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Wie RDMA-Storage-Systeme Latenzen reduzieren

RDMA kann I/Os beschleunigen, indem es den Kopierprozess im Software-Stack umgeht, wenn Daten vom System-Memory abgerufen werden.

Remote Direct Memory Access (RDMA) erlaubt eine direktere Datenbewegung in und aus dem Server heraus. Die Technologie kann auf Netzwerkseite oder in Storage-Applikationen implementiert werden. RDMA-Storage-Systeme umgehen die normalen Software-Netzwerk-Stack-Komponenten des Systems, wie zum Beispiel den Cache oder das Betriebssystem.

Ebenso umgehen sie die multiplen Buffer-Kopierprozesse, die normalerweise erfolgen. Das reduziert die allgemeine CPU-Nutzung und verbessert die Latenz des Host-Software-Stacks, da weniger Instruktionen für das Abschließen des Datentransfers benötigt werden. Einige RDMA-Adapter verfügen über integrierte Offload-Funktionen.

Zu den RDMA-Storage-Netzwerkprotokollen gehören iSCSI-Protokolle (Block-basiert) und NFS oder SMB (auch als CIFS bekannt) für File-Protokolle. RDMA optimiert Latenzen und reduziert die CPU-Auslastung des Host-Servers, der die I/O-Anfragen stellt.

Das ermöglicht eine höhere Rate an I/O-Anfragen oder die Option, kleinere Server für die gleiche Anzahl an I/O-Anfragen zu nutzen. Dadurch eignet sich RDMA-Storage-Networking für Umgebungen, die nur geringe Latenzen erlauben, wie zum Beispiel Supercomputing oder Datenbank-Workloads.

InfiniBand nutzt RDMA direkt (nativ). Mit speziellen Adaptern lässt sich RDMA auch in Ethernet-Netzwerken einbringen. Mit den höheren Ethernet-Geschwindigkeiten kann RDMA over Ethernet zusätzlich Overhead reduzieren.

Abbildung 1: Links ist eine Standard-Netzwerkverbindung zu sehen, rechts eine RDMA-Verbindung. Initiator und Ziel müssen den gleichen RDMA-Typ unterstützen.

Technologien, die RDMA nutzen:

  • iSCSI-Extensions für RDMA (nur Ethernet).
  • Internet Wide-Area RDMA-Protokoll. Dieses läuft auf Standard-TCP/IP (nur Ethernet).
  • NFS over RDMA: Linux-RDMA-Transport für NFS (Ethernet oder InfiniBand).
  • RDMA over Converged Ethernet: Benötigt einen RZ-Bridging-Switch, der eine verlustfreie (lossless) Fabric bereitstellt (nur Ethernet).
  • SMB Direct: Windows-Server-Funktion für File-Server, die RDMA-fähige Netzwerkadapter nutzt (Ethernet oder InfiniBand).
  • SCSI RDMA Protokoll (InfiniBand only).

Künftig könnten auch Scale-out File-Systeme, Scale-out-SANs und andere Anwendungen mit RDMA ausgestattet werden.

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