RDMA技术入门:从TCP到UDP的高效通信
"本次介绍的主题是RDMA技术,由Alex Margolin主讲,他是一名在Mellanox Technologies工作了5年的HPC软件架构师,专注于集群和超级计算机的软件设计,如MPI。他的研究领域还包括低层软件优化,并且是希伯来大学的博士候选人。Alex经常在本地大学和Mellanox的合作伙伴及客户中教授RDMA相关课程。最近,Mellanox推出了学术课程大纲,旨在探讨如何通过RDMA技术提升云基础设施的效率和可扩展性,实现存储成本的大幅降低。微软在2014年Open Networking Summit上的主题演讲中强调了RDMA在Azure云存储中的应用,展示了RDMA如何通过RoCE(RDMA over Converged Ethernet)在40GbE上启用,实现了巨大的运营成本节省。" 本文将深入讲解RDMA(Remote Direct Memory Access)技术,这是一种允许网络设备直接读写远程计算机内存的技术,无需经过操作系统内核,从而减少了通信延迟并提高了数据传输效率。 1. **可靠连接(RC)**: 类似于TCP,提供可靠的、连接导向的传输服务,确保消息的完整、有序交付。这在需要保证数据完整性的应用中非常重要,如数据库操作或分布式计算。 2. **不可靠无连接(UD)**: 类似于UDP,不保证消息的传递,采用最佳努力的方式发送消息,可以支持多播。这种模式适用于对实时性要求高但对数据丢失容忍度较高的场景,如视频流媒体。 3. **不可靠连接(UC)**: 结合了无连接和连接的特性,提供最佳努力的有序数据传输,适用于需要顺序但可以容忍偶尔丢包的应用。 RDMA的核心优势在于**内核旁路(Kernel Bypass)**和**传输卸载(Transport Offload)**。内核旁路使得网络通信绕过操作系统内核,减少了上下文切换和系统调用的开销。传输卸载则将部分协议处理工作转移到网络硬件,进一步降低了CPU利用率。 **RDMA编程APIs**:RDMA编程涉及使用特定的 verbs,这些verbs允许应用程序直接与网络接口卡(NIC)交互,执行读写、原子操作等。 **用户层协议(ULPs)**:在RDMA环境中,用户可以直接构建协议,如MPI-IO,以利用RDMA的高效性能,无需依赖传统的网络堆栈。 **In-Network Operations**:某些RDMA NICs支持在网卡内部执行某些计算操作,称为In-Network Computing,这可以减少数据在主机间传输的次数,提高性能。 通过RDMA,如RoCE的实现,云基础设施能够实现大规模扩展,并显著降低成本。例如,微软Azure利用RDMA技术改进其存储系统,通过减少网络带宽消耗和提高I/O吞吐量,极大地降低了运营成本。 总结来说,RDMA技术通过提供高效的内存访问和减少系统开销,为高性能计算、云存储和大数据分析等应用场景提供了突破性的性能提升。它改变了传统的网络通信模式,成为了现代数据中心和云计算的关键技术之一。
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