ACCESS第二十九歌: 互连网文件系统

29.1 引言

本章中咱们要研究另一个常用的应用程序:NFS(网络文件系统),它为客户程序提供透明的文书访问。NFS的底子是Sun
RPC:远程进度调用。大家先是必须描述一下RPC。

客户程序使用NFS不须求做什么样特其他行事,当NFS内核检测到被访问的文书位于一个NFS服务器时,就会活动发出一个走访该公文的RPC调用。

咱俩对NFS怎样访问文件的底细并不感兴趣,只对它什么行使Internet的说道,尤其是UDP协和,感兴趣。

29.2 Sun远程进度调用

一大半的网络程序设计都是编制一些调用系统提供的函数来成功一定的互联网操作的应用程序。例如,一个函数落成TCP的积极向上打开,另一个到位TCP的懊丧打开,一个函数在一个TCP连接上发送数据,另一个设置一定的商事选项(如激活TCP的keepalive定时器)。在1.15节我们提到过五个常用的用来网络编程的函数集(API):插口(socket)和TLI。正像客户端和劳动器端运行的操作系统可能会不等同一样,双方动用的API也说不定会差别等。由通讯协议和行使协议决定一对客户和服务器是还是不是足以并行通讯。即使两台主机连接在一个网络上,并且都有一个TCP/IP的落成,那么一台主机上的一个使用C语言编写的、使用插口和TCP的Unix客户程序可以和另一台主机上的一个利用COBOL语言编写的、使用其余API和TCP的大型机服务器举办通讯。

相似的话,客户发送命令给服务器,服务器向客户发送应答。近期截止,大家谈论过的装有应用程序—Ping,Traceroute,选路守护程序、以及DNS、TFTP、BOOTP、SNMP、Telnet、FTP和SMTP的客户和服务器—都是选取那种措施贯彻的。

长距离进度调用RPC(Remote Procedure
Call)是一种分裂的互联网程序设计艺术。客户程序编写时只是调用了服务器程序提供的函数。那只是程序员所感觉到的,实际上暴发了上面一些动作。

1:当客户程序调用远程的经过时,它实际上只是调用了一个位居本机上的、由RPC程序包生成的函数。这么些函数被称呼客户残桩(stub)。客户残桩将经过的参数封装成一个网络报文,并且将以此报文发送给服务器程序。

2:服务器主机上的一个服务器残桩负责接收那个互联网报文。它从网络报文中提取参数,然后调用应用程序员编写的服务器进度。

3:当服务器函数重临时,它回到到服务器残桩。服务器残桩提取再次来到值,把重回值封装成一个互联网报文,然后将报文发送给客户残桩。

4:客户残桩从收到到的互连网报文中取出重回值,将其再次来到给客户程序。

互连网程序设计是透过残桩和利用诸如插口或TLI的某部API的RPC库例程来达成的,然而用户程序—客户程序和被客户程序调用的服务器过程—不会和这些API打交道。客户应用程序只是调用服务器的历程,所有网络程序设计的底细都被RPC程序包、客户残桩和服务器残桩所隐藏。

一个RPC程序包提供了成百上千功利。

1:程序设计越发简单,因为很少或大致从不提到网络编程。应用程序设计员只需求编制一个客户程序和客户程序调用的服务器进程。

2:纵然利用了一个不可信的合计,如UDP,像超时和重传等细节就由RPC程序包来拍卖。那就简化了用户应用程序。

3:RPC库为参数和再次来到值的传导提供其余须求的数据转换。例如,如果参数是由整数和浮点数组成的,RPC程序包处理整数和浮点数在客户机和服务器主机上囤积的两样样式。这些功用简化了在异构环境中的客户和服务器的编码难题。

RPC程序安排的细节可以参见参考文献[Stevens
1990]的第18章。多个常用的RPC程序包是Sun
RPC和开花软件基金(OSF)分布式统计环境(DCE)的RPC程序包。大家对此RPC的兴味在于想了然Sun
RPC中经过调用和进程重返报文的款型,因为本章中商讨的互连网文件系统使用了它们。Sun
RPC的第2版定义在RFC 1057 [Sun Microsystems 1988a]中。

Sun RPC

SunRPC有八个本子。一个本子建立在插口API基础上,和TCP和UDP打交道。另一个称作TI-RPC的(独立于运输层),建立在TLIAPI基础上,可以和水源提供的别的运输层协议打交道。固然本章中大家只谈谈TCP和UDP,从研究的视角来看,两者是同一的。

图29-1显得的是行使UDP时,一个RPC进度调用报文的格式。IP首部和UDP首部是明媒正娶的首部,我们早已在图3-1和图11-2中浮现过。UDP首部以下是RPC程序包定义的片段。

