Linux NFSD软件架构与代码解析

在Linux操作系统发行版有一个NFS服务端，该服务端由内核态的模块和用户态的守护进程构成。其中内核态模块负责数据处理，而用户态守护进程则负责内核态的配置管理等功能。由于核心功能在内核态实现，因此与Linux中的本地文件系统有很好的兼容性，性能也比较好。

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由于网络锁和挂载等协议与NFS协议不统一，因此都有独立的服务来处理相关的逻辑，这样整个NFS服务略显繁杂。但是到NFSv4之后，NFS协议将网络锁协议和挂载协议都融入其中，因此具体实现也简洁了很多。

在前面文章中我们已经简要的描述了NFS协议在Linux内核中的层次结构。本节我们再进一步详细的介绍一下服务端的软件架构。NFSD的软件架构其实并不复杂，我们可以进一步细化为如图1所示。

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从该图可以看出，当RPC服务收到来自客户端的请求时，它会对请求进行分发，由具体的程序（例如NFS或者NLM）来完成相关请求。其中请求的分发依据是其中的程序ID和例程ID，根据这两个信息就可以找到具体的函数指针。

如果相关请求涉及到文件操作，那么在例程中会直接调用VFS的接口（例如读数据）进行下一步的处理。而VFS则根据导出的目录信息调用本地文件系统（例如Ext4和XFS等）的接口实现具体的操作。

在内核中实现了所有的NFS协议，比如NFS v3、NFS v4、挂载和NLM等。由于从RPC服务到协议程序的流程是一样的，限于篇幅本文并不会对每种协议都做介绍。本节我们主要以NFS v3协议为例，介绍一下从网络收到消息到最终完成协议层处理的整个流程。如果大家熟悉了一个流程，再按照此流程来理解其它流程将非常容易。

首先我们分析一下NFSD的启动过程，该过程主要完成函数指针集向RPC服务注册的过程。以处理NFS协议的服务端为例，关键是启动了一个内核线程池。该线程池不断地接收网络消息，然后译码之后调用注册的回调函数进行具体命令的处理。如下代码所示是NFS服务的主函数，函数指针的注册和线程池的创建都在其中实现。

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在该函数中，其中nfsd_create_serv完成函数指针的初始化，主要涉及如下函数指针。

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上述函数指针中，svc_set_num_threads用于创建线程池，而nfsd则是线程函数，负责数据的接收和处理。我们看一下该函数的主体部分，具体如下：

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可以看出该函数主要调用两个函数，svc_recv用于接收消息，svc_process用于处理消息。这两个函数其实都是RPC模块的函数。其中svc_process会解析数据包，然后调用函数指针进行后续的处理。以NFSv3为例，它会调用如下函数指针集中的某个函数。

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以写数据流程为例，当RPC服务接收到数据包后，根据协议格式解析出程序ID和例程的ID等信息，然后从注册的函数指针集就可以找到期望的函数指针进行处理。对于写数据而言，就会调用nfsd中的nfsd3_proc_write函数。

nfsd3_proc_write函数的工作其实并不多，更进一步会调到VFS的接口，具体如下图所示。最后，VFS会调用到具体文件系统的接口。如果我们导出的是Ext4的子目录，那么会调用Ext4的接口来处理写数据的请求。

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总体来看，NFSD的逻辑是比较清晰的，代码也并不复杂。而且各个接口的逻辑一致，因此理解了一个接口后，再理解其它接口也就容易很多了。

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