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1 仮想化環境でのパケット転送 - 性能測定結果 & 考察 - パラレルス株式会社 2011/12/01 Internet Week 2011

2 性能測定 構成 DUT (Device Under Test) - Dell PowerEdge R410 CPU x 2 : Xeon 2.27GHz QEMU VM e1000 VM virtio-net VM vhost-net VM SR-IOV qemu-kvm / FC15 (Kernel ) NIC = Intel X520-SR2 (82599EB) テスター ( 測定器 ) Spirent TestCenter 10GBase-SR x 2 port uni- & bi-directional Internet Week

3 機材紹介 : Spirent TestCenter 次世代 IP 負荷測定擬似エミュレーションテスター + 提供 : 東陽テクニカ SPT-2U:2U 2 スロットシャーシ 10G モジュール (10GBase-SR) Internet Week

4 機材紹介 :Server + NIC Dell PowerEdge R410 (1U / 2 ソケット ) CPU x 2 : Xeon 2.27GHz Chipset : Intel 提供 : 東京大学 Dual Port PCIe v2.0 (5.0GT/s) SR-IOV INTEL Ethernet Server Adapter : X520-SR2 Ethernet controller: 82599EB 提供 : さくらインターネット Internet Week

5 計測パターン Traffic Guest Driver Num Pinning Host Queue Uni ( 片方向 ) ixgbevf (SR-IOV) vhost-net x 1 #0 #1 RSS=1,1 #2 RSS=4,4 Bi ( 双方向 ) virtio-net e1000 x 2 #4,#6 #5,#7 RSS=8,8 Internet Week

6 測定パターン :Traffic Traffic Uni ( 片方向 ) Bi ( 双方向 ) Internet Week

7 計測パターン :Guest Driver Guest Driver ixgbevf (SR-IOV) vhost-net 使用した Guest Driver 浅田さん資料参照 virtio-net e1000 Internet Week

8 計測パターン : Num, Pinning Num Pinning #0 VM (Guest) x 1 #1 CPU Die #0 CPU Die #1 #2 #0 #2 #4 #6 #1 #3 #5 #7 x 2 #4,#6 #5,#7 Internet Week

9 計測パターン : Num, Pinning Num Pinning #0 VM (Guest) x 1 #1 CPU Die #0 CPU Die #1 #2 #0 #2 #4 #6 #1 #3 #5 #7 x 2 #4,#6 #5,#7 Internet Week

10 計測パターン : Num, Pinning Num Pinning #0 VM (Guest) x 1 #1 CPU Die #0 CPU Die #1 #2 #0 #2 #4 #6 #1 #3 #5 #7 x 2 #4,#6 #5,#7 Internet Week

11 計測パターン : Num, Pinning Num Pinning #0 VM (Guest) x 1 #1 CPU Die #0 CPU Die #1 #2 #0 #2 #4 #6 #1 #3 #5 #7 x 2 #4,#6 #5,#7 Internet Week

12 計測パターン : Num, Pinning Num Pinning #0 VM (Guest) x 1 #1 CPU Die #0 CPU Die #1 #2 #0 #2 #4 #6 #1 #3 #5 #7 x 2 #4,#6 #5,#7 Internet Week

13 計測パターン : Num, Pinning Num Pinning #0 VM (Guest) x 1 #1 CPU Die #0 CPU Die #1 #2 #0 #2 #4 #6 #1 #3 #5 #7 x 2 #4,#6 #5,#7 Internet Week

14 計測パターン :Host Queue Host Queue RSS=1,1 VM (Guest) RSS=4,4 CPU Die #0 #0 #2 #4 #6 CPU Die #1 #1 #3 #5 #7 RSS=8,8 割込み Internet Week

15 計測パターン :Host Queue Host Queue RSS=1,1 VM (Guest) RSS=4,4 CPU Die #0 #0 #2 #4 #6 CPU Die #1 #1 #3 #5 #7 RSS=8,8 割込み Internet Week

16 計測パターン :Host Queue Host Queue RSS=1,1 VM (Guest) RSS=4,4 CPU Die #0 #0 #2 #4 #6 CPU Die #1 #1 #3 #5 #7 RSS=8,8 割込み Internet Week

