网站设计制作价钱低网站首页设计模板

网站设计制作价钱低,网站首页设计模板,天元建设集团有限公司座机号码,硬件开发工程师面试一、背景#xff1a;分布式系统与 Scale-Out 架构在讲解 Scale-Out#xff08;横向扩展#xff09;之前#xff0c;先介绍一下分布式系统的概念。当计算机系统发展成熟后#xff0c;单一系统往往面临单点故障和性能瓶颈的问题。为解决这些问题#xff0c;出现了两个主要发…一、背景分布式系统与 Scale-Out 架构在讲解 Scale-Out横向扩展之前先介绍一下分布式系统的概念。当计算机系统发展成熟后单一系统往往面临单点故障和性能瓶颈的问题。为解决这些问题出现了两个主要发展方向一个方向是发展双控系统。 常见的是两个系统共享存储资源工作在AA模式Active-Active主主模式 或 AP模式Active-Passive主备模式。以集中式双控存储 SAN 为例存储的两个控制器通过 SAS 双端口 可访问同一组硬盘故障时可在控制器间无缝切换。硬盘层面通过 RAID 技术 避免单点故障从而实现端到端的高可用性。这种方式对硬件设计要求高需考虑共享内存、SAS 双端口等定制化设计因此成本较高。另一个方向是发展分布式系统如云计算、大数据 Hadoop、分布式文件系统 Lustre、分布式存储 Ceph 等。其主要特点是系统之间通过网络互联节点可采用标准服务器硬件无需定制。通过协议与软件在不可靠的硬件之上构建可靠、可扩展的系统是分布式系统的核心理念。因此硬件成本相对较低但软件系统复杂度显著增加。这种通过增加节点来扩展系统能力的方式即为 Scale-Out横向扩展。早期分布式系统多基于以太网上的 TCP/IP 协议 进行通信节点间通信效率不高。因此在一些非必须使用 TCP/IP 的场景中通信协议逐渐转向 RDMA其底层支持两种主要技术InfiniBand 和 RoCEv2基于增强型以太网。图1 从单一系统到分布式系统二、InfiniBand 标准的起源笔者最初接触 InfiniBand 是通过 Mellanox 公司曾以为它是 Mellanox 私有的协议后来查阅资料才知 InfiniBand简称IB是由标准组织制定的开放协议。InfiniBand 起源于 1999 年旨在解决服务器内部 PCIe 总线与外部网络如千兆以太网之间的性能瓶颈其愿景是统一内部 I/O 与外部网络通信。该标准由 InfiniBand Trade AssociationIBTA 维护官网为https://www.infinibandta.org/。IBTA 由以下两个早期 I/O 标准合并而成- 下一代 I/ONGIO由 Intel、Sun、Dell 等公司主导。- 未来 I/OFuture I/O由 IBM、HP、康柏Compaq等公司主导。下图展示了当前 IBTA 的主要成员。值得注意的是NVIDIA 于 2020 年以 69 亿美元收购了 Mellanox这一布局显著强化了其在高性能网络与 AI 基础设施领域的地位。图2 IBTA 组织成员InfiniBand 最初目标宏大希望同时取代服务器内部的板级总线如 PCI和外部网络如以太网用统一互联技术构建数据中心。然而PCIe 和基于以太网的 TCP/IP 协议已建立强大生态难以全面替代。因此IB 最初的突破点选择了对网络性能要求极高的 高性能计算HPC 领域。Mellanox 是早期将 IB 商业化并推向 HPC 市场的关键推动者。该公司成立于 1999 年2001–2003 年推出了全球首批 InfiniBand 主机通道适配器HCA和交换芯片。首个重要落地系统是美国能源部的 ASCI Q 超级计算机2003 年于洛斯阿拉莫斯国家实验室上线该系统使用 Mellanox 的 InfiniBand 技术连接上万个 Alpha 处理器节点。如今InfiniBand 已不仅限于 HPC更广泛用于 AI 大规模训练、云计算、云存储 等场景。例如存储领域的 NVMe over FabricNoF 协议中的“Fabric”常指基于 InfiniBand 或RoCE的 RDMA 网络。三、RDMA 是什么RDMARemote Direct Memory Access远程直接内存访问 是 InfiniBand 协议栈顶层的软件接口为应用程序提供 verbs 调用接口实现高效的数据传输。