图29-1 RPC进程调用报文作为一个UDP数据报的格式

业务标识符(XID)由客户程序设置,由服务器程序再次来到。当客户收取一个回应,它将服务器再次来到的XID与它发送的央浼的XID相相比较。如果不般配,客户就放任这一个报文,等待从服务器再次来到的下一个报文。每趟客户爆发一个新的RPC,它就会改变报文的XID。但是如果客户重传一个原首发送过的RPC(因为它没有收到服务器的一个应对),重传报文的XID不会修改。

调用(call)变量在经过调用报文中安装为0,在应答报文中设置为1。当前的RPC版本是2。接下来多少个变量:程序号、版本号和经过号,标识了服务器上被调用的一定进度。

证书(credential)字段标识了客户。有些景况下,证书字段设置为空值;其它一些情况下,证书字段设置为数字方式的客户的用户号和组号。服务器能够查看证书字段以控制是或不是举办请求的进度。验证(verifier)字段用于拔取了DES加密的广安RPC。即使证书字段和表明字段是可变长度的字段,它们的尺寸也视作字段的一片段被编码。

接下去是进程参数(procedure
parameter)字段。参数的格式依赖于远程进度的概念。接收者(服务器残桩)怎么着知道参数字段的大小呢?既然使用的是UDP商事,UDP数据报的大大小小减去印证字段以上所有字段的长度就是参数的分寸。要是应用的不是UDP而是TCP,因为TCP是一个字节流协议,没有记录边界,所以并未稳定的长度。为了化解那么些标题,在TCP首部和XID之间增添了一个4字节的长短字段,告诉接收者这几个RPC调用由多少字节组成。那也使得一个RPC调用报文在需要时方可用三个TCP段来传输(DNS使用了就像的技巧,参见习题14-4)。

图29-2显得了一个RPC应答报文的格式。当远程进程再次来到时,服务器残桩将这么些报文发送给客户残桩。

图29-2 RPC应答报文作为一个UDP数据报的格式

回应报文中的XID字段是从调用报文的XID字段复制而来。应答字段设置为1,以分别于调用报文。若是调用报文被接受,状态字段设置为0(假若RPC的版本号不为2,或者服务器不可能分辨客户的地位,调用报文可能被拒绝)。安全的RPC使用表达字段来标识服务器。

若果远程进程调用成功,接受状态字段置为0。一个非零的值可能意味着一个不合规的版本号或者一个不合规的进程号。若是应用的不是UDP而是TCP,就像RPC调用报文一样,在TCP首部和XID字段之间插入一个4字节的长度字段。

29.3 XDR:外部数据表示

外部数据表示XDR(eXternal Data
Representation)是一个标准,用来对RPC调用报文和回答报文中的值进行编码。这个值包蕴RPC首部字段(XID、程序号、接受状态等)、进程参数和进程结果。采取规范的格局对这个值进行编码使得一个系统中的客户可以调用另一个不等架构的连串中的一个经过。XDR在RFC
1014中定义[Sun Microsystems 1987]。

XDR定义了成百上千数据类型以及它们如何在一个RPC报文中传输的切实可行方式(如比特顺序,字节顺序等)。发送者必须拔取XDR格式构造一个RPC报文,然后接收者将XDR格式的报文转换为本机的代表方式。例如,在图29-1和图29-2中,大家显示的保有整数值(XID、调用字段、程序号等)都是4字节的整数。在XDR中,所有的平头的确占据4个字节。XDR帮助的其余数据类型包含无符号整数、布尔类型、浮点数、定长数组、可变长数组和结构。

29.4 端口映射器

带有远程进程的RPC服务器程序使用的是临时端口,而不是尽人皆知端口。那就须求某种方式的“注册”程序来跟踪哪一个RPC程序采用了哪一个暂时端口。在Sun
RPC中,那几个注册程序被称作端口映射器(port mapper)。

“端口”这个词作为Internet协议族的一个特征,来自于TCP和UDP端口号。既然TIRPC可以工作在任何运输层协议之上,而不仅仅是TCP和UDP,所以使用TI-RPC的系统中(如SVR4和Solaris 2.2),端口映射器的名字变成了rpcbind。下面我们继续使用更为常见的端口映射器的名字。

很当然地,端口映射器本身必须有一个盛名端口:UDP端口111和TCP端口111。端口映射器也就是一个RPC服务器程序。它有一个程序号(100000)、一个版本号(2)、一个TCP端口111和一个UDP端口111。服务器程序使用RPC调用向端口映射器注册自身,客户程序使用RPC调用向端口映射器查询。端口映射器提供多个劳务进度:

