Network File System(NFS)协议是SUN公司设计的，NFS就是网络上的文件系统。NFS自1984年面世以来，已经流行30年。理论上它适用于任何操作系统，不过因为种种原因，一般只在 Linux/UNIX 环境中存在。

无论SUN的命运如何多舛，NFS始终处乱不惊，这么多年来只出过3个版本，即1984年的NFSv2、1995年的NFSv3和2000年的NFSv4。目前，大多数NFS环境都还是NFSv3，本文介绍的也是这个版本。NFSv2还在极少数环境中运行（只在日本见到过），可以想象这些环境有多老了。而NFSv4因为深受CIFS影响，实施过程相对复杂，所以普及速度较慢。

如何深入学习NFS协议呢？其实所有权威资料都可以在RFC 1813中找到，不过这些文档读起来就像面对一张冷冰冰的面孔，令人望而却步。《鸟哥的Linux私房菜》中对NFS的介绍虽称得上友好，但美中不足的是不够深入，出了问题也不知道如何排查。

ps：不是所有问题都要抓包，如何定位问题的方法很多，本文仅介绍抓包方式。

抓包实践

NFS客户端和文件服务器的IP分别是10.32.106.159和10.32.106.62。在运行挂载命令（mount）时抓了包，然后用“portmap||mount||nfs”进行过滤。

# mount 10.32.106.62:/code /tmp/code

从上图中的Info一栏可以看到，Wireshark已经提供了详细的解析。

包号112和113：

客户端：“我想连接你的NFS进程，应该用哪个端口呀？”

服务器：“我的NFS端口是2049。”

包号123和124：

客户端：“那我试一下NFS进程能否连上。”

服务器：“收到了，能连上。”

包号128和129：

客户端：“我想连接你的mount服务，应该用哪个端口呀？”

服务器：“我的mount的端口号是1234。”

包号132和133：

客户端：“那我试一下mount进程能否连上。”

服务器：“收到了，能连上。”

包号134和135：

客户端：“我要挂载/code共享目录。”

服务器：“你的请求被批准了。以后请用file handle 0x2cc9be18 来访问本目录。”

包号140和141：

客户端：“我试一下NFS进程能否连上。”

服务器：“收到了，能连上。”

包号143和144：

客户端：“我想看看这个文件系统的属性。”

服务器：“给，都在这里。”

包号145和146：

客户端：“我想看看这个文件系统的属性。”

服务器：“给，都在这里。”

以上便是NFS挂载的全过程。细节之处很多，所以在没有Wireshark的情况下很难排错，经常不得不盲目地检查每一个环节，比如先用rpcinfo命令获得服务器上的端口列表，再用 Telnet命令逐个试探。即使这样也只能检查几个关键进程能否连上，排查范围非常有限。

看到portmap请求没有得到回复，可以考虑防火墙对111端口的拦截；如果发现mount请求被服务器拒绝了，就应该检查该共享目录的访问控制。

既然说到访问控制，我们就来看看NFS在安全方面的机制，包括对客户端的访问控制和对用户的权限控制。NFS对客户端的访问控制是通过IP地址实现的。创建共享目录时可以指定哪些IP允许读写，哪些IP只允许读，还有哪些IP连挂载都不允许。

问题1：客户端A上的用户admin在/code目录里新建一个文件，该文件的owner正常显示为admin。但是在客户端B上查看该文件时，owner却变成nasadmin。

上图的Credentials信息可知，用户在创建文件时并没有使用admin这个用户名，而是用了admin的UID501来代表自己的身份（用户名与UID的对应关系是由客户端的 /etc/passwd决定的）。也就是说NFS协议是只认UID不认用户名的。当admin通过客户端A创建了一个文件，其UID 501就会被写到文件里，成为owner信息。

而当客户端B上的用户查看该文件属性时，看到的其实也是“UID:501”。但是因为客户端B上的/etc/passwd文件和客户端A上的不一样，其UID501对应的用户名叫nasadmin，所以文件的owner就显示为nasadmin了。

为了防止这类问题，建议用户名和UID的关系在每台客户端上都保持一致。

问题2： NFS 是如何读写文件的？不同mount参数有什么作用？如何针对性地进行性能调优？

以读取文件abc.txt的过程为例

# cat /tmp/code/abc.txt

包号2和3：

客户端：“我可以进入0x2cc9be18（也就是/code的file handle）吗？”

服务器：“你的请求被接受了，进来吧。”

包号5和6：

客户端：“我想看看这个目录里的文件及其file handle。”

