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InfiniBand 技術及其在 Linux 系統中的配置簡介

阿新 • • 發佈：2019-02-10

前言

隨著伺服器處理速度的不斷加快，使用者對提升網路傳輸速度的需求也越來越緊迫，傳統意義上的輸入 / 輸出技術， 如 PCI、以太等，已經無法滿足這種需求。如何更為有效的提高資料傳輸速度，增加有效頻寬成為擺在人們面前必須解決的一個重大問題。 InfiniBand 標準就是在這種情況下應運而生的，它在很大程度上解決了傳統輸入 / 輸出架構的傳輸瓶頸問題 , 執行速度可達到每埠 2.5Gb/s 或 10Gb/s 。

目前，這項技術已經廣泛應用到高效能運算等領域，Linux 作業系統核心也對其提供了全面的支援，本文將逐一介紹 InfiniBand 技術架構，以及如何在 Red Hat Enterprise Linux 5.3 和 SLES11 系統中配置 InfiniBand 網路裝置，包括網絡卡驅動的安裝以及 IPoIB（IP over InfiniBand）介面配置。

InfiniBand 是一種基於交換的序列 I/O 互連體系結構，執行速度為每方向 2.5Gb/s 或 10Gb/s（每埠）。和共享匯流排結構不同，InfiniBand 是一個針數很少的序列結構，可連線印刷電路板（PCB – Printed circuit board）上的裝置，並支援箱外頻寬（Bandwidth Out of the Box）。使用普通的雙絞銅線，InfiniBand 支援的連線距離為 17m ；而如果使用光纜，其支援的距離則可達數公里甚至更遠。此外，InfiniBand 還支援 QoS 和 RAS 。 RAS 特性在設計之初就被融入了 InfiniBand 的體系結構，這些特性對於 InfiniBand 有能力成為位於 Internet 核心的下一代伺服器和儲存系統的通用 I/O 基礎架構具有非常重要的意義。 InfiniBand 終將從根本上改變系統和 Internet 互連體系，並促成一場偉大的技術變革。

也正因如此，InfiniBand 系統網路（如圖一所示）受到各大工業公司的支援，其中包括了所有主要伺服器廠商（如：戴爾，惠普，IBM，英特爾，微軟等公司）。


圖 1. InfiniBand 系統網路
InfiniBand 系統網路 

從這張圖中我們不難看出，InfiniBand 系統網路主要由兩個核心部件組成：主機通道介面卡（Host Channel Adapter）和 InfiniBand 交換機。其中，HCA 為主機裝置提供一個介面用於支援所有 InfiniBand 定義的操作，而交換機則用於將一個埠接收到的 InfiniBand 報文轉發到另一個埠，它支援單播和多播兩種機制。

隨著 InfiniBand 技術的應用越來越廣，做為應用基礎的 InfiniBand 配置問題也日益成為人們關注的熱點，下面本文將對 InfiniBand 在 Linux 系統中的配置做一個具體的介紹，包括 InfiniBand 在 Red Hat Enterprise Linux 5.3 和 SLES11 系統中的網絡卡驅動的安裝以及 IPoIB 的配置方法。

Red Hat 產品是從 Red Hat Enterprise Linux 5.3 開始正式在核心中整合對 InfiniBand 網絡卡的支援，並且將 InfiniBand 所需的驅動程式以及庫檔案打包到發行 CD 裡， 所以對於有 InfiniBand 應用需求的 Red Hat 使用者，我們推薦其採用 Red Hat Enterprise Linux 5.3 及其以後的系統版本。

  • 安裝 InfiniBand 驅動程式

    在安裝 InfiniBand 驅動程式之前，請確認 InfiniBand 網絡卡已經被正確地連線或分配到主機。然後，從 Red Hat Enterprise Linux 5.3 的釋出 CD 中獲得 Table1 中給出的 rpm 檔案，並根據上層應用程式的需要選擇安裝相應的 32 位或 64 位軟體包。

