TCP Offload Engine zvyšuje výkon systémů

DEFINICE Technologie TCP Offload Engine je implementována do síťových karet označovaných jako TNIC. Ty na rozdíl od b


DEFINICE
Technologie TCP Offload Engine je implementována do síťových karet označovaných
jako TNIC. Ty na rozdíl od běžných síťových karet zajišťují část komunikace se
sítí samy, bez účasti centrálního procesoru počítače. Obzvláště při velkých
objemech přenášených dat tak mohou přispět k významnému nárůstu výkonu
hostitelského systému.
Sada protokolů TCP/IP představuje již po dlouhou dobu standard používaný pro
přenos dat v počítačových sítích. Současné nové technologie, jako je ISCSI
(Internet SCSI) nebo RDMA (Remote Direct Memory Access), využívají TCP/IP pro
přenosy velkých objemů dat při ukládání dat nebo při clusterovnání.
Přenos dat pomocí TCP/IP ovšem klade značné nároky na výpočetní prostředky na
straně komunikujících serverů. Do komunikace se totiž často zapojuje přímo CPU
počítače. Speciální software a integrovaný hardware známý pod označením TCP
Offload Engine (TOE) nároky na požadované výpočetní prostředky redukuje.

Co dělá TOE
Technologie TOE představuje softwarové rozšíření stávající architektury TCP/IP,
jež umožňuje použití hardwarových vrstev implementovaných ve speciálních TOE
síťových kartách (TOE Network Interface Cards TNIC).
Tato kombinace hardwaru a softwaru umožňuje přenést výpočetní zátěž vynaloženou
na rutinní zpracování samotných TCP/IP přenosů z procesoru a operačního systému
na specializovaný hardware v síťovém adaptéru TNIC. Vlastní řízení TCP/IP
provozu serveru je přitom ponecháno operačnímu systému serveru. Většina výrobců
operačních systémů dává přednost právě tomuto přístupu.
Nynější běžné síťové karty zpracovávají TCP/IP operace softwarově, což
způsobuje hostitelskému systému značnou zátěž. K té dochází zejména ve třech
oblastech, a to při přesunech dat, zpracování samotných pravidel TCP/IP
protokolu a při obsluze přerušení.
Prudký nárůst počtu paketů generovaných na aplikační vrstvě znamená velkou
zátěž především pro systém přerušení serveru. Hardwarové spoje přerušení jsou
aktivovány v přesně definovaných případech a procesor pak musí reagovat
například potvrzením události.
Když například typická aplikace zapisuje do sítě objem dat 64 Kb, vyžaduje to
60 i více přerušení práce systémového procesoru vyvolaných standardní síťovou
kartou. Je totiž třeba segmentovat data do ethernetových rámců a zpracovávat
příchozí potvrzení. To vytváří značnou režijní zátěž nutnou pro zpracování
samotného protokolu. Přestože některé vlastnosti operačních systémů, jako je
například hromadění přerušení (interrupt aggregation), mohou počet přerušení
snížit, příslušný počet událostí přenesených při každé transakci mezi NIC a
procesorem serveru zůstává nezměněn.
Technologie TNIC významně snižuje zátěž systému vynaloženou na datový přenos
TCP/IP tím, že mění transakční model procesor a operační systém se už
nezajímají o události týkající se jednotlivých ethernetových rámců, ale o
události odpovídající jedné aplikační vstupně/výstupní síťové operaci. Jeden
průměrný zápis 64 Kb pak bude potřebovat pouze jednu událost, neboť veškerou
segmentaci na rámce provede TNIC. To povede ke snížení počtu přerušení
hostitelského systému. TNIC je tudíž nejvýhodnější v případech, kdy jedna
aplikační vstupně/výstupní síťová operace odpovídá segmentaci na několik
fyzických rámců, což je ve skutečném síťovém provozu velmi běžné.

Výhody nasazení
Softwarové a hardwarové prostředky standardních síťových adaptérů podporují
kontrolní součty a technologie eliminující odesílání duplicitních dat. Příjmu
duplicitních dat, který vyžaduje velký počet procesorových cyklů, však zabránit
nedokáží. Pro správné zajištění funkčnosti TCP kanálu je třeba přijaté pakety
dočasně ukládat do systémových vyrovnávacích pamětí. Systém přijímající
nevyžádaná TCP data je přiřadí k odpovídající aplikaci a kopíruje je ze
systémových vyrovnávacích pamětí do cílové paměti.
Protože zpracování TCP/IP protokolu probíhá přímo v TNIC, je možné ukládat data
přímo do aplikačních vyrovnávacích pamětí, a vyhnout se tak přechodnému
ukládání dat do vyrovnávací paměti hostitelského systému a příjmu duplicitních
dat, který představuje zbytečnou zátěž.
TNIC významně snižuje systémový výpočetní výkon nutný pro zajištění režie
přenosu dat prostřednictvím TCP/IP. U souborových serverů a systémů
přenášejících velké objemy dat se podle posledních srovnávacích testů použití
TNIC namísto standardní NIC rovná zdvojnásobení počtu procesorů souborového
serveru. Navíc síťové adaptéry TNIC potřebují napájecí příkon odpovídající
pouhému zlomku příkonu standardní NIC, což je předurčuje i k použití v
energeticky úsporných systémech. Pro administrátory uvažující o přechodu z
modelu NIC I/O k modelu TNIC I/O jsou k dispozici diagnostické prostředky TOE
pro stanovení výhodnosti takového přechodu.
Síťové karty TNIC poskytují systémům hardwarové prostředky umožňující zvládnout
požadavky na přenos vysokých objemů dat. Představují výhody pro OEM i koncové
uživatele je totiž vhodné je použít jak v souborových serverech či
integrovaných aplikačních serverech, tak za určitých okolností i v desktopech.
V praxi tak přinášejí velké zefektivnění většiny datových přenosů založených na
protokolech TCP/IP.









Komentáře
K tomuto článku není připojena žádná diskuze, nebo byla zakázána.