TSoR: クラウドネットワーキングの新しいアドバンテージ

クラウドネイティブアプリは、ネットワーク上での迅速かつ効率的な通信が必要だよね。そこで注目されてるのがRDMA（リモートダイレクトメモリアクセス）っていう方法。これは従来のネットワーク手法に比べて、より高速で遅延が少ないって言われてる。ただ、コンテナ化されたアプリとRDMAを使うにはいくつかの問題があるんだ。

#コンテナにおけるRDMAの問題

1. コードの変更なし: 開発者は新しいネットワークでアプリをより良くするために、アプリ自体を変更したくないんだ。多くのアプリはすでに標準ソケットを使ってて、変更が難しいこともある。

2. 管理ツールとの統合: Kubernetesみたいなコンテナ管理ツールは、新しいネットワーク方式とスムーズに連携する必要があるのに、互換性がなければアプリのセットアップや運用が面倒になるんだ。

3. パフォーマンス活用: RDMAの速度を最大限に活かすには、ボトルネックを作らずにRDMAの可能性を引き出すネットワーク設計が重要だよ。

#RDMA上のTCPソケット（TSoR）

これらの課題を解決するために、TSoRっていう新しいネットワークソリューションが提案されてるんだ。TSoRは、従来のTCPソケット通信とRDMAネットワークの接続を作ることで、開発者にとってシンプルさを保ってる。

#TSoRの仕組み

TSoRは、既存のアプリがコード変更なしでRDMAを通じて通信できるようにする。Kubernetesみたいなコンテナランタイムやオーケストレーションツールと統合されていて、使いやすいんだ。TSoRはTCP通信を効率的にRDMAを通じて転送するための特別なネットワークスタックも構築してるよ。

#TSoRの評価

TSoRは、RedisやNode.jsみたいなさまざまな人気アプリを使ってテストされて、従来のコンテナネットワークと比較したパフォーマンスが測定されたんだ。結果として、TSoRははるかに高いデータ転送速度を提供し、遅延も減らして、アプリがコードを変更せずに大幅に速く動くことができることがわかったよ。

#主な利点

• 透過的なアクセラレーション: アプリは動作を変えずにRDMAネットワークから利益を得られる。
• 簡単な統合: Kubernetesや他のコンテナ管理ツールと互換性があって、使いやすい。
• 高パフォーマンス: コンテナアプリのデータスループットを大幅に向上させ、レイテンシを下げることができる。

#コンテナの役割

コンテナはクラウドネイティブアプリの基本単位だね。異なるプラットフォーム間での移動の容易さ、リソース使用の効率、失敗管理の向上など、多くの利点を提供する。コンテナオーケストレーションシステムを使えば、デプロイメントやスケーリング、ネットワーキングが自動化できる。

#コンテナにおけるネットワーキングの重要性

コンテナオーケストレーションの効果的な運用にはネットワーキングが不可欠だよ。コンテナ同士が通信できるようにし、さまざまなサービスとシームレスに統合できるようにする。一般的なコンテナネットワーキングソリューションは標準TCP/IPプロトコルを使ってるけど、追加のオーバーヘッドでパフォーマンスに制限が出ることもあるんだ。

#RDMAの理解

RDMAを使うと、あるアプリが異なるマシン上の別のアプリのメモリに直接アクセスできるようになる。これにより、従来のネットワーク手法よりもかなり低い遅延と高い速度が実現される。RDMAは、高データ処理を必要とする環境、例えば機械学習や高性能計算で使用されることが増えてきてるよ。

#既存のソリューションの課題

多くの既存のTCPトラフィックをRDMAネットワークに転送するソリューションは、現代のコンテナ化された環境のすべてのニーズを満たしていない。いくつかのソリューションはTCPトラフィックをキャッチするのを助けるけど、Kubernetesのようなオーケストレーションシステムとうまく統合できないことが多いんだ。

#TSoRの機能

TSoRにはいくつかの重要な機能があるよ：

1. POSIXソケットサポート: TSoRは標準のPOSIXソケットインターフェースをサポートしてて、アプリは変更なしでRDMAネットワークを通じて通信できるんだ。

2. Kubernetes統合: TSoRはKubernetesのネットワーキングモデルに適合してるから、既存のインフラに簡単にフィットしてKubernetesの組み込み機能を活用できる。

3. 高性能データ転送: TSoRの設計は、RDMAのポテンシャルを効率的に活用して、高速でレスポンシブなネットワーク通信を実現してるよ。

#TSoRのアーキテクチャ

TSoRのアーキテクチャは、異なるコンポーネントが一緒に働いてるんだ：

• TSoRサービス: これは、異なるノードで動作しているコンテナ化されたアプリとRDMAネットワーク間の通信を管理するメイン部分だよ。

• TSoRクライアント: TSoRクラスター内の各コンテナやゲートウェイには、データ転送のためにTSoRサービスとやりとりするクライアントがあるんだ。

• TSoRゲートウェイ: ゲートウェイは内部のRDMAネットワークトラフィックを外部のTCPトラフィックに接続して、コンテナがネットワークの外部のサービスとやりとりできるようにするよ。

