存储那些事：NAS存储系统相关协议之NFS

有人的地方就有江湖，IT界也不例外。

在过去几十年里，IT江湖从来都是门派林立，纷争不断。如果按照Operating System (下面简称OS), 大概可以分Windows派，类Unix派，还有苹果派(有没有勾起您的食欲?)。这几大门派信徒众多，教规又各不相同，所以经常造成矛盾。比如说，你要共享一个文件系统，Windows派喜欢用CIFS访问，类Unix派习惯用NFS访问，近年来如日中天的苹果派们则用AFP。为了伺候好这些门派，NAS就需要支持多种共享协议。本文要介绍的，就是类Unix习惯使用的NFS。

NFS的全称是Network File System，即网络文件系统。它使一台电脑可以通过网络访问另外一台电脑上的共享，使用起来就如同本地文件系统一样方便。我在大学里就共享过一整个文件系统，过几天就有校友在上面放了很多小电影，还经常更新。可见共享不仅是奉献，有时候还有收获，感谢共享协议的开发者们!

NFS的开发者就是曾经名震江湖的SUN公司(看名字好像是日月神教的分支)，它已经在三年前被甲骨文收入门下。SUN把NFS的第一个版本NFSv1藏在深闺，就像古墓里的小龙女，从不露面。等到在江湖上开始流行NFS，已经是第二版NFSv2了。NFSv2很好用，但是问题也不少，比如它不支持大于2GB的文件，但这在90年代之前还不是大问题。令人费解的是，虽然NFSv3在1995年就面世了，但到今天还有人坚持用NFSv2。我直到写《IT装B指南》时才恍然大悟：用老版本的都是IT贵族啊，配NFSv4的只能算初级iBer。

其实NFS可以工作在任何OS上。只不过因为门派之别，一般只在类Unix环境中使用。目前广泛应用的版本还是NFSv3,我们有机会再另文讨论NFSv4。下图展示了多台客户端通过NFS对NAS的访问。

NAS在这里充当了NFS服务器的角色，而Linux，Solaris和AIX则是NFS客户机。NFS的功能很多，不同的功能对应着不同的daemon。比如一定要有的nfsd和mountd，还有可选的lockd和statd。

每个daemon都需要占用一些端口，但有些daemon是可选的，也许用户根本不会启用它们。所以，NFS并没有给每个NFS daemon保留固定端口(除了nfsd)。而是在系统启动时给需要启用的NFS daemon分配端口，然后把这些端口号告诉RPC daemon。RPC daemon的端口号是固定的111，每个NFS客户机都知道怎么联系它。当客户机需要连接NFS的某个daemon时，就不得不先咨询RPC daemon，获得该NFS daemon对应的端口号，然后再发送NFS请求。

我第一次看到RPC daemon的工作原理，就想起交大管浴室的老头。他的固定地址是门房(相当于端口111)，每个要洗澡的学生(NFS客户机)都知道怎么找到他，他会给你一个带号码的钥匙(端口号)，有了这个号码，你就可以找到相应的格子(NFS daemon)放衣服了。

很少有人会对自己的共享不加限制，像我一样收获小电影的毕竟是少数，大多数人收获的是恶作剧。NFS通过限制客户机(比如IP地址， hostname等)访问来实现安全控制。下表列举了一些NFS服务器端的参数：

这些配置只能限制一整台客户机，无法限制到具体用户。比如某台客户机被限制为rw，那该机的所有用户都可能有读写权限。这显然是不够安全的，但NFS协议本身又无法识别具体用户的权限。为了解决这个问题，NFS服务器端利用本地权限(rwxrwxrwx,以及owner和group)，结合客户端的UID和GID来确定客户端权限。这个机制要求NFS客户机上的User-UID-Group必须都能在服务器上找到，否则容易造成混乱。个人认为NIS是一个很好的选择，我们有机会再另文讨论。

NFS服务器上的共享创建好了之后，客户端就可以挂载(mount)了。挂载的参数很多，我们只介绍对性能影响较大的几个：

挂载之后，我们就可以使用该共享了。我在lab里挂载了一个文件系统(/paddy_fs_01)，然后读取其中一个文件(abc.txt)。命令如下：

[root@NISclient ~]# mount 10.32.106.25:/paddy_fs_01 paddy_fs_01

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

为了更好的说明NFS的工作原理，我把全过程抓了包。把其中不重要的包过滤掉之后，我们可以这样解读(下列序号与截图中的包号相对应)：

1. 客户机：RPC，请问nfsd的端口号是多少呀?

2. 服务器：是2049。

3. 客户机：那我测试一下2049通不通。

4. 服务器：收到了，是通的。

5. 客户机：RPC，请问mountd的端口号是多少呀?

6. 服务器：是1234。

7. 客户机：那我测试一下1234通不通。

8. 服务器：收到了，是通的。

9. 客户机：我要挂载 /paddy_fs_01。

10.服务器：(根据该共享的配置，这台客户机有挂载权限，所以)你的请求被批准了。

11.客户机：我测试一下挂上了没有。

12.服务器：挂上了啦。

13.客户机：我想看看这个文件系统的属性。

14.服务器：给，就这些。

...挂载结束，读abc.txt开始：

17. 客户机：我要访问 /paddy_fs_01。

18. 服务器：来吧，(根据你的UID)你有读，查询，更改，扩展和删除的权利。

19. 客户机：我想看看有哪些子目录。

20. 服务器：看，就这些。

21. 客户机：我想看看abc.txt的属性。

22. 服务器：File Mode等属性都在这了。

23. 客户机：我还想再看看。

24. 服务器：再给你一次好了。

25. 客户机：我想访问abc.txt。

26. 服务器：你有权限的，访问吧。

27. 客户机：我要读abc.txt，从0开始读16384字节。

28. 服务器：给。

29. 客户机：我要读abc.txt，从16384开始读32768字节。

(被过滤掉的包，服务器传输32768字节给客户机。)

30. 客户机：我要读abc.txt，从49152开始读32606字节。

(被过滤掉的包，服务器传输32606字节给客户机。)