深度掌握NFS服务器

对于NFS服务器，可能你已经有所掌握。但是你真的完全学会了么？很多细节上的知识也许已经被忽略了。没关系，本文就将为大家做一下具体的总结。希望对大家有所帮助。NFS是网络文件系统（Network File System）的简称,是分布式计算系统的一个组成部分,可实现在异种网络上共享和装配远程文件系统.NFS由Sun公司开发,目前已经成为文件服务的一种标准（RFC1904,RFC1813）.其最大的功能就是可以通过网络,让不同操作系统的 计算机可以共享数据,所以也可以将它看做是一个文件服务器.NFS文件服务器是Linux最常见网络的服务之一.尽管它的规则简单,却有着丰富的内涵. NFS 服务器可以看作是一个文件服务器,它可以让你的PC通过网络将远端的NFS 服务器共享出来的文件挂载到自己的系统中,在客户端看来使用NFS的远端文件就象是在使用本地文件一样.

一、硬件设备的选择

随着计算机技术的发展,以硬盘为首的I/O设备对计算机的整体性能影响越来越大,通讯服务器（messaging/E-mail/VOD）:快 速的I/O是这类应用的关键,硬盘的I/O吞吐能力是主要瓶颈;数据仓库:大型商业数据存储、编目、索引、数据分析,高速商业计算等,需要具有良好的网络 和硬盘I/O吞吐能力;数据库（ERP/OLTP等）服务器,除了需要具有强大的CPU处理能力,同时需要有很好的磁盘I/O吞吐性能;

NFS网络文件系统性能的主要瓶颈是硬盘的I/O性能和网络带宽.SCSI（Small Computer System Interface,小型计算机系统接口）技术在需要高性能的网络服务器和工作站领域却得到了广泛应用,现在已经成为网络服务器 的标准的接口选择.速度从SCSI－I最初的5MBps到2005年的320MBps.内部传输率的高低是评价一个硬盘整体性能的决定性因素,硬盘数据传 输率分为内外部传输率.通常称外部传输率也为突发数据传输率或接口传输率,指从硬盘的缓存中向外输出数据的速度.由于硬盘的内部传输率要小于外部传输率, 所以只有内部传输率才可以作为衡量硬盘性能的真正标准.SCSI硬盘技术在内部传输率要性能上有更大优势.通常在一个50个用户的NFS网络系统中使用 10个基于RAID5级别10000rpm的SCSI硬盘可以达到较好的效果.

在服务器磁盘I/O性能之后,网络带宽是网络文件系统下一个瓶颈.通常应当使用单独的1000兆快速以太网连接NFS服务器和客户机发送报文信息.同时确保NFS服务器和客户机工作正常,交换机、路由器等网络设备工作正常.图－1是一个理想的NFS网络拓扑结构.

图－1 一个理想的NFS网络拓扑结构

二、软件环境优化

如果我们没有很高硬件环境,可以考虑从软件方面优化性能.

1、清理NFS服务器磁盘碎片:

不论Linux文件系统采用什么文件格式（ext3、JFS、XFS、ReiserFS ）、何种类型的硬盘(IDE 、SCSI),随着时间的推移文件系统都会趋向于碎片化.ext3、JFS等高级文件系统可以减少文件系统的碎片化,但是并没有消除.在繁忙的数据库服务 器中,随着时间的过去,文件碎片化将降低硬盘性能,硬盘性能从硬盘读出或写入数据时才能注意到.时间长了会发现每个磁盘上确实积累了非常多的垃圾文件,释 放磁盘空间可以帮助系统更好地工作.Linux最好的整理磁盘碎片的方法是做一个完全的备份,重新格式化分区,然后从备份恢复文件.但是对于7×24小时 工作关键任务服务器来说是比较困难的.Kleandisk是一个高效的磁盘清理工具,它能把磁盘上的文件分成不同的"组",比如把所有的"core"文件 归成一组（Group）,这样要删除所有core文件时只要删除这个组就行了.core文件是当软件运行出错时产生的文件,它对于软件开发人员比较有用, 对于其他用户（比如电子邮件服务器）却没有任何意义.因此,如果没有软件开发的需要,见到core文件就可以将其删除.

