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通過采用英特爾 DPDK，并將 DPDK Vhost 的數(shù)據(jù)包拷貝操作從 CPU 卸載到英特爾 DSA，我們有效提升了云平臺(tái)的網(wǎng)絡(luò)性能，釋放更多的 CPU 核心用于上層業(yè)務(wù)。結(jié)合 ZStack Cloud 在平臺(tái)層面的底層創(chuàng)新，能夠助力用戶更高效處理海量數(shù)據(jù)，應(yīng)對(duì)不斷增長(zhǎng)的業(yè)務(wù)壓力，更好地 釋放數(shù)據(jù)價(jià)值。

— 王為

ZStack 首席技術(shù)官

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挑戰(zhàn) ●如何提升云平臺(tái)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)能力，支撐大規(guī)模的數(shù)據(jù)傳輸與數(shù)據(jù)處理● 如何通過軟件加速負(fù)載運(yùn)行，降低 CPU 等硬件的占用率● 如何提升性能密度，降低總體擁有成本 (TCO)

概 述

作為云服務(wù)的重要基礎(chǔ)資源，網(wǎng)絡(luò)性能對(duì)于大規(guī)模數(shù)據(jù)的傳輸與處理有著重要意義。為了提升網(wǎng)絡(luò)性能，云軸科技 ZStack 采用第四代英特爾 至強(qiáng) 可擴(kuò)展處理器集成的英特爾 Data Streaming Accelerator（英特爾 DSA）加速器，以及英特爾 數(shù)據(jù)平面開發(fā)套件（英特爾 DPDK）進(jìn)行加速，將網(wǎng)絡(luò)性能提升了高達(dá) 1.117 倍¹ 。

解決方案

ZStack Cloud 云平臺(tái)是遵循“簡(jiǎn)單、彈性、健壯、智能”的“4S”特性的私有云和無縫混合云產(chǎn)品。ZStack Cloud 產(chǎn)品已適配第四代英特爾 至強(qiáng) 可擴(kuò)展處理器，可快速完成云平臺(tái)整體部署。ZStack Cloud 基于高可用和分布式架構(gòu)，面向中小型企業(yè)以及云計(jì)算服務(wù)提供商等多種用戶，能夠有效地幫助用戶構(gòu)建和維護(hù)穩(wěn)定的多云環(huán)境，提高故障處理效率，降低運(yùn)維成本。

圖 1. ZStack Cloud 云平臺(tái)架構(gòu)圖

為提升網(wǎng)絡(luò)性能，ZStack Cloud 采用了第四代英特爾 至強(qiáng) 可擴(kuò)展處理器進(jìn)行加速。第四代英特爾 至強(qiáng) 可擴(kuò)展處理器提供了出色性能和安全性，可根據(jù)用戶的業(yè)務(wù)需求進(jìn)行擴(kuò)展。英特爾 數(shù)據(jù)流加速器（英特爾 DSA）是第四代英特爾 至強(qiáng) 可擴(kuò)展處理器中的高性能數(shù)據(jù)移動(dòng)和轉(zhuǎn)換加速器，為數(shù)據(jù)移動(dòng)提供了高帶寬和低延時(shí)，可用于卸載 DPDK Vhost 中的數(shù)據(jù)包拷貝操作。

圖 2. 由英特爾 DSA 賦能的物理機(jī)-虛擬機(jī)-物理機(jī)數(shù)據(jù)傳輸路徑

在實(shí)際應(yīng)用中，ZStack Cloud 在 DPDK Vhost 中將數(shù)據(jù)包拷貝操作從 CPU 卸載到英特爾 DSA，使得 Vhost 的處理內(nèi)核可以避免進(jìn)行繁重的數(shù)據(jù)包拷貝。

圖 3. ZStack Cloud 將數(shù)據(jù)包拷貝操作卸載到英特爾 DSA

通過使用英特爾 DSA 加速器卸載 DPDK 下的數(shù)據(jù)包拷貝，ZStack Cloud 云平臺(tái)在同節(jié)點(diǎn)通信下的網(wǎng)絡(luò)帶寬性能得到了 1.117 倍的性能提升，在跨節(jié)點(diǎn)通信場(chǎng)景下的網(wǎng)絡(luò)帶寬性能得到了 1.092 倍的性能提升² 。

