RDMA verbs编程基础知识，程序执行流程，函数，名词说明

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RDMA verbs编程基础知识，程序执行流程，函数，名词说明

在正式开始第一次RDMA Verbs编程之前，我们先得有点基础知识。

除了本博客的基础知识，还建议看下以前的视频教程。

1.1 RDMA基本原理和优势，以太网socket通信为什么要用户空间拷贝到内核空间_哔哩哔哩_bilibili

1.2 RDMA基本元素和组成 通信过程元素关系解析_哔哩哔哩_bilibili

13. RDMA基本操作类型Send Recv机制和通信过程_哔哩哔哩_bilibili

1.4 RDMA基本操作类型Write,Read机制和通信过程_哔哩哔哩_bilibili

1.5 RDMA MR(Memory Region, 内存区域)基本概念和作用_哔哩哔哩_bilibili

1.6 RDMA PD(Protection Domain)保护域机制_哔哩哔哩_bilibili

了解PD、MR、CQ、QP、CQ等基本概念。

一、简介

RDMA Verbs API向用户提供了有关RDMA的相关功能，典型的包括注册MR、创建QP、Post Send、Poll CQ等。用于管理RDMA通信和数据传输。

本期视频教程在这：

2.1 RDMA verbs编程基础，API函数说明程序流程，RDMA通信_哔哩哔哩_bilibili

二、程序执行流程

添加图片注释，不超过 140 字（可选）

三、常用RDMA Verbs API

1. ibv_get_device_list()

• 功能：获取当前系统中可用的RDMA设备列表。
• 返回值：返回一个指向RDMA设备列表的指针，以及设备数量。如果返回NULL，则表示获取设备列表失败。
• 使用场景：在初始化RDMA应用程序时，首先需要获取系统中可用的RDMA设备列表，以便后续选择和使用。

2. ibv_open_device()

• 功能：打开并初始化一个RDMA设备，获取其上下文信息。
• 参数：需要打开的RDMA设备的指针。
• 返回值：成功时返回一个指向RDMA设备上下文的指针，失败时返回NULL。
• 使用场景：在获取到可用的RDMA设备列表后，应用程序需要选择一个设备并打开它，以便进行后续的RDMA操作。

3. ibv_query_device()

• 功能：查询RDMA设备的属性或能力，如支持的最大QP数量、CQ数量等。
• 参数：RDMA设备上下文指针以及一个用于存储查询结果的结构体指针。
• 返回值：返回查询结果结构体中的信息，以及可能的错误码。
• 使用场景：在打开RDMA设备后，应用程序可能需要查询设备的属性或能力，以便根据这些信息配置后续的RDMA操作。

4. ibv_alloc_pd()

• 功能：为RDMA设备分配一个保护域（PD）。
• 参数：RDMA设备上下文指针。
• 返回值：成功时返回一个指向新分配的PD的指针，失败时返回NULL。
• 使用场景：在RDMA通信中，PD用于保护内存区域，防止未经授权的访问。因此，在创建QP之前，应用程序需要为RDMA设备分配一个PD。

5. ibv_create_cq()

• 功能：创建一个完成队列（CQ），用于存储已完成的工作请求。
• 参数：RDMA设备上下文指针、CQ的最小深度、CQ上下文指针等。
• 返回值：成功时返回一个指向新创建的CQ的指针，失败时返回NULL。
• 使用场景：在RDMA通信中，CQ用于存储已完成的工作请求，以便应用程序可以轮询并处理这些请求。因此，在创建QP之前，应用程序需要创建一个CQ。

6. ibv_create_qp()

• 功能：创建一个Queue Pair（QP），用于RDMA通信的数据传输。
• 参数：PD指针、QP初始化属性结构体指针等。
• 返回值：成功时返回一个指向新创建的QP的指针，失败时返回NULL。
• 使用场景：QP是RDMA通信的核心对象，用于数据的发送和接收。因此，在RDMA通信之前，应用程序需要创建一个QP。

7. ibv_reg_mr()

功能：ibv_reg_mr函数用于注册一个内存区域（Memory Region，MR），使其可用于RDMA通信。注册后的内存区域会获得一个本地键（lkey）和一个远程键（rkey），这些键在RDMA操作中用于标识和访问内存区域。

参数：

• pd：指向保护域（Protection Domain，PD）的指针，该保护域用于保护注册的内存区域。
• addr：要注册的内存区域的起始地址。
• length：要注册的内存区域的长度。
• access_flags：指定对内存区域的访问权限，如读、写、远程访问等。

返回值： 成功时，返回一个指向已注册内存区域的句柄（包含lkey和rkey）；失败时，返回NULL。

8.1. ibv_modify_qp(INIT)

功能： ibv_modify_qp函数用于修改Queue Pair（QP）的状态。当使用INIT作为参数时，该函数将QP从初始状态（通常是在创建后）修改为初始化（INIT）状态。在INIT状态下，QP可以进行进一步的配置，但还不能进行数据传输。

参数：

• qp：指向要修改的QP的指针。
• attr：指向一个结构体，该结构体包含要修改的QP属性，如QP类型、发送和接收队列的大小等。对于INIT状态，主要关注的是QP类型的设置。
• attr_mask：一个位掩码，用于指定attr结构体中哪些字段是有效的。

