簡(jiǎn)談以太網(wǎng)RDMA網(wǎng)卡的應(yīng)用

時(shí)間：2020-04-01作者：深圳市聯(lián)瑞電子有限公司瀏覽：89

各式各樣的數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)中通過網(wǎng)絡(luò)協(xié)議(如TCP/IP)進(jìn)行傳輸時(shí)，如果信息量過大而不加以限制的話，那么**額的網(wǎng)絡(luò)流量就會(huì)導(dǎo)致設(shè)備反應(yīng)緩慢，由此就造成了網(wǎng)絡(luò)延遲。

延遲越低越好，效率越高越好，這不僅僅是數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)的要求，我們平常使用的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)同樣也希望如此。當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)速度有萬兆、2.5萬兆、4萬兆，甚至10萬兆、20萬兆……的趨勢(shì)都已經(jīng)來了，網(wǎng)絡(luò)帶寬似乎已經(jīng)不是主要的瓶頸了，而服務(wù)器系統(tǒng)和CPU本身逐步轉(zhuǎn)為了制約網(wǎng)絡(luò)I/O的瓶頸，影響服務(wù)器的整體性能。
1. 如何解決問題？
解決問題的基本思路就是：通過應(yīng)用程序直接讀取和寫入遠(yuǎn)程內(nèi)存，而*CPU介入進(jìn)行多次拷貝內(nèi)存，還可繞過內(nèi)核直接向網(wǎng)卡寫數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了高吞吐量、**低時(shí)延和低CPU開銷的效果。
實(shí)現(xiàn)這樣功能的技術(shù)就是RDMA（Remote Direct Memory Access）技術(shù)，也就把RDMA【遠(yuǎn)程直接數(shù)據(jù)存取】技術(shù)運(yùn)用到了網(wǎng)卡控制器上。

那么具有RDMA功能的網(wǎng)卡和不具有RDMA網(wǎng)卡的有什么不同呢？
首先不具備RDMA功能的網(wǎng)卡的傳輸路徑過程是：應(yīng)用程序--->系統(tǒng)--->內(nèi)存--->CPU--->內(nèi)存--->硬盤---->內(nèi)存--->網(wǎng)卡。
而具有RDMA功能的網(wǎng)卡，在進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)候，網(wǎng)卡繞過CPU來實(shí)現(xiàn)服務(wù)器間的內(nèi)存數(shù)據(jù)交換：應(yīng)用程序--->內(nèi)存--->硬盤---->內(nèi)存--->網(wǎng)卡。大大地簡(jiǎn)化了過程，傳輸效率有了明顯的提升。

 

具有RDMA功能的網(wǎng)絡(luò)和不具有RDMA功能的網(wǎng)絡(luò)工作示意【圖片來自網(wǎng)絡(luò)】
（綠色表示RDMA的工作路徑，橙色表示不具有RDMA功能的工作路徑）

RDMA作為一種硬件實(shí)現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)，可以大幅提升網(wǎng)絡(luò)傳輸實(shí)效，幫助網(wǎng)絡(luò)IO密集的業(yè)務(wù)（比如分布式存儲(chǔ)、分布式數(shù)據(jù)庫等）獲得較低的時(shí)延以及較高的吞吐。
目前市場(chǎng)上能夠支持RDMA功能的網(wǎng)卡產(chǎn)品并不普及，如我們熟知的Intel網(wǎng)卡，也只在X722-da2/da4上加入了單一的iWARP功能。
而由深圳市聯(lián)瑞電子有限公司推出的三款國產(chǎn)萬兆光纖網(wǎng)卡：聯(lián)瑞LRES1004PF-2SFP+、聯(lián)瑞LRES1005PF-4SFP+、聯(lián)瑞LRES1009PF-SFP+均具有RoCE和iWARP的RDMA功能，同時(shí)成為國內(nèi)首批具有RDMA功能的國產(chǎn)網(wǎng)卡之一。接下來還會(huì)有25G的支持RDMA的光纖網(wǎng)卡上市，我們拭目以待。
 
