基于Linux的嵌入式网络存储器筹划

     择要：在扼要先容网络存储器硬件原理的底子上，过细阐发软件平台的构建，并对差别网络、差别平台之间实现文件存储提出了相应的办理要领。

    关键词：Linux 网络存储器 Samba NFS

随着当代信息社会的高速生长，种种典范的数据也呈多少指数级地增长，怎样更有效、更方便、更完全地存取办理这些数据，成为人们存眷的一个标题。新的网络存储技能的出现，给了人们一个很好的办理方案。它把存储配置直连续接到网络上，作为一个瘦的网络客户终端配置给用户提供网络存储办事，并且，Web技能的生长也为其方便、可靠的办理提供了技能保障。

1 硬件筹划

硬件筹划方框图如图1所示。

从图1可看到，除CPU单位以外，网络存储器的实现紧张包括两个部分：I/O接口和存储器接口。下面以CPU为中间，阐发这两个接口的紧张结果。

①I/O接口。这里指CPU与Ethernet的接口（以太网接口）。它采取PCI的要领与以太网相连，是进入LAN（Local Area Network）的通道，在整个别系中认真发送或汲取网络上的数据包。

②存储器接口。包括两个方面：一是RAM接口，紧张存储数据，采取PCI接口要领；二是Flash接口，紧张存储利用体系及应用软件，采取并口情势与CPU相连。

③磁盘冗余阵列卡（RAID）接口。包括与CPU的接口和与磁盘阵列的接口。磁盘阵列紧张用来存储网络用户数据，CPU通过磁盘阵列卡对磁盘阵摆列行办理利用，容许肯定的冗余来包管用户数据的沉寂。

2 软件筹划

在整个软件筹划中，应选择一个切合的利用体系。整个利用体系恳求体积比较小、网络结果比较强、适于淘汰、能被嵌入到Flash中，并且有网络办理和磁盘办理结果。针对这些恳求，我们选择Linux利用体系作为软件平台，对其内核举行淘汰，从而实现嵌入式网络存储器的结果。整个软件实现可分为以下几个部分。

2.1 Linux内核的淘汰

（1）Linux内核简介

Linux内核紧张由五部分构成：进程调理、内存办理、假造文件体系、网络接口以及进程间通讯。进程调理认真控制进程对CPU的访问，调理步调利用一种战略确保全部的进程都能公平地访问CPU，并且确保内核在恣意时间能实行须要的硬件利用。内存办理认真办理体系的物理内存，实现多进程沉寂地共享谋略机的内存；别的内存办理支持假造内存，使进程可以利用大于实际物理内存的内存地点空间，不消的内存址空间被导出到文件体系中，并在须要利用时再导回到物理内存中。假造文件体系通过将种种配置抽象为一种大众接口，屏蔽了种种硬件配置的细节。网络接话柄现了对种种网络标准网络硬件的访问。进程间通讯子体系实现了体系内进程间的多种通讯机制。

（2）Linux内核的配置

Linux体系的内核采取单块布局，可以动态地加载和卸载模块。体系利用内核模块的可动态装载和卸载结果，可机动地在内核中添加新的组件或卸载不再须要的内核组件。因此在细致实现进程中，可以针对要实现的结果对其内核举行淘汰，以缩小体积。根据网络存储器的硬件实现框图可以知道，整个别系的硬件接口只包括PCI和IDE两种接口。在对Linux内核举行配置时，可把Floppy、SMP、MTRR、SCSI及全部的Block Device和Character Device删除，只留下old IDE Device、PCI。别的，文件体系在内核中占了相称大的比例，VFS简化了文件体系的筹划，Buffer cache、Directory cache增长了体系的屈从；但这些对嵌入式体系用处不大，可以删除，内核会减小20KB左右，大概跳过整个VFS，直接将文件体系写成一个Driver的型式，如许文件体系可由230KB缩减至50KB左右。在配置Linux内核时，网络协议的支持是必不可少的。如今，大多数网络都因此TCP/IP协议为底子的，并且一样通常的变乱站所选用的利用体系为Windows或Linux体系，因此，要实现其网络结果，并可以大概在差别平台下实现文件共享，应该选择对TCP/IP协议、NFS以及Samba协议的支持。

