仮想マシンやコンテナ環境で、高パフォーマンス（NICワイヤレート）かつ柔軟なIOを実現する方法。 まだあんまり日本語の情報は見つからない。 触ったわけではないので、勘違いなどあるかも。
vDPAカーネルフレームワーク
2020年3月に、vDPA カーネルフレームワークがLinux 5.7にマージされた。 vDPAカーネルフレームワークが扱うvDPA デバイスとは、 データプレーンがvirtio仕様、コントロールプレーンがベンダ仕様であるデバイスを指す。 ゲスト上のvirtio-netデバイスから見ると、データプレーンがホストをバイパスして物理NICに直接アクセスし、 コントロールプレーンがホストのvDPAフレームワーク（とベンダ依存のドライバ）を経由する、と捉えることができる。
かつてvDPAカーネルフレームワークは、mdevベースで作られた。 mdevはVFIOパススルー時にコントロールプレーンを仲介するもので、 ベンダ依存のコマンドとエミュレートされたPCIデバイス間の変換を担当する。
ただ以下の理由でmdevベースのアプローチを辞め、VFIOから独立した新しいサブシステムとしてvDPAカーネルフレームワークを設計した。
- VFIOとmdevは、vDPAと比べるとレイヤの低い部分で抽象化を行っているため、レイヤの高いAPIをVFIOに取り入れるのは自然ではない
- 世の中のNICがすべてVFIO IOMMUの設計に適しているわけではない
vDPAカーネルフレームワークはvhostキャラクタデバイスを提供するので、 QEMUのようなユーザスペースのドライバからvhostデバイスとして扱える。
独立したサブシステムなので、新たなハードウェアの機能に追従できる。 例えば、ライブマイグレーションのために、vhost API経由でデバイスの状態を保存・復元することができる。 また、SVA（Shared Virtual Address）やPASID（Process Address Space ID）もサポートする。
QEMUのようなユーザスペースでホスト・ゲストを仲介するレイヤが必要になるが、 SR-IOVによって単純にパススルーする構成と比べると、攻撃の対象領域を小さく保てる。 Intel Scalable IOVやSub Function（SF）とも相性が良い。
vDPA DPDK フレームワーク
vDPAのもう一つのフレームワークとして、ホストのDPDKを使った vDPA DPDK framework も存在する。 QEMUから見ると、単純に vhost-user バックエンドと接続するだけで良い。 ほとんどのメジャーなNICに対して、このvDPA DPDK driverが存在している。 ただvDPA DPDK フレームワークには以下の制約があった。
- vhost-userはユーザスペースのAPIなので、ホストのカーネルサブシステムを操作することができない。例えば、eBPFのような機能と協調して動かすことができない。
- DPDKはデータプレーンに注力しているため、ハードウェアの操作するためのツールを提供していない。
これらの制約を取り除くために、vDPAカーネルフレームワークが必要だった。 How deep does the vDPA rabbit hole go?, redhat.com にさらに突っ込んだ内容が書かれている。
既存のアプローチとの比較
vDPAと既存のアプローチとの比較をしてみる。
| 項目 | vhost-net | vhost-user | virtio full HW offload | vDPA |
|---|---|---|---|---|
| パフォーマンス | 低 | 中 | 高 | 高 |
| NIC側のデータプレーンサポート | No | No | Yes | Yes |
| NIC側のコントロールプレーンサポート | No | No | Yes | No |
| ライブマイグレーション | Yes | Yes | No | Yes |
| 成熟度 | 高 | 高 | 高 | 中？ |
出典：Achieving network wirespeed in an open standard manner: introducing vDPA, redhat.com