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公開番号2024180507
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-12-26
出願番号2024177790,2023506646
出願日2024-10-10,2021-03-18
発明の名称サーバおよびプログラム
出願人日本電信電話株式会社
代理人弁理士法人磯野国際特許商標事務所
主分類G06F 9/48 20060101AFI20241219BHJP(計算;計数)
要約【課題】消費電力の低減を図りつつ、APLを改変することなく、サーバ内の遅延を小さくしてパケット転送を行う。
【解決手段】OS70が、リングバッファ72と、ポールリスト186と、を有し、カーネル171内に、ポーリングモデルを用いてパケット到着を監視するthreadを立ち上げるサーバ内遅延制御装置100を備え、ポールリスト186を監視するパケット到着監視部110と、パケットが到着している場合は、リングバッファ72に保持したパケットを参照し、次に行う処理に基づいて該当するキューのエントリをリングバッファ72から削除する刈取りを実行するパケット刈取部120と、パケットが所定期間到着しない場合はスレッドをスリープさせ、かつ、パケット到着時はこのスレッドのハードウェア割込によりスリープ解除を行うsleep管理部130と、を備える。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
サーバ内遅延制御装置であって、
OSが、
カーネルと、
前記OSを備えるサーバ中のメモリ空間で、前記カーネルが管理するリングバッファと、
インターフェイス部からのハードウェア割込がどのデバイスのものであるかを示すネットデバイスの情報を登録するポールリストと、を有し、
前記カーネル内に、ポーリングモデルを用いてパケット到着を監視するスレッドを立ち上げる前記サーバ内遅延制御装置を備えており、
前記サーバ内遅延制御装置は、
前記ポールリストを監視するパケット到着監視部と、
パケットが到着している場合は、前記リングバッファに保持したパケットを参照し、次に行う処理に基づいて該当するキューのエントリを前記リングバッファから削除する刈取りを実行するパケット刈取部と、
パケットが所定期間到着しない場合は前記スレッドをスリープさせ、かつ、パケット到着時はハードウェア割込により当該スレッドのスリープ解除を行うスリープ管理部と、を備える
ことを特徴とするサーバ内遅延制御装置。
続きを表示（約 2,400 文字）【請求項２】
サーバ内遅延制御装置であって、
仮想マシン内で動作するGuest OSが、
カーネルと、
前記Guest OSを備えるサーバ中のメモリ空間で、前記カーネルが管理するリングバッファと、
インターフェイス部からのハードウェア割込がどのデバイスのものであるかを示すネットデバイスの情報を登録するポールリストと、
刈取りが実行されたパケットのプロトコル処理を行うプロトコル処理部と、を有し、
前記カーネル内に、ポーリングモデルを用いてパケット到着を監視するスレッドを立ち上げる前記サーバ内遅延制御装置を備えており、
前記サーバ内遅延制御装置は、
前記ポールリストを監視するパケット到着監視部と、
パケットが到着している場合は、前記リングバッファに保持したパケットを参照し、次に行う処理に基づいて該当するキューのエントリを前記リングバッファから削除する前記刈取りを実行するパケット刈取部と、
パケットが所定期間到着しない場合は前記スレッドをスリープさせ、かつ、パケット到着時はハードウェア割込により当該スレッドのスリープ解除を行うスリープ管理部と、を備える
ことを特徴とするサーバ内遅延制御装置。
【請求項３】
サーバ内遅延制御装置であって、
仮想マシンおよび前記仮想マシン外に形成された外部プロセスが動作可能なHost OSが、
カーネルと、
前記Host OSを備えるサーバ中のメモリ空間で、前記カーネルが管理するリングバッファと、
インターフェイス部からのハードウェア割込がどのデバイスのものであるかを示すネットデバイスの情報を登録するポールリストと、
前記カーネルにより作成される仮想インターフェイスであるtapデバイスと、を備え、
前記カーネル内に、ポーリングモデルを用いてパケット到着を監視するスレッドを立ち上げる前記サーバ内遅延制御装置を備えており、
前記サーバ内遅延制御装置は、
前記ポールリストを監視するパケット到着監視部と、
