{"id":75939,"date":"2020-03-29T19:42:19","date_gmt":"2020-03-29T17:42:19","guid":{"rendered":"https:\/\/prohoster.info\/blog\/novosti-interneta\/kompaniya-cloudflare-podgotovila-patchi-kardinalno-uskoryayushhie-diskovoe-shifrovanie-v-linux"},"modified":"2020-03-29T19:42:19","modified_gmt":"2020-03-29T17:42:19","slug":"kompaniya-cloudflare-podgotovila-patchi-kardinalno-uskoryayushhie-diskovoe-shifrovanie-v-linux","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/prohoster.info\/de\/blog\/news\/kompaniya-cloudflare-podgotovila-patchi-kardinalno-uskoryayushhie-diskovoe-shifrovanie-v-linux","title":{"rendered":"Das Unternehmen Cloudflare hat Patches vorbereitet, die die Festplattenschl\u00fcsselung in Linux erheblich beschleunigen","gt_translate_keys":[{"key":"rendered","format":"text"}]},"content":{"rendered":"

Entwickler von Cloudflare erl\u00e4utert<\/a><\/noindex> \u00fcber die Durchf\u00fchrung von Arbeiten zur Optimierung der Leistung der Festplattenverschl\u00fcsselung im Linux-Kernel. Infolgedessen wurden Patches<\/a><\/noindex> f\u00fcr das Subsystem dm-crypt<\/a><\/noindex> und Crypto API vorbereitet, die in einem synthetischen Test die Durchsatzrate beim Lesen und Schreiben mehr als verdoppelt und au\u00dferdem die Latenzen halbiert haben. Bei Tests auf realer Hardware konnten die Kosten der Verschl\u00fcsselung nahezu auf das Niveau reduziert werden, das bei der Arbeit mit einer unverschl\u00fcsselten Festplatte beobachtet wird.<\/p>\n

Cloudflare verwendet dm-crypt zur Verschl\u00fcsselung von Daten auf Speichermedien, die zum Cachen von Inhalten im CDN-Netzwerk genutzt werden. Dm-crypt arbeitet auf Blockger\u00e4teebene und f\u00fchrt die Verschl\u00fcsselung von Schreib-I\/O-Anfragen sowie die Entschl\u00fcsselung von Leseanforderungen durch, indem es als Schicht zwischen dem Blockger\u00e4t und dem Dateisystemtreiber fungiert. <\/p>\n

\"Das<\/a><\/noindex><\/center><\/p>\n

Zur Bewertung der Leistung von dm-crypt mithilfe des Pakets Flexible I\/O Tester<\/a><\/noindex> wurden die Geschwindigkeiten von verschl\u00fcsselten und unverschl\u00fcsselten Partitionen auf einem RAM-Disk gemessen, die im RAM platziert wurde, um Leistungsschwankungen von Festplatten auszuschlie\u00dfen und sich auf die Leistung des Codes zu konzentrieren. F\u00fcr unverschl\u00fcsselte Partitionen lag die Lese- und Schreibleistung bei 1126 MB\/s, aber mit aktivierter Verschl\u00fcsselung sank die Geschwindigkeit siebenfach<\/b> und betrug 147 MB\/s. <\/p>\n

Zun\u00e4chst gab es den Verdacht, dass ineffiziente Algorithmen im Kern-Kryptosystem verwendet werden. Bei den Tests wurde jedoch der schnellste Algorithmus aes-xts mit einem 256-Bit-Verschl\u00fcsselungsschl\u00fcssel verwendet, dessen Leistung beim 'cryptsetup benchmark' mehr als doppelt so hoch war wie das bei den Tests des RAM-Disk-Results erzielte Ergebnis. Experimente mit den Flags von dm-crypt zur Leistungsoptimierung zeigten keine Ergebnisse: Bei Verwendung des Flags '--perf-same_cpu_crypt' verringerte sich die Leistung sogar auf 136 MB\/s, und bei Angabe des Flags '--perf-submit_from_crypt_cpus' stieg sie nur auf 166 MB\/s.<\/p>\n

Eine tiefere Analyse der Arbeitslogik zeigte, dass dm-crypt nicht so einfach ist, wie es scheint \u2014 bei einem Schreibanfrage vom FS-Treiber verarbeitet dm-crypt diese nicht sofort, sondern stellt sie in die Warteschlange 'kcryptd', die nicht sofort bearbeitet wird, sondern zu einem g\u00fcnstigen Zeitpunkt. Aus der Warteschlange wird die Anfrage an die Linux Crypto API zur Durchf\u00fchrung der Verschl\u00fcsselung gesendet. Da die Crypto API jedoch ein asynchrones Ausf\u00fchrungsmodell verwendet, wird die Verschl\u00fcsselung ebenfalls nicht sofort durchgef\u00fchrt, sondern umgeht eine weitere Warteschlange. Nach Abschluss der Verschl\u00fcsselung kann dm-crypt versuchen, die ausstehenden Schreibanfragen mithilfe eines Suchbaums zu sortieren. rot-schwarz<\/a><\/noindex>. Am Ende greift ein separater Kern-Thread nach einer bestimmten Verz\u00f6gerung auf die angesammelten Ein- \/ Ausgabeverbindungen zu und sendet sie an den Blockger\u00e4te-Stack.<\/p>\n