2. RDMA的應(yīng)用
（1）在服務(wù)器群集上應(yīng)用
RDMA用來把小型服務(wù)器連接為一個(gè)群集；可以處理一些十幾顆處理器的**服務(wù)器才能夠處理的大型數(shù)據(jù)庫。
（2）在高速集群和服務(wù)器區(qū)域網(wǎng)上應(yīng)用
采用RDMA來獲取高性能的協(xié)議，包括SDP（Sockets Direct Protocol）、SRP（SCSI RDMA Protocol）和DAFS（Direct Access File System）；
（3）在分布式應(yīng)用程序的集群上應(yīng)用
采用RDMA的通信庫，包括DAPL（Direct Access Provider Library）、MPI（Message Passing Interface）和VIPL（Virtual Interface Provider Library），運(yùn)行在分布式應(yīng)用程序的集群是RDMA 能夠大顯身手的領(lǐng)域之一；
通過DAPL或VIPL以及集群上運(yùn)行的數(shù)據(jù)庫軟件來使用RDMA，可在相同的節(jié)點(diǎn)數(shù)目下獲得較高的性能和較好的延展性。使用MPI的集群科技運(yùn)算應(yīng)用程序，通過支持互連RDMA 實(shí)現(xiàn)了低延遲時(shí)間低開銷和高吞吐量，這一結(jié)果也使它獲得了巨大的性能提升其他初期的RDMA 應(yīng)用；
iWARP/RDMA這類技術(shù)是通過DAFS的遠(yuǎn)程文件服務(wù)器訪問、通過SRP的存儲(chǔ)設(shè)備訪問RDMA技術(shù)成為高速集群系統(tǒng)和存儲(chǔ)域網(wǎng)絡(luò)的基本特征技術(shù)。
還有用于RDMA的iSCSI擴(kuò)展的iSER，充分利用了RDMA的功能。
RDMA的其他早期應(yīng)用還有通過DAFS的遠(yuǎn)程文件服務(wù)器訪問和通過SRP的刀片服務(wù)器存儲(chǔ)訪問。
（4）在NAS和SAN上應(yīng)用
傳統(tǒng)的直連存儲(chǔ)DAS是以服務(wù)器為中心的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，這一存儲(chǔ)體系結(jié)構(gòu)存在容量限制、連接距離有限、不易于共享和管理等不可克服的缺點(diǎn)。已經(jīng)不能夠滿足網(wǎng)絡(luò)時(shí)代的應(yīng)用需求，
存儲(chǔ)技術(shù)發(fā)生巨大變化出現(xiàn)了，出現(xiàn)了如：網(wǎng)絡(luò)附加存儲(chǔ)NAS、存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)SAN。這些既能為網(wǎng)絡(luò)上的應(yīng)用系統(tǒng)提供豐富快速簡(jiǎn)便的存儲(chǔ)資源，又能共享存儲(chǔ)資源并對(duì)其實(shí)施集中管理，成為當(dāng)前理想的存儲(chǔ)管理和應(yīng)用模式，
但NAS結(jié)構(gòu)存在一些難以解決的問題如：傳輸能力有限、可擴(kuò)展性有限、數(shù)據(jù)備份能力有限、并且不能對(duì)數(shù)據(jù)庫服務(wù)提供有效的支持。
DAFS把RDMA的優(yōu)點(diǎn)和NAS的存儲(chǔ)能力集成在一起，全部的讀寫操作都直接通過RDMA驅(qū)動(dòng)器執(zhí)行，從而降低了網(wǎng)絡(luò)文件協(xié)議所帶來的系統(tǒng)負(fù)載，今后的NAS存儲(chǔ)系統(tǒng)將會(huì)采用DAFS技術(shù)來提高系統(tǒng)性能，并且在性能和價(jià)格上與SAN 存儲(chǔ)系統(tǒng)進(jìn)行有力的競(jìng)爭(zhēng)。
（5）在高性能數(shù)據(jù)中心上應(yīng)用
數(shù)據(jù)中心、AI訓(xùn)練、云存儲(chǔ)等


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