NFS性能调优--实时监测
简介
在考虑 Network File Systems (NFS) 时，通常性能调优是您会想到的最后一件事。您太过专注于合理配置文件系统和确保系统的安全性，因而可能经常忘记 NFS 中的 N 代表网络。遗憾的是，如果您重视 NFS 调优，您可能有一个性能很差的 NFS。所幸，IBM 集成了若干工具来帮助监控和调优 AIX 上的 NFS，包括 nfsstat 和 nfsmo。本文将描述这种监控和调优。
与之前版本的 AIX 一样，AIX 7 支持 NFS v2、v3 和 v4（默认为 NFS v4）。一般而言，NFS v4 应当优先于之前的版本得到使用，因为它更高效且通常处理大负荷和繁忙网络环境的性能。大多数现代客户端操作系统支持 NFS v4，因此无需支持旧的版本。
您必须同时调优客户端和服务器。本文解释如何使用 netpmon 为 NFS 客户端和 NFS 服务器监控读写子例程。您还可以使用 nmon 简要了解 NFS 活动，了解如何使用 nmon 来分析历史数据。您可以使用 netstat 验证网络的健康状况，因为较低的网络使用率（或设计不当的配置）会导致较差的 NFS 性能。本文还探讨 nfs4cl 等可用于特定 NFS 版本的实用工具。您还将了解一些最佳实践，包括跨尽量多的轴数传播 I/O。在这种情况下，CPU 负载是瓶颈，而非 I/O 系统。
与本系列的其他调优示例不同，对于 NFS，您必须监控（而且可能需要调优）所有子系统，包括 CPU、内存、I/O 和网络。从客户端角度来看，NFS 文件系统使用远程连接的磁盘。影响该挂载磁盘性能的所有因素会影响 NFS 客户端的性能。本文还讨论重要的守护进程，比如 nfsd和 biod，以及它们如何进行自我调优。您可以通过客户端与服务器之间的基本交互来理解幕后情况。最后，本文强调，不管您在调优哪个子系统，系统优化都是一个持续的过程。当然，监控系统的最佳时间是从一开始还未遇到问题和用户呼救之前。因为有太多的因素会影响 NFS 性能，一次仅进行一项更改，以便可以准确地评估更改的影响。
NFS 回顾
本节概述 NFS，因为它与 AIX 7 相关。您可以了解客户端与服务器如何相互关联，以及影响 NFS 性能的各种因素。
您可以在挂载文件系统期间选择版本类型，而且您可以在服务器上运行不同版本的 NFS。NFS 目前同时支持 TCP 和 UDP。因为 UDP 较快（做的较少），对最佳性能的需求胜于可靠性的一些环境（LAN 上）使用 UDP 可能会更好。TCP 更可靠（通过建立连接），它还在 WAN 上提供更好的性能，因为它的流程控制有助于最小化网络延迟。
NFS 的优势在于，它独立于机器类型和操作系统。它通过使用 Remote Procedure Calls (RPCs) 实现这一点，如图 1 所示。
图 1. 客户端与服务器之间的交互
图 1 展示 NFS 客户端 A 和 B 如何访问 NFS Server Z 上的数据。客户端计算机首先通过挂载文件系统请求访问导出的数据。然后当客户端线程试图处理 NFS 挂载文件系统内的数据，数据被重定向到 biod，biod 通过 LAN 将数据带到 NFS 服务器及其 nfsd 守护进程。服务器使用 nfds导出可用于其客户端的目录。
可以看出，您需要调优网络和 I/O 参数。如果 Server Z 性能很差，这显然会影响它的所有 NFS 客户端。如果可能，专门调优服务器，使其具有 NFS 服务器的功能（稍后详细说明）。
那么 biod 守护进程呢？执行预读和后写请求都需要用到该守护进程。biod 守护进程改进总体 NFS 性能，因为它要么清空、要么填满缓冲区高速缓存，充当客户端应用程序的一个联系。如 图 1 所示，biod 守护进程向服务器发送请求。另一方面，nfsd 是向客户端提供 NFS 服务的联系。当服务器接收来自客户端的 biod 通信时，服务器使用 nfsd 守护进程，直至请求完成。
为何在版本 4 之前 NFS 是无状态的，即使它早在版本 2 就可以使用 TCP？图 2 展示 NFS 与 TCP/IP 栈和 OSI 模型的关联。
图 2. OSI - TCP/IP - NFS
NFS 不位于传输堆栈上，因为 NFS 使用 Remote Procedure Calls (RPCs)。RPCs 是一个程序库，允许客户端和服务器进程执行系统调用，如同这些调用是在其自己的地址空间执行的。在一个典型的 UDP NFS 版本 2 或 3 实现中，在授权客户端共享卷之后，NFS 服务器向其客户端发送一种 cookie。问题在于，如果服务器发生故障，客户端会继续通过请求泛滥网络。这就是偏好于使用 TCP 的原因。只有版本 4 可以使用有状态的连接，且只有版本 4 将 TCP 用作其传输协议。
NFS 版本 4 与端口映射程序或其他守护进程，比如 lockd 和 statd，之间无交互，因为它们大批进入内核。在除版本 4 之外的其他版本中，端口映射程序用于注册 RPC 服务，并为客户端与服务器之间的通信提供端口号。External Data Representation (XDR) 提供机制来供 RPC 和 NFS 用来确保客户端与服务器之间的可靠数据交换。对于二进制数据的交换，它以一种独立于平台的方式进行。这解决了系统以不同方式表示数据的可能性。使用 XDR 可以正确解译数据，即使在不一样的平台上。