在介绍 RDMA 之前先理解 DMADirect Memory Access直接内存访问 的概念。图3 DMA 操作示意如图3所示传统的数据操作需经过 CPU 读写这会占用 CPU 资源。对于网络、存储这类数据量大的 I/O 设备若所有数据都经 CPU 搬运会导致 CPU 忙于数据传输而无法执行计算任务。因此大多数 PCIe I/O 设备如网卡内置 DMA 引擎。在图3示例中网卡内部的 DMA 引擎在 CPU 驱动控制下自动将数据从网卡缓冲区搬运到系统内存的指定位置。图中浅蓝色粗箭头表示控制通道绿色粗箭头表示数据通道。CPU 仅需通过驱动程序控制网卡准备 DMA 描述符如指定 RX/TX Ring 在内存中的地址后续的数据收发则由 DMA 引擎自动完成。控制命令的数据量很小与数据传输相比可忽略不计。图3除了呈现DMA之外左下角也同时呈现了网络数据传输与Linux内核TCP/IP协议的内存管理的关系左下角的三个黄色框分别表示1. 用户态缓冲区应用程序通过 socket 调用如 send/recv使用的内存地址。2. 内核态缓冲区sk_buffLinux 内核 TCP/IP 协议栈使用的缓冲区。3. 网卡 DMA 缓冲区RX/TX Ring驱动申请并提供给 DMA 引擎直接访问的内存区域。数据在用户态、内核态和网卡缓冲区之间往往需要多次拷贝这也是 TCP/IP 协议效率较低 的原因之一。Linux 内核虽持续优化如零拷贝技术但完全消除拷贝仍需解决内存管理等多重挑战。具体做到什么程度需要查看对应的Linux内核与网络驱动程序的实现。RDMA 将 DMA 思想扩展到跨系统通信。两台主机通过网络传输数据时CPU 仅需下发控制命令实际数据传输由网卡上的 RDMA 引擎 自动完成图4、图5中浅蓝色为控制流绿色为数据流。目前支持 RDMA 的网卡仍为 PCIe 设备数据搬运通过 PCIe 总线进行。在现代计算机体系中内存地址与 PCIe 映射地址统一编址因此 RDMA 的源地址和目的地址既可以是系统内存也可以是 PCIe 设备内存如 GPU 显存。图4展示了两系统内存间的 RDMA 传输图5展示了两个 GPU 显存间的 RDMA 传输。值得强调的是InfiniBand 原生的 RDMA 可实现端到端的零拷贝。应用程序的 send/recv 缓冲区可直接作为 RDMA 操作的缓冲区无需经过内核协议栈和多层缓冲区拷贝从而大幅提升效率。图4 系统内存间的 RDMA 传输图5 GPU 显存间的 RDMA 传输四、InfiniBand、RoCE 及 RDMA随着 InfiniBand 在 HPC 领域的成功其应用逐渐扩展至 AI 大规模训练等领域RDMA 的高效性也得到广泛认可。IB 协议栈采用分层设计其上层的 RDMA 协议也可由其他底层协议承载由此诞生了 RoCERDMA over Converged Ethernet即基于增强以太网的 RDMA 实现。协议栈对比如图6所示- 黄色部分为 IB 与 RoCE 共同支持的 RDMA 上层协议。- 下方分别为 IB 原生协议栈和 RoCEv2基于 UDP/IP 的增强以太网协议栈。图6 IB 与 RoCE 协议栈对比图7概括了 IB 的核心技术优势图8对比了 IB 与 RoCE 的主要区别。总体而言- InfiniBand 是原生一体化的协议栈提供最优的 RDMA 实现具备低延迟、高可控性和端到端拥塞控制等优势。- RoCEv2 是在以太网上实现 RDMA 的次优方案其通过 PFC/ECN 实现无损传输使用 UDP 简化协议处理但延迟和可控性略逊于 IB。其优势在于基于普及的以太网硬件成本低、组网灵活。然而RoCE 对无损网络设计要求高部署和维护复杂度不低对运维团队提出较大挑战。图7 IB 核心技术优势图片来源千问图8 IB 与 RoCE 总体对比图片来源千问小结在 AI Scale-Out 架构中RDMA 已成为提升节点间通信效率的关键技术。InfiniBand 以其原生一体化设计提供最优性能尤其适用于超算与大规模AI训练RoCEv2 则凭借以太网生态优势在企业云与存储网络中广泛部署。选择时需综合考虑性能、成本、运维复杂度与生态兼容性。随着 AI 与云计算的深度融合高效、可扩展的网络互联技术将持续演进支撑下一代分布式智能系统的发展。