龍蜥白皮書精選：面向 DPU 場景的軟硬協同協議棧

文/陸揚、施威

01 背景概述

隨著資料中心網路頻寬的大幅提升和時延的不斷下降，傳統基於乙太網的 TCP 協議棧面臨著新的挑戰。此時傳統的乙太網卡和 TCP 協議棧已不能滿足其對於網路吞吐、傳輸時延和增效降本的要求。與此同時雲、硬體廠商提供了高效能 DPU 解決方案，因此需要一個高效能的軟硬協同網路協議棧，對下適配 DPU 並充分發揮硬體效能，對上支撐大規模雲上應用場景，開發部署和運維友好，相容主流的雲原生等業務架構。

02 技術方案

共享記憶體通訊 SMC 是由 IBM 首 次貢獻至 Linux 社群，並由龍蜥社群增強和維護的軟硬協同的高效能協議棧。針對不同的規模場景、硬體和應用模型，SMC 提供多位一體的方案以解決當前傳統協議棧的問題：

• 藉助雲廠商 VPC 或者資料中心 RDMA，實現不同規模和場景下的高效能通訊，支撐不同的業務規模和場景。

• 相容 RDMA verbs 生態，實現協議棧解除安裝至硬體，提升網路效能，降低 CPU 資源使用，支援多種硬體。

• 透明替換網路應用，SMC 完全相容 TCP socket 介面，並可快速回退 TCP。

• 使用統一高效的共享記憶體模型，藉助硬體解除安裝實現高效能的共享記憶體通訊。

03 技術優勢

1、透明加速傳統 TCP 應用，對於應用程式、執行環境映象、部署方式無侵入，對 DevOps 和雲原生友好。

2、DPU 軟硬協同的網路協議棧，更高的網路效能和更低的資源使用。

3、Linux 原生支援的標準化、開源的網路協議棧，SMC-R 實現自 IETF RFC7609，由社群共同維護。

04 應用場景

SMC 是一個 Linux 核心原生支援的通用高效能網路協議棧，支援 socket 介面和快速回退 TCP 的能力，任何 TCP 應用均可實現透明替換 SMC 協議棧。由於業務邏輯與網路開銷佔比的差異，不同應用的加速收益存在差異。下面是幾個典型的應用場景和業務最 佳實踐：

• 記憶體資料庫，Redis 和部分 OLAP 資料庫，Redis QPS 最高提升 50%，時延下降 55%。

• 分散式儲存系統，雲原生分散式儲存 Curve 在 3 volume 256 depth randwrite 場景下效能提升18.5%。

• Web service，NGINX 長連結下 QPS 最高提升 49.6%，時延下降 55.48%。

總的來說，使用 SMC 協議棧可以提高 TCP 應用的效能，減少時延，提高 QPS，並且不需要修改應用程式程式碼。但是，加速效果受到業務邏輯和網路開銷佔比的影響，不同應用的加速效果存在差異。在一些特定的應用場景下，如高效能運算，大資料等，使用 SMC 協議棧能夠帶來顯著的效能提升。

附：

2022 龍蜥社群全景白皮書（關注公眾號回覆關鍵字“白皮書”獲取）

—— 完 ——