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在容器（Docker）中使用eRDMA

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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。

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。

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。

  • /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。

在Docker容器中配置eRDMA

步骤一：为实例配置eRDMA

确认Docker所在实例的实例规格支持eRDMA、已绑定弹性RDMA网卡、已部署eRDMA驱动程序，同时eRDMA设备工作正常。

步骤二：（可选）为实例部署Docker

如果您的实例尚未部署Docker相关环境，无法使用Docker，您需要先在实例中安装Docker。

具体操作如下所示：

  1. 远程连接实例。

    具体操作，请参见使用Workbench工具以SSH协议登录Linux实例。

  2. 执行以下命令，确认实例是否已部署Docker环境。

    sudo docker -v

    如果Docker已正确部署，则输出具体版本号，如下所示：

    image

    如果Docker尚未部署或出现异常，则可能出现如下执行结果，请您参考为实例部署Docker。

    image

  3. 为实例部署Docker。

步骤三：（可选）为Docker部署镜像

如果您的Docker环境尚未部署任何镜像，您可以根据实际应用需求，部署对应的镜像。

本文以Alibaba Cloud Linux基础镜像为例，在Docker中下载Alibaba Cloud Linux镜像（需要开通公网）。

具体操作如下所示：

  1. 远程连接ECS实例。

  2. 执行以下命令，启动Docker服务。

    sudo systemctl start docker

  3. 运行以下命令，下载Alibaba Cloud Linux的Docker镜像。

    sudo docker pull alibaba-cloud-linux-<image_version>-registry.<region_ID>.cr.aliyuncs.com/alinux<image_version>/alinux<image_version><:TAG>

    其中：

    • <image_version>：Alibaba Cloud Linux的版本，例如2或者3。

    • <region_ID>：Docker镜像所在的地域，例如cn-hangzhou。

    • （可选）<:TAG>：Docker镜像的版本。如果填写，表示下载指定版本的镜像。如果不填，默认下载最新版本的镜像。

    如何查看镜像所在的地域以及镜像版本信息？

    1. 登录容器镜像服务控制台。

    2. 在左侧导航栏选择制品中心。

    3. 单击alinux2/alinux2或者alinux3/alinux3，查看Alibaba Cloud Linux 2和Alibaba Cloud Linux 3的Docker镜像版本信息。

      例如Alibaba Cloud Linux 3的Docker镜像信息如下，①表示Docker镜像所在的地域，②表示Docker镜像的版本信息。

      image.png

    示例命令如下：

    • 在杭州地域下载220901.1版本的Alibaba Cloud Linux 3 Docker镜像

      sudo docker pull alibaba-cloud-linux-3-registry.cn-hangzhou.cr.aliyuncs.com/alinux3/alinux3:220901.1

    • 在杭州地域下载最新版本的Alibaba Cloud Linux 2 Docker镜像

      sudo docker pull alibaba-cloud-linux-2-registry.cn-hangzhou.cr.aliyuncs.com/alinux2/alinux2

  4. 运行以下命令，查看镜像是否下载成功。

    sudo docker images

    示例结果如下，表示已成功下载220901.1版本的Alibaba Cloud Linux 3 Docker镜像和最新版本的Alibaba Cloud Linux 2 Docker镜像。

    image.png

步骤四：启动容器并挂载eRDMA设备

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。详细信息，请参见实现原理。

具体操作如下所示：

  1. 远程连接ECS实例。

    具体操作，请参见使用Workbench工具以SSH协议登录Linux实例。

  2. 执行以下命令，启动一个Docker容器实例并将eRDMA对应的字符设备映射到容器中。

    sudo docker run --net=host --device=/dev/infiniband/uverbsX --device=/dev/infiniband/rdma_cm --ulimit memlock=-1 -t -i <IMAGE ID> /bin/bash

    参数说明如下：

    • --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/uverbsX和--device=/dev/infiniband/rdma_cm：将eRDMA对应的用户态字符设备暴露到容器中。

      执行以下命令，查看字符设备名称（uverbsX中的X）：

      ls /dev/infiniband | grep uverbs

      image

    • --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。

      执行以下命令，查看目标镜像ID：

      sudo docker images

      本示例中，以步骤三中部署的Alibaba Cloud Linux镜像为例，执行结果如下：

      image

    本示例中执行命令

    sudo docker run --net=host --device=/dev/infiniband/uverbs0 --device=/dev/infiniband/rdma_cm --ulimit memlock=-1 -t -i e8d9a60b6967 /bin/bash

步骤五：为Docker容器部署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，否则在容器内部无法识别eRDMA设备信息。阿里云提供了yum、apt源，用于便捷部署相应的程序包。

具体操作如下所示：

  1. 远程连接实例。

    具体操作，请参见使用Workbench工具以SSH协议登录Linux实例。

  2. 进入目标容器内部。

    如果您按照本文示例执行了步骤四的命令，那么已经直接进入Docker容器内部，直接在容器内安装用户态驱动包。

    1. 执行以下命令，查看目标容器ID。

      sudo docker ps

      本示例中以步骤四中启动的容器为例，执行结果如下所示：

      image

    2. 执行以下命令，进入容器内部。

      sudo docker exec -it <CONTAINER ID> /bin/bash

      将CONTAINER ID替换为上一步您实际查询的目标容器ID。

  3. 进入容器内部后，在容器内安装用户态驱动包。

    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

    1. 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

    2. 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

    3. 运行以下命令，更新yum源缓存。

      sudo yum makecache

    4. 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

    1. 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。

    2. 运行以下命令，更新yum源缓存。

      sudo yum makecache

    3. 运行以下命令，安装用户态驱动包。

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

    Ubuntu 18.04/Ubuntu 20.04/Ubuntu 22.04

    1. 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

    2. 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

    3. 运行以下命令，更新apt源。

      sudo apt update

    4. 运行以下命令，安装用户态驱动。

      sudo apt install libibverbs1 ibverbs-providers ibverbs-utils librdmacm1

  4. 执行以下命令，在容器内部查看eRDMA设备信息。

    ibv_devinfo

    image

    可以看到在容器内部，已经可以正常识别eRDMA设备。

Docker容器内配置eRDMA完成后，您可以通过SMC-R或者NetACC将eRDMA集成到容器内部的TCP应用中，实现应用加速。详细信息，请参见应用适配概述。

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