Configura il networking SR-IOV

Questo documento descrive come configurare il networking di virtualizzazione di input/output a radice singola (SR-IOV) per GKE su Bare Metal. SR-IOV fornisce la virtualizzazione I/O per rendere disponibile una scheda di interfaccia di rete (NIC) come dispositivi di rete nel kernel Linux. Questo ti consente di gestire e assegnare le connessioni di rete ai pod. Le prestazioni migliorano in quanto i pacchetti si spostano direttamente tra il NIC e il pod.

Utilizza questa funzionalità se hai bisogno di un networking veloce per i carichi di lavoro dei pod. SR-IOV per GKE su Bare Metal consente di configurare le funzioni virtuali (VF) sui dispositivi supportati dei nodi del cluster. Puoi anche specificare il modulo del kernel specifico da associare alle VF.

Questa funzionalità è disponibile per i cluster che eseguono carichi di lavoro, ad esempio cluster ibridi, autonomi e utente.

La procedura di configurazione prevede i seguenti passaggi generali:

  1. Configura il cluster per abilitare il networking SR-IOV.
  2. Configura l'operatore SR-IOV, una risorsa personalizzata SriovOperatorConfig.
  3. Imposta i criteri SR-IOV e configura le VF.
  4. Crea una risorsa personalizzata NetworkAttachmentDefinition che faccia riferimento alle tue VF.

Requisiti

La funzionalità di networking SR-IOV richiede la presenza dei driver ufficiali per gli adattatori di rete sui nodi del cluster. Installa i driver prima di utilizzare l'operatore SR-IOV. Inoltre, per utilizzare il modulo vfio-pci per le VF, assicurati che il modulo sia disponibile sui nodi in cui deve essere utilizzato.

Abilita il networking SR-IOV per un cluster

Per abilitare il networking SR-IOV per GKE su Bare Metal, aggiungi i campi multipleNetworkInterfaces e sriovOperator alla sezione clusterNetwork dell'oggetto Cluster e imposta entrambi i campi su true.

apiVersion: baremetal.cluster.gke.io/v1
kind: Cluster
metadata:
  name: cluster1
spec:
  clusterNetwork:
    multipleNetworkInterfaces: true
    sriovOperator: true
...

Il campo sriovOperator è modificabile e può essere modificato dopo la creazione del cluster.

Configura l'operatore SR-IOV

La risorsa personalizzata SriovOperatorConfig fornisce la configurazione globale per la funzionalità di networking SR-IOV. Questa risorsa personalizzata in bundle ha il nome default e si trova nello spazio dei nomi gke-operators. La risorsa personalizzata SriovOperatorConfig viene rispettata solo per questo nome e spazio dei nomi.

Puoi modificare questo oggetto con il seguente comando:

kubectl -n gke-operators edit sriovoperatorconfigs.sriovnetwork.k8s.cni.cncf.io default

Ecco un esempio di configurazione di una risorsa personalizzata SriovOperatorConfig:

apiVersion: sriovnetwork.k8s.cni.cncf.io/v1
kind: SriovOperatorConfig
metadata:
  name: default
  namespace: gke-operators
spec:
  configDaemonNodeSelector:
    nodePool: "withSriov"
  disableDrain: false
  logLevel: 0

La sezione configDaemonNodeSelector consente di limitare i nodi che l'operatore SR-IOV può gestire. Nell'esempio precedente, l'operatore è limitato ai soli nodi con un'etichetta nodePool: withSriov. Se il campo configDaemonNodeSelector non è specificato, vengono applicate le seguenti etichette predefinite:

beta.kubernetes.io/os: linux
node-role.kubernetes.io/worker: ""

Il campo disableDrain specifica se eseguire un'operazione di svuotamento dei nodi Kubernetes prima di riavviare il nodo o prima di modificare una configurazione VF specifica.

Crea criteri SR-IOV

Per configurare VF specifiche nel tuo cluster, devi creare una risorsa personalizzata SriovNetworkNodePolicy nello spazio dei nomi gke-operators.

