基于RDMA跨态通信协议的研究与实现

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随着数据量的爆发式增长以及Infiniband等高速网络技术的普及,使得高性能分布式文件系统为大数据应用提供了有效支撑。传统的TCP/IP网络架构很难充分利用网络带宽,已成为整个系统的瓶颈。远程内存直接访问(Remote Direct Memory Access,RDMA)技术采用直接读写远端内存的方式,避免了多次内存拷贝的开销,满足了分布式应用中的高速通信需求。在分布式文件系统中,为了保证较高的读写性能,客户端通常在内核态实现,而后端存储服务器出于简化设计的目的,在用户态实现,于是出现跨态对接通信的问题。若基于TCP/IP协议栈应用远程过程调用(Remote Procedure Call,RPC)模型,即使硬件上采用Mellanox公司提供的40Gbps Infiniband高速互联设备,因软件栈通信架构的限制,仍然无法获得高网络带宽。因此设计开发了一套基于RDMA的网络通信架构,实现并提供跨态的RPC over RDMA通信接口。在该跨态通信架构实现中,客户端在内核态基于NFSoRDMA状态机模型设计实现,服务器端在用户态利用RPC over RDMA设计实现。按照传统RPC逻辑,结合RDMA原语操作,完成了客户端和服务器的上下半程调用,编解码等,实现了一种分布式跨态通信加速方案,适用于用户态和内核态高效通信的分布式应用场景。对比测试结果表明,RPC over RDMA通信架构的设计使得网络带宽利用率明显提升,大约可以提升将近50%的峰值带宽,充分发挥了Infiniband网络的优势。
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