RDMA learning

Ethereal Lv5
  2025-08-06 13:06:09 2025-08-06 13:06 Created   2026-05-12 21:44:49 2026-05-12 21:44 Updated  

1. 安装环境

  1. 安装扩展内核模块
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sudo apt install linux-modules-extra-$(uname -r)
  1. 安装rdma

RDMA：Soft-RoCE 环境搭建实验

  1. 运行程序

async-ucx/.github/workflows/main.yml at main · madsys-dev/async-ucx 

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curl --proto '=https' --tlsv1.2 -sSf https://sh.rustup.rs | sh
. "$HOME/.cargo/env"
sudo apt-get -y install pkg-config gcc g++ autoconf
sudo apt-get -y install clang
sudo apt-get -y install ucx-utils libucx-dev
cargo build  --all-features --all-targets
cargo test  --all-features

01/service.c · wq/RDMA-EXAMPLE - 码云 - 开源中国 

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./async-ucx/target/debug/examples/rma
./async-ucx/target/debug/examples/rma

2. 单边与双边

RDMA单边和双边操作在代码编写上有显著差异，主要体现在操作方式、内存管理和通信模式等方面。

📊 核心差异对比

特性 单边操作(One-Sided) 双边操作(Two-Sided)
远程CPU参与 不需要 必需
操作类型 RDMA Write/Read/Atomic SEND/RECV
内存管理 需要交换内存元数据 不需要内存元数据交换
通信模式 单向直接内存访问 双向消息传递
性能 延迟更低 延迟较高
复杂性 设置更复杂 相对简单

🔧 代码层面的具体差异

1. 操作类型和语义差异

双边操作(Two-Sided) - SEND/RECV
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// 发送方 - 发布SEND操作
struct ibv_send_wr send_wr;
memset(&send_wr, 0, sizeof(send_wr));
send_wr.wr_id = 1;
send_wr.opcode = IBV_WR_SEND;  // 发送操作
send_wr.send_flags = IBV_SEND_SIGNALED;
// ... 设置sg_list等

// 接收方 - 必须发布RECV操作来匹配
struct ibv_recv_wr recv_wr; 
memset(&recv_wr, 0, sizeof(recv_wr));
recv_wr.wr_id = 2;
// ... 设置接收缓冲区
单边操作(One-Sided) - RDMA WRITE
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// 发起方 - RDMA WRITE操作
struct ibv_send_wr send_wr;
memset(&send_wr, 0, sizeof(send_wr));
send_wr.wr_id = 1;
send_wr.opcode = IBV_WR_RDMA_WRITE;  // 单边写入操作
send_wr.send_flags = IBV_SEND_SIGNALED;
send_wr.wr.rdma.remote_addr = remote_addr;  // 远程内存地址
send_wr.wr.rdma.rkey = remote_rkey;         // 远程内存密钥
// ... 不需要远程端发布任何操作

2. 内存管理差异

双边操作 - 简单的缓冲区注册
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// 双边操作只需要注册本地使用的内存
char* send_buffer = new char[BUFFER_SIZE];
char* recv_buffer = new char[BUFFER_SIZE];

struct ibv_mr* send_mr = ibv_reg_mr(pd, send_buffer, BUFFER_SIZE,
                                   IBV_ACCESS_LOCAL_WRITE);
struct ibv_mr* recv_mr = ibv_reg_mr(pd, recv_buffer, BUFFER_SIZE,
                                   IBV_ACCESS_LOCAL_WRITE);
单边操作 - 需要内存元数据交换
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// 单边操作需要交换内存元数据
struct MemoryMetadata {
    uint64_t address;  // 内存地址
    uint32_t rkey;     // 远程密钥
    uint32_t length;   // 内存长度
};

// 服务器注册并发布内存供客户端写入
char* server_buffer = new char[BUFFER_SIZE];
struct ibv_mr* server_mr = ibv_reg_mr(pd, server_buffer, BUFFER_SIZE,
                                     IBV_ACCESS_LOCAL_WRITE | 
                                     IBV_ACCESS_REMOTE_WRITE);  // 允许远程写入

// 通过双边操作交换内存元数据
MemoryMetadata server_metadata;
server_metadata.address = (uint64_t)server_buffer;
server_metadata.rkey = server_mr->rkey;
server_metadata.length = BUFFER_SIZE;

// 发送内存元数据给对端
send_metadata_to_peer(server_metadata);

3. 完整的代码示例对比

双边操作完整示例
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// 双边操作 - 完整的SEND/RECV流程
class TwoSidedRDMA {
private:
    struct ibv_qp* qp;
    struct ibv_mr* send_mr, *recv_mr;
    char* send_buf, *recv_buf;

public:
    void setup() {
        // 注册内存 - 相对简单
        send_buf = new char[BUFFER_SIZE];
        recv_buf = new char[BUFFER_SIZE];

        send_mr = ibv_reg_mr(pd, send_buf, BUFFER_SIZE, IBV_ACCESS_LOCAL_WRITE);
        recv_mr = ibv_reg_mr(pd, recv_buf, BUFFER_SIZE, IBV_ACCESS_LOCAL_WRITE);
    }

    void post_receive() {
        // 必须预先发布接收请求
        struct ibv_recv_wr wr, *bad_wr;
        struct ibv_sge sge;

        sge.addr = (uintptr_t)recv_buf;
        sge.length = BUFFER_SIZE;
        sge.lkey = recv_mr->lkey;

        wr.wr_id = 0;
        wr.next = NULL;
        wr.sg_list = &sge;
        wr.num_sge = 1;

        ibv_post_recv(qp, &wr, &bad_wr);
    }

    void send_message(const char* message) {
        // 复制数据到发送缓冲区
        strcpy(send_buf, message);

        struct ibv_send_wr wr, *bad_wr;
        struct ibv_sge sge;

        sge.addr = (uintptr_t)send_buf;
        sge.length = strlen(message) + 1;
        sge.lkey = send_mr->lkey;

