Neste artigo é apresentada uma avaliação de desempenho das versões 3 e 4 do protocolo NFS (Network File System) em arquiteturas NAS (Network Attached Storage), baseada em alterações nos parâmetros do protocolo, com foco na vazão dos dados e na utilização de recursos do Sistema de Armazenamento.

1. Proibida cópia ou divulgação sem permissão escrita do CMG Brasil.
Artigo
Kleber José da Silva
Co-autor: Prof. Dr. Antonio Rigo
IPT – 05/07/2011
Análise comparativa entre as
versões 3 e 4 do protocolo NFS em
arquiteturas NAS

2. Proibida cópia ou divulgação sem permissão escrita do CMG Brasil.
Agenda
1. Contexto
2. Protocolo NFS
3. Estado da Arte
4. Parametrizações do Protocolo
5. Especificação do Experimento
6. Gráficos de Desempenho
7. Trabalhos Futuros
8. Conclusão

3. Proibida cópia ou divulgação sem permissão escrita do CMG Brasil.
1 - Contexto

4. Proibida cópia ou divulgação sem permissão escrita do CMG Brasil.
1.1 - Contexto
• Grupos (cluster / farms) de servidores como
correio eletrônico, web, virtualização e
banco de dados necessitam armazenar
seus dados em um sistema de arquivos de
acesso simultâneo
• Arquiteturas típicas: NAS e SAN
• NAS: nativo no Sistema de Armazenamento
• SAN: depende de um serviço adicional no
servidor – serviço de Cluster

5. Proibida cópia ou divulgação sem permissão escrita do CMG Brasil.
• Objeto de estudo: arquiteturas NAS
operando com o protocolo NFS somente,
com foco na versão 4.
• Acesso ao Sistema de Armazenamento por
servidores que possuem seu Sistema
Operacional baseado em BSD como Unix
(Solaris, AIX), Linux (RedHat, Fedora),
VMware e XenServer.
1.2 - Contexto

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2 - Protocolo NFS
• A versão 4 do protocolo NFS foi especificado
em 2003 e atualmente ainda é pouco adotado
em ambientes NAS, principalmente no Brasil.
A versão 3 é a mais usada, com casos em
UDP ao invés de TCP na camada de
transporte;
• O NFSv4 é a mais recente do protocolo
NFS e apresenta diversas melhorias em
relação a versão anterior.

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1984 1989 1995 2003 2010
NFS
(Sun
Microsystems)
NFSv2
NFSv3 NFSv4
NFSv4.1
• O NFSv4.1 não foi avaliado neste trabalho pois
ainda é muito recente e implementação restrita.
1997
IETF
2.1 – Evolução

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•Estados das sessões: é stateful;
• Mecanismos de segurança nativa ou por
integração (RPCSEC_GSS, Kerberos v5);
• Padronização do tratamento de ACLs;
• Incorporação dos sub-protocolos utilizando
apenas uma porta TCP. Exclusão do UDP;
• Extensão ao pNFS - Parallel NFS;
• Suporte à migração/replicação de arquivos.
2.2 – NFSv4

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3 – Estado da Arte
• No Red Hat Enterprise Linux 5 e Solaris 10,
o NFSv4 já é o usado como padrão quando o
servidor NFS também o suporta.
• A tendência é que o NFSv4 se consolide
como opção padrão nas próximas versões
dos servidores justamente para que eles
possam aproveitar as melhorias
apresentadas nessa versão, e
conseqüentemente o NFSv3 seria desativado
a médio prazo.

10. Proibida cópia ou divulgação sem permissão escrita do CMG Brasil.
4 - Parametrizações
do protocolo
• A motivação para explorar as alterações nos
parâmetros do protocolo é o fato de alguns
estudos, como o de Boumenot (2002),
apontarem que os elementos básicos da
infraestrutura de um arquitetura NAS baseada
em NFS como processador, disco e rede não
serem responsáveis pela baixa vazão entre
servidor e cliente. Supõe-se que a deficiência
seja causada por um comportamento evitável do
NFS, mediante ajustes.

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4.1 - Delegações de
arquivos
• É o Cache dos dados
no cliente.
• Disponível no NFSv4,
• Não se aplica ao
NFSv3

12. Proibida cópia ou divulgação sem permissão escrita do CMG Brasil.
4.2 - RPC Composto
(nativo no NFSv4)

13. Proibida cópia ou divulgação sem permissão escrita do CMG Brasil.
4.3 - Tamanho de
Blocos
• Tanenbaum et al. (2006) defendem o
conhecimento sobre a utilização dinâmica dos
tamanhos de arquivos como necessária para
sua otimização. Se todos arquivos acessados
constantemente são pequenos, o tamanho de
bloco também deve ser;
• Serão testados alguns tamanhos de blocos,
e alguns perfis de aplicações na ferramenta
de simulação.