パケットが到着している場合は、前記リングバッファに保持したパケットを参照し、次に行う処理に基づいて該当するキューのエントリを前記リングバッファから削除する刈取りを実行するパケット刈取部と、
パケットが所定期間到着しない場合は前記スレッドをスリープさせ、かつ、パケット到着時はハードウェア割込により当該スレッドのスリープ解除を行うスリープ管理部と、を備える
ことを特徴とするサーバ内遅延制御装置。
【請求項４】
前記スリープ中に、前記スレッドが使用するＣＰＵコアのＣＰＵ動作周波数を低く設定するCPU周波数設定部を備える
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のサーバ内遅延制御装置。
【請求項５】
前記スリープ中に、前記スレッドが使用するＣＰＵコアのＣＰＵアイドル状態を省電力モードに設定するＣＰＵアイドル設定部を備える
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のサーバ内遅延制御装置。
【請求項６】
前記カーネルは、当該カーネルを起動させたまま、処理動作を変更可能なパッチを有する
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のサーバ内遅延制御装置。
【請求項７】
サーバ内遅延制御装置のサーバ内遅延制御方法であって、
OSが、
カーネルと、
前記OSを備えるサーバ中のメモリ空間で、前記カーネルが管理するリングバッファと、
インターフェイス部からのハードウェア割込がどのデバイスのものであるかを示すネットデバイスの情報を登録するポールリストと、を有し、
前記カーネル内に、ポーリングモデルを用いてパケット到着を監視するスレッドを立ち上げるサーバ内遅延制御装置を備えており、
前記サーバ内遅延制御装置は、
前記ポールリストを監視するステップと、
パケットが到着している場合は、前記リングバッファに保持したパケットを参照し、次に行う処理に基づいて該当するキューのエントリを前記リングバッファから削除する刈取りを実行するステップと、
パケットが所定期間到着しない場合は前記スレッドをスリープさせ、かつ、パケット到着時はハードウェア割込により当該スレッドのスリープ解除を行うステップと、を実行する
ことを特徴とするサーバ内遅延制御方法。
【請求項８】
OSが、
カーネルと、
前記OSを備えるサーバ中のメモリ空間で、前記カーネルが管理するリングバッファと、
インターフェイス部からのハードウェア割込がどのデバイスのものであるかを示すネットデバイスの情報を登録するポールリストと、を有し、
前記カーネル内に、ポーリングモデルを用いてパケット到着を監視するスレッドを立ち上げるサーバ内遅延制御装置を備えており、前記サーバ内遅延制御装置としてのコンピュータに、
前記ポールリストを監視するパケット到着監視手順、
パケットが到着している場合は、前記リングバッファに保持したパケットを参照し、次に行う処理に基づいて該当するキューのエントリを前記リングバッファから削除する刈取りを実行するパケット刈取手順、
パケットが所定期間到着しない場合は前記スレッドをスリープさせ、かつ、パケット到着時はハードウェア割込により当該スレッドのスリープ解除を行うスリープ管理手順、
を実行させるためのプログラム。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、サーバ内遅延制御装置、サーバ内遅延制御方法およびプログラムに関する。
続きを表示（約 2,400 文字）【背景技術】
【０００２】
ＮＦＶ（Network Functions Virtualization：ネットワーク機能仮想化）による仮想化技術の進展などを背景に、サービス毎にシステムを構築して運用することが行われている。また、上記サービス毎にシステムを構築する形態から、サービス機能を再利用可能なモジュール単位に分割し、独立した仮想マシン（ＶＭ：Virtual Machineやコンテナなど）環境の上で動作させることで、部品のようにして必要に応じて利用し運用性を高めるといったＳＦＣ（Service Function Chaining）と呼ばれる形態が主流となりつつある。
【０００３】
