仮想化環境におけるパケットフォワーディング

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8. QEMU-KVM • CPUΤϛϡϨʔλΛಈ͔͢୅ΘΓʹKVM΁ήετϞʔυ΁ͷ੾Γସ ͑Λཁٻ͢ΔΑ͏ʹվ଄ • ήετ͔ΒIO͕ൃੜͨ͠৔߹ɺKVM͔ΒQEMU΁Ծ૝σόΠε΁ͷ IO͕ૹΕΔΑ͏ʹվ଄ QEMU Ծ૝σ όΠε OS ෺ཧσ όΠε ෺ཧ $16 KVM Ϟʔυ੾ସ
9. ήετϞʔυ΁ͷ੾Γସ͑ • QEMU͸CPUΤϛϡϨʔγϣϯΛߦ͏୅ΘΓʹήετ΁ͷϞʔυ੾Γସ͑Λґཔ͢ΔioctlΛΧʔ ωϧ΁ൃߦ • KVM͸CPUͷϞʔυΛήετϞʔυ΁Ҡߦ • ήετOS͕ϋʔυ΢ΣΞ΁ͷIOͳͲτϥοϓ͞ΕΔΑ͏ͳಈ࡞Λߦ͏͔ɺ෺ཧϋʔυ΢ΣΞ͔ ΒͷׂࠐΈ͕͔͔Δ·ͰήετϞʔυ͕࣮ߦ͞ΕΔ LinuxΧʔωϧ KVM QEMU Χʔωϧ Ϣʔβ ήετ04 KVM αϙʔτ Ծ૝σόΠε ᶃ ioctl(KVM_RUN) ᶄ VMLAUNCH ϋΠύʔόΠβϞʔυ ήετϞʔυ
10. Ծ૝σόΠε΁ͷIO • ήετOS͕σόΠε΁IOɺήετϞʔυ͕தஅ͞Ε੍ޚ͕KVM΁໭Δ • QEMU΁σόΠεΤϛϡϨʔγϣϯΛґཔ • QEMUͰσόΠεΤϛϡϨʔγϣϯɺ݁ՌΛKVM΁௨஌ LinuxΧʔωϧ KVM QEMU Χʔωϧ Ϣʔβ ήετ04 KVM αϙʔτ Ծ૝σόΠε ᶃσόΠε΁ͷ*0 ϋΠύʔόΠβϞʔυ ήετϞʔυ ᶄ2&.6΁ॲཧΛґཔ ᶅσόΠεΤϛϡϨʔγϣϯ
11. KVMͷԾ૝NIC
12. NICΤϛϡϨʔγϣϯ • QEMUΛ࢖࣮ͬͯࡏͷNICΛΤϛϡϨʔτ→ήετOSͰطଘͷυϥΠό͕࢖͑Δ • Ծ૝Ϩδελ΁ͷΞΫηεͷͨͼʹήετϞʔυͷ࣮ߦΛதஅ͠ɺΧʔωϧ͔Β QEMUʹ੾Γସ͑ͯΤϛϡϨʔγϣϯΛߦΘͳ͚Ε͹ͳΒͳ͍ Χʔωϧ Χʔωϧ ήετ ϋΠύʔόΠβ Ϣʔβ NIC NICυϥΠό tapυϥΠό bridge qemu tapΫϥΠΞϯτ e1000 ΤϛϡϨʔγϣϯ kvm e1000 υϥΠό TCP/IP ελοΫ NIC2 ϑΥϫʔυ ׂΓࠐΈ ෺ཧׂΓࠐΈ ύέοτ όοϑΝ Ϩδελ ΞΫηε ׂΓࠐΈ Ϩδελ ΞΫηε ίϐʔ ίϐʔ
13. NICΤϛϡϨʔγϣϯͷಈ࡞ • ύέοτ͕NICʹண৴ɺ෺ཧׂΓࠐΈ͕ൃੜ Χʔωϧ Χʔωϧ ήετ ϋΠύʔόΠβ Ϣʔβ NIC NICυϥΠό tapυϥΠό bridge qemu tapΫϥΠΞϯτ e1000 ΤϛϡϨʔγϣϯ kvm e1000 υϥΠό TCP/IP ελοΫ NIC2 ᶃ෺ཧׂΓࠐΈ ύέοτ όοϑΝ
