CN113014453A - k8s中基于DPDK的数据包回放方法、系统及介质 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种k8s中基于DPDK的数据包回放方法、系统及介质,包括:Node配置步骤:配置Node CPU管理策略,创建DaemonSet;Pod配置步骤:创建Userspace CNI CRD,定义Pod网络配置;Pod创建步骤:根据Node配置步骤和Pod配置步骤,为Pod生成对应的网络接口,并创建对应节点上的控制面网络接口以及VPP上的数据面网络接口;DPDK运行步骤:运行Pod内的DPDK程序;VPP是k8s节点上运行的软件交换机,提供数据面交换功能。本发明基于Userspace CNI plugin,提供容器数据面接口,利用DPDK进行高性能数据包回放以及抓包处理。数据面与控制面分离,大流量数据包回放不影响k8s集群控制功能。
Description
技术领域
本发明涉及通信技术领域,具体地,涉及一种k8s中基于DPDK的数据包回放方法、系统及介质。
背景技术
数据包回放指实时或者按需将指定的数据包发送到指定网口上。数据包回放在开发测试、安全测试、性能测试等领域都有着广泛的使用。尤其是性能测试,为了达到压力测试效果,业界普遍采用DPDK技术。DPDK即数据平面开发套件(Data Plane DevelopmentKit)是由6WIND,Intel等多家公司开发,主要基于Linux系统运行,用于快速数据包处理的函数库与驱动集合,可以极大提高数据处理性能和吞吐量,提高数据平面应用程序的工作效率。
随着技术上的方法,尤其是虚拟化技术的发展,当前技术进入容器和云时代。当前业界主要采用Kubernetes(以下简称k8s)作为容器编排方案。k8s是一个开源的,用于管理云平台中多个主机上的容器化的应用,k8s的目标是让容器化应用的部署更加简单并且高效(powerful),k8s提供了应用部署,规划,更新,维护的一种机制。
而在k8s环境中,传统的数据包回放方案存在以下问题:
1)基于内核网卡的数据包回放方案简单,但无法满足大流量压力测试的需求。
2)基于SRIOV技术实现的容器DPDK方案,需要特定的网卡硬件支持。而且同节点之间的流量需要经过内存、PCIe总线、网卡、PCIe总线、内存。
3)同时,数据包回放的网络隔离依赖VLAN,需要配置硬件交换机。
发明内容
针对现有技术中的缺陷,本发明的目的是提供一种k8s中基于DPDK的数据包回放方法、系统及介质。
根据本发明提供的一种k8s中基于DPDK的数据包回放方法,包括:
Node配置步骤:配置Node CPU管理策略,创建DaemonSet;
Pod配置步骤:创建Userspace CNI CRD,定义Pod网络配置;
Pod创建步骤:根据Node配置步骤和Pod配置步骤,为Pod生成对应的网络接口,并创建对应节点上的控制面网络接口以及VPP上的数据面网络接口;
DPDK运行步骤:运行Pod内的DPDK程序;
VPP是k8s节点上运行的软件交换机,提供数据面交换功能。
优选地,所述Node配置步骤包括:
配置Node CPU管理策略,包括k8s节点上CPU的调度策略;
创建Multus CNI plugin DaemonSet,Multus CNI plugin DaemonSet是以Pod方式运行在k8s节点上的CNI plugin,把镜像中的CNI plugin复制到节点上,保证节点上的CNI plugin存在并版本一致;
创建Userspace CNI plugin DaemonSet,Userspace CNI plugin DaemonSet是以Pod方式运行在k8s节点上的CNI plugin,把镜像中的CNI plugin复制到节点上,保证节点上的CNI plugin存在并版本一致;
创建VPP DaemonSet,VPP DaemonSet是以Pod方式运行在k8s节点上的VPPinstance,由k8s保证节点上有且只有一个实例,提供数据面交换功能。
优选地,所述Pod配置步骤包括:
创建Userspace CNI CRD,Userspace CNI CRD是数据面网络配置,预定义Pod数据面网络接口使用的配置信息。
优选地,所述Pod创建步骤包括:
为Pod生成对应的网络接口;
创建对应节点上的控制面网络接口;
创建VPP上的Bridge Daemon,提供隔离功能;
创建VPP上的接口。
根据本发明提供的一种K8s中基于DPDK的数据包回放系统,包括:
Node配置模块:配置Node CPU管理策略,创建DaemonSet;
Pod配置模块:创建Userspace CNI CRD,定义Pod网络配置;
Pod创建模块:根据Node配置模块和Pod配置模块,为Pod生成对应的网络接口,并创建对应节点上的控制面板网络接口以及VPP上的数据面网络接口;
DPDK运行模块:运行Pod内的DPDK程序;
