eZtunnel: an eBPF-based traffic acceleration mechanism for cloud-native infrastructures

Autor(es)

Arthur de Jesus Simas

• Tipo de documento: Dissertação de Mestrado
• Imprenta: Campinas, SP.
• Instituição: Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação
• Data de defesa: 2025-01-16

Membros da banca

Christian Rodolfo Esteve Rothenberg; Fábio Luciano Verdi; Jéferson Campos Nobre

• Orientador: Christian Rodolfo Esteve Rothenberg

Resumo

Aplicações nativas para a nuvem, caracterizadas por sua escalabilidade, resiliência e flexibilidade, adotam uma arquitetura de microsserviços para decompor aplicações em serviços menores e independentes. Essa arquitetura, embora ofereça benefícios significativos, introduz desafios na comunicação entre serviços, exigindo o uso de frameworks avançados de orquestração e comunicação, como Kubernetes e Istio, respectivamente. No entanto, a complexidade dessas tecnologias impõe uma sobrecarga substancial na infraestrutura, que introduzem um maior caminho no processamento dos pacotes. Este trabalho identifica os gargalos de desempenho decorrentes do uso extensivo de service meshes, destacando o problema crítico de sobrecarga da CPU devido a tarefas relacionadas à rede. Para enfrentar esses desafios, propomos o eZtunnel, uma técnica de offloading transparente para permitir comunicações eficientes em service meshes. Esta proposta utiliza o filtro de pacotes estendido (do inglês, extended Berkeley Packet Filter – eBPF) como tecnologia habilitadora para abordar e mitigar o problema. Os experimentos mostram que a solução proposta pode otimizar as métricas de rede de comunicação intra-nó, tal como redução de Flow Completion Time (FCT) em 41,2%, latência em 42,0%, e aumento de vazão em 68,5%. O consumo de memória foi baixo, alcançando até 60,5 MB. O uso de CPU foi variável entre +29,2 e -23,2%. Através dessa abordagem, a pesquisa busca desbloquear o potencial das aplicações nativas para a nuvem, garantindo que os avanços arquiteturais se traduzam em benefícios significativos (AU)

• Processo FAPESP: 23/05222-3 - Estratégias de Offloading para Infraestruturas Programáveis de Última Geração
• Beneficiário: Arthur de Jesus Simas
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Mestrado