14. NICΤϛϡϨʔγϣϯͷಈ࡞ • NICυϥΠό͕ύέοτΛड৴ Χʔωϧ Χʔωϧ ήετ ϋΠύʔόΠβ Ϣʔβ NIC NICυϥΠό tapυϥΠό bridge qemu tapΫϥΠΞϯτ e1000 ΤϛϡϨʔγϣϯ kvm e1000 υϥΠό TCP/IP ελοΫ NIC2 ᶃ෺ཧׂΓࠐΈ ύέοτ όοϑΝ ᶄύέοτड৴
15. NICΤϛϡϨʔγϣϯͷಈ࡞ • ϒϦοδ͕ύέοτΛtapσόΠε΁ϑΥϫʔυ Χʔωϧ Χʔωϧ ήετ ϋΠύʔόΠβ Ϣʔβ NIC NICυϥΠό tapυϥΠό bridge qemu tapΫϥΠΞϯτ e1000 ΤϛϡϨʔγϣϯ kvm e1000 υϥΠό TCP/IP ελοΫ NIC2 ᶃ෺ཧׂΓࠐΈ ύέοτ όοϑΝ ᶄύέοτड৴ ᶅUBQ΁ϒϦοδ
16. NICΤϛϡϨʔγϣϯͷಈ࡞ • tap͔ΒQEMU΁ίϐʔ Χʔωϧ Χʔωϧ ήετ ϋΠύʔόΠβ Ϣʔβ NIC NICυϥΠό tapυϥΠό bridge qemu tapΫϥΠΞϯτ e1000 ΤϛϡϨʔγϣϯ kvm e1000 υϥΠό TCP/IP ελοΫ NIC2 ᶃ෺ཧׂΓࠐΈ ύέοτ όοϑΝ ᶄύέοτड৴ ᶅUBQ΁ϒϦοδ ᶆίϐʔ
17. NICΤϛϡϨʔγϣϯͷಈ࡞ • QEMU͔ΒήετͷύέοτόοϑΝ΁ίϐʔ Χʔωϧ Χʔωϧ ήετ ϋΠύʔόΠβ Ϣʔβ NIC NICυϥΠό tapυϥΠό bridge qemu tapΫϥΠΞϯτ e1000 ΤϛϡϨʔγϣϯ kvm e1000 υϥΠό TCP/IP ελοΫ NIC2 ᶃ෺ཧׂΓࠐΈ ύέοτ όοϑΝ ᶄύέοτड৴ ᶅUBQ΁ϒϦοδ ᶆίϐʔ ᶇίϐʔ
18. NICΤϛϡϨʔγϣϯͷಈ࡞ • QEMU͔ΒKVM΁Ծ૝ׂΓࠐΈΛཁٻ Χʔωϧ Χʔωϧ ήετ ϋΠύʔόΠβ Ϣʔβ NIC NICυϥΠό tapυϥΠό bridge qemu tapΫϥΠΞϯτ e1000 ΤϛϡϨʔγϣϯ kvm e1000 υϥΠό TCP/IP ελοΫ NIC2 ᶃ෺ཧׂΓࠐΈ ύέοτ όοϑΝ ᶄύέοτड৴ ᶅUBQ΁ϒϦοδ ᶆίϐʔ ᶇίϐʔ ᶈԾ૝ׂΓࠐΈཁٻ
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22. NICΤϛϡϨʔγϣϯͷಈ࡞ • QEMU͸e1000ΤϛϡϨʔγϣϯΛߦ͍ɺ݁ՌΛKVM΁௨஌ Χʔωϧ Χʔωϧ ήετ ϋΠύʔόΠβ Ϣʔβ NIC NICυϥΠό tapυϥΠό bridge qemu tapΫϥΠΞϯτ e1000 ΤϛϡϨʔγϣϯ kvm e1000 υϥΠό TCP/IP ελοΫ NIC2 ᶃ෺ཧׂΓࠐΈ ύέοτ όοϑΝ ᶄύέοτड৴ ᶅUBQ΁ϒϦοδ ᶆίϐʔ ᶇίϐʔ ᶊԾ૝ϨδελΞΫηε ᶌΤϛϡϨʔγϣϯ݁Ռ௨஌
