从零学习 InfiniBand-network架构（七） ——IB协议中数据如何传输

从零学习 InfiniBand-network架构（七） —— IB协议中数据如何传输

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   本章将介绍IB协议中五种类型的消息传输请求，并对其中的RDMA read操作进行详细描述，还介绍了可以由QP的RQ逻辑发布和执行的单一类型的消息传输请求。

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消息如何传输

   在IB网络中，一个消息的传输流程为

软件首先发布一个WR（Work Request）去请求SQ执行Verb，SQ执行对应逻辑，将数据传递至对端RQ；

此外，为了处理RDMA Read Request以及RDMA write with immediate类型的包，本地会准备一个RQ做对应的接收；

软件可以发布到SQ的WR操作类型有以下五类：

• Send：从本地指定内存中获取数据，发送给对端RQ，对端RQ顶端的WR将指示RQ接收的数据该存到哪块内存中；
  该操作支持所有QP服务类型；

• RDMA Read：SQ发起读请求，对端RQ接收请求后，读取指定内存中数据并返回，SQ接收所需数据后，写入本地内存；
  仅支持RC和RD；

• RDMA Write：将本地数据写到对端指定内存中（RDMA write和Send的区别在于，Send前往对端的数据是由RQ顶端的WR来决定数据的存放位置，但是RDMA Write是由发送方提前将存放位置确定并指示RQ的）；
  仅支持RC,UC和RD；

• Atomic RMW：当某任务需要连续访问同一块内存时，需要保证在这期间禁止别的任务对这一内存进行修改，在IBA中，使用一个状态标志，表示内存数据是否处于不可修改状态；

• Memory Window Bind：之后专题会介绍；

Base Transport Header

  IB协议中，上述的操作类型都可以通过报文头部中的BTH（Base Transport Header）的opcode项来标识，如上图：

  immediate data：在RDMA write情况下，软件可以在payload最后额外添加immediate data一同传输，而这种操作类型完成后，需要立刻发布Event Queue，以此通知软件，这类特殊包已完成。
  当SQ WR在包头中指示了带immediate data时，它将被放在RDMA write last的payload前，IB header后，但是和payload不同，immediate data不需要写入本地内存。

RDMA Read操作

Send操作的流程在之前章节中已经详细描述：IB核心传输引擎Queue Pair
RDMA Write和Send类似，所以不再赘述，本章将描述RDMA Read的过程：

1. 首先，CA在本地构建一个信息；
2. 向SQ发布发送操作，CA通过软件向对端CA通知，本地信息已经可以读取，需要向HCA提供：
   • 本地内存的起始virtual memory address（VA）；
   • Remote access key（R_Key），RDMA读权限；
   • 所需读取数据的大小；
3. 软件关联的CA接收上述信息，并向HCA SQ发布WR；
4. 执行SQ WQE，SQ会携带2中信息，组成RDMA read请求包；
5. 对端RQ通过包中R_Key信息，验证该请求是否得到权限；
6. 如果R_Key验证正确，RQ会从指定内存读取数据，并组成响应包返还给SQ；
7. SQ收到响应包，并将payload写入内存；
8. SQ完成全部传输后，创建一个CQE；

  整体流程分为RDMA Read Request 和 RDMA Read Response两部分，前者为HCA向对端指定内存发起读请求，后者为对端CA验证请求合理后，将指定内存中的数据取出并组包，响应给HCA。

  如上述步骤2，RDMA Read操作是，软件向SQ发布WR时，需要提供以下内容：

• QPN；
• RDMA read操作类型；
• Scatter buffer list的元素个数；
• 目标QPN和Q_Key；
• VA（虚拟地址）;
• R_Key；
• 数据长度；

  另外，在发出请求之后，请求者QP的SQ可以发出额外的RDMA读请求(或其他类型的消息传输请求)，不需要等待之前请求的读数据返回。
  但有一个例外：在RD服务类型中，SQ可能不会开始下一个消息传输，直到完全确认前一个消息传输。

  如果响应端QP的RQ支持多个未完成的Atomic或RDMA Read操作，则它将接收到的每个请求按先进先出的顺序存储在特定队列中：

• 任何一次针对响应端QP的未完成RDMA读请求的最大数量在连接建立时协商；
• 响应端QP可以将一个连接限制为一个未完成的RDMA读请求，换句话说，这个队列的最小深度可能只有一个条目。

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