был сконфигурирован таким образом, чтобы читать 1024 байта за одно NFS чтение. На рисунке 29.9 показан вывод tcpdump.

Строки 1-10 соответствуют открытию файла клиентом. Эта операция напоминает ту, что показана на рисунке 29.7. В строке 11 мы видим первое чтение (READ) из файла 1024-х байт данных; отклик возвратился в строке 12. Это продолжается до строки 129 (чтение READ по 1024 байта и затем отклик OK).

В строках 130 и 131 мы видим два запроса, которые отработаны по тайм-ауту и повторно переданы в строках 132 и 133. Первый вопрос: мы видим два запроса на чтение, один начинается со смещения 65536, а другой начинается со смещения 73728, почему? Ядро клиента определило, что приложение клиента осуществляет последовательное считывание, и постаралось получить блоки данных заранее. (Большинство Unix ядер осуществляют это чтение вперед (read-ahead).) Ядро клиента также запустило несколько NFS демонов блочного ввода-вывода (I/O) (biod процессы), которые стараются сгенерировать несколько RPC запросов от имени клиента. Один демон считывает 8192 байта, начиная с 65536 (в 1024-байтных цепочках), а другие осуществляют чтение вперед по 8192 байта, начиная с 73728.

Повторные передачи клиента появляются в строках 130-168. В строке 169 мы видим, что сервер перезагрузился, и послал ARP запрос перед тем, как откликнуться на NFS запрос клиента из строки 168. Отклик на строку 168 посылается в строке 171. Запросы клиента на чтение (READ) продолжаются.

1 0.0 sun.7ade > svr4.nfs: 104 getattr
2 0.007653 (0.0077) svr4.nfs > sun.7ade: reply ok 96

3 0.009041 (0.0014) sun.7adf > svr4.nfs: 116 lookup "share"
4 0.017237 (0.0082) svr4.nfs > sun.7adf: reply ok 128

5 0.018518 (0.0013) sun.7ae0 > svr4.nfs: 112 lookup "lib"
6 0.026802 (0.0083) svr4.nfs > sun.7ae0: reply ok 128

7 0.028096 (0.0013) sun.7ae1 > svr4.nfs: 116 lookup "termcap"
8 0.036434 (0.0083) svr4.nfs > sun.7ae1: reply ok 128

9 0.038060 (0.0016) sun.7ae2 > svr4.nfs: 104 getattr
10 0.045821 (0.0078) svr4.nfs > sun.7ae2: reply ok 96

11 0.050984 (0.0052) sun.7ae3 > svr4.nfs: 116 read 1024 bytes @ 0
12 0.084995 (0.0340) svr4.nfs > sun.7ae3: reply ok 1124

Считывание

128 3.430313 (0.0013) sun.7b22 > svr4.nfs: 116 read 1024 bytes @ 64512
129 3.441828 (0.0115) svr4.nfs > sun.7b22: reply ok 1124

130 4.125031 (0.6832) sun.7b23 >
131 4.868593 (0.7436) sun.7b24 >

132 4.993021 (0.1244) sun.7b23 > svr4.nfs: 116 read 1024 bytes @ 65536
133 5.732217 (0.7392) sun.7b24 > svr4.nfs: 116 read 1024 bytes @ 73728

134 6.732084 (0.9999) sun.7b23 > svr4.nfs: 116 read 1024 bytes @ 65536
135 7.472098 (0.7400) sun.7b24 > svr4.nfs: 116 read 1024 bytes @ 73728

136 10.211964 (2.7399) sun.7b23 >
137 10.951960 (0.7400) sun.7b24 >

138 17.171767 (6.2198) sun.7b23 > svr4.nfs: 116 read 1024 bytes @ 65536
139 17.911762 (0.7400) sun.7b24 > svr4.nfs: 116 read 1024 bytes @ 73728

140 31.092136 (13.1804) sun.7b23 > svr4.nfs: 116 read 1024 bytes @ 65536
141 31.831432 (0.7393) sun.7b24 > svr4.nfs: 116 read 1024 bytes @ 73728

142 51.090854 (19.2594) sun.7b23 > svr4.nfs: 116 read 1024 bytes @ 65536
143 51.830939 (0.7401) sun.7b24 > svr4.nfs: 116 read 1024 bytes @ 73728

144 71.090305 (19.2594) sun.7b23 > svr4.nfs: 116 read 1024 bytes @ 65536
145 71.830155 (0.7398) sun.7b24 > svr4.nfs: 116 read 1024 bytes @ 73728

