隨著5G商用的漸近，通信行業(yè)也迎來了5G的機遇與挑戰(zhàn)。大規(guī)模機器類通信、超可靠、低延遲通信需求場景（智能家居、智慧城市、增強現(xiàn)實、工業(yè)自動化、自動駕駛等）的興起，對未來網(wǎng)絡(luò)的計算和流量轉(zhuǎn)發(fā)能力提出了更高的要求。通用CPU設(shè)備已經(jīng)無法滿足處理海量數(shù)據(jù)、圖片、流量的需求。

根據(jù)不同業(yè)務(wù)場景和自身優(yōu)勢，通訊廠商引入GPU、FPGA等進行加速，推出了各種加速硬件方案。對于異構(gòu)加速硬件，要運行在各種CloudOS上，再被上層廠家的VNF調(diào)用，假如沒有一個統(tǒng)一的標準來管理這些加速卡，沒有統(tǒng)一的接口來讓上層網(wǎng)元調(diào)用，將會造成比較嚴重的問題。

為了實現(xiàn)NFV異構(gòu)加速硬件的統(tǒng)一管理， ETSI制定了NFV加速硬件統(tǒng)一管理軟件框架標準。此后，該標準被拓展至更多場景，并在OpenStack孵化出了Cyborg項目。

Cyborg，目前唯一的開源硬件加速管理軟件項目

Cyborg的主要功能包括硬件資源的發(fā)現(xiàn)、上報、掛載\卸載等資源管理。用戶可以通過Cyborg列出計算節(jié)點上已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)和上報的加速器、并創(chuàng)建帶加速器的實例。對于一些特殊硬件的特殊功能或配置（如：FPGA的編程），也將在cyborg實現(xiàn)。

Cyborg采用經(jīng)典架構(gòu)，由cyborg-api、cyborg-conductor、cyborg-agent、 cyborg-db幾個模塊組成。其中Cyborg-agent位于計算節(jié)點，用于監(jiān)控加速器；cyborg-conductor位于控制節(jié)點，管理整個系統(tǒng)和操作數(shù)據(jù)庫。cyborg-api和cyborg-db分別為接口和數(shù)據(jù)庫，均位于控制節(jié)點。

下面通過Cyborg的兩個流程來介紹其主要功能：資源發(fā)現(xiàn)和上報流程、創(chuàng)建帶加速硬件的實例流程。

加速資源發(fā)現(xiàn)和上報流程：

1. 各設(shè)備的driver為加速設(shè)備構(gòu)造Cyborg中用于描述設(shè)備的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，等待cyborg-agent輪詢?nèi)∽咴O(shè)備數(shù)據(jù)；

2. cyborg-agent周期性掃描計算節(jié)點enabled的driver；

3. cyborg-agent獲取到driver上報來的數(shù)據(jù)信息后，通過cyborg-conductor將資源信息寫入placement（更新Resource Provider（RP）， Resource Class（RC），traits）和cyborg-db（更新devices， deployables， attach_handles， attributes， controlpath_ids）

創(chuàng)建帶加速硬件的實例流程：

1. User在cyborg創(chuàng)建一個加速資源模板device_profile（類似于nova flavor）；

2. User創(chuàng)建flavor，并在extra-spec屬性中設(shè)置device_profile的name；

3. User 使用已創(chuàng)建的flavor 發(fā)送boot虛機請求；

4. Nova-api接受到請求以后， 向cyborg發(fā)起請求獲取device_profile信息，并將device_profile信息合入request_spec，用于調(diào)度；

5. 調(diào)度過程中nova-scheduler向placement請求獲取符合request_spec中要求的硬件加速資源，placement返回滿足要求的主機列表，之后主機列表再通過nova-scheduler其他Filter的過濾，排序后選定某個主機；

6. Nova-compute在選定的主機上部署實例，并向cyborg請求加速資源的掛載操作：

Nova-compute根據(jù)device_profile向cyborg請求創(chuàng)建加速器請求（Accelerator Request， ARQ），并為每個ARQ匹配硬件資源Resource Provider（RP）。 需要說明的是：ARQ包含instance_uuid、 resource_provider_id、host_name、 device_profile_id等字段信息。一個ARQ對應(yīng)一個device_profile_group， 一個device_profile_group對應(yīng)request spec中的一個request group。

Nova-compute向cyborg發(fā)送綁定設(shè)備（bind_ARQ）的請求。Cyborg根據(jù)ARQ信息綁定instance、host、device，綁定結(jié)束后更新ARQ的狀態(tài)，并通知nova當(dāng)前ARQ綁定操作是否成功；

Nova-compute接到ARQ綁定操作結(jié)束的通知后，從ARQ獲取設(shè)備信息，并將設(shè)備BDF信息寫入instance的XML文件。

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