    表 1. RedHatEL5.3 中 InfiniBand 庫檔案列表



    openib-*. el5.noarch.rpm
    32bit libibcm-*.el5.ppc.rpm
    libibcm-devel-*.el5.ppc.rpm
    libibcm-static-*.el5.ppc.rpm
    libibcommon-*.el5.ppc.rpm
    libibcommon-devel-*.el5.ppc.rpm
    libibcommon-static-*.el5.ppc.rpm
    libibmad-*.el5.ppc.rpm
    libibmad-devel-*.el5.ppc.rpm
    libibmad-static-*.el5.ppc.rpm
    libibumad-*.el5.ppc.rpm
    libibumad-devel-*.el5.ppc.rpm
    libibumad-static-*.el5.ppc.rpm
    libibverbs-*.el5.ppc.rpm
    libibverbs-devel-*.el5.ppc.rpm
    libibverbs-static-*.el5.ppc.rpm
    libibverbs-utils-*.el5.ppc.rpm
    64bit libibcm-*.el5.ppc64.rpm
    libibcm-devel-*.el5.ppc64.rpm
    libibcm-static-*.el5.ppc64.rpm
    libibcommon-*.el5.ppc64.rpm
    libibcommon-devel-*.el5.ppc64.rpm
    libibcommon-static-*.el5.ppc64.rpm
    libibmad-*.el5.ppc64.rpm
    libibmad-devel-*.el5.ppc64.rpm
    libibmad-static-*.el5.ppc64.rpm
    libibumad-*.el5.ppc64.rpm
    libibumad-devel-*.el5.ppc64.rpm
    libibumad-static-*.el5.ppc64.rpm
    libibverbs-*.el5.ppc64.rpm
    libibverbs-devel-*.el5.ppc64.rpm
    libibverbs-static-*.el5.ppc64.rpm
    libibverbs-utils 64bit rpm is not available in RedHatEL5.3



    另外，對於不同型別的 InfiniBand 網絡卡，我們還需要安裝一些特殊的驅動程式，例如Galaxy1/Galaxy2型別的 InfiniBand 網絡卡，就需要安裝 ehca 相關的驅動。在這裡我們給出三種常見 InfiniBand 網絡卡及其所需驅動的對應關係供您參考，見表二。

    表 2. 常見 InfiniBand 網絡卡型別及所需驅動對應表



    libehca
    (for Galaxy1/Galaxy2 support)    		 32bit libehca-*.el5.ppc.rpm
    libehca-static-*.el5.ppc.rpm
    64bit libehca-*.el5.ppc64.rpm
    libehca-static-*.el5.ppc64.rpm
    libmthca
    (for Mellanox InfiniHost support)    		 32bit libmthca-*.el5.ppc.rpm
    libmthca-static-*.el5.ppc.rpm
    64bit libmthca-*.el5.ppc64.rpm
    libmthca-static-*.el5.ppc64.rpm
    libmlx4
    (for Mellanox ConnectX support)    		 32bit libmlx4-*.el5.ppc.rpm
    libmlx4-static-*.el5.ppc.rpm
    64bit libmlx4-*.el5.ppc64.rpm
    libmlx4-static-*.el5.ppc64.rpm



  • 啟動 openibd 服務

    在 Red Hat Enterprise Linux 5.3 系統中，openibd 服務在預設情況下是不開啟的，所以在安裝完驅動程式之後，配置 IPoIB 網路介面之前，我們需要先使能 openibd 服務以保證相應的驅動被載入到系統核心。具體方法如下：



    清單 1. 啟動 openibd 服務
     
			# /etc/init.d/openibd start 
 Loading OpenIB kernel modules:
                                                  [  OK  ]

    啟動 openibd 服務後，可用以下命令檢查相應的驅動是否已載入，以 Galaxy2 網絡卡為例應得到以下輸出。



    清單 2. Openibd 服務狀態示例
     
# /etc/init.d/openibd status 
 Low level hardware support loaded: 
        ib_ehca 

 Upper layer protocol modules: 
        ib_iser ib_srp ib_sdp ib_ipoib 

 User space access modules: 
        rdma_ucm ib_ucm ib_uverbs ib_umad 

 Connection management modules: 
        rdma_cm ib_cm iw_cm 

 Configured IPoIB interfaces: none 
 Currently active IPoIB interfaces: none

    此時，用 ifconfig 命令已經可以看到待配置的 ib 介面， 例如：



    清單 3. Ifconfig 命令輸出
    	# ifconfig -a 

 ib0       Link encap:InfiniBand  HWaddr 
 80:00:00:2C:FE:80:00:00:00:00:00:00:00:00:00:00:00:00:00:00 
          BROADCAST MULTICAST  MTU:4092  Metric:1 
          RX packets:0 errors:0 dropped:0 overruns:0 frame:0 
          TX packets:0 errors:0 dropped:0 overruns:0 carrier:0 
          collisions:0 txqueuelen:256 
          RX bytes:0 (0.0 b)  TX bytes:0 (0.0 b) 

 ib1       Link encap:InfiniBand  HWaddr 
 80:00:00:2E:FE:80:00:00:00:00:00:00:00:00:00:00:00:00:00:00 
          BROADCAST MULTICAST  MTU:4092  Metric:1 
          RX packets:0 errors:0 dropped:0 overruns:0 frame:0 
          TX packets:0 errors:0 dropped:0 overruns:0 carrier:0 
          collisions:0 txqueuelen:256
          RX bytes:0 (0.0 b)  TX bytes:0 (0.0 b)

