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关于Accelio的那些事

2015-10-28 10:18 Ceph中国社区
一. What is Accello?
Accello是一个高性能异步的可靠消息传递和RPC库,能优化硬件加速。
RDMA和TCP / IP传输被实现,并且其他的传输也能被实现,如共享存储器可以利用这个高效和方便的API的优点。
二. Accelio 的目标
Accelio提供了一个易于使用的,可靠的,可扩展和高性能的数据/消息传递中间件,最大限度地提高现代CPU和网卡硬件的效率,减少将新的扩展应用程序产品推向市场的的时间。
三. Accelio Key features
•专注于高性能异步的API
•可靠的消息传递(端对端)
•请求/响应(交易)或发送/接收模式
•提供连接和资源抽象到最大的可扩展性和可用性
最大限度地发挥每个线程专用的硬件资源,多线程应用程序的性能
•旨在最大限度地利用RDMA,硬件卸载和多核CPU的优势
•支持多种传输选项(RDMA,TCP,..)
•服务和存储集群/向外扩展的原生支持
•小消息合并
•简单和抽象的API
四. Who can take advantage of it?
对那些高效的,高性能的,可靠消息传递实现的应用,如集群,横向扩展块/文件/对象存储,BigData和NoSQL应用程序,快速消息总线等,感兴趣的开发商可以使用。
五. Accelio 的结构示意图
Accelio Architecture
Accelio的主层分别是:
•应用程序接口 - 提供易于使用的原语进行快速,可靠的异步消息队列或RPC
•连接和会话管理 - 提供可靠的终端到终端的连接等端点,动态连接建立,池,故障恢复和迁移/重定向
•可插拔传输层 - 使映射到不同的硬件或软件传输实现
六. Accelio与其他应用程序/项目
Accelio被用作高性能,低延迟,可靠消息/ RPC库的各种开源和商业产品,客户项目
支持多种绑定(Kernel C, User Space C/C++, Java, Python (future))。
七. 一个会话/连接建立流程
建立连接到远程端点,客户指定远程统一资源标识符(URI)。URI包含首选传输方式,强制领先的IP地址和可选端口数目,以及可选的资源ID或名称。
Accelio Connection Initiation
服务器端响应会话请求,下列选项之一:
•接受可选属性的连接
•拒绝连接
•无缝地将连接重定向到一个不同的进程或实体
成功或重定向响应,客户端建立一个或多个并联连接到对端,将试图重用现有的连接,以减少开销。
会话和连接初始化流程
1.打开一个会话到远程资源
例如“remote-ip:port/resource-name”
2.服务器端回应,接受,拒绝或重定向
•用“重定向”负载平衡或迁移资源穿过整个集群(多个节点或进程)
•服务器提供一个portals列表(IPs+Ports)
•每个portal识别port(IP),然后CPU/Thread去访问
•服务器基于round/robin,Hash或者custom logic,可以加载平衡通信通过多个ports/cores
•建立连接(S)和发送/接收邮消息
•可以有多个连接(例如每个客户端线程1个)
•如果连接已经提供给远程进程,可重用
•故障/变化上的重建或迁移连接
八. 高级传输流程-异步请求/响应模型
Accelio提供一个RPC-like的请求/回应事务模式,或可靠消息发送/接收模式。
在事务模式中,发起方发送一个请求,它包含专用应用程序的头和指向输入与输出数据缓冲区的指针,允许零拷贝操作和RDMA。
当请求到达接收端时,它触发一个回调通知,基于该接收的应用程序处理该事务。当在接收端完成该处理时,它以返回的状态和数据来发送响应。服务器端可以异步操作,并发出响应在其方便的时候,也就是,当所返回的数据是可用的。
发起方可以请求消息到达确认。在这样的情况下,接收方接受该消息之后,一个确认消息返回到发起方。该确认消息可用于阻挡/同步操作和消息跟踪。
响应到达时,发起方被通知。在这个时候,发起方的数据缓冲区包含返回的数据,并且回叫应答指向原始请求。
