論文の概要: Safe Sharing of Fast Kernel-Bypass I/O Among Nontrusting Applications

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2509.02899v1
• Date: Tue, 02 Sep 2025 23:53:41 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-09-04 21:40:46.36614
• Title: Safe Sharing of Fast Kernel-Bypass I/O Among Nontrusting Applications
• Title（参考訳）: 非信頼分野における高速カーネルバイパスI/Oの安全共有
• Authors: Alan Beadle, Michael L. Scott, John Criswell,
• Abstract要約: 相互に信頼できないアプリケーションがカーネルバイパスサービスを安全に共有できるようにする手段として、保護されたユーザーレベルのライブラリが提案されている。 ポーリングを必要とせずにプロセス間の同期的なインタラクションを可能にする。 我々は,保護されたライブラリの開発者に対する安全性能ガイドラインと,将来保護されたライブラリオペレーティングシステムの開発者に対する勧告のセットを提示する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.4273866043218153
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Protected user-level libraries have been proposed as a way to allow mutually distrusting applications to safely share kernel-bypass services. In this paper, we identify and solve several previously unaddressed obstacles to realizing this design and identify several optimization opportunities. First, to preserve the kernel's ability to reclaim failed processes, protected library functions must complete in modest, bounded time. We show how to move unbounded waits outside the library itself, enabling synchronous interaction among processes without the need for polling. Second, we show how the bounded time requirement can be leveraged to achieve lower and more stable latency for inter-process interactions. Third, we observe that prior work on protected libraries is vulnerable to a buffer unmapping attack; we prevent this attack by preventing applications from removing pages that they share with the protected library. Fourth, we show how a trusted daemon can respond to asynchronous events and dynamically divide work with application threads in a protected library. By extending and improving the protected library model, our work provides a new way to structure OS services, combining the advantages of kernel bypass and microkernels. We present a set of safety and performance guidelines for developers of protected libraries, and a set of recommendations for developers of future protected library operating systems. We demonstrate the convenience and performance of our approach with a prototype version of the DDS communication service. To the best of our knowledge, this prototype represents the first successful sharing of a kernel-bypass NIC among mutually untrusting applications. Relative to the commercial FastDDS implementation, we achieve approximately 50\% lower latency and up to 7x throughput, with lower CPU utilization.
• Abstract（参考訳）: 相互に信頼できないアプリケーションがカーネルバイパスサービスを安全に共有できるようにする手段として、保護されたユーザレベルのライブラリが提案されている。 本稿では、この設計を実現するために、未適応な障害を複数同定し、解決し、最適化の機会を特定する。 まず、カーネルが失敗したプロセスを再利用する能力を維持するために、保護されたライブラリ関数は、適度でバウンドな時間で完了する必要がある。 ポーリングを必要とせずにプロセス間の同期的なインタラクションを可能にする。 第2に,プロセス間インタラクションにおいて,より低レイテンシ,より安定したレイテンシを実現するために,境界時間要件をどのように活用するかを示す。 第3に,保護ライブラリの以前の作業はバッファアンマッピング攻撃による脆弱性があることを観察し,保護ライブラリと共有するページの削除を防止することで,この攻撃を防止する。 第4に、信頼できるデーモンが非同期イベントにどのように反応し、保護されたライブラリ内のアプリケーションスレッドで動的に処理を分割できるかを示す。 保護されたライブラリモデルを拡張して改善することにより、カーネルバイパスとマイクロカーネルの利点を組み合わせたOSサービスを構築するための新しい方法を提供する。 我々は,保護ライブラリの開発者に対して,安全とパフォーマンスに関するガイドラインと,将来保護ライブラリオペレーティングシステムの開発者に対して推奨する一連のガイドラインを提示する。 DDS通信サービスのプロトタイプ版で,提案手法の利便性と性能を実証する。 我々の知る限りでは、このプロトタイプはカーネルバイパスNICを相互に信頼できないアプリケーション間で共有する最初の成功例である。 商用のFastDDS実装と比較して、約50\%のレイテンシと最大7倍のスループットを実現し、CPU使用率を下げる。

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