龙蜥白皮书精选：面向 DPU 场景的软硬协同协议栈

文/陆扬、施威

01 背景概述

随着数据中心网络带宽的大幅提升和时延的不断下降，传统基于以太网的 TCP 协议栈面临着新的挑战。此时传统的以太网卡和 TCP 协议栈已不能满足其对于网络吞吐、传输时延和增效降本的要求。与此同时云、硬件厂商提供了高性能 DPU 解决方案，因此需要一个高性能的软硬协同网络协议栈，对下适配 DPU 并充分发挥硬件性能，对上支撑大规模云上应用场景，开发部署和运维友好，兼容主流的云原生等业务架构。

02 技术方案

共享内存通信 SMC 是由 IBM 首次贡献至 Linux 社区，并由龙蜥社区增强和维护的软硬协同的高性能协议栈。针对不同的规模场景、硬件和应用模型，SMC 提供多位一体的方案以解决当前传统协议栈的问题：

• 借助云厂商 VPC 或者数据中心 RDMA，实现不同规模和场景下的高性能通信，支撑不同的业务规模和场景。
• 兼容 RDMA verbs 生态，实现协议栈卸载至硬件，提升网络性能，降低 CPU 资源使用，支持多种硬件。
• 透明替换网络应用，SMC 完全兼容 TCP socket 接口，并可快速回退 TCP。
• 使用统一高效的共享内存模型，借助硬件卸载实现高性能的共享内存通信。

03 技术优势

1、透明加速传统 TCP 应用，对于应用程序、运行环境镜像、部署方式无侵入，对 DevOps 和云原生友好。

2、DPU 软硬协同的网络协议栈，更高的网络性能和更低的资源使用。

3、Linux 原生支持的标准化、开源的网络协议栈，SMC-R 实现自 IETF RFC7609，由社区共同维护。

04 应用场景

SMC 是一个 Linux 内核原生支持的通用高性能网络协议栈，支持 socket 接口和快速回退 TCP 的能力，任何 TCP 应用均可实现透明替换 SMC 协议栈。由于业务逻辑与网络开销占比的差异，不同应用的加速收益存在差异。下面是几个典型的应用场景和业务最佳实践：

• 内存数据库，Redis 和部分 OLAP 数据库，Redis QPS 最高提升 50%，时延下降 55%。
• 分布式存储系统，云原生分布式存储 Curve 在 3 volume 256 depth randwrite 场景下性能提升18.5%。
• Web service，NGINX 长链接下 QPS 最高提升 49.6%，时延下降 55.48%。

总的来说，使用 SMC 协议栈可以提高 TCP 应用的性能，减少时延，提高 QPS，并且不需要修改应用程序代码。但是，加速效果受到业务逻辑和网络开销占比的影响，不同应用的加速效果存在差异。在一些特定的应用场景下，如高性能计算，大数据等，使用 SMC 协议栈能够带来显著的性能提升。

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附：

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https://openanolis.cn/assets/static/openanoliswhitepaper.pdf

—— 完 ——