1:PMAPPROC_SET。一个RPC服务器启动时调用那些历程,注册一个程序号、版本号和包蕴一个端口号的商谈。

2:PMAPPROC_UNSET。RPC服务器调用此进程来删除一个早就登记的照耀。

3:PMAPPROC_GETPORT。一个RPC客户启动时调用此进度。依据一个加以的程序号、版本号和情商来得到注册的端口号。

4:PMAPPROC_DUMP。重回端口映射器数据库中存有的笔录(每个记录包含程序号、版本号、协议和端口号)。

在一个RPC服务器程序启动,接着被一个RPC客户程序调用的历程中,进行了以下部分手续:

1:一般景观下,当系统带领时,端口映射器必须首先启动。它创造一个TCP端点,并且被动打开TCP端口111。它也开创一个UDP端点,并且在UDP端口111等待着UDP数据报的来临。

2:当RPC服务器程序启动时,它为它所支撑的次序的每一个版本创制一个TCP端点和一个UDP端点(一个加以的RPC程序可以匡助七个版本。客户调用一个服务器进程时,表达它想要哪一个本子)。五个端点各自绑定一个临时端口(TCP端口号和UDP端口号是还是不是同样非亲非故首要)。服务器通过RPC调用端口映射器的PMAPPROC_SET进程,注册每一个程序、版本、协议和端口号。

3:当RPC客户程序启动时,它调用端口映射器的PMAPPROC_GETPORT进程来取得一个点名程序、版本和商讨的临时端口号。

4:客户发送一个RPC调用报文给第3步回去的端口号。如若利用的是UDP,客户只是发送一个包涵RPC调用报文(见图29-1)的UDP数据报到服务器相应的UDP端口。服务器发送一个分包RPC应答报文(见图29-2)的UDP数据报到客户作为响应。

设若运用的是TCP,客户对服务器的TCP端口号做一个主动打开,然后在确立的TCP连接上发送一个RPC调用报文。服务器作为响应,在接连上发送一个RPC应答报文。

先后rpcinfo(8)打印了端口映射器中当前的映照记录(它调用了端口映射器的PMAPPROC_DUMP进程)。那里给出的是超级的输出:

可以看来有些程序真的支撑八个本子。在端口映射器中,每一个程序号、版本号和商谈的组圣萨尔瓦多有协调的端口号映射。

设置守护程序(mount
daemon)的几个本子可以经过一样的TCP端口号(702)和千篇一律的UDP端口号(699)来拜访,而加锁管理程序(lock
manager)的各种版本都有独家分歧的端口号。

29.5 NFS协议

采用NFS,客户可以透明地拜会服务器上的文件和文件系统。那不相同于提供文件传输的FTP(第27章)。FTP会发生文书一个完完全全的副本。NFS只访问一个历程引用文件的那有些,并且NFS的一个目标就是驱动那种访问透明。那就象征任何可以访问一个当地文件的客户程序不需求做任何改动,就活该可以访问一个NFS文件。

NFS是一个行使Sun
RPC构造的客户服务器应用程序。NFS客户通过向一个NFS服务器发送RPC请求来访问其上的公文。即便这一做事可以运用相似的用户进度来贯彻—即NFS客户可以是一个用户进度,对服务器举办显式调用。而服务器也可以是一个用户进度—因为三个理由,NFS一般不那样完毕。首先,访问一个NFS文件必须对客户透明。由此,NFS的客户调用是由客户操作系统代表用户进程来成功的。第二,出于成效的设想,NFS服务器在服务器操作系统中完成。如若NFS服务器是一个用户进度,每个客户请求和服务器应答(包罗读和写的数据)将不得不在根本和用户进程之间举办切换,那一个代价太大。

本节中,大家着眼在RFC1094中验证的第2版的NFS [Sun Microsystems
1988b]。[X/Open1991]中提交了Sun
RPC、XDR和NFS的一个更好的叙说。[Stern
1991]提交了动用和保管NFS的底细。第3版的NFS协议在1993年公布,大家在29.7节中对它做一个简短的描述。

图29-3显得了一个NFS客户和一个NFS服务器的出色配置,图中有众多地点必要注意。

ACCESS,图29-3 NFS客户和NFS服务器的天下第一配置

1:访问的是一个本土文件或者一个NFS文件对于客户来说是晶莹剔透的。当文件被打开时,由基本决定这点。文件被打开之后,内核将地面文件的持有引用传递给名为“本地文件访问”的框中,而将一个NFS文件的装有引用传递给名为“NFS客户”的框中。

2:NFS客户通过它的TCP/IP模块向NFS服务器发送RPC请求。NFS首要行使UDP,最新的已毕也足以应用TCP。

3:NFS服务器在端口2049收到作为UDP数据报的客户请求。固然NFS可以被完毕成采用端口映射器,允许服务器使用一个暂时端口,不过多数的落成都是直接指定UDP端口2049。

