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.

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ВОЗДУШНОГО ТРАНСПОРТА

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ»

____________________________________________________________________________________________________________________

Кафедра вычислительных машин, комплексов, систем и сетей

СЕТЕВЫЕ ОПЕРАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ.

СЕТЕВЫЕ ФАЙЛОВЫЕ СИСТЕМЫ

И СЛУЖБА КАТАЛОГОВ

Утверждено Редакционно-

издательским Советом МГТУ ГА

Москва - 2010

ББК 32.973.202-018.2я73-1+32.973.26-018.2я73-1

Печатается по решению редакционно-издательского совета

Московского государственного технического университета ГА

Рецензенты: канд. физ.-мат. наук, доц. ;

Ч48 Сетевые операционные системы. Сетевые файловые системы и служба каталогов: Учебное пособие. - М.: МГТУ ГА, 2010. –68 с. 10 ил., лит.: 4 наим.

Данное учебное пособие издается в соответствии с рабочей программой учебной дисциплины «Сетевые операционные системы» по Учебному плану специальности 230101 для студентов IV курса дневного обучения.

Рассмотрено и одобрено на заседаниях кафедры 11.05.10 г. и методического совета 14.05.10 г.

-038 ББК 32.973.202-018.2я73-1+32.973.26-018.2я73-1

Ц33(03)-10 Св. тем. план 2010 г.

ЧЕРКАСОВА Наталья Ивановна

СЕТЕВЫЕ ОПЕРАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ.

СЕТЕВЫЕ ФАЙЛОВЫЕ СИСТЕМЫ И СЛУЖБА КАТАЛОГОВ

Учебное пособие

Редактор

Подписано в печать 11.10.10 г.

Печать офсетная Формат 60х84/16 4,0 уч.-изд. л.

3,95 усл. печ. л. Заказ № 000/ Тираж 100 экз.

Московский государственный технический университет ГА

125993 Москва, Кронштадтский бульвар, д. 20

Редакционно-издательский отдел

125493 Москва, ул. Пулковская, д.6а

© Московский государственный

технический университет ГА, 2010

Раздел 1. Состав сетевых операционных систем

1.1. Сетевые ОС. Определение, основные свойства

Сеть (Network) может быть какой угодно, начиная от простого набора компьютеров (два связанных компьютера уже есть сеть) до глобальной сети Internet , использующей множество разнообразных средств связи, включая микроволновые и спутниковые технологии.

Сеть состоит из компьютеров, средств связи (например, медных или оптоволоконных кабелей) и прочих устройств, таких как концентраторы различных типов и маршрутизаторы (которые позволяют управлять сетевым трафиком), адаптеры (служат для подключения компьютера к сети), образующие сетевую структуру. Технологии передачи информации также весьма разнообразны.

Рассматриваются две разновидности сетей: LAN (Local area network) – локальная сеть, набор компьютеров и устройств, объединенных в пределах одного здания, и WAN(Wide area network) – глобальная сеть совмещает в себе несколько географически разделенных локальных сетей, которые связаны посредством различных WAN - технологий.

Назначение сети зависит от потребностей человека или организации, но, в общем случае, можно перечислить следующие возможности использования сетей:

1) совместное использование файлов. Сеть позволяет использовать файлы данных как хранящиеся в компьютере конкретного пользователя, так и файлы, размещенные на специализированном файловом сервере;

2) совместное использование аппаратных средств;

3) совместное использование программного обеспечения ;

4) обмен информацией между пользователями;

5) сетевые игры.

Сеть представляет в пользование не только локальные ресурсы, но само наличие сети означает, что ее можно объединить с другими сетями.

Операционные системы для сетей во многом аналогичны ОС автономного компьютера. Однако если последняя представляет пользователю некую виртуальную вычислительную машину, то сетевая ОС, представляя пользователю некую виртуальную вычислительную систему, работать с которой гораздо проще, чем с реальной сетевой аппаратурой, не полностью скрывает распределенную природу своего реального прототипа. Можно сказать, что сетевая ОС предоставляет пользователю виртуальную сеть. В идеальном случае сетевая ОС должна представлять пользователю сетевые ресурсы в виде ресурсов единой централизованной виртуальной машины. Такие операционные системы называются распределенные ОС или истинно распределенные ОС.

Распределенные ОС, динамически и автоматически распределяя работы по различным машинам системы для обработки, заставляют работать набор сетевых машин как виртуальный унипроцессор. Распределенная ОС работает как единая операционная система в масштабах вычислительной системы.

Современные сетевые ОС не являются истинно распределенными, то есть степень автономности каждого компьютера в сети, работающего под управлением сетевой ОС, значительно выше по сравнению с компьютерами, работающими под управлением распределенной ОС.

Термин сетевая ОС используется в двух значениях: во-первых, как совокупность ОС всех компьютеров сети, во-вторых, как ОС отдельного компьютера, способного работать в сети. Функционально сетевую ОС можно разделить на следующие компоненты:

1) средства управления локальными ресурсами, то есть все функции ОС автономного компьютера;

2) серверная часть ОС – средство предоставления локальных ресурсов и услуг в общее пользование;

3) клиентская часть ОС – средства доступа к удаленным ресурсам и услугам;

4) транспортные средства ОС, которые совместно с коммуникационной системой обеспечивают передачу сообщений между компьютерами сети.

Совокупность серверной и клиентской частей ОС, предоставляющих доступ к конкретному ресурсу через сеть, называется сетевой службой. Сетевая служба предоставляет пользователю сети некий набор услуг, который называется сетевым сервисом. Каждая служба связана с определенным типом сетевых ресурсов и \ или определенным способам доступа к этим ресурсам.

Сетевые службы являются клиент – серверными системами, то есть содержит в своем составе клиентскую и серверную часть. Однако сетевая служба может быть представлена в ОС либо обеими частями, либо только одной из них.

Необходимо отметить, что при предоставлении сетевой службой некоторой услуги используются ресурсы не только сервера, но и клиента. Принципиальной же разницей между клиентом и сервером является то, что инициатором выполнения работы сетевой службы всегда выступает клиент, а сервер всегда находится в режиме пассивного ожидания запросов.

Хотя один тип сервера может быть рассчитан на работу с клиентами разного типа, клиент и сервер должны поддерживать общий стандартный протокол взаимодействия.

Глубина внедрения сетевых служб в ОС определяет несколько подходов к построению сетевых ОС:

1) сетевые службы объединены в виде некоторого набора – оболочки;

2) сетевые службы поставляются и производятся в виде отдельного продукта;

3) сетевые службы внедрены в ОС.

Различные цели, преследуемые при создании различных сетей, предполагают наличие различных типов сетей. Одноранговая сеть (Peer-to-Peer Network) представляет собой простой способ объединения персональных компьютеров в тех случаях, когда необходимо совместное использование файлов и прочих ресурсов. В одноранговой сети нет сервера, и все компьютеры функционируют как равноправные узлы. Одноранговую сеть часто называют рабочей группой (Workgroup), так как этот термин ассоциируется с равноправным сотрудничеством без централизованного управления.

Узел сети – компьютер, связывающий две сети, использующий одинаковые протоколы. Узел обеспечивает только связь двух совместимых программ на двух таких сетях. Узлы, существенно, используют адресную информацию, заключенную в передаваемых пакетах. Узлы являются устройствами сетевого уровня.

Рассмотрим программное обеспечение подобных сетей. В одноранговых сетях на всех компьютерах устанавливается такая ОС, которая предоставляет всем компьютерам сети потенциально равные возможности. Очевидно, что такие одноранговые ОС должны включать как серверные, так и клиентские компоненты сетевых служб.

При потенциальном равноправии всех компьютеров в одноранговой сети часто возникает функциональная неоднородность. В сети могут находиться пользователи, не предоставляющие свои ресурсы в совместное использование.

В этом случае серверные возможности их ОС не активизируются, и компьютеры выполняют роль «чистых» клиентов. Возможна и обратная ситуация, когда на некоторых компьютерах выполняются только функции по обслуживанию запросов клиентов, то есть они становятся «чистыми» серверами. Однако изначально в одноранговых сетях специализация ОС не зависит от роли компьютера.

