Linux Kernel Packet Transmission Performance in High-speed Networks

The Linux Kernel protocol stack is getting more and more additions as time goes by. As new technologies arise, more functions are implemented and might result is a certain amount of bloat. However new methods have been added to the kernel to circumvent common throughput issues and to maximize overall performances, given certain circumstances. To assess the ability of the kernel to produce packets at a given rate, we will use the pktgen tool. Pktgen is a loadable kernel module dedicated to trac generation based on UDP. Its philosophy was to be in a low position in the kernel protocol stack to minimize the amount of overhead caused by usual APIs. As measurements are usually done in packets per second instead of bandwidth, the UDP protocol makes perfect sense to minimize the amount of time creating a packet. It has several options which will be investigated, and for further insights its transmission algorithm will be analysed. But a software is not just a compiled piece of code, it is a set of instructions ran on top of hardware. And this hardware may or may not comply with the design of one's software, making the execution slower than expected or in extreme cases even not functional. This thesis aims to investigate the maximum capabilities of Linux packet transmissions in high-speed networks, e.g. 10 Gigabits or 40 Gigabits. To go deeper into the understanding of the kernel behaviour during transmission we will use proling tools, as perf and the newly adopted eBPF framework.Linux Kernel protokollstacken blir fler och fler tillägg som tiden går. Som ny teknik uppstår, fler funktioner har genomförts och kan leda till en viss mängd svälla. Men nya metoder har lagts till kärnan för att kringgå vanliga genomströmning problem och att maximera den totala föreställningar, med tanke på vissa omständigheter. Att fastställa förmågan hos kärnan för att producera paket med en given hastighet, kommer vi att använda pktgen verktyget. Pktgen är en laddbar kärnmodul tillägnad trafik generation baserad på UDP. Dess filosofi var att vara i en låg position i kärnan protokollstacken för att minimera mängden av overhead orsakad av vanliga API:er. Som mätningarna görs vanligtvis i paket per sekund i stället för bandbredd, gör UDP-protokollet vettigt att minimera mängden tid på att skapa ett paket. Det har flera alternativ som kommer att undersökas, och för ytterligare insikter sin sändningsalgoritmen kommer att analyseras. Men en programvara är inte bara en kompilerad bit kod, är det en uppsättning instruktioner sprang ovanpå hårdvara. Och den här maskinvaran kan eller inte kan följa med utformningen av en programvara, vilket gör utförandet långsammare än väntat eller i extrema fall även fungerar inte. Denna avhandling syftar till att undersöka de maximala kapacitet Linux paketsändningar i höghastighetsnät, t.ex. 10 gigabit eller 40 Gigabit. För att gå djupare in i förståelsen av kärnan beteende under överföringen kommer vi att använda profilverktyg, som perf och det nyligen antagna ramen eBPF