        wr.wr_id = 1;
        wr.next = NULL;
        wr.sg_list = &sge;
        wr.num_sge = 1;
        wr.opcode = IBV_WR_SEND;  // 双边发送操作
        wr.send_flags = IBV_SEND_SIGNALED;

        ibv_post_send(qp, &wr, &bad_wr);
    }
};
单边操作完整示例
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// 单边操作 - 完整的RDMA WRITE流程
class OneSidedRDMA {
private:
    struct ibv_qp* qp;
    struct ibv_mr* local_mr, *remote_mr;
    char* local_buf, *remote_buf;
    MemoryMetadata remote_metadata;  // 需要存储远程内存信息

public:
    void setup() {
        // 注册本地内存
        local_buf = new char[BUFFER_SIZE];
        local_mr = ibv_reg_mr(pd, local_buf, BUFFER_SIZE, 
                             IBV_ACCESS_LOCAL_WRITE);

        // 在实际应用中，需要通过其他方式获取远程内存信息
        exchange_memory_metadata();
    }

    void exchange_memory_metadata() {
        // 这是关键差异：需要交换内存元数据
        // 通常使用双边操作或带内数据来完成

        // 注册供远程访问的内存
        remote_buf = new char[BUFFER_SIZE];
        remote_mr = ibv_reg_mr(pd, remote_buf, BUFFER_SIZE,
                              IBV_ACCESS_LOCAL_WRITE | IBV_ACCESS_REMOTE_WRITE);

        // 创建并发送内存元数据
        MemoryMetadata my_metadata;
        my_metadata.address = (uint64_t)remote_buf;
        my_metadata.rkey = remote_mr->rkey;
        my_metadata.length = BUFFER_SIZE;

        // 使用双边操作发送元数据
        send_metadata_via_two_sided(my_metadata);

        // 接收远程内存元数据
        remote_metadata = receive_metadata_via_two_sided();
    }

    void rdma_write(const char* data) {
        // 复制数据到本地缓冲区
        strcpy(local_buf, data);

        struct ibv_send_wr wr, *bad_wr;
        struct ibv_sge sge;

        sge.addr = (uintptr_t)local_buf;
        sge.length = strlen(data) + 1;
        sge.lkey = local_mr->lkey;

        wr.wr_id = 1;
        wr.next = NULL;
        wr.sg_list = &sge;
        wr.num_sge = 1;
        wr.opcode = IBV_WR_RDMA_WRITE;  // 单边写入操作
        wr.send_flags = IBV_SEND_SIGNALED;

        // 关键：设置远程内存信息
        wr.wr.rdma.remote_addr = remote_metadata.address;
        wr.wr.rdma.rkey = remote_metadata.rkey;

        ibv_post_send(qp, &wr, &bad_wr);
    }

    // 检查远程端写入的数据
    const char* get_remote_data() {
        return remote_buf;  // 直接访问本地映射的缓冲区
    }
};

4. 连接建立和QP设置的差异

双边操作的QP访问标志
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// 双边操作 - 相对简单的访问权限
qp_attr.qp_access_flags = IBV_ACCESS_LOCAL_WRITE;
单边操作的QP访问标志
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// 单边操作 - 需要更广泛的访问权限
qp_attr.qp_access_flags = IBV_ACCESS_LOCAL_WRITE | 
                         IBV_ACCESS_REMOTE_READ | 
                         IBV_ACCESS_REMOTE_WRITE;

5. 完成事件处理的差异

双边操作完成处理
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void handle_two_sided_completion(struct ibv_wc* wc) {
    if (wc->opcode == IBV_WC_RECV) {
        // 接收到消息
        std::cout << "接收到消息，长度: " << wc->byte_len << std::endl;
        // 需要重新发布RECV请求
        post_receive();
    } else if (wc->opcode == IBV_WC_SEND) {
        // 发送完成
        std::cout << "发送操作完成" << std::endl;
    }
}
单边操作完成处理
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void handle_one_sided_completion(struct ibv_wc* wc) {
    if (wc->opcode == IBV_WC_RDMA_WRITE) {
        // RDMA写入完成
        std::cout << "RDMA写入操作完成" << std::endl;
    } else if (wc->opcode == IBV_WC_RDMA_READ) {
        // RDMA读取完成，数据现在在本地缓冲区
        std::cout << "RDMA读取操作完成，数据已就绪" << std::endl;
    }
    // 注意：远程端不会有完成事件，因为其CPU未参与
}

🎯 选择指南

使用双边操作的场景：

  • 需要明确的消息确认
  • 通信模式类似于传统网络编程
  • 远程端需要知道每次通信的发生
  • 开发复杂度要求较低

使用单边操作的场景：

  • 对延迟和CPU开销极其敏感
  • 需要频繁的大数据量传输
  • 远程端不需要知道每次内存访问
  • 可以实现更复杂的通信模式（如分布式共享内存）

💡 实际建议

  1. 从双边操作开始：如果你刚开始学习RDMA，建议先掌握双边操作
  2. 渐进式迁移：在理解双边操作的基础上，逐步过渡到单边操作
  3. 混合使用：在实际应用中，经常混合使用两种模式：
    • 使用双边操作交换控制信息和内存元数据
    • 使用单边操作进行高效的数据传输

理解这些差异有助于你根据具体应用需求选择合适的RDMA操作模式。

3. 双边

RDMA（远程直接内存访问）技术允许计算机直接访问另一台计算机的内存，而无需对方处理器的参与，从而显著降低通信延迟并提高吞吐量。下面是一个基于RDMA的SEND/RECV操作模式的简单示例，它演示了如何建立连接并进行基本的数据传输。

🔧 RDMA通信基础示例

以下C++代码示例展示了使用RDMA进行数据传输的基本框架。请注意，这只是一个简化示例，实际应用中需要更完善的错误处理和资源管理。

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#include <iostream>
#include <cstring>
#include <unistd.h>
#include <rdma/rdma_cma.h>