ОС DOS не поддерживала одноранговые сети, поэтому для совместного использования файлов или принтеров требовались дополнительные программные продукты, т. е. сетевые функции реализовывались сетевыми оболочками, работающими поверх ОС. Для поддержки рабочих групп использовались такие программные продукты, как Artisoft LANtastic, Novell NetWare Lite, Personal NetWare и Windows for Workgroup 3.11. Все последующие версии Windows поддерживают рабочие группы.

Дистрибутивы Linux также поддерживают создание рабочих групп из компьютеров, работающих под управлением Windows или Linux с помощью программы Samba.

Хотя к основным достоинствам одноранговых сетей относится, прежде всего, простота установки, имеется и ряд других преимуществ:

1) обычно все необходимое обеспечение уже включено в состав ОС;

2) не требуется системное администрирование, и отдельные пользователи сами могут управлять ресурсами;

3) узлы сети не зависят от сервера, следовательно, они могут работать даже тогда, когда другие узлы недоступны.

Однако в подобной сети жестко определено количество компьютеров – не более десяти. Распределение ресурсов по сети при наличии большого числа узлов осложнит доступ к файлам, каждый из которых может быть защищен собственным паролем. Кроме этого, здесь невозможна централизованная защита, единственно возможной защитой является защита на уровне ресурса. В целом происходит повышение нагрузки на компьютеры из-за совместного использования ресурсов.

Сети с выделенным сервером (или серверами) (Server – based network) могут быть очень крупными и предоставлять пользователям более широкий диапазон ресурсов по сравнению с одноранговыми сетями. Связано это, прежде всего, с тем, что в такой сети имеются различные специализированные серверы.

Кроме того, эти сети позволяют осуществлять централизованное управление ресурсами и добавлять в сеть новые компьютеры, пользователей и ресурсы. Такие сети являются масштабируемыми, то есть могут легко расширяться.

Единственным требованием к такой сети является наличие компьютера, на котором запущена сетевая операционная система, такой компьютер называется сервером.

Как и у одноранговой сети, сети с выделенным сервером имеют свои достоинства и недостатки. Прежде всего, перечислим достоинства:

1) для получения доступа к сетевым ресурсам пользователь вводит только одно регистрационное имя и пароль;

2) управление безопасностью в сети и сетевыми ресурсами осуществляется централизованно;

3) централизованное размещение позволяет выполнять резервное копирование каталогов и файлов;

4) специализированные серверы обеспечивают быстрый доступ к ресурсам;

5) подобные сети можно расширять.

Теперь отметим ряд недостатков:

1) необходимо осуществлять настройку и управление ресурсами в сети, то есть необходим системный администратор;

2) при сбое главного сервера доступ к сетевым ресурсам прекращается;

3) экономически сети с выделенным сервером выгодны только для достаточно крупных компаний.

Таким образом, в зависимости от того, как распределены функции между компьютерами сети, они могут выступать в трех различных ролях:

1) компьютер в роли выделенного сервера сети, то есть только обслуживающий запросы других компьютеров;

2) компьютер, обращающийся с запросом к ресурсам другой машины, - клиентский узел;

3) компьютер, совмещающий функции клиента и сервера, - одноранговый узел.

Следовательно, можно определить различные схемы построения сети, как:

1) одноранговая сеть – сеть на основе одноранговых узлов;

2) сеть с выделенным сервером – сеть на основе клиентов и серверов.

Однако сеть может включать в себя узлы всех типов – гибридная сеть, которую иногда относят к сетям с выделенным сервером.

Клиентские ОС в сетях с выделенным сервером обычно освобождены от серверных функций, что значительно упрощает их организацию. Разработчики таких ОС уделяют основное внимание пользовательскому интерфейсу и клиентским частям сетевых служб. В тоже время на серверах используются специальные варианты сетевых ОС, которые оптимизированы для работы в качестве сервера и называются серверными ОС.

Специализация ОС для работы в качестве сервера является естественным способом повышения эффективности серверных операций, так как интенсивность запросов к совместно используемым ресурсам может быть очень большой и сервер должен справляться с ним без больших задержек. Чем меньше функций выполняет ОС, тем эффективней можно их реализовать.

Разработчики NetWare для оптимизации выполнения сервисных услуг полностью исключили из системы многие элементы универсальной ОС, оставив исключительно сетевые. Однако многие компании, разрабатывающие сетевые ОС, выпускают два варианта операционных систем, основанных на одном базовом коде, но отличающемся набором служб и утилит, - серверные и клиентские ОС.

Различные сетевые службы могут быть размещены на нескольких специализированных серверах, а центральный сервер не только разрешает пользователю входить в сеть, но и определяет, к каким ресурсам ему будет предоставлен доступ.

Рассмотрим основные специализированные серверы.

Файловые серверы используются для хранения файлов, необходимых для пользователей сети. Серверы печати используются для управления сетевым принтером, по сути это управляющий канал связи с принтером.

Коммуникационный сервер использует специальное программное обеспечение, позволяющее пользователям общаться в сети. Он поддерживает службы электронной почты и телеконференций. На сервере приложений размещаются различные приложения, а сервер позволяет создавать сайт, хотя для размещения сайта можно использовать услуги провайдера.

Некоторые типы серверов используются не для получения доступа к ресурсам, а для повышения качества и эффективности работы в сети. Например, DNS - сервер (Domaine Name Service) – служба имен доменов выполняет преобразование дружественных имен в соответствующие адреса.

Теперь рассмотрим более подробно взаимодействие клиента и серверной ОС. Когда компьютер обращается к файлу на локальном диске или к принтеру, подключенному напрямую, запрос направляется процессору компьютера. Процессор выполняет запрос и все операции выполняются локально. При обращении к общим ресурсам файлового сервера или печати на удаленном принтере сетевое клиентское программное обеспечение выполнят специальную операцию, благодаря которой компьютер считает сетевые ресурсы локальными.

Этот процесс осуществляется компонентом клиентского программного обеспечения, который называют редиректор (REDIRECTOR). Он перехватывает любые запросы, выполненные на компьютере, и в зависимости от типа запроса передает его на сетевой сервер для обработки или определяет, что этот запрос будет выполняться локально.

1.2. Поддержка сетей на основе ОС Windows 2000. Уровни OSI и сетевые компоненты ОС Windows 2000. Сетевые API

Рассмотрим механизмы построения сетевой операционной системы на примере ОС Windows 2000.

Эталонная модель OSI (The OSI Reference Model)

Чтобы помочь поставщикам в стандартизации и интеграции сетевого программного обеспечения в 1974 the International Organization for Standardization (ISO) определила программную модель пересылки сообщений между компьютерами. Результатом явилась the Open Systems Interconnection (OSI) – эталонная модель. Модель определяет семь уровней программного обеспечения (Рис.1).

DIV_ADBLOCK314">

Пунктирными линиями на рисунке показаны протоколы, применяемые для передачи запроса на удаленную машину. Каждый сетевой уровень считает, что он взаимодействует с эквивалентным уровнем на другой машине, который использует тот же протокол. Набор протоколов, передающих запросы по сетевым уровням, называется стеком протоколов.