    但這種使能 openibd 服務的方法只在本次啟動中生效，如果使用者需要在系統重新啟動後仍保持 openibd 使能，則需要使用 chkconfig 命令將其新增到系統服務列表中，如：



    清單 4. 使用 chkconfig 新增 openibd 服務
    # chkconfig --level 235 openibd on 
 # chkconfig --list|grep openibd 
 openibd         0:off   1:off   2:on    3:on    4:off   5:on    6:off

  • 配置 IPoIB 網路介面

    在 Red Hat Enterprise Linux 5.3 中配置 IPoIB 網路介面的方法與配置以太介面方法類似，即 /etc/sysconfig/network-scripts 路徑下建立相應的 IB 介面配置檔案，如 ifcfg-ib0, ifcfg-ib1 等。這裡我們給出一個對介面 ib0 做簡單 IPoIB 配置的例子以供參考。



    清單 5. 介面配置檔案示例
     
# cat /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-ib0 
 DEVICE=ib0 
 BOOTPROTO='static' 
 IPADDR=10.0.0.5 
 NETMASK=255.255.255.0 
 BROADCAST=10.0.0.255 
 NETWORK=10.0.0.0
 TARTMODE='onboot'

    IB 介面配置檔案建立完成後，需要重新啟動介面裝置以使新配置生效，這時可以使用 ifconfig 命令檢查介面配置是否已經生效，具體操作如下。



    清單 6. 重啟介面裝置示例
    [[email protected] network-scripts]# ifdown ib0 
 [[email protected] network-scripts]# ifup ib0 
 [[email protected] network-scripts]# ifconfig ib0 
 ib0       Link encap:InfiniBand  HWaddr 
 80:00:00:2C:FE:80:00:00:00:00:00:00:00:00:00:00:00:00:00:00 
          inet addr:10.0.0.5  Bcast:10.0.0.255  Mask:255.255.255.0 
          inet6 addr: fe80::202:5500:1022:4a00/64 Scope:Link 
          UP BROADCAST RUNNING MULTICAST  MTU:4092  Metric:1 
          RX packets:24 errors:0 dropped:0 overruns:0 frame:0 
          TX packets:63 errors:0 dropped:15 overruns:0 carrier:0 
          collisions:0 txqueuelen:256 
          RX bytes:8252 (8.0 KiB)  TX bytes:16956 (16.5 KiB)

    至此，IB 介面配置工作基本完成。如果需要進一步驗證其工作是否正常，可以參考以上步驟配置另外一臺節點，並在兩個節點之間執行 ping 命令。如果 ping 成功，則說明 IPoIB 配置成功。

在 SuSE 產品中，雖然 SLES10 SP2 釋出之初並沒有提供對 InfiniBand 的正式支援，但隨後發行的 SLES10 SP2 Update1 版本里卻包含了 InfiniBand 的全部驅動集合，這一支援更在 SLES11 裡得到了完善和發展，其釋出 CD 已包含了 InfiniBand 相關的 OFED 驅動和管理工具。所以對於有 InfiniBand 應用需求的 SuSE 使用者，我們推薦其採用 SLES11 及其以後的系統版本。

  • 安裝 InfiniBand 驅動程式

    在安裝 InfiniBand 驅動程式之前，請確認 InfiniBand 網絡卡已經被正確地連線或分配到主機。然後，從 SLES11 的釋出 CD/DVD 中獲得 Table3 中給出的 rpm 檔案，並根據上層應用程式的需要選擇安裝相應的軟體包。

    表 3. SLES11 中 InfiniBand 庫檔案列表



    Platforms Driver/Library
    SLES11 ofed-*.ppc64.rpm
    ofed-kmp-default-*.ppc64.rpm
    ofed-kmp-ppc64-*.ppc64.rpm
    opensm-*.ppc64.rpm
    libcxgb3-rdmav2-*.ppc64.rpm
    libehca-rdmav2-*.ppc64.rpm
    libibcm-*.ppc64.rpm
    libibcommon1-*.ppc64.rpm
    libibmad-*.ppc64.rpm
    libibumad-*.ppc64.rpm
    libibverbs-*.ppc64.rpm
    libipathverbs-*.ppc64.rpm
    libmlx4-rdmav2-*.ppc64.rpm
    libmthca-rdmav2-*.ppc64.rpm
    librdmacm-*.ppc64.rpm
    libsdp-*.ppc64.rpm
    mpi-selector-*.ppc64.rpm
    mstflint-*.ppc64.rpm
    libibverbs-devel-*.ppc64.rpm
    (Note: libibverbs-devel-*.ppc64.rpm is in SLES 11 SDK ISO)



    雖然 SLES11 對 InfiniBand 提供了更好的支援，但仍有部分使用者的應用是建立在 SLES10 SP2 系統之中的。所以，在這裡我們也給出了 SLES10 SP2 系統中需要載入的 InifiniBand 庫和驅動包，詳見表 4 。