#define MAX_MSG_SIZE 1024

// RDMA连接上下文
struct RDMAConnectionContext {
    struct ibv_context* context;
    struct ibv_pd* protection_domain;
    struct ibv_cq* completion_queue;
    struct ibv_comp_channel* comp_channel;
    struct ibv_qp* queue_pair;

    // 内存区域
    struct ibv_mr* send_mr;
    struct ibv_mr* recv_mr;

    // 缓冲区
    char* send_region;
    char* recv_region;

    // 完成事件处理线程
    pthread_t comp_thread;
};

// 完成事件处理线程
void* completion_thread(void* arg) {
    RDMAConnectionContext* ctx = (RDMAConnectionContext*)arg;

    while (true) {
        struct ibv_cq* cq;
        void* cq_context;

        // 等待完成事件
        if (ibv_get_cq_event(ctx->comp_channel, &cq, &cq_context) == 0) {
            ibv_ack_cq_events(cq, 1);
            ibv_req_notify_cq(cq, 0);

            // 处理工作完成
            struct ibv_wc wc;
            int comp_count = ibv_poll_cq(cq, 1, &wc);

            if (comp_count > 0) {
                if (wc.status == IBV_WC_SUCCESS) {
                    if (wc.opcode & IBV_WC_RECV) {
                        std::cout << "接收到消息: " << ctx->recv_region << std::endl;

                        // 重新投递接收请求
                        struct ibv_recv_wr wr, *bad_wr;
                        struct ibv_sge sge;

                        memset(&wr, 0, sizeof(wr));
                        wr.wr_id = (uintptr_t)ctx->recv_region;
                        wr.next = NULL;
                        wr.sg_list = &sge;
                        wr.num_sge = 1;

                        sge.addr = (uintptr_t)ctx->recv_region;
                        sge.length = MAX_MSG_SIZE;
                        sge.lkey = ctx->recv_mr->lkey;

                        ibv_post_recv(ctx->queue_pair, &wr, &bad_wr);
                    } else if (wc.opcode == IBV_WC_SEND) {
                        std::cout << "发送操作完成" << std::endl;
                    }
                }
            }
        }
    }
    return NULL;
}

// 初始化RDMA连接上下文
RDMAConnectionContext* init_rdma_connection() {
    RDMAConnectionContext* ctx = new RDMAConnectionContext();

    // 获取RDMA设备列表
    struct ibv_device** device_list = ibv_get_device_list(NULL);
    if (!device_list) {
        std::cerr << "未找到RDMA设备" << std::endl;
        delete ctx;
        return nullptr;
    }

    // 打开第一个设备
    ctx->context = ibv_open_device(device_list[0]);
    if (!ctx->context) {
        std::cerr << "无法打开RDMA设备" << std::endl;
        ibv_free_device_list(device_list);
        delete ctx;
        return nullptr;
    }

    // 分配保护域
    ctx->protection_domain = ibv_alloc_pd(ctx->context);
    if (!ctx->protection_domain) {
        std::cerr << "无法分配保护域" << std::endl;
        ibv_close_device(ctx->context);
        ibv_free_device_list(device_list);
        delete ctx;
        return nullptr;
    }

    // 创建完成队列
    ctx->comp_channel = ibv_create_comp_channel(ctx->context);
    ctx->completion_queue = ibv_create_cq(ctx->context, 10, NULL, ctx->comp_channel, 0);

    // 注册内存区域
    ctx->send_region = new char[MAX_MSG_SIZE];
    ctx->recv_region = new char[MAX_MSG_SIZE];

    ctx->send_mr = ibv_reg_mr(ctx->protection_domain, ctx->send_region, MAX_MSG_SIZE,
                             IBV_ACCESS_LOCAL_WRITE | IBV_ACCESS_REMOTE_READ);
    ctx->recv_mr = ibv_reg_mr(ctx->protection_domain, ctx->recv_region, MAX_MSG_SIZE,
                             IBV_ACCESS_LOCAL_WRITE | IBV_ACCESS_REMOTE_READ);

    // 创建队列对
    struct ibv_qp_init_attr qp_init_attr;
    memset(&qp_init_attr, 0, sizeof(qp_init_attr));
    qp_init_attr.send_cq = ctx->completion_queue;
    qp_init_attr.recv_cq = ctx->completion_queue;
    qp_init_attr.qp_type = IBV_QPT_RC;

    qp_init_attr.cap.max_send_wr = 10;
    qp_init_attr.cap.max_recv_wr = 10;
    qp_init_attr.cap.max_send_sge = 1;
    qp_init_attr.cap.max_recv_sge = 1;

    ctx->queue_pair = ibv_create_qp(ctx->protection_domain, &qp_init_attr);

    // 启动完成事件处理线程
    pthread_create(&ctx->comp_thread, NULL, completion_thread, ctx);
    ibv_req_notify_cq(ctx->completion_queue, 0);

    ibv_free_device_list(device_list);
    return ctx;
}

// 发送消息
int rdma_send_message(RDMAConnectionContext* ctx, const char* message) {
    if (strlen(message) >= MAX_MSG_SIZE) {
        std::cerr << "消息过长" << std::endl;
        return -1;
    }

    // 复制消息到发送区域
    strcpy(ctx->send_region, message);

