1.高速网络InfiniBand加速大数据应用介绍
超级计算机的发展趋势和应用
超级计算机的发展趋势和应用超级计算机是当今世界计算科学和技术上的最高水平，是各种高科技领域中不可或缺的基础设施之一，其重要性不言而喻。
本文将对超级计算机的发展趋势和应用进行深入探讨。
一、超级计算机的发展趋势超级计算机的发展可以分为三个阶段：向量计算阶段、并行计算阶段和互联网计算阶段。
现在，超级计算机跃入了下一阶段，即高性能计算集群阶段，下面先分别解释一下这四个阶段的特点。
1.向量计算阶段向量计算是指对指令进行了优化，使得计算机可以在一个时钟周期内并行处理多个数据，从而提高计算效率的方法。
在向量计算阶段，计算机的核心是向量处理器。
这一阶段的代表机型有日立公司的CRAY-1、CRAY-2和NEC公司的SX-2等。
2.并行计算阶段并行计算是指将计算任务分为多个小任务，分别在多个处理器上进行处理，从而加快整个计算过程的方法。
在并行计算阶段，计算机的核心是多处理器、多核心和多线程技术。
这一阶段的代表机型有IBM公司的Blue Gene、中国的天河系列等。
3.互联网计算阶段互联网计算是指利用因特网等网络技术将多台计算机连接起来，形成一个通讯环境，实现分布式处理的方法。
在互联网计算阶段，计算机的核心是数据中心、云计算和物联网等技术。
这一阶段的代表机器有谷歌公司的MapReduce、Hadoop和Amazon公司的EC2等。
4.高性能计算集群阶段高性能计算集群是指将多个高性能计算节点通过高效的通信网络连接起来，形成一个计算集群，完成复杂任务的方法。
在高性能计算集群阶段，计算机的核心是网络和存储技术，如InfiniBand、Myrinet、10G以太网和Solid State Drive等。
这一阶段的代表机器有美国的Titan、中国的神威系列等。
二、超级计算机的应用1.模拟科学模拟科学是指以计算机模拟为基础的科学研究方法。
超级计算机在模拟科学领域的应用非常广泛，如气象、地震、海洋、生物、航空、航天等领域。
通过超级计算机的模拟，可以预测、分析和优化各种自然和人造系统的行为，具有非常重要的意义。
mellanox infiniband技术原理
Mellanox Infiniband是一种高速计算机网络技术，主要用于数据中心的互连。
其设计目的是为了提高数据传输的速度和效率，降低延迟，并提供更高的带宽。
Infiniband技术使用点对点通信，可以在服务器、存储设备和网络设备之间提供高带宽、低延迟的数据传输。
Infiniband技术的工作原理如下：
1. 基于通道化：Infiniband使用通道化技术，将数据传输划分为多个通道，每个通道可以独立进行数据传输。
这种方式可以提高带宽利用率，降低冲突和延迟。
2. 基于信用机制：Infiniband使用信用机制来管理数据传输。
发送方在发送数据之前，先发送一个请求，接收方收到请求后，返回一个信用。
发送方在收到信用后，才开始发送数据。
这种方式可以确保数据传输的顺序性和可靠性。
3. 具有流量控制：Infiniband技术具有流量控制功能，可以根据网络状况和接收方的能力来调整数据传输的速度和大小，避免网络拥塞和数据丢失。
4. 支持虚拟化：Infiniband支持虚拟化技术，可以在不同的虚拟机和应用程序之间提供高效的数据传输。
总之，Mellanox Infiniband技术通过通道化、信用机制、流量控制和支持虚拟化等技术，提供了高性能、高可靠性和高带宽的网络连接，适用于数据中心和云计算环境。
infiniband 协议
InfiniBand（简称IB）是一种高性能、低延迟的计算机网络互连协议，用于连接高性能计算系统、数据中心和云环境中的服务器、存储和网络设备。
InfiniBand协议采用了分层架构，将协议分为三个层次：物理层、互联层和应用层。
其中，物理层负责传输数据信号，互联层负责管理和控制网络拓扑结构，应用层则负责处理应用程序和数据传输。
InfiniBand协议具有以下特点：
1. 低延迟：InfiniBand协议采用了多种技术手段，如点对点连接、异步传输、多路径传输等，使得数据传输延迟极低。
2. 高带宽：InfiniBand协议支持多种带宽规格，如10 Gbps、20 Gbps、40 Gbps、100 Gbps 等，能够满足高性能计算和大数据分析等应用场景的需求。
3. 灵活性：InfiniBand协议支持多种拓扑结构，如环形、星形、网状等，能够适应不同的应用场景和网络规模。
4. 可扩展性：InfiniBand协议支持多种协议和接口标准，如RDMA、RoCE、iWARP等，能够满足不同应用场景和技术发展的需求。