Повторные передачи

167 291.824285 (0.7400) sun.7b24 > svr4.nfs: 116 read 1024 bytes @ 73728
168 311.083676 (19.2594) sun.7b23 > svr4.nfs: 116 read 1024 bytes @ 65536

Сервер перезагрузился

169 311.149476 (0.0658) arp who-has sun tell svr4
170 311.150004 (0.0005) arp reply sun is-at 8:0:20:3:f6:42

171 311.154852 (0.0048) svr4.nfs > sun.7b23: reply ok 1124

172 311.156671 (0.0018) sun.7b25 > svr4.nfs: 116 read 1024 bytes @ 66560
173 311.168926 (0.0123) svr4.nfs > sun.7b25: reply ok 1124
считывание

Рисунок 29.9 Считывание файла клиентом, когда NFS сервер вышел из строя и перезагрузился.

Приложение клиента никогда не узнает, что сервер выходил из строя и перезагружался, за исключением того, что между строками 129 и 171 была 5-минутная пауза, таким образом, выход из строя сервера прозрачен для клиента.

Чтобы оценить продолжительность тайм-аутов при повторных передачах в этом примере, представьте, что существуют два демона клиента, каждый со своими собственными тайм-аутами. Интервалы для первого демона (читающего со смещения 65536) примерно следующие (округлено до двух знаков после запятой): 0,68; 0,87; 1,74; 3,48; 6,96; 13,92; 20,0; 20,0; 20,0 и так далее. Интервалы для второго демона (читающего со смещения 73728) точно такие же. Это означает, что эти NFS клиенты используют тайм-ауты, которые кратны 0,875 секунды с верхним пределом равным 20 секундам. После каждого тайм-аута интервал повторной передачи удваивается: 0,875; 1,75; 3,5; 7,0 и 14,0.

Сколько времени клиент будет осуществлять повторные передачи? Клиент имеет две опции, которые могут повлиять на это. Во-первых, если файловая система сервера смонтирована жестко (hard) , клиент будет повторно передавать вечно, однако если файловая система сервера смонтирована мягко (soft) , клиент прекратит свои попытки после фиксированного количества повторных передач. Также, в случае жесткого монтирования клиент имеет опцию, позволяющую пользователю прервать неудачные повторные передачи или не прерывать. Если при монтировании файловой системы сервера, хост клиента указывает что прервать можно, и если мы не хотим ждать 5 минут, пока сервер перезагрузится после выхода из строя, мы можем ввести символ прерывания, чтобы прекратить работу приложения клиента.

Несколько одинаковых процедур

RPC процедуры могут быть исполнены сервером несколько раз, но при этом все равно возвращают тот же самый результат. Например, процедура чтения NFS. Как мы видели на рисунке 29.9, клиент просто повторно выдает вызов READ до тех пор, пока он получает отклик. В нашем примере причина повторной передачи была в том, что сервер вышел из строя. Если сервер не вышел из строя, а сообщения, содержащие RPC отклики, были потеряны (так как UDP ненадежный протокол), клиент просто повторно передает, и сервер снова осуществляет то же самое чтение (READ). Та же самая часть того же самого файла считывается снова и посылается клиенту.

Это работает, потому что каждый запрос на чтение READ содержит начальное смещение. Если бы NFS процедура попросила сервер считать следующие N байт файла, это бы не сработало. Если бы сервер не был безразличным (это значение наоборот к безразличности), и отклик потерян, а клиент повторно выдает READ для следующих N байт, результат будет отличаться. Именно поэтому процедуры NFS READ и WRITE имеют начальное смещение. Именно клиент поддерживает состояние (текущее смещение для каждого файла), а не сервер.

К несчастью, не все операции с файловыми системами можно исполнить несколько раз. Например, представьте себе следующие шаги: клиент NFS выдает запрос REMOVE, чтобы удалить файл; NFS сервер удаляет файл и отвечает OK; отклик сервера потерян; NFS клиент отрабатывает тайм-аут и повторно передает запрос; NFS сервер не может найти файл и возвращает ошибку; приложение клиента получает ошибку, сообщающую о том, что файл не существует. Эта ошибка возвращается приложению клиента, и эта ошибка несет неверную информацию - файл не существовал и был удален.

Ниже приведен список NFS процедур, которые можно исполнить несколько раз: GETATTR, STATFS, LOOKUP, READ, WRITE, READLINK и READDIR. Процедуры, которые нельзя исполнить несколько раз: CREATE, REMOVE, RENAME, LINK, SYMLINK, MKDIR и RMDIR. SETATTR обычно исполняется несколько раз, если только она не была использована для того, чтобы обрезать файл.