    // 准备发送工作请求
    struct ibv_send_wr wr, *bad_wr;
    struct ibv_sge sge;

    memset(&wr, 0, sizeof(wr));
    wr.wr_id = (uintptr_t)ctx->send_region;
    wr.next = NULL;
    wr.sg_list = &sge;
    wr.num_sge = 1;
    wr.opcode = IBV_WR_SEND;
    wr.send_flags = IBV_SEND_SIGNALED;

    sge.addr = (uintptr_t)ctx->send_region;
    sge.length = strlen(message) + 1;
    sge.lkey = ctx->send_mr->lkey;

    return ibv_post_send(ctx->queue_pair, &wr, &bad_wr);
}

// 投递接收请求
int post_receive_request(RDMAConnectionContext* ctx) {
    struct ibv_recv_wr wr, *bad_wr;
    struct ibv_sge sge;

    memset(&wr, 0, sizeof(wr));
    wr.wr_id = (uintptr_t)ctx->recv_region;
    wr.next = NULL;
    wr.sg_list = &sge;
    wr.num_sge = 1;

    sge.addr = (uintptr_t)ctx->recv_region;
    sge.length = MAX_MSG_SIZE;
    sge.lkey = ctx->recv_mr->lkey;

    return ibv_post_recv(ctx->queue_pair, &wr, &bad_wr);
}

// 清理资源
void cleanup_rdma_connection(RDMAConnectionContext* ctx) {
    if (!ctx) return;

    pthread_cancel(ctx->comp_thread);
    pthread_join(ctx->comp_thread, NULL);

    if (ctx->queue_pair) ibv_destroy_qp(ctx->queue_pair);
    if (ctx->send_mr) ibv_dereg_mr(ctx->send_mr);
    if (ctx->recv_mr) ibv_dereg_mr(ctx->recv_mr);
    if (ctx->completion_queue) ibv_destroy_cq(ctx->completion_queue);
    if (ctx->comp_channel) ibv_destroy_comp_channel(ctx->comp_channel);
    if (ctx->protection_domain) ibv_dealloc_pd(ctx->protection_domain);
    if (ctx->context) ibv_close_device(ctx->context);

    delete[] ctx->send_region;
    delete[] ctx->recv_region;

    delete ctx;
}

int main() {
    std::cout << "初始化RDMA连接..." << std::endl;

    RDMAConnectionContext* ctx = init_rdma_connection();
    if (!ctx) {
        std::cerr << "RDMA连接初始化失败" << std::endl;
        return -1;
    }

    // 投递初始接收请求
    if (post_receive_request(ctx) != 0) {
        std::cerr << "无法投递接收请求" << std::endl;
        cleanup_rdma_connection(ctx);
        return -1;
    }

    std::cout << "RDMA连接已就绪" << std::endl;

    // 演示发送消息
    const char* test_message = "Hello, RDMA!";
    if (rdma_send_message(ctx, test_message) == 0) {
        std::cout << "消息已发送: " << test_message << std::endl;
    } else {
        std::cerr << "发送消息失败" << std::endl;
    }

    // 等待一段时间以接收可能的回复
    sleep(5);

    cleanup_rdma_connection(ctx);
    std::cout << "RDMA连接已关闭" << std::endl;

    return 0;
}

💻 编译与运行

要编译此代码，你需要安装RDMA开发库（在Ubuntu上通常是librdmacm-dev和libibverbs-dev包）。然后使用以下命令编译：

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g++ -std=c++11 -o rdma_demo rdma_demo.cpp -lrdmacm -libverbs -lpthread

🔍 代码关键点说明

  1. RDMA操作模式：此代码使用了SEND/RECV操作模式，这是RDMA的一种基本通信方式，要求发送和接收端都明确参与。

  2. 核心组件：

    • 保护域（Protection Domain）：隔离RDMA资源
    • 完成队列（Completion Queue）：记录已完成的操作
    • 队列对（Queue Pair）：包含发送和接收队列
    • 内存区域（Memory Region）：注册用于RDMA操作的内存

  3. 数据传输：通过ibv_post_send和ibv_post_recv函数提交发送和接收请求，由硬件异步处理。

🛠 实际应用考虑

在实际项目中，你可能还需要：

  • 实现队列对状态机管理（从RESET到INIT、RTR、RTS状态）
  • 添加更完善的错误处理和超时机制
  • 实现连接管理（使用rdma_cma API）
  • 考虑使用RDMA READ/WRITE操作以实现单边通信
  • 实施内存固定技术以提高性能

4. 单边

RDMA单边操作（One-Sided Operations）包括RDMA Write、RDMA Read和原子操作，这些操作不需要远程端的CPU参与。下面是一个使用RDMA Write的单边通信示例：

🔧 RDMA单边写入示例

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#include <iostream>
#include <cstring>
#include <unistd.h>
#include <rdma/rdma_cma.h>
#include <rdma/rdma_verbs.h>
#include <arpa/inet.h>

#define BUFFER_SIZE 4096
#define PORT "12345"

// RDMA连接上下文
struct RDMAContext {
    struct ibv_context* ctx;
    struct ibv_pd* pd;
    struct ibv_cq* cq;
    struct ibv_qp* qp;
    struct ibv_mr* mr;

    char* buffer;
    uint32_t rkey;
    uint64_t remote_addr;
    uint32_t remote_rkey;

    struct rdma_event_channel* ec;
    struct rdma_cm_id* id;
};

// 内存区域信息交换结构
struct MemoryInfo {
    uint64_t addr;
    uint32_t rkey;
    uint32_t size;
};

// 完成事件处理
int poll_completion(RDMAContext* ctx) {
    struct ibv_wc wc;
    int ret;

    do {
        ret = ibv_poll_cq(ctx->cq, 1, &wc);
    } while (ret == 0);

    if (ret < 0) {
        std::cerr << "轮询完成队列失败" << std::endl;
        return -1;
    }

    if (wc.status != IBV_WC_SUCCESS) {
        std::cerr << "工作请求失败，状态: " << wc.status << std::endl;
        return -1;
    }

    return 0;
}

// 建立QP到RTS状态
int setup_qp(RDMAContext* ctx) {
    struct ibv_qp_attr attr;
    int flags;
    int ret;

    // 重置到INIT状态
    memset(&attr, 0, sizeof(attr));
    attr.qp_state = IBV_QPS_INIT;
    attr.port_num = 1;
    attr.pkey_index = 0;
    attr.qp_access_flags = IBV_ACCESS_LOCAL_WRITE | IBV_ACCESS_REMOTE_READ | 
                          IBV_ACCESS_REMOTE_WRITE;

    flags = IBV_QP_STATE | IBV_QP_PKEY_INDEX | IBV_QP_PORT | IBV_QP_ACCESS_FLAGS;
    ret = ibv_modify_qp(ctx->qp, &attr, flags);
    if (ret) {
        std::cerr << "修改QP到INIT状态失败" << std::endl;
        return ret;
    }

