エクスプレスデータパス

翻訳
原作者	ブレンデン・ブランコ、; トム・ハーバート
開発者	オープンソースコミュニティ、Google、Amazon、Intel、Microsoft
初回リリース	2016 ; 8年前
書かれた	Ｃ
オペレーティング·システム	Linux、Windows
タイプ	パケットフィルタリング
ライセンス	Linux: GPL; Windows: MITライセンス

XDP（eXpress Data Path）は、オペレーティングシステムのネットワークスタックの大部分をバイパスしてネットワークパケットを高速で送受信するために使用されるeBPFベースの高性能データパスです。バージョン4.8以降のLinuxカーネルに統合されています。 ^{[2]この実装は}GPLでライセンスされています。Amazon、Google、Intelなどの大手テクノロジー企業が開発をサポートしています。Microsoftは2022年5月にWindows用の無料のオープンソース実装XDPをリリースしました。^[1]これはMITライセンスの下でライセンスされています。^[3]

データパス

Linux カーネル内のパケットフローパス。XDP は、パケットメタデータのネットワークスタックとメモリ割り当てをバイパスします。

XDP の背後にある考え方は、カーネルの RX パスに早期フックを追加し、ユーザーが提供する eBPF プログラムにパケットの運命を決定させることです。フックは、ネットワークスタック自体に必要なメモリ割り当ての前に、割り込み処理の直後にネットワークインターフェイスコントローラー(NIC) ドライバーに配置されます。メモリ割り当てはコストのかかる操作になる可能性があるためです。この設計により、XDP は市販のハードウェアを使用して、コアごとに 1 秒あたり 2,600 万パケットをドロップできます。^[4]

eBPFプログラムは、カーネル空間で悪意のあるコードが実行されないように、ロードされる前に事前検証テスト^[5]に合格する必要があります。事前検証テストは、プログラムに範囲外のアクセス、ループ、またはグローバル変数が含まれていないことを確認します。

プログラムはパケットデータを編集することができ、eBPF プログラムが戻った後、アクションコードによってパケットの処理方法が決定されます。

XDP_PASS: パケットをネットワークスタックに通過させる
XDP_DROP: パケットを黙ってドロップする
XDP_ABORTED: トレースポイント例外でパケットをドロップする
XDP_TX: パケットを到着したのと同じNICに送り返す
XDP_REDIRECT: AF_XDPアドレスファミリを介してパケットを別のNICまたはユーザー空間ソケットにリダイレクトします。

XDPはNICドライバでのサポートを必要としますが、すべてのドライバがサポートしているわけではないため、パフォーマンスは低くなりますが、ネットワークスタックでeBPF処理を実行する汎用実装にフォールバックすることができます。^[6]

XDPにはeBPFプログラムをそれをサポートするネットワークインターフェースコントローラにオフロードするインフラストラクチャがあり、CPU負荷を軽減します。2023年現在、これをサポートするのはNetronome ^[7]カードのみです。

Microsoftは他の企業と提携し、QUICプロトコルのMsQuic実装にXDPのサポートを追加しています。^[1]

AF_XDP

XDPとともに、Linuxカーネル4.18から新しいアドレスファミリが導入されました。 ^[8] AF_XDPは、以前はAF_PACKETv4と呼ばれていましたが（メインラインカーネルには含まれませんでした）、^[9]高性能パケット処理に最適化されたrawソケットであり、カーネルとアプリケーション間のゼロコピーを可能にします。ソケットは受信と送信の両方に使用できるため、純粋にユーザー空間で高性能ネットワークアプリケーションをサポートします。^[10]

参照

参考文献

^ abc Jawad, Usama (2022年5月25日). 「MicrosoftがLinux XDPプロジェクトをWindowsに導入」. Neowin . 2022年5月26日閲覧。
^ 「[GIT] ネットワーキング - David Miller」。lore.kernel.org 。 2019年5月14日閲覧。
^ Yasar, Erdem (2022年5月25日). 「MicrosoftがWindows向けにオープンソースのXDPを導入」. cloud7 . 2022年5月26日閲覧。
^ Høiland-Jørgensen、Toke (2019-05-03)、XDP を説明する論文のソーステキストと実験データ: tohojo/xdp-paper 、2019 年 5 月 21 日に取得
^ 「eBPF の徹底的な紹介 [LWN.net]」lwn.net . 2019 年 5 月 14 日閲覧。
^ "net: Generic XDP". www.mail-archive.com . 2019年5月14日閲覧。
^ 「BPF、eBPF、XDP、Bpfilter…これらは何であり、企業にとって何を意味するのか? - Netronome」。www.netronome.com 。 2019年5月14日閲覧。
^ 「kernel/git/torvalds/linux.git - Linuxカーネルソースツリー」。git.kernel.org 。2019年5月16日閲覧。
^ "AF_PACKET V4 と AF_XDP に関する質問".カーネル.org。
^ 「AF_XDP によるネットワークの高速化 [LWN.net]」lwn.net . 2019 年 5 月 16 日閲覧。

外部リンク

XDP ドキュメント ( Read the Docs)
kernel.orgの AF_XDP ドキュメント
GitHubの xdp-for-windows
FOSDEM 2017での XDP ウォークスルー(Cilium の Daniel Borkmann 氏)
FOSDEM 2018での AF_XDP 、Intelの Magnus Karlsson 氏
eBPF.io - 紹介、チュートリアル、コミュニティリソース
L4Drop: XDP DDoS 緩和策、Cloudflare
Unimog: Cloudflareのエッジロードバランサー、Cloudflare
スケーラブルなネットワークロードバランサーKatranをオープンソース化、Facebook
Cilium の L4LB: スタンドアロン XDP ロードバランサー、Cilium
XDP レイヤーでの Kube プロキシの置き換え、Cilium
XDP と負荷分散に関する eCHO ポッドキャスト

[neowin-2022-05-25-1] Jawad, Usama (2022年5月25日). 「MicrosoftがLinux XDPプロジェクトをWindowsに導入」. Neowin . 2022年5月26日閲覧。

[2] 「[GIT] ネットワーキング - David Miller」。lore.kernel.org 。 2019年5月14日閲覧。

[cloud7-2022-05-25-3] Yasar, Erdem (2022年5月25日). 「MicrosoftがWindows向けにオープンソースのXDPを導入」. cloud7 . 2022年5月26日閲覧。

[4] Høiland-Jørgensen、Toke (2019-05-03)、XDP を説明する論文のソーステキストと実験データ: tohojo/xdp-paper 、2019 年 5 月 21 日に取得

[5] 「eBPF の徹底的な紹介 [LWN.net]」lwn.net . 2019 年 5 月 14 日閲覧。

[6] "net: Generic XDP". www.mail-archive.com . 2019年5月14日閲覧。

[7] 「BPF、eBPF、XDP、Bpfilter…これらは何であり、企業にとって何を意味するのか? - Netronome」。www.netronome.com 。 2019年5月14日閲覧。

[8] 「kernel/git/torvalds/linux.git - Linuxカーネルソースツリー」。git.kernel.org 。2019年5月16日閲覧。

[9] "AF_PACKET V4 と AF_XDP に関する質問".カーネル.org。

[10] 「AF_XDP によるネットワークの高速化 [LWN.net]」lwn.net . 2019 年 5 月 16 日閲覧。