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5 – Especificação do
Experimento
• Topologia do
Experimento

15. Proibida cópia ou divulgação sem permissão escrita do CMG Brasil.
5.1 – Simulação de
carga de acesso
• Ferramenta da NetApp (fabricante do
Sistema de Armazenamento) denominada SIO
(Simulated Input Output); Script que é
executado no servidor Linux e tem o propósito
de gerar cargas de acesso ao volume
• Configurações fixas de relação leitura x
escrita em 50% x 50%, usando 3 threads, em
2 minutos de tempo de execução por 3 vezes,
e acessando 10 arquivos simultaneamente.

16. Proibida cópia ou divulgação sem permissão escrita do CMG Brasil.
5.2 – Cenários
Cenário NFS Deleg.
Arquivos
RPC
Comp.
TCP /
UDP
1A e 1B v3 N/A N/A TCP
2A e 2B v3 N/A N/A UDP
3A e 3B v4 Não Sim TCP
4A e 4B v4 Sim Sim TCP
• Grupo A:
RedHat 5.2 (Cliente) e Data ONTAP 7.3.2 (Servidor)
• Grupo B:
RedHat 5.3 (Cliente) e Data ONTAP 7.3.5 (Servidor)

17. Proibida cópia ou divulgação sem permissão escrita do CMG Brasil.
5.3 – Variáveis
• Os gráficos foram gerados variando o
tamanho simultaneamente na montagem do
cliente NFS e na ferramenta de simulação
SIO: 8K, 16K, 32K, 64 e 128KBytes. (Com
exceção do NFSv3 em UDP que não
contemplou tamanhos grandes)

18. Proibida cópia ou divulgação sem permissão escrita do CMG Brasil.
• Vazão: taxa de transferência efetiva de
dados expressa em Mega Bytes por Segundo;
• Utilização da CPU: porcentagem do tempo
que a CPU do Servidor NFS está ocupada;
• Utilização de IOPs: Operações de Entrada e
Saída por segundo no Servidor NFS. Exemplo:
Vazão (MBytes/s) NFS IOPs (Operações) Utilização de CPU
92MBytes/s 5.240 34%
5.4 – Resultados

19. Proibida cópia ou divulgação sem permissão escrita do CMG Brasil.
6 – Gráficos de
Desempenho• Vazão – Config. A

20. Proibida cópia ou divulgação sem permissão escrita do CMG Brasil.
6 – Gráficos de
Desempenho• Vazão – Config. B

21. Proibida cópia ou divulgação sem permissão escrita do CMG Brasil.
6 – Gráficos de
Desempenho• IOPs – Config. A

22. Proibida cópia ou divulgação sem permissão escrita do CMG Brasil.
6 – Gráficos de
Desempenho• IOPs – Config. B

23. Proibida cópia ou divulgação sem permissão escrita do CMG Brasil.
6 – Gráficos de
Desempenho• Média de CPU – Config. A

24. Proibida cópia ou divulgação sem permissão escrita do CMG Brasil.
6 – Gráficos de
Desempenho• Média de CPU – Config. B

25. Proibida cópia ou divulgação sem permissão escrita do CMG Brasil.
• Alteração do perfil de aplicação configurado
na ferramenta de simulação
• O sistema operacional do cliente NFS
também pode ser substituído para analisar
implementações específicas como, por
exemplo, FreeBSD, Solaris ou Fedora;
• Aumentar o canal de comunicação entre
servidor e storage por meio de agregação de
canais ethernet (Link Aggregation).
• Implementar Jumbo Frames e IPv6
7 – Trabalhos Futuros

26. Proibida cópia ou divulgação sem permissão escrita do CMG Brasil.
• Na configuração A (S.O mais antigo) conclui-
se que a versão 3 do NFS ainda é a melhor
escolha no quesito desempenho por apresentar
uma melhor vazão dos dados e menor
utilização de IOPs em relação à versão 4;
• Na configuração B, (mais recente), a
diferença é minimizada. Conclui-se que não se
deve descartar o uso do NFSv4 em produção,
principalmente nos ambientes em que suas
novas funcionalidades compensariam a
pequena perda de desempenho.
8 – Conclusão