VPP是K8s节点上运行的软件交换机,提供数据面交换功能。
优选地,所述Node配置模块包括:
配置Node CPU管理策略,包括K8s节点上CPU的调度策略;
创建Multus CNI plugin DaemonSet,Multus CNI plugin DaemonSet是以Pod方式运行在K8s节点上的CNI plugin,把镜像中的CNI plugin复制到节点上,保证节点上的CNI plugin存在并版本一致;
创建Userspace CNI plugin DaemonSet,Userspace CNI plugin DaemonSet是以Pod方式运行在K8s节点上的CNI plugin,把镜像中的CNI plugin复制到节点上,保证节点上的CNI plugin存在并版本一致;
创建VPP DaemonSet,VPP DaemonSet是以Pod方式运行在K8s节点上的VPPinstance,由K8s保证节点上有且只有一个实例,提供数据面交换功能。
优选地,所述Pod配置模块包括:
创建Userspace CNI CRD,Userspace CNI CRD是数据面网络配置,预定义Pod数据面网络接口使用的配置信息。
优选地,所述Pod创建模块包括:
为Pod生成对应的网络接口;
创建对应节点上的控制面网络接口;
创建VPP上的Bridge Daemon,提供隔离功能;
创建VPP上的接口。
根据本发明提供的一种存储有计算机软件的计算机可读存储介质,所述计算机软件被处理器执行时实现上述的k8s中基于DPDK的数据包回放方法的步骤。
与现有技术相比,本发明具有如下的有益效果:
1)实现k8s中基于DPDK的大流量,高性能的包回放以及处理。
2)实现k8s中pod多网络接口配置,控制面和数据面分离,不会互相影响。
3)pod数据面网络接口基于VPP软件交换机,不需要特定网卡硬件支持。同节点之间的流量完全基于内存,最大化吞吐量。
4)数据包流量的网络隔离基于VPP软件交换机,不依赖硬件交换机的VLAN配置。由此可以支持灵活配置(一发一收,一发多收,多发多收等等)。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述,本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显:
图1为实施步骤
图2为具体步骤以及组件架构
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明,但不以任何形式限制本发明。应当指出的是,对本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
如图1所示,本发明提供的k8s中基于DPDK的数据包回放方法,包括:
步骤1:配置Node。包括配置Node CPU管理策略,创建Multus CNI plugin,Userspace CNI plugin,VPP等DaemonSet。
步骤2:配置Pod。包括创建Userspace CNI CRD,定义Pod网络配置。
步骤3:创建Pod。使用以上预定义的网络配置,为Pod生成对应的网络接口,并创建对应节点上的接口(控制面)以及VPP上的接口(数据面)。
步骤4:运行DPDK。即运行Pod内的DPDK程序,包括但不限于Pktgen和Pktcap。
其中,参考图2,步骤1包括如下步骤:
步骤1.1:配置Node CPU管理策略。Node CPU管理策略指k8s节点上CPU的调度策略。
创建的参考方法是修改kubelet的启动参数,并重启kubelet。
步骤1.2:创建Multus CNI plugin DaemonSet。Multus CNI plugin DaemonSet是以Pod方式运行在k8s节点上的CNI plugin,其作用是把镜像中的CNI plugin复制到节点上,保证节点上的CNI plugin存在并版本一致。
创建的参考方法是kubectl create-f ds-multus-cni.yaml。
步骤1.3:创建Userspace CNI plugin DaemonSet。Userspace CNI pluginDaemonSet是以Pod方式运行在k8s节点上的CNI plugin,其作用是把镜像中的CNI plugin复制到节点上,保证节点上的CNI plugin存在并版本一致。
创建的参考方法是kubectl create-f ds-userspace-cni.yaml。
步骤1.4:创建VPP DaemonSet。VPP DaemonSet是以Pod方式运行在k8s节点上的VPP instance,由k8s保证节点上有且只有一个实例,其作用是提供数据面交换功能。
创建的参考方法是kubectl create-f ds-vpp.yaml。
其中,参考图2,步骤2包括如下步骤:
步骤2.1:创建Userspace CNI CRD。Userspace CNI CRD是数据面网络配置,其作用是预定义pod数据面网络接口使用的配置信息。
创建的参考方法是kubectl create-f crd-vpp-net1.yaml。
其中,参考图2,步骤3包括如下步骤:
步骤3.1:使用步骤2预定义的网络配置,为Pod生成对应的网络接口:eth0veth以及eth1 virtio_user。
生成的参考方法是kubectl create-f pod-1.yaml。
步骤3.2:创建对应节点上的接口(控制面):veth。
创建的参考方法是由Calico/Flannel CNI plugin自动生成。
步骤3.3:创建VPP上的Bridge Daemon,是指VPP instance中的隔离区,其作用是提供类似VLAN的隔离功能。
创建的参考方法是Userspace CNI plugin自动生成。
步骤3.4:创建VPP上的接口(数据面):vhost_user并加入对应的Bridge Daemon。VPP是k8s节点上运行的软件交换机,其作用是提供数据面交换功能。
创建的参考方法是Userspace CNI plugin自动生成。
实施举例1:
参考图2,本方法包括以下组件:
Kubernetes CNI:k8s网络配置接口,其作用是配置k8s中pod的网络。
Multus CNI:pod多网卡配置接口,其作用是管理多个网络配置接口。
Userspace CNI plugin:用户态网络配置接口,其作用是配置pod的数据面网络接口。
Calico/Flannel CNI plugin:内核态网络配置接口,其作用是配置pod的控制面网络接口。
Userspace CNI CRD:数据面网络配置,其作用是预定义pod数据面网络接口使用的配置信息。
Pod:k8s中调度的应用容器,其作用是运行包回放以及处理的应用。
Host:k8s中的节点,其作用是运行pod的物理机或者虚拟机。
CPU Management Policy:k8s节点上CPU的调度策略,其作用是对节点上的pod进行CPU核绑定,提高应用运行性能。
其中,Pod组件又包括以下组件:
ContainerPktgen DPDK:包回放应用,其作用是根据输入回放网络数据包。
ContainerPktcap DPDK:包处理应用,其作用是捕获网络接口上的数据包,进行分析处理。
Eth0 veth:Pod控制面网络接口,其作用是为pod的控制面流量提供输入输出处理。
Eth1 virtio_user:Pod数据面网络接口,其作用是为pod的数据面流量提供输入输出处理。
其中,Host组件又包括以下组件:
veth:内核中的控制面网络接口,其作用是为pod的控制面流量提供输入输出处理。
NIC:物理网卡,其作用是节点对外流量的输入输出处理。
VPP Instance:k8s节点上运行的软件交换机,其作用是提供数据面交换功能。
Kubelet:k8s节点上的管理软件,其作用是实现节点上所有控制面的功能。
其中,Host组件的VPP Instance组件又包括以下组件:
Bridge Daemon:VPP instance中的隔离区,其作用是提供类似VLAN的隔离功能。
vhost_user:VPP instance中的数据面网络接口,其作用是为pod的数据面流量提供输入输出处理。
此外,三种不同的连线表示如下含义:
Control Plane:控制面数据流。
Data Plane:数据面数据流。
Provisioning:各组件之间配置流程拓扑。
本领域技术人员知道,除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以外,完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同功能。所以,本发明提供的系统及其各项装置、模块、单元可以被认为是一种硬件部件,而对其内包括的用于实现各种功能的装置、模块、单元也可以视为硬件部件内的结构;也可以将用于实现各种功能的装置、模块、单元视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。
在本申请的描述中,需要理解的是,术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本申请和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本申请的限制。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是,本发明并不局限于上述特定实施方式,本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改,这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下,本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。