    表 4. SLES10SP2 中 InfiniBand 庫檔案列表



    Platforms Driver/Library
    SLES10SP2 libcxgb3-64bit-*.ppc.rpm
    libcxgb3-devel-*.ppc.rpm
    libcxgb3-devel-64bit-*.ppc.rpm
    libehca-*.ppc.rpm
    libehca-64bit-*.ppc.rpm
    libehca-devel-*.ppc.rpm
    libehca-devel-64bit-*.ppc.rpm
    libibcm-*.ppc.rpm
    libibcm-64bit-*.ppc.rpm
    libibcm-devel-*.ppc.rpm
    libibcm-devel-64bit-*.ppc.rpm
    libibcommon-*.ppc.rpm
    libibcommon-64bit-*.ppc.rpm
    libibcommon-devel-*.ppc.rpm
    libibcommon-devel-64bit-*.ppc.rpm
    libibmad-*.ppc.rpm
    libibmad-64bit-*.ppc.rpm
    libibmad-devel-*.ppc.rpm
    libibmad-devel-64bit-*.ppc.rpm
    libibumad-*.ppc.rpm
    libibumad-64bit-*.ppc.rpm
    libibumad-devel-*.ppc.rpm
    libibumad-devel-64bit-*.ppc.rpm
    libibverbs-*.ppc.rpm
    libibverbs-64bit-*.ppc.rpm
    libibverbs-devel-*.ppc.rpm
    libibverbs-devel-64bit-*.ppc.rpm
    libipathverbs-*.ppc.rpm
    libipathverbs-64bit-*.ppc.rpm
    libipathverbs-devel-*.ppc.rpm
    libipathverbs-devel-64bit-*.ppc.rpm
    libmlx4-*.ppc.rpm
    libmlx4-64bit-*.ppc.rpm
    libmlx4-devel-*.ppc.rpm
    libmlx4-devel-64bit-*.ppc.rpm
    libmthca-*.ppc.rpm
    libmthca-64bit-*.ppc.rpm
    libmthca-devel-*.ppc.rpm
    libmthca-devel-64bit-*.ppc.rpm
    librdmacm-1.0.6-*.ppc.rpm
    librdmacm-64bit-*.ppc.rpm
    librdmacm-devel-*.ppc.rpm
    librdmacm-devel-64bit-*.ppc.rpm
    libsdp-*.ppc.rpm
    libsdp-64bit-*.ppc.rpm
    libsdp-devel-*.ppc.rpm
    libsdp-devel-64bit-*.ppc.rpm
    mpi-selector-*.ppc.rpm
    mstflint-*.ppc.rpm
    mvapich2-*.ppc.rpm
    mvapich2-64bit-*.ppc.rpm
    mvapich2-devel-*.ppc.rpm
    mvapich2-devel-64bit-*.ppc.rpm
    ofed-1.3-*.ppc.rpm
    ofed-cxgb3-NIC-kmp-ppc64-*.ppc.rpm
    ofed-doc-*.ppc.rpm
    ofed-kmp-ppc64-*.ppc.rpm
    open-iscsi-*.ppc.rpm
    opensm-*.ppc.rpm
    opensm-64bit-*.ppc.rpm
    opensm-devel-*.ppc.rpm
    opensm-devel-64bit-*.ppc.rpm
    perftest-*.ppc.rpm
    qlvnictools-*.ppc.rpm
    rds-tools-*.ppc.rpm
    release-notes-as-*.ppc.rpm
    ruby-*.ppc.rpm
    sdpnetstat-*.ppc.rpm
    srptools-*.ppc.rpm
    tvflash-*.ppc.rpm



  • 啟動 openibd 服務及配置 IPoIB 網路介面

    在 SLES11 系統中，啟動 openibd 服務以及配置 IPoIB 網路介面的方法與 RedHat 基本類似，唯一不同的是介面配置檔案的位置。在 SLES11 中，介面配置檔案位於 /etc/sysconfig/network 目錄下，下面是一個簡單配置的例子僅供讀者參考。



    清單 7. 介面配置檔案示例
    # cat /etc/sysconfig/network/ifcfg-ib0 
 DEVICE=ib0 
 BOOTPROTO='static' 
 IPADDR=20.0.0.5 
 NETMASK=255.255.255.0 
 BROADCAST=20.0.0.255 
 NETWORK=20.0.0.0
 STARTMODE='onboot'

    其它配置步驟與 RedHat 完全相同，這裡不再複述。

小結

本文介紹了 InfiniBand 技術的基本構架，以及在 Linux 系統中如何對 InfiniBand 裝置進行網絡卡驅動的安裝以及 IPoIB（IP over InfiniBand）介面配置，從而為上層高效能運算應用軟體的運作提供了必要的環境基礎。


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