OSMOSIS: Enabling Multi-Tenancy in Datacenter SmartNICs

Core Concepts

SmartNICのマルチテナンシーを可能にするOSMOSISの導入

Abstract

マルチテナンシーはデータセンターのSmartNICの潜在能力を解放するために不可欠である。 既存のOn-path SmartNICにはリソース多重化の制限があることが示されている。 OSMOSISは、既存のOSメカニズムを拡張して、パケット処理データプレーンの動的ハードウェアリソース多重化を可能にする。 OSMOSISは、低オーバーヘッドでデータセンター内でSmartNICの広範な採用を実現する。 Network Data Plane Design Evolution: SmartNIC（sNIC）によって直接ネットワーク内パケット処理が可能となり、データ移動が削減された。 sNICはデータセンターネットワーキングアクセラレーショントレンドを開始し、高性能コンピューティング分野でGPUトレンドと同様に進化している。 Challenges of Resource Isolation: sNIC向け公平なリソース多重化を実現することは困難である。 通常のRDMA NIC（rNIC）とアクセラレータは異なる特性を持つため、公平性確保が難しい。 OSMOSIS Introduction: OSMOSISはストリーミングインネットワーク処理向けの軽量sNIC管理層であり、最小限のハードウェアフットプリントを必要とする。 サービスレベル目標（SLO）意味論を使用した公平かつ効率的なマルチテナントsNICリソース共有問題への解決策。

Stats

400Gbit/s SmartNIC上でOSMOSISがマルチテナンシーを完全にサポートしていることが示されている。

Quotes

Key Insights Distilled From

OSMOSIS

by Mikhail Khal... at arxiv.org 03-14-2024

https://arxiv.org/pdf/2309.03628.pdf

Deeper Inquiries

質問1

この記事から、SmartNIC技術やマルチテナンシー管理における課題や可能性は何ですか？ この記事では、既存のオンパスSmartNICがリソースの多重化に関する制限を持っていることが示されています。例えば、従来のNICデータパスと比較して、予測不能な実行時間を持つSmartNICカーネルにより、従来のアプローチではマルチテナンシーやQoSの提供が不十分であることが指摘されています。また、sNIC（SmartNIC）は異種ワークロードやテナント環境のニーズを満たすために開発された要件も提示されています。 これらの課題を解決するためには、sNICリソース管理レイヤーであるOSMOSIS（Operating System Support for Streaming In-Network Processing）が導入されました。OSMOSISは軽量なsNIC管理層であり、ハードウェア上で性能重視のデータ面管理をサポートし、柔軟なソフトウェアランタイムで非致命的な管理タスクを処理します。

質問2

この記事では提案された解決策が効果的だと考えますか？それ以外にどんな方法が考えられますか？ 提案されたOSMOSISはFair Weighted Round Robin（WLBVT）ポリシーとBorrowed Virtual Time（BVT）スケジューラーを組み合わせて公平な資源割り当てを実現しています。これらの手法は構造的かつ効率的であり、「借用した仮想時間」方式や「加重ラウンドロビン」方式に基づくFMQスケジュールャー等特定領域向け最適化技術も採用している点から有効だと言えます。 しかし他にも考慮すべき方法が存在します。例えばAI/ML技術や自己学習型アルゴリズムを活用して動的リソース割り当てや最適化手法を改善することも一つです。さらにセキュリティ強化や拡張性向上の観点から新しい暗号技術や通信プロトコル導入も検討すべきです。

質問3

この技術やアプローチから得られる洞察や知識を他の分野や産業へ応用する方法はありますか？ 本記事で紹介されたOSMOSISおよびそのマルチテナンシー管理手法は高度なネットワークインフラストラクチャ向けですが、同様の原則と手法は他の分野でも応用可能です。例えばIoTデバイス間通信時に異種デバイス間通信プロトコル整合性確保等でも利用可能です。 また製造業界では工場内通信・制御系統向けセキュア通信網構築時等でも有益です。 更なる展望では医療情報共有・送受信時等健康情報セキュリティ確保目的でも役立ちそうです。 これまでIT関連産業中心だった利便性追求範囲外部までも含め幅広く活用可能性大きい見込み感じ取れます。