wiki

Network File System

Разделы:

Network File System (NFS) — протокол сетевого доступа к файловым системам, первоначально разработан Sun Microsystems в 1984 году. Основан на протоколе вызова удалённых процедур (ONC RPC, Open Network Computing Remote Procedure Call, RFC 1057, RFC 1831). Позволяет подключать (монтировать) удалённые файловые системы через сеть, описан в RFC 1094, RFC 1813, RFC 3530 и RFC 5661.

NFS абстрагирована от типов файловых систем как сервера, так и клиента, существует множество реализаций NFS-серверов и клиентов для различных операционных систем и аппаратных архитектур. В настоящее время используется наиболее зрелая версия NFS v.4 (RFC 3010,RFC 3530), поддерживающая различные средства аутентификации (в частности, Kerberos и LIPKEY с использованием протокола RPCSEC GSS) и списков контроля доступа (как POSIX, так и Windows-типов).

NFS предоставляет клиентам прозрачный доступ к файлам и файловой системе сервера. В отличие от FTP, протокол NFS осуществляет доступ только к тем частям файла, к которым обратился процесс, и основное достоинство его 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 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.

Важной частью последней версии стандарта NFS (v4.1) стала спецификация pNFS, нацеленная на обеспечение распараллеленной реализации общего доступа к файлам, увеличивающая скорость передачи данных пропорционально размерам и степени параллелизма системы.

Содержание

Цели разработки

Первоначальная разработка NFS имела следующие цели:

NFS не должна ограничиваться операционной сис
темой UNIX. Любая операционная система должна быть способной реализовать сервер и клиент NFS.
Протокол не должен зависеть от каких-либо определённых аппаратных средств.
Должны быть реализованы простые механизмы восстановления в случае отказов сервера или клиента.
Приложения должны иметь прозрачный доступ к удаленным файлам без использования специальных путевых имен или библиотек и без перекомпиляции.
Для UNIX-клиентов должна поддерживаться семантика UNIX.
Производительность NFS должна быть сравнима с производительностью локальных дисков.
Реализация не должна быть зависимой от транспортных средств.

Компоненты NFS

Реализация NFS состоит из нескольких компонентов. Некоторые из них локализованы либо на сервере, либо на клиенте, а некоторые используются и тем и другим. Некоторые компоненты не требуются для обеспечения основных функциональных возможностей, но составляют часть расширенного интерфейса NFS:

Протокол NFS определяет набор запросов (операций), которые могут быть направлены клиентом к серверу, а также набор аргументов и возвращаемые значения для каждого из этих запросов. Версия 1 этого протокола существовала только в недрах Sun Microsystems и никогда не была выпущена. Все реализации NFS (в том числе NFSv3) поддерживают версию 2 NFS (NFSv2), которая впервые была выпущена в 1985 году в SunOS 2.0. Версия 3 протокола была опубликована в 1993 году и реализована некоторыми фирмами-поставщиками.
Протокол удаленного вызова процедур (RPC) определяет формат всех взаимодействий между клиентом и сервером. Каждый запрос NFS посылается как пакет RPC.
Внешнее представление данных (XDR — External Data Representation) обеспечивает машинно-независимый метод кодирования данных для пересылки через сеть. Все запросы RPC используют кодирование XDR для передачи данных. Следует отметить, что XDR и RPC используются для реализации многих других сервисов, помимо NFS.
Программный код сервера NFS отвечает за обработку всех запросов клиента и обеспечивает доступ к экспортируемым файловым системам.
Программный код клиента NFS реализует все обращения клиентской системы к удаленным файлам путем посылки серверу одного или нескольких запросов RPC.
Протокол монтирования определяет семантику монтирования и размонтирования файловых систем NFS. NFS использует несколько фоновых процессов-демонов. На сервере набор демонов nfsd ожидают запросы клиентов NFS и отвечают на них.
Демон mountd обрабатывает запросы монтирования. На клиенте набор демонов biod обрабатывает асинхронный ввод/вывод блоков файлов NFS.
Менеджер блокировок сети (NLM — Network Lock Manager) и монитор состояния сети (NSM — Network Status Monitor) вместе обеспечивают средства для блокировки файлов в сети. Эти средства, хотя формально не связаны с NFS, можно найти в большинстве реализаций NFS. Они обеспечивают сервисы не возможные в базовом протоколе. NLM и NSM реализуют функционирование сервера с помощью демонов lockd и statd соответственно.

Версии

Версия 1

Детали реализации определены в RFC 1094. Версия 1 была только для внутреннего пользования в экспериментальных целях. Когда команда разработчиков добавила существенные изменения в NFS версии 1, была выпущена версия 2, которая уже использовалась за пределами компании.

Версия 2

Версия 2 протокола NFS (RFC 1094, март 1989 года) первоначально полностью работала по протоколу UDP. Разработчики решили не хранить данных о внутреннем состоянии внутри протокола, как пример, блокировка, реализованная вне базового протокола. Люди, вовлечённые в создание NFS версии 2 — Расти Сендберг (Rusty Sandberg,) Боб Лайон (Bob Lyon), Билл Джой (Bill Joy) и Стив Клейман (Steve Kleiman).

