Програмний модуль моніторингу на базі eBPF для підвищення мережевої продуктивності Linux

Abstract

Метою кваліфікаційної роботи є розроблення програмного модуля моніторингу на базі eBPF, який забезпечує спостережуваність мережевого стеку Linux для подальшого підвищення мережевої продуктивності за рахунок збору, агрегації та подання телеметрії у зручному для аналізу вигляді. В роботі використано методи структурно-функціонального аналізу, логікоалгоритмічного моделювання, порівняльного аналізу інструментів моніторингу, а також технології eBPF, засоби експорту метрик. В роботі проаналізовано мережеву телеметрію в Linux, та сучасні інструменти спостереження за мережевим стеком. Запропоновано архітектуру модуля, побудовану за дворівневим принципом. Реалізовано збір TCP retransmitподій, механізм передавання подій. Практична цінність роботи полягає в тому, що реалізований модуль дозволяє виявляти події TCP retransmit у ядрі Linux, виконувати їх інтервальну агрегацію та інтегрувати результати для різних аналітичних систем.

The aim of this work is to develop an eBPF-based monitoring software module that provides observability of the Linux network stack in order to further improve network performance through the collection, aggregation, and presentation of telemetry in a form convenient for analysis. The work employs methods of structural and functional analysis, logical and algorithmic modeling, comparative analysis of monitoring tools, as well as eBPF technologies and metric export tools. The thesis analyzes network telemetry in Linux and modern tools for observing the network stack. A two-level module architecture is proposed. The lower level is implemented as an eBPF program in the Linux kernel, while the upper level is implemented as a user-space agent. TCP retransmit event collection and an event delivery mechanism are implemented. The practical value of the work lies in the fact that the implemented module makes it possible to detect TCP retransmit events in the Linux kernel, perform their intervalbased aggregation, and integrate the results into various analytical systems.