Ecco un manifest di esempio per una risorsa personalizzata SriovNetworkNodePolicy:

apiVersion: sriovnetwork.k8s.cni.cncf.io/v1
kind: SriovNetworkNodePolicy
metadata:
  name: policy-1
  namespace: gke-operators
spec:
  deviceType: "netdevice"
  mtu: 1600
  nodeSelector:
    baremetal.cluster.gke.io/node-pool: node-pool-1
  nicSelector:
    pfNames:
    - enp65s0f0
    deviceID: "1015"
    rootDevices:
    - 0000:01:00.0
    vendor: "15b3"
  numVfs: 4
  priority: 80
  resourceName: "mlnx"

La sezione nodeSelector consente di limitare ulteriormente i nodi su cui devono essere create le VF. Questa limitazione si trova in cima ai selettori della SriovOperatorConfig descritta nella sezione precedente.

Il campo deviceType specifica il modulo kernel da utilizzare per le VF. Le opzioni disponibili per deviceType sono:

  • netdevice per il modulo kernel standard specifico per VF
  • vfio-pci per il driver VFIO-PCI

resourceName definisce il nome rappresentato dalle VF nel nodo Kubernetes.

Al termine del processo di configurazione, i nodi del cluster selezionati contengono la risorsa definita, come presentato nell'esempio seguente (nota il gke.io/mlnx):

apiVersion: v1
kind: Node
metadata:
  name: worker-01
spec:
…
status:
  allocatable:
    cpu: 47410m
    ephemeral-storage: "210725550141"
    gke.io/mlnx: "4"
    hugepages-1Gi: "0"
    hugepages-2Mi: "0"
    memory: 59884492Ki
    pods: "250"
  capacity:
    cpu: "48"
    ephemeral-storage: 228651856Ki
    gke.io/mlnx: "4"
    hugepages-1Gi: "0"
    hugepages-2Mi: "0"
    memory: 65516492Ki
    pods: "250"

L'operatore aggiungerà sempre il prefisso gke.io/ a ogni risorsa definita con SriovNetworkNodePolicy.

Specifica un selettore NIC

Affinché SriovNetworkNodePolicy funzioni correttamente, specifica almeno un selettore nella sezione nicSelector. Questo campo contiene più opzioni su come identificare funzioni fisiche specifiche (PF) nei nodi del cluster. La maggior parte delle informazioni richieste in questo campo viene rilevata automaticamente e salvata nella risorsa personalizzata SriovNetworkNodeState. Questo operatore potrà gestire un oggetto per ciascun nodo.

Utilizza il seguente comando per visualizzare tutti i nodi disponibili:

kubectl -n gke-operators get sriovnetworknodestates.sriovnetwork.k8s.cni.cncf.io -o yaml

Ecco un esempio di nodo:

apiVersion: sriovnetwork.k8s.cni.cncf.io/v1
kind: SriovNetworkNodeState
metadata:
  name: worker-01
  namespace: gke-operators
spec:
  dpConfigVersion: "6368949"
status:
  interfaces:
  - deviceID: "1015"
    driver: mlx5_core
    eSwitchMode: legacy
    linkSpeed: 10000 Mb/s
    linkType: ETH
    mac: 1c:34:da:5c:2b:9c
    mtu: 1500
    name: enp1s0f0
    pciAddress: "0000:01:00.0"
    totalvfs: 4
    vendor: 15b3
  - deviceID: "1015"
    driver: mlx5_core
    linkSpeed: 10000 Mb/s
    linkType: ETH
    mac: 1c:34:da:5c:2b:9d
    mtu: 1500
    name: enp1s0f1
    pciAddress: "0000:01:00.1"
    totalvfs: 2
    vendor: 15b3
  syncStatus: Succeeded

Imposta il partizionamento delle funzioni fisiche

Presta particolare attenzione al campo pfNames della sezione nicSelector. Oltre a definire il PF esatto da utilizzare, consente di specificare le VF esatte da utilizzare per il PF specificato e la risorsa definita nel criterio.