Так как в случае использования UDP всегда могут появиться потерянные отклики, NFS сервера должны иметь способ обработать операции, которые нельзя исполнять несколько раз. Большинство серверов имеют кэш последних откликов, в котором они хранят последние принятые отклики для подобных операций. Каждый раз, когда сервер получает запрос, он, во-первых, просматривает свой кэш, и если найдено совпадение, возвращает предыдущий отклик, вместо того чтобы вызывать NFS процедуру снова. [ Juszczak 1989] описывает детали этих типов кэша.

Подобный подход к процедурам на серверах применяется ко всем приложениям, основанным на UDP, а не только NFS. DNS, например, предоставляет сервис, безболезненно используемый несколько раз. DNS сервер может осуществить запрос разборщика любое количество раз, что не приведет к отрицательным результатам (может быть, кроме того, что будут заняты сетевые ресурсы).

NFS версии 3

В течение 1994 года были выпущены спецификации для версии 3 протокола NFS [ Sun Microsystems 1993]. Реализации, как ожидается, станут доступными в течение 1994 года.

Здесь вкратце описаны основные различия между версиями 2 и 3. Мы будем называть их V2 и V3.

1. Описатели файлов в V2 это массив фиксированного размера - 32 байта. В V3 это массив переменного размера с размером до 64 байт. Массив переменной длины в XDR определяется 4-байтным счетчиком, за которым следуют реальные байты. Это уменьшает размер описателя файла в таких реализациях, как, например, Unix, где требуется всего около 12 байт, однако позволяет не-Unix реализациям обмениваться дополнительной информацией.
2. V2 ограничивает количество байт на процедуры READ или WRITE RPC размером 8192 байта. Это ограничение не действует в V3, что, в свою очередь, означает, что с использованием UDP ограничение будет только в размере IP датаграммы (65535 байт). Это позволяет использовать большие пакеты при чтении и записи в быстрых сетях.
3. Размеры файлов и начальное смещение байтов для процедур READ и WRITE расширены с 32 до 64 бит, что позволяет работать с файлами большего размера.
4. Атрибуты файла возвращаются в каждом вызове, который может повлиять на атрибуты. Это уменьшает количество вызовов GETATTR, требуемых клиентом.
5. Записи (WRITE) могут быть асинхронными, тогда как в V2 они должны были быть синхронными. Это может улучшить производительность процедуры WRITE.
6. Одна процедура была удалена (STATFS) и семь были добавлены: ACCESS (проверка прав доступа к файлу), MKNOD (создание специального файла Unix), READDIRPLUS (возвращает имена файлов в директории вместе с их атрибутами), FSINFO (возвращает статистическую информацию о файловой системе), FSSTAT (возвращает динамическую информацию о файловой системе), PATHCONF (возвращает POSIX.1 информацию о файле) и COMMIT (передает ранее сделанные асинхронные записи на постоянное хранение).

Краткие выводы

RPC это способ построить приложение клиент-сервер таким образом, что клиент просто вызывает процедуры на сервере. Все сетевые детали спрятаны в stubах клиента и сервера, которые генерируются для приложений пакетом RPC и в подпрограммах библиотеки RPC. Мы показали формат RPC сообщений вызова и отклика и упомянули, что XDR используется, чтобы кодировать значения, что позволяет RPC клиентам и серверам работать на машинах с различной архитектурой.

Одно из наиболее широко используемых приложений RPC это Sun NFS, протокол доступа к разнородным файлам, который широко используется на хостах практически всех размеров. Мы рассмотрели NFS и то, как он использует UDP или TCP. В протоколе NFS версии 2 (NFS Version 2) определено 15 процедур.

Доступ клиента к NFS серверу начинается с протокола монтирования, после чего клиенту возвращается описатель файла. Затем клиент может получить доступ к файлам в файловой системе сервера с использованием этого описателя файла. Имена файлов просматриваются на сервере по одному элементу имени за раз, при этом для каждого элемента возвращается новый описатель файла. Конечный результат это описатель того файла, к которому было осуществлено обращение, и который используется при последовательных чтениях и записях.

NFS старается сделать все свои процедуры независимыми от количества исполнений таким образом, чтобы клиент мог просто повторно выдать запрос, если отклик был потерян. Мы видели примеры этого: в случае, когда клиент читал файл, пока сервер вышел из строя и перезагружался.

Упражнения

На рисунке 29.7 мы видели, что tcpdump интерпретирует пакеты как NFS запросы и отклики, и при этом печатает XID. Может ли tcpdump сделать это для любых RPC запросов или откликов?

Как Вы думаете, почему в Unix системах программа RPC сервера использует динамически назначаемые порты, а не заранее известные?

