لقد اختبرنا قدرة وحدة معالجة البيانات Bluefield-2 DPU على التعامل مع تفريغ OVN/OVS ضمن بيئة نظام التشغيل FishOS. أظهرت النتائج سلاسة في التشغيل، وانخفاض زمن الوصول، وتحرير موارد وحدة المعالجة المركزية، مما يدل على إمكانات نظام التشغيل FishOS ووحدات معالجة البيانات Bluefield DPU لتحسين عمليات مركز البيانات الحديثة.
فيشوس: تعزيز إدارة السحابة
FishOS من Sardina Systems هي منصة متقدمة لإدارة السحابة تعتمد على OpenStack.
صُممت منصة FishOS لتعزيز كفاءة مراكز البيانات الحديثة وقابليتها للتوسع، وهي مصممة لتعزيز كفاءة مراكز البيانات الحديثة وقابليتها للتوسع، وتستفيد من الأتمتة والإدارة الذكية للموارد لتبسيط العمليات وخفض التكاليف وتحسين الأداء العام.
وحدات معالجة البيانات Nvidia Bluefield DPUs: إحداث ثورة في معالجة البيانات
وحدات معالجة البيانات من Nvidia Bluefield DPUs هي معالجات متخصصة تعمل على إلغاء تحميل وتسريع مهام الشبكات والتخزين والأمان، مما يؤدي إلى تحرير وحدات المعالجة المركزية الرئيسية.
تعمل هذه الوحدات على تحسين أداء مركز البيانات وكفاءته من خلال التعامل مع أعباء العمل كثيفة البيانات، مما يوفر إمكانية البرمجة والأداء العالي لتلبية متطلبات الحوسبة الحديثة.
البنى التقليدية مقابل البنى الحديثة لمراكز البيانات
تعتمد مراكز البيانات التقليدية بشكل كبير على وحدات المعالجة المركزية ذات الأغراض العامة لجميع المهام، مما يؤدي إلى اختناقات في الأداء وعدم كفاءة الموارد وارتفاع التكاليف التشغيلية.
وقد أدى ظهور الحوسبة السحابية والمحاكاة الافتراضية إلى تغيير مراكز البيانات بشكل كبير.
توفر الحوسبة السحابية تخصيصًا مرنًا للموارد، وقابلية للتوسع عند الطلب، وفعالية من حيث التكلفة، بينما تعمل المحاكاة الافتراضية على تجريد الأجهزة المادية، مما يحسن الاستخدام وإدارة البنية التحتية.
يعالج دمج وحدات معالجة البيانات DPUs من Bluefield في مراكز البيانات هذه التحديات.
من خلال إلغاء تحميل المهام المكثفة من وحدة المعالجة المركزية، فإنها تعزز الأداء وتوفر ميزات أمان قائمة على الأجهزة.
الهدف:
لاختبار ما إذا كان بإمكان Bluefield-2 (BF2) التعامل بسلاسة مع إلغاء تحميل OVN/OVS داخل بيئة نظام التشغيل فيشوس OpenStack، مما يسمح للمستخدمين بتوفير الأجهزة الافتراضية.
ظروف الاختبار: تم نشر منصة اختبارية مع مزود خدمة سحابية قام بتخصيص أجهزة مزودة بوحدات معالجة البيانات BF2 DPUs.
ثم قامت شركة Sardina Systems بنشر بيئة FishOS OpenStack على هذا الإعداد.
عرض تفصيلي خطوة بخطوة
النشر: تم نشر نظام فيشوس أوبن ستاك (إصدار بوبكات) على عقد الخوادم التي تعمل بنظام ألما لينكس 9 كنظام تشغيل أساسي.
وضع وحدة المعالجة المركزية المدمجة BF2 وخيارات نظام التشغيل: كان وضع BF2 DPU المطلوب هو “وحدة المعالجة المركزية المدمجة”.
تم اختبار خيارات مختلفة لنظام التشغيل على وحدات المعالجة المدمجة BF2 DPU.
بعد دراسة الوثائق، قررنا أن حساب جميع محاذير نظام التشغيل المخصص لهذا الاختبار لم يكن ممكناً.
لذلك، تم نشر بناء رسمي من Nvidia لنظام تشغيل مستند إلى Ubuntu لـ BF2 عبر واجهة RShim باستخدام الأمر bfb-install.
ما اكتشفناه خلال مرحلة النشر:
– تم تثبيت AlmaLinux 9 بسهولة عبر PXE.
– تطلبت Debian 12 تعديلات على initramfs.
– كان تثبيت حزمة Nvidia DOCA ضرورياً لتشغيل BF2 بشكل صحيح.
– واجهة RShim مطلوبة لنشر نظام التشغيل المستند إلى Nvidia Ubuntu على BF2.