返回值： 成功时返回0；失败时返回错误码。

8.2. ibv_modify_qp(RTR)

功能： 当使用RTR（Ready To Receive）作为参数时，ibv_modify_qp函数将QP从INIT状态修改为RTR状态。在RTR状态下，QP已经准备好接收数据，但还不能发送数据。这通常是在QP的双方都已经完成初始化并建立了连接之后进行的。

参数： 与ibv_modify_qp(INIT)相同，但attr结构体中的字段会根据RTR状态的要求进行设置，如远程QP的地址和QP号等。

返回值： 成功时返回0；失败时返回错误码。

8.3. ibv_modify_qp(RTS)

功能： 当使用RTS（Ready To Send and Receive）作为参数时，ibv_modify_qp函数将QP从RTR状态（或其他适当的状态）修改为RTS状态。在RTS状态下，QP已经准备好进行数据的发送和接收。

参数： 与ibv_modify_qp(INIT)和ibv_modify_qp(RTR)相同，但attr结构体中的字段会根据RTS状态的要求进行设置。对于RTS状态，通常不需要额外的配置，因为QP已经通过前面的步骤进行了初始化和连接。

返回值： 成功时返回0；失败时返回错误码。

9. ibv_post_send() / ibv_post_recv()

• 功能：分别用于发布发送和接收工作请求到QP的发送和接收队列中。
• 参数：QP指针、工作请求结构体指针等。
• 返回值：成功时返回0，失败时返回错误码。
• 使用场景：在RDMA通信中，应用程序通过发布发送和接收工作请求来启动数据传输。这些工作请求会被RDMA硬件处理，并在完成后将相应的事件放入CQ中。

10. ibv_poll_cq()

• 功能：轮询CQ以检查是否有已完成的工作请求。
• 参数：CQ指针、要检查的完成事件数量、存储完成事件的结构体指针等。
• 返回值：返回已完成的工作请求数量，以及可能的错误码。
• 使用场景：在RDMA通信中，应用程序需要不断地轮询CQ以获取已完成的工作请求，并据此进行后续处理。

11. ibv_destroy_qp() / ibv_dereg_mr() / ibv_destroy_cq() / ibv_close_device()

• 功能：分别用于销毁QP、注销MR、销毁CQ和关闭RDMA设备。
• 参数：要销毁或关闭的对象指针。
• 返回值：成功时返回0，失败时返回错误码。
• 使用场景：在RDMA通信结束后，应用程序需要销毁不再使用的QP、注销不再需要的MR、销毁CQ并关闭RDMA设备，以释放相关资源。

12.ibv_free_device_list

用于释放之前通过 ibv_get_device_list 函数获取的设备列表所占用的资源。

四、常见函数调用流程

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五、RDMA verbs编程相关名词解释

RC、UC、UD

• 可靠连接（RC）一个QP只和另一个QP相连，消息通过一个QP的发送队列可靠地传输到另一个QP的接收队列。数据包按序交付，RC连接很类似于TCP连接。
• 不可靠连接（UC）一个QP只和另一个QP相连，连接是不可靠的，所以数据包可能有丢失。传输层出错的消息不会进行重传，错误处理必须由高层的协议来进行。
• 不可靠数据报（UD）一个 QP 可以和其它任意的 UD QP 进行数据传输和单包数据的接收。不保证按序性和交付性。交付的数据包可能被接收端丢弃。支持多播消息（一对多），UD连接很类似于UDP连接。
• QPN（Queue Pair Number）：
• QPN指的是队列对编号，在InfiniBand网络中，每个队列对（Queue Pair，QP）都有一个唯一的编号。
• QP是InfiniBand通信的基本单位，用于在两个节点之间发送和接收消息。
• QPN在建立连接时用于标识要连接的队列对。
• PSN（Packet Sequence Number）：
• PSN指的是数据包序列号，用于确保消息的可靠传输。
• 在InfiniBand的可靠连接（RC）传输类型中，每个发送的数据包都会分配一个唯一的序列号。
• 接收端会使用这些序列号来确认消息的接收顺序，并检测任何丢失或重复的数据包。
• GID（Global Identifier）：（可理解为IP地址）
• GID指的是全局标识符，在InfiniBand和RoCE网络中，GID用于标识网络中的每个节点。
• GID通常与节点的MAC地址或IP地址相关联，并用于在以太网中进行通信。
• 在RoCE网络中，GID表存储了网卡的GID信息，应用程序可以根据GID获取MAC地址和IP地址。
• LID（Local Identifier）：（可理解为MAC地址）
• LID指的是本地标识符，在InfiniBand网络中，LID用于标识网络中的每个本地节点或交换机端口。
• 然而，在RoCE网络中，LID并不使用，因为RoCE是基于以太网的，它使用GID和标准的以太网地址来进行通信。
• 在InfiniBand网络中，LID是由子网管理器（Subnet Manager）分配的，并用于在子网内部进行路由。

参考资料：

Linux高性能网络详解，从DPDP、RDMA到XDP

GitHub - linux-rdma/rdma-core：RDMA 核心用户空间库和守护程序

RDMA 架构与实践 | Houmin

12. RDMA之Verbs - 知乎 (zhihu)

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