The pervasive deployment of the Internet has increased demands for high-performance and low mangement costs for network equiments such as routers. Software routers have been promising programmability on top of general-purpose commodity hardware, while dedicated hardware routers have offered extreme performance sacrificing extensibility with high costs. Click modular router has introduced a fine-grained modular architecture, but it and other sucessors lack the performance despite of recent hardware developments. The reason for low performance of Click are I/O overheads from the Linux networking stack, no concerns for multi-core CPUs and multi-queue NICs, and overheads of fine-grained modular architecture. Based on our insight into PacketShader, which is the performance record holder among existing software routers, we employ the same design principles to Click to overcome its limitations. First, we apply batching at packet I/O using the packet I/O engine from PacketShader to eliminate overheads from the Linux networking stack. Second, we modify the threading model of Click for maximum utilization of multi-core CPUs. Third, we apply batching at packet processing to reduce modularity overheads. We demonstrate our modified Click named DoubleClick and show that its performance reaches close to that of PacketShader while keeping Click’s modularity.
인터넷이 광범위하게 사용될수록 새로운 기능을 손쉽게 추가할 수 있는 유연함을 갖춘 고성능 네트웍 장비에 대한 요구가 증가하고 있다. 소프트웨어 라우터는 범용 하드웨어를 사용해 저렴한 비용으로 최대한의 프로그래밍 편의를 제공하는 것이 그 목표이다. 이는 전용 하드웨어 라우터가 가격과 확장성을 희생하고 최대한의 성능을 제공하는 방향으로 발전해온 것과 대비된다. Click 라우터는 소프트웨어 라우터 중 모듈화 구조를 처음 소개하여 그 뛰어난 확장성 덕분에 많은 연구자들이 사용해왔으나, 낮은 성능이 그 단점으로 지적되어왔다. Click의 낮은 성능은 Linux networking stack이 가지는 오버헤드, 멀티코어 CPU와 다중 큐 네트웍카드에 대한 지원 미비, 그리고 모듈화 구조에 따른 오버헤드로부터 기인한다. 이러한 문제점을 해결하기 위해, 처음으로 40 Gbps의 벽을 뚫은 PacketShader 연구로부터 일괄처리(batch processing)가 성능 향상에 가장 핵심적인 요소임을 파악하고 이를 Click에 다양한 방법으로 적용하였다. 첫번째는 패킷 I/O에 일괄처리 기법을 적용하고, 두번째는 threading model을 변경하여 멀티코어 환경과 다중 큐 네트웍카드에 대한 지원을 강화하고, 세번째로는 패킷 처리 과정에 일괄처리 기법을 적용하였다. 본 연구에서는 이렇게 Click의 성능 개선 버전인 “DoubleClick” 라우터를 개발하였고, 그 성능을 평가하여 소프트웨어 라우터가 Click의 유연한 모듈화 구조를 유지하면서도 PacketShader에 필적하는 성능을 낼 수 있음을 보였다.
