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第12章 ハードウェアネットワーク

12.1. Single Root I/O Virtualization (SR-IOV) ハードウェアネットワークについて
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Single Root I/O Virtualization (SR-IOV) 仕様は、単一デバイスを複数の Pod で共有できる PCI デバイス割り当てタイプの標準です。

SR-IOV を使用すると、準拠したネットワークデバイス (ホストノードで物理機能 (PF) として認識される) を複数の仮想機能 (VF) にセグメント化することができます。VF は他のネットワークデバイスと同様に使用されます。デバイスの SR-IOV デバイスドライバーは、VF がコンテナーで公開される方法を判別します。

  • netdevice ドライバー: コンテナーの netns 内の通常のカーネルネットワークデバイス
  • vfio-pci ドライバー: コンテナーにマウントされるキャラクターデバイス

SR-IOV ネットワークデバイスは、ベアメタルまたは Red Hat Open Stack Platform (RHOSP) インフラ上にインストールされた OpenShift Container Platform クラスターにネットワークを追加して、高帯域または低遅延を確保する必要のあるアプリケーションに使用できます。

次のコマンドを使用して、ノードで SR-IOV を有効にできます。 

$ oc label node <node_name> feature.node.kubernetes.io/network-sriov.capable="true"
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12.1.1. SR-IOV ネットワークデバイスを管理するコンポーネント
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SR-IOV Network Operator は SR-IOV スタックのコンポーネントを作成し、管理します。以下の機能を実行します。

  • SR-IOV ネットワークデバイスの検出および管理のオーケストレーション
  • SR-IOV Container Network Interface (CNI) の NetworkAttachmentDefinition カスタムリソースの生成
  • SR-IOV ネットワークデバイスプラグインの設定の作成および更新
  • ノード固有の SriovNetworkNodeState カスタムリソースの作成
  • 各 SriovNetworkNodeState カスタムリソースの spec.interfaces フィールドの更新

Operator は以下のコンポーネントをプロビジョニングします。

SR-IOV ネットワーク設定デーモン
SR-IOV Operator の起動時にワーカーノードにデプロイされる DaemonSet。デーモンは、クラスターで SR-IOV ネットワークデバイスを検出し、初期化します。
SR-IOV Operator Webhook
Operator カスタムリソースを検証し、未設定フィールドに適切なデフォルト値を設定する動的受付コントローラー Webhook。
SR-IOV Network Resources Injector
SR-IOV VF などのカスタムネットワークリソースの要求および制限のある Kubernetes Pod 仕様のパッチを適用するための機能を提供する動的受付コントローラー Webhook。SR-IOV ネットワークリソースインジェクターは、 Pod 内の最初のコンテナーのみに resource フィールドを自動的に追加します。
SR-IOV ネットワークデバイスプラグイン
SR-IOV ネットワーク Virtual Function (VF) リソースの検出、公開、割り当てを実行するデバイスプラグイン。デバイスプラグインは、とりわけ物理デバイスでの制限されたリソースの使用を有効にするために Kubernetes で使用されます。デバイスプラグインは Kubernetes スケジューラーにリソースの可用性を認識させるため、スケジューラーはリソースが十分にあるノードで Pod をスケジュールできます。
SR-IOV CNI プラグイン
SR-IOV デバイスプラグインから割り当てられる VF インターフェイスを直接 Pod に割り当てる CNI プラグイン。
SR-IOV InfiniBand CNI プラグイン
SR-IOV デバイスプラグインから割り当てられる InfiniBand (IB) VF インターフェイスを直接 Pod に割り当てる CNI プラグイン。
注記

SR-IOV Network Resources Injector および SR-IOV Network Operator Webhook は、デフォルトで有効にされ、default の SriovOperatorConfig CR を編集して無効にできます。

12.1.1.1. サポートされるプラットフォーム
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SR-IOV Network Operator は、以下のプラットフォームに対応しています。

  • ベアメタル
  • Red Hat OpenStack Platform (RHOSP)

12.1.1.2. サポートされるデバイス
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以下のネットワークインターフェイスコントローラーは、OpenShift Container Platform でサポートされています。

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表12.1 サポート対象のネットワークインターフェイスコントローラー
製造元モデルベンダー IDデバイス ID

Intel

X710

8086

1572

Intel

XXV710

8086

158b

Mellanox

MT27700 Family [ConnectX‑4]

15b3

1013

Mellanox

MT27710 Family [ConnectX‑4 Lx]

15b3

1015

Mellanox

MT27800 Family [ConnectX‑5]

15b3

1017

Mellanox

MT28908 Family [ConnectX‑6]

15b3

101b

12.1.1.3. SR-IOV ネットワークデバイスの自動検出
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SR-IOV Network Operator は、クラスターでワーカーノード上の SR-IOV 対応ネットワークデバイスを検索します。Operator は、互換性のある SR-IOV ネットワークデバイスを提供する各ワーカーノードの SriovNetworkNodeState カスタムリソース (CR) を作成し、更新します。

