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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   Twitter: @syuu1228
   

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3. Ծ૝Խٕज़ͱ͸
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4. ϋʔυ΢ΣΞԾ૝Խࢧԉػೳʹ
   ΑΔԾ૝Խ
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   • ϋʔυ΢ΣΞϨϕϧͰԾ૝ԽʹରԠ͢ΔࣄʹΑ
   ΓԾ૝ԽΦʔόϔουΛ௿ݮ͠ɺϋΠύʔόΠ
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   • ϝϞϦ؅ཧͷԾ૝ԽࢧԉɿEPT
   • σόΠεIOͷԾ૝ԽࢧԉɿIntel VT-d + SR-IOV
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   ring 3
   

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5. LINUX KVMͷ࢓૊Έ
   

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6. LINUX KVM ֓ཁ
   • LinuxΧʔωϧʹ૊Έࠐ·ΕͨγϯϓϧͳϋΠύʔόΠβʢԾ૝Խࢧ
   ԉػೳͷ͋ΔCPUΛલఏʣ
   • CPUԾ૝ԽҎ֎ͷػೳ͸KVMରԠͷQEMU͕୲౰ʢԾ૝σόΠεɺϝ
   ϞϦ֬อɺBIOS…ʣ
   LinuxΧʔωϧ
   KVM
   QEMU
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   ϋΠύʔόΠβϞʔυ ήετϞʔυ
   KVM
   αϙʔτ
   Ծ૝σόΠε
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7. QEMU
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   • ҟͳΔΞʔΩςΫνϟΛΤϛϡϨʔτग़དྷΔʢ͜Ε͕ຊདྷͷ໨తʣ
   • ඇৗʹ஗͍ɾΤϛϡϨʔγϣϯ͸Ծ૝Խʹ͸ແବ
   QEMU mov dx,3FBh
   mov al,128
   out dx,al
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8. QEMU-KVM
   • CPUΤϛϡϨʔλΛಈ͔͢୅ΘΓʹKVM΁ήετϞʔυ΁ͷ੾Γସ
   ͑Λཁٻ͢ΔΑ͏ʹվ଄
   • ήετ͔ΒIO͕ൃੜͨ͠৔߹ɺKVM͔ΒQEMU΁Ծ૝σόΠε΁ͷ
   IO͕ૹΕΔΑ͏ʹվ଄
   QEMU
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   όΠε
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   $16
   KVM
   Ϟʔυ੾ସ
   

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9. ήετϞʔυ΁ͷ੾Γସ͑
   • QEMU͸CPUΤϛϡϨʔγϣϯΛߦ͏୅ΘΓʹήετ΁ͷϞʔυ੾Γସ͑Λґཔ͢ΔioctlΛΧʔ
   ωϧ΁ൃߦ
   • KVM͸CPUͷϞʔυΛήετϞʔυ΁Ҡߦ
   • ήετOS͕ϋʔυ΢ΣΞ΁ͷIOͳͲτϥοϓ͞ΕΔΑ͏ͳಈ࡞Λߦ͏͔ɺ෺ཧϋʔυ΢ΣΞ͔
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   KVM
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10. Ծ૝σόΠε΁ͷIO
    • ήετOS͕σόΠε΁IOɺήετϞʔυ͕தஅ͞Ε੍ޚ͕KVM΁໭Δ
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    • QEMUͰσόΠεΤϛϡϨʔγϣϯɺ݁ՌΛKVM΁௨஌
    LinuxΧʔωϧ
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    ᶅσόΠεΤϛϡϨʔγϣϯ
    

