FlexTOE：具有细粒度并行性的灵活 TCP 卸载

FlexTOE 是一种灵活且高性能的面向 SmartNIC 的 TCP 卸载引擎（TOE）。FlexTOE 消除了几乎所有主机数据路径的 TCP 处理，并且完全可定制。FlexTOE 与其他 TCP 协议栈互操作良好，在恶劣网络条件下稳健，并支持 POSIX 套接字。FlexTOE 专注于已建立连接的数据路径卸载，避免了 NIC 中复杂的控制逻辑与包缓冲。FlexTOE 利用 TCP 数据路径的细粒度并行化与段重排序，在弱性能 SmartNIC 架构上实现高性能，同时通过模块化设计保持灵活性。我们在 Agilio-CX40 上将 FlexTOE 与主机 TCP 协议栈 Linux 和 TAS，以及 Chelsio Terminator TOE 进行比较。我们发现，相较于 TAS，Memcached 在 FlexTOE 上扩展性提升高达 38%，而相较 Chelsio 最多节省 81% 的主机 CPU 周期。FlexTOE 为 RPC 提供有竞争力的性能，即便使用弱性能 SmartNIC。FlexTOE 将 99.99 分位 RPC RTT 相较 Chelsio 和 TAS 分别降低 3.2$\times$ 和 50%。FlexTOE 的数据路径并行性可跨硬件架构推广，在 x86 上单连接 RPC 吞吐提升达 2.4$\times$，在 BlueField 上达 4$\times$。FlexTOE 支持用 eBPF 编写的 C 与 XDP 程序。它使我们能够实现流行的数据中心传输特性，如 TCP 追踪、包过滤与捕获、VLAN 剥离、流分类、防火墙及连接拼接。