Linux NFS服务器性能优化

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：

　　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

　　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:

　　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

�牐犎缓螅�重新编译核心，重新起动计算机，执行如下命令：

　　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。

　　“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：:

　　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。

　　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

                     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：

　　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：

　　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：

　　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。