InfiniBand协议已经成为高性能计算、云计算和大数据分析等领域的主流网络技术之一，被广泛应用于超级计算机、科学计算、金融交易、人工智能等领域。
Infiniband介绍与使用
万兆以太网与Infiniband网络
万兆以太网 说明 优点 缺点 Infiniband 说明 优点 缺点 用于互联服务器和交换机的半专有技术 极低的延迟（不到100ns）和高吞吐量（高达120Gbps)，使它成为数据 中心最强健的互联技术之一 在服务器硬件上需要昂贵的专有互联设备，并且在与数据中心或集群外 部进行通信时，需要交换设备在以太网和Infiniband之间进行转换 目前市场上最快的以太网技术，具有极低的延迟（不到500ns)的新适配 器和交换机正在进入市场 通常使用标准的以太网LAN设备、线缆和PC接口卡 延迟问题依然存在，因而可能把这种技术排斥在像集群和网格等对延迟 极其敏感的应用之外，速度仍落后于其它的一些互联技术
InfiniBand体系架构
InfiniBand标准定义了一套 用于系统通信的多种设备， 包括信道适配器、交换机和 路由器 信道适配器用于同其它设备 的连接，包括主机信道适配 器（HCA）和目标信道适配 器（TCA） 交换机是 InfiniBand结构中 的基本组件 点到点的交换结构：解决了 共享总线、容错性和可扩展 性问题 具有物理层低功耗特点和箱 外带宽连接能力
在管理节点启动子网管理服务
chkconfig opensmd on service opensmd restart
在所有的节点启动openibd服务
chkconfig ipenibd on service openibd restart
查看IP
ipconfig ib0
谢谢！
Infiniband驱动安装与配置
#tar xvfz OFED-1.5.2.tgz #cd OFED-1.5.2 #./install.pl
选择2
对于一个集群来说，在管理节点选择3，其他计算节点选择2安装，出现的余下选项，一路 Enter则可，即使在操作系统完全安装的情况下，通常至少会提示tcl-devel等依赖组件未 安装，到安装光盘里查找缺少的rpm包，在每节点都安装缺少的rpm包
数据中心网络互连
数据中心网络互连当今互联网的高速发展，使得数据中心扮演着至关重要的角色。
大量的用户数据、应用程序和服务都存储在数据中心中，以支持各种在线活动。
为了提供高效、可靠的服务，数据中心通常由多个网络设备和计算机组成，通过网络互连来实现数据的传输和共享。
数据中心网络互连是一个复杂的系统，需要各种技术和协议来实现。
下面将介绍几种常见的数据中心网络互连技术，包括以太网、光纤通道和InfiniBand。
以太网是目前最为广泛使用的数据中心网络互连技术之一。
它采用统一的MAC地址和IP地址来实现数据的传输和路由。
以太网可以同时支持多种网络协议，如TCP/IP、UDP和HTTP，以满足不同应用的需求。
此外，以太网还支持链路聚合技术，可以通过多个物理链路来提供高带宽和冗余性。
光纤通道是一种基于光纤的高速互连技术。
它采用光纤通道协议来实现数据的传输和路由。
光纤通道具有低延迟、高带宽和可靠性强的特点，适用于需要大量数据传输的应用场景。
光纤通道可以支持多个节点之间的直接连接，也可以通过交换机或路由器来进行网络的扩展。
InfiniBand是一种用于高性能计算和数据中心互连的新一代技术。
它提供了高带宽、低延迟和可扩展性强的特性，适用于大规模的并行计算和数据传输。
InfiniBand可以支持多种网络拓扑结构，如点对点、全互连和树状结构，以满足不同需求的数据中心。
除了以上几种常见的数据中心网络互连技术外，还有一些新兴的技术值得关注。
例如，软件定义网络（SDN）可以将网络的控制平面和数据平面分离，通过集中式的控制器管理网络流量和路由。
这种方法可以提高网络的灵活性和可编程性，使网络资源的利用更加高效。
此外，网络功能虚拟化（NFV）也是一个重要的技术趋势。
它将网络功能从专用硬件转移到通用服务器上，通过虚拟化的方式提供网络服务。
NFV可以降低成本、提高灵活性，并加速网络服务的交付速度。
总而言之，数据中心网络互连是支持互联网各种应用和服务的基础。
infiniband 协议定义
infiniband 协议定义InfiniBand协议是一种高性能计算和数据中心网络通信协议，旨在提供低延迟、高带宽和可扩展性。
下面是对InfiniBand协议的多角度全面完整的定义。
1. 概述：InfiniBand协议是一种开放标准的网络通信协议，用于连接计算节点、存储设备和网络交换机。
它提供了高速数据传输、低延迟和高吞吐量的特性，适用于高性能计算、大规模数据中心和企业级存储等领域。
