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<!DOCTYPE html>
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<title>坂口颯麻のポートフォリオ</title>
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<div class="article-container">
<h2 class="article-title">CalicoプラグインのFreeBSDへの移植</h2>
<div class="article-body">
<p>
<img src="img/calico.png" alt="">
</p>
<p>
<b>キーワード：</b> Calico / FreeBSD / netlink<br>
<a href="https://soumasakaguchi.github.io/portfolio/research.html">異種OS機能連携のためのセキュアコンテナネットワーキング機構の実現</a>を達成するために、複数ノードをまたいだコンテナ間通信を実現する必要がある。これは異種OS機能連携によるセキュアコンテナをクラウドコンピューティング基盤上で利用するための重要な一歩である。本実装では、FreeBSDにCNIプラグインのひとつであるCalicoを移植することで、Linuxと同等の複数ノード上コンテナ間通信が可能となると考えた。現在は、Calico移植のためのGoプラグインの移植などを行っている。
</p>
<h3>背景</h3>
<ul>
<li>
異種OS機能連携によるセキュアコンテナのクラウドコンピューティング基盤上での利用を想定
<ul>
<li>マイクロサービスアーキテクチャのような、コンテナが相互通信するシステム構成への対応</li>
</ul>
</li>
<li>Linuxと同等の複数ノードをまたぐコンテナ間通信の実現が必要不可欠</li>
</ul>
<h3>課題</h3>
<p>
<img src="img/calico-pro.png" alt="">
</p>
<ul>
<li>
<a href="https://soumasakaguchi.github.io/portfolio/runj.html">Network Namespace互換機能の実現</a>では、単一ノード上のコンテナ間通信を実現したが...
<ul>
<li>vnetとjailの入れ子構造を利用したNetwork Nameespace互換機能</li>
<li>CNIコアプラグインの利用</li>
</ul>
</li>
<li>
現状では、複数ノードをまたいだコンテナ間通信が実現不可能
<ul>
<li>Linuxでは、CalicoというCNIプラグインで実現</li>
<li>Calicoに必要となる機能モジュールもFreeBSD対応していないことがほとんど</li>
</ul>
</li>
</ul>
<h3>実装</h3>
<p>
<img src="img/calico-imp.png" alt="">
</p>
<h4>Calico Pluginの移植</h4>
<p>
高レベルコンテナランタイムやコンテナオーケストレーターから実行するバイナリとなるCNIプラグインの移植が必要となる。仮想インタフェースの作成やNetwork Namespace互換への接続を行うcalicoバイナリと、IPアドレスの割当を行うcalico-ipamバイナリそれぞれを移植する。実装では、LinuxとFreeBSDのネットワークスタックの差異を吸収する工夫が必要となる。
</p>
<h4>Felixの移植</h4>
<p>
Calicoの機能の中枢をになるFelixの移植が必要となる。Felixはiptablesの制御を担うが、FreeBSDではiptablesが存在しないため、iptablesと同等の機能を持つpfというファイアウォールを利用する。そのためiptablesのルールをpfのルールに変換する機構を実装する。
</p>
<p>
また、Felixは、NetlinkやNetwork Namespaceの操作をGo言語から行うことから、netlink packageやnetns packeageのFreeBSD移植が必要となる。これらはLinuxの機能に依存している箇所もあるため、FreeBSD用のパッケージを再実装しなければならない。現在はnetlink packageの機能を絞った再実装と、netns packageをvnetの操作に変換したvnet packageの実装を行っている。同時に、UnixパッケージやSyscallパッケージなどのGoパッケージに足りない部分もFreeBSD対応していく。
</p>
<h4>Calico-BIRDの移植</h4>
<p>
BIRDはBGPの通信を行うために用いられ、FreeBSDでも利用可能である。しかしCalico用に一部改変したBIRDであるCalico-BIRDはFreeBSDでは利用できない。そこで、FreeBSDで利用できるBIRDを参考に、Calico-BIRDの移植を行った。すでにFreeBSDでの動作を確認できているため、他の機能コンポーネントが完成次第、全体の動作を確認する。
</p>
<h4>Dockerの排除</h4>
<p>
Calicoの機能コンポーネントをまとめたCalico-nodeを実行するためには、Dockerを利用する必要がある。しかしFreeBSDでは、Dockerの利用が難しいため、正常に動作する、かつDocker互換であるnerdctlを用いるように改変を行った。すでにFreeBSDでの動作を確認できているため、他の機能コンポーネントが完成次第、全体の動作を確認する。
</p>
<h4>Network Namespace互換機能への対応</h4>
<p>
<a href="https://soumasakaguchi.github.io/portfolio/runj.html">Network Namespace互換機能の実現</a>で実現した、Network Namespace互換を利用するような実装を行う。これは、Calico PluginやFelixなどの機能コンポーネントの実装に影響してくるため、vnet packageを利用することを想定している。
</p>
<h3>頑張った点</h3>
<ul>
<li>やるべきことの列挙をしたことで全容を確認し、計画をたてることができた</li>
<li>過去に実装したNetwork Namespace互換を再利用する形で実装できた</li>
<li>CalicoのFreeBSD対応やFreeBSDで利用可能なパッケージの作成など、多方へのオープンソースの貢献ができる</li>
</ul>
<h3>今後の課題</h3>
<ul>
<li>
実装できていない部分の実装
<ul>
<li>Calico Pluginの移植</li>
<li>Felixの移植</li>
</ul>
</li>
<li>オープンソースへのコミット</li>
<li>評価</li>
</ul>
<h3>URL</h3>
<p>
<b>Calico (Github)：</b><a href="https://github.com/SoumaSakaguchi/souma-calico-public" target="_blank" rel="noopener">https://github.com/SoumaSakaguchi/souma-calico-public</a><br>
<b>BIRD (Github)：</b><a href="https://github.com/SoumaSakaguchi/souma-calico-bird-public" target="_blank" rel="noopener">https://github.com/SoumaSakaguchi/souma-calico-bird-public</a><br>
<b>netlink (Github)：</b><a href="https://github.com/SoumaSakaguchi/netlink-public" target="_blank" rel="noopener">https://github.com/SoumaSakaguchi/netlink-public</a><br>
<b>vnet (Github)：</b><a href="https://github.com/oss-fun/vnet" target="_blank" rel="noopener">https://github.com/oss-fun/vnet</a>
</p>
</div>
<div class="home-link">
<a href="./#works">Works一覧へ</a>
</div>
</div>
</article>
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<div class="copyright">©Souma Sakaguchi</div>
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