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DPDKによる高速コンテナネットワーキング
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Tomoya Hibi
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Container SIG Meet-up 2017 Fallで発表した内容です.Lagopusについて,コンテナの接続については他のスライドの方がわかりやすいかもしれません.
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0Copyright©2015 NTT corp.
All Rights Reserved. DPDKによる高速コンテナネットワーキング 2017/10/31 日比智也 Lagopus User Community 0
2.
1Copyright©2015 NTT corp.
All Rights Reserved. 某イベントにて 日比「質問なんですが,DPDKをつかったコンテナアプリを使ってる方ってご存 知ないですか?」 前佛さん「なんですかそれ?」 日比「DPDKっていうネットワークを高速化するライブラリがあって,我々で開 発しているソフトウェアスイッチがそのDPDKでコンテナにつながるんですが, コンテナでDPDK使ってる人見たことないので探しているんです」 前佛さん「全然しらないのでContainer SIGで発表しませんか?」 日比「おk」 今日の発表の経緯
3.
2Copyright©2015 NTT corp.
All Rights Reserved. Lagopus OpenFlowスイッチのソフトウェア実装 汎用x86サーバで動作可能 OSSとして公開 (2014年1月 0.1.x 公開, 2015年8月 0.2.x 公開) 高速なパケット処理と幅広いプロトコルに対応 > 10Gbps OpenFlow1.3+tunneling OpenFlow コントローラ コントロールプレーン OpenFlow プロトコル OpenFlow スイッチ データプレーン Flow Table フローパターン アクション フローパターン アクション カウンター カウンター Flow Table #2 Flow Table #3 Flow Table #4
4.
3Copyright©2015 NTT corp.
All Rights Reserved. 性能評価 単純なポートフォワードを実施した場合のスループットを測定 CPU E5-2697v2 2.70GHz NIC Intel X520 メモリ 64GB OS Ubuntu 14.04LTS CPU E5-2667v3 3.20GHz NIC Intel XL710 メモリ 64GB OS Ubuntu 14.04LTS 10GbE 測定環境 測定結果 40GbE 測定環境 測定結果 6.66 8.65 9.28 9.49 9.63 9.77 9.83 9.85 9.86 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 Throughput(Gbps) Packet size (byte) Lagopus Wire-rate 7.7 15.5 26.5 34.2 39.2 39.5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 Throughput(Gbps) Packet size (byte) Lagopus Wire-rate
5.
4Copyright©2015 NTT corp.
All Rights Reserved. DPDKとは DPDKによる仮想環境との接続 仮想マシン コンテナ DPDK対応のソフトウェアスイッチとコンテナ接続 Agenda
6.
5Copyright©2015 NTT corp.
All Rights Reserved. 高性能通信を可能とするパケット処理フレームワーク 既存フレームワークによる転送のボトルネックを解消 メモリコピー 割り込み コンテキストスイッチ TLBミス (CPU coreの)キャッシュミス DPDK (Data Plane Development Kit) → カーネルをバイパス → ポーリング動作 → コアを専有させる → Hugepageの利用 → 独自のメモリ管理機構
7.
6Copyright©2015 NTT corp.
All Rights Reserved. カーネルバイパス NIC skb_buf Ethernet Driver API Socket API vswitch packet buffer Data plane 1. Interrupt & DMA 2. system call (read) User space Kernel space Driver 4. DMA 3. system call (write) NIC Ethernet Driver API Socket API vswitch packet buffer agentagent 1. DMA Write 2. DMA READ DPDK Data plane Userspace packet processing (Event-based) DPDK apps (polling-based)
8.
7Copyright©2015 NTT corp.
All Rights Reserved. # of packet to be proceeded for 10Gbps with 1 CPU core 0 2,000,000 4,000,000 6,000,000 8,000,000 10,000,000 12,000,000 14,000,000 16,000,000 0 256 512 768 1024 1280 #ofpacketsperseconds Packet size (Byte) Short packet 64Byte 14.88 MPPS, 67.2 ns • 2Ghz: 134 clocks • 3Ghz: 201 clocks Computer packet 1KByte 1.2MPPS, 835 ns • 2Ghz: 1670 clocks • 3Ghz: 2505 clocks
9.
9Copyright©2015 NTT corp.
