數據中心內硬件資源高效的低延遲傳輸層研究.pdf

1、近年來，大型數據中心被大規(guī)模部署。這些數據中心內運行著大量分布式應用，比如網頁搜索，數據挖掘以及存儲服務。網絡延遲對許多分布式應用的性能至關重要。網絡延遲大體上可以分為兩部分:主機網絡協(xié)議棧的延遲和網絡內部的延遲。使用RDMA（遠程直接訪問內存）技術，主機延遲可以被大幅降低，但網絡內部的延遲仍無很好的解決辦法。因此延遲敏感的分布式應用的性能仍有很大提升空間。本文的目標是為延遲敏感的分布式應用降低網絡內部的延遲，從而提升這些應用的性能。<

2、br>　　數據中心網絡內部的延遲主要來源于以下三個方面:1）粗粒度的網絡QoS導致延遲敏感的流量排隊在高吞吐量的流量之后，使得延遲敏感流量網絡排隊延遲大;2）粗粒度的網絡負載均衡帶來網絡流量局部熱點;3）RDMA低效率的丟包恢復機制導致網絡延遲在丟包時大幅增大。本文的目標是從以上三個方面來降低網絡內部的延遲。針對該目標，之前的研究提出了很多方案，但均未考慮網絡硬件資源有限的限制條件。網絡硬件資源主要指網絡交換機和主機網卡。網絡交換機上的

3、硬件優(yōu)先級隊列的數目以及主機網卡的片上資源都是很有限的。本文的創(chuàng)新點是在考慮網絡硬件資源的限制下，從上述的三方面來降低網絡內部延遲。
　　首先，為解決粗粒度QoS帶來的問題，許多工作通過細粒度的基于優(yōu)先級的流量調度來給予延遲敏感流量更高的優(yōu)先級，從而避免不必要的排隊延遲。然而，大多數工作都假設網絡交換機上有無窮多的優(yōu)先級隊列，這一點通常是不成立的。本文的研究表明，數據中心的網絡交換機通常只有2～3個硬件優(yōu)先級隊列可以被用于流量調度

4、。因此，如何利用有限的優(yōu)先級隊列個數來實現細粒度的流量調度成為了一個挑戰(zhàn)。針對這個挑戰(zhàn)，本文設計了顯示優(yōu)先級通知系統(tǒng)，利用兩個網絡交換機中的硬件優(yōu)先級隊列實現了細粒度的優(yōu)先級流量調度，降低了延遲敏感流量的流完成時間
　　其次，為提升網絡的負載均衡效果，許多工作利用數據中心中的多路徑來提供細粒度的負載均衡以避免局部流量熱點。然而，之前的大多數工作聚焦于TCP流量而非RDMA流量。RDMA實現在硬件網卡之中，片上存儲資源十分有限。通常

5、在MB的數量級。因此，如何利用有限的片上硬件資源來把為RDMA流量設計一個可行的負載均衡策略是一個挑戰(zhàn)。本文為RDMA設計了一個多路徑的傳輸層協(xié)議來為RDMA流量做負載均衡，在最小化片上存儲資源的同時，有效地提高了吞吐量并且降低了延遲。
　　最后，為提升RDMA的丟包恢復效率，本文在考慮到硬件網卡片上資源限制的前提下，為RDMA設計了存儲友好的選擇性重傳機制來提升RDMA在丟包時的重傳效率。該機制利用最小的內存代價，大幅提升了RD