CN113572575A - 一种自适应数据传输方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种自适应数据传输方法及系统，包括：获取当前环境下的可用网络设备信息；基于可用网络设备信息，确定最优传输方式；采用预设连接方式交换收发双方的可用传输方式，基于所述最优传输方式进行数据传输。本发明通过自适应地获取网络传输支持的数据传输方式，动态地选择最优传输方式用于数据传输，不局限于单一的传输方式，实现了网络中数据传输的高效性和灵活性。

Description

一种自适应数据传输方法及系统
技术领域
本发明涉及数据技术领域，尤其涉及一种自适应数据传输方法及系统。
背景技术
在通常的网络传输场景中，TCP(Transmission Control Protocol，传输控制协议)是为了在不可靠的互联网络上提供可靠的端到端字节流而设计的传输协议，如图1所示。
后来，RDMA(Remote Direct Memory Access，远程直接内存访问)技术应运而生，RDMA主要是为了解决网络传输中客户端与服务器端数据处理的延迟而产生的。它将数据直接从一台计算机的内存传输到另一台计算机，无需双方操作系统的介入。这允许高吞吐、低延迟的网络通信，尤其适合在大规模并行计算机集群中使用。RDMA通过网络把资料直接传入计算机的内存中，将数据从一个系统快速移动到远程系统内存中，而不对操作系统造成任何影响，这样就不需要用到多少计算机的处理能力。它消除了数据包在用户空间和内核空间复制移动和上下文切换的开销，因而能解放内存带宽和CPU周期用于改进应用系统性能，如图2所示。
目前，针对上述两种主要的传输协议，一般采用单独使用RDMA传输或者单独使用TCP传输，但是无法自适应适应多种硬件环境，特别是缺少针对硬件或驱动异常的处理。
因此，需要提出一种新的数据传输方法，能解决上述问题。
发明内容
本发明提供一种自适应数据传输方法及系统，用以解决现有技术中仅能适应单一传输方式的缺陷。
第一方面，本发明提供一种自适应数据传输方法，包括：
获取当前环境下的可用网络设备信息；
基于可用网络设备信息，确定最优传输方式；
采用预设连接方式交换收发双方的可用传输方式，基于所述最优传输方式进行数据传输。
在一个实施例中，所述获取当前环境下的可用网络设备信息，之前还包括：
枚举当前所有可用网络传输设备，获取传输硬件信息。
在一个实施例中，还包括：
若所述数据传输出现异常，则回退至枚举当前所有可用网络传输设备，重新获取传输硬件信息。
在一个实施例中，所述基于可用网络设备信息，确定最优传输方式，包括：
若基于所述可用网络设备信息，获取当前网络支持RDMA通信，则确定选择所述RDMA通信；
若基于所述可用网络设备信息，获取当前网络不支持所述RDMA通信，或所述RDMA通信异常，则确定选择TCP通信。
在一个实施例中，所述采用预设连接方式交换收发双方的可用传输方式，基于所述最优传输方式进行数据传输，包括：
在所述收发双方之间采用TCP通信建立连接，交换所述收发双方的可用传输方式；
在所述收发双方的可用传输方式中，提取传输方式交集，采用所述最优传输方式进行数据传输。
第二方面，本发明还提供一种自适应数据传输系统，包括：
获取模块，用于获取当前环境下的可用网络设备信息；
确定模块，用于基于可用网络设备信息，确定最优传输方式；
传输模块，用于采用预设连接方式交换收发双方的可用传输方式，基于所述最优传输方式进行数据传输。
在一个实施例中，还包括：
枚举模块，用于枚举当前所有可用网络传输设备，获取传输硬件信息。
在一个实施例中，还包括：
回退模块，用于若所述数据传输出现异常，则回退至枚举当前所有可用网络传输设备，重新获取传输硬件信息。
第三方面，本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任一种所述自适应数据传输方法的步骤。
第四方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述自适应数据传输方法的步骤。
本发明提供的自适应数据传输方法及系统，通过自适应地获取网络传输支持的数据传输方式，动态地选择最优传输方式用于数据传输，不局限于单一的传输方式，实现了网络中数据传输的高效性和灵活性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是现有技术中的TCP传输场景示意图；
图2是现有技术中的RDMA传输场景示意图；
图3是本发明提供的自适应数据传输方法的流程示意图之一；
图4是本发明提供的自适应数据传输方法的流程示意图之二；
图5是本发明提供的自适应数据传输系统的结构示意图；
图6是本发明提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
针对现有技术中存在的问题，本发明提出一种自适应数据传输方法，如图3所示，包括：
S1，获取当前环境下的可用网络设备信息；
S2，基于可用网络设备信息，确定最优传输方式；
S3，采用预设连接方式交换收发双方的可用传输方式，基于所述最优传输方式进行数据传输。
具体来说，首先分析在当前环境下进行传输的可用网络设备信息，根据分析结果，自适应地选择适合可用网络设备的最优传输方式，然后在数据传输的发送端和接收端两边建立连接，此处采用常用的网络连接方式，交互收发双方的可用传输方式，取两者的交集后，选择最优传输方式进行数据传输，逻辑流程参见图4所示。