All Rights Reserved. ソフトウェアルータ/スイッチ Lagopus Switch/Router Open vSwitch VPP トラフィックテスタ DPDK Pktgen TREX DPI等 Snort ネットワークベンダの仮想化製品 DPDKを利用したアプリケーション(例)
10.
10Copyright©2015 NTT corp.
All Rights Reserved. ソフトウェアルータ/スイッチ Lagopus Switch/Router, Open vSwitch, VPP トラフィックジェネレータ DPDK Pktgen, TRex DPI等 Snort ライブラリ mTCP, mOS ネットワークベンダの仮想化製品 DPDKを利用したアプリケーション等
11.
11Copyright©2015 NTT corp.
All Rights Reserved. DPDKとは DPDKによる仮想環境との接続 仮想マシン コンテナ DPDK対応のソフトウェアスイッチとコンテナ接続 Agenda
12.
12Copyright©2015 NTT corp.
All Rights Reserved. DPDKによる仮想環境との接続(VM) NFVのボトルネックである仮想ネットワークと物理ネットワーク の接続を高速化 Linux Lagopus KVM(Hypervisor) NFV NFV NFV 物理ネットワーク GuestHost User Kernel Lagopus NFV Kernel Kernel GuestHost User Kernel Lagopus NFV Kernel Kernel 従来方式 高速化
13.
13Copyright©2015 NTT corp.
All Rights Reserved. vhost-user PMD DPDKによる仮想環境との接続(VM) 引用: http://events.linuxfoundation.org/sites/events/files/slides/Scalable%20high- performance%20userland%20container%20networking%20for%20NFV.pdf
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All Rights Reserved. デフォルトの接続(コンテナ) 引用: https://www.slideshare.net/Docker/docker-networking-deep-dive
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All Rights Reserved. SR-IOV or virtio-user DPDKによる仮想環境との接続(コンテナ) 引用: http://dpdk.org/doc/guides/howto/virtio_user_for_container_networking.html#figure-use- models-for-running-dpdk-in-containers
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All Rights Reserved. DPDKによる仮想環境との接続(コンテナ) 引用: http://dpdk.org/doc/guides/howto/virtio_user_for_container_networking.html#figure-use- models-for-running-dpdk-in-containers virtio-user pmd
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All Rights Reserved. パケットの流れ pktgen -> 物理 -> vswitch -> Container(L2Fwd) -> vswitch -> 物理 -> pktgen 性能評価 Lagopus or docker0 Server Container L2Fwd or Linux Bridge Container pktgen-dpdk OS: Ubuntu 16.04.1 CPU: Xeon E5-2697 v2 @ 2.70GHz メモリ: 64GB
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All Rights Reserved. 性能評価
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All Rights Reserved. DPDKとは DPDKによる仮想環境との接続 仮想マシン コンテナ DPDK対応のソフトウェアスイッチとコンテナ接続 Agenda
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All Rights Reserved. コンテナ間接続
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All Rights Reserved. 接続例 Lagopus Server Container Testpmd
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All Rights Reserved. Docker, Lagopusのインストール 省略 Hugepagesの設定 省略.hugepagesizeは 1G 必須. hugetlbfsのマウント /etc/fstabを編集 ホスト用,各コンテナ用それぞれでマウントする 手順(準備) # for host none /mnt/huge hugetlbfs pagesize=1G,size=4G 0 0 # for container none /mnt/huge_c0 hugetlbfs pagesize=1G,size=1G 0 0
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All Rights Reserved. Dockerイメージ testpmdのdockerイメージ Lagopusの設定 Interfaceを仮想マシン接続時と同じく,vhost-userで用意する. 参考:http://www.slideshare.net/tomoyahibi/lagopusl3-lagopus 手順(Docker,Lagopus) channel channel01 create -dst-addr 127.0.0.1 -protocol tcp controller controller01 create -channel channel01 -role equal -connection-type main interface interface01 create -type ethernet-dpdk-phy -device eth_vhost0,iface=/tmp/dpdk/sock0 interface interface02 create -type ethernet-dpdk-phy -device eth_vhost1,iface=/tmp/dpdk/sock1 port port01 create -interface interface01 port port02 create -interface interface02 bridge bridge01 create -controller controller01 -port port01 1 -port port02 2 -dpid 0x1 bridge bridge01 enable flow bridge01 add in_port=1 apply_actions=output:2 flow bridge01 add in_port=2 apply_actions=output:1