RPC клиент вызвал две процедуры сервера. Первая процедура потребовалось на исполнение 5 секунд, а второй - 1 секунда. Клиент имеет тайм-аут равный 4 секундам. Нарисуйте временную диаграмму того, чем обмениваются клиент и сервер. (Представьте, что на прохождение сообщения от клиента к серверу и наоборот время не тратится.)

Что произойдет в примере на рисунке 29.9, если пока NFS сервер был выключен, его Ethernet плата была удалена?

Когда сервер перезагрузился на рисунке 29.9, он обрабатывал запрос, начинающийся на смещении 65536 (строки 168 и 171), а затем обрабатывал следующий запрос, начинающийся со смещения 66560 (строки 172 и 173). Что произойдет с запросом, начинающимся со смещением 73728 (строка 167)?

Когда мы описывали независимые от количества исполнений NFS процедуры, то показали пример отклика REMOVE, который потерялся в сети. Что произойдет в этом случае, если используется TCP вместо UDP?

Если NFS сервер использует динамически назначаемый порт вместо порта 2049, что произойдет с NFS клиентом, когда сервер выйдет из строя и перезагрузится?

Номеров зарезервированных портов (глава 1, раздел "Номера портов") очень-очень мало, их максимум 1023 на хост. Если NFS сервер требует, чтобы его клиенты имели зарезервированные порты (что обычно так и есть), и NFS клиент, использующий TCP, монтирует N файловых систем на N различных серверах, необходимо ли клиенту иметь различные зарезервированные номера портов для каждого соединения?

На данный момент в вашем распоряжении должно быть работающее TCP/IP-подключение к вашей сети. Вы должны быть в состоянии пинговать другие компьютеры сети и, если вы соответствующим образом настроили шлюз, вы также должны быть в состоянии пинговать компьютеры в Интернете. Как известно, главной целью подключения компьютера к сети, является получение доступа к информации. Хотя некоторые люди могут подключать компьютер к сети просто так, большинство людей хотели бы предоставлять и получать доступ к файлам и принтерам. Они хотели бы получать доступ к документам в Интернете или играть в онлайновые игры. Установив в свою новую систему Slackware поддержку TCP/IP и необходимое программное обеспечение, вы всё это получите; однако, установив только поддержку TCP/IP, функциональность будет очень ограниченной. Чтобы предоставлять и получать общий доступ к файлам, нам потребуется переносить их туда и обратно, используя FTP или SCP. Мы не можем посматривать на нашем новой компьютере со Slackware дерево файлов через значки “Сетевое окружение” или “Вся сеть” с Windows-компьютеров. Мы хотели бы иметь возможность иметь постоянный доступ к файлам на других Unix-машинах.

В идеале мы хотели бы использовать сетевую файловую систему , позволяющую нам иметь прозрачный доступ к файлам на компьютерах. Программам, которые мы используем для работы с информацией, хранимой на компьютерах, на самом деле даже не надо знать на каком компьютере хранится нужный файл. Им нужно только знать, что этот файл существует, и способ для его получения. Дальнейшее уже является задачей операционной системы, обеспечивающей доступ к этому файлу с помощью доступных локальных и сетевых файловых систем. Две наиболее часто используемые сетевые файловые системы - это SMB (реализованная через Samba) и NFS.

5.6.1. SMB/Samba/CIFS

SMB (Server Message Block, блок серверных сообщений) - это потомок более старого протокола NetBIOS, изначально разработанного в IBM для их продукта LAN Manager. Компанию Microsoft в свою очередь всегда интересовал NetBIOS и его наследники (NetBEUI, SMB и CIFS). Проект Samba начал своё существование в 1991 году, когда он был написан для обеспечения связи между IBM PC и сервером Unix. Сегодня предоставление общего доступа к файлам и службам печати через сеть SMB является предпочитаемым методом практически для всего цивилизованного мира, поскольку его поддерживает и Windows.

Конфигурационный файл Samba /etc/samba/smb.conf является одним из самых хорошо документированных конфигурационных файлов, которые вы сможете найти. К вашим услугам уже готовые примеры с настройками общих ресурсов, так что вы можете просмотреть и изменить их согласно своим потребностям. Если же вам нужен ещё больший контроль, к вашим услугам страница руководства smb.conf. Поскольку Samba имеет такую хорошую документацию, мы не будем её здесь переписывать. Однако быстро остановимся на основных моментах.

smb.conf разбит на несколько разделов: по одному разделу на общий ресурс плюс один глобальный раздел для настройки параметров, которые используются везде. Некоторые параметры являются действительными только в глобальном разделе, а некоторые верны только за его пределами. Помните, что глобальный раздел может быть переопределён любым другим разделом. За дополнительной информацией обращайтесь к страницам руководства.

