nfs介绍与配置

NFS

1. nfs简介

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

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：

• 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
• 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
• 不同客户端可在NFS上观看影视文件，节省本地空间
• 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

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

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

2. nfs工作机制

nfs是基于rpc来实现网络文件系统共享的。

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：

• 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）
• 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
• 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
• 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

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）

• 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
• 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
• 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

• 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
• 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
• 验证通过后客户端持mountd发放的令牌去找服务端的nfsd进程，请求查看某文件
• 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
• 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
• 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

3. exports文件的格式

nfs的主配置文件是/etc/exports，在此文件中，可以定义NFS系统的输出目录（即共享目录）、访问权限和允许访问的主机等参数。该文件默认为空，没有配置输出任何共享目录，这是基于安全性的考虑，如此即使系统启动了NFS服务也不会输出任何共享资源。

exports文件中每一行提供了一个共享目录的设置，其命令格式为：

<输出目录> [客户端1(选项1,选项2,...)] [客户端2(选项1,选项2,...)]

其中，除输出目录是必选参数外，其他参数均是可选项。另外，格式中的输出目录和客户端之间、客户端与客户端之间都使用空格分隔，但客户端与选项之间不能有空格。

客户端是指网络中可以访问这个NFS共享目录的计算机。客户端的指定非常灵活，可为单个主机的IP或域名，亦可为某个子网或域中的主机等。
客户端常用的指定方式：

选项用来设置共享目录的访问权限、用户映射等。exports文件中的选项比较多，一般可分为三类：

• 访问权限选项（用于控制共享目录的访问权限）
• 用户映射选项
  • 默认情况下，当客户端访问NFS服务器时，若远程访问的用户是root用户，则NFS服务器会将其映射成一个本地的匿名用户（该用户为nfsnobody），并将其所属的用户组也映射成匿名用户组（该用户组也为nfsnobody），如此有助于提高系统的安全性。
• 其他选项

访问权限选项：

用户映射选项：

常用的其他选项：

4. nfs管理

nfs安装：

准备两台虚拟机
服务的和客户端都需要关闭防火墙并且安装nfs-utils
服务端：
[root@localhost ~]# hostnamectl set-hostname server
[root@localhost ~]# bash
[root@server ~]# systemctl disable --now firewalld
Removed "/etc/systemd/system/multi-user.target.wants/firewalld.service".
Removed "/etc/systemd/system/dbus-org.fedoraproject.FirewallD1.service".
[root@server ~]# vi /etc/selinux/config 
[root@server ~]# setenforce 0
[root@server ~]# yum -y install nfs-utils

客户端：
[root@localhost ~]# hostnamectl set-hostname client
[root@localhost ~]# bash
[root@client ~]# systemctl disable --now firewalld
Removed /etc/systemd/system/multi-user.target.wants/firewalld.service.
Removed /etc/systemd/system/dbus-org.fedoraproject.FirewallD1.service.
[root@client ~]# vi /etc/selinux/config 
[root@client ~]# setenforce 0
[root@client ~]# yum -y install nfs-utils

服务端上应启动服务，客户端不需要启动
[root@server ~]# systemctl status nfs-server
○ nfs-server.service - NFS server and services
     Loaded: loaded (/usr/lib/systemd/system/nfs-server.service; disabled; preset: disable>
     Active: inactive (dead)
[root@server ~]# systemctl enable --now nfs-server
Created symlink /etc/systemd/system/multi-user.target.wants/nfs-server.service → /usr/lib/systemd/system/nfs-server.service.
[root@server ~]# systemctl status nfs-server
● nfs-server.service - NFS server and services
     Loaded: loaded (/usr/lib/systemd/system/nfs-server.service; enabled; preset: disabled)
     Active: active (exited) since Tue 2023-12-12 15:04:09 CST; 15s ago
    Process: 15135 ExecStartPre=/usr/sbin/exportfs -r (code=exited, status=0/SUCCESS)
    Process: 15136 ExecStart=/usr/sbin/rpc.nfsd (code=exited, status=0/SUCCESS)
    Process: 15157 ExecStart=/bin/sh -c if systemctl -q is-active gssproxy; then systemctl>
   Main PID: 15157 (code=exited, status=0/SUCCESS)
        CPU: 23ms

Dec 12 15:04:09 server systemd[1]: Starting NFS server and services...
Dec 12 15:04:09 server systemd[1]: Finished NFS server and services.