2. 架构：InfiniBand协议采用了点对点架构，每个设备都可以直接与其他设备通信，无需经过中央交换机。
这种架构减少了通信的延迟，并提供了更好的可扩展性和冗余性。
3. 物理层：InfiniBand协议使用了一种高速串行连接技术，通过光纤或铜缆传输数据。
它支持多种传输速率，包括单链路速率和多链路聚合速率，以满足不同应用的需求。
4. 数据链路层：InfiniBand协议的数据链路层提供了可靠的数据传输和错误检测机制。
它使用了数据包交换和流控制技术，确保数据的完整性和可靠性。
5. 网络层：InfiniBand协议的网络层提供了路由和寻址功能。
它支持多种路由算法，包括最短路径优先和自适应路由等，以提供高效的数据传输。
6. 传输层：InfiniBand协议的传输层提供了端到端的可靠数据传输和流量控制。
它使用了基于令牌的访问控制和排队机制，以确保数据的有序传输和公平共享网络资源。
7. 接口和协议：InfiniBand协议定义了一套标准的接口和协议，用于设备之间的通信和管理。
这些接口和协议包括设备驱动程序、管理工具和应用程序接口，以支持各种应用和操作系统的集成。
总结：InfiniBand协议是一种高性能计算和数据中心网络通信协议，它提供了低延迟、高带宽和可扩展性的特性。
它的架构、物理层、数据链路层、网络层、传输层以及接口和协议都经过精心设计，以满足高性能计算和数据中心应用的需求。
通过使用InfiniBand协议，用户可以实现高效的数据传输和通信，提升系统性能和可靠性。
Infiniband高速互连网络(徐迪威)
InfiniBand高速互连网络徐迪威广州广东省计算中心，510033摘要：InfiniBand是目前发展最快的高速互连网络技术，具有高带宽、低延迟和易扩展的特点。
通过研究和实践，对InfiniBand技术的数据包、数据传输、层次结构、与以太网技术的对比、虚拟化、交换机制、发展愿景等进行了全面探索，提出了InfiniBand最终成为高速互连网络首选的观点。
关键词：InfiniBand；高速互连网络；数据包；结构模型；虚拟化；交换机制Research on Design of InfiniBand High Speed InterconnectionAbstract: InfiniBand is a fast growing technology of high speed interconnection (HSI), whose characteristics are high bandwidth, low latency and easy extension. Via researching and practicing, the paper explores on InfiniBand data packets, data transfer, multilevel architectures, comparing with Ethernet, virtualization, switching mechanism, roadmap, etc. The author presents the viewpoint that InfiniBand will become the first choice in setting up HSI.Keywords: InfiniBand(IB); High Speed Interconnection(HSI); Data Packet; Hierarchy Model; Virtualization; Switching Mechanism1引言随着中央处理器（CPU）运算能力的极速增长，高速互连网络（High Speed Interconnection, HSI）已成为高性能计算机研制的关键所在。
infiniband标准
infiniband标准InfiniBand标准。
InfiniBand是一种高速互连技术，旨在提供高性能、低延迟和高带宽的数据传输。
作为一种通用的系统互连架构，InfiniBand标准已经被广泛应用于数据中心、超级计算机、存储系统和其他高性能计算环境中。
本文将介绍InfiniBand标准的基本概念、特点和应用。
InfiniBand标准的基本概念。
InfiniBand标准是由InfiniBand Trade Association（IBTA）制定的，它定义了一种用于高性能互连的通信协议和接口标准。
InfiniBand架构采用了一种基于信道的通信模式，通过使用高速串行链路和专用的交换设备来实现数据传输。