    // 转换到RTR状态
    memset(&attr, 0, sizeof(attr));
    attr.qp_state = IBV_QPS_RTR;
    attr.path_mtu = IBV_MTU_1024;
    attr.dest_qp_num = ctx->qp->qp_num;
    attr.rq_psn = 0;
    attr.max_dest_rd_atomic = 1;
    attr.min_rnr_timer = 12;

    attr.ah_attr.is_global = 0;
    attr.ah_attr.dlid = 1;  // 在实际系统中需要正确设置
    attr.ah_attr.sl = 0;
    attr.ah_attr.src_path_bits = 0;
    attr.ah_attr.port_num = 1;

    flags = IBV_QP_STATE | IBV_QP_AV | IBV_QP_PATH_MTU | IBV_QP_DEST_QPN |
            IBV_QP_RQ_PSN | IBV_QP_MAX_DEST_RD_ATOMIC | IBV_QP_MIN_RNR_TIMER;

    ret = ibv_modify_qp(ctx->qp, &attr, flags);
    if (ret) {
        std::cerr << "修改QP到RTR状态失败" << std::endl;
        return ret;
    }

    // 转换到RTS状态
    memset(&attr, 0, sizeof(attr));
    attr.qp_state = IBV_QPS_RTS;
    attr.timeout = 14;
    attr.retry_cnt = 7;
    attr.rnr_retry = 7;
    attr.sq_psn = 0;
    attr.max_rd_atomic = 1;

    flags = IBV_QP_STATE | IBV_QP_TIMEOUT | IBV_QP_RETRY_CNT |
            IBV_QP_RNR_RETRY | IBV_QP_SQ_PSN | IBV_QP_MAX_QP_RD_ATOMIC;

    ret = ibv_modify_qp(ctx->qp, &attr, flags);
    if (ret) {
        std::cerr << "修改QP到RTS状态失败" << std::endl;
        return ret;
    }

    return 0;
}

// 服务器端代码
void run_server() {
    RDMAContext ctx = {0};
    struct rdma_addrinfo* res = NULL;
    struct rdma_addrinfo hints;
    int ret;

    std::cout << "启动RDMA服务器..." << std::endl;

    // 创建事件通道
    ctx.ec = rdma_create_event_channel();
    if (!ctx.ec) {
        std::cerr << "创建事件通道失败" << std::endl;
        return;
    }

    // 创建CM ID
    ret = rdma_create_id(ctx.ec, &ctx.id, NULL, RDMA_PS_TCP);
    if (ret) {
        std::cerr << "创建CM ID失败" << std::endl;
        goto cleanup;
    }

    // 解析地址
    memset(&hints, 0, sizeof(hints));
    hints.ai_port_space = RDMA_PS_TCP;
    ret = rdma_getaddrinfo(NULL, PORT, &hints, &res);
    if (ret) {
        std::cerr << "获取地址信息失败" << std::endl;
        goto cleanup;
    }

    // 绑定地址并监听
    ret = rdma_bind_addr(ctx.id, res->ai_src_addr);
    if (ret) {
        std::cerr << "绑定地址失败" << std::endl;
        goto cleanup;
    }

    ret = rdma_listen(ctx.id, 1);
    if (ret) {
        std::cerr << "监听失败" << std::endl;
        goto cleanup;
    }

    std::cout << "服务器监听在端口 " << PORT << std::endl;

    // 等待连接
    struct rdma_cm_event* event;
    ret = rdma_get_cm_event(ctx.ec, &event);
    if (ret) {
        std::cerr << "获取CM事件失败" << std::endl;
        goto cleanup;
    }

    if (event->event != RDMA_CM_EVENT_CONNECT_REQUEST) {
        std::cerr << "意外事件: " << event->event << std::endl;
        rdma_ack_cm_event(event);
        goto cleanup;
    }

    // 接受连接请求
    ctx.id = event->id;
    rdma_ack_cm_event(event);

    // 建立QP等资源
    ctx.ctx = ctx.id->verbs;
    ctx.pd = ibv_alloc_pd(ctx.ctx);
    ctx.cq = ibv_create_cq(ctx.ctx, 10, NULL, NULL, 0);

    struct ibv_qp_init_attr qp_attr;
    memset(&qp_attr, 0, sizeof(qp_attr));
    qp_attr.cap.max_send_wr = 10;
    qp_attr.cap.max_recv_wr = 10;
    qp_attr.cap.max_send_sge = 1;
    qp_attr.cap.max_recv_sge = 1;
    qp_attr.send_cq = ctx.cq;
    qp_attr.recv_cq = ctx.cq;
    qp_attr.qp_type = IBV_QPT_RC;

    ret = rdma_create_qp(ctx.id, ctx.pd, &qp_attr);
    if (ret) {
        std::cerr << "创建QP失败" << std::endl;
        goto cleanup;
    }
    ctx.qp = ctx.id->qp;

    // 注册内存区域
    ctx.buffer = new char[BUFFER_SIZE];
    ctx.mr = ibv_reg_mr(ctx.pd, ctx.buffer, BUFFER_SIZE, 
                       IBV_ACCESS_LOCAL_WRITE | IBV_ACCESS_REMOTE_WRITE);

    // 准备连接信息
    struct rdma_conn_param cm_params;
    memset(&cm_params, 0, sizeof(cm_params));
    cm_params.responder_resources = 1;
    cm_params.initiator_depth = 1;
    cm_params.rnr_retry_count = 7;

    // 接受连接
    ret = rdma_accept(ctx.id, &cm_params);
    if (ret) {
        std::cerr << "接受连接失败" << std::endl;
        goto cleanup;
    }