Вы скорее всего захотите отредактировать свой файл smb.conf , чтобы отразить в нём параметры своей локальной сети. Советуем вам изменить перечисленные ниже пункты:

Измените значение workgroup на домен/рабочую группу, которые используются в вашей ЛВС.

Это будет описание вашего компьютера Slackware, показываемое в папке Сетевое окружение (или Вся сеть).

Вы почти наверняка захотите использовать в своей системе Slackware уровень безопасности user.

Если шифрование паролей не включено, вы не сможете использовать Samba с системами NT4.0, Win2k, WinXP и Win2003. Для предыдущих версий операционных систем Windows для предоставления доступа к общим ресурсам шифрование не требовалось.

SMB является протоколом с аутентификацией, т.е. вы можете указать имя пользователя и пароль, чтобы воспользоваться возможностями этой службы. Мы сообщаем серверу samba о том, что имена пользователей и пароли верны, посредством команды smbpasswd . smbpasswd допускает использование общих ключей для добавления как обычных пользователей, так и машин-пользователей (для SMB необходимо, чтобы вы добавили NETBIOS-имена компьютеров как машин-пользователей, ограничивая тем самым круг компьютеров, с которых может осуществляться аутентификация).

Важно учесть, что данное имя пользователя или имя машины должно уже существовать в файле /etc/passwd . Вы можете добиться этого с помощью команды adduser . Обратите внимание, что при использовании команды adduser для добавления имени компьютера к нему необходимо добавить знак доллара (“ $ ”). Однако этого не нужно делать при работе с smbpasswd . Утилита smbpasswd самостоятельно добавляет знак доллара. Нарушение этого правила посредством adduser приведёт к ошибке при добавлении имени машины в samba.

# adduser machine$

5.6.2. Сетевая файловая система (NFS)

NFS (Network File System) изначально была написана компанией Sun для Solaris - их реализации системы Unix. И хотя её значительно легче поднять и настроить по сравнению с SMB, NFS гораздо менее безопасна. Главным слабым местом в безопасности является несложность подмены идентификаторов пользователя и группы одной машины на идентификаторы с другой машины. В протоколе NFS не реализована аутентификация. Было заявлено, что в будущих версиях протокола NFS безопасность будет повышена, однако на время написания этой книги это ещё не было сделано.

Настройка NFS осуществляется через файл /etc/exports . Когда вы загрузите стандартный файл /etc/exports в редактор, вы увидите пустой файл с комментарием вверху на две строки. Нам надо будет добавить строку в файл exports для каждого из каталогов, которые мы хотим экспортировать, с перечнем клиентских рабочих станций, которым будет разрешён доступ к этому каталогу. Например, если нам нужно экспортировать каталог /home/foo для рабочей станции Bar, нам надо будет добавить в наш файл /etc/exports такую строку:

Как видите, существует несколько различных опций, однако большинство из них должны быть понятными из этого примера.

NFS полагает, что заданный пользователь с одной из машин в сети имеет один и тот же идентификатор на всех остальных машинах. Когда NFS-клиент делает попытку чтения или записи на NFS-сервер, UID передаётся как часть запроса на чтение/запись. Этот UID считается таким же, как если бы запрос был выполнен с локальной машины. Как видите, если кто-то сможет произвольным образом указать заданный UID при обращении к ресурсам на удалённой машине, неприятности могут случиться и случаются. Средство, отчасти позволяющее избежать этого, заключается в монтировании всех каталогов с параметром root_squash . Это переопределяет UID любого пользователя, объявившего себя root"ом, на другой UID, предотвращая таким образом root"овый доступ к файлам и каталогам в экспортируемом каталоге. Похоже, что root_squash включается по умолчанию по соображениям безопасности, однако авторы всё равно рекомендуют явно указывать его в своём файле /etc/exports .

Вы также можете экспортировать каталог на сервере непосредственно из командной строки, воспользовавшись командой exportfs , как показано ниже:

# exportfs -o rw,no_root_squash Bar:/home/foo

Эта команда экспортирует каталог /home/foo для компьютера “ Bar ” и предоставляет ему доступ на чтение/запись. Кроме того на сервере NFS не включен параметр root_squash , означающий, что любой пользователь на Bar с UID “0” (UID root"а) будет иметь на сервере те же привилегии, что и root. Синтаксис выглядит довольно странно (обычно, когда вы указываете каталог в виде computer:/directory/file , вы ссылаетесь на файл в каталоге на заданном компьютере).

Дополнительную информацию о файле exports вы найдёте в странице руководства.