通过卸载计算密集型数据通信实现前所未有的应用程序性能

执行摘要

      企业中业务关键型信息、非结构化数  据和丰富内容的扩张不断改变着存储  动态。这种趋势在推动对较高连接速  度的需求，以便满足进行数据访问的  应用程序要求。为了应对这些市场状  况，Microsoft 与 Mellanox 通过消除  CPU 开销以及为企业应用程序提供更  快且更高效的数据访问，来携手解决  存储访问问题。

Microsoft SMB

      该解决方案以 Windows Server 2012 R2中对 Microsoft 服务器消息块 (SMB) 3.0协议的增强为基础。SMB 协议进行了扩展，包括两个新功能，即 SMB Direct 和SMB 多通道。SMB Direct 使用各种高速RDMA 方法，在几乎无需 CPU 干预的情况下传输大量数据。SMB 多通道使文件

服务器可以同时使用多个网络连接，并通过用于根据需要动态添加连接的网络路径自动发现来提供容错。这两个功能的添加使支持 Mellanox RDMA 的 IO 适配器可以通过优化标准以太网上服务器与存储之间的数据传输来提供线速性能并提高可用性。通过提供对 Mellanox RDMA 的内置支持，Microsoft 使客户可以在低成本的文件服务器上部署存储，同时提供较高性能。这样可实现胜过昂贵低效的光纤通道 SAN，并且具有较低延迟和运营成本的存储。

提高服务器效率

      Mellanox ConnectX®-4 Lx EN 以太网适配器支持采用 10/25/40/50 GbE 速度的RDMA，而 ConnectX®-4 网络适配器提供10/25/40/50 和 100Gb/s 以太网连接，可为高性能 RDMA 实施提供性能高且灵活的解决方案。RDMA 使操作系统无需处理用于数据传输的协议堆栈，使应用程序可以直接读取和写入远程虚拟内存以及直接交换消息，从而提供了低延迟。这样可显著降低 CPU 在数据 I/O请求中的参与程度，并减少内存带宽瓶颈。Mellanox RDMA 技术可在适配器硬件中处理所有传输协议，从而完全绕过主机操作系统。这样便使适配器可以在主机 CPU 参与程度很低的情况下在服务器与存储之间传输数据。因此，SMBDirect 在客户端到文件服务器性能方面的速度极快，几乎相当于使用本地连接存储的解决方案。CPU 在这种处理中的参与程度降低可腾出更多周期用于服务器应用程序。因此每台物理服务器上承载的 VM 数量更大，同时运行的 VDI 实例更多，并且 SQL 环境可实现高性能文件共享以更快地完成查询。数据中心效率和可扩展性在所有这些情况中都得到了提高。

Hyper-V 使用案例

      运行工作负载时的 CPU 效率。该演示利用两台服务器（客户端和文件服务器），它们使用通过 RoCE（基于融合以太网的 RDMA）运行 SMB Direct 的Mellanox ConnectX®-4 100Gb/s 以太网适配器连续连接。三个 Micron NVMe SSD 300GB 6G SAS 适配器用于为主 I/O 生成器和基准测试工具组成全 SSD 存储池和IOMeter。为了模拟真实环境，使用了不同工作负载来提供具有静态和混合 I/O 的数据流。分配了四个核心来运行数据通信任务，在启用以及未启用 RoCE的情况下运行概念证明。结果证明，在RoCE 上的 Hyper-V VM 上运行的工作负载可以实现超过 100 万 IOPS 的吞吐量并维持近乎线路速率的 100Gbps 总带宽而不会对 CPU 造成沉重压力。与禁用RoCE 时的结果相比，延迟减少了几乎50%，CPU 效率提高了 33% 以上。CPU由于需要处理数据传输协议而受到束缚；这些处理包括序列检查、数据包丢失恢复、CRC检查以及将内核传递给用户空间传输。在 CPU 中运行数据传输堆栈占用了本应该用于应用程序的周期，该使用案例的用途是展示在 Hyper-V 中 限制了整体工作效率。Mellanox 适配器可将 CPU 从这种处理中解放出来，从而提供更高效率。

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