23. NICΤϛϡϨʔγϣϯͷಈ࡞ • KVMΤϛϡϨʔγϣϯ݁ՌΛηοτͯ͠ήετ΁෮ؼ Ҏ߱ɺϨδελΞΫηεͷͨͼʹᶊʙᶍͷ܁Γฦ͠ Χʔωϧ Χʔωϧ ήετ ϋΠύʔόΠβ Ϣʔβ NIC NICυϥΠό tapυϥΠό bridge qemu tapΫϥΠΞϯτ e1000 ΤϛϡϨʔγϣϯ kvm e1000 υϥΠό TCP/IP ελοΫ NIC2 ᶃ෺ཧׂΓࠐΈ ύέοτ όοϑΝ ᶄύέοτड৴ ᶅUBQ΁ϒϦοδ ᶆίϐʔ ᶇίϐʔ ᶍήετ΁෮ؼ ᶌΤϛϡϨʔγϣϯ݁Ռ௨஌
24. NICΤϛϡϨʔγϣϯͷಈ࡞ • ήετͷNICυϥΠό͕ύέοτΛड৴ Χʔωϧ Χʔωϧ ήετ ϋΠύʔόΠβ Ϣʔβ NIC NICυϥΠό tapυϥΠό bridge qemu tapΫϥΠΞϯτ e1000 ΤϛϡϨʔγϣϯ kvm e1000 υϥΠό TCP/IP ελοΫ NIC2 ᶃ෺ཧׂΓࠐΈ ύέοτ όοϑΝ ᶄύέοτड৴ ᶅUBQ΁ϒϦοδ ᶆίϐʔ ᶇίϐʔ ᶍήετ΁෮ؼ ᶌΤϛϡϨʔγϣϯ݁Ռ௨஌ ᶎύέοτड৴
25. NICΤϛϡϨʔγϣϯͷಈ࡞ • TCP/IPελοΫ͕ύέοτΛϑΥϫʔυ Χʔωϧ Χʔωϧ ήετ ϋΠύʔόΠβ Ϣʔβ NIC NICυϥΠό tapυϥΠό bridge qemu tapΫϥΠΞϯτ e1000 ΤϛϡϨʔγϣϯ kvm e1000 υϥΠό TCP/IP ελοΫ NIC2 ᶃ෺ཧׂΓࠐΈ ύέοτ όοϑΝ ᶄύέοτड৴ ᶅUBQ΁ϒϦοδ ᶆίϐʔ ᶇίϐʔ ᶍήετ΁෮ؼ ᶌΤϛϡϨʔγϣϯ݁Ռ௨஌ ᶎύέοτड৴ ᶏύέοτϑΥϫʔυ
26. VIRTIO-NET • IOԾ૝ԽϑϨʔϜϫʔΫʮvirtioʯΛ༻͍ͯύέοτͷೖग़ྗΛߦ͏ →ήετOSʹvirtio༻υϥΠό͕ඞཁ • Ծ૝Ϩδελ͸ଘࡏͤͣɺvirtio ring্ͷ৘ใΛݟͳ͕ΒύέοτΛऔΓग़͢ →ϋΠύʔόΠβ΁ͷ੾Γସ͑ճ਺͕গͳ͍ Χʔωϧ Χʔωϧ ήετ Ϣʔβ NIC NICυϥΠό tapυϥΠό bridge qemu tapΫϥΠΞϯτ virtio server kvm virtio υϥΠό TCP/IP ελοΫ NIC2 ϑΥϫʔυ ׂΓࠐΈ ෺ཧׂΓࠐΈ ίϐʔ WJSUJP
    SJOH ίϐʔ ׂΓࠐΈ ϋΠύʔόΠβ
27. VHOST-NET • QEMUΛ௨ͣ͞ɺΧʔωϧ಺ͷvhost-netϞδϡʔϧ͕ϗετ㲗ήε τͷύέοτ΍ΓऔΓΛ੍ޚ • QEMU㲗KVMͷ੾Γସ͑ίετΛ࡟ݮ Χʔωϧ Χʔωϧ ήετ Ϣʔβ NIC NICυϥΠό tapυϥΠό bridge qemu vhost-net kvm virtio υϥΠό TCP/IP ελοΫ NIC2 ϑΥϫʔυ ׂΓࠐΈ ෺ཧׂΓࠐΈ WJSUJP