#TSoRサービスの詳細

TSoRサービスは、いくつかのタスクを処理するんだ：

• クライアント管理: クライアントを追跡して、その通信を管理するよ。

• 接続管理: 異なるノード間のRDMA接続を設定して管理するんだ。

• データ転送処理: RDMAネットワークを通じてデータトラフィックの送受信を処理するよ。

#接続確立のステップ

新しいノードがTSoRシステムに参加すると、接続を確立するために以下のステップが行われるんだ：

1. TCPサーバーの開始: サービスは新しいノードからの接続を待つためにTCPサーバーを開始するよ。

2. 接続リクエスト: 新しいノードが既存のノードに連絡して接続を設定するんだ。

3. RDMA接続設定: ノードが情報を交換してRDMA接続を確立するよ。

#データ転送プロセス

TSoRを介したデータ転送は、いくつかのステップがあるんだ：

1. アプリがTSoRクライアントにデータリクエストを送る。
2. クライアントはリクエストを処理のためにキューに入れる。
3. TSoRサービスがリクエストを取得してデータをRDMA経由で送信する。
4. サービスはデータが処理の準備ができたことをクライアントに通知する。
5. クライアントがアプリのためにデータを取得するよ。

#データ転送の最適化

効率を改善するために、いくつかの最適化が行われた：

• パイプライニング: これにより、データの同時送信と受信が可能になって、全体のスループットが向上する。

• シグナルの統合: データ転送中のクライアントとサービス間の不必要な通信を減らすよ。

• アイドルスリープ: 新しいリクエストを通知されるまで、サービスをスリープモードにしてCPU使用量を最小限に抑える。

#Kubernetes統合とネットワーキングモデル

TSoRは、さまざまな通信タイプをサポートしてKubernetesのネットワーキングとよく連携するよ：

1. Pod間通信: コンテナ同士がシームレスに通信できる。

2. Podとサービスの通信: Podで動作しているアプリを他のサービスに公開する。

3. 外部からサービスへのアクセス: 外部クライアントがTSoRクラスター内のサービスにアクセスできる。

4. Podから外部リソースへのアクセス: Podがクラスター外のリソースにアクセスできる。

#TSoRのルーティングソリューション

TSoRには、効率的な通信を確保するための高度なルーティングシステムがあるんだ：

• IPアサイン: 各PodにはユニークなIPアドレスが割り当てられて、ルーティングが簡素化される。

• 複数のルックアップテーブル: TSoRは、さまざまなタイプのネットワークトラフィックを管理し、ルーティングするためにいくつかのテーブルを使ってるよ。

#TSoRのパフォーマンス評価

パフォーマンステストでは、TSoRはすごい結果を出した：

• スループット: TSoRは、他のネットワーキング手法を上回るデータ転送率を達成したよ。

• レイテンシ: データ転送時の遅延が明らかに低くて、アプリがよりレスポンシブになった。

• スケーラビリティ: TSoRは、負荷が増えても高パフォーマンスを維持し、多くの同時接続を処理できることを示した。

#実世界アプリのテスト

TSoRのパフォーマンスは、RedisやNode.js、etcdなどのさまざまな実世界のアプリを使って評価されたんだ。

#Redis

Redisの場合、TSoRは従来のソリューションに比べて応答時間が短く、スループットも高くて、データストレージ操作における効果的なソリューションを示したよ。

#Node.js

Node.jsのテストでは、TSoRは特に大きなデータサイズを扱う際に、ウェブリクエストの応答時間が常に速いことがわかった。

#etcd

etcdとのテストでは、TSoRがリクエストを効率的に管理できることが示され、さまざまな種類の分散アプリとの互換性がさらに証明されたんだ。

#今後の作業と開発

TSoRは進化を続けていて、いくつかのさらなる開発の分野があるよ：

• UDPソケットのサポート: 既存のインフラの上に、UDPトラフィックも扱えるようにする。

• ポッド間通信の改善: 同じホストでの通信を最適化して、さらに良いパフォーマンスを実現する。

• SmartNICオフロード: TSoRの一部をSmartNICにオフロードすることでCPUリソースを節約し、パフォーマンスを向上させることができる。

#結論

TSoRは、クラウドネイティブアプリのためのネットワーキングソリューションにおいて強い進歩を代表してるんだ。TCPソケットとRDMAの利点を組み合わせることで、既存のアプリが大幅にパフォーマンスを向上させる道筋を示してる。TSoRは、現代のコンテナ化された環境の要求に応えつつ、Kubernetesのような既存のオーケストレーションツールともシームレスに統合される。さまざまなテストを通じて実証されたように、TSoRは今後の高性能コンピューティングやデータ集約処理への適用において大きな期待が寄せられてるんだ。