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All Rights Reserved. Lagopusの起動 Dockerの起動 手順(起動) $ sudo lagopus -d -- -c 0xc -n 2 -m 1024 -- $ docker run -it --rm -v /mnt/huge_c0:/mnt/huge_c0 -v /tmp/dpdk:/tmp/dpdk dpdk-docker testpmd --no-pci --vdev=virtio_user0,path=/tmp/dpdk/sock0 -- vdev=virtio_user1,path=/tmp/dpdk/sock1 -c 0x3 -n 2 -m 1024 -- --disable-hw-vlan-filter -i
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All Rights Reserved. DPDKはコアを専有する virtio-userをつかめるのはDPDKアプリのみ コンテナで使うHugepagesは8ページ以下しか使えない CPUを複数ソケットもつ場合,Dockerで使用するノードを明示的に 指定する必要がある 悪意あるコンテナを使わない ポイント
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All Rights Reserved. lagopus/doc/how-to-use-virtio-user.md https://github.com/lagopus/lagopus/pull/106/files DPDK HowTo Guides http://dpdk.org/doc/guides/howto/virtio_user_for_container_network ing.html#figure-use-models-for-running-dpdk-in-containers Scalable High-Performance User Space Interface/Stack for Containers in NFV - Jianfeng Tan & Zhihong Wang, Intel http://events.linuxfoundation.org/sites/events/files/slides/Scalable%2 0high- performance%20userland%20container%20networking%20for%20NF V.pdf 参考資料
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All Rights Reserved. DPDKとは DPDKによる仮想環境との接続 仮想マシン コンテナ DPDK対応のソフトウェアスイッチとコンテナ接続 おまけ Agenda
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All Rights Reserved. Lagopus Switch から Lagopus Routerに OpenFlow Switchで開発した柔軟なフロー検索と処理に加え,様々なネット ワーク制御系アプリやオーケストレーションと連携可能とする • ルータの備える標準的なプロトコル制御機能 • オーバーレイネットワークを実現するVxLANやGRE • 暗号化(IPsec)の終端機能 新Lagopus
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All Rights Reserved. Lagopus routerの特徴 既存インフラへの導入を容易とするSDN対応ソフトウェアルータ ルータとしての基本機能(経路交換、VRF、冗長化、管理/監視イン タフェースなど)を備え、APIを利用して機能拡張も容易 SDNコントローラ 経路 交換 冗長化 管理 監視 提供したい サービス SDNスイッチ SDNコントローラ 提供したいサービス Lagopus 経路 交換 既存インフラへの接続のため様々な アプリケーションの実装が必要 •提供したいサービスアプリのみ実装 •スイッチへの柔軟な機能拡張
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All Rights Reserved. パケット処理部,構成情報管理 機構,プロトコルエージェント を疎結合で接続 プロトコル処理制御用のAPIをプ ロトコル毎に提供 詳細は公開中 http://www.lagopus.org/lagopus 2-design-book/ja/ Lagopus Router アーキテクチャ Lagopusルータ Routing agent (BGP/OSPF等 の経路交換) VRRP agent (冗長構成の 制御) IKE agent (暗号化のた めの鍵交換) SNMP agent (設定、統計 情報の提供) Dataplane Dataplane framework Network Interface L2 (Bridging) L3 (Routing) IPsec (暗号/復号) Config datastore (設定情報の統合管理) SDN controller/Orchestrator CLI
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All Rights Reserved. Lagopus https://lagopus.org Github https://github.com/lagopus/lagopus Lagopus books (英語) http://www.lagopus.org/lagopus-book/en/html/ Mailing list (英語,開発者向け) https://lists.sourceforge.net/lists/listinfo/lagopus-devel Slack https://lagopus-project-slack.herokuapp.com/ 参考
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All Rights Reserved. ご清聴ありがとうございました 32 ######## ## ;;;; ## ## #### ## #### ## ## ## #### ##### ######## ## ############## ## ## ### ######## ## ## #### ## ## ## #### ## #### ## ## ## ## ## ###### #### #### #### #### ########## #################### mmmm ## ##########
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