17 測定方法及び誤差に関して Spirent Test Center - Command Sequencer Load Type = Binary Acceptable Frame Loss < 0.01% X(n) fps で測定 Loss < 0.01% NO YES X(n) 2 fps で測定 {X(near_max) +X(n)} 2 fps で測定 Internet Week

18 Binary + Acceptable Frame Loss 測定の特徴 パケットロスのほぼ無い状況での 最大性能を測定可能 Good Bad バースト & 受信 fps 測定で発生しがちな高負荷時の性能劣化により 最大性能が低く測定される事がない トラフィック開始直後にロスが発生する等 実環境で無視可能な事象により実際の性能より低く測定される場合がある Internet Week

19 測定方法及び誤差に関して Traffic Guest Driver Num Pinning Host Queue Uni ( 片方向 ) ixgbevf (SR-IOV) vhost-net x 1 #0 #1 RSS=1,1 #2 RSS=4,4 Bi ( 双方向 ) virtio-net e1000 x 2 #4,#6 #5,#7 RSS=8,8 Internet Week

20 測定方法及び誤差に関して : 同一条件 x3 試行 1,800 1,600 vhost-net RSS=4,4 =#4,#6 1,400 1,200 1, vhost (#4,#6) vhost (#4,#6) vhost (#4,#6) Internet Week

21 測定方法及び誤差に関して : 同一条件 x3 試行 200, , , , , ,000 80,000 60,000 40,000 20,000 0 Ave Min Max 154, , , , , , ,002 98, , vhost (#4,#6) vhost (#4,#6) vhost (#4,#6) Internet Week

22 CPU 負荷率とパケットロス 30%~40% idle でもパケットロス発生 vhost-net : 120fps (loss 2%) Internet Week

23 パケット ロス発生 CPU(Core) 使用率 100% 測定の目的は??? 安定的な転送性能 (HW Switch)?? バースト時のピーク?? 機器 技術の性能特性? Internet Week

24 Host Driver による性能差 Traffic Guest Driver Num Pinning Host Queue Uni ( 片方向 ) ixgbevf (SR-IOV) vhost-net x 1 #0 #1 RSS=1,1 #2 RSS=4,4 Bi ( 双方向 ) virtio-net e1000 x 2 #4,#6 #5,#7 RSS=8,8 Internet Week

25 Host Driver による性能差 (Mbps) 10,000 9,000 8,000 7,000 6,000 5,000 4,000 3,000 2,000 1, ixgbevf (4,6) vhost (5,7) virtio (4,6) e1000 (4,6) Internet Week

26 Host Driver による性能差 (Mbps) 1,600 1,400 1,200 1, vhost (5,7) virtio (4,6) e1000 (4,6) Internet Week

27 Host Driver による性能差 (pps) 900, , , , , , , , , ixgbevf (4,6) vhost (5,7) virtio (4,6) e1000 (4,6) Internet Week

28 Host Driver による性能差 (Mbps) 10,000 9,000 8,000 7,000 6,000 5,000 4,000 3,000 2,000 1,000 0 macvtap ixgbevf (#4,#6) vhost (#5,#7) virtio (#4,#6) e1000 (#4,#6) macvtap (#4,#6) Internet Week

29 Host Driver による性能差 (Mbps) 3,000 2,500 2,000 1,500 1, vhost (#5,#7) virtio (#4,#6) e1000 (#4,#6) macvtap (#4,#6) Internet Week

30 Host Queue(RSS) 設定による性能差 Traffic Guest Driver Num Pinning Host Queue Uni ( 片方向 ) ixgbevf (SR-IOV) vhost-net x 1 #0 #1 RSS=1,1 #2 RSS=4,4 Bi ( 双方向 ) virtio-net e1000 x 2 #4,#6 #5,#7 RSS=8,8 Internet Week

31 Host Queue(RSS) 設定による性能差 (Mbps) 1,400 virtio-net 1,200 1, virtio-net (RSS=8,8) virtio-net (RSS=4,4) virtio-net (RSS=1,1) Internet Week