2.2 差别平台下文件共享的实现

当代PC机中广为盛行的利用体系有两种：Windows和Linux。这两种利用体系是依赖于完全差别的技能来提供网络办事的：Linux利用体系因此传输控制协议/网络协议（TCP/IP）、网络文件体系（NFS）以及网络信息办事（NIS）为底子，提供网络办事的；而Microsoft则依赖于NetBIOS和办事信息块（SMB）来提供把数据从办事器传输至客户机的办事。因此，我们选用Samba东西来实现这两种差别平台下的文件共享。

（1）Samba简介

Samba从底子上消除了Windows与Linux之间的屏蔽，可以提供以下4个方面的办事：共享资源和打印机、名字阐发、欣赏、用户身份认证。通过让NetBIOS(Windows网络邻居的通讯协议)和SMB（Server Messege Block）两个协议运行于TCP/IP通讯协议之上实现文件共享，并且利用NetBEUI协议，可以让Windows通过网络邻居看到Linux办事器。

①NetBIOS协议。NetBIOS是一个对话层通讯办事，通过一种大众的要领为访问提提供用步调，并且对整个网络提供办事。它是一个针对怎样访问数据的典范，拜托更低一级的协议，如NetBEUI或TCP/IP等，提供实际传输办事的。NetBIOS典范把协议分成三种办事：名字办事、对话办事、数据报办事。名字办同族儿要校验该NetBIOS名字是唯一的，删除不再须要的NetBIOS名字，在NetBIOS名字底子上确定办事器的网络地点；对话办事在两个应用步调之间，提供超过跨过NetBIOS网络的实现通讯通道；数据报办事提供广播信息或在应用步调之间发送信息而无需应答。

由于NetBIOS和TCP/IP在主机定名方面利用的是完全差别的体系，前者以字符为底子，后者以数据为底子，以是必须把每个NetBIOS名字与IP地点举行结婚。Samba利用TCP/IP协议来传输NetBIOS，把NetBIOS名字阐发或IP地点，通常通过三种结婚要领：第一种是把每个对IP地点的恳求广播到节点名字阐发的原始NetBIOS，依赖于每个客户机和办事器，通过网络去探求对方；第二种利用本地文件，并加载进入高速缓冲存储器，以便每个客户机可以相识哪个名字阐发成哪个IP地点；第三种利用NetBIOS名字办事（NBNS），一个NBNS是一此中间主机，它为一个变乱组存储NetBIOS名字以及与其相映射的IP地点列表，因此，每个变乱组上的NetBIOS节点都可以向NBNS恳求为它们把名字阐发成IP地点。

②SMB协议。SMB协议是一个通过网络提供并得到资源的协议，依赖于NetBIOS举行名字阐发，为网络上利用资源提供一个标准的接口。SMB协议对办事器定义了两种沉寂模式：共享级和用户级。

共享级办事器在硬盘配置上创建了一些可被访问的目次，用户须要一个暗码来得到访问权。因此，网络上的恣意用户只要知道办事器的名字、资源的名字以及暗码就可以访问资源了。共享级办事器通过对同一个资源设置差别的暗码，控制用户的访问权限。

用户级办事器在硬盘配置上创建可被访问的目次，须要用户提供用户名及相应的暗码来得到访问权。NT办事器和LM/U办事器采取这种要领而不支持共享级访问。相对共享级模式，用户级更容易办理用户。

（2）Samba的配置

一个Samba办事器实际包括了两个办事器步调：smbd和nmbd。Smbd是Samba的内核，认真创建对话进程、验证用户身份、提供对文件体系和打印机的访问机失；nmbd实际网络欣赏办事器的结果，作用是对外颁发Samba办事器可以提供的办事。Nmbd可以使Samba办事器出如今Windows95或WindowsNT的“Network Neighborhood”（网络邻居）中，并且客户机可欣赏到Samba办事器所共享的资源。启动Samba办事器进程时，可以完全不运行nmbd，如许客户只能看到Samba办事器的NetBIOS名字，看不到Samba办事器所提供的些办事。