回页首
监控
本节概述可用于监控 NFS 系统的工具。这些工具能使您快速对性能问题进行故障排除，并获取相关的数据以便进行历史趋势研究和分析。其中一些工具通常用于服务器，而其它工具则通常用于客户端。本节介绍 nmon、topas、 nfsstat、nfs、nfs4cl 和 netpmon。
nmon 和 topas
对于 NFS 调优，您最初可以使用 topas 或 nmon 这样的工具，因为它们提供一个漂亮的仪表板视图，显示系统中正在进行的工作。请记住，NFS 性能问题可能与您的 NFS 子系统根本没有任何关系。您的瓶颈可能出现在网络中，或者从服务器的角度来看，在您的 CPU 或者磁盘 I/O 中。运行诸如 topas 或 nmon 之类的工具可以使您迅速地了解真正的问题所在。本文中的示例系统有两个 CPU，且它正在运行 AIX 5.3 TL6。
图 3 从 NFS 角度显示了 nmon 的输出。
图 3. nmon 输出
使用 nmon，可以从 NFS（客户端和服务器）的角度查看到所有可用的信息。在这个系统中，当前不存在任何瓶颈。尽管最近 topas 已经提高了捕获数据的能力，但是 nmon 仍然可能是更好的选择。nmon 提供了类似于 topas 的前端，但是 nmon 更适合于长期趋势研究和分析。而且，nmon 为系统管理员提供了将数据输出到 Microsoft® Excel 电子表格的能力，该表格产生美观的图表（专为高级管理和功能团队定制），清楚地展示您的瓶颈。这些工作通过一个名为 nmon 分析器 的工具完成，该工具提供了到 nmon 的接口。可以免费下载 nmon 分析器（参见 参考资料）。
如何使用 nmon 捕获数据并将其导入到分析器？使用 sudo，首先运行 nmon 3 个小时，每隔 60 秒拍一次快照：# sudo nmon -f -t -r test1 -s 60 -c 180。然后为创建的输出文件排序：# sort -A systemnfs_yymmdd.nmon > systemnfs_yymmdd.csv。
接下来，通过 ftp 将 .csv 文件传输到您的计算机，启动 nmon 分析器（启用宏），并单击 analyze nmon data。
nfsstat
可以说，nfsstat 工具是您将使用的最重要的工具。该命令显示有关 NFS 和 RPC 调用的所有类型的信息。可以将 nfsstat 作为一种监控工具来诊断问题和进行性能调优。根据您使用的标志，您可以使用 nfsstat 显示 NFS 客户端或服务器信息。它还可以显示文件系统操作的实际使用次数。这有助于您准确理解利用每个文件系统的方式，从而最好地调优系统。
首先看一下客户端标志（c）。r 标志提供 RPC 信息（参见 清单 1）。
清单 1. 使用 c 标志运行 nfsstat
root@lpar24ml162f_pub[/] > nfsstat -cr l488pp065_pub[/tmp] > nfsstat -cr Client rpc: Connection oriented calls badcalls badxids timeouts newcreds badverfs timers 279 0 0 0 0 0 0 nomem cantconn interrupts 0 0 0 Connectionless calls badcalls retrans badxids timeouts newcreds badverfs 24 0 0 0 0 0 0 timers nomem cantsend 0 0 0
这意味着什么呢?下面是一些面向连接的参数：
calls— 接收到的 RPC 调用的数目badcalls— RPC 层拒绝的调用的数目badxids— 收到的、不对应于任何未完成的调用的服务器应答次数timeouts— 等待服务器应答超时的调用的次数newcreds— 身份验证信息的刷新次数badverfs— 由于响应中的错误验证而失败的调用的次数
如果您发现 timeouts 或者 badxids 的值很大，那么可以通过使用 mount 命令增大 timeo 参数来进行解决（稍后将详细描述）。
nfs
现在来看一下 清单 2 中的 nfs 信息（n 标志）。
清单 2. nfs n 标志信息
l488pp065_pub[/tmp] > nfsstat -cn Client nfs: calls badcalls clgets cltoomany 279 0 0 0 Version 2: (0 calls) null getattr setattr root lookup readlink read 0 0% 0 0% 0 0% 0 0% 0 0% 0 0% 0 0% wrcache write create remove rename link symlink 0 0% 0 0% 0 0% 0 0% 0 0% 0 0% 0 0% mkdir rmdir readdir statfs 0 0% 0 0% 0 0% 0 0% Version 3: (279 calls) null getattr setattr lookup access readlink read 0 0% 126 45% 14 5% 9 3% 17 6% 0 0% 1 0% write create mkdir symlink mknod remove rmdir 51 18% 6 2% 0 0% 0 0% 0 0% 0 0% 0 0% rename link readdir readdir+ fsstat fsinfo pathconf 0 0% 0 0% 1 0% 1 0% 1 0% 1 0% 0 0% commit 51 18%