2、开启硬盘DMA

现在使用的IDE硬盘基本支持DMA66/100/133（直接内存读取）但是Linux发行版本安装后一般没有打开,可以 /etc/rc.d/rc.local 最後面加上一行: /sbin/hdparm -d1 –x66 -c3 -m16 /dev/hda 这样以后每次开机,硬盘的 DMA 就会开启,不必每次手动设定.添加前后你可以使用命令:hdparm -Tt /dev/hda 来测试对比一下.

3、调整缓冲区刷新参数

Linux内核中,包含了一些对于系统运行态的可设置参数.缓冲刷新的参数可以通过调整 /proc/sys/vm/bdflush文件来完成,这个文件的格式是这样的:

# cat /proc/sys/vm/bdflush30 64 64 256 500 3000 60 0 0

每一栏是一个参数,其中最重要的是前面几个参数.第一个数字是在"dirty"缓冲区达到多少的时候强制唤醒bdflush进程刷新硬盘,第二 个数字是每次让bdflush进程刷新多少个dirty块.所谓dirty块是必须写到磁盘中的缓存块.接下来的参数是每次允许bd flush将多少个内存块排入空闲的缓冲块列表. 以上值为RHEL 4.0中的缺省值.可以使用两种方法修改:

（1）使用命令

# echo "100 128 128 512 5000 3000 60 0 0″>/proc/sys/vm/bdflush

并将这条命令加到/etc/rc.d/rc.local文件中去.

（2）在/etc/sysctl.conf 文件中加入如下行:

vm.bdflush = 100 128 128 512 5000 3000 60 0 0

以上的设置加大了缓冲区大小,降低了bdflush被启动的频度,VFS的缓冲刷新机制是Linux文件系统高效的原因之一.

4、NFS版本的选择

NFS协议从诞生到现在为止,已经有多个版本,如NFS V2（rfc1094）,NFS V3（rfc1813）（最新的版本是V4 （rfc3010）.最早,Sun公司曾将NFS v2设计成为只使用UDP协议,主要原因是当时机器的内存、网络速度和CPU的影响,不得不选择对机器负担较轻的方式.而到了NFS v3,Sun公司选择了TCP协议作为缺省的传输方式.

V3相对V2的主要区别:

1、文件尺寸

V2版本最大只支持32BIT的文件大小(4G),而NFS V3版本新增加了支持64BIT文件大小的技术.

2、文件传输尺寸

V3版本没有限定传输尺寸,V2版本最多只能设定为8k,可以使用-rsize and -wsize 选项来进行设定.

3、完整的信息返回

V3版本增加和完善了许多错误和成功信息的返回,对于服务器的设置和管理能带来很大好处.

4、增加了对TCP传输协议的支持

V2版本只提供了对UDP协议的支持,在一些高要求的网络环境中有很大限制,V3增加了对TCP协议的支持.UDP有着传输速度快,非连接传输 的便捷特性,但是UDP在传输上没有TCP来的稳定,当网络不稳定或者黑客入侵的时候很容易使NFS的 Performance 大幅降低甚至使网络瘫 痪.所以对于不同情况的网络要有针对的选择传输协议.

5、异步写入特性.

6、改进了服务器的mount性能.

在Linux上,UDP协议是缺省使用的协 议.作为服务器而言,别无选择.但作为客户端,可以使用TCP协议和其它使用TCP的NFS服务器互连.在局域网中使用UDP协议较好,因为局域网有比较 稳定的网络保证,使用UDP可以带来更好的性能,RHEL 4.0默认使用V2版本.但是 Linux也可以通过mount option的nfsvers=n进行选择.

