{"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 entwickelt, die die Festplattenverschl\u00fcsselung in Linux erheblich beschleunigen.","gt_translate_keys":[{"key":"rendered","format":"text"}]},"content":{"rendered":"

Entwickler von Cloudflare uns mit<\/a><\/noindex> haben an der Optimierung der Leistung der Festplattenschl\u00fcsselung im Linux-Kernel gearbeitet. Dabei wurden Patches<\/a><\/noindex> f\u00fcr das Subsystem dm-crypt<\/a><\/noindex> und die Crypto API entwickelt, die es erm\u00f6glichten, die Durchsatzrate beim Lesen und Schreiben im synthetischen Test um mehr als das Doppelte zu erh\u00f6hen und gleichzeitig die Latenz um die H\u00e4lfte zu senken. Bei Tests auf echter Hardware konnten die durch die Verschl\u00fcsselung verursachten Overheads fast auf das Niveau reduziert werden, das bei der Verwendung von Festplatten ohne Datenverschl\u00fcsselung zu beobachten ist.<\/p>\n

Cloudflare nutzt dm-crypt zur Verschl\u00fcsselung von Daten auf den Speichermedien, die zum Caching von Inhalten im CDN-Netz verwendet werden. Dm-crypt arbeitet auf der Ebene des Blockger\u00e4ts und f\u00fchrt die Verschl\u00fcsselung von Schreib-I\/O-Anfragen und die Entschl\u00fcsselung von Leseanfragen 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 wird das Paket Flexible I\/O Tester<\/a><\/noindex> Es wurde eine Geschwindigkeitsmessung der Verarbeitung mit verschl\u00fcsselten und unverschl\u00fcsselten Partitionen auf einem RAM- Laufwerk, das im RAM platziert ist, durchgef\u00fchrt, um Schwankungen der Laufwerksleistung auszuschlie\u00dfen und sich auf die Leistung des Codes zu konzentrieren. Bei den unverschl\u00fcsselten Partitionen blieb die Lese- und Schreibgeschwindigkeit bei 1126 MB\/s, aber mit aktivierter Verschl\u00fcsselung fiel die Geschwindigkeit. um das 7-fache<\/b> und betrug 147 MB\/s. <\/p>\n

Zun\u00e4chst gab es den Verdacht, dass ineffiziente Algorithmen im Kern-Kryptosystem verwendet wurden. Bei den Tests kam jedoch der schnellste Algorithmus aes-xts mit einem 256-Bit-Verschl\u00fcsselungsschl\u00fcssel zum Einsatz, dessen Leistung bei der Durchf\u00fchrung des «cryptsetup benchmark» mehr als doppelt so hoch war wie das Ergebnis, das bei den Tests mit dem RAM-Laufwerk erzielt wurde. Versuche, die Leistung mit den Flags von dm-crypt zu optimieren, brachten keine Ergebnisse: Bei Verwendung des Flags «—perf-same_cpu_crypt» verringerte sich die Leistung sogar auf 136 MB\/s, w\u00e4hrend sie bei Angabe des Flags «—perf-submit_from_crypt_cpus» lediglich auf 166 MB\/s anstieg.<\/p>\n

Eine tiefere Analyse der Funktionsweise zeigte, dass dm-crypt nicht so einfach ist, wie es scheint \u2014 wenn ein Schreibauftrag vom FS-Treiber kommt, verarbeitet dm-crypt diesen nicht sofort, sondern stellt ihn in die «kcryptd»-Warteschlange, die nicht sofort bearbeitet wird, sondern beim Eintreten eines g\u00fcnstigen Moments. Aus der Warteschlange wird die Anfrage an die Linux Crypto API gesendet, um die Verschl\u00fcsselung durchzuf\u00fchren. Da die Crypto API jedoch ein asynchrones Ausf\u00fchrungsmodell verwendet, erfolgt die Verschl\u00fcsselung ebenfalls nicht sofort, sondern wird durch eine weitere Warteschlange umgangen. Nach Abschluss der Verschl\u00fcsselung versucht dm-crypt, die wartenden Schreibanfragen mithilfe eines Suchbaums zu sortieren. rot-schwarz<\/a><\/noindex>. Am Ende \u00fcbernimmt ein separater Kernel-Thread nach einer gewissen Verz\u00f6gerung die angesammelten Ein-\/Ausgabe-Anfragen und sendet sie an den Blockger\u00e4te-Stack.<\/p>\n