32 Host Queue(RSS) 設定による性能差 (fps) 140,000 virtio-net 120, ,000 80,000 60,000 40,000 20, virtio-net (RSS=8,8) virtio-net (RSS=4,4) virtio-net (RSS=1,1) Internet Week

33 Host Queue(RSS) 設定による性能差 Traffic Guest Driver Num Pinning Host Queue Uni ( 片方向 ) ixgbevf (SR-IOV) vhost-net x 1 #0 #1 RSS=1,1 #2 RSS=4,4 Bi ( 双方向 ) virtio-net e1000 x 2 #4,#6 #5,#7 RSS=8,8 Internet Week

34 Host Queue(RSS) 設定による性能差 (Mbps) 450 e e1000 (RSS=8,8) e1000 (RSS=4,4) e1000 (RSS=1,1) Internet Week

35 Host Queue(RSS) 設定による性能差 (fps) 40,000 e ,000 30,000 25,000 20,000 15,000 10,000 5, e1000 (RSS=8,8) e1000 (RSS=4,4) e1000 (RSS=1,1) Internet Week

36 Host Queue(RSS) 設定による性能差 Traffic Guest Driver Num Pinning Host Queue Uni ( 片方向 ) ixgbevf (SR-IOV) vhost-net x 1 #0 #1 RSS=1,1 #2 RSS=4,4 Bi ( 双方向 ) virtio-net e1000 x 2 #4,#6 #5,#7 RSS=8,8 Internet Week

37 Host Queue(RSS) 設定による性能差 (Mbps) 1,800 vhost-net 1,600 1,400 1,200 1, vhost (RSS=8,8) vhost (RSS=4,4) vhost (RSS=1,1) Internet Week

38 Host Queue(RSS) 設定による性能差 (fps) 250,000 vhost-net 200, , ,000 50, vhost (RSS=8,8) vhost (RSS=4,4) vhost (RSS=1,1) Internet Week

39 Host Queue(RSS) 設定による性能差 (fps) virtio : RSS 1,1 >> 4,4 = 8,8 ロック競合による性能劣化? qemu の main thread ( 通常 ) が eth0, eth1 処理 e1000 : RSS 1,1 = 4,4 >> 8,8 ロック競合以外のオーバーヘッドが大きい? vhost: RSS 4,4 > 8,8 = 1,1 kernel thread で eth0 と eth1 で 2 本起動処理分散のメリットの方が大きい?? Internet Week

40 e1000 virtio vhost Internet Week

41 Num/Pinning による性能差 Traffic Guest Driver Num Pinning Host Queue Uni ( 片方向 ) ixgbevf (SR-IOV) vhost-net x 1 #0 #1 RSS=1,1 #2 RSS=4,4 Bi ( 双方向 ) virtio-net e1000 x 2 #4,#6 #5,#7 RSS=8,8 Internet Week

42 Num/Pinning による性能差 (Mbps) 10,000 9,000 8,000 7,000 6,000 5,000 4,000 3,000 2,000 1,000 0 ixgbevf (SR-IOV) ixgbevf (#0) ixgbevf (#1) ixgbevf (#2) ixgbevf (#4,#6) ixgbevf (#5,#7) Internet Week

43 Num/Pinning による性能差 (fps) 900, , , , , , , , ,000 0 ixgbevf (SR-IOV) ixgbevf (#0) ixgbevf (#1) ixgbevf (#2) ixgbevf (#4,#6) ixgbevf (#5,#7) Internet Week

44 Num/Pinning による性能差 (Mbps) 1,600 vhost-net 1,400 1,200 1, vhost (#0) vhost (#1) vhost (#2) vhost (#4,#6) vhost (#5,#7) Internet Week

45 Num/Pinning による性能差 (fps) 140, , ,000 80,000 60,000 40,000 20,000 vhost-net vhost (#0) vhost (#1) vhost (#2) vhost (#4,#6) vhost (#5,#7) Internet Week

46 Num/Pinning による性能差 (Mbps) 1,400 virtio-net 1,200 1, virtio (#0) virtio (#1) virtio (#2) virtio (#4,#6) virtio (#5,#7) Internet Week

