[RDMA] 高性能异步的消息传递和RPC :Accelio

1. Introduce

Accelio是一个高性能异步的可靠消息传递和RPC库，能优化硬件加速。 RDMA和TCP / IP传输被实现，并且其他的传输也能被实现，如共享存储器可以利用这个高效和方便的API的优点。Accelio 是 Mellanox 公司的RDMA中间件，用于高性能异步的可靠消息传递和RPC库。

2. Accelio 设计目标

Accelio提供了一个易于使用的，可靠的，可扩展和高性能的数据/消息传递中间件，最大限度地提高现代CPU和网卡硬件的效率，减少将新的扩展应用程序产品推向市场的的时间。

3. Accelio Key Features

1. 专注于高性能异步的API
2. 可靠的消息传递（端对端）
3. 请求/响应（交易）或发送/接收模式
4. 提供连接和资源抽象到最大的可扩展性和可用性
5. 最大限度地发挥每个线程专用的硬件资源，多线程应用程序的性能
6. 旨在最大限度地利用RDMA,硬件卸载和多核CPU的优势
7. 支持多种传输选项（RDMA，TCP，..）
8. 服务和存储集群/向外扩展的原生支持
9. 小消息合并
10. 简单和抽象的API

4. Who can take advantage of it?

对那些高效的，高性能的，可靠消息传递实现的应用，如集群，横向扩展块/文件/对象存储，BigData和NoSQL应用程序，快速消息总线等，感兴趣的开发商可以使用。

5. Accelio 的结构示意图

​

Accelio的主层分别是：
•应用程序接口 - 提供易于使用的原语进行快速，可靠的异步消息队列或RPC
•连接和会话管理 - 提供可靠的终端到终端的连接等端点，动态连接建立，池，故障恢复和迁移/重定向
•可插拔传输层 - 使映射到不同的硬件或软件传输实现

6. Accelio Integration With Other Applications/Projects

Accelio被用作高性能，低延迟，可靠消息/ RPC库的各种开源和商业产品，客户项目
支持多种绑定（Kernel C, User Space C/C++, Java, Python (future)）。

7. 一个会话/连接建立流程

在建立连接到远程端点，客户指定远程统一资源标识符（URI）。URI包含首选传输方式，强制领先的IP地址和可选端口数目，以及可选的资源ID或名称。

/服务器端响应会话请求，下列选项之一：
•接受可选属性的连接
•拒绝连接
•无缝地将连接重定向到一个不同的进程或实体
/成功或重定向响应，客户端建立一个或多个并联连接到对端，将试图重用现有的连接，以减少开销。
/*会话和连接初始化流程
(1)打开一个会话到远程资源
--例如“remote-ip:port/resource-name”
(2)服务器端回应，接受，拒绝或重定向
--用“重定向”负载平衡或迁移资源穿过整个集群（多个节点或进程）
--服务器提供一个portals列表（IPs+Ports）
--每个portal识别port（IP）,然后CPU/Thread去访问
--服务器基于round/robin，Hash或者custom logic，可以加载平衡通信通过多个ports/cores
--建立连接（S）和发送/接收邮消息
--可以有多个连接（例如每个客户端线程1个）
--如果连接已经提供给远程进程，可重用
--故障/变化上的重建或迁移连接

8. 高级别传输流程 - 异步请求/响应模型（Transaction Delivery API Model）

Accelio提供一个RPC-like的请求/回应事务模式,或可靠消息发送/接收模式。

在事务模式中，发起方发送一个请求，它包含专用应用程序的头和指向输入与输出数据缓冲区的指针，允许零拷贝操作和RDMA。

当请求到达接收端时，它触发一个回调通知，基于该接收的应用程序处理该事务。当在接收端完成该处理时，它以返回的状态和数据来发送响应。服务器端可以异步操作，并发出响应在其方便的时候，也就是，当所返回的数据是可用的。
发起方可以请求消息到达确认。在这样的情况下，接收方接受该消息之后，一个确认消息返回到发起方。该确认消息可用于阻挡/同步操作和消息跟踪。

响应到达时，发起方被通知。在这个时候，发起方的数据缓冲区包含返回的数据，并且回叫应答指向原始请求。
如果传输失败，同样的传输被重新传输到已恢复或备用的连接上。

发起方可以要求中止/取消某范围内的消息（例如，请求超时）。接收方试图中止操作（如果不执行他们），并以成功或失败来反应。无论哪种方式，相关的响应不返回到发起方。注意，请求可以通过客户端（无源）或服务器（有源）端发出。