5、优化输入输出

I/O程序对Linux系统性能也是相当重要的,网络硬件I/O对服务器尤其重要.现在大多数Linux服务器使用10/100 Mb以太网.如果有较重的网络负载,则可以考虑千兆以太网卡.如果没有能力购买千兆网卡的话:可以使用多块网卡虚拟成为一块网卡,具有相同的IP地址.这 项技术,在Linux中,这种技术称为Bonding.Bonding在Linux2.4以上内核中已经包含了,只需要在编译的时候把网络设备选项中的 Bonding driver support选中见图2.当然利用Bonding技术配置双网卡绑定的前提条件是两块网卡芯片组型号相同,并且都具备独立的BIOS芯片.

图2 Linux内核的Bonding driver support选项

然后,重新编译核心,重新起动计算机,执行如下命令:

#ifconfig eth0 down#ifconfig bond0 ipaddress

#ifenslave bond0 eth0

#ifenslave bond0 eth1

现在两块网卡已经象一块一样工作了.这样可以提高集群节点间的数据传输.bonding对于服务器来是个比较好的选择,在没有千兆网卡时,用两 块100兆网卡作bonding,可大大提高服务器到交换机之间的带宽.但是需要在交换机上设置连接bonding网卡的两个子口映射为同一个虚拟接口. 编辑/etc/modules.conf文件,加入如下内容,以使系统在启动时加载Bonding模块.

alias bond0 bondingoptions bond0 mode=0

"mode"的值表示工作模式,共有0、1、2和3四种模式,这里设定为0.Bonding工作在负载均衡（Load Balancing (round-robin)）方式下,即两块网卡同时工作,这时理论上Bonding能提供两倍的带宽.Bonding运行在网卡的混杂 （Promisc）模式下,而且它将两块网卡的MAC地址修改为一样的.混杂模式就是网卡不再只接收目的硬件地址是自身MAC地址的数据帧,而是可以接收 网络上所有的帧.

6、关闭NFS服务器不用的服务

Linux在启动时需要启动很多系统服务,它们向本地和网络用户提供了Linux的系统功能接口,直接面向应用程序和用户.但是,开启不必要服务则会给操作系统带来安全和性能上的影响.以root身份运行:

#ntsysv

把不需要的服务和进程前面的*去掉（用空格键）,然后重新启动系统服务,这样就可以使不需要的服务和进程不再启动.不但安全,而且还能提高系统的性能,一举两得.

7、设定客户机合适的最大传输单元MTU

每个网络都存在最大传输单元MTU（maximum transfer unit）,要求每个数据报必须适合MTU.如果一个数据报进入了一个MTU小于该数据报长度的网络,那么处于网络边界上的路由器会把该数据报分解为多个 小的数据报.这样会影响NFS网络系统的性能.tracepath它是一个工具:它用來跟踪MTU的路徑:首先使用超级用户权限登陆客户机,使用命令::

Resume: pmtu 1500 hops 1 back 1

其中192.168.1.4是NFS服务器IP地址,2049是NFS服务器开启的UDP协议的端口号.

可以使用命令查看:rpcinfo －p 192.168.1.4.最后tracepath命令会给出一个MTU值.

然后使用ifconfig命令查看客户机上用于连接NFS服务器的网卡接口的MTU值.如果两者相差很多,可以使用Ifconfig命令修改.

proc3 22 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

在第五行"th"后的 8表示8个线程.其他数字代表每秒钟线程使用的最大百分比.如果后边三个数字比较大表示可能现在挂载客户机数目比较多,需要增加线程数目.

（1）首先停止nfs服务

# echo 65536 > /proc/sys/net/core/rmem_default

＃ntsysv

图3自动挂载NFS文件系统

打开如图3所示的窗口,在autofs和apmd服务选项加上*（用空格键）,然后重新启动系统,这样可以自动挂载NFS文件系统.