4:当NFS服务器收到一个客户请求时,它将那些请求传递给本地文件访问例程,后者访问服务器主机上的一个地点的磁盘文件。

5:NFS服务器要求花一定的日子来拍卖一个客户的哀告。访问当地文件系统一般也急需有些时光。在那段日子距离内,服务器不应该阻碍其余的客户请求获得服务。为了兑现这一成效,一大半的NFS服务器都是多线程的—即服务器的木本中其实有多少个NFS服务器在运行。具体怎么落到实处依靠于分歧的操作系统。既然大部分的Unix内核不是二十四线程的,一个联手的技能就是启动一个用户进度(常被称呼nfsd)的八个实例。这些实例执行一个系列调用,使自己看成一个水源进度保留在操作系统的基石中。

6:同样,在客户主机上,NFS客户必要花一定的时日来拍卖一个用户进度的伸手。NFS客户向服务器主机发出一个RPC调用,然后等待服务器的答问。为了给使用NFS的客户主机上的用户进程提供更加多的并发性,在客户基本中貌似运行着三个NFS客户。同样,具体贯彻也借助于操作系统。Unix系统时常使用类似于NFS服务器的技能:一个叫作biod的用户进度执行一个系统调用,作为一个内核进程保留在操作系统的内核中。

绝半数以上的Unix主机可以看作一个NFS客户,一个NFS服务器,或者双方都是。大多数PC机的贯彻(MS-DOS)只提供了NFS客户落成。一大半的IBM大型机只提供了NFS服务器效率。

NFS实际上不仅由NFS协议组成。图29-4显得了NFS使用的不比RPC程序。

图29-4 NFS使用的两样RPC程序

在这个图中,程序的版本是在SunOS 4.1.3中使用的。更新的实现提供了其中一些程序更新的版本。例如,Solaris 2.2还支持端口映射器的第3版和第4版,以及安装守护程序的第2版。SVR4支持第3版的端口映射器。

在客户可以访问服务器上的文件系统以前,NFS客户主机必须调用安装守护程序。大家在底下探究安装守护程序。

加锁管理程序和境况监视器允许客户锁定一个NFS服务器上文件的片段区域。那八个程序独立于NFS协议,因为加锁需求知道客户和服务器的意况,而NFS本身在服务器上是无状态的(上面大家对NFS的无状态会介绍得更加多)。[X/Open
1991]的第9,10和11章表达了应用加锁管理程序和气象监视器进行NFS文件锁定的经过。

29.5.1 文件句柄

NFS中一个基本概念是文本句柄(file
handle)。它是一个不透明(opaque)的目的,用来引用服务器上的一个文本或目录。不透明指的是服务器创造文件句柄,把它传递给客户,然后客户走访文件时,使用相应的文书句柄。客户不会翻动文件句柄的始末—它的内容只对服务器有意义。

老是一个客户进程打开一个实在位于一个NFS服务器上的文书时,NFS客户就会从NFS服务器那里获取该文件的一个文本句柄。每一回NFS客户为用户进程读或写文件时,文件句柄就会传给服务器以指定被访问的文书。

貌似意况下,用户进度不会和文件句柄打交道—唯有NFS客户和NFS服务器将文件句柄传来传去。在第2版的NFS中,一个文件句柄占据32个字节,第3版中追加为64个字节。

  Unix服务器一般在文件句柄中存储下面的信息:文件系统标识符(文件系统最大和最小的设备号),i-node号(在一个文件系统中唯一的数值)和一个i-node的生成码(每当一个i-node被一个不同的文件重用时就改变的数值)。
29.5.2 安装协议

客户必须在访问服务器上一个文件系统中的文件此前,使用安装协议安装那么些文件系统。一般景色下,那是在客户主机指引时成功的。最终的结果就是客户获得服务器文件系统的一个文本句柄。

图29-5显示了一个Unix客户发出mount(8)命令所发生的情形,它说明一个NFS的设置进程。

图29-5 使用Unixmount命令的设置协议

逐条发生了上面的动作。

1:服务器上的端口映射器一般在服务器主机指导时被启动。

2:安装守护程序(mountd)在端口映射器之后被启动。它成立了一个TCP端点和一个UDP端点,并各自予以一个暂时的端口号。然后它在端口映射器中登记那么些端口号。

3:在客户机上执行mount命令,它向服务器上的端口映射器发出一个RPC调用来取得服务器上安装守护程序的端口号。客户和端口映射器交互既可以采纳TCP也可以选择UDP,但貌似拔取UDP。

4:端口映射器应答以安装守护程序的端口号。

5:mount命令向安装守护程序发出一个RPC调用来安装服务器上的一个文件系统。同样,既可以行使TCP也足以动用UDP,但貌似选择UDP。服务器现在得以作证客户,使用客户的IP地址和端口号来辨别是不是允许客户安装指定的文件系统。