Ecco un esempio:

apiVersion: sriovnetwork.k8s.cni.cncf.io/v1
kind: SriovNetworkNodePolicy
metadata:
  name: policy-1
  namespace: gke-operators
spec:
  deviceType: "netdevice"
  mtu: 1600
  nodeSelector:
    baremetal.cluster.gke.io/node-pool: node-pool-1
  nicSelector:
    pfNames:
    - enp65s0f0#3-6
    deviceID: "1015"
    rootDevices:
    - 0000:01:00.0
    vendor: "15b3"
  numVfs: 7
  priority: 80
  resourceName: "mlnx"

Nell'esempio precedente, la risorsa gke.io/mlnx utilizza solo le VF numerate da 3 a 6 e mostra solo quattro VF disponibili. Poiché le VF vengono sempre create dall'indice zero, il numero richiesto di VF, numVfs, deve essere almeno pari al valore di chiusura dell'intervallo (contando da zero). Questa logica di numerazione è il motivo per cui numVfs è impostato su 7 nell'esempio precedente. Se imposti un intervallo da 3 a 4 (enp65s0f0#3-4), il valore di numVfs deve essere almeno 5.

Quando il partizionamento non è specificato, numVfs definisce l'intervallo di VF in uso, che parte sempre da zero. Ad esempio, se imposti numVfs=3 senza specificare il partizionamento, vengono utilizzate le VF 0-2.

Informazioni sulla priorità dei criteri

Puoi specificare più oggetti SriovNetworkNodePolicy per gestire vari fornitori o configurazioni VF diverse. La gestione di più oggetti e fornitori potrebbe complicare la situazione quando più criteri fanno riferimento allo stesso PF. Per gestire tali situazioni, il campo priority risolve i conflitti in base al nodo.

Ecco la logica di priorità per la sovrapposizione dei criteri PF:

  1. Un criterio con priorità più alta sovrascrive un criterio con priorità più bassa solo quando il partizionamento PF si sovrappone.

  2. Gli stessi criteri di priorità vengono uniti:

    1. I criteri sono ordinati per nome ed elaborati in questo ordine
    2. I criteri con partizionamento PF sovrapposto vengono sovrascritti
    3. I criteri con partizionamento PF non sovrapposto vengono uniti e tutti presenti

Un criterio ad alta priorità è un criterio con un valore numerico più basso nel campo priority. Ad esempio, la priorità è più alta per un criterio con priority: 10 rispetto a per un criterio con priority: 20.

Le seguenti sezioni forniscono esempi di criteri per diverse configurazioni di partizionamento.

PF partizionato

Il deployment dei due manifest SriovNetworkNodePolicy seguenti comporta due risorse disponibili: gke.io/dev-kernel e gke.io/dev-vfio. Ogni risorsa ha due VF che non si sovrappongono.

kind: SriovNetworkNodePolicy
metadata:
  name: policy-1
spec:
  deviceType: "netdevice"
  nodeSelector:
    baremetal.cluster.gke.io/node-pool: node-pool-1
  nicSelector:
    pfNames:
    - enp65s0f0#0-1
  numVfs: 2
  priority: 70
  resourceName: "dev-kernel"

kind: SriovNetworkNodePolicy
metadata:
  name: policy-2
spec:
  deviceType: "vfio-pci"
  nodeSelector:
    baremetal.cluster.gke.io/node-pool: node-pool-1
  nicSelector:
    pfNames:
    - enp65s0f0#2-3
  numVfs: 4
  priority: 70
  resourceName: "dev-vfio"

Partizionamento PF sovrapposto

Il deployment dei due manifest SriovNetworkNodePolicy seguenti rende disponibile solo la risorsa gke.io/dev-vfio. L'intervallo di VF di policy-1 è 0-2 e si sovrappone a policy-2. A causa della denominazione, policy-2 viene elaborato dopo il giorno policy-1. Pertanto, è disponibile solo la risorsa specificata in policy-2, gke.io/dev-vfio.

kind: SriovNetworkNodePolicy
metadata:
  name: policy-1
spec:
  deviceType: "netdevice"
  nodeSelector:
    baremetal.cluster.gke.io/node-pool: node-pool-1
  nicSelector:
    pfNames:
    - enp65s0f0
  numVfs: 3
  priority: 70
  resourceName: "dev-kernel"

kind: SriovNetworkNodePolicy
metadata:
  name: policy-2
spec:
  deviceType: "vfio-pci"
  nodeSelector:
    baremetal.cluster.gke.io/node-pool: node-pool-1
  nicSelector:
    pfNames:
    - enp65s0f0#2-3
  numVfs: 4
  priority: 70
  resourceName: "dev-vfio"

