ACM论文集研究质疑eBPF在加速网络工作负载方面的性能优势，指出其在许多情况下并未带来显著提升，甚至降低速度。研究人员建议改进即时编译、扩展ISA、添加调度程序和缓冲区等来优化eBPF技术。
译自：Research: eBPF Not Always a 'Silver Bullet' for Network Apps
作者：Joab Jackson
最新一期 ACM 网络论文集 上的一篇研究论文对 eBPF 的性能优势提出了质疑，至少在加速基于网络的工作负载方面是这样。
该论文指出，在许多情况下，eBPF 没有带来显著的性能提升，有时甚至会降低应用程序的速度，这篇论文名为“揭秘 eBPF 网络应用程序的性能”。
论文的作者 Farbod Shahinfar 和 Sebastiano Miano（均来自意大利米兰理工大学）；纽约大学的 Aurojit Panda；以及米兰理工大学和伦敦玛丽女王大学的 Gianni Antichi 写道：“实际上，许多网络应用程序无法从 eBPF 中受益，更糟糕的是，eBPF 的使用会限制应用程序的部署方式。”
eBPF 是一种通过沙箱和预编译将编程代码嵌入到操作系统内核本身的技术，其理念是它运行代码的速度比代码在用户空间程序中运行（与内核来回通信）的速度更快。在 eBPF 上运行的代码被编译为平台无关的字节码，并在加载时进行编译。
eBPF 程序的生命周期 (PACMNET)
eBPF 在许多网络功能中找到了早期应用，例如负载均衡、数据包交换和网络加速协议，它被用于过滤和路由数据包和遥测数据。
质疑 eBPF 的性能声明
研究人员建立了一系列基准来测试 eBPF 备受吹捧的性能提升 是否能够实现。
换句话说，研究人员想知道，如果将 eBPF 嵌入到网络应用程序中，它是否会运行得更快？
他们发现，实际上，卸载代码并不总能带来性能提升。
他们写道：“我们发现，应用程序性能是否提高取决于有多少逻辑可以被卸载。”
在某些情况下，他们发现性能有所提高，但在其他情况下，使用 eBPF 几乎没有区别。而在某些情况下，eBPF 实际上使性能变得更加迟缓，不仅对其应用程序如此，而且对其周围的其他应用程序也是如此。
基准测试不同的 eBPF 卸载类型
研究人员建立并测量了三种不同类型的基于 eBPF 的应用程序。一个完全在 eBPF 中运行（“完全卸载”）。另一个仅卸载代码中对时间最敏感的部分（“快速路径卸载”）——可以想到数据库缓存。第三个使用 eBPF 来预处理数据（“预处理卸载”）。
这些测试在两台通过 100 Gbps 链路互连的 24 核 Intel Xeon 服务器上运行，这些服务器配备了 1.1MB 的 L1 缓存、30MB 的 L2 缓存和 36MB 的 L3 缓存，以及 128GB 的 DDR4 内存。它们都运行 Linux 内核版本 6.8.0-rc7。Clang, v 14，编译了字节码，目标是 eBPF 指令集架构 v. 3。
对于完全卸载，结果好坏参半。操作单个数据包的应用程序受益，但操作流或消息的应用程序似乎没有通过 eBPF 路由得到改进。
事实证明，eBPF ISA 不支持许多处理器功能，例如单指令多数据 (SIMD)、加密卸载或浮点运算。因此，一些复杂的消息传递操作实际上在用户空间中运行得更快。
研究人员使用 BMC（一个用于加速 Memcached 键值存储的 eBPF 程序）测试了快速路径卸载。
在这里，他们发现好处在很大程度上取决于 BMC 管理的工作负载类型。大量流量被卸载到 BMC 确实会看到更快的性能时间。但是，如果大部分流量需要由用户空间代码处理，那么任何好处都将微乎其微。
对于预处理卸载，研究人员发现 eBPF 程序可以通过预处理请求来潜在地减少数据移动。但这不一定会显着提高应用程序本身的性能。
减小数据包大小并不能显着提高吞吐量。(PACMNET)
eBPF 应用程序的“嘈杂邻居”效应
研究人员发现了其他令人不安的消息，即基于 eBPF 的应用程序可能会成为服务器上的不友好的邻居。通过控制操作系统内核，它们会阻碍运行在同一服务器上的其他应用程序的性能。eBPF 专为 Linux 设计，主要在那里使用，但 Windows 版本 也在开发中。
研究团队写道：“使用 eBPF 的应用程序可能会违反性能隔离。”
改进 eBPF 技术的建议
研究人员建议，eBPF 的维护者可以做几件事来减轻其技术的弊端。
一种是改进即时编译，由于操作系统内核的限制，即时编译通常会产生次优代码。即使是常见的操作，例如与内存之间复制（例如，memcpy）也是以低效的方式完成的，从而减慢了任何潜在的优化。
在某种程度上，eBPF 的维护者陷入了困境，因为这个问题不容易解决，“因为这样做会给内核增加显着的复杂性，”研究人员观察到。
尽管如此，他们可以改进生成机器代码的过程。可以扩展 eBPF ISA，包括增加对支持的寄存器数量的强烈要求。
还建议添加调度程序和缓冲区，并实现数据预取。
研究人员总结说，通过这些增强功能，eBPF 可以真正解决广泛的用例，这些用例将受益于更好的性能。
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