6:安装守护程序应答以指定文件系统的文书句柄。

7:客户机上的mount命令发出mount系统调用将第5步回去的文本句柄与客户机上的一个本土安装点联系起来。文件句柄被储存在NFS客户代码中,从现在起来,用户进度对于那一个服务器文件系统的其余引用都将从使用那几个文件句柄初阶。

上述落成技能将有所的设置处理,除了客户机上的mount系统调用,都位于用户进度中,而不是坐落内核中。我们来得的多少个程序—mount命令、端口映射器和安装守护程序—都是用户进度。

用作一个例子,在大家的主机sun(一个NFS客户机)上举办:

sun # mount -t nfs bsdi:/usr /nfs/bsdi/usr

本条命令将主机bsdi(一个NFS服务器)上的/usr目录安装成为当地文件系统/nfs/bsdi/usr。图29-6出示了结果。

图29-6 将bsdi:/usr 目录安装成主机 sun 上的/nfs/bsdi/usr 目录

当大家引用客户机sun上的/nfs/bsdi/usr/rstevens/hello.c文件时,实际上引用的是服务器bsdi上的文书/usr/rstevens/hello.c。

29.5.3 NFS过程

今昔我们描述NFS服务器提供的15个进度(使用的个数与NFS进度的实在个数不雷同,因为我们把它们根据职能分了组)。固然NFS被规划成可以在差其他操作系统上工作,而不只是Unix系统,可是一些提供Unix效率的历程也许不被其它操作系统协理(例如硬链接、符号链接、组的属主和执行权等)。[Stevens
1992]的第4章包括了Unix文件系统其余的一些音讯,其中多少被NFS采纳。

1:GETATTR。再次回到一个文书的质量:文件类型(一般文件,目录等)、访问权限、文件大小、文件的属主者及上次访问时间等音讯。

2:SETATTR。设置一个文书的属性。只同意设置文件属性的一个子集:访问权限、文件的属主、组的属主、文件大小、上次访问时间和上次修改时间。

3:STATFS。再次来到一个文件系统的动静:可用空间的高低、最佳传送大小等。例如Unix的df命令使用此进程。

4:LOOKUP。查找一个文书。每当一个用户进度打开一个NFS服务器上的一个文本时,NFS客户调用此进程。

5:READ。从一个文件中读数据。客户表达文件的句柄、读操作的初步地方和读数据的最大字节数(最多8192个字节)。

6:WRITE。对一个文件举行写操作。客户表达文件的句柄、伊始地方、写多少的字节数和要写的数量。

7:CREATE。成立一个文书。

8:REMOVE。删除一个文书。

9:RENAME。重命名一个文本。

10:LINK。为一个文件构造一个硬链接。硬链接是一个Unix的概念,指的是磁盘中的一个文书可以有自由多少个目录项(即名字,也叫作硬链接)指向它。

11:SYMLINK。为一个文件创制一个标记链接。符号链接是一个涵盖另一个文本名字的文书。半数以上引用符号链接的操作(例如,打开)实际上引用的是符号链接所指的公文。

12:READLINK。读一个标志链接。即重返符号链接所指的公文的名字。

13:MKDIR。创造一个索引。

14:RMDIR。删除一个索引。

15:READDIR。读一个目录。例如,Unix的ls命令使用此过程。

这么些进程实际上有一个前缀NFSPROC_,大家把它差不多了。

29.5.4 UDP还是TCP

NFS最初是用UDP写的,所有的厂商都提供了那种落成。最新的一些落到实处也扶助TCP。TCP匡助重点用以广域网,它可以使文件操作更快。NFS已经不复局限于局域网的利用。

当从LAN转换到W N时,网络的动态特征变化得那多少个大。往返时间(round-trip
time)变动范围大,拥塞日常暴发。WAN的那么些特征使得大家着想拔取具有TCP属性的算法——慢启动,不过可以幸免拥塞。既然UDP没有提供其他像样的东西,那么在NFS客户和服务器上平添同样的算法或者选择TCP。

29.5.5 TCP上的NFS

Berkeley完成的Net/2NFS支撑UDP或者TCP。[Macklem
1991]叙述了这么些完结。让我们看一下施用TCP有怎样差距。

1:当服务器主机举办指点时,它启动一个NFS服务器,后者被动打开TCP端口2049,等待着客户的连天请求。那寻常是另一个NFS服务器,正常的NFS
UDP服务器在UDP端口2049守候着进入的UDP数据报。

2:当客户拔取TCP安装服务器上的文件系统时,它对服务器上的TCP端口2049做一个积极性打开。那样就为那一个文件系统在客户和服务器之间形成了一个TCP连接。如若一致的客户安装同样服务器上的另一个文件系统,就会创立另一个TCP连接。
3:客户和服务器在它们总是的四头都要安装TCP的keepalive选项,那样两边都能检测到对方主机崩溃,或者崩溃然后重启动。