Partizionamento PF non sovrapposto con priorità diverse

Il deployment dei due manifest SriovNetworkNodePolicy seguenti comporta due risorse disponibili: gke.io/dev-kernel e gke.io/dev-vfio. Ogni risorsa ha due VF che non si sovrappongono. Anche se policy-1 ha una priorità più alta di policy-2, dato che il partizionamento PF non si sovrappone, i due criteri vengono uniti.

kind: SriovNetworkNodePolicy
metadata:
  name: policy-1
spec:
  deviceType: "netdevice"
  nodeSelector:
    baremetal.cluster.gke.io/node-pool: node-pool-1
  nicSelector:
    pfNames:
    - enp65s0f0
  numVfs: 2
  priority: 10
  resourceName: "dev-kernel"

kind: SriovNetworkNodePolicy
metadata:
  name: policy-2
spec:
  deviceType: "vfio-pci"
  nodeSelector:
    baremetal.cluster.gke.io/node-pool: node-pool-1
  nicSelector:
    pfNames:
    - enp65s0f0#2-3
  numVfs: 4
  priority: 70
  resourceName: "dev-vfio"

Controlla lo stato di configurazione del criterio SR-IOV

Quando applichi i criteri SR-IOV, puoi monitorare e visualizzare la configurazione finale dei nodi nella risorsa personalizzata SriovNetworkNodeState per il nodo specifico. Nella sezione status, il campo syncStatus rappresenta la fase attuale del daemon di configurazione. Lo stato Succeeded indica che la configurazione è stata completata. La sezione spec della risorsa personalizzata SriovNetworkNodeState definisce lo stato finale della configurazione delle VF per quel Nodo in base al numero di criteri e alle relative priorità. Tutte le VF create verranno elencate nella sezione status per i PF specificati.

Ecco un esempio di risorsa personalizzata SriovNetworkNodeState:

apiVersion: sriovnetwork.k8s.cni.cncf.io/v1
kind: SriovNetworkNodeState
metadata:
  name: worker-02
  namespace: gke-operators
spec:
  dpConfigVersion: "9022068"
  interfaces:
  - linkType: eth
    name: enp1s0f0
    numVfs: 2
    pciAddress: "0000:01:00.0"
    vfGroups:
    - deviceType: netdevice
      policyName: policy-1
      resourceName: mlnx
      vfRange: 0-1
status:
  interfaces:
  - Vfs:
    - deviceID: "1016"
      driver: mlx5_core
      mac: 96:8b:39:d8:89:d2
      mtu: 1500
      name: enp1s0f0np0v0
      pciAddress: "0000:01:00.2"
      vendor: 15b3
      vfID: 0
    - deviceID: "1016"
      driver: mlx5_core
      mac: 82:8e:65:fe:9b:cb
      mtu: 1500
      name: enp1s0f0np0v1
      pciAddress: "0000:01:00.3"
      vendor: 15b3
      vfID: 1
    deviceID: "1015"
    driver: mlx5_core
    eSwitchMode: legacy
    linkSpeed: 10000 Mb/s
    linkType: ETH
    mac: 1c:34:da:5c:2b:9c
    mtu: 1500
    name: enp1s0f0
    numVfs: 2
    pciAddress: "0000:01:00.0"
    totalvfs: 2
    vendor: 15b3
  - deviceID: "1015"
    driver: mlx5_core
    linkSpeed: 10000 Mb/s
    linkType: ETH
    mac: 1c:34:da:5c:2b:9d
    mtu: 1500
    name: enp1s0f1
    pciAddress: "0000:01:00.1"
    totalvfs: 2
    vendor: 15b3
  syncStatus: Succeeded

