UDPDK

---

[กระดาษ] [วิดีโอ]

UDPDK เป็นสแต็ก UDP ขั้นต่ำที่ใช้ DPDK สำหรับการสื่อสารแบบจุดต่อจุดที่รวดเร็วระหว่างเซิร์ฟเวอร์
มันทำงานได้อย่างสมบูรณ์ในพื้นที่ผู้ใช้ ดังนั้นคุณจึงสามารถย้ายแพ็กเก็ตของคุณได้อย่างรวดเร็วโดยไม่ต้องผ่านเคอร์เนลสแต็กที่ยุ่งยาก
ยิ่งไปกว่านั้น ต้องขอบคุณ API ที่เหมือน POSIX ทำให้การย้ายแอปพลิเคชันที่มีอยู่ไปยัง UDPDK เป็นเรื่องง่ายมาก! ¹

UDPDK คืออะไร:

• สแต็กเครือข่ายระดับการขนส่ง
• การใช้งานซ็อกเก็ต UDP แบบ POSIX ที่ด้านบนของ DPDK
• กรอบงานสำหรับการแลกเปลี่ยนแพ็กเก็ตเวลาแฝงต่ำ

สิ่งที่ UDPDK ไม่ใช่:

• สแต็ก IP ที่สมบูรณ์
• กลไกในการเชื่อมต่อระหว่างโหนดเครือข่ายขนาดใหญ่
• ซอฟต์แวร์ที่ทำงานบน NIC สำหรับผู้บริโภคระดับล่าง

¹ คุณสมบัติบางอย่างอาจยังไม่รองรับ

สารบัญ

• ยูดีพีดีเค
  • ความต้องการ
  • ติดตั้งการพึ่งพา
  • ติดตั้ง UDPDK
  • เอพีไอ
  • ตัวอย่าง
  • มันทำงานอย่างไร
  • ผลงาน
  • ใบอนุญาต
  • การอ้างอิง
  • มีส่วนร่วม

ความต้องการ

ในการใช้ UDPDK เครื่องของคุณต้องติดตั้ง NIC ที่เปิดใช้งาน DPDK โดยทั่วไปจะพบได้ในเซิร์ฟเวอร์ ไม่ใช่ในแล็ปท็อปและเครื่องเดสก์ท็อป รายการฮาร์ดแวร์ที่รองรับอย่างเป็นทางการโดย DPDK มีอยู่ที่นี่ โดยเฉพาะ UDPDK ได้รับการพัฒนาและทดสอบบน Intel X710-DA2 พร้อมไดรเวอร์ igb_uio และ vfio อุปกรณ์อื่นๆ ควรใช้งานได้ตราบเท่าที่ DPDK รองรับ

ติดตั้งการพึ่งพา

UDPDK ต้องการ:

• ดีพีดีเค 20.05
• inih (ใด ๆ )

พวกมันถูกรวมอยู่ในที่เก็บนี้เป็นโมดูลย่อยแล้ว ดังนั้นให้ดึงมันออกมา:

 git submodule init
git submodule update

กปปส

DPDK เป็นองค์ประกอบสำคัญของ UDPDK มันจัดการ NIC และใช้อีเธอร์เน็ต

 cd dpdk/usertools
./dpdk-setup.sh

จากเมนู ให้ดำเนินการดังนี้:

1. คอมไพล์สำหรับส่วนโค้งเฉพาะของคุณ โดยปกติจะเป็น x86_64-native-linuxapp-gcc
2. โหลดโมดูล vfio
3. กำหนดค่าหน้าใหญ่ (เช่น 1,024M สำหรับแต่ละโหนด NUMA)
4. ผูก NIC เข้ากับไดรเวอร์ vfio โดยระบุที่อยู่ PCI

หากคุณใช้ไดรเวอร์ VFIO คุณต้องเปิดใช้งาน IOMMU ในระบบของคุณ
หากต้องการเปิดใช้งานให้เปิด /etc/default/grub เพิ่มแฟล็ก intel_iommu=on ใน GRUB_CMDLINE_LINUX_DEFAULT จากนั้น sudo update-grub และรีบูตในที่สุด

ในนี้

inih ใช้เพื่อความสะดวกในการแยกวิเคราะห์ไฟล์การกำหนดค่า . .ini

 cd inih
meson build
cd build
ninja

สร้างและติดตั้ง UDPDK

UDPDK สร้างเป็นไลบรารีแบบคงที่ ซึ่งท้ายที่สุดแล้วจะต้องเชื่อมโยงกับแอปพลิเคชันขั้นสุดท้าย

 cd udpdk
make
sudo make install

เอพีไอ

API ของ UDPDK มีลักษณะใกล้เคียงกับซ็อกเก็ต BSD เก่าที่ดี:

 int udpdk_socket(int domain, int type, int protocol);
int udpdk_bind(int s, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);
int getsockopt(int sockfd, int level, int optname, void *optval, socklen_t *optlen);
int setsockopt(int sockfd, int level, int optname, const void *optval, socklen_t *optlen);
ssize_t udpdk_sendto(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags, const struct sockaddr *dest_addr, socklen_t addrlen);
ssize_t udpdk_recvfrom(int s, void *buf, size_t len, int flags, struct sockaddr *src_addr, socklen_t *addrlen);
int udpdk_close(int s);