CR にはワーカーノードと同じ名前が割り当てられます。status.interfaces 一覧は、ノード上のネットワークデバイスについての情報を提供します。

重要

SriovNetworkNodeState オブジェクトは変更しないでください。Operator はこれらのリソースを自動的に作成し、管理します。

12.1.1.3.1. SriovNetworkNodeState オブジェクトの例
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以下の YAML は、SR-IOV Network Operator によって作成される SriovNetworkNodeState オブジェクトの例です。

SriovNetworkNodeState オブジェクト

apiVersion: sriovnetwork.openshift.io/v1
kind: SriovNetworkNodeState
metadata:
  name: node-25
1 

  namespace: openshift-sriov-network-operator
  ownerReferences:
  - apiVersion: sriovnetwork.openshift.io/v1
    blockOwnerDeletion: true
    controller: true
    kind: SriovNetworkNodePolicy
    name: default
spec:
  dpConfigVersion: "39824"
status:
  interfaces:
2 

  - deviceID: "1017"
    driver: mlx5_core
    mtu: 1500
    name: ens785f0
    pciAddress: "0000:18:00.0"
    totalvfs: 8
    vendor: 15b3
  - deviceID: "1017"
    driver: mlx5_core
    mtu: 1500
    name: ens785f1
    pciAddress: "0000:18:00.1"
    totalvfs: 8
    vendor: 15b3
  - deviceID: 158b
    driver: i40e
    mtu: 1500
    name: ens817f0
    pciAddress: 0000:81:00.0
    totalvfs: 64
    vendor: "8086"
  - deviceID: 158b
    driver: i40e
    mtu: 1500
    name: ens817f1
    pciAddress: 0000:81:00.1
    totalvfs: 64
    vendor: "8086"
  - deviceID: 158b
    driver: i40e
    mtu: 1500
    name: ens803f0
    pciAddress: 0000:86:00.0
    totalvfs: 64
    vendor: "8086"
  syncStatus: Succeeded
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1
name フィールドの値はワーカーノードの名前と同じです。
2
interfaces スタンザには、ワーカーノード上の Operator によって検出されるすべての SR-IOV デバイスの一覧が含まれます。

12.1.1.4. Pod での Virtual Function (VF) の使用例
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SR-IOV VF が割り当てられている Pod で、Remote Direct Memory Access (RDMA) または Data Plane Development Kit (DPDK) アプリケーションを実行できます。

以下の例では、RDMA モードで Virtual Function (VF) を使用する Pod を示しています。

RDMA モードを使用する Pod 仕様

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: rdma-app
  annotations:
    k8s.v1.cni.cncf.io/networks: sriov-rdma-mlnx
spec:
  containers:
  - name: testpmd
    image: <RDMA_image>
    imagePullPolicy: IfNotPresent
    securityContext:
      runAsUser: 0
      capabilities:
        add: ["IPC_LOCK","SYS_RESOURCE","NET_RAW"]
    command: ["sleep", "infinity"]
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以下の例は、DPDK モードの VF のある Pod を示しています。

DPDK モードを使用する Pod 仕様

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: dpdk-app
  annotations:
    k8s.v1.cni.cncf.io/networks: sriov-dpdk-net
spec:
  containers:
  - name: testpmd
    image: <DPDK_image>
    securityContext:
      runAsUser: 0
      capabilities:
        add: ["IPC_LOCK","SYS_RESOURCE","NET_RAW"]
    volumeMounts:
    - mountPath: /dev/hugepages
      name: hugepage
    resources:
      limits:
        memory: "1Gi"
        cpu: "2"
        hugepages-1Gi: "4Gi"
      requests:
        memory: "1Gi"
        cpu: "2"
        hugepages-1Gi: "4Gi"
    command: ["sleep", "infinity"]
  volumes:
  - name: hugepage
    emptyDir:
      medium: HugePages
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オプションのライブラリーは、コンテナーで実行されるアプリケーションによる Pod 関連のネットワーク情報を収集を支援するために利用できます。このライブラリーは 'app-netutil' と呼ばれます。app-netutil GitHub リポジトリー でライブラリーのソースコードを参照してください。

このライブラリーは、DPDK モードの SR-IOV VF のコンテナーへの統合を容易にすることを目的としています。ライブラリーは、GO API と C API、および両方の言語の使用例を提供します。

また、サンプルの Docker イメージ 'dpdk-app-centos' も用意されています。このイメージは、Pod 仕様の l2fwd、l3wd または testpmd の環境変数に基づいて、以下の DPDK サンプルアプリケーションのいずれかを実行できます。この Docker イメージは、app-netutil をコンテナーイメージ自体に統合するサンプルを提供します。ライブラリーも、必要なデータを収集し、データを既存の DPDK ワークロードに渡す init-container に統合できます。

12.1.2. 次のステップ
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