4:客户方所有应用这些服务器文件系统的应用程序共享那么些TCP连接。例如,在图29-6中,倘诺在bsdi的/usr目录下还有另一个目录smith,那么对七个目录/nfs/bsdi/usr/rstevens和/nfs/bsdi/usr/smith下拥有文件的引用将共享同样的TCP连接。

5:假若客户检测到服务器已经旁落,或者崩溃然后重启动(通过收取一个TCP差错“连接超时”或者“对方复位连接”),它尝试与服务珍爱新树立连接。客户做另一个积极性打开,为同一个文件系统请求重新建立TCP连接。在原先总是上超时的富有客户请求在新的连年上都会再一次发出。

6:假若客户机崩溃,那么当它崩溃时正在运作的应用程序也要完蛋。当客户机重新启动时,它很可能选用TCP重新安装服务器的文件系统,那将导致和服务器的另一个接连。客户和服务器之间针对同一个文件系统的前一个连接现在开拓了一半(服务器方认为它还开着),可是既然服务器设置了keepalive选项,当服务器发出下一个keepalive探查报文时,那么些半开着的TCP连接就会被中止。

乘机时光的蹉跎,此外一些厂商也陈设援救TCP上的NFS。

29.6 NFS实例

大家接纳tcpdump来看一下在第顶级的公文操作中,客户调用了怎么着NFS进度。当tcpdump检测到一个暗含RPC调用(在图29-1中调用字段等于0)、目标端口是2049的UDP数据报时,它把数量报根据一个NFS请求举办解码。类似地,如若一个UDP数据报是一个RPC应答(在图29-2中应答字段为1),源端口是2049,tcpdump就把此数量报作为一个NFS应答来解码。

29.6.1 不难的例证:读一个文件

首先个例子是运用cat(1)命令将位于一个NFS服务器上的一个文书复制到终端上:

犹如图29-6所示,主机sun(NFS客户机)上的文件系统/nfs/bsdi/usr实际上是主机bsdi(NFS服务器)上的/usr文件系统。当cat打开这么些文件时,sun上的基业检测到那或多或少,然后使用NFS去做客文件。图29-7出示了tcpdump的出口。

当tcpdump解析一个NFS请求或应答报文时,它打印客户的XID字段,而不是端口号。第1行和第2行中的XID字段值是0x7aa6。

客户基础中的打开函数三遍拍卖文件名/nfs/bsdi/usr/rstevens/hello.c中的一个成员。当处理到/nfs/bsdi/usr时,它发现那是指向一个已安装的NFS文件系统的一个安装点。

在第1行中,客户调用GETAT
TR进度获得客户已经设置的服务器目录的性能(/usr)。这一个RPC请求,除IP首部和UDP首部之外,包含104个字节的数目。第2行中的应答重回了一个OK值,除了IP首部和UDP首部之外,蕴涵了96个字节的数额。在这么些图中,我们可以看来最小的NFS报文包蕴大致100个字节的多寡。

图29-7 读一个文书的NFS操作

在第3行中,客户调用LOOKUP进程来查阅rstevens文件。在第4行中吸纳一个OK应答。LOOKUP进度表明了文本名rstevens和长途文件系统被设置时由基本保存的文本句柄。应答中涵盖了下一步要运用的一个新的公文句柄。

在第5行中,客户利用第4行中回到的文本句柄对hello.c调用LOOKUP进程。在第6行再次来到了另一个文本句柄。新的文件句柄就是客户在第7行和第9行中援引文件/nfs/bsdi/usr/rstevens/hello.c所选拔的文书句柄。大家看出客户对于正在打开的路径名的每个成员都调用了两次LOOKUP进度。

在第7行中,客户又调用了四遍GETAT
TR进程,接着在第9行中调用了READ进程。客户请求从偏移0初步的1024个字节,可是接受到的没有这样多(减去RPC字段和任何由READ进程再次来到的值的大小,在第10行中回到了38个字节的多少。那是文本hello.c的实际上尺寸)。

在那一个事例中,应用进度对于基本所做的这么些RPC请求和答复一点儿也不了然。应用进度只是调用了基石的open函数,后者引起了3个RPC请求和3个应答(16行),然后应用进程又调用了内核的read函数,它引起了两个请求和两个应答(710行)。该公文位于一个NFS文件服务器,那一点对客户利用进度来说是晶莹的。

29.6.2 简单的例子:创设一个索引

用作另一个简单的例子,大家将当前工作目录改变为一个后创立一个新的目录:

图29-8显示了tcpdump的输出。

图29-8 NFS的操作:cd到NFS目录,然后mkdir

转移目录引起客户调用了三次GETATTR进程(1~4行)。当大家创立新的目录时,客户调用了GETAT
TR进度(56行),接着调用LOOKUP过程(78行,用来验证将创制的目录不存在),跟着调用了MKDIR进度来成立目录(9-10行)。在第8行中,应答OK并不意味目录存在。它只是代表经过重返了。tcpdump并不驾驭NFS进程的再次来到值。它一般打印OK和回复报文中数量的字节数。