这意味着什么呢？版本 3 包括下面这些参数：
calls— 接收到的 NFS 调用的数目badcalls— NFS 层拒绝的调用的数目clgets— 接收到客户端句柄的次数cltoomany— 没有未使用条目的客户端句柄的次数
您应当检查 badcalls 数目，确保它不是太高（您可以根据调用统计数据计算一个简单的百分比）。遗憾的是，cltoomany 统计数据显示有问题存在，但是没有方法解决这个问题。
对于其余统计数据，您对单个操作进行计数。这仅适用于确定您是否正在处理大量读写操作，在这种情况下，您可能希望重组您的磁盘和 NFS 共享分配。
nfs4cl
如果您正在运行 NFS 版本 4，那么您可能会更多地使用 nfs4cl。这个命令可以显示 NFS 版本 4 的统计信息和属性（参见 清单 3）。
清单 3. 使用 nfs4cl
l488pp065_pub[/tmp] > nfs4cl showfs Server Remote Path fsid Local Path -------- --------------- --------------- ---------------
在运行了这个命令之后，您将看见没有任何输出。运行 mount 命令，以查看更详细的情况（参见 清单 4）。
清单 4. 运行 mount 命令
l488pp065_pub[/tmp] > mount
node mounted mounted over vfs date options
-------- --------------- --------------- ------ ------------ ---------------
/dev/hd4 / jfs2 Jul 30 03:16 rw,log=/dev/hd8
/dev/hd2 /usr jfs2 Jul 30 03:16 rw,log=/dev/hd8
/dev/hd9var /var jfs2 Jul 30 03:16 rw,log=/dev/hd8
/dev/hd3 /tmp jfs2 Jul 30 03:16 rw,log=/dev/hd8
/dev/hd1 /home jfs2 Jul 30 03:16 rw,log=/dev/hd8
/dev/hd11admin /admin jfs2 Jul 30 03:16 rw,log=/dev/hd8
/proc /proc procfs Jul 30 03:16 rw
/dev/hd10opt /opt jfs2 Jul 30 03:16 rw,log=/dev/hd8
/dev/livedump /var/adm/ras/livedump jfs2 Jul 30 03:16 rw,log=/dev/hd8
192.168.1.11 /userdata/20009539 /home/u0009539 nfs3 Jul 30 03:22 bg,hard,intr,rw
/dev/fslv00 /wpars/webserver1 jfs2 Aug 13 09:42 rw,log=INLINE
/dev/fslv01 /wpars/webserver1/home jfs2 Aug 13 09:42 rw,log=INLINE
/opt /wpars/webserver1/opt namefs Aug 13 09:42 ro
/proc /wpars/webserver1/proc namefs Aug 13 09:42 rw
/dev/fslv02 /wpars/webserver1/tmp jfs2 Aug 13 09:42 rw,log=INLINE
/usr /wpars/webserver1/usr namefs Aug 13 09:42 ro
/dev/fslv03 /wpars/webserver1/var jfs2 Aug 13 09:42 rw,log=INLINE
正如您可以看到的，其中并没有使用 NFS 版本 4 挂载的文件系统。nfs4cl 命令还可用于为 NFS v4 文件系统设置可调整参数，仅限 NFS 版本 3。为此，可以使用 setfsoptions 子命令调优 NFS 版本 4。
您可以配置的一些关键参数包括：