本发明针对现有常用的传输方案仅能选择单独的一种传输方式，无法根据硬件环境选择最优传输方式，自适应地分析获取当前网络传输信息，并选择最优的最适合的数据传输方式，实现了数据传输的高效性和灵活性。
基于上述实施例，该方法步骤S1之间还包括：
枚举当前所有可用网络传输设备，获取传输硬件信息。
具体来说，在获取可用网络设备信息，系统先枚举当前所有可用网络传输设备，获取到网络传输的硬件信息，例如当前网络传输采用的网卡类型，如IB网卡和普通网卡。如图4所示，该步骤是在所有步骤之前所进行的。
此处，IB网卡采用InfiniBand技术，该技术直译为“无限带宽”，缩写为IB)是一个用于高性能计算的计算机网络通信标准，它具有极高的吞吐量和极低的延迟，用于计算机与计算机之间的数据互连，InfiniBand也用作服务器与存储系统之间的直接或交换互连，以及存储系统之间的互连。InfiniBand技术不是用于一般网络连接的，它的主要设计目的是针对服务器端的连接问题的。因此，InfiniBand技术将会被应用于服务器与服务器(比如复制，分布式工作等)，服务器和存储设备(比如SAN和直接存储附件)以及服务器和网络之间(比如LAN，WANs和the Internet)的通信。
本发明通过在传输前分析获取当前网络所有的可用硬件信息，为后续适配到合适的传输方式提供了详细准确的网络环境信息。
基于上述任一实施例，该方法还包括：
若所述数据传输出现异常，则回退至枚举当前所有可用网络传输设备，重新获取传输硬件信息。
具体来说，当数据传输连接已经建立，并开始进行数据传输时，如果在传输过程中，硬件或者驱动出现异常，可以回退检查重新选择最优传输方式，重新回退到枚举当前所有可用网络传输设备，重新获取传输硬件信息的步骤，如图4所示。
而现有常用方案只是对当前使用的传输方式重试，不会选择新的传输方式。
基于上述任一实施例，该方法中步骤S2包括：
若基于所述可用网络设备信息，获取当前网络支持RDMA通信，则确定选择所述RDMA通信；
若基于所述可用网络设备信息，获取当前网络不支持所述RDMA通信，或所述RDMA通信异常，则确定选择TCP通信。
具体来说，本发明根据可用网络设备信息，选择最优传输方式，如优先使用RDMA进行通信，在不具备RDMA的情况或者RDMA设备异常时，回退使用TCP/IP；利用RDMA技术高带宽，低时延的特性，有更好的传输性能。
其中，RDMA相比较于TCP的优势如下：
传统的TCP/IP技术在数据包处理过程中，要经过操作系统及其他软件层，需要占用大量的服务器资源和内存总线带宽，数据在系统内存、处理器缓存和网络控制器缓存之间来回进行复制移动，给服务器的CPU和内存造成了沉重负担。尤其是网络带宽、处理器速度与内存带宽三者的严重"不匹配性"，更加剧了网络延迟效应。RDMA是一种新的直接内存访问技术，RDMA让计算机可以直接存取其他计算机的内存，而不需要经过处理器的处理。RDMA将数据从一个系统快速移动到远程系统的内存中，而不对操作系统造成任何影响。
在实现上，RDMA实际上是一种智能网卡与软件架构充分优化的远端内存直接高速访问技术，通过将RDMA协议固化于硬件(即网卡)上，以及支持Zero-copy和Kernel bypass这两种途径来达到其高性能的远程直接数据存取的目标。具体包括：
零拷贝(Zero-copy)-应用程序能够直接执行数据传输，在不涉及到网络软件栈的情况下。数据能够被直接发送到缓冲区或者能够直接从缓冲区里接收，而不需要被复制到网络层。
内核旁路(Kernel bypass)-应用程序可以直接在用户态执行数据传输，不需要在内核态与用户态之间做上下文切换。
不需要CPU干预(No CPU involvement)-应用程序可以访问远程主机内存而不消耗远程主机中的任何CPU。远程主机内存能够被读取而不需要远程主机上的进程(或CPU)参与。远程主机的CPU的缓存(cache)不会被访问的内存内容所填充。
消息基于事务(Message based transactions)-数据被处理为离散消息而不是流，消除了应用程序将流切割为不同消息/事务的需求。
支持分散/聚合条目(Scatter/gather entries support)-RDMA原生态支持分散/聚合。也就是说，读取多个内存缓冲区然后作为一个流发出去或者接收一个流然后写入到多个内存缓冲区里去。
在具体的远程内存读写中，RDMA操作用于读写操作的远程虚拟内存地址包含在RDMA消息中传送，远程应用程序要做的只是在其本地网卡中注册相应的内存缓冲区。远程节点的CPU除在连接建立、注册调用等之外，在整个RDMA数据传输过程中并不提供服务，因此没有带来任何负载。
此外，常用的传输方式包括但不限于以下几种：mlx5 driver api、verbs api、ipoib、tcp和shared memory，本发明不作具体限制。
基于上述任一实施例，该方法步骤S3包括：
在所述收发双方之间采用TCP通信建立连接，交换所述收发双方的可用传输方式；
在所述收发双方的可用传输方式中，提取传输方式交集，采用所述最优传输方式进行数据传输。
具体地，如图4所示，待选择最优传输方式后，采用常用的TCP建立连接，并交换收发双方所有的可用传输方式，提取两者的交集，采用最优传输方式进行最终的数据传输。
