在Docker容器中使用eRDMA实现应用程序直接访问物理设备提升数据传输和通信效率

eRDMA（Elastic Remote Direct Memory Access）是一种高性能网络通信技术，将eRDMA功能引入容器（Docker）环境可以实现容器应用程序绕过操作系统内核直接访问主机的物理eRDMA设备，从而提供更快的数据传输和通信效率，适用于在容器中需要大规模数据传输和高性能网络通信的应用场景。本文主要介绍如何在容器（Docker）中配置eRDMA。

实现原理

在容器环境中使用eRDMA功能时，使用Docker的--device选项将/dev/infiniband/rdma_cm和/dev/infiniband/uverbsX两个字符设备映射到容器中，这样容器内的用户态程序就可以绕过操作系统内核直接访问eRDMA设备进行数据的收发。其中：

/dev/infiniband/rdma_cm：用于eRDMA连接管理的字符设备。用户态程序可以通过对这个字符设备的操作，与eRDMA设备进行连接的建立、销毁和管理，包括创建和销毁连接、发送和接收连接事件等操作。
/dev/infiniband/uverbsX：用于用户空间eRDMA操作的字符设备。用户态程序可以通过对这个字符设备的操作，与eRDMA设备进行通信，包括打开设备、创建和销毁eRDMA通信端点、注册和注销内存缓冲区等操作。
说明
/dev/infiniband/uverbsX中的X是设备的索引号，可能会因系统和配置而异，您可以运行ls /dev/infiniband | grep uverbs命令查看字符设备名称。

使用限制

目前仅支持在以下Docker镜像中使用eRDMA功能。

Alibaba Cloud Linux 3/Ubuntu 22.04的镜像源（ARM和x86实例均支持）
Alibaba Cloud Linux 2/CentOS 7/CentOS 8/Ubuntu 18.04/Ubuntu 20.04的镜像源（仅x86实例支持）

说明

暂不支持Anolis OS的镜像源。

步骤一：部署并配置Docker

确认您的实例已添加ERI网卡、部署驱动程序，同时eRDMA设备工作正常。
依据您实际的应用场景，具体部署流程可参考在企业级实例上配置eRDMA或在GPU实例上配置eRDMA。
在实例中安装Docker并下载对应的Docker镜像。具体操作，请参见：
- Alibaba Cloud Linux/CentOS镜像：安装Docker并使用（Linux）
- Ubuntu镜像：Ubuntu帮助
运行以下命令，将eRDMA对应的字符设备暴露到容器中。
```
sudo docker run --net=host --device=/dev/infiniband/uverbs0 --device=/dev/infiniband/rdma_cm --ulimit memlock=-1 -t -i <IMAGE ID> /bin/bash
```
其中：
- --net=host：配置容器的通信模式为host。容器内的应用程序可以直接使用主机的网络接口和网络配置，从而实现与主机相同的网络通信能力。
- --device=/dev/infiniband/uverbs0和--device=/dev/infiniband/rdma_cm：将eRDMA对应的用户态字符设备暴露到容器中。
- --ulimit memlock=-1：将maxlockedmemory设置为unlimited表示不限制非root用户锁定内存的数量。这可以确保eRDMA应用程序在非root用户下能够锁定所需的内存量，从而有效地使用eRDMA功能。
- <IMAGE ID>：请根据实际环境填写Docker镜像的镜像ID，可以通过sudo docker images命令查看。

步骤二：在Docker内安装eRDMA驱动程序包

在容器内使用eRDMA还需要部署eRDMA的用户态驱动程序包。阿里云提供了yum、apt源，用于便捷部署相应的程序包。

重要

以下操作示例中，http://mirrors.cloud.aliyuncs.com表示内网源地址，如果您需要公网访问，需要将http://mirrors.cloud.aliyuncs.com替换为http://mirrors.aliyun.com。使用公网会产生公网流量，进而可能产生额外费用。有关公网的计费规则，请参见公网带宽计费。

CentOS 7/CentOS 8

在容器中运行以下命令，在/etc/yum.repos.d目录中创建一个erdma.repo源文件。
```
sudo vim /etc/yum.repos.d/erdma.repo
```

在erdma.repo文件中添加如下内容，然后保存退出。

[erdma]
name = ERDMA Repository
baseurl = http://mirrors.cloud.aliyuncs.com/erdma/yum/redhat/$releasever/erdma/$basearch/
gpgcheck = 1
enabled = 1
gpgkey = http://mirrors.cloud.aliyuncs.com/erdma/GPGKEY

运行以下命令，更新yum源缓存。
```
sudo yum makecache
```

运行以下命令，安装用户态驱动包。

sudo yum install libibverbs rdma-core librdmacm libibverbs-utils -y

Alibaba Cloud Linux

在容器中运行以下命令，添加repo仓库。
```
sudo yum-config-manager \
 --add-repo \
 http://mirrors.cloud.aliyuncs.com/erdma/yum/alinux/erdma.repo
```
说明
如果您的容器中没有安装yum-config-manager命令，请先运行sudo yum install -y yum-utils命令安装yum-utils包。yum-config-manager是yum-utils包的一部分，用于管理yum配置。
运行以下命令，更新yum源缓存。
```
sudo yum makecache
```

运行以下命令，安装用户态驱动包。

sudo yum install libibverbs rdma-core librdmacm libibverbs-utils -y

（可选）运行以下命令，安装NetACC。
NetACC（Network Accelerator）是一个用户态网络加速库，它利用eRDMA的低时延、高吞吐、内核旁路、协议栈卸载等优势，通过兼容socket接口，实现对现有TCP应用的加速效果。更多信息，请参见NetACC使用说明。
```
sudo yum install netacc -y
```

Ubuntu 18.04/Ubuntu 20.04/Ubuntu 22.04

在容器中运行以下命令，添加PGP签名。

Ubuntu 18.04/Ubuntu 20.04

wget -qO - http://mirrors.cloud.aliyuncs.com/erdma/GPGKEY | sudo apt-key add -

Ubuntu 22.04

wget -qO - http://mirrors.cloud.aliyuncs.com/erdma/GPGKEY | sudo gpg --dearmour -o /etc/apt/trusted.gpg.d/erdma.gpg

运行以下命令，添加apt源。

Ubuntu 20.04

echo "deb [ arch=amd64 ] http://mirrors.cloud.aliyuncs.com/erdma/apt/ubuntu focal/erdma main" | sudo tee /etc/apt/sources.list.d/erdma.list

Ubuntu 18.04

echo "deb [ arch=amd64 ] http://mirrors.cloud.aliyuncs.com/erdma/apt/ubuntu bionic/erdma main" | sudo tee /etc/apt/sources.list.d/erdma.list

Ubuntu 22.04

echo "deb [ ] http://mirrors.cloud.aliyuncs.com/erdma/apt/ubuntu jammy/erdma main" | sudo tee /etc/apt/sources.list.d/erdma.list

运行以下命令，更新apt源。
```
sudo apt update
```

运行以下命令，安装用户态驱动。

sudo apt install libibverbs1 ibverbs-providers ibverbs-utils librdmacm1