Версии 3

NFSv3 (RFC 1813, июнь 1995 года). Добавлено:

Описатели файлов в версии 2 — это массив фиксированного размера — 32 байта. В версии 3 — это массив переменного размера с размером до 64 байт. Массив переменной длины в XDR определяется 4-байтным счётчиком, за которым следуют реальные байты. Это уменьшает размер описателя файла в таких р
еализациях, как, например, UNIX, где требуется всего около 12 байт, однако позволяет не-Unix реализациям обмениваться дополнительной информацией.
Версия 2 ограничивает количество байт на процедуры READ или WRITE RPC размером 8192 байта. Это ограничение не действует в версии 3, 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.
Размеры файлов и начальное смещение в байтах для процедур READ и WRITE стали использовать 64-битную адресацию вместо 32-битной, что позволяет работать с файлами большего размера.
Атрибуты файла возвращаются в каждом вызове, который может повлиять на атрибуты. Это уменьшает количество вызовов GETATTR, требуемых клиентом.
Записи (WRITE) могут быть асинхронными, тогда как в версии 2 они должны были быть синхронными. Это может улучшить производительность процедуры WRITE.
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).

На момент введения версии 3, использование разработчиками TCP как транспортного протокола начало расти. Хотя некоторые разработчики уже добавили поддержку протокола TCP для NFS версии 2 в качестве транспортного, Sun Microsystems добавили поддержку TCP в NFS версии 3. Использование TCP сделало использование NFS через глобальную сеть более осуществимым.

Версия 4

NFSv4 (RFC 3010, декабрь 2000 г., RFC 3530, пересмотренная в апреле 2003), под влиянием AFS и CIFS, включила в себя улучшениепроизводительности, высокую безопасность, и предстала полноценным протоколом. Версия 4 стала первой версией, разработанной совместно с Internet Engineering Task Force (IETF), после того, как Sun Microsystems передала развитие протоколов NFS. NFS версии v4.1 была одобрена IESG в январе 2010 года, и получила номер RFC 5661 (новая спецификация, объёмом 612 страниц, стала известна как самый длинный документ, одобренный IETF).Важным нововведением версии 4.1 является спецификация pNFS — Parallel NFS, механизма параллельного доступа NFS-клиента к данным множества распределенных NFS-серверов. Наличие такого механизма в стандарте сетевой файловой системы поможет строить распределённые «облачные» («cloud») хранилища и информационные системы.

Другие модули

WebNFS — это расширение для NFS версий 2 и 3, которое позволяют легче интегрироваться в веб-браузеры и дает возможность работы через брандмауэр. Различные сторонние протоколы стали ассоциироваться с NFS, в том числе:

Менеджер блокировок сети (NLM — Network Lock Manager) и монитор состояния сети (NSM — Network Status Monitor) вместе обеспечивают средства для блокировки файлов в сети. Эти средства, хотя формально не связаны с NFS, можно найти в большинстве реализаций NFS. Они обеспечивают сервисы, не возможные в базовом протоколе. NLM и NSM реализуют функционирование сервера с помощью демонов lockd и statd, соответственно.

Протокол удалённой информации о квотах (RQUOTAD) (NFS позволяет пользователям просматривать дисковую квоту на удаленном NFS сервере).

Платформы

Хотя NFS чаще всего используют в UNIX-подобных системах, данный протокол можно также использовать и на других операционных системах, таких, как Mac OS Classic, OpenVMS, Microsoft Windows, Novell NetWare, и IBM AS/400. В число а
льтернативных протоколов удаленного доступа к файлам входят Server Message Block (SMB, также известный как CIFS) протокол, Apple Filing Protocol (AFP), NetWare Core Protocol (NCP). Под операционной системой Microsoft Windows SMB и NetWare Core Protocol (NCP) используется чаще, чем NFS; В системах Macintosh AFP встречается чаще, чем NFS.

Типичные настройки NFS клиента и NFS сервера

Клиенту безразлично, получает ли он доступ к локальному файлу или к NFS-файлу. Ядро определяет это, когда файл открыт.
NFS-клиент отправляет RPC-запросы NFS-серверу через модуль TCP/IP. NFS обычно использует UDP, однако более новые реализации могут использовать TCP.
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.
Когда NFS-сервер получает запрос от клиента, он передается 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 мейнфреймов IBM предоставляет только функции NFS-сервера.

Стандарты

RFC 1094 NFS: Network File System Protocol Specification] (March 1989)
RFC 1813 NFS Version 3 Protocol Specification] (June 1995)
RFC 2224 NFS URL Scheme
RFC 2339 An Agreement Between the Internet Society, the IETF, and Sun Microsystems, Inc. in the matter of NFS V.4 Protocols
RFC 2623 NFS Version 2 and Version 3 Security Issues and the NFS Protocol’s Use of RPCSEC_GSS and Kerberos V5
RFC 2624 NFS Version 4 Design Considerations
RFC 3010 NFS version 4 Protocol
RFC 3530 Network File System (NFS) version 4 Protocol
RFC 5661 Network File System (NFS) Version 4 Minor Version 1 Protocol

См. также

Ссылки

Это заготовка статьи о компьютерных сетях. Вы можете помочь проекту, дополнив её.