此外，在集群场景中，可以实现多种传输方式并存。
下面对本发明提供的自适应数据传输装置进行描述，下文描述的自适应数据传输装置与上文描述的自适应数据传输方法可相互对应参照。
图5是本发明提供的自适应数据传输系统的结构示意图，如图5所示，包括：获取模块51、确定模块52和传输模块53，其中：
获取模块51用于获取当前环境下的可用网络设备信息；确定模块52用于基于可用网络设备信息，确定最优传输方式；传输模块53用于采用预设连接方式交换收发双方的可用传输方式，基于所述最优传输方式进行数据传输。
本发明通过自适应地获取网络传输支持的数据传输方式，动态地选择最优传输方式用于数据传输，不局限于单一的传输方式，实现了网络中数据传输的高效性和灵活性。
基于上述任一实施例，还包括枚举模块54，所述枚举模块54用于枚举当前所有可用网络传输设备，获取传输硬件信息。
基于上述任一实施例，还包括回退模块55，所述回退模块55用于若所述数据传输出现异常，则回退至枚举当前所有可用网络传输设备，重新获取传输硬件信息。
图6示例了一种电子设备的实体结构示意图，如图6所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)610、通信接口(Communications Interface)620、存储器(memory)630和通信总线640，其中，处理器610，通信接口620，存储器630通过通信总线640完成相互间的通信。处理器610可以调用存储器630中的逻辑指令，以执行自适应数据传输方法，该方法包括：获取当前环境下的可用网络设备信息；基于可用网络设备信息，确定最优传输方式；采用预设连接方式交换收发双方的可用传输方式，基于所述最优传输方式进行数据传输。
此外，上述的存储器630中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
另一方面，本发明还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，计算机能够执行上述各方法所提供的自适应数据传输方法，该方法包括：获取当前环境下的可用网络设备信息；基于可用网络设备信息，确定最优传输方式；采用预设连接方式交换收发双方的可用传输方式，基于所述最优传输方式进行数据传输。
又一方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各提供的自适应数据传输方法，该方法包括：获取当前环境下的可用网络设备信息；基于可用网络设备信息，确定最优传输方式；采用预设连接方式交换收发双方的可用传输方式，基于所述最优传输方式进行数据传输。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种自适应数据传输方法，其特征在于，包括：
获取当前环境下的可用网络设备信息；
基于可用网络设备信息，确定最优传输方式；
采用预设连接方式交换收发双方的可用传输方式，基于所述最优传输方式进行数据传输。
2.根据权利要求1所述的自适应数据传输方法，其特征在于，所述获取当前环境下的可用网络设备信息，之前还包括：
枚举当前所有可用网络传输设备，获取传输硬件信息。
3.根据权利要求1或2所述的自适应数据传输方法，其特征在于，还包括：
若所述数据传输出现异常，则回退至枚举当前所有可用网络传输设备，重新获取传输硬件信息。
4.根据权利要求1所述的自适应数据传输方法，其特征在于，所述基于可用网络设备信息，确定最优传输方式，包括：
若基于所述可用网络设备信息，获取当前网络支持RDMA通信，则确定选择所述RDMA通信；
若基于所述可用网络设备信息，获取当前网络不支持所述RDMA通信，或所述RDMA通信异常，则确定选择TCP通信。
5.根据权利要求1所述的自适应数据传输方法，其特征在于，所述采用预设连接方式交换收发双方的可用传输方式，基于所述最优传输方式进行数据传输，包括：
在所述收发双方之间采用TCP通信建立连接，交换所述收发双方的可用传输方式；
在所述收发双方的可用传输方式中，提取传输方式交集，采用所述最优传输方式进行数据传输。
6.一种自适应数据传输系统，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取当前环境下的可用网络设备信息；
确定模块，用于基于可用网络设备信息，确定最优传输方式；
传输模块，用于采用预设连接方式交换收发双方的可用传输方式，基于所述最优传输方式进行数据传输。
7.根据权利要求6所述的自适应数据传输系统，其特征在于，还包括：
枚举模块，用于枚举当前所有可用网络传输设备，获取传输硬件信息。
8.根据权利要求6所述的自适应数据传输系统，其特征在于，还包括：
回退模块，用于若所述数据传输出现异常，则回退至枚举当前所有可用网络传输设备，重新获取传输硬件信息。
9.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至5任一项所述自适应数据传输方法的步骤。
10.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至5任一项所述自适应数据传输方法的步骤。
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