47 Num/Pinning による性能差 (fps) 140, , ,000 80,000 60,000 40,000 20,000 virtio-net virtio (#0) virtio (#1) virtio (#2) virtio (#4,#6) virtio (#5,#7) Internet Week

48 Num/Pinning による性能差 (Mbps) 450 e e1000 (#0) e1000 (#1) e1000 (#2) e1000 (#4,#6) e1000 (#5,#7) Internet Week

49 Num/Pinning による性能差 (fps) 40,000 35,000 30,000 25,000 20,000 15,000 10,000 5,000 e e1000 (#0) e1000 (#1) e1000 (#2) e1000 (#4,#6) e1000 (#5,#7) Internet Week

50 Num/Pinning による性能差 (Mbps) 3,000 macvtap 2,500 2,000 1,500 1, e1000 (#0) e1000 (#2) e1000 (#4,#6) Internet Week

51 Num/Pinning による性能差 (fps) 350, , , , , ,000 50,000 macvtap e1000 (#0) e1000 (#2) e1000 (#4,#6) Internet Week

52 Num/Pinning による性能差 (fps) ホスト割込みCoreとVMのCoreが同じ場合 Core 性能がボトルネックに VM (Guest) CPU Die #0 #0 #2 #4 #6 CPU Die #1 #1 #3 #5 #7 割込み Internet Week

53 Num/Pinning による性能差 (fps) 数による性能は (pinning 位置の影響 ) は Guest Driver により異なる CPU0 へ Pinning した場合を除く ( 前 Slide) ixgbevf (SR-IOV) Core 増加で変わらず / pinning 位置による影響小 vhost-net Core 増加で変わらず / pinning 位置による影響大 virtio-net,e1000, macvtap Core 増加で向上 / pinning 位置による影響小 Internet Week

54 Traffic Direction による性能差 Traffic Guest Driver Num Pinning Host Queue Uni ( 片方向 ) ixgbevf (SR-IOV) vhost-net x 1 #0 #1 RSS=1,1 #2 RSS=4,4 Bi ( 双方向 ) virtio-net e1000 x 2 #4,#6 #5,#7 RSS=8,8 Internet Week

55 Direction による性能差 (SR-IOV) Pin Dir Ave Min Max Ave Min Max #0 Uni #0 Bi #1 Uni #1 Bi #2 Uni #2 Bi #4,#6 Uni #4,#6 Bi #5,#7 Uni #5,#7 Bi % 70% 73% 95% 79% 97% 91% 88% 91% 90% 79% 94% 80% 78% 79% Internet Week

56 Direction による性能差 (vhost : RSS=8,8) Pin Direction Ave Min Max Ave Min Max #0 Uni 109,045 73, ,791 #0 Bi 140, , ,802 #1 Uni 88,234 55, ,240 #1 Bi 140, , ,945 #2 Uni 87,029 66, ,424 #2 Bi 137, , ,395 #4,#6 Uni 94,494 38, ,978 #4,#6 Bi 126,632 58, ,043 #5,#7 Uni 124, , ,153 #5,#7 Bi 130, , , % 173% 127% 160% 232% 131% 159% 193% 125% 134% 152% 115% 105% 97% 108% Internet Week

57 Direction による性能差 (vhost : RSS=4,4) Pin Direction Ave Min Max Ave Min Max #0 Uni 176, , ,376 #0 Bi 174, , ,589 #2 Uni 130, , ,090 #2 Bi 160, , ,517 #4,#6 Uni 154, , ,482 #4,#6 Bi 150, , ,335 99% 105% 92% 123% 125% 119% 97% 102% 82% Internet Week

58 Direction による性能差 (vhost : RSS=1,1) Pin Direction Ave Min Max Ave Min Max #0 Uni 64,694 62,415 66,557 #0 Bi 79,381 75,221 82,798 #1 Uni 119, , ,901 #1 Bi 95,552 93,900 97,289 #2 Uni 108,612 93, ,587 #2 Bi 95,552 93,900 97,289 #4,#6 Uni 85,316 75,521 92,248 #4,#6 Bi 95,552 93,900 97,289 #5,#7 Uni 120, , ,901 #5,#7 Bi 95,389 93,085 97, % 121% 124% 80% 83% 77% 88% 101% 83% 112% 124% 105% 79% 82% 77% Internet Week