– اختبار عرض النطاق الترددي: تم اختبار عرض النطاق الترددي بين وحدتي BF2 DPU باستخدام iPerf3، محققاً 100 جيجابت/ثانية.
تم نشر مضيفات BF2 DPU في السحابة وتهيئتها لاستضافة وكلاء OpenStack Neutron OVN.
اتبعنا الوثائق الرسمية لتمكين دعم SmartNIC DPU في OpenStack: دعم OpenStack Neutron SmartNIC DPU.
شبكات الآلة الافتراضية غير المحملة:
للاستفادة من شبكات الآلة الافتراضية غير المحملة، كان لا بد من تمكين SR-IOV.
في حين أن BF2 يدعم ما يصل إلى 127 وظيفة افتراضية، فشلت منصة أجهزة العقدة المجمعة في التمهيد مع هذا التكوين، لذلك تم تعيين الحد الأقصى إلى 63 في إعدادات البرامج الثابتة لـ BF2.
أثناء إنشاء الجهاز الظاهري، وجد أن OpenStack Nova و Neutron يتطلبان تصحيحات إضافية لشبكات المستأجرين التي تم إلغاء تحميلها لتعمل بشكل صحيح.
قام حوسبة Nova بتصفية جهاز SR-IOV الذي طلبه موصل Nova.
تم تخفيف هذه المشكلة عن طريق التعليق على سطر التصفية.
رفض خادم Neutron ربط المنافذ بسبب عدم تطابق الإمكانيات، وهو على الأرجح خطأ.
تم تغيير السطر الموجود في ملف Neutron/common/ovn/ovn/utils.py من هذا:
إلى هذا:
اختبار الآلة الافتراضية:
أثناء اختبار الآلة الافتراضية، لم يتم اكتشاف أي حمل كبير على وحدة المعالجة المركزية على العقدة الرئيسية أو وحدة المعالجة الرقمية.
كما اختبرنا أيضًا بطاقات BF2 في “وضع NIC”، حيث تشبه وظائفها بطاقة ConnectX 6 NIC.
تتمثل إحدى مزايا استخدام “وضع DPU” في عدم الحاجة إلى برامج تشغيل OFED على عقد الحوسبة، على عكس “وضع NIC”.
لذلك، لتمكين إلغاء تحميل الشبكات المتراكبة، قمنا بتثبيت أحدث برامج تشغيل Mellanox OFED على العقد الرئيسية.
وقد أدى ذلك إلى عبء إداري إضافي للتحديثات المستقبلية، لا سيما ترقيات النواة (التي تتطلب إعادة بناء الوحدات النمطية) وترقيات OFED (التي لا يتم دعمها إلا من خلال إلغاء التثبيت وإعادة التثبيت الكامل).
كان اختبار الآلة الافتراضية في وضع BF2 NIC مشابهًا لاختبار وضع DPU، باستثناء استخدام النوع “المباشر” من منافذ نيوترون. أظهر اختبار iPerf3 المكون من 8 خيوط بين الأجهزة الافتراضية حوالي 70 جيجابت في الثانية.
الوجبات الجاهزة لاختبار الآلة الافتراضية:
– تم استخدام شبكة نيوترون ML2/OVN أنفاق GENEVE لشبكات المستأجرين المتراكبة.
– تم إنشاء شبكة مستأجرين منفصلة مع منفذي نيوترون من النوع المُدار عن بُعد.
– تم نشر جهازين افتراضيين يعملان بنظام ألما لينكس 9 على عقد منفصلة.
– اختبار iPerf3 أحادي الخيوط: ~25 جيجابت/ثانية.
– اختبار iPerf3 ذو 8 خيوط: ~86 جيجابت/ثانية.
– تم الكشف عن حمل غير مهم لوحدة المعالجة المركزية على العقدة الرئيسية ووحدة المعالجة المركزية.
ملخص
إن الطلب المتزايد على الاتصالات ذات النطاق الترددي العالي للتعامل مع أحجام البيانات الضخمة، بما في ذلك عمليات الذكاء الاصطناعي، يتطلب حلولاً فعالة للقضاء على الاختناقات.
يعمل نظام FishOS على حل هذا التحدي من خلال تفريغ هذه الاختناقات إلى أجهزة متخصصة مثل وحدات معالجة البيانات DPUs Bluefield.
من خلال إزالة برمجيات الشبكات الضرورية من العقدة الرئيسية والاستفادة من التقنيات المتقدمة مثل برامج تشغيل OFED، يعمل نظام FishOS على تحسين الأداء بشكل كبير، ويقلل من زمن الوصول، ويحرر موارد وحدة المعالجة المركزية لمعالجة التطبيقات الهامة.
ونتيجة لذلك، يوفر ذلك عمليات سلسة وفعالة لمركز البيانات.