總體架構設計，linux文件系統的總體架構,Linux NFS的整體架構與核心代碼解析

前面文章我們從應用層面對NFS進行了介紹，接下來的文章我們將進入實現層面。本文首先從整體上對Linux的NFS軟件架構進行介紹，然后介紹代碼與實際業務邏輯介紹一下NFS的處理流程。

NFS文件系統的架構分析

NFS分布式文件系統是一個客戶端-服務端架構(CS架構)。其客戶端是Linux內核中的一個文件系統，跟Ext4和XFS類似，它是虛擬文件系統下的一個具體實現。與其它本地文件系統(例如Ext4，XFS或者Btrfs等)的差異在于其數據請求不存儲在本地磁盤，而是通過網絡發送到服務端進行處理。

總體架構設計，如圖1是是NFS的整體軟件架構，其中左側是客戶端，右側是服務端。客戶端我們稱為NFS文件系統，其位于VFS之下，再之下是RPC模塊，兩者都位于Linux內核之中。

在服務端的NFS主要是指NFSD，它是一個NFS服務。該服務用于接收服務端的請求，處理后通過RPC將處理結果反饋給客戶端。而服務端最終還是要將數據存儲起來的，在Linux中的NFS服務還是借助的本地文件系統來存儲的。因此，在NFS服務端，其數據相關的業務邏輯也會調用到VFS的接口，然后是經過本地文件系統存儲在持久化存儲上(如磁盤)。

NFS的通信使用的是RPC協議，該協議也是Sun發明的一種網絡通信協議。RPC協議位于TCP/IP協議之上，是一個應用層的協議，可以類比http協議。RPC協議進行通信的流程大致如圖2所示。

RPC協議稱為遠程過程調用，類似本地函數調用。因此，RPC首先是在客戶端和服務端都要注冊處理函數，這些被注冊的函數稱為存根。這樣，當客戶端調用某個函數時，比如寫數據，RPC服務就會將該請求通過網絡傳到服務端，然后調用服務端注冊的寫數據的接口。也就是客戶端與服務端是一一對應的。這樣在客戶端來說，其函數的調用與本地函數調用并沒有太大的差異。

HDFS的概念。Linux NFS代碼解析

為了更加清晰的理解NFS的架構，我們以寫數據為例來介紹一下NFS文件系統與服務端通信的過程。由于NFS有很多版本，且Linux內核中對所有版本都有實現。為了便于介紹和學習，我們以NFS v3為例進行介紹。

由于NFS基于VFS，因此不可避免的需要實現一套函數指針，并在掛載的時候進行注冊。這主要是保證從VFS下來的請求可以轉發到NFS文件系統進行處理。如圖3是NFS文件系統實現的函數指針集合。

以寫數據為例(客戶端無緩存，非DIRECT模式)，其具體實現的函數為nfs_file_write。當用戶通過程序調用write函數時，經過VFS的vfs_write函數，最后調用NFS的nfs_file_write函數。該函數與本地文件系統的邏輯類型，它首先將數據寫入緩存中(非DIRECT模式)，然后調用generic_write_sync實現緩存數據刷寫。

hdfs架構圖，在客戶端的具體的寫動作由nfs_writepages函數完成，該函數進行若干初始化動作，然后通過RPC將數據發送到服務端。對比本地文件系統，本地文件系統是通過該函數將數據寫入磁盤。

服務端向RPC注冊了各種回調函數，當接收到客戶端的請求時會調用具體的回調函數進行處理。本例將調用nfsd3_proc_write函數。該函數最后調用VFS層的寫數據函數，而VFS寫數據函數則調用具體文件系統(例如Ext4)的函數完成最終的寫數據操作。

NFS分布式文件系統的整個架構和邏輯還是比較清晰的，主要是內核中同時支持了NFSv2、NFSv3和NFSv4多個版本，整體比較復雜，但難度并不是非常大。

本文從比較高的層面介紹了NFS的整體架構和RPC的流程，很多細節沒有深入。

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