29.6.3 无状态

NFS的一个特色(NFS的批评者称之为NFS的一个缺陷,而不是一个风味)是NFS服务器是无状态的(stateless)。服务器并不记录哪个客户正在访问哪个文件。请留意一下在前头给出的NFS进度中,没有一个open操作和一个close操作。LOOKUP进度的成效与open操作有些看似,然而服务器永远也不会驾驭客户对一个文书调用了LOOKUP进程之后是不是会引用该公文。
无状态统筹的说辞是为了在服务器崩溃并且重启动时,简化服务器的夭亡復苏操作。

29.6.4 例子:服务器崩溃

在底下的例证中我们从一个崩溃然后重启动的NFS服务器上读一个文件。那么些事例演示了无状态的服务器是何许使得客户不晓得服务器的垮台。除了在服务器崩溃然后重启动时一个年华上的刹车外,客户并不知道发生的标题,客户利用进度没有面临震慑。

在客户机sun上,大家对一个长文件(NFS服务器主机svr4上的文书/usr/share/lib/termcap)执行cat命令。在传递进度中把以太网的网线拔掉,关闭然后重启动服务器主机,再重复将网线连上。客户被安排成每个NFS
read进度读1024个字节。图29-9呈现了tcpdump的出口。

1~10行对应于客户打开文件,操作看似于图29-7所示。在第11行我们看到对文本的首先个READ操作,在12行重临了1024个字节的数量。那个操作向来延续到129行(读1024个字节的数目,跟着一个OK应答)。

在第130行和第131行大家看出三个请求超时,并且分别在132行和133行重传。第四个难题是那里为啥会有八个读请求,一个从偏移65536起头读,另一个从偏移73728发端读?答案是客户基本检测到客户利用进程正在进展逐项地读操作,所以总计预先取得数据块(半数以上的Unix内核都选拔了那种预读技术)。客户基础也正值运作多少个NFS块I/O守护程序,后者试图代表客户发出多个RPC请求。一个医护程序正在从偏移65536处读8192个字节(以1024字节为一组数据块),而另一个正值从73728处预读8192个字节。

客户重传暴发在130~168行。在第169行大家看到服务器已经重启动,在它对第168行的客户NFS请求做出答复从前,它发送了一个ARP请求。对168行的响应被发送在171行。客户的READ操作继续举行下去。

除了从129行到171行5分钟的间歇,客户选择进度并不知道服务器崩溃然后又重启动了。那些服务器的崩溃对于客户是晶莹的。

为了探讨那几个事例中的超时和重传时间间隔,首先要发现到这儿有八个客户守护程序,分别有它们分其余过期。第1个守护程序(在晃动65536处初阶读)的间距,四舍五入到八个十进制小数点,为0.68,0.87,1.74,3.48,6.96,13.92,20.0,20.0,20.0之类。第2个守护程序(在舞狮73728处起首读)的区间也是一样的(精确到七个小数点)。能够看来这一个NFS客户利用了一个如此的逾期定时器:间隔为0.875秒的倍数,上限为20秒。每一遍超时后,重传间隔翻倍:0.875,1.75,3.5,7.0和14.0。

图29-9 当一个NFS服务器崩溃然后重启动时,客户正在读一个文书的经过

客户要重传多长时间呢?客户有多少个与此有关的选项。首先,假使服务器文件系统是“硬”安装的,客户就会永远重传下去。不过如若服务器文件系统是“软”安装的,客户重传了稳定数目标次数之后就会甩掉。在“硬”安装的气象下,客户还有一个取舍决定是不是允许用户中断无界定的重传。即使客户主机安装服务器文件系统时表明了中断能力,并且只要大家不想在服务器崩溃之后等5分钟,等着服务器重启动,就足以键入一个中断键以甘休客户应用程序。

29.6.5 等幂进度

设若一个RPC进程被服务器执行很多次照样重回同样的结果,那么就把它叫作等幂进度(Idempotent
Procedure)。例如,NFS的读进程是等幂的。正像我们在图29-9中见到的,客户只是重发一个特定的READ调用直到它获得一个响应。在大家的事例中,重传的原故是服务器崩溃了。假设服务器并未崩溃,而是RPC应答报文丢失了(既然UDP是不可相信的),客户只是重传请求,服务器再五遍实施同一的READ进程。同一个文书的同一部分被重读四遍,发送给客户。
那种措施使得的原委在于每个READ请求指出了读操作起来的偏移位置。如若有一个NFS进度需要服务器读一个文书的下N个字节,那种方法就充足了。除非服务器被做成是有情况的(与无状态相反),即使一个应答丢失了,客户重发读下N个字节的READ请求,结果将是分化等的。那就是怎么NFS的READ和WRITE进度必要客户表明最先的偏移地点的缘故。客户维护着情况(每个文件当前的晃动地方),而不是服务器。

