简介：SMC-R 是如何减速 TCP 利用？
编者按：TCP 协定作为以后应用最为宽泛的网络协议，场景遍布挪动通信、数据中心等。对于数据中心场景，通过弹性 RDMA 实现高性能网络协议 SMC-R，通明替换利用 TCP 协定，实现利用网络通明减速。本文整顿自龙蜥大讲堂第 15 期，视频精彩回放已上传至龙蜥官网，欢送查看！
为什么须要新的内核网络协议栈？
Linux 内核网络协议栈没有银弹，以后 Linux 网络协议栈是在性能（吞吐、CPU 使用率）、时延和通用性衡量下的实现。在实在场景中，咱们可能须要高性能然而并不通用的用户态协定栈，亦或是通用、更高性能更低时延的计划，然而基于传统以太网卡的计划很难有大幅度的晋升，更多是基于硬件的红利，例如 100G/400G 网络。鉴于此，咱们思考是否能够基于其余高性能网络，提供 TCP 兼容的行为和 socket 接口，提供更优的性能。
基于共享内存的网络通信
在谈跨主机通信之前，咱们先把眼帘放到单机维度，如何在单机维度实现 IPC？上面是几种常见的 IPC 形式：
不出意外，共享内存是最快的 IPC 形式，然而短少一种 OS 层面的对立实现和接口，少数是在语言的 library 中提供。
这里咱们合成一下单机维度的共享内存 IPC 流程：
- 发送方写到事后调配好的一块内存区域；
- 告诉对端，并更新新写入内存的偏移量；
- 接管方依照新更新的偏移量读取数据；
- 接管方更新读取内存的偏移量。
如果有一种技术，能够实现在两台机器间“搬运”内存，那么咱们能够把这种高性能 IPC 计划从单机维度拓展到不同的主机间。很显然，Remote Direct Memory Access RDMA 能够帮忙咱们高效地搬运内存。
绝对于单机的共享内存通信流程，基于 RDMA 的流程：
- 发送方写到本机事后调配好的一块内存区域；
- 通过 RDMA 将该内存写入到对端保护的内存区域的雷同地位；
- 通过 RDMA 告诉接管方，并更新新写入内存的偏移量；
- 接管方依照新更新的偏移量读取数据；
- 接管方通过 RDMA 更新读取内存的偏移量。
基于 RDMA 的共享内存模型，SMC-R 应运而生，SMC-R 缩写即为 Shared Memory Communcation over RDMA。
上面让咱们看下 SMC-R 是如何减速 TCP 利用。
SMC-R 是一种混合协定，即通过 TCP 实现建联时信息交互，通过 RDMA 网络实现数据门路高性能数据传输。同时，一旦 RDMA 链路建联失败，能够 fallback 到 TCP，实现兜底 TCP 的能力。除此之外，SMC-R 借助多个 RNIC，能够实现运行时的故障迁徙，确保运行时可靠性。
RDMA 自身提供了 verbs 接口供给用应用，SMC-R 基于共享内存的模型，提供了一套齐全兼容 TCP socket 的内核接口，能够通过 LD_PRELOAD 基于 eBPF 的规定替换等形式，实现将 TCP socket 通明替换成 SMC socket，进而实现通明替换和减速。
基于 SMC-R 通明替换，咱们测试了几种利用场景，其中 Redis 有最高 57% 的性能晋升，此时 Redis 无需进行任何革新，即可享受 SMC-R 带来的性能减速。
应用 SMC-R 减速利用
通明替换并减速 TCP 利用，能够应用上面三种计划：
- 应用 LD_PRELOAD 的形式，这种形式原理是将动静链接的二进制文件中，对于 socket 创立的 SOCK_STREAM 协定，替换为 AF_SMC 协定，从而实现将 TCP 通明替换 SMC 协定；
- 通过 net namespace 级别的 sysctl，能够实现网络命名空间（容器等）纬度的所有 TCP 连贯的替换；
- 通过 eBPF 规定（例如五元组、过程 ID 等），动静匹配须要替换的连贯进行替换。
SMC-R 在龙蜥
在龙蜥社区中，咱们也正在继续一直地加强优化 SMC，包含性能、应用场景、稳定性和通明替换。参加龙蜥社区奉献的半年工夫内，共为 Linux 上游社区奉献了 60+ 的补丁。
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