Ottimizzazione del network stack di FreeBSD per reti ad alta velocità

The use of large frames makes network communication much less demanding for the CPU. Yet, backward compatibility and slow links requires the use of 1500 byte or smaller frames. Modern NICs with hardware TCP segmentation offloading (TSO) address this problem. It works by queuing up large segments and letting the NIC split them into separate packets. However, a generic software version (GSO) provided by the OS has reason to exist, for use on paths with no suitable hardware, such as between virtual machines or with older or buggy NICs. In this thesis we present our work to add GSO to FreeBSD. Our implementation, depending on CPU speed, shows up to 90% speedup compared to segmentation done in the TCP stack, saturating a 10 Gbit link at 2 GHz with no HW support (only checksum offload). L’utilizzo di grandi pacchetti rende la comunicazioni di rete molto meno impegnativa per la CPU. Nonostante questo, la retrocompatibilità e la presenza di link lenti, richiede l’utilizzo di pacchetti grandi al più 1500 bytes. Le moderne schede di rete risolvono questo problema offrendo un meccanismo hardware chiamato TCP Segmentation Offload (TSO) che consente al network stack di generare pacchetti di grandi dimensioni che verranno successivamente segmentati dalla scheda in funzione dell’MTU (Maximum Transmission Unit). Tuttavia, una versione software generica (GSO - Generic Segmentation Offload) fornita dal sistema operativo ha ragione di esistere per quelle situazioni in cui l’hardware non offre supporto, come ad esempio nella comunicazione tra macchine virtuali oppure se il TSO hardware presenta dei malfunzionamenti o semplicemente non è implementato nella scheda di rete. In questa tesi presentiamo il nostro lavoro per aggiungere il supporto al GSO in FreeBSD. L’implementazione che abbiamo realizzato permette, in funzione della frequenza di clock della CPU, di raggiungere uno speedup fino al 90% rispetto alla segmentazione effettuata nel network stack senza supporto hardware (ad eccezione del calcolo della checksum). Inoltre con frequenze da 2 GHz in su riusciamo a saturare completamente un link 10 Gbit

The AXIOM platform for next-generation cyber physical systems

Cyber-Physical Systems (CPSs) are widely used in many applications that require interactions between humans and their physical environment. These systems usually integrate a set of hardware-software components for optimal application execution in terms of performance and energy consumption. The AXIOM project (Agile, eXtensible, fast I/O Module), presented in this paper, proposes a hardware-software platform for CPS coupled with an easy parallel programming model and sufficient connectivity so that the performance can scale-up by adding multiple boards. AXIOM supports a task-based programming model based on OmpSs and leverages a high-speed, inexpensive communication interface called AXIOM-Link. The board also tightly couples the CPU with reconfigurable resources to accelerate portions of the applications. As case studies, AXIOM uses smart video surveillance, and smart home living applicationsThis work is partially supported by the European Union H2020 program through the AXIOM project (grant ICT-01-2014 GA 645496) and HiPEAC (GA 687698), by the Spanish Government through Programa Severo Ochoa (SEV-2015-0493), by the Spanish Ministry of Science and Technology through TIN2015-65316-P project, and by the Generalitat de Catalunya (contracts 2014-SGR-1051 and 2014-SGR-1272). We also thank the Xilinx University Program for its hardware and software donations.Peer ReviewedPostprint (author's final draft

Dai Costi del Non Fare al fare meglio. Valutazione e digitalizzazione delle infrastrutture per rilanciare gli investimenti

Lo Studio 2018 dell’Infrastructure Unit approfondisce le tematiche più rilevanti, legate allo sviluppo infrastrutturale del Paese, che si prospettano di crescente interesse negli anni a venire. Come di consueto, vengono analizzate le priorità infrastrutturali del Paese e, attraverso la metodologia dei Costi del Non Fare, sono misurate le opportunità che la collettività perde per la mancata realizzazione e ammodernamento delle opere. Oltre a questo, l’analisi è stata estesa alle metodiche di valutazione degli investimenti, e in particolare alla ACB, tenuto conto delle recenti modifiche normative e regolatorie e di quelle che verranno in diversi comparti infrastrutturali. Infine, la ricerca ha coperto il tema dell’implementazione di soluzioni IoT nelle infrastrutture, confrontando piani e modelli di sviluppo dei paesi leader mondiali nel campo dell’innovazione

Virtual device passthrough for high speed VM networking

Supporting network I/O at high packet rates in virtual machines is fundamental for the deployment of Cloud data centers and Network Function Virtualization. Historically, SR-IOV and hardware passthrough were thought as the only viable solution to reduce the high cost of virtualization. In previous work [15] we showed how even plain device emulation can achieve VM-to-VM speeds of millions of packets per second (Mpps), though still at least 3 times slower than bare metal. In this paper, to fill this gap, we present ptnetmap, a virtual passthrough network device (based on the netmap framework). ptnetmap allows VMs to connect to any netmap port (physical devices, software switches, netmap pipes), conserving the speed and isolation of the native netmap system, and removing the constraints of hardware passthrough. Our work includes two key features not present in previous proposals: we provide a high speed path also to untrusted VMs, and do not require dedicated polling cores/threads, which is fundamental to achieve an efficient use of resources. Besides these features, our speed is also beyond previously published values. Running on top of ptnetmap, VMs can saturate a 10 Gbit link at 14.88 Mpps, talk at over 20 Mpps to untrusted VMs, and over 70 Mpps to trusted VMs. ptnetmap extends the netmap framework, and currently supports Linux and FreeBSD guests, and QEMU/KVM host. Support for bhyve/FreeBSD host is under development