    // 等待连接建立
    ret = rdma_get_cm_event(ctx.ec, &event);
    if (ret) {
        std::cerr << "获取CM事件失败" << std::endl;
        goto cleanup;
    }

    if (event->event != RDMA_CM_EVENT_ESTABLISHED) {
        std::cerr << "连接建立失败，事件: " << event->event << std::endl;
        rdma_ack_cm_event(event);
        goto cleanup;
    }
    rdma_ack_cm_event(event);

    std::cout << "RDMA连接已建立" << std::endl;

    // 等待客户端写入数据
    std::cout << "等待客户端写入数据..." << std::endl;
    sleep(5);

    std::cout << "服务器接收到的数据: " << ctx.buffer << std::endl;

cleanup:
    if (res) rdma_freeaddrinfo(res);
    if (ctx.mr) ibv_dereg_mr(ctx.mr);
    if (ctx.buffer) delete[] ctx.buffer;
    if (ctx.qp) rdma_destroy_qp(ctx.id);
    if (ctx.cq) ibv_destroy_cq(ctx.cq);
    if (ctx.pd) ibv_dealloc_pd(ctx.pd);
    if (ctx.id) rdma_destroy_id(ctx.id);
    if (ctx.ec) rdma_destroy_event_channel(ctx.ec);
}

// 客户端代码
void run_client() {
    RDMAContext ctx = {0};
    struct rdma_addrinfo* res = NULL;
    struct rdma_addrinfo hints;
    int ret;

    std::cout << "启动RDMA客户端..." << std::endl;

    // 创建事件通道
    ctx.ec = rdma_create_event_channel();
    if (!ctx.ec) {
        std::cerr << "创建事件通道失败" << std::endl;
        return;
    }

    // 创建CM ID
    ret = rdma_create_id(ctx.ec, &ctx.id, NULL, RDMA_PS_TCP);
    if (ret) {
        std::cerr << "创建CM ID失败" << std::endl;
        goto cleanup;
    }

    // 解析服务器地址
    memset(&hints, 0, sizeof(hints));
    hints.ai_port_space = RDMA_PS_TCP;
    ret = rdma_getaddrinfo("localhost", PORT, &hints, &res);
    if (ret) {
        std::cerr << "获取地址信息失败" << std::endl;
        goto cleanup;
    }

    // 建立QP等资源
    ctx.ctx = ctx.id->verbs;
    ctx.pd = ibv_alloc_pd(ctx.ctx);
    ctx.cq = ibv_create_cq(ctx.ctx, 10, NULL, NULL, 0);

    struct ibv_qp_init_attr qp_attr;
    memset(&qp_attr, 0, sizeof(qp_attr));
    qp_attr.cap.max_send_wr = 10;
    qp_attr.cap.max_recv_wr = 10;
    qp_attr.cap.max_send_sge = 1;
    qp_attr.cap.max_recv_sge = 1;
    qp_attr.send_cq = ctx.cq;
    qp_attr.recv_cq = ctx.cq;
    qp_attr.qp_type = IBV_QPT_RC;

    ret = rdma_create_qp(ctx.id, ctx.pd, &qp_attr);
    if (ret) {
        std::cerr << "创建QP失败" << std::endl;
        goto cleanup;
    }
    ctx.qp = ctx.id->qp;

    // 解析路由
    ret = rdma_resolve_addr(ctx.id, NULL, res->ai_dst_addr, 2000);
    if (ret) {
        std::cerr << "解析地址失败" << std::endl;
        goto cleanup;
    }

    // 等待地址解析完成
    struct rdma_cm_event* event;
    ret = rdma_get_cm_event(ctx.ec, &event);
    if (ret) {
        std::cerr << "获取CM事件失败" << std::endl;
        goto cleanup;
    }

    if (event->event != RDMA_CM_EVENT_ADDR_RESOLVED) {
        std::cerr << "地址解析失败，事件: " << event->event << std::endl;
        rdma_ack_cm_event(event);
        goto cleanup;
    }
    rdma_ack_cm_event(event);

    // 解析路由
    ret = rdma_resolve_route(ctx.id, 2000);
    if (ret) {
        std::cerr << "解析路由失败" << std::endl;
        goto cleanup;
    }

    ret = rdma_get_cm_event(ctx.ec, &event);
    if (ret) {
        std::cerr << "获取CM事件失败" << std::endl;
        goto cleanup;
    }

    if (event->event != RDMA_CM_EVENT_ROUTE_RESOLVED) {
        std::cerr << "路由解析失败，事件: " << event->event << std::endl;
        rdma_ack_cm_event(event);
        goto cleanup;
    }
    rdma_ack_cm_event(event);

    // 建立QP状态
    ret = setup_qp(&ctx);
    if (ret) {
        std::cerr << "设置QP失败" << std::endl;
        goto cleanup;
    }

    // 准备连接信息
    struct rdma_conn_param cm_params;
    memset(&cm_params, 0, sizeof(cm_params));
    cm_params.responder_resources = 1;
    cm_params.initiator_depth = 1;
    cm_params.rnr_retry_count = 7;

    // 连接服务器
    ret = rdma_connect(ctx.id, &cm_params);
    if (ret) {
        std::cerr << "连接服务器失败" << std::endl;
        goto cleanup;
    }

    // 等待连接建立
    ret = rdma_get_cm_event(ctx.ec, &event);
    if (ret) {
        std::cerr << "获取CM事件失败" << std::endl;
        goto cleanup;
    }

    if (event->event != RDMA_CM_EVENT_ESTABLISHED) {
        std::cerr << "连接建立失败，事件: " << event->event << std::endl;
        rdma_ack_cm_event(event);
        goto cleanup;
    }
    rdma_ack_cm_event(event);

    std::cout << "RDMA连接已建立" << std::endl;

    // 在实际系统中，这里需要通过其他方式交换内存信息
    // 为演示目的，我们假设已经知道远程内存信息
    ctx.remote_addr = 0;  // 实际应从服务器获取
    ctx.remote_rkey = 0;  // 实际应从服务器获取