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11. KVMͷԾ૝NIC
    

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12. NICΤϛϡϨʔγϣϯ
    • QEMUΛ࢖࣮ͬͯࡏͷNICΛΤϛϡϨʔτ→ήετOSͰطଘͷυϥΠό͕࢖͑Δ
    • Ծ૝Ϩδελ΁ͷΞΫηεͷͨͼʹήετϞʔυͷ࣮ߦΛதஅ͠ɺΧʔωϧ͔Β
    QEMUʹ੾Γସ͑ͯΤϛϡϨʔγϣϯΛߦΘͳ͚Ε͹ͳΒͳ͍
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13. NICΤϛϡϨʔγϣϯͷಈ࡞
    • ύέοτ͕NICʹண৴ɺ෺ཧׂΓࠐΈ͕ൃੜ
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14. NICΤϛϡϨʔγϣϯͷಈ࡞
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15. NICΤϛϡϨʔγϣϯͷಈ࡞
    • ϒϦοδ͕ύέοτΛtapσόΠε΁ϑΥϫʔυ
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16. NICΤϛϡϨʔγϣϯͷಈ࡞
    • tap͔ΒQEMU΁ίϐʔ
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17. NICΤϛϡϨʔγϣϯͷಈ࡞
    • QEMU͔ΒήετͷύέοτόοϑΝ΁ίϐʔ
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18. NICΤϛϡϨʔγϣϯͷಈ࡞
    • QEMU͔ΒKVM΁Ծ૝ׂΓࠐΈΛཁٻ
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19. NICΤϛϡϨʔγϣϯͷಈ࡞
    • KVM͸ήετʹԾ૝ׂΓࠐΈΛηοτͯ͠Ϟʔυ੾ସ
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20. NICΤϛϡϨʔγϣϯͷಈ࡞
    • ήετͷNICυϥΠό͕ϨδελΞΫηεΛߦ͍ɺήετϞʔυ͕தஅ
    Χʔωϧ
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21. NICΤϛϡϨʔγϣϯͷಈ࡞
    • KVM͸QEMUʹΤϛϡϨʔγϣϯΛཁٻ
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22. NICΤϛϡϨʔγϣϯͷಈ࡞
    • QEMU͸e1000ΤϛϡϨʔγϣϯΛߦ͍ɺ݁ՌΛKVM΁௨஌
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23. NICΤϛϡϨʔγϣϯͷಈ࡞
    • KVMΤϛϡϨʔγϣϯ݁ՌΛηοτͯ͠ήετ΁෮ؼ
    Ҏ߱ɺϨδελΞΫηεͷͨͼʹᶊʙᶍͷ܁Γฦ͠
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    ᶍήετ΁෮ؼ
    ᶌΤϛϡϨʔγϣϯ݁Ռ௨஌
    

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24. NICΤϛϡϨʔγϣϯͷಈ࡞
    • ήετͷNICυϥΠό͕ύέοτΛड৴
    Χʔωϧ
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    ᶌΤϛϡϨʔγϣϯ݁Ռ௨஌
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25. NICΤϛϡϨʔγϣϯͷಈ࡞
    • TCP/IPελοΫ͕ύέοτΛϑΥϫʔυ
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    ᶎύέοτड৴
    ᶏύέοτϑΥϫʔυ
    

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26. VIRTIO-NET
    • IOԾ૝ԽϑϨʔϜϫʔΫʮvirtioʯΛ༻͍ͯύέοτͷೖग़ྗΛߦ͏
    →ήετOSʹvirtio༻υϥΠό͕ඞཁ
    • Ծ૝Ϩδελ͸ଘࡏͤͣɺvirtio ring্ͷ৘ใΛݟͳ͕ΒύέοτΛऔΓग़͢
    →ϋΠύʔόΠβ΁ͷ੾Γସ͑ճ਺͕গͳ͍
    Χʔωϧ
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    tapΫϥΠΞϯτ
    virtio server
    kvm
    virtio
    υϥΠό
    TCP/IP
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    WJSUJPSJOH
    ίϐʔ
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27. VHOST-NET
    • QEMUΛ௨ͣ͞ɺΧʔωϧ಺ͷvhost-netϞδϡʔϧ͕ϗετ㲗ήε
    τͷύέοτ΍ΓऔΓΛ੍ޚ
    • QEMU㲗KVMͷ੾Γସ͑ίετΛ࡟ݮ
    Χʔωϧ
    Χʔωϧ
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    NICυϥΠό tapυϥΠό
    bridge
    qemu
    vhost-net
    kvm
    virtio
    υϥΠό
    TCP/IP
    ελοΫ
    NIC2
    ϑΥϫʔυ
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    WJSUJPSJOH
    ׂΓࠐΈ
    ϋΠύʔόΠβ
    ίϐʔ
    ίϐʔ
    

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28. SR-IOV
    • ෺ཧNIC͕VMʹରͯ͠Ծ૝NICΛ௚઀ఏڙɹIO͸ϋΠύʔόΠβʔΛհࡏͤͣʹߦΘΕΔ
    • ׂࠐΈ͚ͩ͸Ծ૝Խग़དྷ͍ͯͳ͍ͷͰKVMΛ௨ͯ͡సૹ͞ΕΔ
    • ࠷΋ੑೳ͕ߴ͍͕ϋʔυରԠ͕ඞཁʗήετͷύέοτΛϑΟϧλʔɾվม͢Δࣄ͸೉͍͠
    NIC
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    kvm
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    VF
    %."ύεεϧʔ
    ϋΠύʔόΠβ
    

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29. ͲΕΛ࢖͏΂͖ʁ
    • ෯޿͍OSͰԾ૝NIC͕ಈ࡞͢Δඞཁ͕͋Δ
    →NICΤϛϡϨʔγϣϯɺe1000͕࠷΋ߴ଎
    • ࠷ۙͷLinuxΛಈ͔͢༧ఆɺSR-IOVରԠNIC͕ແ͍
    →vhost-net
    • SR-IOVରԠNIC͕͋Δ
    →SR-IOV
    