acdirmax和acdirmin— 指定目录属性缓存超时值的上限和下限。您可以调整这些值，设置文件变更后缓存中保留的目录条目的超时秒数。设置过高的值会导致文件信息过期。acregmax和acregmin— 指定文件属性缓存超时值的上限和下限。您可以调整这些值，设置保留文件缓存信息的超时秒数。cio— 指定应挂载文件系统，同时支持并发的读取器和编写器。dio— 指定文件系统上的 I/O 看起来应当如同所有的文件都是使用直接 I/O 方法打开的，这可以为某些工作负载提供更快的性能。rbr— 实现 release-behind-when-reading 功能。这可以在文件数据被复制到内部缓存区时立即释放用于保留该数据的 NFS 缓存页面。如果您将 NFS 用作开发服务器的临时或短暂存储，设置该选项会很有用。当文件的内容定期改变、或您定期读取各种各样的文件时，缓存文件信息可能不会实现任何性能收益。
下面的 清单 5 向您展示如何做到这一点。
清单 5. 使用 nfs4cl 调优 timeo
root@lpar24ml162f_pub[/] > nfs4cl setfsoptions mnt rbr=7
请记住，您还可以使用 mount 命令来调优 timeo。
netpmon
可以使用 netpmon 命令帮助对 NFS 瓶颈进行故障排除。除了监视许多其他类型的网络统计信息之外，netpmon 还可以监视客户端：包括读取和写入子例程、以及 NFS RPC 请求。对于服务器，netpmon 可以监视读取和写入请求。netpmon 将启动跟踪并在后台运行，直到您停止它为止（参见 清单 6）。
清单 6. 使用 netpmon
l488pp065_pub[/tmp] > netpmon -T 2000000 -o /tmp/net.out Run trcstop command to signal end of trace. Sun Aug 15 04:58:06 2010 System: AIX 7.1 Node: l488pp065_pub Machine: 00F604884C00
清单 7 向您介绍了如何停止跟踪。
清单 7. 停止跟踪
l488pp065_pub[/tmp] > trcstop[netpmon: Reporting started] 23675650 Missed Entries found [netpmon: Reporting completed] [ 4 traced cpus ] [ 0.091 secs total preempt time ]
输出文件
现在来看一下这个输出文件中所提供的 NFS 特定的信息（参见 清单 8）。
清单 8. 输出文件中的 NFS 特定的信息
NFSv3 Client RPC Statistics (by Server): ---------------------------------------- Server Calls/s ---------------------------------- p650 126.68 ------------------------------------------------------------------------ Total (all servers) 126.68 Detailed NFSv3 Client RPC Statistics (by Server): ------------------------------------------------- SERVER: p650 calls: 5602 call times (msec): avg 1.408 min 0.274 max 979.611 sdev 21.310 COMBINED (All Servers) calls: 5602 call times (msec): avg 1.408 min 0.274 max 979.611 sdev 21.310
使用 netpmon，您可以看到每台服务器的 NFS 版本 3 客户端统计信息。请注意，虽然 netpmon 是一个很有用的跟踪实用工具，但是性能开销有时甚至会超过其作用；因此在使用这个实用工具时请多加小心，特别是在可以采用其他方式获得类似信息的情况下。
回页首
使用 nfsmo 和 mount 进行调优
本节描述特定的 nfs 调优命令。使用 nfsmo 以设置并显示您的 nfsstat 调优参数。使用 mount 优化基于 NFS 服务器的资源，而这只有在挂载了 NFS 文件系统之后才能生效。
客户端
The biod 守护进程在连接性方面起到了很重要的作用。当 biod 自我调优线程数量（该守护进程根据需要创建和删除线程）时，可以根据整体负载，对 biod 线程的最大数目进行优化。这里有一个非常重要的概念需要理解，仅增加线程的数目并不能减轻由 CPU、I/O 或者内存瓶颈所引起的性能问题。例如，如果您的 CPU 使用率接近 100%，那么增加线程数量对您并没有任何帮助。当多个应用程序线程访问相同的文件、并且不存在任何其他类型瓶颈的时候，增加线程数目可以起到帮助作用。使用 lsof 可以进一步帮助您确定哪些线程正在访问哪些文件。
在前面的调优系列文章中，您可能还记得虚拟内存管理器（VMM）的参数 minperm 和 maxperm。与调优数据库服务器有所不同，对于 NFS 来说，您希望允许 VMM 使用尽可能多的 RAM 来进行 NFS 数据缓存。大多数 NFS 客户端对于工作段页面的需求很少。为了确保所有的内存都用于文件缓存，可以将 maxperm 和 maxclient 设置为 100%。在 AIX 7（和 AIX 6）中，两个参数都是受限的可调参数，也就是说它们的限度是经严格搁置和限制的（参见 清单 9）。