Сетевые компоненты Windows 2000 (Networking Components)

На рис. 2 представлена общая схема сетевых протоколов Windows 2000, их соответствие уровням эталонной модели, а также протоколы, используемые различными уровнями. Как видно, между уровнями модели и сетевыми компонентами нет точного соответствия. Некоторые компоненты охватывают несколько уровней. Далее приводится список и краткое описание:

1) Networking(Сетевые) API обеспечивают независимое от протоколов взаимодействие приложений через сеть. Networking API реализуются либо в режиме ядра и пользовательском режиме, либо только в пользовательском. Некоторые networking API являются оболочками других API и реализуют специфическую модель программирования или предоставляют дополнительные сервисы. (Термином networking API обозначаются любые программные интерфейсы, представляемые сетевым программным обеспечением);

2) клиенты TDI (Transport Driver Interface). Драйверы устройств режима ядра, обычно реализующие ту часть сетевого API, которая работает в режиме ядра. Клиенты TDI называются так из-за того, что I/O пакеты запросов ввода-вывода (IRP), которые они посылают драйверам протоколов Windows 2000, форматируются по стандарту Transport Driver Interface standard (документировано в DDK). Этот стандарт определяет общий интерфейс программирования драйверов устройств режима ядра;

3) транспорты TDI. Представляют собой драйверы протоколов режима ядра и часто называются транспортами, (Network Driver Interface Specification), NDIS-драйверами протоколов или драйверами протоколов. Они принимают IRP от клиентов TDI и обрабатывают запросы, представленные этими IRP. Обработка запросов может потребовать взаимодействия через сеть с другими равноправными компьютерами, в этом случае транспорт TDI добавляет к данным IRP заголовки, специфические для конкретного протокола (TCP, UDP, IPX), и взаимодействует с драйверами адаптеров через функции NDIS (also documented in the DDK). В общем, транспорты TDI связывают приложения через сеть, выполняя такие операции, как сегментация сообщений, их восстановление, упорядочение, подтверждение и повторная передача;

4) библиотека NDIS (Ndis. sys). Инкапсулирует функциональность для драйверов адаптеров, скрывая от них специфику среды Windows 2000, работающей в режиме ядра. NDIS library экспортирует функции для транспортов TDI, а также функции поддержки для драйверов адаптеров;

5) минипорт – драйверы NDIS. Драйверы режима ядра, отвечающие за организацию интерфейсов между TDI transports и конкретными сетевыми адаптерами. NDIS miniport drivers пишутся так, чтобы они были заключены в оболочку Windows 2000 NDIS library. Такая инкапсуляция обеспечивает межплатформенную совместимость с потребительскими версиями Windows. NDIS miniport drivers не обрабатывают process IRP; а регистрируют интерфейс таблицы вызовов NDIS library, которая содержит указатели на функции, соответствующие функциям, экспортируемым библиотекой NDIS для TDI transports. NDIS miniport drivers взаимодействуют с сетевыми адаптерами, используя функции NDIS library, которые вызывают соответствующие (HAL) функции.

Примечание: Диспетчер ввода-вывода (I/O manager) определяет модель доставки запросов на ввод-вывод драйверам устройств. Большинство запросов ввода-вывода представляется I/O пакетами запросов ввода-вывода (I/O request packets IRP), передаваемых от одного компонента подсистемы ввода-вывода другому. IRP – это структура данных, которая содержит информацию, полностью описывающую запрос ввода-вывода.

Фактически четыре нижних сетевых уровня часто обозначают собирательным термином «транспорт», а компоненты, расположенные на трех верхних уровнях – термином « пользователи транспорта».

DIV_ADBLOCK317">

Протокол SMB является протоколом прикладного уровня, включающим сетевой уровень и уровень представления.

SMB реализует:

1) установление сессии;

2) файловый сервис;

3) сервис печати;

4) сервис сообщений.

CIFS – открытый Microsoft стандарт (документированный в Platform SDK), который позволяет другим платформам взаимодействовать с Windows 2000 файловым сервером и с Windows 2000 файловым клиентом. Например, Samba позволяет UNIX системам выступать в роли файлового сервера для Windows 2000 клиента и UNIX приложениям получать доступ к файлам, хранящимся в системах под управлением Windows 2000 систем. Другие поддерживающие CIFS платформы включают DEC VMS и Apple Macintosh.

Совместное использование файлов в Windows 2000 основывается на редиректоре (redirector FSD - redirector, для краткости), который выполняется на клиентской машине и взаимодействует с FSD redirector сервера. FSD перехватывает запрос Win32 file I/O, направленный в файлы, расположенные на сервере, и передает CIFS messages файловой системе сервера. Сервер получает CIFS messages и преобразует их обратно в запросы на операцию ввода-вывода, которые он выдает локальным FSDs, таким как NTFS.

Поскольку они интегрированны с подсистемой ввода-вывода Windows 2000 (I/O system), redirector and server FSDs имеют некоторые преимущества перед альтернативной реализацией файловых серверов:

1) они могут напрямую взаимодействовать с TDI transports и локальными FSD;

2) они бесшовно интегрируются с диспетчером кеша, что позволяет кешировать данные с файл-сервера на клиентских системах.

Приложения могут использовать стандартные Win32 file I/O функции, такие как CreateFile, ReadFile, and WriteFile для доступа к удаленным файлам.

В Windows 2000 redirector server FSD используют стандартные правила именования сетевых ресурсов, применяемые всеми файл-серверами и клиентскими программами режима ядра. Если подключение к сетевому ресурсу производится по букве диска, имена сетевых файлов указываются также как локальные. Тем не менее, redirector также поддерживает UNC имена

Как server FSD, так и redirector имеют Win32 сервисы, Server and Workstation, выполняемые в процессе service control manager (SCM) и предоставляющие драйверам интерфейсы административного управления.

Примечание:

Можно реализовать серверное приложение как простую исполняемую программу, но можно использовать особый вид – служба (сервис). Служба – это приложение, содержащее дополнительную инфраструктуру, которая позволяет SCM управлять этим приложениям. Все серверные приложения, поставляемые с системой, работают как службы.

Интерфейс транспортных драйверов (TDI)

Открытая архитектура сетевых средств Windows NT обеспечивает работу своих рабочих станций (и серверов) в гетерогенных сетях не только путем предоставления возможности динамически загружать и выгружать сетевые средства, но и путем непосредственного переключения с программных сетевых средств, ориентированных на взаимодействие с одним типом сетей, на программные средства для другого типа сетей в ходе работы системы. Windows NT поддерживает переключение программных средств на трех уровнях:

1) на уровне редиректоров - каждый редиректор предназначен для своего протокола (SMP, NCP, NFS, VINES);

2) на уровне драйверов транспортных протоколов, предоставляя для них и для редиректоров стандартный интерфейс TDI;

3) на уровне драйверов сетевых адаптеров - со стандартным интерфейсом NDIS 3.0.

Для доступа к другим типам сетей в Windows NT, помимо встроенного, могут загружаться дополнительные редиректоры. Специальные компоненты Windows NT решают, какой редиректор должен быть вызван для обслуживания запроса на удаленный ввод-вывод. За последние десятилетия получили распространение различные протоколы передачи информации по сети. И хотя Windows NT поддерживает не все эти протоколы, она, по крайней мере, разрешает включать их поддержку.

После того, как сетевой запрос достигает редиректора, он должен быть передан в сеть. В традиционной системе каждый редиректор жестко связан с определенным транспортным протоколом. В Windows NT поставлена задача гибкого подключения того или иного транспортного протокола, в зависимости от типа транспорта, используемого в другой сети. Для этого во всех редиректорах нижний уровень должен быть написан в соответствии с определенными соглашениями, которые и определяют единый программный интерфейс, называемый интерфейсом транспортных драйверов (TDI).

TDI позволяет редиректорам оставаться независимым от транспорта. Таким образом, одна версия редиректора может пользоваться любым транспортным механизмом. TDI обеспечивает набор функций, которые редиректоры могут использовать для пересылки любых типов данных с помощью транспортного уровня. TDI поддерживает как связи с установлением соединения (виртуальные связи), так и связи без установления соединения (дейтаграммные связи). Хотя LAN Manager использует связи с установлением соединений, Novell IPX является примером сети, которая использует связь без установления соединения. Microsoft изначально обеспечивает транспорты - NetBEUI (NetBIOS Extended User Interface), TCP/IP, IPX/SPX, DECnet и AppleTalk.

Исходя из описанного выше, представим следующие выводы.

Интерфейс транспортных драйверов (TDI) - это общий интерфейс, позволяющий таким компонентам, как редиректор и сервер связываться с различными сетевыми транспортами, т. е. оставаться независимыми от транспорта. Отметим, что (TDI) – это не драйвер, а стандарт для передачи сообщений между уровнями сетевой архитектуры. Microsoft определила стандарт TDI, чтобы драйверам сетевых протоколов не приходилось использовать отдельные интерфейсы для каждого необходимого им транспортного протокола.

