análise comparativa entre as versões 3 e 4 do protocolo nfs em arquiteturas nas

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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

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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

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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

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1 - Contexto

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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

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• 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.

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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

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4.2 - RPC Composto (nativo no NFSv4)

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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

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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.

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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)

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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)

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• 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

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6 – Gráficos de Desempenho • Vazão – Config. A

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6 – Gráficos de Desempenho • Vazão – Config. B

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6 – Gráficos de Desempenho • IOPs – Config. A

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6 – Gráficos de Desempenho • IOPs – Config. B

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6 – Gráficos de Desempenho • Média de CPU – Config. A

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6 – Gráficos de Desempenho • Média de CPU – Config. B

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• 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

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• 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