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聊起服務器,大家首先想到的就是“三大件”,即CPU, 內存,硬盤,但是作為服務器不可或缺的部件,網卡也應該占據一席之地,網卡的功能主要有兩個:
一是將服務器的數據封裝為幀,並通過網線將數據發送到網絡上去;
二是接收網絡上其它設備傳過來的幀,並將幀重新組合成數據,發送到所在的服務器中。
網卡最重要的參數是速率,代表著服務器網絡的整體處理能力。bobty下载软件 ,大數據處理,高速存儲的需求推動了網絡帶寬的發展,雲上客戶對網絡速度及網絡帶寬的關注度不斷提升。業務對數據中心的流量產生巨大的衝擊,企業需要大量、大帶寬的服務器組成集群係統,協同完成工作。網卡速率從1G到10G普及用了十年時間,但是從10G到加速普及到25G,隻用了不到3年時間,互聯網頭部公司已經基本切換到25G網絡,甚至已經開始部署50G和100G網卡。
網卡速率的增長可以解決傳輸帶寬的問題,但是數據包處理的延時卻不能很好解決,在一些在線交易業務中,如金融證券行業,要求數據包能夠較快的得到處理。在bobty下载软件 場景下,由於天然是分布式的係統,有大量的數據在東西向流轉,如果延時過大,將導致業務不可用。在此情況下傳統的x86服務器已經不能很好滿足業務的需求,於是出現了如DPDK這種軟件的解決方案,采用輪訓方式和在用戶態實現數據包處理,能夠明顯提高服務器網絡性能。DPDK最大的好處就是投入少,收益大,傳統網卡加上軟件套件就可以實現性能提升,缺點在於需要專門劃出一部分CPU核來處理數據包。但是隨著VXLAN等overlay協議以及OpenFlow、Open vSwitch(OVS)等虛擬交換技術的引入,使得基於服務器的網絡數據平麵的複雜性急劇增加,傳統網卡固定功能的流量處理功能無法適應SDN和NFV ,而且網絡接口帶寬的增加意味著在軟件中執行這些功能會占用大量的CPU資源, 和當前bobty下载软件 的理念背道而馳,於是智能網卡的概念應運而生。
不同於傳統網卡,智能網卡同時具備高性能及可編程的能力,既能處理高速的網絡數據流,又能對網卡進行編程,實現定製化的處理邏輯
目前,智能網卡設計采用以下三種形式之一:
1. 多核智能網卡,基於包含多個CPU內核的ASIC
2. 基於現場可編程門陣列(FPGA)的智能網卡
3. SOC,即片上係統,它將硬件可編程FPGA與ASIC網絡控製器相結合
不同的實現方式在成本、可編程性和靈活性方麵各有優劣,ASIC具有價格優勢,但靈活性有限,盡管基於ASIC的NIC相對容易配置,但最終功能將受到基於ASIC中定義的功能的限製,某些較複雜的負載可能無法得到支持,相比之下,FPGA NIC是高度可編程的,並且可以相對有效地支持幾乎任何功能,不過FPGA最大的問題是編程難度大且價格昂貴,對一些小客戶不太友好,針對更複雜的用例,SOC是較佳的SmartNIC選擇,價格與性能兼具、易於編程且高度靈活。
具體說來,智能網卡為數據中心網絡提供了幾項重要優勢,包括:
1.通過直接在網絡接口卡上執行任務來加速網絡、存儲和計算任務,消除了在服務器上運行這些工作負載的需要,並釋放了CPU周期,從而顯著提高服務器性能並降低總體功耗,進而降低總體擁有成本。
2.卸載日益複雜的網絡任務,包括諸如VxLAN等複雜隧道協議和OVS虛擬交換機等,使服務器處理器能夠執行實際的創收性任務。
3.通過在更快速的硬件而不是較慢的軟件中去執行卸載功能,從而提高有效網絡帶寬和吞吐量,並提供附加的、靈活的功能,以適應新的和不斷變化的網絡和存儲協議。
其實智能網卡在大型互聯網公司及頭部CSP上已經開始應用,核心思想就是把業務負載卸載到專用硬件上,如微軟在Azure上使用FPGA來實現CPU卸載、網絡加速,而AWS甚至發展出一套Nitro 架構來實現VPC, EBS,存儲等業務的硬件卸載,國內阿裏巴巴的神龍架構思想類似,其架構核心就是一塊MOC卡,整個Hypervisor完完全全運行在這張卡上麵,服務器的CPU和內存完全可以釋放出來給客戶。
H3C作為優秀的超融合係統廠商,在UIS7.0架構中引入智能網卡的相關技術,加速業務的同時,釋放硬件資源,有效降低TCO。
傳統的超融合方案,計算、存儲、網絡均采用CPU處理,存儲和網絡占用大量CPU資源,導致真正用於計算的CPU資源減少,CPU的算力無法完全發揮。UIS赤霄智能加速架構的核心是實現了網絡加速和存儲加速。采用加速卡加速以後,在主機上僅需運行虛擬化平台,承擔CPU、內存、及少量外設的虛擬化,而網絡訪問,存儲訪問及存儲的處理邏輯全部下沉到加速卡上去處理。
下麵我們來介紹下具體的處理邏輯
網絡加速
使用普通網卡時,虛擬交換機需要使用主機的CPU和內存來處理用戶報文,軟件處理報文導致無法滿足高性能需求,而且占用的CPU和內存會減少用戶可以創建的虛擬機數量。
使用智能加速卡時,虛擬交換機下沉到智能加速卡中,使用硬件芯片轉發用戶報文,性能更高,原先的軟件虛擬交換機小包性能約為2G左右,而采用智能加速卡則可以達到15G。另一個更大的好處是,原來占用的主機資源可以釋放出來,用於創建更多的虛擬機。
赤霄架構首創加速卡運行分布式存儲方案,解決了傳統分布式存儲占用X86 CPU資源過多的頑疾,相比傳統分布式存儲:
l 高性能:采用硬件方案直接訪問SSD盤,相比傳統存儲內核態IO的訪問方式性能提升顯著,並且采用無中心分布式架構,集群性能隨著規模的增長線性增長。
l 高可靠性:多塊卡組成了分布式集群,並實現了集群中的每個數據至少保存兩份副本,且集群會自動將數據分布在不同服務器的卡上,硬件損壞的情況下依然可以獲取一份完整的數據,並且丟失的數據會自動重構。
l 高可用性:存儲集群提供多副本機製,當某個故障單元發生故障後,整個集群依然可以對外提供服務。
UIS赤霄智能加速架構,可以帶來如下優化成果:
l 1) CPU和內存損耗大幅度降低;
l 2) 可承載的虛擬機數量大幅度增加;
l 3) 單VM的成本降低20%以上;
l 4) 網絡IO性能大幅提升,小包性能從2G提升到15G以上;
l 5) 存儲性能大幅提升,4K隨機IOPS至少提升1倍以上。
bobty下载软件 技術發展依賴於底層基礎架構的變革,將傳統的由CPU計算的底層模塊卸載到專用硬件上是未來重要的發展趨勢之一,BOB登陆 的UIS7.0 超融和架構很好的迎合了這一趨勢,讓客戶的雲端業務更有效率的運行。