    // 准备要写入的数据
    char* local_buffer = new char[BUFFER_SIZE];
    const char* message = "Hello from RDMA Write!";
    strcpy(local_buffer, message);

    // 注册本地内存（用于RDMA操作）
    struct ibv_mr* local_mr = ibv_reg_mr(ctx.pd, local_buffer, BUFFER_SIZE, 
                                        IBV_ACCESS_LOCAL_WRITE);

    std::cout << "执行RDMA Write操作..." << std::endl;

    // 执行RDMA Write操作
    struct ibv_send_wr wr, *bad_wr;
    struct ibv_sge sge;

    memset(&wr, 0, sizeof(wr));
    wr.wr_id = 1;
    wr.next = NULL;
    wr.sg_list = &sge;
    wr.num_sge = 1;
    wr.opcode = IBV_WR_RDMA_WRITE;
    wr.send_flags = IBV_SEND_SIGNALED;

    // 设置远程内存信息（在实际系统中从服务器获取）
    wr.wr.rdma.remote_addr = ctx.remote_addr;
    wr.wr.rdma.rkey = ctx.remote_rkey;

    sge.addr = (uintptr_t)local_buffer;
    sge.length = strlen(message) + 1;
    sge.lkey = local_mr->lkey;

    ret = ibv_post_send(ctx.qp, &wr, &bad_wr);
    if (ret) {
        std::cerr << "提交RDMA Write失败" << std::endl;
        goto cleanup;
    }

    // 等待操作完成
    if (poll_completion(&ctx) == 0) {
        std::cout << "RDMA Write操作完成" << std::endl;
    }

    // 清理本地内存
    if (local_mr) ibv_dereg_mr(local_mr);
    delete[] local_buffer;

cleanup:
    if (res) rdma_freeaddrinfo(res);
    if (ctx.qp) rdma_destroy_qp(ctx.id);
    if (ctx.cq) ibv_destroy_cq(ctx.cq);
    if (ctx.pd) ibv_dealloc_pd(ctx.pd);
    if (ctx.id) rdma_destroy_id(ctx.id);
    if (ctx.ec) rdma_destroy_event_channel(ctx.ec);
}

int main(int argc, char* argv[]) {
    if (argc != 2) {
        std::cout << "用法: " << argv[0] << " [server|client]" << std::endl;
        return 1;
    }

    if (strcmp(argv[1], "server") == 0) {
        run_server();
    } else if (strcmp(argv[1], "client") == 0) {
        run_client();
    } else {
        std::cout << "无效参数。用法: " << argv[0] << " [server|client]" << std::endl;
        return 1;
    }

    return 0;
}

🔍 RDMA单边操作关键特点

📋 RDMA单边操作类型

  1. RDMA Write - 将数据从本地内存写入远程内存
  2. RDMA Read - 从远程内存读取数据到本地内存
  3. 原子操作 - 在远程内存上执行原子操作（比较交换、获取添加等）

🎯 单边操作的优势

  • 零CPU参与：远程端CPU完全不需要知道或处理操作
  • 低延迟：绕过远程端操作系统内核
  • 高吞吐量：直接内存访问，无数据拷贝

🔄 内存信息交换

单边操作的关键挑战是如何安全地交换内存信息：

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// 内存信息交换结构
struct MemoryMetadata {
    uint64_t address;    // 内存虚拟地址
    uint32_t rkey;       // 远程键
    uint32_t length;     // 内存区域长度
};

// 交换方式：
// 1. 使用传统的SEND/RECV操作
// 2. 使用带内数据（inline data）
// 3. 使用外部协调机制（如共享文件、数据库等）

🛠 编译与运行

编译此代码需要RDMA开发库：

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# Ubuntu/Debian
sudo apt-get install librdmacm-dev libibverbs-dev

# CentOS/RHEL
sudo yum install rdma-core-devel

# 编译
g++ -std=c++11 -o rdma_one_sided rdma_one_sided.cpp -lrdmacm -libverbs

运行示例：

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# 终端1 - 启动服务器
./rdma_one_sided server

# 终端2 - 启动客户端
./rdma_one_sided client

💡 实际应用考虑

在实际RDMA单边通信应用中，需要注意：

  1. 内存注册：确保内存是固定的且已正确注册
  2. 内存保护：使用适当的访问权限标志
  3. 错误处理：实现完善的错误检测和恢复机制
  4. 并发控制：处理多个并发的单边操作
  5. 内存信息交换：安全地交换内存地址和rkey

5. CQ

5.1 RDMA 的核心抽象

RDMA 的设计目标是让两台机器的内存之间直接传数据，完全绕过 CPU 和操作系统。

5.1.1 QP（Queue Pair）

QP 是 RDMA 的通信端点，里面有两个队列：
┌─────────────────────────────┐
│ QP │
│ │
│ SQ（Send Queue） │ ← 你把”要做什么”写到这里
│ ┌────┬────┬────┬────┐ │
│ │WQE │WQE │WQE │ │ │
│ └────┴────┴────┴────┘ │
│ │
│ RQ（Receive Queue） │ ← 对端发过来的数据落这里
│ ┌────┬────┬────┬────┐ │
│ │RQE │RQE │ │ │ │
│ └────┴────┴────┴────┘ │
└─────────────────────────────┘

你往 SQ 里放一个 WQE（Work Queue Entry），告诉 NIC：

  • 做什么操作（WRITE / READ / SEND）
  • 本地内存地址和长度
  • 远端内存地址和 rkey

NIC 看到 doorbell 被敲响，就去 SQ 里取 WQE 执行。

5.1.2 CQ（Completion Queue）

NIC 执行完一个 WQE 之后，往 CQ 里写一个 CQE（Completion Queue Entry），告诉你这个操作完成了（成功或失败）。
┌─────────────────────────────┐
│ CQ │
│ │
│ ┌────┬────┬────┬────┐ │
│ │CQE │CQE │ │ │ │ ← NIC 写入
│ └────┴────┴────┴────┘ │
│ ↑ │
│ 你来 poll │
└─────────────────────────────┘

