はじめに

Linux 4.6でマージされたKernel Connection Mulitplexor (KCM)についてまとめます。

目的

TCP上にメッセージベースのプロトコルを実装する手助けをする
- アプリケーションはデータグラム(SOCK_DGRAM)ソケットで通信できる
- アプリケーションは独自に定義したプロトコルをカーネルに教えて、カーネルはそれを元に効率のよくメッセージを処理する
  - 例えば、ヘッダ解析やメッセージ単位でアプリケーションにデータを渡す等
メッセージの多重化機能を提供する
- アプリケーションのソケット(KCMソケット)とTCPソケット間で多対多のメッセージ多重化(multiplexing)する機能を提供する
  - N対1構成も可能
- カーネル内でうまく負荷分散してくれる
バッチ処理のメカニズムを提供する
- sendmsgにMSG_BATCHフラグを渡すと、次のメッセージを待ってから送信してくれる
- 受信はメッセージが完成してからアプリケーションに通知してくれる
  - N個溜まったら通知、が可能かは不明

なんでカーネルに実装するの？とか、なんでTCP上に実装するの？等のFAQがこのマージコミットに書かれているので、気になる人は読んでみると良いかもです。

概念図

Documentation/networking/kcm.txtより抜粋。

+------------+   +------------+   +------------+   +------------+
| KCM socket |   | KCM socket |   | KCM socket |   | KCM socket |
+------------+   +------------+   +------------+   +------------+
      |                 |               |                |
      +-----------+     |               |     +----------+
                  |     |               |     |
               +----------------------------------+
               |           Multiplexor            |
               +----------------------------------+
                 |   |           |           |  |
       +---------+   |           |           |  ------------+
       |             |           |           |              |
+----------+  +----------+  +----------+  +----------+ +----------+
|  Psock   |  |  Psock   |  |  Psock   |  |  Psock   | |  Psock   |
+----------+  +----------+  +----------+  +----------+ +----------+
      |              |           |            |             |
+----------+  +----------+  +----------+  +----------+ +----------+
| TCP sock |  | TCP sock |  | TCP sock |  | TCP sock | | TCP sock |
+----------+  +----------+  +----------+  +----------+ +----------+

メッセージ解析

Berkeley Packet Filter (BPF)を使っているらしい。どのように使われるか、どうやってBPFを書くのかは別の機会に調べたいです。おそらく bpf(2) や Documentation/networking/filter.txt を読むことになると思います。

使い方

KCM(+KCMソケット)を作る
- socket(AF_KCM, SOCK_DGRAM or SOCK_SEQPACKET, KCMPROTO_CONNECTED)
KCMソケットを増やす
- ioctl(kcmfd, SIOCKCMCLONE, &info)
KCMにトランスポート(TCP)ソケットを繋ぐ(BPFを指定する)
- info.fd = tcpfd
- info.bpf_fd = bpf_prog_fd
- ioctl(kcmfd, SIOCKCMATTACH, &info)

おわりに

あまりアプリケーションプログラムを書かないので、この機能がどの程度嬉しいのかはわからないですが、BPFで通信最適化ができて楽しそうではあります。

参考文献

1.5 Kernel Connection Multiplexor, a facility for accelerating application layer protocols from kernelnewbies.org