Présentation de Multikernel, un mécanisme pour exécuter simultanément plusieurs cœurs Linux

Pour discuter, les développeurs du noyau Linux ont proposé une série de patches développés par le projet Multikernel, qui a récemment été classé comme logiciel libre et sera maintenant développé avec la communauté. Multikernel permet d'exécuter plusieurs instances indépendantes du noyau Linux sur un seul ordinateur physique, ayant un accès direct aux ressources matérielles et pouvant être utilisées pour exécuter plusieurs environnements système isolés. Le projet a été créé par l'entreprise Multikernel Technologies, fondée et dirigée par Cong Wang, qui supervise la sous-système de contrôle de trafic (TC, Traffic Control) dans le noyau Linux.

Pour le démarrage et la gestion des noyaux, un appel amélioré kexec a été proposé, qui, contrairement à l'ancien kexec, n'est pas limité au remplacement du noyau en cours d'exécution et permet de démarrer des instances supplémentaires du noyau exécutées en parallèle. Un interface « /proc/multikernel » a été mis en place pour le monitoring et le débogage des instances de noyau en cours d'exécution, et un framework de communication Multikernel IPI a été proposé pour les échanges de messages entre les noyaux et la coordination des opérations.

Multikernel est présenté comme une nouvelle architecture d'isolation, occupant une niche entre la virtualisation par hyperviseur et l'isolation par conteneurs basée sur un noyau commun. Contrairement à la virtualisation, Multikernel ne nécessite pas l'utilisation d'un hyperviseur, simplifie la création d'environnements pour le lancement isolé d'applications spécifiques et permet d'atteindre des performances élevées sans les frais généraux de la virtualisation. Contrairement aux conteneurs, Multikernel assure un haut niveau d'isolation et permet d'utiliser un noyau distinct dans chaque environnement isolé.

Les performances lors de l'utilisation de Multikernel sont évaluées comme proches de celles d'une exécution sur un matériel séparé. Cela a été réalisé en éliminant les frais généraux associés à la virtualisation, causés par les gestionnaires de changement de contrôle entre les machines virtuelles (VM exit), la traduction IOMMU et l'intervention de l'hyperviseur dans l'exécution des opérations privilégiées. Une allocation dynamique des ressources est supportée pour les environnements lancés, garantissant des performances prévisibles.

L'exécution simultanée de plusieurs noyaux s'effectue sans virtualisation, en utilisant un processeur SMP qui répartit les CPU disponibles entre les instances des noyaux Linux. Chaque instance de noyau Linux est attachée à un ou plusieurs cœurs de CPU alloués pour son exécution, tout en partageant les autres ressources matérielles.

Les principaux avantages de Multikernel :

• Amélioration de l'isolation contre les défaillances des environnements exécutés.
• Sécurité accrue grâce à la séparation au niveau du noyau.
• Utilisation plus efficace des ressources par rapport aux machines virtuelles traditionnelles basées sur des hyperviseurs tels que KVM et Xen.
• Possibilité potentielle de mettre à jour le noyau sans arrêter le fonctionnement grâce au mécanisme KHO (Kernel Hand Over).
• Prise en charge de l'intégration avec des infrastructures cloud standard et possibilité de transition transparente depuis des systèmes de virtualisation traditionnels et d'isolation par conteneurs.
• Compatibilité complète avec les applications existantes et les interfaces systèmes Linux. Multikernel modifie uniquement le noyau de manière ciblée, en préservant la compatibilité totale au niveau de l'API.

Source : opennet.ru