圖 4. OVS-DPDK 在啟用英特爾 DSA 前后的吞吐性能對(duì)比（越高越好）³

測(cè)試結(jié)果表明，當(dāng)數(shù)據(jù)包大小超過 256 字節(jié)時(shí)，英特爾 DSA 可以為 DPDK Vhost 帶來顯著的性能提升。當(dāng)數(shù)據(jù)包大小超過 1K 字節(jié)時(shí)，英特爾 DSA 搬運(yùn)數(shù)據(jù)的效率全面優(yōu)于使用內(nèi)核。在媒體流服務(wù)器和分布式數(shù)據(jù)處理服務(wù)器等應(yīng)用場(chǎng)景中，英特爾 DSA 加速的 OVS-DPDK 均能夠提供高效透明（虛擬機(jī)內(nèi)應(yīng)用無感知）的底層優(yōu)化。

收 益 顯著提升網(wǎng)絡(luò)性能，加速虛擬機(jī)典型實(shí)例之間的數(shù)據(jù)移動(dòng)，滿足網(wǎng)絡(luò) 密集型應(yīng)用的需求，例如，其有助于降低流媒體業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)帶寬抖動(dòng)，在影視渲染場(chǎng)景中加快渲染節(jié)點(diǎn)和存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)之間傳輸，在 AI 訓(xùn)練場(chǎng)景中實(shí)現(xiàn)云內(nèi)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行高速互聯(lián)； 將 ZStack Cloud 底層的數(shù)據(jù)包拷貝工作從 CPU 核心卸載到英特爾 DSA 模塊，釋放更多的 CPU 核心用于上層業(yè)務(wù)，有助于降低硬件投入，提升投資收益； 可有效利用英特爾 DSA，無需對(duì)上層業(yè)務(wù)進(jìn)行定制改造，即可提供高帶寬和低延時(shí)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)； 通過開放式架構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)橫向擴(kuò)展，不受硬件型號(hào)限制，實(shí)現(xiàn)橫向 擴(kuò)容。

展 望

本次驗(yàn)證顯示，英特爾 DSA 可在虛擬機(jī)實(shí)例數(shù)據(jù)移動(dòng)等應(yīng)用中，發(fā)揮出色的數(shù)據(jù)傳輸加速作用。ZStack 與英特爾將在此合作基礎(chǔ)上，進(jìn)一步探索利用第四代英特爾 至強(qiáng) 可擴(kuò)展處理器的不同加速器加速負(fù)載運(yùn)行，助力客戶加快云平臺(tái)變革。

參考資料：

1 截止 ZStack 和英特爾 2023 年 7 月的測(cè)試結(jié)果。測(cè)試配置：雙路英特爾 至強(qiáng) 金牌 6426Y 處理器，384 GB 總內(nèi)存 (12*32 GB 4800 MHz)，1*1.92 TB 固態(tài)盤，1*英特爾 以太網(wǎng)控制器 E810-XXV（25G 雙端口），2*英特爾 以太網(wǎng)控制器 X710（10G 雙 端口）。

2,3 截止 ZStack 和英特爾 2023 年 7 月的測(cè)試結(jié)果。測(cè)試配置：雙路英特爾 至強(qiáng) 金牌 6426Y 處理器，384 GB 總內(nèi)存 (12*32 GB 4800 MHz)，1*1.92 TB 固態(tài)盤，1*英特爾 以太網(wǎng)控制器 E810-XXV （25G 雙端口），2*英特爾 以太網(wǎng)控制器 X710（10G 雙端口）。

實(shí)際性能受使用情況、配置和其他因素的差異影響。更多信息請(qǐng)見 www.Intel.com/PerformanceIndex

性能測(cè)試結(jié)果基于配置信息中顯示的日期進(jìn)行測(cè)試，且可能并未反映所有公開可用的安全更新。詳情請(qǐng)參閱配置信息披露。沒有任何產(chǎn)品或組件是絕對(duì)安全的。

具體成本和結(jié)果可能不同。

英特爾技術(shù)可能需要啟用硬件、軟件或激活服務(wù)。

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