Crea una risorsa personalizzata NetworkAttachmentDefinition

Dopo aver configurato correttamente le VF sul cluster e dopo che sono visibili nel nodo Kubernetes come risorsa, devi creare un elemento NetworkAttachmentDefinition che faccia riferimento alla risorsa. Crea il riferimento con un'annotazione k8s.v1.cni.cncf.io/resourceName. Ecco un manifest NetworkAttachmentDefinition di esempio che fa riferimento alla risorsa gke.io/mlnx:

apiVersion: "k8s.cni.cncf.io/v1"
kind: NetworkAttachmentDefinition
metadata:
  name: gke-sriov-1
  annotations:
    k8s.v1.cni.cncf.io/resourceName: gke.io/mlnx
spec:
  config: '{
      "cniVersion": "0.3.0",
      "name": "mynetwork",
      "type": "sriov",
      "ipam": {
        "type": "whereabouts",
        "range": "21.0.108.0/21",
        "range_start": "21.0.111.16",
        "range_end": "21.0.111.18"
      }
    }'

NetworkAttachmentDefinition deve avere sriov come tipo CNI. Fai riferimento a qualsiasi risorsa personalizzata NetworkAttachmentDefinition di cui hai eseguito il deployment nei tuoi pod con un'annotazione k8s.v1.cni.cncf.io/networks.

Ecco un esempio di come fare riferimento alla risorsa personalizzata NetworkAttachmentDefinition precedente in un pod:

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: samplepod
  annotations:
    k8s.v1.cni.cncf.io/networks: gke-sriov-1
spec:
  containers:
  ...

Quando fai riferimento a una risorsa NetworkAttachmentDefinition personalizzata nei carichi di lavoro, non devi preoccuparti delle definizioni delle risorse dei pod o del posizionamento in nodi specifici, operazione che viene eseguita automaticamente.

L'esempio seguente mostra una risorsa personalizzata NetworkAttachmentDefinition con una configurazione VLAN. In questo esempio, ogni VF appartiene alla VLAN 100:

apiVersion: "k8s.cni.cncf.io/v1"
kind: NetworkAttachmentDefinition
metadata:
  name: gke-sriov-vlan-100
  annotations:
    k8s.v1.cni.cncf.io/resourceName: gke.io/mlnx
spec:
  config: '{
      "cniVersion": "0.3.0",
      "name": "mynetwork",
      "type": "sriov",
      "vlan": 100,
      "ipam": {
        "type": "whereabouts",
        "range": "21.0.100.0/21"
      }
    }'

Informazioni aggiuntive

Le sezioni seguenti contengono informazioni utili per configurare il networking SR-IOV.

Riavvii dei nodi

Quando l'operatore SR-IOV configura i nodi, potrebbe essere necessario riavviare i nodi. Potrebbe essere necessario riavviare i nodi durante la configurazione della VF o del kernel. La configurazione del kernel prevede l'abilitazione del supporto della funzionalità SR-IOV nel sistema operativo.

Schede di rete supportate

Nella tabella seguente sono elencate le schede di rete supportate per i cluster della versione 1.14.x:

Nome ID fornitore ID dispositivo ID dispositivo VF
Intel i40e XXV710 8086 158a 154c
Intel i40e 25G SFP28 8086 158b 154c
Intel i40e 10G X710 SFP 8086 1572 154c
Intel i40e XXV710 N3000 8086 0d58 154c
Intel i40e 40G XL710 QSFP 8086 1583 154c
Intel ghiaccio Columbiaville E810-CQDA2 2CQDA2 8086 1592 1889
Intel Columbiaville E810-XXVDA4 8086 1593 1889
Intel Columbiaville E810-XXVDA2 8086 159b 1889
Nvidia MLX5 ConnectX-4 15b3 1013 1014
Nvidia MLX5 ConnectX-4LX 15b3 1015 1016
Nvidia MLX5 ConnectX-5 15b3 1017 1018
Nvidia MLX5 ConnectX-5 Ex 15b3 1019 Guida introduttiva
Nvidia MLX5 ConnectX-6 15b3 101b 101c
Nvidia MLX5 ConnectX-6_Dx 15b3 101 g Livello 1
Nvidia mlx5 MT42822 BlueField-2 integrato ConnectX-6 Dx 15b3 A2D6 Livello 1
Broadcom bnxt BCM57414 2x25G 14E4 16 g 7 16dc
Broadcom bnxt BCM75508 2x100G 14E4 1750 1806