本文在绿泡泡"狗哥琐话"首发于2025.2.17 <-关注不走丢。
最近看到一篇不错的文章，叫做"Modern Hardware for Future Databases"，里面从几个方向讲了下现在数据库的硬件发展趋势，今天先来说说网络篇。
内容中，一位大佬对（获过图灵奖的大佬）OLTP系统进行了一些基准测试，发现TCP-IP协议栈对于总体CPU使用率是占在47～68%。如果使用的网络带宽增加，这个开销还会提升。这种东西在业内也叫做datacenter tax，数据中心税。
大佬信息⬇️
那如何降低datacenter tax呢？
一种方案是将TCP换成在UDP上运行的协议，比如QUIC。然而并没有软用，因为QUIC就是将TCP封装并加密在UDP中，所以带来的开销是一样的。
还有一种做法就是把计算密集型，但是简单的部分交给硬件。比如payload的分段和校验，KTLS还允许把加密解密也放到网卡上。这些都是切实可行的的方案，但是比较依赖于社区的推进。比如更激进的TOE（TCP offload engine------卸载整个TCP协议到网卡里）就被内核开发者基于维护成本的原因否定了。
既然内核为TCP IP花了这么多计算资源，能不能绕开内核呢？有的，这就是Intel于2010年领导发起的 DPDK（Data Plane Development Kit）。
发起它主要是intel为了卖自家硬件，针对intel处理器和网卡开发的高性能网络驱动组件，后来DPDK开源以后，越来越多厂商加入进来，所以也算是变成了业界的事实标准了。
左边是传统的内核网络，而右边是DPDK。可以看到右边是直接绕开DPDK基础库的，在用户空间直接对数据包做收发、处理。
根据网上的实践反馈呢，用下来至少可以提供50%+的网络吞吐，缺点就是它需要独占一张网卡，并且它的开发并不简单，需要有经验的开发人员进行开发维护，这就是高性能的代价。
另一种思路则是基于DMA（Direct Memory Access，直接内存访问）的RDMA（Remote Direct Memory Access，远程直接内存访问）是一种允许主机之间直接访问彼此内存的技术。DMA 技术中，无需 CPU 参与，主机内部的设备（如硬盘或网卡）能够直接与内存交换数据，所以RDMA也不需要CPU参与的，就直接走网卡。
目前比较常见的实现方案是RoCE（RDMA over Converged Ethernet，融合以太网的远程直接内存访问）和Infiniband。
- Infiniband，是一种专门为 RDMA 而生的技术，由 IBTA（InfiniBand Trade Association， InfiniBand 贸易协会）在 2000 年提出，因不错的性能在高性能计算领域中很受欢迎。 但构建 Infiniband 网络需要配置全套专用设备，如专用网卡、专用交换机和专用网线，限制了其普及性。其次，它的技术架构封闭，不兼容现有的以太网标准。所以通用数据中心很难搞这套。
- 为了降低 RDMA 技术的使用成本，并使其应用于通用数据中心领域，2010 年，IBTA 发布了 RoCE（RDMA over Converged Ethernet，融合以太网的远程直接内存访问）技术，只需配备支持 RoCE 的专用网卡和标准以太网交换机，就可以赶上Infiniband速度了，相当于Wrapper了一层。
最后要注意的是：RDMA 网络对丢包极为敏感，任何数据包的丢失都可能导致大量重传，降低传输性能。所以对于整体的基础设施要求是比较高的，都会涉及到一些专用硬件。
最后一种解决方案，是个比较新的玩意儿。叫DPU（Data Processing Unit），或者叫做SmartNIC，它会将更多的CPU要做的事放到这里，聪明的你肯定想到了前面TOE（TCP offload engine------卸载整个TCP协议到网卡里）的方案。的确有点像，但是它还能涉及到一些存储、安全、虚拟化的能力，而且这玩意儿会是一个标准的硬件，很多硬件大厂都在推进这个事儿，未来成为数据中心事实标准也就是花时间的事儿。