与传统的以太网和Fibre Channel相比，InfiniBand具有更低的延迟和更高的带宽，适用于对性能要求较高的应用场景。
InfiniBand标准的特点。
InfiniBand标准具有多种特点，包括高性能、灵活性、可扩展性和可靠性。
首先，InfiniBand可以提供高达200Gb/s的数据传输速度，使其成为处理大规模数据和复杂计算任务的理想选择。
其次，InfiniBand架构支持多种拓扑结构和网络协议，能够满足不同应用场景的需求。
此外，InfiniBand还具有良好的可扩展性，可以轻松地扩展到数千个节点，适用于大规模集群计算和分布式存储系统。
最重要的是，InfiniBand还内置了多种错误检测和恢复机制，能够保障数据传输的可靠性和完整性。
InfiniBand标准的应用。
InfiniBand标准已经被广泛应用于多种领域，包括超级计算、云计算、大数据分析和人工智能等。
在超级计算领域，InfiniBand可以提供低延迟和高带宽的互连，满足复杂计算任务对通信性能的要求。
在云计算和大数据分析领域，InfiniBand可以构建高性能的分布式存储和计算系统，加速数据处理和分析的速度。
在人工智能领域，InfiniBand可以为深度学习和神经网络训练提供强大的计算和通信支持，实现大规模模型的训练和推理。
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高速网络InfiniBand加速大数据应用刘通Mellanox亚太市场开发总监Mellanox公司概况股票代码: MLNX ▪连接服务器、存储器的高带宽与低延迟网络的领导厂商•FDR 56Gb/s InfiniBand 与万兆/4万兆以太网•降低应用等待数据时间•大幅提升数据中心投资回报率▪公司总部:•美国加州以及以色列双总部•全球范围内约~1432名员工▪良好财务状况•2013年销售近3.9亿美元•现金与投资达3.4亿美元截至2013年9月世界领先的端到端网络互连设备提供商Virtual Protocol Interconnect存储前端 / 后端服务器交换机/ 网关56G IB & FCoIB 56G InfiniBand10/40/56GbE & FCoE 10/40/56GbEVirtual Protocol Interconnect芯片交换机、网关网卡网线、模块Metro / WAN完整的InfiniBand与以太网产品线▪InfiniBand 是高性能应用的首选网络▪采用Mellanox FDR InfiniBand 的系统同比增长1.8倍•加速63% 的InfiniBand系统是基于FDR (141 systems out of 225)超级计算机TOP500中最高占有率InfiniBand提供不可超越的系统效率▪InfiniBand是实现最高系统效率的关键，平均高于万兆以太网30% ▪Mellanox InfiniBand 实现最高效率99.8% 平均效率•InfiniBand: 87% •Cray: 79%•10GbE: 67% •GigE: 40%InfiniBand技术优势InfiniBand 技术的优势和特点▪InfiniBand Trade Association (IBTA) 协会制定规范•开放标准的高带宽、低延迟网络互连技术▪串行高带宽连接•SDR: 10Gb/s HCA连接•DDR: 20Gb/s HCA连接•QDR: 40Gb/s HCA连接–现在•FDR: 56Gb/s HCA连接– 2011年底•EDR: 100Gb/s HCA连接– 2014年▪极低的延迟•低于1 微妙的应用级延迟▪可靠、无损、自主管理的网络•基于链路层的流控机制•先进的拥塞控制机制可以防止阻塞▪完全的CPU卸载功能•基于硬件的传输协议•可靠的传输•内核旁路技术▪远端内存直接访问•RDMA-读和RDMA-写▪服务质量控制（QoS）•在适配器卡级提供多个独立的I/O通道•在链路层提供多条虚拟通道▪集群可扩展性和灵活性•一个子网可支持48,000个节点，一个网络可支持2128个节点•提供多种集群拓扑方式▪简化集群管理•集中路由管理•支持带内网络诊断和升级RDMA (远端内存直接访问技术) – 如何工作RDMA 运行于InfiniBand 或Ethernet内核硬件用户机架1OSNICBuffer 1 应用程序1应用程序2OSBuffer 1NICBuffer 1TCP/IP机架2HCAHCABuffer 1Buffer 1 Buffer 1Buffer 1Buffer 1Mellanox RDMA 远端内存直接访问技术零拷贝远程数据传输低延迟, 高速数据传输InfiniBand - 