Análise comparativa entre as versões 3 e 4 do protocolo nfs em arquiteturas nas arquiteturas NAS,...

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Artigo

Kleber José da SilvaCo-autor: Prof. Dr. Antonio Rigo

IPT – 05/07/2011

Análise comparativa entre as versões 3 e 4 do protocolo NFS em

arquiteturas NAS


Agenda1. 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


1 - Contexto


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


• 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


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.


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


•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


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.


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.


4.1 - Delegações de arquivos

• É o Cache dos dados no cliente.• Disponível no NFSv4, • Não se aplica ao NFSv3


4.2 - RPC Composto (nativo no NFSv4)


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.


5 – Especificação do Experimento

• Topologia do Experimento


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.


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)


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)


• 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


6 – Gráficos de Desempenho• Vazão – Config. A


6 – Gráficos de Desempenho• Vazão – Config. B


6 – Gráficos de Desempenho• IOPs – Config. A


6 – Gráficos de Desempenho• IOPs – Config. B


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


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


• 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


• 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

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