AccelNet
原版见NSDI 2018。
这个专题主要对基于FPGA的智能网卡技术进行介绍，上篇介绍了NanoPU、PANIC、Tonic、Corundum、NICA等，这次介绍“Azure Accelerated Networking: SmartNICs in the Public Cloud”，主要针对SR-IOV对HostSDN的策略实施影响，提出AccelNet，实现GFT。高山留存阅读点滴。
HostSDN引入
公有云是在线软件服务大规模迅速增长的关键技术。仅在微软Azure云中，服务就消耗了数以百万计的处理器内核、E字节的存储空间和数P字节的网络带宽。公有云网络性能，包括带宽和延迟，对于大多数云工作负载，尤其是面向客户的交互式工作负载来说至关重要。
微软Azure作为一家大型公有云提供商，已经在基于主机的软件定义网络HostSDN上构建了自己的云网络AccelNet，使用这些技术实现了几乎所有的虚拟网络功能，例如带有客户提供的地址空间的私有虚拟网络、可扩展的L4负载平衡器、安全组和访问控制列表（ACL），虚拟路由表、带宽计量、QoS等等。这些特性由主机平台负责，这通常意味着在hypervisor中运行的软件。
提供这些服务的成本继续增加。在短短几年时间里，将网络速度提高了40倍甚至更多，从1GbE提高到40GbE+，并添加了许多新功能。尽管构建了越来越完善和高效的HostSDN数据包处理功能，但在主机上运行这个软件协议栈需要额外的CPU周期。为这些服务消耗CPU会占用客户VM可用的处理能力，并增加提供云服务的总体成本。
SR-IOV使HostSDN失效？
单根I/O虚拟化（SR-IOV）被提出，通过允许从VM直接访问NIC硬件来降低CPU利用率。但是，这种直接访问将绕过HostSDN协议栈，使NIC负责实现所有SDN策略。由于这些策略变化很快（几周到几个月），因此，需要一个解决方案，该解决方案可以提供类似软件的可编程性，同时提供类似硬件的性能。
在HostSDN中Azure加速网络（AccelNet），实现在基于FPGA的Azure SmartNIC上。AccelNet在虚拟化环境中提供近本机网络性能，将数据包处理从主机CPU卸载到Azure SmartNIC。在基于软件的VFP主机SDN平台和Catapult的硬件和软件基础设施上，AccelNet提供了专用硬件的性能，以及在虚拟机监控程序中运行的软件的可编程性。
通用流表卸载GFT
AccelNet的目标是找到一种使VFP的复杂策略与SR-IOV兼容的方法。在VFP中用于在SR-IOV环境中实施策略和过滤的机制称为通用流表（GFT）。GFT是一种匹配操作语言，它为一个特定的网络流定义数据包的转换和控制操作。从概念上讲，GFT由一个大表组成，该表为主机上的每个活动网络流都有一个条目。GFT流是基于VFP统一流（UF）定义来定义的，它匹配一个唯一的源和目标L2/L3/L4元组，可能跨多个封装层，同时还有一个header transposition（HT）操作，指定如何添加/删除/更改头字段。
每当GFT表不包含网络流的条目时（例如当新的网络流启动时），可以将流向量化到主机上运行的VFP软件。然后，VFP处理流的第一个数据包的所有SDN规则，使用实时流操作编译器为每个UF（例如，每个TCP/UDP流）创建有状态的精确匹配规则，并创建包含该流的所有编程策略的复合操作。然后，VFP在GFT表中增加新条目，并传递数据包以进行处理。
一旦在GFT表中增加了新流的操作，每个后续数据包都将由GFT硬件处理，提供SR-IOV的性能优势，但是VFP的软件SDN堆栈具有完整的策略和过滤实施。
FPGA智能网卡专题回顾：
珠穆朗玛1980：软件定义FPGA智能网卡介绍（5）：NICA
珠穆朗玛1980：软件定义FPGA智能网卡介绍（4）：Corundum
珠穆朗玛1980：软件定义FPGA智能网卡介绍（3）：Tonic
珠穆朗玛1980：软件定义FPGA智能网卡介绍（2）：Panic
珠穆朗玛1980：软件定义FPGA智能网卡介绍（1）：NanoPU
作者：珠穆朗玛2048
来源：https://zhuanlan.zhihu.com/p/360749432更多FPGA智能网卡相关技术干货请关注FPGA加速器技术专栏。
