RDMA：實時數據訪問和數據傳輸的高性能技術

RDMA（Remote Direct Memory Access）是一種高性能的I/O傳輸機制，是一種用於實時數據訪問和數據傳輸的操作系統網路協議，與TCP/IP不同。RDMA專門針對高速網路上頻繁、大量、低延遲的數據傳輸場景，關注的是數據傳輸效率和延遲，是網路I/O在高性能計算（HPC）和數據中心（DC）中的重要技術。

一、RDMA的原理和特點

RDMA用於實現數據快速傳輸，與TCP/IP不同，RDMA把普通網路傳輸中的一系列數據包傳輸操作整合起來，直接訪問內存地址。RDMA可以繞開操作系統協議棧，將數據直接從發送端的內存，通過網路適配卡（NIC），發送到接收端對應的內存中，省去了大量的CPU處理時間，大大提高數據傳輸的效率。

RDMA的優點在於其低延遲和高吞吐量，以及範圍內更高的可靠性和更低的 CPU 利用率。 RDMA技術可以顯著減少數據傳輸的延遲，提高效率，實現更快、更可靠的數據傳輸。

RDMA還具有子母網之間的互操作性，這意味著可以在不同類型的網路之間使用RDMA。多個子網直接訪問相同的內存塊，可以提高網路的傳輸能力。

二、RDMA的應用範圍

RDMA技術在高性能計算、數據中心、存儲領域等方面有著廣泛的應用。

1.高性能計算

在高性能計算中，RDMA技術可以提高計算密集型應用程序的性能，例如科學計算、模擬、氣象預測等。在這些應用程序中，數據的傳輸速度非常重要，RDMA可以提高數據傳輸的速度，並減少運算時間。

2.存儲

在存儲領域中，RDMA可以增加存儲系統的吞吐量和性能，使數據傳輸更加快速。

3.虛擬化

虛擬化環境下，RDMA支持快速和高效的I/O操作，提高虛擬網路和存儲性能。RDMA技術還可以防止虛擬網路中的I/O資源競爭，並且可以提供共享塊存儲和SDN等虛擬化架構上的高效數據中心互聯。

三、RDMA的實現方式

RDMA有多種實現方式，常見的有IB（InfiniBand）、RoCE（RDMA over Converged Ethernet）和iWARP（Internet Wide Area RDMA Protocol）等。

1.IB（InfiniBand）

IB是一種高速網路技術，專門用於高性能計算和大規模數據中心。IB以點對點互連的方式實現高速和低延遲的I/O傳輸。由於它的靈活性和可擴展性，IB常用於超算、大規模Hadoop集群、高頻交易等應用場景。

2.RoCE（RDMA over Converged Ethernet）

RoCE可以在常見的乙太網（Ethernet）網路中實現RDMA技術。它通過在乙太網幀頭中添加自己的L2和L3頭，來實現RDMA轉發。RoCE可以使用多種協議，包括IPv4 /v6，TCP /UDP和 IB。

3.iWARP（Internet Wide Area RDMA Protocol）

iWARP是適用於乙太網的一種RDMA技術。它使用TCP/IP協議棧，並通過引入新的網路層和傳輸層協議來實現RDMA傳輸。iWARP可用於跨越廣域網的RDMA，可為遠程距離數據傳輸提供快速和高效的解決方案。

四、RDMA的代碼示例

下面是一個基於RoCE協議實現的RDMA代碼示例：

#include <stdio.h>
#include <infiniband/verbs.h>

int main(int argc, char *argv[])
{
    struct ibv_device **dev_list;
    int num_devices, i;

    // 獲取本地的 RDMA 設備列表
    dev_list = ibv_get_device_list(&num_devices);

    if (!dev_list) {
        fprintf(stderr, "Failed to get device list\n");
        return 1;
    }

    // 遍歷 RDMA 設備列表
    for (i = 0; i < num_devices; ++i) {
        const char *dev_name;

        // 獲取設備名稱
        dev_name = ibv_get_device_name(dev_list[i]);

        printf("RDMA device %d: %s\n", i, dev_name);
    }

    ibv_free_device_list(dev_list);

    return 0;
}

這個示常式序獲取本機上的RDMA設備列表，並輸出每個設備的名稱。