你（或 GPU kernel）不停地 poll CQ，看有没有新的 CQE，有了就知道操作完成了。
完整的一次 RDMA WRITE 流程

发送方                              接收方
  │                                   │
  │  1. 注册 MR（告诉 NIC 哪块内存可用）  │
  │  2. 创建 QP                        │
  │  3. 交换 QP 信息（通过带外通道）  ←→  │
  │                                   │
  │  4. 写 WQE 到 SQ：                 │
  │     opcode = RDMA_WRITE            │
  │     local_addr = 我的内存          │
  │     remote_addr = 对方内存         │
  │     rkey = 对方给的钥匙            │
  │                                   │
  │  5. 敲 doorbell                   │
  │       │                           │
  │       ↓                           │
  │     NIC 读 WQE                    │
  │     NIC DMA 读本地内存  ────────→  NIC DMA 写对方内存
  │                                   │
  │  6. NIC 写 CQE 到 CQ              │  （接收方完全不知道，CPU 不参与）
  │  7. 你 poll CQ 拿到完成通知        │

5.1.3 MR（Memory Region）是什么

NIC 不能随便访问内存，必须先注册：
struct ibv_mr *mr = ibv_reg_mr(pd, ptr, size,
IBV_ACCESS_LOCAL_WRITE |
IBV_ACCESS_REMOTE_WRITE |
IBV_ACCESS_REMOTE_READ);

注册之后 NIC 拿到：

  • lkey：本地操作用（填 WQE 的 sge.lkey）
  • rkey：给对方用（对方填 wr.wr.rdma.rkey）

rkey 相当于访问这块内存的钥匙，没有 rkey 就没有办法远程读写。
三种操作语义

RDMA WRITE：我把数据推到对方内存，对方 CPU/GPU 完全不知道
RDMA READ ：我从对方内存拉数据，对方 CPU/GPU 完全不知道
SEND/RECV ：需要对方预先 post RQE，双方配合，类似 socket

WRITE 和 READ 是真正的单边操作，CPU bypass 的核心价值就在这里。
对应到你的 GPU doorbell 场景

GPU kernel
    │
    ├─ 写 WQE 到 SQ（在某块内存里）
    ├─ 写 doorbell（PCIe write 到 NIC 的 BAR 寄存器）
    │         ↓
    │       NIC 被唤醒，去 SQ 取 WQE
    │       NIC 执行 RDMA READ（从远端拉数据到 GPU 显存）
    │       NIC 写 CQE
    │
    └─ poll CQ（GPU 不停读 CQE 所在内存）

所以 WQE 放在哪（GPU显存 or host内存），CQE 放在哪，决定了 GPU 写 WQE 和 poll CQE 的 PCIe 开销，这才是你这个设计的延迟关键路径。

参考

(22 封私信 / 80 条消息) 使用 C++ 20 协程封装 RDMA 操作 - 知乎

深入解析RDMA：从原理到C++实践_rdma c++-CSDN博客

使用Soft-RoCE实践RDMA_softroce-CSDN博客

RDMA-Programming/docs/编程流程.md at master · zzh-wisdom/RDMA-Programming

RDMA：Soft-RoCE 环境搭建实验

(22 封私信 / 80 条消息) 15. RDMA之RoCE & Soft-RoCE - 知乎

01/service.c · wq/RDMA-EXAMPLE - 码云 - 开源中国

RDMA+UCX_openucx-CSDN博客

async-ucx/.github/workflows/main.yml at main · madsys-dev/async-ucx

丐版RDMA环境搭建（SoftRoCE） | 魔趣典藏阁

No rdma_rxe · Issue #57 · SoftRoCE/rxe-dev

cargo build - Cargo 手册 中文版

openucx/ucx: Unified Communication X (mailing list - https://elist.ornl.gov/mailman/listinfo/ucx-group)

async-ucx/examples/rma.rs at main · madsys-dev/async-ucx

(25 封私信 / 80 条消息) async Rust 封装 UCX 通信库 - 知乎

简单而强大的基准测试开源工具sysbench详解 - 知乎

ib_write_bw 和 ib_read_bw 测试 RDMA 的读写处理确定带宽 - 灰信网（软件开发博客聚合）

【报错处理】ib_write_bw执行遇到ethernet_read_keys: Couldn‘t read remote address解决办法？_ethernet read keys-CSDN博客

【精讲】PCIe基础篇——Switch/Bridge/Root Complex/EndPoint-CSDN博客

Ascend C算子性能优化实用技巧01——流水优化-云社区-华为云

Nvidia MPS深入浅出 - 知乎

Linux网络编程中socket常见错误分析 - 知乎

FBGEMM_GPU — FBGEMM 1.5.0 文档 - PyTorch 文档

pytorch/FBGEMM: FB (Facebook) + GEMM (General Matrix-Matrix Multiplication) - https://code.fb.com/ml-applications/fbgemm/

  • Title: RDMA learning
  • Author: Ethereal
  • Created at: 2025-08-06 13:06:09
  • Updated at: 2026-05-12 21:44:49
  • Link: https://ethereal-o.github.io/2025/08/06/RDMA-learning/
  • License: This work is licensed under CC BY-NC-SA 4.0.
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  1. 1. 安装环境
  2. 2. 单边与双边
    1. 📊 核心差异对比
    2. 🔧 代码层面的具体差异
    3. 🎯 选择指南
    4. 💡 实际建议
  3. 3. 双边
    1. 🔧 RDMA通信基础示例
    2. 💻 编译与运行
    3. 🔍 代码关键点说明
    4. 🛠 实际应用考虑
  4. 4. 单边
    1. 🔧 RDMA单边写入示例
    2. 🔍 RDMA单边操作关键特点
    3. 🛠 编译与运行
    4. 💡 实际应用考虑
  5. 5. CQ
    1. 5.1 RDMA 的核心抽象
  6. 参考