Claims (9)
1.一种k8s中基于DPDK的数据包回放方法,其特征在于,包括:
Node配置步骤:配置Node CPU管理策略,创建DaemonSet;
Pod配置步骤:创建Userspace CNI CRD,定义Pod网络配置;
Pod创建步骤:根据Node配置步骤和Pod配置步骤,为Pod生成对应的网络接口,并创建对应节点上的控制面网络接口以及VPP上的数据面网络接口;
DPDK运行步骤:运行Pod内的DPDK程序;
VPP是k8s节点上运行的软件交换机,提供数据面交换功能。
2.根据权利要求1所述的k8s中基于DPDK的数据包回放方法,其特征在于,所述Node配置步骤包括:
配置Node CPU管理策略,包括k8s节点上CPU的调度策略;
创建Multus CNI plugin DaemonSet,Multus CNI plugin DaemonSet是以Pod方式运行在k8s节点上的CNI plugin,把镜像中的CNI plugin复制到节点上,保证节点上的CNIplugin存在并版本一致;
创建Userspace CNI plugin DaemonSet,Userspace CNI plugin DaemonSet是以Pod方式运行在k8s节点上的CNI plugin,把镜像中的CNI plugin复制到节点上,保证节点上的CNI plugin存在并版本一致;
创建VPP DaemonSet,VPP DaemonSet是以Pod方式运行在k8s节点上的VPP instance,由k8s保证节点上有且只有一个实例,提供数据面交换功能。
3.根据权利要求1所述的k8s中基于DPDK的数据包回放方法,其特征在于,所述Pod配置步骤包括:
创建Userspace CNI CRD,Userspace CNI CRD是数据面网络配置,预定义Pod数据面网络接口使用的配置信息。
4.根据权利要求1所述的k8s中基于DPDK的数据包回放方法,其特征在于,所述Pod创建步骤包括:
为Pod生成对应的网络接口;
创建对应节点上的控制面网络接口;
创建VPP上的Bridge Daemon,提供隔离功能;
创建VPP上的接口。
5.一种K8s中基于DPDK的数据包回放系统,其特征在于,包括:
Node配置模块:配置Node CPU管理策略,创建DaemonSet;
Pod配置模块:创建Userspace CNI CRD,定义Pod网络配置;
Pod创建模块:根据Node配置模块和Pod配置模块,为Pod生成对应的网络接口,并创建对应节点上的控制面网络接口以及VPP上的数据面网络接口;
DPDK运行模块:运行Pod内的DPDK程序;
VPP是K8s节点上运行的软件交换机,提供数据面交换功能。
6.根据权利要求5所述的K8s中基于DPDK的数据包回放系统,其特征在于,所述Node配置模块包括:
配置Node CPU管理策略,包括K8s节点上CPU的调度策略;
创建Multus CNI plugin DaemonSet,Multus CNI plugin DaemonSet是以Pod方式运行在K8s节点上的CNI plugin,把镜像中的CNI plugin复制到节点上,保证节点上的CNIplugin存在并版本一致;
创建Userspace CNI plugin DaemonSet,Userspace CNI plugin DaemonSet是以Pod方式运行在K8s节点上的CNI plugin,把镜像中的CNI plugin复制到节点上,保证节点上的CNI plugin存在并版本一致;
创建VPP DaemonSet,VPP DaemonSet是以Pod方式运行在K8s节点上的VPP instance,由K8s保证节点上有且只有一个实例,提供数据面交换功能。
7.根据权利要求5所述的K8s中基于DPDK的数据包回放系统,其特征在于,所述Pod配置模块包括:
创建Userspace CNI CRD,Userspace CNI CRD是数据面网络配置,预定义Pod数据面网络接口使用的配置信息。
8.根据权利要求5所述的K8s中基于DPDK的数据包回放系统,其特征在于,所述Pod创建模块包括:
为Pod生成对应的网络接口;
创建对应节点上的控制面网络接口;
创建VPP上的Bridge Daemon,提供隔离功能;
创建VPP上的接口。
9.一种存储有计算机软件的计算机可读存储介质,其特征只在于,所述计算机软件被处理器执行时实现权利要求1至4任一项所述的k8s中基于DPDK的数据包回放方法的步骤。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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