第九章 网络文件共享服务之NFS

9.1 nfs介绍

9.1.1 nfs特点

  NFS（Network File System）即网络文件系统，是FreeBSD支持的文件系统中的一种，它允许网络中的计算机之间通过TCP/IP网络共享资源。

  在NFS的应用中，本地NFS的客户端应用可以透明地读写位于远端NFS服务器上的文件，就像访问本地文件一样

  nfs适用于Linux与Unix之间实现文件共享，不能实现Linux与Windows间的文件共享功能

  nfs是运行在应用层的协议，其监听于2049/tcp和2049/udp套接字上

  nfs服务只能基于IP进行认证，这也是它的缺点之一

9.1.2 使用nfs的好处

  a) 节省本地存储空间，将常用的数据存放在一台NFS服务器上且可以通过网络访问，那么本地终端将可以减少自身存储空间的使用

  b) 用户不需要在网络中的每个机器上都建有Home目录，Home目录可以放在NFS服务器上且可以在网络上被访问使用

  c) 一些存储设备如软驱、CDROM和Zip（一种高储存密度的磁盘驱动器与磁盘）等都可以在网络上被别的机器使用。这可以减少整个网络上可移动介质设备的数量

9.1.3 nfs的体系组成

  nfs体系至少有两个主要部分：

    一台NFS服务器

    若干台客户机

  nfs体系的架构图如下：

  客户机通过TCP/IP网络远程访问存放在NFS服务器上的数据

  在NFS服务器正式启用前，需要根据实际环境和需求，配置一些NFS参数

9.1.4 nfs的应用场景

  nfs有很多实际应用场景，以下是一些常用的场景：

  a) 多个机器共享一台CDROM或其他设备。这对于在多台机器中安装软件来说更加便宜与方便

  b) 在大型网络中，配置一台中心NFS服务器用来放置所有用户的home目录可能会带来便利。这些目录能被输出到网络以便用户不管在哪台工作站上登录，总能得到相同的home目录

  c) 不同客户端可在NFS上观看影视文件，节省本地空间

  d) 在客户端完成的工作数据，可以备份保存到NFS服务器上用户自己的路径下

9.2 nfs工作机制

  nfs是基于rpc来实现网络文件系统共享的。所以我们先来说说rpc

9.2.1 RPC

  RPC（Remote Procedure Call Protocol），远程过程调用协议，它是一种通过网络从远程计算机程序上请求服务，而不需要了解底层网络技术的协议。

