Intel DPDK (Data Plane Development Kit) — набор драйверов и библиотек, позволяющих приложениям взаимодействовать с сетевым устройством напрямую, минуя сетевой стек Linux. Это значительно увеличивает скорость обработки пакетов. DPDK интегрируется с рядом популярных программных решений, например, c виртуальным коммутатором Open vSwitch. Возможностям и перспективам использования связи Open vSwitch + DPDK в облачных проектах и будет посвящен наш доклад. Мы подробно остановимся на проведённых тестах производительности и интерпретируем их результаты. Отдельное внимание будет уделено анализу трудностей и ограничений, с которыми пришлось столкнуться в ходе экспериментов.

1. DPDK: архитектура и
принцип работы
Александр Джуринский

2. Обработка сетевых пакетов в Linux

3. Узкие места
➢ выделение памяти
➢ структура sk_buff
➢ переключение контекстов (kernel space ⇔ userspace)

4. Как обойти узкие места?
➢ New API: сочетание техник прерывания и поллинга
➢ Interrupt Moderation используется в современных сетевых картах:
снижаем количество прерываний, разгружаем процессор

5. Другой вариант: пойти в обход

6. Kernel Bypass
➢ исключить сетевой стек с его “узкими местами” из обработки пакетов
➢ “научить” приложение общаться с сетевой картой напрямую
➢ решения: netmap, PF_RING, DPDK

7. ➢ разработан Intel
➢ Open Source, распространяется по лицензии BSD
➢ поддерживает большинство распространённых
моделей сетевых карт
➢ поддержка Open vSwitch “из коробки”

8. Как это работает?

9. DPDK: основные компоненты
➢ EAL (Environment Abstraction Layer) — обеспечивает работу DPDK в
конкретном аппаратном окружении
➢ rte_ring — управление очередями
➢ rte_mempool — управление памятью (malloc)
➢ rte_mbuf — управление буферами (аналог sk_buff)

10. DPDK как набор техник
➢ батч-обработка
➢ векторизация
➢ prefetching
➢ polling
➢ HugePages
➢ thread affinity
➢ zero-copy

11. DPDK ≠ сетевой стек
...но предпринимаются попытки реализации TCP/IP-стека на базе
DPDK:
➢ rumptcp : https://github.com/rumpkernel/drv-netif-dpdk
➢ mtcp: https://github.com/eunyoung14/mtcp
➢ dpdk-ANS: https://github.com/opendp/dpdk-ans

12. Пример интеграции: DPDK+OVS
https://github.com/01org/dpdk-ovs

13. Программный коммутатор Open vSwitch

14. ➢ Облачные сервисы
○ Vscale
○ VPC
○ OpenStack
➢ Полисинг
Почему это интересно нам?

15. ➢ Intel Xeon E5 v3/v5, 64 ГБ DDR4
➢ Сетевая карта Intel X520-DA
➢ Ubuntu 16.04, Kernel 4.4
➢ KVM/QEMU, libvirt
Наш эксперимент

16. Наши тесты
➢ Тест 1
○ VM_1 => OVS => VM_2
➢ Тест2
○ VM_1 => OVS-DPDK=> VM_2
➢ Тест 3
○ Хост => OVS => VM
➢ Тест 4
○ Хост => OVS-DPDK => VM

17. Результаты тестов
Между виртуальными машинами: без DPDK и c DPDK, iperf3

18. Результаты тестов
С физического хоста на виртуальную машину: без DPDK и с DPDK, iperf3

19. ➢ большой функционал DPDK “завязан” на сетевые карты
Intel
➢ с другими сетевыми картами набор функций существенно
ограничен
➢ необходимость жертвовать ядрами CPU для polling
Ограничения

20. Спасибо за внимание!
Вопросы ?!