    SJOH ׂΓࠐΈ ϋΠύʔόΠβ ίϐʔ ίϐʔ
28. SR-IOV • ෺ཧNIC͕VMʹରͯ͠Ծ૝NICΛ௚઀ఏڙɹIO͸ϋΠύʔόΠβʔΛհࡏͤͣʹߦΘΕΔ • ׂࠐΈ͚ͩ͸Ծ૝Խग़དྷ͍ͯͳ͍ͷͰKVMΛ௨ͯ͡సૹ͞ΕΔ • ࠷΋ੑೳ͕ߴ͍͕ϋʔυରԠ͕ඞཁʗήετͷύέοτΛϑΟϧλʔɾվม͢Δࣄ͸೉͍͠ NIC Χʔωϧ Χʔωϧ ήετ Ϣʔβ PF PFυϥΠό qemu kvm VF υϥΠό TCP/IP ελοΫ NIC2 ϑΥϫʔυ ׂΓࠐΈ ෺ཧׂΓࠐΈ ׂΓࠐΈ ׂࠐΈ ϋϯυϥ VF %."ύεεϧʔ ϋΠύʔόΠβ
29. ͲΕΛ࢖͏΂͖ʁ • ෯޿͍OSͰԾ૝NIC͕ಈ࡞͢Δඞཁ͕͋Δ →NICΤϛϡϨʔγϣϯɺe1000͕࠷΋ߴ଎ • ࠷ۙͷLinuxΛಈ͔͢༧ఆɺSR-IOVରԠNIC͕ແ͍ →vhost-net • SR-IOVରԠNIC͕͋Δ →SR-IOV
30. KVMͷԾ૝ωοτϫʔΫ
31. BRIDGE + TAP • STPΛؚΉ802.1dඪ४४ڌͷϒϦοδ࣮૷ • netfilterʹΑΔϑΟϧλϦϯά • ϒϦοδࣗମΛΠϯλϑΣʔεͱͯ͠ίϯϑΟάϨʔγϣϯՄೳ ϒϦοδ xx:xx:xx:xx:xx:01 ෺ཧ/*$ xx:xx:xx:xx:xx:00 tap0 xx:xx:xx:xx:xx:02 tap1 xx:xx:xx:xx:xx:03 QEMU QEMU
32. BRIDGE+TAPͰNAT • ϒϦοδʹTAPͷΈΛܨ͗ɺϒϦοδΠϯλϑΣʔεʹ IPϚεΧϨʔυΛઃఆͯ͠NATΛߏ੒ ϒϦοδ xx:xx:xx:xx:xx:01 ෺ཧ/*$ xx:xx:xx:xx:xx:00 tap1 xx:xx:xx:xx:xx:03 QEMU tap0 xx:xx:xx:xx:xx:02 QEMU NAT
33. MACVTAP • ෺ཧNICʹରͯ͠௥ՃͷMACΞυϨεΛ෇༩ɺಠཱͨ͠ΠϯλϑΣʔεͱͯ͠ಈ࡞ • netfilterʹ͸ඇରԠɺbridgeΑΓ؆қతͳ࣮૷Ͱʮ଎͍ʯͱ͞Ε͍ͯΔ • ߏ଄্ɺNATߏ੒ʹ͸࢖͑ͳ͍ ෺ཧ/*$ xx:xx:xx:xx:xx:00 macvtap0 xx:xx:xx:xx:xx:01 macvtap1 xx:xx:xx:xx:xx:02 QEMU QEMU
34. MACVTAPͷϞʔυ • bridge tap㲗tapؒɺtap㲗NICؒ௨৴Λߦ͑ΔϞʔυ • private tap㲗tapؒɺtap㲗NICؒ௨৴ΛڐՄ͠ͳ͍Ϟʔυ • vepa શͯͷύέοτΛ֎෦εΠονͰεΠονϯά͢ΔϞʔυ • passthrough NICʹೖͬͯ͘ΔશͯͷύέοτΛಛఆͷtapʹྲྀ͢Ϟʔυ
