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第5章 NFV のパフォーマンスの考慮事項

ネットワーク機能仮想化 (NFV) ソリューションが有用であるためには、VF が物理実装のパフォーマンス以上である必要があります。Red Hat の仮想化技術は、OpenStack およびクラウドのデプロイメントで一般的に使用されている高フォーマンスの Kernel-based Virtual Machine (KVM) ハイパーバイザーをベースにしています。

5.1. CPU と NUMA ノード

以前は、x86 システムの全メモリーは、システム内のどの CPU からでも同等にアクセスできていました。これにより、システム内で操作を行う CPU、Uniform Memory Access (UMA) を参照する CPU はどれでも、メモリーのアクセス時間が同じでした。

Non-Uniform Memory Access (NUMA) では、システムメモリーは、特定の CPU またはソケットに割り当てられるノードと呼ばれるゾーンに分割されます。CPU のローカルにあるメモリーには、そのシステムのリモートの CPU に接続されているメモリーにアクセスするよりも高速です。通常、NUMA システム上のソケットにはそれぞれローカルのメモリーノードがあり、別の CPU のローカルにあるノードのメモリーや、全 CPU で共有されるバス上のメモリーよりも、コンテンツに早くアクセスできます。

同様に、物理 NIC はコンピュートノードのハードウェア上の PCI スロットに配置されます。これらのスロットは、特定の NUMA ノードに関連付けられた特定の CPU ソケットに接続されます。パフォーマンスを最適化するには、CPU の設定 (SR-IOV or OVS-DPDK) と同じ NUMA ノードにデータパス NIC を接続します。

NUMA を使用しない場合のパフォーマンスへの影響は大きく、一般的に、パフォーマンス の10 % 以上が影響を受けます。各 CPU ソケットには、仮想化を目的とする個別の CPU として扱われる複数の CPU コアを配置することができます。

OpenStack Compute は、インスタンスの起動時にスマートなスケジューリングや配置の意思決定を行います。管理者はこのような機能を活用すると、NFV や高性能コンピューティング (HPC) などの特化されたワークロードを対象にするカスタマイズされたパフォーマンスフレーバーを構築することができます。

ヒント

NUMA についての予備知識は、「What is NUMA and how does it work on Linux ?」 の記事に記載されています。

5.2. NUMA ノードの例

以下の図では、2 つのノードからなる NUMA システムの例と、CPU コアとメモリーページを利用可能にする方法の例が提供されています。

OpenStack NUMA Topology 39825 0416 ADF
注記

Interconnect 経由で利用可能なリモートのメモリーには、NUMA ノード 0 からの VM1 に NUMA ノード 1 の CPU コアがある場合 のみ、アクセスすることができます。このような場合には、NUMA ノード 1 のメモリーは、VM 1 の 3 番目の CPU コアのローカルとして機能しますが (例: 上記の図では、VM1 は CPU 4 が割り当てられています)、同時に、同じ VM の別の CPU コアに対してはリモートメモリーとして機能します。

5.3. CPU ピニング

CPU ピニングは、指定のホスト内にある特定の物理 CPU 上で特定の仮想マシンの仮想 CPU を実行する機能のことです。vCPU ピニングでは、ベアメタルシステムへのピニングタスクと同様の利点が得られます。仮想マシンは、ホストのオペレーティングシステムのユーザー空間タスクとして実行されるので、ピニングすることでキャッシュの効率性が向上されます。

詳細は、『インスタンス&イメージガイド』の「NUMA ノードを使用する CPU ピニングの設定」 を参照してください。

5.4. hugepage

物理メモリーは、ページと呼ばれる連続した一連のリージョンに分割されます。効率化を図るため、システムは、各メモリーバイトにアクセスするのではなく、ページ全体にアクセスしてメモリーを取得します。このような変換を実行するには、システムは、最近使用されたページまたは頻繁に使用されるページの物理から仮想アドレスのマッピングが含まれるトランスレーションルックアサイドバッファー (TLB: Translation Lookaside Buffers) をチェックします。検索したマッピングが TLB にない場合には、プロセッサーは全ページテーブルで同じ処理を反復して、アドレスマッピングを判断する必要があります。TLB を最適化し、これらの TLB ミス時に発生するパフォーマンスペナルティーを最小限に抑えます。

X86 システムの通常のページサイズは 4KB です。ページサイズが大きいと、全体的なページ数が少なくなるので、TLB に仮想から物理アドレスの変換を保存可能なシステムメモリー量が増えることになります。その結果、TLB ミスの可能性が低くなり、パフォーマンスが向上します。ページサイズが大きいと、プロセスはページに割り当てる必要があるため、メモリーを無駄にする可能性が高くなりますが、すべてのメモリーが必要となることはあまりありません。そのため、ページサイズを選択する際には、より大きいページを使用してアクセス時間を速くするか、より小さいページを使用して最大限にメモリーが使用されるようにするかで、トレードオフが生じます。

5.5. ポートセキュリティー

ポートセキュリティーは、不正なアクセスを防ぐ手段です。発信元ネットワークポートのソース IP およびソース MAC アドレスと一致しない送信トラフィックをブロックします。セキュリティーグループルールを使用して、この挙動を監視または変更することはできません。

デフォルトでは、OpenStack で新たに作成される Neutron ネットワークの port_security_enabled パラメーターは、enabled に設定されます。ネットワーク上で新たに作成されるポートは、そのネットワークから port_security_enabled パラメーターの値をコピーします。

ファイアウォールまたはルーターの構築など一部の NFV のユースケースでは、ポートセキュリティーを無効にしなければならない場合があります。

ネットワークで作成されるすべての新規ポートでポートセキュリティーを無効にするには、そのネットワークの port_security_enabled パラメーターを disabled に設定します。

特定のポートでポートセキュリティーを無効にするには、以下のコマンドを実行します。

openstack port set --disable-port-security <port-id>

ネットワークで作成されるすべての新規ポートで、ポートセキュリティーの有効化を阻止するには、以下のコマンドを実行します。

openstack network set --disable-port-security <network-id>