Как уже говорилось, Интерфейс транспортных драйверов (TDI) по сути представляет правила формирования сетевых запросов в IRP, а также выделения сетевых адресов и коммуникационных соединений. Транспортные протоколы, отвечающие данному стандарту, экспортируют интерфейс TDI своим клиентам, в число которых входят драйверы сетевых API и редиректор. Транспортный протокол, реализованный в виде драйвера устройства, называется транспортами TDI, а поскольку они есть драйверы, то преобразуют получаемые от клиентов запросы в IRP. Интерфейс транспортных драйверов (TDI образуют функции поддержки из библиотеки \ winnt\system32\drivers\tdi. sys.

Библиотека NDIS (Ndis . sys )

Введем также понятие граничного слоя. Граница – это унифицированный интерфейс между функциональными уровнями в модели сетевой архитектуры. Создание границ как разделов между сетевыми уровнями облегчает третьим фирмам разработку сетевых драйверов и сервисов в среде открытых систем.

Сетевые адаптеры поставляются вместе с сетевыми драйверами, которые раньше часто были рассчитаны на взаимодействие с определенным типом транспортного протокола. Так как Windows NT позволяет загружать драйверы различных транспортных протоколов, то производители сетевых адаптеров, использующие такой подход, должны были писать различные варианты одного и того же драйвера, рассчитанные на связь с разными протоколами транспортного уровня.

Чтобы помочь производителям избежать этого, Windows NT обеспечивает интерфейс и программную среду, называемые "спецификация интерфейса сетевого драйвера " (NDIS), которые экранируют сетевые драйверы от деталей различных транспортных протоколов. Самый верхний уровень драйвера сетевого адаптера должен быть написан в соответствии с рекомендациями NDIS. В этом случае пользователь может работать с сетью TCP/IP и сетью NetBEUI (или DECnet, NetWare, VINES и т. п.), используя один сетевой адаптер и один сетевой драйвер. Среда NDIS использовалась в сетях LAN Manager, но для Windows NT она была обновлена.

Через свою нижнюю границу драйвер сетевого адаптера обычно взаимодействует непосредственно с адаптером или адаптерами, которые он обслуживает. Драйвер сетевого адаптера, реализованный для среды NDIS, управляет адаптером не непосредственно, а использует для этого функции, предоставляемые NDIS (например, для запуска ввода-вывода или обработки прерываний). Таким образом, среда NDIS образует некую оболочку, которая позволяет достаточно просто переносить драйверы сетевых адаптеров из одной ОС в другую. NDIS позволяет сетевым драйверам не содержать встроенных знаний о процессоре или операционной системе, на которых он работает.

Безопасность в сети и доменная структура

Безопасность в сети означает защиту всех компонентов аппаратуры, программного обеспечения и хранимых данных от уничтожения, похищения, несанкционированного использования. Хорошо продуманный и умело построенный план обеспечения компьютерной безопасности, предоставляющий хороший мониторинг, облегчает контроль использования сетевых компьютеров, практически исключает случайное уничтожение или повреждение данных и делает невозможным или чрезвычайно трудным несанкционированное использование ресурсов.

Корпорация Microsoft включила требования безопасности в состав начальной спецификации для разработки Windows NT. Вопросы безопасности в Windows NT имеют первостепенное значение. Модель безопасности включает компоненты для контроля доступа к объектам (таким как файлы и разделяемые принтеры). Эти компоненты определяют, кто и к каким объектам может получить доступ, какое действие может быть произведено над объектом (например, запись в файл и т. д.), и какие события подлежат аудиту.

Безопасность сети Windows NT включает и доверительные отношения между доменами, что делает эту операционную систему защищенной наилучшим образом.

Архитектура модели безопасности

На рис. 3 показаны компоненты модели безопасности Windows NT, в число которых входят:

1) процессы входа в систему (Logon processes), которые получают от пользователей запросы на вход. Они включают интерактивный вход, который производится с помощью начального диалогового окна входа, и удаленные процессы входа, которые предоставляют удаленным пользователям доступ к процессам сервера Windows NT;

2) локальная служба безопасности (Local Security Authority, LSA), кото­рая следит за тем, чтобы пользователь имел право на доступ (permission) в систему. Этот компонент является центром подсистемы безопасности Windows NT. Он генерирует маркеры доступа (access tokens), управляет локальной политикой безопасности и обеспечивает интерактивную аутентификацию пользователя. Кроме того, LSA контролирует политику аудита и заносит в журнал аудиторские записи, генерируемые монитором безопасности;

3) диспетчер безопасности пользовательских учетных записей (Security Account Manager, SAM), поддерживающий базу данных учетных записей пользова­телей, также известную под названием базы данных каталога (directory database). Эта база данных содержит информацию по всем учетным записям пользователей и групп. SAM обеспечивает сервис проверки пользователей, который используется LSA;

4) монитор безопасности (Security Reference Monitor), который проверяет, имеет ли пользователь разрешение на доступ к объекту и право на операцию, которую он пытается выполнить. Этот компонент принудительным образом осуществляет проверку уровня доступа и проводит политику аудита, определенную LSA. Он обеспечивает сервис для режимов ядра и пользователя, выполняющий проверку наличия необходимого уровня доступа для всех пользователей и процессов, пытающихся получить доступ к объекту. В случае необходимости этот компонент также генерирует записи в файл аудита.

В совокупности все эти компоненты также известны, как подсистема безопасности. Эта подсистема, называемая интегральной подсистемой (integral subsystem), не является подсистемой среды (environmental subsystem), потому что она распространяет свое действие на всю операционную систему Windows NT.

Когда речь идет о компьютерных сетях, зачастую можно услышать упоминание NFS. Что такое означает эта аббревиатура?

Это протокол распределенной файловой системы, первоначально разработанный компанией Sun Microsystems в 1984 году, позволяющий пользователю на клиентском компьютере получать доступ к файлам через сеть, подобно доступу к локальному хранилищу. NFS, как и многие другие протоколы, основывается на системе Open Network Computing Remote Procedure Call (ONC RPC).

Другими словами, что такое NFS? Это открытый стандарт, определенный в Request for Comments (RFC), позволяющий любому реализовать протокол.

Версии и вариации

Изобретатель использовал только первую версию для собственных экспериментальных целей. Когда команда разработчиков добавила существенные изменения в первоначальную NFS и выпустила ее за пределами авторства Sun, они обозначили новую версию как v2, чтобы можно было протестировать взаимодействие между дистрибутивами и создать резервный вариант.

NFS v2

Версия 2 первоначально работала только по протоколу User Datagram Protocol (UDP). Ее разработчики хотели сохранить серверную сторону без блокировки, реализованной за пределами основного протокола.

Интерфейс виртуальной файловой системы позволяет выполнять модульную реализацию, отраженную в простом протоколе. К февралю 1986 года были продемонстрированы решения для таких операционных систем, как System V release 2, DOS и VAX/VMS с использованием Eunice. NFS v2 позволял считывать только первые 2 ГБ файла из-за 32-разрядных ограничений.

NFS v3

Первое предложение по разработке NFS версии 3 в Sun Microsystems было озвучено вскоре после выпуска второго дистрибутива. Главной мотивацией была попытка смягчить проблему производительности синхронной записи. К июлю 1992 года практические доработки позволили решить многие недостатки NFS версии 2, оставив при этом лишь недостаточную поддержку файлов (64-разрядные размеры и смещения файлов).

• поддержку 64-битных размеров и смещений файлов для обработки данных размером более 2 гигабайт (ГБ);
• поддержку асинхронной записи на сервере для повышения производительности;
• дополнительные атрибуты файлов во многих ответах, позволяющие избежать необходимости их повторного извлечения;
• операцию READDIRPLUS для получения данных и атрибутов вместе с именами файлов при сканировании каталога;
• многие другие улучшения.

Во время введения версии 3 поддержка TCP как протокола транспортного уровня начала увеличиваться. Использование TCP в качестве средства передачи данных, выполненного с использованием NFS через WAN, стало позволять передавать большие размеры файлов для просмотра и записи. Благодаря этому разработчики смогли преодолеть пределы ограничений в 8 КБ, налагаемые протоколом пользовательских дейтаграмм (UDP).

