双节点InfiniBand网络配置与性能问题排查全流程

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文档：双节点InfiniBand网络配置与性能问题排查全流程
5. 标准化操作流程（从零到一的正确步骤）

文档：双节点InfiniBand网络配置与性能问题排查全流程

版本: 1.0
日期: 2025年7月13日
作者: Gemini & test

1. 最终目标

搭建一个由两台主机组成的100Gb/s InfiniBand网络，并使用NCCL（NVIDIA Collective Communications Library）工具验证其RDMA（远程直接内存访问）通信性能，为深度学习或高性能计算（HPC）应用做准备。

2. 系统环境

CPU: Intel Core i7-12700K (P-Core + E-Core 混合架构)
主板: PC Farm B660I (消费级ITX主板)
网卡: NVIDIA ConnectX-6 Dx 100Gb/s InfiniBand HCA
连接方式: 两台主机通过IB线缆点对点直连

3. 核心问题演进与诊断（排错历程）

阶段一：基础连通性问题 (PKey & Subnet Manager)

初始症状:
1. ibstat 命令显示链路Active，但无法看到PKey（分区密钥）表的分配。
2. 直接运行nccl-tests或ib_write_bw等RDMA应用时，程序挂起或连接失败。
排查与诊断:
1. 配置子网管理器 (OpenSM): 创建 /etc/opensm/opensm.conf 和 /etc/opensm/partitions.conf 文件，定义了默认分区PKey为0x7fff。
2. 发现工具链异常: 即使opensm在前台运行并显示进入MASTER状态，客户端的ibstat工具依然不显示PKey。进一步使用saquery查询同样失败，报错SA_ERR_REQ_INVALID或Permission denied。
3. 突破性验证: 绕过有问题的诊断工具，直接配置IPoIB（IP over InfiniBand）并使用ping命令测试。ping测试成功，证明了底层PKey已经生效，网络在逻辑上是连通的。
阶段性结论: 系统自带的infiniband-diags工具集（ibstat, saquery）在该OFED版本或系统环境下存在显示Bug或不兼容问题，其输出结果不可信。ping通IPoIB地址是验证基础连通性的金标准。

阶段二：RDMA性能瓶颈问题 (CPU频率)

初始症状:
1. ib_write_bw原生RDMA测试可以连通，但带宽仅有约3200 MiB/s，远低于100Gb/s（约12500 MiB/s）的理论值。
2. iperf3在IPoIB上测试，带宽也只有约26 Gbit/s。
排查与诊断:
1. 发现关键警告: ib_write_bw的输出中明确给出了警告: Conflicting CPU frequency values detected... CPU Frequency is not max.
2. 定位根本原因: 使用cpupower frequency-info命令验证，发现CPU在测试期间始终运行在最低的节能频率（如800MHz）。
阶段性结论: CPU性能成为RDMA网络的瓶颈。由于CPU未能进入高性能模式，导致其向网卡“喂”数据的速度远跟不上网卡的处理速度，造成了性能的巨大损失。

阶段三：平台稳定性问题 (高频下连接失败)

初始症状:
1. 尝试使用stress工具或cpupower命令强制CPU进入高性能模式。
2. CPU频率成功拉升后，所有基于TCP Socket的RDMA连接工具（ib_write_bw默认模式, iperf3）均无法建立连接，报错Connection refused或Unable to init the socket connection。
排查与诊断:
1. 排除资源争抢: 使用“先拉高频率，再停止压力，立刻测试”的两步法，问题依旧，排除了是stress工具本身争抢资源。
2. 定位至平台层: 确认了问题是“只要CPU处于高频状态，TCP Socket功能就会异常”。这表明问题源于硬件或固件层面的不稳定性。
阶段性结论: 主机平台（主板BIOS、供电）在CPU高频运行时存在不稳定性，导致内核网络协议栈功能异常。

4. 最终诊断结论

InfiniBand硬件（网卡、线缆）和软件（OFED驱动、OpenSM）均工作正常。所有问题的根源在于消费级主机平台（B660I主板）与高性能CPU（i7-12700K混合架构）的组合，在应用于严苛的RDMA网络负载时，出现了兼容性和稳定性问题。 BIOS固件过旧，且其电源管理策略过于保守和复杂，无法为CPU和高速I/O设备提供一个稳定、可预测的高性能运行环境。

5. 标准化操作流程（从零到一的正确步骤）

第一部分：硬件与BIOS层配置 (地基)

更新BIOS: 访问主板官网，将BIOS更新到最新稳定版本。这是解决平台稳定性的最重要一步。
加载优化默认值: 进入BIOS，加载Load Optimized Defaults。
配置“HPC模式”:
- 禁用节能: 禁用 Intel SpeedStep 和所有 CPU C-States（包括Enhanced C-states），并将C-State Limit设为C0/C1。
- 禁用E-Cores: 为HPC场景，建议禁用所有E-Cores（能效核心），只使用P-Cores。
- 关闭自动睿频: 禁用Turbo Boost等所有自动超频/调频技术。
- 解除功耗墙: 禁用Power Limit 1/2。
- （可选）固定电压频率: 为追求极致稳定，可使用Override Mode设定一个固定的核心电压（如1.25V）和倍频（如45x）。

第二部分：操作系统层验证

验证CPU状态: 重启进入Linux后，执行 sudo cpupower frequency-set -g performance，然后用 watch -n 1 cpupower frequency-info 确认CPU频率能稳定在高性能状态。这是进行下一步的前提。
验证内存锁定: 确认 ulimit -l 的输出为 unlimited。如不是，需修改 /etc/security/limits.conf并重新登录。
关闭防火墙: 为排除干扰，测试时可临时禁用防火墙 sudo ufw disable。

第三部分：InfiniBand网络配置

安装驱动: 安装NVIDIA OFED。
配置并运行OpenSM:
- 在一台节点上创建 /etc/opensm/opensm.conf，内容为:
```
partition_config_file /etc/opensm/partitions.conf
```
- 创建 /etc/opensm/partitions.conf，内容为:
```
Default=0x7fff,ipoib,defmember=full:ALL=full;
```
- 在前台启动OpenSM以便观察日志： sudo /usr/sbin/opensm
配置IPoIB: 在两个节点上为IB接口（如ibp7s0）配置不同IP地址。
- 节点1: sudo ip addr add 10.0.2.2/24 dev ibp7s0 && sudo ip link set dev ibp7s0 up
- 节点2: sudo ip addr add 10.0.2.3/24 dev ibp7s0 && sudo ip link set dev ibp7s0 up

第四部分：测试与验证

基础连通性: 在节点1上 ping 10.0.2.3，必须能通。
原生RDMA带宽:
- 服务端: ib_write_bw -d mlx5_0
- 客户端: ib_write_bw -d mlx5_0 10.0.2.3
- 预期带宽应 > 11000 MiB/s。

NCCL应用性能:

运行mpirun命令进行all_reduce_perf测试，预期busbw应接近12.5 GB/s。

mpirun -np 4 -H 10.0.2.2:2,10.0.2.3:2 \
       --mca btl self,openib \
       --mca pkey 0x7fff \
       -x NCCL_DEBUG=INFO \
       -x NCCL_SOCKET_IFNAME=ibp7s0 \
       ~/nccl-tests/build/all_reduce_perf -b 8 -e 1G -f 2 -g 1