清单 9. 将 maxperm 和 maxclient 设置为 100%
l488pp065_pub[/tmp] > vmo -o maxperm%=100Setting maxperm% to 100 Warning: a restricted tunable has been modified l488pp065_pub[/tmp] > vmo -o maxclient%=100Setting maxclient% to 100 Warning: a restricted tunable has been modified
请注意，如果您的应用程序使用了数据库，并且它可以从执行自己的文件数据缓存的应用程序中获益，那么在这种情况下，您不应该将 maxperm 和 maxclient 设置为 100%。在这个实例中，将这些数值设置得较低，并且使用 NFS 中的并行 I/O 模式挂载文件系统。另外还请注意，NFS 在每个客户端系统中维护缓存，其中包含最近访问的文件和目录的属性。mount 命令可以控制在缓存中保存这些条目的时间长度。您可以更改的 mount 参数类似于 nfs4cl 支持的那些参数。
Mount 参数 rsize 和 wsize 分别定义读取和写入目录的 RPC 包的最大值。默认值是 32768 个字节。对于 NFS 版本 3 和 4，如果在高速网络中挂载您的 NFS 卷，那么您应该将这个值增大到 65536。另一方面，如果您的网络速度非常缓慢，那么您可能会为了通过发送较短的包来减少包碎片的数量，而考虑减少这个默认值。然而，如果您减少这个默认值，那么将需要发送更多的包，这可能会增加整体网络的使用率。了解您的网络，并对其进行相应的优化！
服务器
在分析特定的 NFS 参数之前，尝试减少网络中的负载，同时分析 CPU 和 I/O 子系统。瓶颈通常会导致一些看似 NFS 特定的问题。例如，NFS 既可以使用 TCP，也可以使用 UDP，这取决于您所使用的版本和您的偏好。请确保将您的 tcp_sendspace 和 tcp_recvspace 值设置得高于默认值，因为这可能会通过增加网络性能而对您的服务器产生影响。不能使用 nfso 对这些内容进行优化，而是使用 no（参见 清单 10）。
清单 10. 将 tcp_sendspace 和 tcp_recvspace 的值设置得高于默认值
l488pp065_pub[/tmp] > no -a|grep send
ipsendredirects = 1
ipsrcroutesend = 1
send_file_duration = 300
tcp_sendspace = 16384
udp_sendspace = 9216
l488pp065_pub[/tmp] > no -o tcp_sendspace=524288Setting tcp_sendspace to 524288
Change to tunable tcp_sendspace, will only be effective for future connections
如果您正在运行 NFS 的版本 4，那么请确保您启用了 nfs_rfc1323（参见 清单 11）。这允许 TCP 窗口的大小大于 64KB。同样在客户端中进行这样的设置。
清单 11. 启用 nfs_rfc1323
l488pp065_pub[/tmp] > no -o rfc1323=1Setting rfc1323 to 1 Change to tunable rfc1323, will only be effective for future connections
使用 nfso 设置 rfc1323，将 TCP 窗口设置为仅影响 NFS with sets the TCP window to affect only NFS（与 no 相反，no 将其设置为整个范围）。如果您已经使用 no 进行了设置，那么您不需要对其进行更改，但是如果一些其他 UNIX® 管理员决定玩转一下 no 命令时，您可能就希望对其进行更改。
与客户端类似，如果服务器是专门的 NFS 服务器，那么请确保您对 VMM 参数进行了相应的优化。将 maxperm 和 maxclient 参数更改为 100%，以确保 VMM 在进程中使用尽可能多的内存来控制页面文件的缓存。在服务器中，调优多线程的 nfsd，就像调优 biod（您可以调优其他守护进程，包括 rpc.mountd 和 rpc.lockd）。与 biod、nfsd 的自我调优一样，这取决于具体的负载情况。使用 nfso 命令增加线程的数目。一个这样的参数是 nfs_max_read_size，该参数将设置读取应答 RPC 的最大大小。
看一下 清单 12 中将 nfs_max_read_size 设置为什么。
清单 12. 设置 nfs_max_read_size 参数
l488pp065_pub[/tmp] > nfso -L nfs_max_read_size
NAME CUR DEF BOOT MIN MAX UNIT TYPE
DEPENDENCIES