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30. KVMͷԾ૝ωοτϫʔΫ
    

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31. BRIDGE + TAP
    • STPΛؚΉ802.1dඪ४४ڌͷϒϦοδ࣮૷
    • netfilterʹΑΔϑΟϧλϦϯά
    • ϒϦοδࣗମΛΠϯλϑΣʔεͱͯ͠ίϯϑΟάϨʔγϣϯՄೳ
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    QEMU
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32. BRIDGE+TAPͰNAT
    • ϒϦοδʹTAPͷΈΛܨ͗ɺϒϦοδΠϯλϑΣʔεʹ
    IPϚεΧϨʔυΛઃఆͯ͠NATΛߏ੒
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    QEMU
    NAT
    

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33. MACVTAP
    • ෺ཧNICʹରͯ͠௥ՃͷMACΞυϨεΛ෇༩ɺಠཱͨ͠ΠϯλϑΣʔεͱͯ͠ಈ࡞
    • netfilterʹ͸ඇରԠɺbridgeΑΓ؆қతͳ࣮૷Ͱʮ଎͍ʯͱ͞Ε͍ͯΔ
    • ߏ଄্ɺNATߏ੒ʹ͸࢖͑ͳ͍
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    QEMU
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34. MACVTAPͷϞʔυ
    • bridge
    tap㲗tapؒɺtap㲗NICؒ௨৴Λߦ͑ΔϞʔυ
    • private
    tap㲗tapؒɺtap㲗NICؒ௨৴ΛڐՄ͠ͳ͍Ϟʔυ
    • vepa
    શͯͷύέοτΛ֎෦εΠονͰεΠονϯά͢ΔϞʔυ
    • passthrough
    NICʹೖͬͯ͘ΔશͯͷύέοτΛಛఆͷtapʹྲྀ͢Ϟʔυ
    

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35. OPENVSWITCH
    • Ծ૝Ϛγϯʹର͠Ծ૝OpenFlowεΠονΛఏڙ
    • ෺ཧߏ੒ʹറΒΕͳ͍ॊೈͳԾ૝ωοτϫʔΫΛ
    L2ϨϕϧͰߏஙՄೳ
    

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36. ͲΕΛ࢖͏΂͖ʁ
    • NAT؀ڥΛߏ੒ɺύέοτϑΟϧλϦϯάͳͲΛߦ͏
    →bridge + tap
    • ߴ଎ͳϒϦοδ؀ڥ
    →macvtap
    • OpenFlowΛ༻͍ͯॊೈͳL2ωοτϫʔΫΛߏங
    →OpenvSwitch
    

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37. ࣮ݧతͳػೳɾ࣮૷தͷػೳ
    

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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
    WJSUJPSJOH
    ׂΓࠐΈ
    ϋΠύʔόΠβ ίϐʔͳ͠
    ίϐʔͳ͠
    

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39. VHOST-NETͷ
    ϚϧνΩϡʔରԠ
    • ݱঢ়ͷγϯάϧΩϡʔͳԾ૝
    NICͰ͸ɺϒϦοδҎ߱ͷύ
    ε͕ಉ࣌ʹ̍εϨουͰ͔͠
    ॲཧͰ͖ͳ͍ҝɺύϑΥʔϚ
    ϯεωοΫʹͳΔ
    • vCPU͕ෳ਺͋Δ؀ڥͰͷੑೳ
    ޲্͕ظ଴͞Ε͍ͯΔ
    TJOHMFRVFVF
    WIPTUOFU
    NIC
    /*$υϥΠό
    CSJEHF
    UBQ
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    5$1*1
    ϩοΫڝ߹
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    NVMUJRVFVF
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    5$1*1
    

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40. SR-IOVͷϚϧνΩϡʔରԠ
    • 82599ͷVF͸࠷େ̐Ωϡʔ·ͰͷRSSʹରԠ
    • ݱঢ়Ͱ͸υϥΠόʹ࣮૷͞Ε͍ͯͳ͍͕ɺυϥΠόର
    ԠͰར༻ՄೳʹͳΔͱࢥΘΕΔ
    

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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"
    

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42. ·ͱΊ
    • KVMʹ͓͚ΔԾ૝NICͷϚϧνίΞ؀ڥ΁ͷ࠷దԽ͸ະ
    ͩෆे෼
    • Ծ૝Խͷϋʔυ΢ΣΞʹΑΔࢧԉ͸NICʹཹ·Βͣε
    Πον΁΋޿͕Γͭͭ༗Δ
    

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