13. 使用stand-alone模式运行NFS

NFS服务器可以以stand-alone、xinetd两种模式运行.stand－alone方式是Unix传统的C/S模式的访问模式.服 务器监听（Listen）在一个特点的端口上等待客户端的联机.如果客户端产生一个连接请求,守护进程就创建（Fork）一个子服务器响应这个连接,而主 服务器继续监听.以保持多个子服务器池等待下一个客户端请求.stand－alone模式工作原理见图4.

图4 stand－alone工作模式

工作在stand－alone模式下的网络服务有route、gated.另外是大家最熟悉是Web服务器:Apache和邮件服务器 Sendmail、NFS.因为在NFS这种负载很大服务器上,预先创子服务器,可以通过客户的服务速度.在Linux系统中通过stand－alone 工作模式启动的服务由/etc/rc.d/下面对应的运行级别当中的符号链接启动.和stand－alone工作模式相比,xinetd模式不想要每一个 网络服务进程都监听其服务端口.运行单个xinetd就可以同时监听所有服务端口,这样就降低了系统开销,保护系统资源.但是对于访问量大、经常出现并发 访问时,xinetd想要频繁启动对应的网络服务进程,反而会导致系统性能下降.察看系统为Linux服务提供那种模式方法在Linux命令行可以使用 pstree命令可以看到两种不同方式启动的网络服务.一般来说系统一些负载高的服务:NFS、sendmail、Apache服务是单独启动的.

14、 NFS服务器设置的调优步骤:

（1）首先挂接NFS服务器和每个客户端.（2） 然后测量当前网络、服务器和每个客户端的执行效率.（3）优化读写块大小.（4） 调整服务器 . 重复第一到第三步直到达到你渴望的性能.

1、挂载/home/cao目录

首先建立这个目录,然后再利用mount指令来挂载NFS 服务器的/home/cao目录:

# mount -t nfs 192.168.1.4:/home/cao /home/nfs/cao

下面使用df命令查看挂载的目录中已经包括:NFS 服务器的IP地址的共享目录,见图5.

图5 挂载NFS服务器的共享目录

将资料挂载进来后,只要进入/home/nfs/cao目录,就等于到了IP地址:192.168.1.4那部NFS 服务器的/home/cao目录中.

2、测试读写数据时间

NFS V2版本的文件传输尺寸设定（-rsize, -wsize）V2最多只能设定为8k,缺省情况是4k（4098字节）,实际情况可能和缺省值有差别.这时需要进行实际测试得到一个最佳值.方法是:

（1）测试NFS网络文件系统的写性能

首先以超级用户身份挂载NFS服务器的/home/cao目录.然后进入本地目录使用命令:

time dd if=/dev/zero of=/home/nfs/cao/nfs.dat bs=16k count=16384

这个命令意思使用命令 dd 向/dev/zero不断输入一个文件,是在NFS服务器的nfs.dat文件里写16384个16KB的块,bs是值是16K也就是一个256MB的文件,通常文件大小（256MB）设定为NFS服务器内存的2倍.同时回写到客户机中同样大小、数量的块.正常的输出结果可能是:

输出了 16384+0 个块user 0m0.200s

输出了 66535+0 个块user 0m0.420s

<p '>192.168.1.4: :/home/cao /home/nfs/cao nfs rsize=8192,wsize=8192,timeo=10,intr

重新使用命令挂载NFS服务器的/home/cao的目录,然后重复上面的（1）、（2）、（3）步骤.比较修改读写块大小后,读写性能是否有 所提高.如果没有提高的话可以直接删除/etc/fstab文件.接着寻找最佳值.用于测试的rsize和wsize必须是1024的倍数,对于 NFS V2版本来说8192是RSIZE和WSIZE的最大数值.

总结:本文介绍了如何在现有条件下提高NFS文件服务器性能,网络管理员充分了解自己的计算机和网络,从而找到真正的瓶颈所在.在预算短缺的今天,理解如何优化系统性能比以往任何时候都重要.一味地硬件投资并不是能够让人们接受的办法,并且也不一定生效.