  RPC协议假定某些传输协议的存在，如TCP或UDP，为通信程序之间携带信息数据。在OSI网络通信模型中，RPC跨越了传输层和应用层。

  RPC采用客户机/服务器模式。请求程序就是一个客户机，而服务提供程序就是一个服务器。

  rpc工作机制如上图所示，下面来描述一下它：

  a) 客户端程序发起一个RPC系统调用基于TCP协议发送给另一台主机（服务端）

  b) 服务端监听在某个套接字上，当收到客户端的系统调用请求以后，将收到的请求和其所传递的参数通过本地的系统调用执行一遍，并将结果返回给本地的服务进程

  c) 服务端的服务进程收到返回的执行结果后将其封装成响应报文，再通过rpc协议返回给客户端

  d) 客户端调用进程接收答复信息，获得进程结果，然后调用执行继续进行

  CentOS6中RPC服务的进程名是portmapper，可以通过rpcinfo -p查看当前系统使用的RPC服务名

9.2.2 NIS

  NIS：Network Information System，网络信息系统，是对主机帐号等系统提供集中管理的网络服务。

  用户登录任何一台NIS客户机都会从NIS服务器进行登录认证，可实现用户帐号的集中管理

  NIS协议是明文的，所以NIS一般不建议在公网中使用而通常在局域网中使用。

  此章主要是讲NFS，所以NIS的配置这里就不详说了，有兴趣的朋友可以去网上搜索

9.2.3 nfs工作机制

  NFS服务器端运行着四个进程：nfsd，mountd，idmapd，portmapper

    idmapd：实现用户帐号的集中映射，把所有的帐号都映射为NFSNOBODY，但是在访问时却能以本地用户的身份去访问

    mountd：用于验证客户端是否在允许访问此NFS文件系统的客户端列表中，在则允许访问（发放一个令牌，持令牌去找nfsd），否则拒绝访问

      mountd的服务端口是随机的，由rpc服务（portmapper）提供随机端口号

    nfsd：nfs的守护进程，监听在2049/tcp和2049/udp端口上

      不负责文件存储（由NFS服务器本地内核负责调度存储），用于理解客户端发起的rpc请求，并将其转交给本地内核，而后存储在指定的文件系统上

    portmapper：NFS服务器的rpc服务，其监听于111/TCP和111/UDP套接字上，用于管理远程过程调用（RPC）

  下面通过一个例子来说明NFS的简单工作流程：

    需求：查看file文件的信息，此file存储在远程NFS服务端主机上（挂载在本地目录/shared/nfs中）

  （1）客户端发起查看file信息的指令（ls file）给内核，内核通过NFS模块得知此文件并不是本地文件系统中的文件，而是在远程NFS主机上的一个文件

  （2）客户端主机的内核通过RPC协议把查看file信息的指令（系统调用）封装成rpc请求通过TCP的111端口发送给NFS服务端主机的portmapper

  （3）NFS服务端主机的portmapper（RPC服务进程）告诉客户端说NFS服务端的mountd服务在某某端口上，你去找它验证

    因为mountd在提供服务时必须要向portmapper注册一个端口号，所以portmapper是知道其工作于哪个端口的

  （4）客户端得知服务端的mountd进程端口号后，通过已知的服务端mountd端口号请求验证

  （5）mountd收到验证请求后验证发起请求的客户端是否在允许访问此NFS文件系统的客户端列表中，在则允许访问（发放一个令牌，持令牌去找nfsd），否则拒绝访问

  （6）验证通过后客户端持mountd发放的令牌去×××端的nfsd进程，请求查看某文件

  （7）服务端的nfsd进程发起本地系统调用，向内核请求查看客户端要查看的文件的信息

  （8）服务端的内核执行nfsd请求的系统调用，并将结果返回给nfsd服务

  （9）nfsd进程收到内核返回的结果后将其封装成rpc请求报文并通过tcp/ip协议返回给客户端

9.3 nfs的配置

  主配置文件：/etc/exports，文件中的项的格式相当简单，要共享一个文件系统，只要在文件中添加如下条目即可

directory（or file system） client1（option1，option2） client2（option1，option2）

  nfs主配置文件中的常用选项（option）：

    secure：这个选项是缺省项，它使用了1024以下的TCP/IP端口实现NFS的连接。指定insecure可以禁用这个选项

    rw：允许NFS客户机进行读/写访问。缺省选项是只读的

    async：此选项可以改进性能，但如果没有完全关闭NFS守护进程就重启了NFS服务器，这也可能会造成数据丢失。

    no_wdelay：此选项关闭写延时。如果设置了async，那么NFS就会忽略此选项

    nohide：若将一个目录挂载到另一个目录之上，则原来的目录通常就被隐藏起来或看起来像空的一样。要禁用这种行为，需启用hide选项

    no_subtree_check：此选项关闭子树检查，子树检查会执行一些不想忽略的安全性检查。缺省选项是启用子树检查

    no_auth_nlm：此选项可作为insecure_locks指定，它告诉NFS守护进程不要对加锁请求进行认证。若关心安全性问题，就要避免使用此选项。缺省选项是auth_nlm或secure_locks

    mp（mountpoint=path）：通过显式的声明此选项，NFS要求挂载所导出的目录

    fsid=num：此选项通常在NFS故障恢复时使用。

  用户映射：

    通过NFS中的用户映射，可以将伪或实际用户和组的标识赋给一个正在对NFS卷进行操作的用户。这个NFS用户具有映射所允许的用户和组的许可权限。

    对NFS卷使用一个通用的用户/组可以提供一定的安全性和灵活性，而不会带来很多管理负荷。

    在使用NFS挂载的文件系统上的文件时，用户的访问通常都会受到限制，这就是说用户都是以匿名用户的身份来对文件进行访问的，这些用户缺省情况下对这些文件只有只读权限。

    这种行为对于root用户来说尤其重要。然而，实际上的确存在这种情况：希望用户以root用户或所定义的其他用户的身份访问远程文件系统上的文件。

    NFS允许指定访问远程文件的用户--通过用户标识号（UID）和组标识号（GID），可以禁用正常的squash行为。

    用户映射的选项：

      root_squash：此选项不允许root用户访问挂载上来的NFS卷

      no_root_squash：此选项允许root用户访问挂载上来的NFS卷

      all_squash：此选项对于公共访问的NFS卷来说非常有用，它会限制所有的UID和GID，只使用匿名用户。缺省设置是no_all_squash

      anonuid和anongid：这两个选项将匿名UID和GID修改成特定用户和组帐号

  查看NFS服务器端共享的文件系统：

showmount -e NFSSERVER_IP

  挂载NFS文件系统：

mount -t nfs SERVER:/path/to/sharedfs /path/to/mount_point

  开机自动挂载nfs：编辑/etc/fstab文件，添加如下格式的内容

SERVER:/PATH/TO/EXPORTED_FS/mnt_pointnfsdefaults,_netdev0 0

  客户端挂载时可以使用的特殊选项：

    Client

      Mounting remote directories

      Before mounting remote directories 2 daemons should be started first：

        rpcbind

        rpc.statd

    rsize：其值是从服务器读取的字节数（缓冲）。默认为1024。若使用比较高的值，如8192，可以提高传输速度

    wsize：其值是写入到服务器的字节数（缓冲）。默认为1024。若使用比较高的值，如8192，可以提高传输速度

    The timeo value is the amount of time, in tenths of a second, to wait before resending a transmission after an RPC timout. 

    After the first timeout, the timeout value is doubled for each retry for a maximum of 60 seconds or until a major timeout occurs.

    If connecting to a slow server or over a busy network, better performance can be achiveved by increasing this timeout value.

    The intr option allows signals to interrupt the file operation if a major timeout occurs for a hard-mounted share.

  exportfs：维护exports文件导出的文件系统表的专用工具

    export -ar：重新导出所有的文件系统

    export -au：关闭导出的所有文件系统

    export -u FS：关闭指定的导出的文件系统