59 Direction による性能差 (virtio : RSS=8,8) Pin Direction Ave Min Max Ave Min Max CPU0 Uni 38,520 37,272 40,017 CPU0 Bi 44,518 39,807 46,992 CPU1 Uni 37,557 32,200 40,017 CPU1 Bi 44,518 39,807 46,992 CPU2 Uni 38,780 37,426 40,017 CPU2 Bi 44,518 39,807 46,992 CPU4,6 Uni 48,236 37,426 75,149 CPU4,6 Bi 46,900 39,807 53,948 CPU5,7 Uni 48,199 35,307 75,149 CPU5,7 Bi 44,816 22,593 53, % 107% 117% 119% 124% 117% 115% 106% 117% 97% 106% 72% 93% 64% 71% Internet Week

60 Direction による性能差 (virtio : RSS=1,1) Pin Direction Ave Min Max Ave Min Max CPU0 Uni 17,421 10,742 32,365 CPU0 Bi 24,678 12,172 39,992 CPU1 Uni 38,716 20,168 44,070 CPU1 Bi 50,224 39,992 54,212 CPU2 Uni 47,396 45,971 48,645 CPU2 Bi 60,751 58,500 64,717 CPU4,6 Uni 111, , ,791 CPU4,6 Bi 62,177 57,235 64,762 CPU5,7 Uni 92,940 66, ,639 CPU5,7 Bi 59,058 49,654 64, % 113% 124% 130% 198% 123% 128% 127% 133% 56% 55% 53% 64% 75% 64% Internet Week

61 Direction による性能差 (e1000 : RSS=8,8) Pin Direction Ave Min Max Ave Min Max #0 Uni 20,018 16,523 21,234 #0 Bi 23,055 21,391 23,946 #1 Uni 21,054 19,904 22,043 #1 Bi 23,218 21,391 24,255 #2 Uni 20,322 16,523 22,043 #2 Bi 23,055 21,391 23,946 #4,#6 Uni 21,738 19,904 23,496 #4,#6 Bi 32,510 21,391 35,732 #5,#7 Uni 22,914 19,904 24,489 #5,#7 Bi 33,029 21,391 35, % 129% 113% 110% 107% 110% 113% 129% 109% 150% 107% 152% 144% 107% 146% Internet Week

62 Direction による性能差 (e1000 : RSS=1,1) Pin Direction Ave Min Max Ave Min Max #0 Uni 16,637 10,742 18,035 #0 Bi 21,544 17,804 22,915 #1 Uni 20,261 16,602 21,713 #1 Bi 25,227 21,484 27,698 #2 Uni 21,601 19,996 22,611 #2 Bi 27,334 21,484 30,023 #4,#6 Uni 32,231 29,250 34,251 #4,#6 Bi 41,810 39,992 43,708 #5,#7 Uni 31,530 29,250 32,381 #5,#7 Bi 41,871 39,992 44, % 166% 127% 125% 129% 128% 127% 107% 133% 130% 137% 128% 133% 137% 137% Internet Week

63 まとめ 目的にあった計測方法で 限界性能 vs 機器 技術特性 パケット転送性能には Guest Driver 選択が大きく影響 ixgbevf(sr-iov) >>> macvtap >> vhost-net > virtio-net >> e1000 ホスト割込みと VM 割り当ては別コアに コア数やホストキュー数 (RSS) は 増やせばいいってもんじゃないよ Internet Week

64 今後の課題 実運用に沿った調査を深堀り CPU Pinning する?Auto Balance にした時の性能は? VM 数増加による転送性能の変化と Guest Driver 毎の特性 Bidirectional の時の評価 傾向が Guest Driver により異なる理由?? その他パラメーター変化による調査 リングサイズ ゲスト VM 数 Internet Week

65 Internet Week

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