56Gb/sRoCE* – 40Gb/s内核旁路 通讯协议卸载* RDMA over Converged Ethernet应用程序应用程序用户层内核 硬件缓存缓存加速分布式数据库迈络思网络加速主流数据库▪Oracle 数据仓库•提供4倍闪存•写性能提升20倍•数据吞吐量提高33%•降低能耗10% 到 40%▪IBM DB2 Purescale 数据库:•需要低延迟高带宽的网络，同时满足高可靠性•RDMA 大大降低CPU负荷•实现DB2 Purescale 接近线性的可扩展性▪微软 SQL Server 数据仓库•更高性能，更低成本▪Teradata 数据仓库•相较以太网，跨机柜SQL查询速度提升2倍•数据加载性能提升4倍大幅提升性能与可扩展性，降低成本河南移动Oracle RAC数据库解决方案▪采用Mellanox InfiniBand交换机作为心跳网络连接设备；▪全线速无阻塞网络；▪采用高可用的冗余连接方式，避免单点故障；▪40Gb/s高通讯带宽、100纳秒超低延迟，全面加速Oracle RAC性能InfiniBand+PCI-e SSD新架构加速Oracle数据库生产环境：处理器：16 CPU Itanium21.6GHZ（双核）内存：192G数量：3新架构 RAC节点：AMD Quad-Core 83802.5GHZ 4 CPU (4核)内存：64G数量：2 分钟网络层40/10GbE 交换机应用及存储融合Oracle RAC Node 1 SDC PC Serverw/ ECSLSI NytroSDSOracle RAC Node 2 SDC PC Server w/ ECS LSI NytroSDSOracle RAC Node n SDC PC Server w/ ECS LSI NytroSDSSDC: ScaleIO 数据客户端SDS: ScaleIO 数据访问服务端 40/10 GbEMellanox 网络交换机Mellanox 40GbE 交换机+40GbE 网卡实现最佳Oracle 性能与扩展性Oracle RAC 数据库Oracle RAC 数据库SDC: ScaleIO 数据客户端SDS: ScaleIO 数据访问服务端 40/10 GbE EthernetSDSSDCSDCSDSSDS 网络层 40 GbE 互联PC Server w/ ECS LSI NytroPC Server w/ ECS LSI NytroPC Server w/ ECS LSI Nytro数据库应用层存储层Mellanox 网络交换机Mellanox 40GbE 交换机+40GbE 网卡实现最佳Oracle 性能与扩展性Mellanox加速分布式Oracle RAC性能Mellanox 40GbE 交换机+40GbE网卡实现最佳Oracle性能与扩展性加速大数据Data Intensive Applications Require Fast, Smart InterconnectHost/Fabric SoftwareICs Switches/GatewaysAdapter Cards Cables/Modules End-to-End & Virtual Network Ready InfiniBand and Ethernet PortfolioMetro / WANCertified Networking Gear河南移动大数据部署实例▪任意服务器之间进行40Gb/s无阻塞通信,消除节点间I/O瓶颈▪网络采用36口交换机堆叠的Fat-tree架构，最大幅度地降低网络开销，随着节点数量的增加，整体性能线性增加，提供最佳的线性扩展能力▪集群任意节点均与两个交换机互联，实现系统的高可靠性；▪全省上网行为数据每天8TB，大数据处理平台（90台）40秒完成忙时数据装载、5小时内完成日报表处理TCO大幅降低高达79.6%Hadoop缺陷调查•管理工具•性能•可靠性•SQL支持•备份与恢复451 Research 2013 Hadoop调查Hadoop 性能提升挑战•HDFS 本事的数据延迟问题 •不能支持大量小文件•Map Reduce, Hbase, Hive, 等等的效率.HDFS™(Hadoop Distributed File System)HBaseHivePigMap ReduceSQL(e.g. Impala)•性能提升需求 –实时操作–更快执行速度Map Reduce 工作进程▪开源插件▪支持Hadoop版本•Apache 3.0, Apache 2.2.x, Apache 1.3•Cloudera Distribution Hadoop 4.4内嵌支持Hadoop