Что такое NFS v4?

Версия 4, разработанная под влиянием Эндрской файловой системы (AFS) и блока сообщений сервера (SMB, также называемая CIFS), включает в себя повышение производительности, обеспечивает лучшую безопасность и вводит протокол с соблюдением установленных условий.

Версия 4 стала первым дистрибутивом, разработанным в Целевой группе Internet Engineering Task Force (IETF) после того, как Sun Microsystems передала разработку протоколов сторонним специалистам.

NFS версия 4.1 направлена ​​на предоставление поддержки протокола для использования кластерных развертываний серверов, включая возможность предоставления масштабируемого параллельного доступа к файлам, распределенным между несколькими серверами (расширение pNFS).

Новейший протокол файловой системы - NFS 4.2 (RFC 7862) - был официально выпущен в ноябре 2016 года.

Другие расширения

С развитием стандарта появились и соответствующие инструменты для работы с ним. Так, WebNFS, расширение для версий 2 и 3, позволяет протоколу сетевого доступа к файловым системам легче интегрироваться в веб-браузеры и активировать работу через брандмауэры.

Различные протоколы сторонних групп стали также ассоциироваться с NFS. Из них наиболее известными выступают:

• Network Lock Manager (NLM) с поддержкой протокола байтов (добавлен для поддержки API-блокировки файлов UNIX System V);
• удаленной квоты (RQUOTAD), который позволяет пользователям NFS просматривать квоты на хранение данных на серверах NFS;
• NFS через RDMA - адаптация NFS, которая использует дистанционный прямой доступ к памяти (RDMA) в качестве средства передачи;
• NFS-Ganesha - сервер NFS, работающий в пользовательском пространстве и поддерживающий CephFS FSAL (уровень абстракции файловой системы) с использованием libcephfs.

Платформы

Network File System часто используется с операционными системами Unix (такими как Solaris, AIX, HP-UX), MacOS от Apple и Unix-подобными ОС (такими как Linux и FreeBSD).

Он также доступен для таких платформ, как Acorn RISC OS, OpenVMS, MS-DOS, Microsoft Windows, Novell NetWare и IBM AS/400.

Альтернативные протоколы удаленного доступа к файлам включают в себя блок сообщений сервера (SMB, также называемый CIFS), протокол передачи Apple (AFP), базовый протокол NetWare (NCP) и файловую систему сервера OS/400 (QFileSvr.400).

Это связано с требованиями NFS, которые ориентированы по большей части на Unix-подобные «оболочки».

При этом протоколы SMB и NetWare (NCP) применяются чаще, чем NFS, в системах под управлением Microsoft Windows. AFP наиболее широко распространен в платформах Apple Macintosh, а QFileSvr.400 наиболее часто встречается в OS/400.

Типичная реализация

Предполагая типичный сценарий в стиле Unix, в котором одному компьютеру (клиенту) нужен доступ к данным, хранящимся на другом (сервер NFS):

• Сервер реализует процессы Network File System, запущенные по умолчанию как nfsd, чтобы сделать свои данные общедоступными для клиентов. Администратор сервера определяет, как экспортировать имена и параметры каталогов, обычно используя файл конфигурации/etc/exports и команду exportfs.
• Администрирование безопасности сервера гарантирует, что он сможет распознавать и утверждать проверенного клиента. Конфигурация его сети гарантирует, что соответствующие клиенты могут вести переговоры с ним через любую систему брандмауэра.
• Клиентская машина запрашивает доступ к экспортированным данным, как правило, путем выдачи соответствующей команды. Она запрашивает сервер (rpcbind), который использует порт NFS, и впоследствии подключается к нему.
• Если все происходит без ошибок, пользователи на клиентской машине смогут просматривать и взаимодействовать с установленными файловыми системами на сервере в пределах разрешенных параметров.

Следует обратить внимание и на то, что автоматизация процесса Network File System также может иметь место - возможно, с использованием etc/fstab и/или иных подобных средств.

Развитие на сегодняшний день

К 21-му столетию протоколы-конкуренты DFS и AFS не достигли какого-либо крупного коммерческого успеха по сравнению с Network File System. Компания IBM, которая ранее приобрела все коммерческие права на вышеуказанные технологии, безвозмездно передала большую часть исходного кода AFS сообществу свободных разработчиков программного обеспечения в 2000 году. Проект Open AFS существует и в наши дни. В начале 2005 года IBM объявила о завершении продаж AFS и DFS.

В свою очередь, в январе 2010 года компания Panasas предложила NFS v 4.1 на основе технологии, позволяющей улучшить возможности параллельного доступа к данным. Протокол Network File System v 4.1 определяет метод разделения метаданных файловой системы из местоположения определенных файлов. Таким образом, он выходит за рамки простого разделения имен/данных.

Что такое NFS этой версии на практике? Вышеуказанная особенность отличает его от традиционного протокола, который содержит имена файлов и их данных под одной привязкой к серверу. При реализации Network File System v 4.1 некоторые файлы могут распределяться между многоузловыми серверами, однако участие клиента в разделении метаданных и данных ограничено.

При реализации четвертого дистрибутива протокола NFS-сервер представляет собой набор серверных ресурсов или компонентов; предполагается, что они контролируются сервером метаданных.

Клиент по-прежнему обращается к одному серверу метаданных для обхода или взаимодействия с пространством имен. Когда он перемещает файлы на сервер и с него, он может напрямую взаимодействовать с набором данных, принадлежащих группе NFS.

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?

#image.jpgНеплохого времени, читатели и гости моего блога. Очень большой перерыв меж 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 нужен 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 инфы. Протокол NFS позволяет монтировать удалённые файловые системы через сеть в локальное дерево каталогов, как если бы это была примонтирована дисковая файловая система.

Тем 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 малость 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 обозначенных строк в файле /proc/filesystems не окажется, то необходимо установить описанные ниже пакеты. Это скорее всего дозволит установить зависимые модули ядра для поддержки подходящих файловых систем.

Если после установки пакетов, поддержка NFS не будет отображена в обозначенном файле, то необходимо будет перекомпилировать ядро, с включением данной функции.

История Network File System

Протокол NFS разработан компанией Sun Microsystems и имеет в своей истории Четыре версии. NFSv1 была разработана в Одна тыща девятьсот восемьдесят девять и являлась экспериментальной, работала на протоколе UDP. Версия Один описана в RFC 1094.

NFSv2 была выпущена в том же Одна тыща девятьсот восемьдесят девять г., описывалась тем же RFC1094 и так же базировалась на протоколе UDP, при всем этом позволяла читать наименее 2Гб из файла. NFSv3 доработана в Одна тыща девятьсот девяносто 5 г. и описана в RFC 1813.

Основными нововведениями третьей версии стало поддержка файлов большого размера, добавлена поддержка протокола TCP и TCP-пакетов большущего размера, что существенно ускорило работоспосбоность технологии. NFSv4 доработана в Две тыщи г. и описана в RFC 3010, в Две тыщи три г. пересмотрена и описана в RFC 3530.

4-ая версия включила в себя улучшение производительности, поддержку различных средств аутентификации (а конкретно, Kerberos и LIPKEY с внедрением протокола RPCSEC GSS) и списков контроля доступа (как POSIX, так и Windows-типов). NFS версии v4.1 была одобрена IESG в Две тыщи 10 г., и получила номер RFC 5661.

Принципным нововведением версии 4.1, является спецификация pNFS - Parallel NFS, механизма параллельного доступа NFS-клиента к данным множества распределенных NFS-серверов. Наличие такого механизма в образце 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 настроить сеть в Linux. (Так же можно почитать статью главные понятия сетей). Далее необходимо установить соответствующий пакет. В Debian это пакет nfs-kernel-server и nfs-common, в RedHat это пакет nfs-utils.