不幸的是并不是怀有的文件系统操作都是等幂的。例如,考虑上面的动作:客户NFS发出REMOVE请求来删除一个文书;服务器NFS删除了文本,并回答OK;服务器的答复丢失了;客户NFS超时,然后重传请求;服务器NFS找不到指定的文书,回答提出一个荒谬;客户应用程序接收到一个漏洞极度多表示文件不设有。这一个重返给客户应用程序的错误是有有失水准态的—该公文的确存在并且被剔除了。

等幂的NFS进程是:GETATTR、STATES、LOOKUP、READ、WRITE、READLINK和READDIR。不是等幂的进度是:CREATE、REMOVE、RENAME、LINK、SYMLINK、MKDIR和RMDIR。SETATTR进度假设不用来截断文件,一般是等幂的。

既然使用UDP总会发生响应报文丢失的现象,NFS服务器要求一种办法来处理非等幂的操作。一大半的服务器已毕了一个多年来应对的高速缓存,用于存放非等幂操作近日的作答。每当服务器收到一个伸手,它首先检查那么些高速缓存,假设找到了一个十分,就重返在此之前的回答而不再调用相应的NFS进度。[Juszczak
1989]提供了那种高速缓存的贯彻细节。

等幂服务器进程的概念可以选取于其它基于UDP的应用程序,而不仅是NFS。例如,DNS也提供了一个等幂服务。一个DNS的服务器可以肆意数次地实施一个解析者的央求而尚未此外不良的结局(如若不考虑互联网资源浪费的话)。

29.7 第3版的NFS

1993年颁发了第3版的NFS协议正式[Sun Microsystem
1994]。其完成有望在1994年变成可能。

我们总计一下第2版和第3版的重点分裂。下面把两者分别名为V2和V3。

1:V2中的文件句柄是32字节的永恒大小的数组。在V3中,它成为了一个最多为64个字节的可变长度的数组。在XDR中,一个可变长度的数组被编码为一个4字节的数组成员个数跟着实际的数组成员字节。那样在落到实处时减弱了文件句柄的长短,例如Unix只要求12个字节,但又允许非Unix完毕爱抚其余的音讯。

2:V2将各类READ和WRITE
RPC进程可以读写的数额限制为8192个字节。这么些范围在V3中收回了,那就表示一个UDP上的完成只受到IP数据报大小的限定(65535字节)。那样允许在更快的互联网上读写更大的分组。

3:文件大小以及READ和WRITE进度开端偏移的字节从32字节扩张到64字节,允许读写更大的文书。

4:每个影响文件属性值的调用都回来文件的品质。那样裁减了客户调用GETAT
TR过程的次数。

5:WRITE进度可以是异步的,而在V2中须求协同的WRITE进度。那样可以狠抓WRITE进程的习性。

6:V3中删除了一个进度(STAT
FS),伸张了三个进程:ACCESS(检查文件访问权限)、MKNOD(成立一个Unix特殊文件)、READDIRPLUS(再次回到一个索引中的文件名字和它们的质量)、FSINFO(再次回到一个文件系统的静态新闻)、FSSTAT(再次回到一个文件系统的动态音信)、PAT
HCONF(再次来到一个文本的POSIX.1音讯)和COMMIT(将原先的异步写操作提交到外存中)。

29.8 小结

RPC是构造客户-服务器应用程序的一种艺术,使得看起来客户只是调用了服务器的历程。所有的互联网操作细节都被埋伏在RPC程序包为一个应用程序生成的客户和服务器残桩以及RPC库的例程中。大家来得了RPC调用和回复报文的格式,并且关系了使用XDR对传输的值举办编码,使得RPC客户和服务器可以运作在分歧架构的机器上。

最常见应用的RPC应用之一就是Sun的NFS,一个在种种大小的主机上普遍完成的异构的文本访问协议。大家浏览了NFS和它选用UDP和TCP的方式。第2版的NFS协议定义了15个进度。

一个客户对一个NFS服务器的造访开端于安装协议,重临给客户一个文件句柄。客户接着可以选择格外文件句柄来访问服务器文件系统中的文件。在服务器上,三回检查文件名的一个分子,重返每个成员的一个新的文本句柄。最后的结果就是要引用的公文的一个文本句柄,它可以在跟着的读写操作中被采取。

NFS试图把它的所用进度都做成等幂的,使得假使响应报文丢失了,客户只须求重发一个呼吁。大家看来了服务器崩溃然后又重启动时,一个客户读服务器上的一个文件的例子。

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