--------------------------------------------------------------------------------
nfs_max_read_size 64K 64K 64K 512 64K Bytes D
-------------------------------------------------------------------------------
您可以对更多的参数进行修改。要列出所有的这些参数，可以使用 -a 或 -L 标志。-L 可以采用更好的格式显示更详细的信息（参见 清单 13）。
清单 13. 使用带 -L 标志的 nfso 命令
l488pp065_pub[/tmp] > nfso -L
NAME CUR DEF BOOT MIN MAX UNIT TYPE
DEPENDENCIES
--------------------------------------------------------------------------------
client_delegation 1 1 1 0 1 On/Off D
--------------------------------------------------------------------------------
nfs_max_read_size 64K 64K 64K 512 64K Bytes D
--------------------------------------------------------------------------------
nfs_max_write_size 64K 64K 64K 512 64K Bytes D
--------------------------------------------------------------------------------
nfs_rfc1323 1 1 1 0 1 On/Off D
--------------------------------------------------------------------------------
nfs_securenfs_authtimeout 0 0 0 0 60 Seconds D
--------------------------------------------------------------------------------
nfs_server_base_priority 0 0 0 31 125 Pri D
--------------------------------------------------------------------------------
nfs_server_clread 1 1 1 0 1 On/Off D
--------------------------------------------------------------------------------
nfs_use_reserved_ports 0 0 0 0 1 On/Off D
--------------------------------------------------------------------------------
nfs_v3_server_readdirplus 1 1 1 0 1 On/Off D
--------------------------------------------------------------------------------
nfs_v4_fail_over_timeout 0 0 0 0 3600 Seconds D
--------------------------------------------------------------------------------
portcheck 0 0 0 0 1 On/Off D
--------------------------------------------------------------------------------
server_delegation 1 1 1 0 1 On/Off D
--------------------------------------------------------------------------------
utf8_validation 1 1 1 0 1 On/Off D
--------------------------------------------------------------------------------
现在，您获得了列出可修改的参数的列表！
回页首
结束语
本文讨论了网络文件系统（NFS），包括其历史和不同版本。本文定义并介绍了 NFS I/O 堆栈、以及该堆栈与 OSI 模型和 TCP/IP 堆栈模型之间的关系。本文还介绍了在 NFS 环境中进行磁盘配置和 VMM 优化的最佳实践。
您研究了对客户端和服务器进行调优的区别。您对整体网络进行了监视，并且在监视的过程中深入地分析了 NFS 层。而且，您使用 nfso 和mount 调优了您的系统。