А так же, необходимо разрешить запуск беса на подходящих уровнях выполнения (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 Один root root 20 Окт Восемнадцать 15:02 S15nfs-common -> ../init.d/nfs-common lrwxrwxrwx Один root root 20 семь Окт 20 два 01:23 S16nfs-kernel-server -> ../init.d/nfs-kernel-server

Другими словами, сначала запускается nfs-common , позже сам сервер nfs-kernel-server .

В RedHat ситуация схожая, за тем только исключением, что 1-ый 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 черт, требующих запуск бесов 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 беса /usr/sbin/rpc.idmapd проверяет наличие модулей ядра sunrpc, nfs и nfsd, а так же поддержку файловой системы rpc_pipefs в ядре (другими словами наличие ее в файле /proc/filesystems), если все удачно, то запускает /usr/sbin/rpc.idmapd . Дополнительно, для беса /usr/sbin/rpc.gssd проверяет модуль ядра rpcsec_gss_krb5 и запускает бес.

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 модуля ядра nfsd, наличие поддержки файловой системы NFS в ядре Linux (другими словами в файле /proc/filesystems), если все на месте, то запускается бес /usr/sbin/rpc.nfsd , далее проверяет задан ли параметр NEED_SVCGSSD (задается в файле опций сервера /etc/default/nfs-kernel-server) и, если задан - запускает беса /usr/sbin/rpc.svcgssd , последним запускает беса /usr/sbin/rpc.mountd . Из данного скрипта видно, что работа сервера NFS состоит из бесов rpc.nfsd, rpc.mountd и если употребляется Kerberos-аутентификация, то и бес rcp.svcgssd. В краснойшляпе еще запускается бес rpc.rquotad и nfslogd (В Debian я почему-то не нашел инфы об этом демоне и о причинах его отсутствия, видимо удален...).

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

• rpc.statd - Бес наблюдения за сетевым состоянием (он же Network Status Monitor, он же NSM). Он позволяет корректно отменять блокировку после сбоя/перезагрузки. Для уведомления о нарушении употребляет программу /usr/sbin/sm-notify. Бес statd работает как на серверах, так и на клиентах. Ранее данный сервер был нужен для работы rpc.lockd, но за блокировки сейчас отвечает ядро (прим: если я не ошибаюсь #image.jpg). (RPC программа 100 тыщ 20 один и 100 тыщ 20 четыре - в новых версиях)
• rpc.lockd - Бес блокировки lockd (он же NFS lock manager (NLM)) обрабатывает запросы на блокировку файлов. Бес блокировки работает как на серверах, так и на клиентах. Клиенты запрашивают блокировку файлов, а серверы ее разрешают. (устарел и в новых дистрибутивах не употребляется как бес. Его функции в современных дистрибутивах (с ядром старше 2.2.18) выполняются ядром, точнее модулем ядра (lockd).) (RPC программа 100024)
• rpc.nfsd - Основной бес сервера NFS - nfsd (в новых версиях временами называется nfsd4 ). Этот бес обслуживает запросы клиентов NFS. Параметр RPCNFSDCOUNT в файле /etc/default/nfs-kernel-server в Debian и NFSDCOUNT в файле /etc/sysconfig/nfs в RedHat определяет число запускаемых бесов (по-умолчанию - 8).(RPC программа 100003)
• rpc.mountd - Бес монтирования NFS mountd обрабатывает запросы клиентов на монтирование каталогов. Бес mountd работает на серверах NFS. (RPC программа 100005)
• rpc.idmapd - Бес idmapd для NFSv4 на сервере преобразует локальные uid/gid юзеров в формат вида имя@домен, а сервис на клиенте преобразует имена юзеров/групп вида имя@домен в локальные идентификаторы пользователя и группы (согласно конфигурационному файлу /etc/idmapd.conf, подробней в man idmapd.conf):.
• дополнительно, в старых версиях NFS использовались бесы: nfslogd - бес журналов NFS фиксирует активность для экспортированных файловых систем, работает на серверах NFS и rquotad - сервер удаленных квот предоставляет информацию о квотах юзеров в удаленных файловых системах, может работать как на серверах, так и на клиентах.(RPC программа 100011)

В NFSv4 при использовании Kerberos дополнительно запускаются бесы:

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

portmap и протокол RPC (Sun RPC)

Не считая обозначенных 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 автоматом с NFS как зависимый и реализует работу сервера RPС, другими словами 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. Бес 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 убирают 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 подходящую информацию. Юзер-френдли наименования сервисов программ и соответствующие им номера определены в файле /etc/rpc.

Как 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 соответствующюю информацию о работающем сервисе (о имени), уникальном номере сервиса (в согласовании с /etc/rpc) , о протоколе и порте на котором работает сервис и о версии сервиса и предоставляет обозначенную информацию клиентам по запросу. Сам преобразователь портов имеет номер программы (100000), номер версии - 2, TCP порт 100 одиннадцать и UDP порт 111.

Выше, при указании состава бесов сервера NFS я указал главные RPC номера программ. Я, наверняка, малость 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 определенным номером программы, он сначала должен войти в контакт с процессом portmap на серверной машине и отыскать номер порта связи с необходимым ему обслуживанием RPC.

Работу RPC-сервера можно представить следующими шагами:

Для получения инфы от RPC-сервера употребляется утилита rpcinfo. При указании черт -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 100 тыщ Два tcp 100 одиннадцать portmapper 100 тыщ Два udp 100 одиннадцать portmapper 100 тыщ 20 четыре Один udp 50 девять тыщ четыреста 50 один status 100 тыщ 20 четыре Один tcp Шестьдесят тыщ восемьсот 70 два status 100 тыщ 20 один Один udp 40 четыре тыщи триста 10 nlockmgr 100 тыщ 20 один Три udp 40 четыре тыщи триста 10 nlockmgr 100 тыщ 20 один Четыре udp 40 четыре тыщи триста 10 nlockmgr 100 тыщ 20 один Один tcp 40 четыре тыщи восемьсот 50 один nlockmgr 100 тыщ 20 один Три tcp 40 четыре тыщи восемьсот 50 один nlockmgr 100 тыщ 20 один Четыре tcp 40 четыре тыщи восемьсот 50 один nlockmgr 100 тыщ три Два tcp Две тыщи 40 девять nfs 100 тыщ три Три tcp Две тыщи 40 девять nfs 100 тыщ три Четыре tcp Две тыщи 40 девять nfs 100 тыщ три Два udp Две тыщи 40 девять nfs 100 тыщ три Три udp Две тыщи 40 девять nfs 100 тыщ три Четыре udp Две тыщи 40 девять nfs 100 тыщ 5 Один udp 50 одна тыща триста 6 mountd 100 тыщ 5 Один tcp 40 одна тыща четыреста 5 mountd 100 тыщ 5 Два udp 50 одна тыща триста 6 mountd 100 тыщ 5 Два tcp 40 одна тыща четыреста 5 mountd 100 тыщ 5 Три udp 50 одна тыща триста 6 mountd 100 тыщ 5 Три tcp 40 одна тыща четыреста 5 mountd

Как видно, rpcinfo указывает (в столбиках слева на право) 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 бесы portmapper версии Два на udp и tcp портах, rpc.statd версии Один на udp и tcp портах, NFS lock manager версий 1,3,4, бес nfs сервера версии 2,3,4, а так же бес монтирования версий 1,2,3.

NFS сервер (точнее бес 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 Две тыщи 40 девять 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 случайных 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 практически - каталога, ядро отправляет сформировывает RPC-запрос процессу portmap на NFS сервере на порт udp/111 (если на клиенте не задана функция работать через tcp)
4. Ядро сервера NFS опрашивает RPC о наличии беса rpc.mountd и возвращает ядру клиента сетевой порт, на котором работает бес.
5. mount отправляет RPC запрос на порт, на котором работает rpc.mountd. На данный момент NFS сервер может проверить достоверность клиента основываясь на его IP адресе и номере порта, чтобы убедиться, можно ли этому клиенту смонтировать обозначенную файловую систему.
6. Бес монтирования возвращает описание запрошенной файловой системы.
7. Команда mount клиента выдает системный вызов mount, чтобы связать описатель файла, обретенный в шаге 5, с локальной точкой монтирования на хосте клиента. Описатель файла хранится в коде NFS клиента, и с этого момента хоть какое обращение пользовательских процессов к файлам на файловой системе сервера будет использовать описатель файла как стартовую точку.

