Experimental Evaluation on Packet Processing Frameworks under Virtual Environments

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: FREITAS, Eduardo Felipe Fonseca de
Data de Publicação: 2021
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: eng
Título da fonte: Repositório Institucional da UFPE
dARK ID: ark:/64986/0013000000ts7
Texto Completo: https://repositorio.ufpe.br/handle/123456789/42176
Resumo: O kernel Linux é um componente central das aplicações de rede, estando presente na maioria dos servidores em data centers. Com o tempo, à medida que servidores e placas de rede evoluíram para atender tecnologias de rede com demandas de alto throughput e baixa latência, o kernel tornou-se um gargalo, impedindo as aplicações de rede de utilizarem a capacidade máxima do hardware. Nesse cenário, diferentes frameworks de processamento de pacotes surgiram para solucionar esse gargalo. Os dois principais são o DPDK e XDP, com propostas diferentes para atingir altas taxas de processamento. DPDK adota o by- pass do kernel, excluindo-o do processamento e levando os pacotes para o user space. Já o XDP, por outro lado, processa os pacotes dentro do kernel, de forma antecipada comparada ao processamento padrão. Em conjunto com isso, o paradigma de computação em nuvem, atualmente disponível na maioria dos data centers, traz a virtualização como tecnologia fundamental. Com múltiplas aplicações e sistemas sendo executados no mesmo host, surge outro problema, o de competição de recursos. Assim, essa dissertação executa experimentos que buscam avaliar como a presença de um ambiente virtual de computação em nuvem pode interferir no desempenho de ambos DPDK e XDP. Os resultados mostram que embora o processamento “dentro do kernel” traga mais segurança e integração com sistema, essas exatas medidas de segurança causam perda de desempenho ao XDP. Além disso, o XDP também demonstra ser o mais afetado pela presença do ambiente virtual, considerando a taxa de throughput e também a perda de pacotes. Por outro lado, existe um dilema ao utilizar o XDP, que não somente é possível alcançar maior segurança, mas também em relação ao uso de recursos, já que o DPDK aloca um núcleo de CPU completo para utilizar no processamento de pacotes. Também, dependendo do processamento sendo feito pelo framework, como quando depende de uso intenso de CPU, o DPDK oferece uma perda considerável de desempenho do throughput.
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Os dois principais são o DPDK e XDP, com propostas diferentes para atingir altas taxas de processamento. DPDK adota o by- pass do kernel, excluindo-o do processamento e levando os pacotes para o user space. Já o XDP, por outro lado, processa os pacotes dentro do kernel, de forma antecipada comparada ao processamento padrão. Em conjunto com isso, o paradigma de computação em nuvem, atualmente disponível na maioria dos data centers, traz a virtualização como tecnologia fundamental. Com múltiplas aplicações e sistemas sendo executados no mesmo host, surge outro problema, o de competição de recursos. Assim, essa dissertação executa experimentos que buscam avaliar como a presença de um ambiente virtual de computação em nuvem pode interferir no desempenho de ambos DPDK e XDP. Os resultados mostram que embora o processamento “dentro do kernel” traga mais segurança e integração com sistema, essas exatas medidas de segurança causam perda de desempenho ao XDP. Além disso, o XDP também demonstra ser o mais afetado pela presença do ambiente virtual, considerando a taxa de throughput e também a perda de pacotes. Por outro lado, existe um dilema ao utilizar o XDP, que não somente é possível alcançar maior segurança, mas também em relação ao uso de recursos, já que o DPDK aloca um núcleo de CPU completo para utilizar no processamento de pacotes. Também, dependendo do processamento sendo feito pelo framework, como quando depende de uso intenso de CPU, o DPDK oferece uma perda considerável de desempenho do throughput.FACEPEThe Linux kernel is at the heart of network applications, being present in most servers across data centers. With time, as servers and network cards evolved to enable high-throughput and low-latency network technologies, the kernel became a bottleneck, preventing network applications from operating at maximum hardware capacities. In such scenario, several “packet processing frameworks” emerged to solve this bottleneck. The two main ones are DPDK and XDP, adopting different approaches to achieve high pro- cessing rates. DPDK consists of bypassing the kernel and processing packets in user space. XDP, in contrast, processes packets inside the kernel, at an early stage in the processing path. Alongside this, the cloud computing paradigm, currently available in most data cen- ters, brings virtualization as its most important technology and enabler. With multiple applications and systems running in the same host, comes another concern, that of host resource competition. Thus, this dissertation creates experiments that evaluate how the presence of a cloud computing virtualization environment can interfere in both DPDK and XDP’s performance. Results show that even though the in-kernel processing from XDP may assure system security and integration, these exact security measures interfere in throughput performance and packet loss. Also, XDP seems to be the most effected by the presence of virtual environment. However, there is a trade-off when using XDP, not only for the system security but for resource usage, since DPDK allocates full CPU core utilization for packet processing. Also, depending on the processing tasks at hand, such as those that require heavy CPU usage, DPDK does not offer an optimal throughput performance.engUniversidade Federal de PernambucoPrograma de Pos Graduacao em Ciencia da ComputacaoUFPEBrasilDPDKXDPKernel LinuxProcessamento de Pacote de RedeKernel BypassExperimental Evaluation on Packet Processing Frameworks under Virtual Environmentsinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesismestradoinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UFPEinstname:Universidade Federal de Pernambuco (UFPE)instacron:UFPELICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-81908https://repositorio.ufpe.br/bitstream/123456789/42176/2/license.txtc59d330e2c454f71974f5866a0e8a96aMD52ORIGINALDISSERTAÇÃO Eduardo Felipe Fonseca de Freitas.pdfDISSERTAÇÃO Eduardo Felipe Fonseca de Freitas.pdfapplication/pdf1225277https://repositorio.ufpe.br/bitstream/123456789/42176/1/DISSERTA%c3%87%c3%83O%20Eduardo%20Felipe%20Fonseca%20de%20Freitas.pdf80caacdc93af162bebc42d542e7f8c06MD51TEXTDISSERTAÇÃO Eduardo Felipe Fonseca de Freitas.pdf.txtDISSERTAÇÃO Eduardo Felipe Fonseca de Freitas.pdf.txtExtracted texttext/plain116037https://repositorio.ufpe.br/bitstream/123456789/42176/3/DISSERTA%c3%87%c3%83O%20Eduardo%20Felipe%20Fonseca%20de%20Freitas.pdf.txt60ee548aebecf80893132720fc297decMD53THUMBNAILDISSERTAÇÃO Eduardo Felipe Fonseca de Freitas.pdf.jpgDISSERTAÇÃO Eduardo Felipe Fonseca de Freitas.pdf.jpgGenerated Thumbnailimage/jpeg1266https://repositorio.ufpe.br/bitstream/123456789/42176/4/DISSERTA%c3%87%c3%83O%20Eduardo%20Felipe%20Fonseca%20de%20Freitas.pdf.jpg6ade8c76e22dff8052be57fa8d999519MD54123456789/421762021-12-14 02:10:43.499oai:repositorio.ufpe.br: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ório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufpe.br/oai/requestattena@ufpe.bropendoar:22212021-12-14T05:10:43Repositório Institucional da UFPE - Universidade Federal de Pernambuco (UFPE)false
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