使用shoumount命令测试NFS服务器的输出目录状态：

语法：showmount [选项] [NFS服务器名称或地址]
常用的选项有：
    -a  //显示指定NFS服务器的所有客户端主机及其所连接的目录
    -d  //显示指定的NFS服务器中已被客户端连接的所有输出目录
    -e  //显示指定的NFS服务器上所有输出的共享目录

[root@client ~]# yum provides showmount
查看我服务端上有没有可以挂载的资源
[root@client ~]# showmount -e 192.168.159.141
Export list for 192.168.159.141:
在客户端添加内容
[root@server ~]# cat /etc/exports
[root@server ~]# vi /etc/exports
[root@server ~]# cat /etc/exports
/data
配置文件发生了修改必须重启服务
[root@server ~]# systemctl restart nfs-server
再去服务端查看
[root@client ~]# showmount -e 192.168.159.141
Export list for 192.168.159.141:
/data *
在客户端创建目录
[root@server ~]# mkdir /data
在服务端挂载
[root@client ~]# mount -t nfs 192.168.159.141:/data /mnt
[root@client ~]# df -h
Filesystem             Size  Used Avail Use% Mounted on
devtmpfs               883M     0  883M   0% /dev
tmpfs                  901M     0  901M   0% /dev/shm
tmpfs                  901M   17M  884M   2% /run
tmpfs                  901M     0  901M   0% /sys/fs/cgroup
/dev/mapper/rhel-root   17G  1.5G   16G   9% /
/dev/sda1             1014M  179M  836M  18% /boot
tmpfs                  181M     0  181M   0% /run/user/0
192.168.159.141:/data   17G  1.3G   16G   8% /mnt
进入mnt目录创建文件发现没有权限
[root@client ~]# cd /mnt
[root@client mnt]# ls
[root@client mnt]# touch 123
touch: cannot touch '123': Read-only file system
再去客户端修改配置文件加上读写权限
[root@server ~]# cat /etc/exports
/data
[root@server ~]# vi /etc/exports
[root@server ~]# cat /etc/exports
/data 192.168.159.130(rw)
[root@server ~]# systemctl restart nfs-server
因为nobody没有读写权限所以要加上
[root@server ~]# setfacl -m u:nobody:rwx /data
再去服务端创建文件发现可以创建
[root@client mnt]# touch 123
[root@client mnt]# ll
total 0
-rw-r--r--. 1 nobody nobody 0 Dec 12 02:25 123
客户端上同样也可以看到
[root@server ~]# ll /data
total 0
-rw-r--r--. 1 nobody nobody 0 Dec 12 15:25 123

在服务端设置开机自动挂载nfs：编辑/etc/fstab文件，添加如下格式的内容

SERVER:/PATH/TO/EXPORTED_FS /mnt_point nfs defaults,_netdev 0 0

[root@client ~]# umount /mnt
[root@client ~]# df -h
Filesystem             Size  Used Avail Use% Mounted on
devtmpfs               883M     0  883M   0% /dev
tmpfs                  901M     0  901M   0% /dev/shm
tmpfs                  901M   17M  884M   2% /run
tmpfs                  901M     0  901M   0% /sys/fs/cgroup
/dev/mapper/rhel-root   17G  1.5G   16G   9% /
/dev/sda1             1014M  179M  836M  18% /boot
tmpfs                  181M     0  181M   0% /run/user/0
[root@client ~]# vi /etc/fstab
[root@client ~]# cat /etc/fstab 

#
# /etc/fstab
# Created by anaconda on Sun Aug  6 23:24:20 2023
#
# Accessible filesystems, by reference, are maintained under '/dev/disk/'.
# See man pages fstab(5), findfs(8), mount(8) and/or blkid(8) for more info.
#
# After editing this file, run 'systemctl daemon-reload' to update systemd
# units generated from this file.
#
/dev/mapper/rhel-root   /                       xfs     defaults        0 0
UUID=f1d4acd1-8138-4c3b-83bf-0b6f137bd39b /boot                   xfs     defaults        0 0
/dev/mapper/rhel-swap   swap                    swap    defaults        0 0
192.168.159.141:/data /nfs nfs defaults,_netdev 0 0

在客户端创建

[root@client ~]# cd /nfs/
[root@client nfs]# ls
123
[root@client nfs]# cat 123
[root@client nfs]# echo '666666' > 123
[root@client nfs]# cat 123
666666

发现在服务端可以查看到

[root@server ~]# cd /data/
[root@server data]# ls
123
[root@server data]# cat 123
666666

客户端挂载时可以使用的特殊选项：

• 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

exportfs        //维护exports文件导出的文件系统表的专用工具
    -a      //输出在/etc/exports文件中所设置的所有目录
    -r      //重新读取/etc/exports文件中的设置，并使其立即生效，无需重启服务
    -u      //停止输出某一目录
    -v      //在输出目录时将目录显示到屏幕上

检查输出目录所使用的选项：
在配置文件/etc/exports中，即使在命令行中只设置了一两个选项，但在真正输出目录时，实际上还带有很多默认的选项。通过查看/var/lib/nfs/etab文件，可以看到具体使用了何选项

[root@server data]# cat /var/lib/nfs/etab 
/data	192.168.159.130(rw,sync,wdelay,hide,nocrossmnt,secure,root_squash,no_all_squash,no_subtree_check,secure_locks,acl,no_pnfs,anonuid=65534,anongid=65534,sec=sys,rw,secure,root_squash,no_all_squash)