在Samba的软件包中存在一个smb.conf配置文件，其布局雷同于Windows的*.ini文件。RedHat和Debian中，smb.conf文件的缺省位置是在/etc/下，全部的Samba步调都要参照这个配置文件。整个配置文件分为三节：[global]、[home]、[printers]。[global]节设置全局选项和一些缺省的办事选项；[home]节用来动态地映射到每个用户的home目次下；[printers]节用来设置将根据体系printcap文件配置的打印机共享至指定用户。此中每一节中的配置参数都是一个全局参数或是一个办事参数，全局参数影响或控制整个办事器，办事参数影响或控制办事器提供的某项办事。Samba的配置文件见网络补充版。

办理员可通过Samba的一些下令来办理用户及用户的访问权限，如添加用户、删除用户、变革目次的访问权限，也中直接修改smb.conf举行办理。

2.3 差别布局网络之间文件共享的实现

（1）NFS协议简介

NFS网络文件体系是由Sun Microsystems公司最早实现的，用于在差别的利用体系、差别的网络布局及差别的传输协议之间共享文件。NFS协议组包括NFS、RPC、XDR。NFS本身没提供别的步调可调用的进程，它通过长途进程调用和通用外部数据表现来实现。长途进程调用为长途办事提供一个接口，包括主机地点、步调号及一个远端进程的进程号，而外部数据表现提供了一套通过网络形貌数据典范的要领。

在差别的利用体系中，文件体系的办理要领差别，敷衍目次树的深度、名字的利用以及路径的表现要领也都有差别的规定。有些利用体系的文件体系处于特定的目次下面，而有些利用体系用mount利用使全部的文件体系看起来在一个单独的目次下。只管目次和文件在很多方面都比较雷同，但是访问它们却须调用差别的步调，因此，NFS假定文件体系是分等级的，并且文件处于最低等级，NFS为目次提供一个标准的网络格局以便访问。在长途调用中，每次调用只返回一个目次，如许办理了差别文件体系之间布局差别的标题。

（2）NFS办事的配置

NFS办事器利用了5个保卫进程来提供NFS办事。最底子的提供NFS办事的体系至少要运行nfsd用于处理惩罚处罚NFS协议，而mountd用于处理惩罚处罚客户的mount恳求。别的，由于NFS利用RPC长途调用，别的三个RPC保卫进程portmap、rpc_lockd、rpc_statd可以用来资助提供更高效的办事。为了使别的体系也能利用Linux体系上的硬盘空间，在体系启动时，应加载NFS的保卫进程。这须要在rc.conf中变动相应关的参数：nfs_server_enable、rpc_statd_enable、rpc_lockd.enable和portmap_enable，这些参数映射相应的保卫进程。如许，体系启动之后就具备了能共享文件的本领 ，接下来的变乱是通过变动/etc/exports文件来设置须要共享的目次以及这些目次的访问权了，以包管其沉寂性。Exports文件的设置如下：

/usr/src/sys-maproot=guest1 ns host2

/usr/ports-ro-network 202.114.1.0

在这里我们利用绝对路径的要领定义了两个共享目次—/usr/src/sys和/usr/ports，并且对这两个目次的访问权限分别作了差别的限定，以包管其沉寂性。敷衍第一个目次，限定了客户机上的root用户等价于本机上的guest1用户，以克制客户机上的root用户拥有这个办事器上的root权利，举行非法利用，以后的ns和host2参数是主机名，只有ns和host2才华共享这个/usr/sys/src目次。第二行设置共享了/usr/ports目次，限定为只容许读取，并且也只有202.114.1.0网络上的谋略机才华访问这个共享目次。在变动了exports文件之后，向mountd进程发送一个SIGHUP信号，使其重读exports文件的内容，如许关于exports文件的设置才开始见效。

结语

本文提出了一个网络存储器的底子办理方案，实现了网络存储器的底子结果。整个别系易于摆设，具有可靠性较高，跨平台、跨网络的长处；同时也存在着一些不敷的地方，比如对用户、磁盘的办理不太方便，这些可通过数据库技能加以改革。