服务器：“文件名及file handle的信息在这里。其中abc.txt的file handle是0x531352e1。”

包号8和9：

客户端：“0x531352e1（也就是abc.txt）的文件属性是什么？“

服务器：“权限、uid、gid, 文件大小等信息都给你。”

包号11和12：

客户端：“我可以打开0x531352e1（也就是abc.txt）吗？”

服务器：“你的请求被允许了。你有读、写、执行等权限。”

包号13、14、152、292：

客户端：“从0x531352e1的偏移量为0处（即从abc.txt的开头位置）读131072字节。”

客户端：“从0x531352e1的偏移量为131072处（即接着上一个请求读完的位置）再读131072字节。”

服务器：“给你131072字节。”

服务器：“再给你131072字节。”（继续读，直到读完整个文件。）

NFS完成了文件的读取过程。从最后几个包可见，Linux客户端读NFS共享文件时是多个 READ Call 连续发出去的（本例中是连续两个）。这个方式跟Windows XP读CIFS共享文件有所不同。Windows XP不会连续发READ Call，而是先发一个Call，等收到Reply后再发下一个。

除了读文件的方式，每个READ Call请求多少数据也会影响性能。这台Linux默认每次读131072字节，实验室里还有默认每次读32768字节的客户端。在高性能环境中，要手动指定一个比较大的值。我的Isilon实验室中，常常要调到512KB。这个值可以在mount时通过rsize参数来定义，比如 “mount -o  rsize=524288 10.32.106.62:/code/tmp/code”。

问题3：NFS 是如何写写文件的？不同mount参数有什么作用？如何针对性地进行性能调优？

# cp abc.txt code/abc.txt

包号1和2：

客户端：“我可以进入0x2cc9be18（即/code目录）吗？”

服务器：“你的请求被接受了，进来吧。”

包号4和5：

客户端：“请问这里有叫abc.txt的文件么？”

服务器：“没有。”

包号6和7：

客户端：“那我想创建一个叫abc.txt的文件。”

服务器：“没问题，这个文件的file handle是0x531352e1。”

包号69、104、130、190：

客户端：“从0x531352e1的偏移量为0处（即 abc.txt的文件开头）写131072字节。”

服务器：“第/个131072字节写好了。”

客户端：“从0x531352e1的偏移量为131072处（即接着上一个写完的位置）再写131072字节。”

客户端：“从0x531352e1的偏移量为262144处（即接着上一个写完的位置）再写131072字节。”

（继续写，直到写完整个文件。）

包号306和307：

客户端：“我刚才往0x531352e1（也就是abc.txt）写的数据都存盘了吗？”

服务器：“都存好了。”

包号308和309：

客户端：“那我看看0x531352e1（也就是abc.txt）的文件属性。”

服务器：“文件的权限、uid、gid、文件大小等信息都给你。”

这个例子的写操作也是多个WRITE Call连续发出去的，这是因为我们在挂载时没有指定任何参数，所以使用了默认的async写方式。和async相对应的是sync方式。假如mount时使用了sync参数（见图29），客户端会先发送一个WRITE Call，等收到Reply后再发下一个Call，也就是说WRITE Call和WRITE Reply是交替出现的。除此之外，还有什么办法在包里看出一个写操作是async还是sync呢？答案就是每个WRITE Call上的“UNSTABLE”和“FILE_SYNC”标志，前者表示async，后者表示sync。下图显示了用sync参数后的网络包。

从上图中不仅可以看到FILE_SYNC标志，还可以看到WRITE Call和WRITE Reply 是交替出现的（也就是说没有连续的 Call）。不难想象，每个 WRITE Call写多少数据也是影响写性能的重要因素，我们可以在mount时用wsize参数来指定每次应该写多少。不过在有些客户端上启用sync参数之后，无论wsize定义成多少都会被强制为 4KB，从而导致写性能非常差。那为什么还有人用 sync 方式呢？答案是有些特殊的应用要求服务器收到sync的写请求之后，一定要等到存盘才能回复 WRITE Reply，sync 操作正符合了这个需求。由此我们也可以推出COMMIT对于sync写操作是没有必要的。

非常值得一提的是，经常有人在mount时使用noac参数，然后发现读写性能都有问题。而根据RFC的说明，noac只是让客户端不缓存文件属性而已，为什么会影响性能呢？光看文档也许永远发现不了原因。抓个包吧，Wireshark会告诉我们答案。

本章读书笔记来自林沛满的《Wireshark网络分析就这么简单》