发送/接收操作遵循相似的流程去请求/响应，唯独没有响应消息。消息从发起方发送，引发回调到接收端，使用可选的确认通知。

9. 本地多线程（多进程）支持

对于客户端和服务器端，Accelio支持全并行和多线程操作
--应用程序使用单个CPU核心/线程的时候的性能可以被限制
--当多个线程在使用同一个网络资源，需要复杂的状态管理和锁定，这样会增加应用程序的开销，并限制其性能和可伸缩性
--Accelio支持全并行为客户端和服务器
**每个线程可以被相关联有独立的硬件资源（QP的＆个CQ）和事件循环，从而无需锁定，并允许最大的并行
**每个会话可以由多个并联连接（每个关联使用不同的CPU线程）组成
**服务器端可以公开多个portal（IP：port）为相同的资源/服务，每个port可以由不同的CPU线程和事件循环提供服务。

如下图所示可以直观Accelio的多线程支持

10. 内存管理

--Accelio管理2种类型缓冲区
**发送/接收缓冲环的头和小数据（通常4-8KB每个）
**大的缓冲区为大型的IOs和RDMA

--大缓冲区被应用程序的库来分配和控制
--应用控制缓冲区：
**需要预注册内存缓冲区（使用reg_mr），并保证零拷贝
--库控制缓冲区
**可能会在客户端上有一个copy
**接收端零拷贝（应用程序将得到一个指向接收缓冲区）
**当做完时，请求应用程序来释放缓冲区（用release_msg）

11. Accelio中的一些主要函数调用

Functionn Description
ctx_create/destroy Open thread context helping accelio to partition data without locks

ctx_run/stop Run the event loop in the context
ctx_get_poll_params Return Accelio’s single file descriptor to add to external loop
session_create/destroy Create/destroy a session to a remote peer
connect/disconnect Open/Close a connection with a remote server/portal
bind/unbind Bind/unbind a server portal with a URL (protocol:ip:port)
accept Accept incoming connection (server side)
reject Reject incoming connection (server side)
redirect Redirect a connection to a different node or portals or process
send_request/response Send a request/response message
send/recv_msg Send/receive memory buffer (like sockets send/recv)
release_msg Release message buffers
reg_mr/dereg_mr Register/deregister application buffers for app controlled RDMA

12. 异步事件处理

高性能的应用程序使用异步API来进行多个操作，并利用多种资源并行。
•Accelio以下面的方式处理异步事件：
1，放置一个回调在事件循环，该事件循环结合来自多个资源的事件。
2，当一个事件，发出的一组操作，诸如从网络接收的消息和写入到磁盘。
•Accelio内置了epoll的支持。应用程序提供的事件循环是可用的。
•对于最低的消息延迟，Accelio提供了优化事件处理，当一个事件循环处于空闲状态（一个预定义的时间）时，其会结合忙等待池。

13. Accelio概述与总结

Accelio是一个开源的高性能，异步，可靠消息传递和远程过程调用（RPC）的库。对于远程直接内存访问（RDMA），TCP / IP和共享内存， Accelio优化硬件加速。 Accelio最大化消息和CPU并行性，同时最大限度地降低CPU的争用和锁定。并行和异步体系结构，无锁定设计和零数据复制机制，提供每秒无与伦比的传输和带宽性能，以及更低的延迟和CPU开销。 Accelio保证终端到终端的事务传递和执行力，它支持事务请求 - 应答的通信模型。

Accelio通过提供内置的多路径，实时会话重定向/迁移和集群服务或存储，解决了扩展性和虚拟化环境的挑战。管理作为一种模块化的开源项目，Accelio无缝地延伸到新的功能，实现传输和服务。
libxio（又名库accelio）是一个位于RDMA之上的轻量级消息传递库。该库为零拷贝消息传递和无锁定可扩展性，提供了异步消息传递设计。

Accelio是一种创新的API，它解决了一些现代计算机，网络和存储系统主要挑战，如：
•有效地利用多内核
•强大的横向扩展
•降低硬件和软件堆栈开销
•减少通信开销和延迟

Accelio提供了一个强大的，灵活的通信和消息传递层，从而使得应用程序扩展和中间件快速发展。它能够整合性能，可用性，管理和安全功能于一体的实现，可用于多种应用。工作促进了Accelio开源社区，供应商可以专注于自己的应用程序的核心附加价值，与开发者在一个更大的社区分享他们的实现和体验。

这个库已经停止开发了，在github主页的issue 部分开发者说由于公司中心转移，这个库不开发了，建议用别的库。