如果传输失败,同样的传输被重新传输到已恢复或备用的连接上。
发起方可以要求中止/取消某范围内的消息(例如,请求超时)。接收方试图中止操作(如果不执行他们),并以成功或失败来反应。无论哪种方式,相关的响应不返回到发起方。
注意,请求可以通过客户端(无源)或服务器(有源)端发出。
Accelio Transaction Delivery
发送/接收操作遵循相似的流程去请求/响应,唯独没有响应消息。消息从发起方发送,引发回调到接收端,使用可选的确认通知。
九. 本地多线程(多进程)支持
对于客户端和服务器端,Accelio支持全并行和多线程操作:
1.应用程序使用单个CPU核心/线程的时候的性能可以被限制
2. 当多个线程在使用同一个网络资源,需要复杂的状态管理和锁定,这样会增加应用程序的开销,并限制其性能和可伸缩性
3.Accelio支持全并行为客户端和服务器
•每个线程可以被相关联有独立的硬件资源(QP的&个CQ)和事件循环,从而无需锁定,并允许最大的并行
•每个会话可以由多个并联连接(每个关联使用不同的CPU线程)组成
•服务器端可以公开多个portal(IP:port)为相同的资源/服务,每个port可以由不同的CPU线程和事件循环提供服务。
如下图所示可以直观Accelio的多线程支持
Accelio Native Multi-thread Support
十. 内存管理
1.Accelio管理2种类型缓冲区
•发送/接收缓冲环的头和小数据(通常4-8KB每个)
•大的缓冲区为大型的IOs和RDMA
2.大缓冲区被应用程序的库来分配和控制
3.应用控制缓冲区
•需要预注册内存缓冲区(使用reg_mr),并保证零拷贝
4.库控制缓冲区
•可能会在客户端上有一个copy
•接收端零拷贝(应用程序将得到一个指向接收缓冲区)
•当做完时,请求应用程序来释放缓冲区(用release_msg)
十一. Accelio中的主要函数调用
十二. 异步事件处理
高性能的应用程序使用异步API来进行多个操作,并利用多种资源并行。
Accelio以下面的方式处理异步事件:
1.放置一个回调在事件循环,该事件循环结合来自多个资源的事件。
2.当一个事件,发出的一组操作,诸如从网络接收的消息和写入到磁盘。
•Accelio内置了epoll的支持。应用程序提供的事件循环是可用的。
•对于最低的消息延迟,Accelio提供了优化事件处理,当一个事件循环处于空闲状态(一个预定义的时间)时,其会结合忙等待池。
Accelio Asynchronous Event Handling
十三. Accelio概述与总结
Accelio是一个开源的高性能,异步,可靠消息传递和远程过程调用(RPC)的库。对于远程直接内存访问(RDMA),TCP/IP和共享内存, Accelio优化硬件加速。Accelio最大化消息和CPU并行性,同时最大限度地降低CPU的争用和锁定。并行和异步体系结构,无锁定设计和零数据复制机制,提供每秒无与伦比的传输和带宽性能,以及更低的延迟和CPU开销。 Accelio保证终端到终端的事务传递和执行力,它支持事务请求 - 应答的通信模型。
Accelio通过提供内置的多路径,实时会话重定向/迁移和集群服务或存储,解决了扩展性和虚拟化环境的挑战。管理作为一种模块化的开源项目,Accelio无缝地延伸到新的功能,实现传输和服务。
libxio(又名库accelio)是一个位于RDMA之上的轻量级消息传递库。该库为零拷贝消息传递和无锁定可扩展性,提供了异步消息传递设计。
Accelio是一种创新的API,它解决了一些现代计算机,网络和存储系统主要挑战,如:
•有效地利用多内核
•强大的横向扩展
•降低硬件和软件堆栈开销
•减少通信开销和延迟

Accelio提供了一个强大的,灵活的通信和消息传递层,从而使得应用程序扩展和中间件快速发展。它能够整合性能,可用性,管理和安全功能于一体的实现,可用于多种应用。工作促进了Accelio开源社区,供应商可以专注于自己的应用程序的核心附加价值,与开发者在一个更大的社区分享他们的实现和体验。


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