Обмен данными меж клиентом и сервером NFS

Обыденный доступ к удаленной файловой системе можно описать следующей схемой:

Описание процесса обращения к файлу, расположенному на сервере NFS:

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 инфы 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. Употребляется бесом rpc.mountd, когда клиент пробует смонтировать иерархию (создается запись о монтировании).
• /var/lib/nfs/etab - список каталогов, которые могут быть смонтированы удаленными системами с указанием всех черт экспортированных каталогов.
• /var/lib/nfs/rmtab - список каталогов, которые не разэкспортированы в данный момент.
• /proc/fs/nfsd - особенная файловая система (ядро 2.6) для управления NFS сервером.
• exports - список активных экспортированных иерархий и клиентов, которым их экспортировали, также свойства. 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, 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 #image.jpg Даже на http://nfs.sourceforge.net/ трактовка не однозначна.

Настройка файла /etc/exports

В ординарном случае, файл /etc/exports является единственным файлом, требующим редактирования для функции NFS-сервера. Данный файл управляет следующими свойствами:

• 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 юзеров

Неважно какая строка файла exports имеет следующий формат:

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

Где точка_экспорта абсолютный путь экспортируемой иерархии каталогов, клиент1 - n имя 1-го или более клиентов или Ip-адресов, разбитые пробелами, которым разрешено монтировать точку_экспорта . Функции обрисовывают правила монтирования для клиента, обозначенного перед опциями.

Вот обыденный 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 всем 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 делается 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 функции экспорта иерархий каталогов

В файле exports употребляются следующие общие функции (сначала указаны функции 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 добиваться аутентификацию запросов на блокировку (с помощью протокола NFS Lock Manager (диспетчер блокировок NFS)).
• nohide (hide) - если сервер экспортирует две иерархии каталогов, при всем этом одна вложенна (примонтированна) в другую. Клиенту необходимо разумеется смонтировать вторую (дочернюю) иерархию, по другому точка монтирования дочерней иерархии будет смотреться как пустой каталог. Функция nohide приводит к появлению 2-ой иерархии каталогов без тривиального монтирования. (прим: я данную опцию так и не смог вынудить работать...)
• ro (rw) - Разрешает только запросы на чтение (запись). (в конечном счете - может быть прочитать/записать или нет определяется на основании прав файловой системы, при всем этом сервер не способен отличить запрос на чтение файла от запроса на выполнение, поэтому разрешает чтение, если у пользователя есть права на чтение или выполнение.)
• secure (insecure) - просит, 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 конфигураций, выполненных этими запросами. Функция async указывает серверу не ждать записи инфы на диск, что наращивает производительность, но понижает надежность, т.к. в случае обрыва соединения или отказа оборудования возможна утрата инфы.
• wdelay (no_wdelay) - указывает серверу задерживать выполнение запросов на запись, если ожидается последующий запрос на запись, записывая данные более большими блоками. Это наращивает производительность при отправке больших очередей команд на запись. no_wdelay указывает не откладывать выполнение команды на запись, что может быть полезно, если сервер получает неограниченное количество команд не связанных совместно.

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

• в клиентской файловой системе должен существовать объект ссылки
• необходимо экспортировать и смонтировать объект ссылки

Файл устройства относится к интерфейсу ядра Linux. 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.

Функции 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 функции (читай: функции по-умолчанию) будут отражены в файле /var/lib/nfs/etab.

Функции отображения (соответствия) идентификаторов юзеров

Для большего понимания нижесказанного я бы посоветовал ознакомиться со статьей Управление пользователями Linux. 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 юзеров 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 употребляет UID и GID для идентификации пользователя в локальной системе, что может приводить к некоторым проблемам:

Следующие функции задают правила отображения удаленных юзеров в локальных:

Пример использования файла маппинга юзеров:

ARCHIV ~ # cat /etc/file_maps_users # Маппинг юзеров # remote local comment uid 0-50 Одна тыща два # сопоставление юзеров с удаленным UID 0-50 к локальному UID Одна тыща два gid 0-50 Одна тыща два # сопоставление юзеров 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
• exportfs

nfsstat: статистика NFS и RPC

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

showmount: вывод инфы о состоянии NFS

Утилита showmount запрашивает бес 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 исходя из убеждений nfsd

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

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 бес NFSd не запущен

exportfs: управление экспортированными каталогами

Данная команда обслуживает экспортированные сборники, данные в файле /etc/exports , точнее будет написать не обслуживает, а синхронизирует с файлом /var/lib/nfs/xtab и удаляет из xtab несуществующие. exportfs делается при запуске беса nfsd с аргументом -r. Утилита exportfs в режиме ядра 2.6 говорит с бесом rpc.mountd через файлы каталога /var/lib/nfs/ и не говорит с ядром напрямую. Без черт выдаёт список текущих экспортируемых файловых систем.

Свойства exportfs:

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

Клиент NFS

До того как обратиться к файлу на удалённой файловой системе клиент ( клиента) должен смонтировать её и получить от сервера указатель на неё . Монтирование NFS может производиться с помощью команды mount или с помощью 1-го из расплодившихся автоматических монтировщиков (amd, autofs, automount, supermount, superpupermount). Процесс монтирования отлично продемонстрирована выше на иллюстрации.

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

• вручную, с помощью команды mount
• автоматом при загрузке, при монтировании файловых систем, обрисованных в /etc/fstab
• автоматом с помощью беса autofs

3-ий способ с autofs в данной статье я рассматривать не буду, ввиду его большой инфы. Может быть в следующих статьях будет отдельное описание.

Монтирование файловой системы Network Files System командой mount

Пример использования команды mount представлен в посте Команды управления блочными устройствами. 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)

1-ая команда монтирует экспортированный каталог /archiv-small на сервере archiv в локальную точку монтирования /archivs/archiv-small с опциями по умолчанию (другими словами для чтения и записи).

Хотя команда mount в последних дистрибутивах умеет обдумывать какой тип файловой системы употребляется и без указания типа, все же указывать параметр -t nfs лучше. 2-ая команда монтирует экспортированный каталог /archiv-big на сервере archiv в локальный каталог /archivs/archiv-big с опцией только для чтения (ro). Команда mount без черт наглядно указывает нам результат монтирования. Не считая функции только чтения (ro), может быть задать другие главные функции при монтировании NFS :

• nosuid - Данная функция запрещает исполнять setuid программы из смонтированного каталога.
• nodev (no device - не устройство) - Данная функция запрещает использовать в качестве устройств символьные и блочные особенные файлы.
• lock (nolock) - Разрешает блокировку NFS (по умолчанию). nolock отключает блокировку NFS (не запускает бес lockd) и комфортабельна при работе со старыми серверами, не поддерживающими блокировку NFS.
• mounthost=имя - Имя хоста, на котором запущен бес монтирования NFS - mountd.
• mountport=n - Порт, используемый бесом mountd.
• port=n - порт, используемый для подключения к NFS серверу (по умолчанию 2049, если бес rpc.nfsd не зарегистрирован на RPC-сервере). Если n=0 (по умолчанию), то NFS посылает запрос к portmap на сервере, чтобы отыскать 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 утраты доступа к серверу, повторять пробы в фоновом режиме, чтобы не перекрыть процесс загрузки системы.
• fg - При утраты доступа к серверу, повторять пробы в приоритетном режиме. Данный параметр может заблокировать процесс загрузки системы повторениями попыток монтирования. По этой причине параметр fg употребляется в основном при отладке.