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

Beim Lesen f\u00fcgt dm-crypt zun\u00e4chst die Anfrage zum Abrufen von Daten vom Speichermedium in die «kcryptd_io»-Warteschlange ein. Nach einiger Zeit werden die Daten verf\u00fcgbar und in die «kcryptd»-Warteschlange f\u00fcr die Entschl\u00fcsselung verschoben.
\nKcryptd sendet eine Anfrage an die Linux Crypto API, die die Informationen asynchron 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 verbleiben kann. Jedes Eintreffen in der Warteschlange f\u00fchrt zu Verz\u00f6gerungen, die die Hauptursache f\u00fcr den signifikanten Leistungsabfall von dm-crypt sind. <\/p>\n

Die Verwendung von Warteschlangen ist durch die Notwendigkeit bedingt, unter Bedingungen zu arbeiten, in denen Unterbrechungen auftreten. Im Jahr 2005, als das aktuelle Warteschlangenmodell von dm-crypt umgesetzt wurde, war die Crypto API noch nicht asynchron. Nach dem Wechsel der Crypto API zu einem asynchronen Ausf\u00fchrungsmodell wurde im Grunde eine doppelte Sicherheit eingef\u00fchrt. Warteschlangen wurden auch zur Einsparung des Kernel-Stacks eingef\u00fchrt, aber nach dessen Erweiterung im Jahr 2014 verloren diese Optimierungen ihre Relevanz. Eine zus\u00e4tzliche Warteschlange «kcryptd_io» wurde zur \u00dcberwindung des Engpasses eingef\u00fchrt, der bei einer gro\u00dfen Anzahl von Anfragen zu Speicherzuweisungswartezeiten f\u00fchrte. Im Jahr 2015 wurde zus\u00e4tzlich eine Sortierungsphase eingef\u00fchrt, da Verschl\u00fcsselungsanfragen auf Multiprozessorsystemen nicht in der Reihenfolge ihrer Absendung abgeschlossen werden konnten (anstatt eines sequenziellen Zugriffs auf die Festplatte fand ein zuf\u00e4lliger Zugriff statt, und der CFQ-Scheduler arbeitete ebenfalls ineffektiv). 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 Ressourcenverteilungssystem im Linux-Kernel \u00fcberarbeitet und einigeSubsysteme neu gestaltet, so die Ingenieure von Cloudflare. wurde erweitert<\/a><\/noindex> Im dm-crypt gibt es einen neuen Betriebsmodus, der von der Verwendung \u00fcberfl\u00fcssiger Warteschlangen und asynchroner Aufrufe befreit ist. Der Modus wird durch ein separates Flag «force_inline» aktiviert und macht dm-crypt zu einem einfachen Proxy, der eingehende Anfragen verschl\u00fcsselt und entschl\u00fcsselt. Die Interaktion mit der Crypto API wurde durch die explizite Auswahl der Verschl\u00fcsselungsalgorithmen optimiert, die im synchronen Modus arbeiten und keine Warteschlangen f\u00fcr Anfragen verwenden. F\u00fcr die synchrone Arbeit mit der Crypto API wurde wurde angeboten<\/a><\/noindex> Modul implementiert, das die Verwendung von FPU\/AES-NI zur Beschleunigung erm\u00f6glicht und Anfragen zur Verschl\u00fcsselung und Entschl\u00fcsselung direkt weiterleitet.<\/p>\n

Insgesamt gelang es, bei den Tests des RAM-Disk die Leistung von dm-crypt mehr als zu verdoppeln \u2013 die Leistung stieg von 294 MB\/s (2 x 147 MB\/s) auf 640 MB\/s, was sehr nah 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 Lasttests auf realen Servern zeigte die neue Implementierung eine Leistung, die der Konfiguration ohne Verschl\u00fcsselung sehr \u00e4hnlich war, und die Aktivierung der Verschl\u00fcsselung auf Servern mit Cloudflare-Cache hatte keinen Einfluss auf die Antwortgeschwindigkeit. In Zukunft plant Cloudflare, die vorbereiteten Patches in den Hauptkern von Linux zu integrieren, muss sie jedoch zuvor \u00fcberarbeiten, da sie f\u00fcr bestimmte Lasten optimiert sind und nicht alle Anwendungsbereiche abdecken, wie zum Beispiel die Verschl\u00fcsselung auf leistungsschwachen eingebetteten Ger\u00e4ten.<\/p>\n

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

<\/a><\/noindex><\/p>\n

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

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