\"Das<\/a><\/noindex><\/center><\/p>\n

Beim Lesen f\u00fcgt dm-crypt zun\u00e4chst eine Anfrage zum Abrufen von Daten vom Speicherger\u00e4t in die Warteschlange 'kcryptd_io' ein. Nach einiger Zeit werden die Daten verf\u00fcgbar und in die Warteschlange 'kcryptd' zur Entschl\u00fcsselung gelegt.
\nKcryptd sendet die Anfrage an die Linux Crypto API, die die Informationen im asynchronen Modus entschl\u00fcsselt. Anfragen durchlaufen nicht immer alle Warteschlangen, aber im schlimmsten Fall verbleibt eine Schreibanfrage bis zu 4 Mal in den Warteschlangen, w\u00e4hrend eine Leseanfrage bis zu 3 Mal verbleibt. Jedes Eintreffen in der Warteschlange f\u00fchrt zu Verz\u00f6gerungen, die die Hauptursache f\u00fcr den signifikanten R\u00fcckgang der Leistung von dm-crypt darstellen. <\/p>\n

Die Verwendung von Warteschlangen ist durch die Notwendigkeit bedingt, unter Bedingungen von Unterbrechungen zu arbeiten. Im Jahr 2005, als das aktuelle Modell von dm-crypt auf Warteschlangen basierte, war die Crypto API noch nicht asynchron. Nach der Umstellung der Crypto API auf ein asynchrones Ausf\u00fchrungsmodell kam es im Wesentlichen zu einem doppelten Schutz. Warteschlangen wurden auch zur Einsparung des Kernstapels eingef\u00fchrt, aber nach dessen Vergr\u00f6\u00dferung im Jahr 2014 verloren diese Optimierungen ihre Relevanz. Eine zus\u00e4tzliche Warteschlange «kcryptd_io» wurde eingef\u00fchrt, um ein Engpassproblem zu \u00fcberwinden, das zu einer Wartezeit beim Zuweisen von Speicher bei einer gro\u00dfen Anzahl von Anfragen f\u00fchrte. Im Jahr 2015 wurde zus\u00e4tzlich eine Sortierphase eingef\u00fchrt, da Verschl\u00fcsselungsanfragen auf Mehrprozessorsystemen nicht in der Reihenfolge der Einsendung abgeschlossen werden konnten (anstatt sequenziellen Zugriffs auf die Festplatte fand zuf\u00e4lliger Zugriff statt, und der CFQ-Scheduler arbeitete nicht effizient). Derzeit hat die Sortierung bei der Verwendung von SSD-Speichern ihren Sinn verloren, und der CFQ-Scheduler wird im Kernel nicht mehr verwendet.<\/p>\n

Angesichts der Tatsache, dass moderne Speicher schneller und intelligenter geworden sind, wurde das Ressourcenmanagementsystem im Linux-Kernel \u00fcberarbeitet und einige Teilsysteme umgestaltet, Ingenieure von Cloudflare haben<\/a><\/noindex> In dm-crypt gibt es einen neuen Betriebsmodus, der von der Verwendung \u00fcberfl\u00fcssiger Warteschlangen und asynchroner Aufrufe befreit ist. Der Modus wird durch das separate Flag «force_inline» aktiviert und bringt dm-crypt in eine Form eines einfachen Proxys, der eingehende Anfragen verschl\u00fcsselt und entschl\u00fcsselt. Die Interaktion mit der Crypto API wurde optimiert durch die explizite Auswahl von Verschl\u00fcsselungsalgorithmen, die im synchronen Modus arbeiten und keine Anfragewarteschlangen verwenden. F\u00fcr die synchrone Arbeit mit der Crypto API wurde vorgeschlagen<\/a><\/noindex> ein Modul eingef\u00fchrt, das die Verwendung von FPU\/AES-NI zur Beschleunigung erm\u00f6glicht und Anfragen zur Verschl\u00fcsselung und Entschl\u00fcsselung direkt durchreicht.<\/p>\n

Infolgedessen gelang es, die Leistung von dm-crypt bei Tests mit einem RAM-Laufwerk um mehr als das Doppelte zu steigern \u2013 die Leistung stieg von 294 MB\/s (2 x 147 MB\/s) auf 640 MB\/s, was sehr nahe an der Leistung der reinen Verschl\u00fcsselung (696 MB\/s) liegt.
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\"Das<\/a><\/noindex><\/center>
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\"Das<\/a><\/noindex><\/center>
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\"Das<\/a><\/noindex><\/center><\/p>\n

Bei Belastungstests auf realen Servern zeigte die neue Implementierung eine Leistung, die der Konfiguration ohne Verschl\u00fcsselung sehr nahe kam, und die Aktivierung der Verschl\u00fcsselung auf Servern mit Cloudflare-Cache hatte keinen Einfluss auf die Reaktionsgeschwindigkeit. In Zukunft plant Cloudflare, die vorbereiteten Patches in den Hauptkern von Linux zu integrieren, muss diese jedoch zuvor \u00fcberarbeiten, da sie f\u00fcr eine bestimmte Last optimiert sind und nicht alle Anwendungen abdecken, wie zum Beispiel die Verschl\u00fcsselung auf leistungsschwachen Embedded-Ger\u00e4ten.<\/p>\n

\"Das<\/a><\/noindex><\/center><\/p>\n

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Quelle: opennet.ru<\/a><\/p>","protected":false,"gt_translate_keys":[{"key":"rendered","format":"html"}]},"excerpt":{"rendered":"

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