Функции, действующие на кэширование атрибутов при монтировании NFS

Атрибуты файлов , хранящиеся в inod (индексных дескрипторах), такие как время модификации, размер, жесткие ссылки, владелец, обычно изменяются изредка для обыденных 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 издержек ресурсов, можно кэшировать данные атрибуты . Ядро употребляет время модификации файла, чтобы отыскать устарел ли кэш, сравнивая время модификации в кэше и время модификации самого файла. Кэш атрибутов периодически обновляется в согласовании с данными параметрами:

• ac (noac) (attrebute cache - кэширование атрибутов) - Разрешает кэширование атрибутов (по-умолчанию). Хотя функция 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) - Наибольшее количество секунд, которое NFS ожидает до обновления атрибутов каталога (по-умолчанию Шестьдесят сек.)
• acdirmin=n (attribute cache directory file minimum - кэширование атрибута минимум для файла каталога) - Маленькое количество секунд, которое NFS ожидает до обновления атрибутов каталога (по-умолчанию 30 сек.)
• acregmax=n (attribute cache regular file maximum - кэширование атрибута максимум для обыденного файла) - Максимаьное количество секунд, которое NFS ожидает до обновления атрибутов обыденного файла (по-умолчанию Шестьдесят сек.)
• acregmin=n (attribute cache regular file minimum- кэширование атрибута минимум для обыденного файла) - Маленькое количество секунд, которое NFS ожидает до обновления атрибутов обыденного файла (по-умолчанию Три 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.

Функции обработки ошибок NFS

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

• fg (bg) (foreground - передний план, background - задний план) - Создавать пробы монтирования отказавшей NFS на переднем плане/в фоне.
• hard (soft) - выводит на консоль сообщение "server not responding" при достижении таймаута и продолжает пробы монтирования. При данной функции soft - при таймауте докладывает 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", зависимо от указания функции hard/soft.
• retry=n (retry value - значение повторно пробы) - Количество минут повторений службы NFS операций монтирования, до того как сдаться (по-умолчанию 10000).
• timeo=n (timeout value - значение таймаута) - Количество 10-х толикой секунды ожидания службой NFS до повторной передачи в случае RPC или малого таймаута (по-умолчанию 7). Это значение растет при каждом таймауте до большего значения Шестьдесят секунд или до пришествия 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)

Описание файла /etc/fstab я затрагивал в соответствующей статье. В текущем примере я рассмотрю несколько примеров монтирования файловых систем NFS с описанием опций:

FILES ~ # cat /etc/fstab | grep nfs archiv:/archiv-small /archivs/archiv-small nfs rw,timeo=4,rsize=16384,wsize=16384 Нуль Нуль nfs-server:/archiv-big /archivs/archiv-big nfs rw,timeo=50,hard,fg Нуль 0

1-ый пример монтирует файловую систему /archiv-small с хоста archiv в точку монтирования /archivs/archiv-small, тип файловой системы указан nfs (всегда необходимо указывать для данного типа), файловая система монтирована с опцией для чтения, записи (rw).

Хост archiv подключен по быстрому локальному каналу, поэтому для роста производительности параметр timeo уменьшен и существенно увеличены значения rsize и wsize. Поля для программ dump и fsck заданы в ноль, чтобы данные программы не использовали файловую систему, примонтированную по NFS.

2-ой пример монтирует файловую систему /archiv-big с хоста nfs-server. Т.к. к хосту nfs-server мы подключены по медленному соединению, параметр timeo увеличен до 5 сек (50 10-х толикой сек), а так же жестко задан параметр hard, чтобы NFS продолжала перемонтировать файловую систему после большого таймаута, так же задан параметр fg, чтобы при загрузке системы и недоступности хоста nfs-server не вышло зависания.

До того как сохранять конфигурации в /etc/fstab, обязательно попробуйте смонтировать вручную и убедитесь, что всё работает!!!

Повышение производительности NFS

На производительность NFS могут влиять несколько черт, в особенности при работе через медленные соединения. При работе с медленными и высоконагруженными соединениями, лучше использовать параметр hard, чтобы таймауты не привели к прекращению работы программ. Но необходимо обдумывать, что если смонтировать файловую систему через NFS с параметром hard через fstab, а удаленный хост окажется недоступен, то при загрузке системы произойдет зависание.

Так же, одним из самых легких способов роста производительности NFS - увеличение количества байтов, передаваемых за один раз. Размер в Четыре тыщи девяносто 6 б очень мал для современных быстрых соединений, увеличивая это значение до Восемь тыщ 100 девяносто два и более можно экспериментальным способом найти наилучшую скорость.

Так же, не стоит упускать из внимания и функции тайм-аутов . NFS ожидает ответа на пересылку данных в течении промежутка времени, обозначенного в функции timeo, если ответ за это время не получен, то делается повторная пересылка.

Но на загруженных и медленных соединениях это время может быть меньше времени реакции сервера и способности каналов связи, в конечном итоге чего могут быть излишние повторные пересылки, замедляющие работу.По умолчанию, timeo равно 0,7 сек (700 миллисекунд). после неответа в течении Семьсот мс сервер совершит повторную пересылку и удвоит время ожидания до 1,4 сек., увеличение timeo будет продолжаться до большего значения в Шестьдесят сек. Далее зависимо от параметра hard/soft произойдет какое-либо действие (см.выше).

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

FILES ~ # ping -s 30 две тыщи семьсот шестьдесят восемь archiv PING archiv.DOMAIN.local (10.0.0.6) 32768(32796) bytes of data. 30 две тыщи семьсот 70 6 bytes from archiv.domain.local (10.0.0.6): icmp_req=1 ttl=64 time=0.931 ms 30 две тыщи семьсот 70 6 bytes from archiv.domain.local (10.0.0.6): icmp_req=2 ttl=64 time=0.958 ms 30 две тыщи семьсот 70 6 bytes from archiv.domain.local (10.0.0.6): icmp_req=3 ttl=64 time=1.03 ms 30 две тыщи семьсот 70 6 bytes from archiv.domain.local (10.0.0.6): icmp_req=4 ttl=64 time=1.00 ms 30 две тыщи семьсот 70 6 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 30 две тыщи семьсот шестьдесят восемь (32Kb) время его путешествия от клиента до сервера и вспять плавает в районе Один миллисекунды. Если данное время будет зашкаливать за Двести мс, то стоит задуматься о повышении значения timeo, чтобы оно превышало значение обмена в три-четыре раза. Соответственно, данный тест лучше 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 большущее спасибо!!!

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

• лучше предварительно размонтировать все ресурсы на клиентах
• остановить и запретить запуск rpcidmapd, если не планируется внедрение NFSv4: chkconfig --level Триста 40 5 rpcidmapd off service rpcidmapd stop
• если нужно, то разрешить запуск сервисов portmap, nfs и nfslock: chkconfig --levels Триста 40 5 portmap/rpcbind on chkconfig --levels Триста 40 5 nfs on chkconfig --levels Триста 40 5 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 позднее его необходимо запустить rmmod nfs rmmod nfs_acl rmmod lockd
• открыть порты в iptables
  • 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 функции rpc.rquota для новых версий необходимо добавить в /etc/sysconfig/nfs строку RQUOTAD_PORT=4003
• для функции rpc.rquota необходимо для старых версий (все таки, необходимо 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 Четыре тыщи (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 употребляется 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 желаете сделать ваш разделённый NFS каталог открытым и с правом записи, вы можете использовать опцию all_squash в композиции 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 Девяносто девять с gid Девяносто девять /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 Девяносто девять с gid Девяносто девять /files 192.168.0.100(rw,sync,all_squash,anonuid=99,anongid=99))

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

# chown -R nobody.nobody /files

Конфигурация клиента

На клиенте необходимо примонтировать удаленный каталогудобным способом, например командой mount:

FILES ~ # mount -t nfs archiv:/files /archivs/files

Резюме

Фух... Статья завершена. На данный момент мы изучили что такое Network File System и с чем ее едят, в следующей статье попробую сделать HOWTO с аутентификацией Kerberos. Надеюсь материал вышел доходчивым и нужным.

Буду рад Вашим дополнениям и комментариям!

NFS HOWTO, nfs.sourceforge, man nfs? man mount, man exports

RFC Одна тыща девяносто четыре - NFSv1, v2
RFC Одна тыща восемьсот тринадцать - NFSv3
RFC Три тыщи 500 30 - NFSv4
RFC 5 тыщ 600 шестьдесят один - NFSv4.1
NFS HOWTO
nfs.sourceforge.net
man mount
man exports