Il Quality Project Lab-QPlab. Per un rilancio della capacità del Paese di produrre progetti di qualità

Muovendo da una breve analisi delle risorse finanziarie disponibili per la realizzazione di opere e infrastrutture in Italia, l’articolo costituisce una prima riflessione su come progettare opere e infrastrutture di qualità. La modesta capacità di investimenti infrastrutturali nel nostro Paese non dipende, come spesso si crede, dalla carenza di risorse finanziarie. Oggi le politiche di sviluppo europee destinano sempre maggiori fondi a tale settore e gli investitori internazionali sono sempre più attratti dalla stabilità dei ritorni economici degli investimenti in asset infrastrutturali. Il problema principale è la carenza di qualità dei progetti per opere pubbliche ed infrastrutture, che rimangono così destinate a non attrarre risorse finanziarie. L’articolo indica le criticità che caratterizzano la maggior parte delle realizzazioni segnalando proposte concrete per progetti di qualità

Passato, presente e futuro dello sviluppo infrastrutturale: vecchie criticità e nuove soluzioni

Lo Studio 2015 si colloca in un anno particolarmente importante per il contesto infrastrutturale del Paese: sono entrate in funzione molte opere strategiche, è in corso un processo di razionalizzazione delle priorità infrastrutturali e della loro governance, sta andando in porto la riforma del Codice degli Appalti. Tuttavia, emergono ancora i grandi limiti del nostro sistema infrastrutturale. Accanto alla consueta identificazione delle opere prioritarie e al calcolo dei Costi del Non Fare che gravano sulla collettività a causa della loro mancata/ritardata realizzazione, lo Studio si focalizza sui miglioramenti delle performance delle opere esistenti grazie ad ammodernamenti e upgrade tecnologici. Inoltre, analizza le cause di aumento dei tempi e dei costi di realizzazione delle opere e avanza proposte per una efficace gestione dei rischi associati ai progetti infrastrutturali

Riqualificare la spesa pubblica. Priorità infrastrutturali, Analisi Costi Benefici e IoT

Lo Studio 2016 della Infrastructure Unit di Agici si colloca in un anno di transizione per lo sviluppo infrastrutturale del Paese sia per le importanti realizzazioni che, e forse soprattutto, per il cambio di paradigma nella loro pianificazione. Accanto alla consueta identificazione delle priorità infrastrutturali del Paese e al calcolo dei Costi del Non Fare, il rapporto analizza i pilastri di un nuovo modo di fare infrastrutture: il crescente utilizzo, in fase di pianificazione, di strumenti di valutazione degli investimenti pubblici (come l’Analisi Costi Benefici) per la misurazione dell’effettiva utilità delle opere; il ricorso alle nuove tecnologie, e in particolare all’Internet of Things, per migliorare le infrastrutture esistenti, riqualificare i servizi erogati e ridurne i costi

Modeling Multi-Board Communication in the AXIOM Cyber-Physical System

The main goal of the AXIOM project is to design a small board that could be used as a LEGO\textsuperscriptTM-style module to build systems with more performance while keeping the programming task simple by using a familiar shared-memory programming model. The interconnection plays a crucial role both for the need of providing fast and reliable communication (including lossless control flow as, e.g., Infiniband, but with a simplified scope and cost). In this paper, we outline some of our initial choices and explore the performance of RDMA based mechanisms and interfaces, including the remote memory management behind the programming model. Our initial results show a potential for scaling the system as we use DF-Threads, good bandwidth for RDMA transfers, promising to scale once we use the OmpSs, programming model

Modeling multi-board communication in the AXIOM cyber-physical system

The main goal of the AXIOM project is to design a small board that could be used as a LEGOTM-style module to build systems with more performance while keeping the programming task simple by using a familiar shared-memory programming model. The interconnection plays a crucial role both for the need of providing fast and reliable communication (including lossless control flow as, e.g., Infiniband, but with a simplified scope and cost). In this paper, we outline some of our initial choices and explore the performance of RDMA based mechanisms and interfaces, including the remote memory management behind the programming model. Our initial results show a potential for scaling the system as we use DF-Threads, good bandwidth for RDMA transfers, promising to scale once we use the OmpSs, programming model.This work is partially supported by the European Union H2020 program through the AXIOM project (grant ICT-01-2014 GA 645496) and HiPEAC (GA 687698), by the Spanish Government through Programa Severo Ochoa (SEV-2011-0067), by the Spanish Ministry of Science and Technology through TIN2012-34557 project, and by the Generalitat de Catalunya (contract 2009-SGR-980).Peer Reviewe

The AXIOM Project: IoT on Heterogeneous Embedded Platforms

The AXIOM project aims at providing an environment for Cyber-Physical Systems. Smart Video Surveillance targets public environments, involving real-time face detection in crowds. Smart Home Living targets home environments and access control. These applications are used as experimental use cases for the AXIOM platform, currently based on the Xilinx Zynq-7000 SoCs. We have integrated the Xilinx Vivado HLS tool for the FPGA support within the OmpSs programming model, to enable OpenMP-like programming in the FPGA. This paper presents the programming environment, and the evaluation of the most computationally expensive parts of the target applications