35. OPENVSWITCH • Ծ૝Ϛγϯʹର͠Ծ૝OpenFlowεΠονΛఏڙ • ෺ཧߏ੒ʹറΒΕͳ͍ॊೈͳԾ૝ωοτϫʔΫΛ L2ϨϕϧͰߏஙՄೳ
36. ͲΕΛ࢖͏΂͖ʁ • NAT؀ڥΛߏ੒ɺύέοτϑΟϧλϦϯάͳͲΛߦ͏ →bridge + tap • ߴ଎ͳϒϦοδ؀ڥ →macvtap • OpenFlowΛ༻͍ͯॊೈͳL2ωοτϫʔΫΛߏங →OpenvSwitch
37. ࣮ݧతͳػೳɾ࣮૷தͷػೳ
38. VHOST-NETͷθϩίϐʔରԠ • tap→vhost-netɺvhost-net→ήετؒͷύέοτίϐʔΛ཈੍ • εϧʔϓοτͷ޲্ɺϨΠςϯγͷ࡟ݮ͕ظ଴͞ΕΔ Χʔωϧ Χʔωϧ ήετ Ϣʔβ NIC NICυϥΠό tapυϥΠό bridge qemu vhost-net kvm virtio υϥΠό TCP/IP ελοΫ NIC2 ϑΥϫʔυ ׂΓࠐΈ ෺ཧׂΓࠐΈ WJSUJP
    SJOH ׂΓࠐΈ ϋΠύʔόΠβ ίϐʔͳ͠ ίϐʔͳ͠
39. VHOST-NETͷ ϚϧνΩϡʔରԠ • ݱঢ়ͷγϯάϧΩϡʔͳԾ૝ NICͰ͸ɺϒϦοδҎ߱ͷύ ε͕ಉ࣌ʹ̍εϨουͰ͔͠ ॲཧͰ͖ͳ͍ҝɺύϑΥʔϚ ϯεωοΫʹͳΔ • vCPU͕ෳ਺͋Δ؀ڥͰͷੑೳ ޲্͕ظ଴͞Ε͍ͯΔ TJOHMFRVFVF WIPTUOFU NIC /*$υϥΠό CSJEHF UBQ WJSUJP
    QVTI LWN WJSUJPυϥΠό 5$1*1 ϩοΫڝ߹ ͕ൃੜʂ NVMUJRVFVF WIPTUOFU NIC /*$υϥΠό CSJEHF UBQ WJSUJP
    QVTI LWN WJSUJPυϥΠό 5$1*1
40. SR-IOVͷϚϧνΩϡʔରԠ • 82599ͷVF͸࠷େ̐Ωϡʔ·ͰͷRSSʹରԠ • ݱঢ়Ͱ͸υϥΠόʹ࣮૷͞Ε͍ͯͳ͍͕ɺυϥΠόର ԠͰར༻ՄೳʹͳΔͱࢥΘΕΔ
41. EVB: EDGE VIRTUAL BRIDGING • VEBɿSR-IOVରԠNIC্ͷεΠονͰVMؒ௨৴Λॲཧ • VEPAɿ෺ཧεΠονͰVMؒ௨৴Λॲཧ VM VM VM tap tap tap switch virtio driver NIC switch VM VM VM VF VF VF Linux Kernel Linux Kernel SR-IOV NIC ιϑτϒϦοδ switch switch 7&# VM VM VM VF VF VF Linux Kernel SR-IOV NIC switch 7&1"
42. ·ͱΊ • KVMʹ͓͚ΔԾ૝NICͷϚϧνίΞ؀ڥ΁ͷ࠷దԽ͸ະ ͩෆे෼ • Ծ૝Խͷϋʔυ΢ΣΞʹΑΔࢧԉ͸NICʹཹ·Βͣε Πον΁΋޿͕Γͭͭ༗Δ