RDMA性能在多租户环境下的测量研究虚拟机及容器(2)
5.1.2 性能测试 27
5.2 优化设计 29
5.2.1 减少拷贝 29
5.2.2 流式传输 30
5.2.3 最优内存 31
结 论 32
致 谢 33
参考文献34
1 引言
云计算和云系统已经越来越成为信息技术领域的主要趋势，凭借能够虚拟化各种不同级别的计算资源，包括CPU的计算资源，内存的存储资源，外部输入输出系统磁盘资源，网络互联资源等等，云计算技术已经成为了当今信息社会和互联网领域中最重要的核心基础架构之一，为各种不同量级的用户提供按需计算的资源服务。目前主流的企业级计算机和信息系统提供商，如IBM，Oracle，思科（Cisco）以及主流国际级互联网公司（如亚马逊，Google，百度，阿里巴巴）都提供了各种级别的企业级云计算和云服务解决方案，例如Pure, ExaData, UCS, AWS, Google 计算引擎等，领导整个传统信息产业基础架构向云系统的转型。
于此同时，面对大规模数据和计算问题，人们对计算系统的性能的追求永不止步。传统的仅仅依靠CPU中央处理器的计算已经越来越无法满足企业级大规模技术和大规模科学计算的需求。从2007年以来，以Nvidia公司的通用GPU为代表的一系列加速器越来越成为高端计算基础架构的标准配置[11]。目前市面上比较流行的加速器还有Intel英特尔公司推出的Xeon Phi协处理器以及最近方兴未艾大有成为未来高性能计算机加速器的FPGA。特别是FPGA以其极高的几乎可以接近ASIC（程序专有的逻辑电路）硬件加速性能，拥有高吞吐量和低延迟的特性，受到越来越多计算领域的青睐。特别是近来的发展，让FPGA编程和使用都越来越简单，同时其能耗相比传统CPU和其他加速器都有无可比拟的巨大优势。这些特性对未来信息产业基础架构有巨大的潜力和商业价值。比如已经有越来越多的华尔街金融公司开始用FPGA替代GPGPU等加速器进行股票、外汇的计算[12]。
另一方面，经过几十年的发展，高速网络技术为云计算系统的总体性能的提升又提供了一个强大的技术支持。特别是相对传统的TCP/IP的网络协议，新的基于远程内存直接访问技术RDMA的网络软硬件系统已经逐渐从超级计算机向商用服务器和计算集群扩展。目前RDMA的三个主要技术协议，Infiniband, RoCE和iWarp都可以为计算系统提供了高速的网络性能。
为了应对信息产业基础架构向云计算系统的转型，以及日益增长的计算需求，如大数据处理需求，设计满足未来计算需求的高性能的云系统将会有更多的技术和现实意义。
1.1 理论方案
把FPGA与云计算相结合，将会产生巨大的技术及社会价值，而该领域也是值得探索的计算机前沿发展方向。一些研究也已经在这个方向取得了进展。但限于目前FPGA资源的高昂价格和其普及程度，在短期内实现大规模商业级云系统内所有结点全部安装FPGA资源还是比较困难的。而如果结合最新的高性能网络技术，特别是在超级计算机上已经广泛应用的RDMA技术，将能够使计算机群内高效的非本地访问FPGA资源成为可能。基本理论方案如图1.1所示，本文提出一种基于RDMA和FPGA资源的云系统，它将会提供一种以高带宽低延迟的网络为基础，以远程访问并使用FPGA资源为目的的一套高性能云系统，相比传统云系统，它将能够在有限的FPGA资源条件下，提供超高的计算性能以及灵活高效的资源调度利用。目前的国内外文献研究来看，这样的云系统将会是首次提出并实现。
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