在Kubernetes上使用RDMA

2021-11-03 21:13:28

RDMA

RDMA(全称RemoteDirect Memory Access) 它为了解决网络传输中服务器端数据处理的延迟而产生。

它的原理是将待传输的数据从一台计算机的内存，直接传输到另一台计算机的内存，整个传输过程无需操作系统和协议栈的介入。由于旁路了操作系统协议栈，通讯过程极大的降低了CPU的使用率，减少了内核的内存复制，以及用户态与内核态的上下文切换。

常见的RDMA实现有三种，基于以太网的Roce网络(RDMA over Converged Ethernet)， InfiniBand， iWARP。

阿里云支持RDMA

阿里云支持超级计算集群SCC，同时支持RoCE网络和VPC网络，其中RoCE网络专用于RDMA通信。SCC 主要用于高性能计算和人工智能/机器学习、科学/工程计算、数据分析、音视频处理等应用场景。
RoCE（RDMA over Convergent Ethernet）网络速度达到InfiniBand网络的性能，且能支持更广泛的基于Ethernet的应用。
介绍： https://www.alibabacloud.com/help/zh/doc-detail/60576.htm
可以在ECS控制台直接购买包年包月的SCC机型虚拟机。 https://www.alibabacloud.com/help/zh/doc-detail/61978.htm

容器支持RDMA

容器服务目前已支持RDMA，您可以将SCC机型的ECS添加到容器集群中，并通过RDMA的Device plugin 在调度层面支持 RDMA。
通过声明 resourcesLimit rdma/hca: 1 ，可以指定将容器调度到RDMA的ecs上。

创建容器集群

进入容器服务控制台，选择创建Kubernetes集群。由于SCC目前仅在上海地域支持，容器集群的地域请选择华东2（上海）。配置完其他参数后，点击集群创建，等待集群创建成功。

部署RDMA Device plugin

在容器服务控制台中，选择使用模板部署。部署支持RDMA的Device plugin，选择对应的集群和命名空间，模板如下：

apiVersion: v1
kind: ConfigMap
metadata:
  name: rdma-devices
  namespace: kube-system
data:
  config.json: |
    {
        "mode" : "hca"
    }

--- 
apiVersion: extensions/v1beta1
kind: DaemonSet
metadata:
  name: rdma-device-plugin
  namespace: kube-system
spec:
  template:
    metadata:
      annotations:
        scheduler.alpha.kubernetes.io/critical-pod: ""
      labels:
        name: rdma-sriov-dp-ds
    spec:
      hostNetwork: true
      nodeSelector:
        aliyun.accelerator/rdma: "true"
      tolerations:
      - key: CriticalAddonsOnly
        operator: Exists
      containers:
      - image: registry.cn-shanghai.aliyuncs.com/acs/rdma-device-plugin
        name: k8s-rdma-device-plugin
        imagePullPolicy: IfNotPresent
        securityContext:
          privileged: true
        volumeMounts:
          - name: device-plugin
            mountPath: /var/lib/kubelet/device-plugins
          - name: config
            mountPath: /k8s-rdma-sriov-dev-plugin
      volumes:
        - name: device-plugin
          hostPath:
            path: /var/lib/kubelet/device-plugins
        - name: config
          configMap:
            name: rdma-devices
            items:
            - key: config.json
              path: config.json

通过手动添加的方式将SCC的ECS加入集群中

创建SCC的ECS，并且和容器集群在同一个VPC下。并且加入相同安全组
在容器服务控制台上操作集群-> 更多 -> 添加已有ECS。使用手动添加，并选择创建的RDMA机器。获取添加脚本。
登录上ECS，执行脚本。最终添加成功有如下显示:

在节点 -> 标签管理中，给rdma节点增加标签 aliyun.accelerator/rdma: true

增加标签后能够看到节点上的RDMA的device plugin pod被成功分配到SCC的节点上

部署两个测试镜像

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: rdma-test-pod
spec:
  restartPolicy: OnFailure
  containers:
  - image: mellanox/centos_7_4_mofed_4_2_1_2_0_0_60
    name: mofed-test-ctr
    securityContext:
      capabilities:
        add: [ "IPC_LOCK" ]
    resources:
      limits:
        rdma/hca: 1
    command:
    - sh
    - -c
    - |
      ls -l /dev/infiniband /sys/class/net
      sleep 1000000
---

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: rdma-test-pod-1
spec:
  restartPolicy: OnFailure
  containers:
  - image: mellanox/centos_7_4_mofed_4_2_1_2_0_0_60
    name: mofed-test-ctr
    securityContext:
      capabilities:
        add: [ "IPC_LOCK" ]
    resources:
      limits:
        rdma/hca: 1
    command:
    - sh
    - -c
    - |
      ls -l /dev/infiniband /sys/class/net
      sleep 1000000

在一个容器中执行 ib\_read\_bw -q 30

另一个容器中执行 ib\_read\_bw -q 30 <上一个容器的 ip>

出现测试结果，说明两个容器之间可以通过RDM完成数据传输。带宽为5500Mb/S, 约44Gbit/s。

tips: RDMA通讯建连过程普遍分为 TCP 和 RDMA_CM 两种实现，如果应用程序使用RDMA_CM 的建连的方式，vpc网络插件中分配的pod ip 无法作为RDMA_CM 地址，容器需要设置HostNetwork。并将bond0 ip 设置为CM的通讯地址。

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