MapReduce RDMA优化HDFS™(Hadoop Distributed File System)Map Reduce HBaseDISK DISK DISK DISK DISK DISKHive Pig速度翻倍HDFS 操作ClientNameNodeDataNode1 48 DataNode48DataNode142 WriteReadReplicationReplicationHDFS FederationNameNode•HDFS Federation •更快硬盘•更快CPU 和内存IO 成为瓶颈▪HDFS 基于RDMA进行移植▪支持CDH5 和 HDP2.1 Hadoop HDFS RDMA优化HDFS ClientJXIO JXIO JXIO JXIOHDFS ClusterHadoop存储架构的限制•Hadoop 使用本地硬盘保持数据本地性和低延迟–很多高价值数据存在于外置存储–拷贝数据到HDFS, 运行分析, 然后将结果发到另外系统–浪费存储空间–随着数据源的增多，数据管理变成噩梦•直接访问外部数据，无需拷贝？–需要解决性能问题存储: 从Scale-Up 向 Scale-Out 演进 Scale-out 存储系统采用分布计算架构•可扩展，灵活，高性价比1000020000300004000050000600001Gb iSCSI 10Gb iSCSI 8Gb FC 16Gb FC40Gb iSCSITCP 40Gb iSER RoCEFDR IBWire speed Mb/sActual Single-Thread Throughput Mb/s顺序文件读性能 (单端口)iSER ： iSCSI over RDMAiSER 实现最快的存储访问iSCSI (TCP/IP)1 x FC 8 Gb port4 x FC 8 Gb portiSER 1 x 40GbE/IBPort iSER 2 x 40GbE/IB Port (+Acceleration)KIOPs130200800110023005001000150020002500K I O P s @ 4K I O S i z e▪使用高性能网络和RDMA•避免性能瓶颈▪避免单点失败– HDFS Name Node▪节省33%磁盘空间!方案1: 使用并行文件系统替换HDFSLustre 作为文件系统方案Mellanox网络与RDMA技术实现最高 Lustre 性能Hadoop over Cloud?▪通常满负荷运转，而不是多虚机配置 ▪云存储慢且贵顾虑: •降低成本•弹性获得大量资源•与数据源更近•简化Hadoop 操作好处:?Performance?▪利用OpenStack 内置组件与管理功能•RDMA 已经内置在OpenStack▪RDMA 实现最快性能, 占用更低CPU 负荷最快的OpenStack 存储速度Hypervisor (KVM)OSVM OS VM OS VMAdapter Open-iSCSI w iSERCompute ServersRDMA Capable InterconnectiSCSI/iSER Target (tgt) Adapter Local DisksRDMA Cache Storage Servers OpenStack (Cinder)Using RDMA toaccelerate iSCSIstorage支持RDMA的高速网络大幅提升大数据应用性能4倍性能!Benchmark: TestDFSIO (1TeraByte, 100 files)2倍性能!Benchmark: 1M Records Workload (4M Operations)2X faster run time and 2X higher throughput2倍性能!Benchmark: MemCacheD Operations3倍性能!Benchmark: Redis Operations步入100G网络时代通过更快移动数据实现更大数据价值 20Gbs 40Gbs 56Gbs 100Gbs 2000 2020 2010 2005 2015 200Gbs10Gbs Gbs – Gigabit per secondMellanox 网络速度路线图引领网络速度的发展迈向更高网速进入100G时代36 EDR (100Gb/s) 端口, <90ns 延迟吞吐量7.2Tb/s100Gb/s 网卡, 0.7us 延迟1.5亿消息/秒(10 / 25 / 40 / 50 / 56 / 100Gb/s)Mellanox引领高速网络技术不止于InfiniBand端到端高速以太网Thank You。