仮想マシンを構成する技術としてLinux（登録商標）とＫＶＭ（kernel-based virtual machine）で構成されたハイパーバイザー環境が知られている。この環境では、ＫＶＭモジュールが組み込まれたHost OS（物理サーバ上にインストールされたＯＳをHost OSと呼ぶ）がハイパーバイザーとしてカーネル空間と呼ばれるユーザ空間とは異なるメモリ領域で動作する。この環境においてユーザ空間にて仮想マシンが動作し、その仮想マシン内にGuest OS（仮想マシン上にインストールされたＯＳをGuest OSと呼ぶ）が動作する。
【０００４】
Guest OSが動作する仮想マシンは、Host OSが動作する物理サーバとは異なり、（イーサーネットカードデバイスなどに代表される）ネットワークデバイスを含むすべてのＨＷ（hardware）が、ＨＷからGuest OSへの割込処理やGuest OSからハードウェアへの書き込みに必要なレジスタ制御となる。このようなレジスタ制御では、本来物理ハードウェアが実行すべき通知や処理がソフトウェアで擬似的に模倣されるため、性能がHost OS環境に比べ、低いことが一般的である。
【０００５】
この性能劣化において、特にGuest OSから自仮想マシン外に存在するHost OSや外部プロセスに対して、ＨＷの模倣を削減し、高速かつ統一的なインターフェイスにより通信の性能と汎用性を向上させる技術がある。この技術として、virtioというデバイスの抽象化技術、つまり準仮想化技術が開発されており、すでにLinux（登録商標）を始め、FreeBSD（登録商標）など多くの汎用ＯＳに組み込まれ、現在利用されている。
【０００６】
virtioでは、コンソール、ファイル入出力、ネットワーク通信といったデータ入出力に関して、転送データの単一方向の転送用トランスポートとして、リングバッファで設計されたキューによるデータ交換をキューのオペレーションにより定義している。そして、virtioのキューの仕様を利用して、それぞれのデバイスに適したキューの個数と大きさをGuest OS起動時に用意することにより、Guest OSと自仮想マシン外部との通信を、ハードウェアエミュレーションを実行せずにキューによるオペレーションだけで実現することができる。
【０００７】
［割込モデルによるパケット転送（汎用VM構成の例）］
図９は、汎用Linux kernel（登録商標）およびＶＭ構成のサーバ仮想化環境における、割込モデルによるパケット転送を説明する図である。
ＨＷ１０は、NIC（Network Interface Card）１１（物理NIC）(インターフェイス部)を有し、Host OS２０、仮想マシンを構築するハイパーバイザーであるＫＶＭ３０、仮想マシン（ＶＭ１，ＶＭ２）４０、およびGuest OS５０により構築された仮想通信路を経由してuser space（ユーザスペース）６０上のパケット処理ＡＰＬ（Application）１との間でデータ送受信の通信を行う。以下の説明において、図９の太矢印に示すように、パケット処理ＡＰＬ１が、ＨＷ１０からのパケットを受け取るデータの流れをＲｘ側受信と称し、パケット処理ＡＰＬ１が、ＨＷ１０にパケットを送信するデータの流れをＴｘ側送信と称する。
【０００８】
Host OS２０は、kernel２１、Ring Buffer２２、およびDriver２３を有し、kernel２１は、kernel threadであるvhost-netモジュール２２１と、tapデバイス２２２と、仮想スイッチ(br)２２３と、を有する。
【０００９】
tapデバイス２２２は、仮想ネットワークのカーネルデバイスであり、ソフトウェアでサポートされている。仮想マシン（ＶＭ１）４０は、仮想ブリッジ(bridge)に作成される仮想スイッチ(br)２２３を介してGuest OS５０とHost OS２０が通信できる。tapデバイス２２２は、この仮想ブリッジに作成されるGuest OS５０の仮想NIC（vNIC）と繋がるデバイスである。
【００１０】
Host OS２０は、Guest OS５０の仮想マシン内で構築された構成情報（共有バッファキューの大きさ、キューの数、識別子、リングバッファへアクセスするための先頭アドレス情報など）をvhost-netモジュール２２１にコピーし、仮想マシン側の端点の情報をHost OS２０内部に構築する。このvhost-netモジュール２２１は、virtioネットワーキング用のカーネルレベルのバックエンドであり、virtioパケット処理タスクをユーザ領域（ユーザ空間）からkernel２１のvhost-netモジュール２２１に移すことで仮想化のオーバーヘッドを低減できる。
（【００１１】以降は省略されています）

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