นอกจากนี้ จำเป็นต้องใช้วิธีการต่อไปนี้เพื่อการตั้งค่าและการรื้อถอนภายใน DPDK อย่างเหมาะสม (โครงสร้างและกระบวนการ):

 int udpdk_init(int argc, char *argv[]);
void udpdk_interrupt(int signum);
void udpdk_cleanup(void);

หมายเหตุ: ยังไม่ได้ใช้ select()

ตัวอย่าง

apps/ โฟลเดอร์ประกอบด้วยตัวอย่างง่ายๆ สองตัวอย่าง: แอปพลิเคชัน ping-pong และ pkt-gen

มันทำงานอย่างไร

UDPDK ทำงานในสองกระบวนการที่แยกจากกัน: กระบวนการหลักคือกระบวนการที่มีตรรกะของแอปพลิเคชัน (เช่น โดยที่ syscalls ถูกเรียก) ในขณะที่กระบวนการรอง ( poller ) จะสำรวจ NIC อย่างต่อเนื่องเพื่อส่งและรับข้อมูล แพ็กเก็ตจะถูกแลกเปลี่ยนระหว่างแอปพลิเคชันและโพลเลอร์ผ่านหน่วยความจำที่ใช้ร่วมกัน โดยใช้คิวริงแบบไม่มีล็อค

ผลงาน

เราเปรียบเทียบ UDPDK กับซ็อกเก็ต UDP มาตรฐานในแง่ของปริมาณงานและเวลาแฝง

สิ่งแวดล้อม

เซิร์ฟเวอร์ที่เหมือนกันสองเครื่องเชื่อมต่อแบบจุดต่อจุดบนอินเทอร์เฟซ 10G ข้อมูลจำเพาะของพวกเขาคือ:

ซีพียู: Intel Xeon E5-2640 @2.4GHz
แรม: 64GB
ระบบปฏิบัติการ: อูบุนตู 18.04
เคอร์เนล: 4.15.0
นิค: Intel X710 DA2 10GbE
ไดรเวอร์ NIC: VFIO (DPDK) หรือ i40e (ซ็อกเก็ตปกติ)

ปริมาณงาน

เราวัดปริมาณงานสูงสุดที่ได้รับซึ่งแตกต่างกันไปตามขนาดแพ็คเก็ต
ส่วนหลังนี้รวมส่วนหัว UDP, IP และ MAC ไว้ด้วย

ดังที่แสดงในภาพ UDPDK นั้น ดีกว่าซ็อกเก็ตแบบเดิมถึง 18 เท่า
ควรสังเกตว่า UDPDK ทำให้การเชื่อมต่อ 10G อิ่มตัว ซึ่งน่าเสียดายคือทั้งหมดที่เรามี: อินเฟอร์เฟซ 40G จะทำให้การเชื่อมต่อนั้นโดดเด่นอย่างแน่นอน!

เวลาแฝง

เราวัดเวลาแฝงและความกระวนกระวายใจของมัน
ขอย้ำอีกครั้งว่า UDPDK พิสูจน์แล้วว่ามีลำดับความสำคัญที่ดีกว่าซ็อกเก็ตมาตรฐาน

	ยูดีพีดีเค	มาตรฐาน
ค่าเฉลี่ย (μs)	13.92	116.57
มาตรฐาน (μs)	0.74	18.49

ใบอนุญาต

รหัสของ UDPDK ได้รับการเผยแพร่ภายใต้ใบอนุญาต BSD 3-Clause

การอ้างอิง

งานนี้ได้ถูกนำเสนอที่ IEEE NFV-SDN 2021 ซึ่งเป็นการประชุม IEEE ครั้งที่ 7 เรื่อง Network Functions Virtualization และ Software-Defined Networking ผู้เขียนคือ: L. Lai, G. Ara, T. Cucinotta, K. Kondepu, L. Valcarenghi

ไล, เลโอนาร์โด และคณะ "บริการ NFV ที่มีความหน่วงต่ำเป็นพิเศษโดยใช้ DPDK" การประชุม IEEE ปี 2021 เกี่ยวกับการจำลองเสมือนฟังก์ชันเครือข่ายและเครือข่ายที่กำหนดโดยซอฟต์แวร์ (NFV-SDN) อีอีอี, 2021.

มีส่วนร่วม

เรายินดีอย่างยิ่งให้ทุกคนมีส่วนร่วมใน UDPDK โดยการนำคุณสมบัติใหม่ๆ ไปใช้ ขยายคุณสมบัติที่มีอยู่ หรือเพียงแค่รายงานจุดบกพร่อง/ปัญหา