Parker: Tehnologia inovatoare de la ByteDance care permite rularea mai multor nuclee Linux fără virtualizare

 

ByteDance, compania din spatele platformei TikTok, a lansat recent Parker (PARtitioned KERnel), o tehnologie experimentală care permite rularea simultană a mai multor nuclee Linux pe aceeași mașină fizică, fără a depinde de soluții de virtualizare tradiționale, cum ar fi KVM. Această inovație, prezentată pe lista de corespondență a dezvoltatorilor de nucleu Linux, își propune să rezolve una dintre cele mai mari provocări ale sistemelor moderne: escalabilitatea pe sisteme cu un număr mare de nuclee CPU.

O soluție fără hipervizori sau mașini virtuale

Parker se bazează pe un concept de partiționare fizică a hardware-ului, împărțind nucleele CPU, memoria și dispozitivele de intrare/ieșire în regiuni independente. Fiecare instanță a nucleului (denumită kernel de aplicație) funcționează pe resursele sale alocate, în timp ce nucleul de pornire (boot kernel) gestionează configurarea inițială a sistemului și alocarea hardware-ului.

Spre deosebire de virtualizarea tradițională, toate instanțele Parker folosesc aceeași imagine a nucleului, ceea ce simplifică implementarea și reduce suprasarcina de execuție. Cu toate acestea, fiecare poate avea propriile optimizări, configurări și parametri de performanță, adaptându-se la diferite sarcini de lucru sau scenarii de utilizare.

Funcționarea internă și gestionarea resurselor

Mecanismul central al Parker folosește kexec pentru a încărca dinamic noi instanțe ale nucleului în regiuni de memorie rezervate. Înainte de a iniția aceste instanțe, nucleul principal eliberează nucleele CPU, rezervă memorie fizică prin CMA (Contiguous Memory Allocator) și dezleagă dispozitivele PCI care vor fi dedicate nucleelor secundare.

Fiecare partiție necesită propriile dispozitive PCIe, cum ar fi unități NVMe sau adaptori de rețea dedicate, ceea ce garantează un mediu de intrare/ieșire complet independent. Parker oferă, de asemenea, o interfață de administrare bazată pe kernfs, care permite gestionarea partițiilor și monitorizarea stării fiecărui nucleu în execuție.

Limitări actuale și direcții viitoare

În această primă versiune, toate instanțele nucleului împărtășesc același domeniu de izolare, ceea ce înseamnă că o defecțiune într-una dintre ele ar putea afecta întregul sistem. ByteDance recunoaște această limitare ca o decizie de design inițială, priorizând simplitatea și suprasarcina redusă față de izolarea completă.

Cu toate acestea, dezvoltatorii plănuiesc să exploateze capacitățile de izolare la nivel de hardware, cum ar fi tehnologiile de virtualizare asistate de CPU, pentru a îmbunătăți toleranța la defecte și a permite fiecărui nucleu să funcționeze în mod complet autonom și sigur.

Caracteristică	Parker	Virtualizare tradițională (KVM)
Arhitectură	Partiționare fizică	Mașini virtuale izolate
Suprasarcină	Minimă	Moderată până la ridicată
Izolare	Parțială (în dezvoltare)	Completă
Flexibilitate	Configurări personalizate	Dependentă de hipervizor
Performanță	Aproape de metal gol	Penalizări datorate virtualizării
Complexitate	Simplă	Complexă

Parker vs. Multikernel: Două abordări diferite

Deși Parker și Multikernel (un alt proiect recent din ecosistemul Linux) își propun să rezolve probleme similare, cele două tehnologii diferă semnificativ din punct de vedere arhitectural. Parker adoptă un model de nucleu comun și resurse fizic segmentate, în timp ce Multikernel se bazează pe un mediu de cooperare între mai multe nuclee coordonate.

ByteDance subliniază că implementarea Parker este complet independentă și își exprimă deschiderea față de contribuțiile comunității de dezvoltatori pentru a rafina această tehnologie.

Un experiment promițător pentru viitor

Parker se profilează ca un experiment promițător, care ar putea redefini modul în care nucleul Linux scalează pe serverele multinucleu. Prin eliminarea stratului de virtualizare tradițională și exploatarea directă a resurselor fizice, această tehnologie deschide calea către o eficiență mai mare, latență redusă și configurări mai flexibile în sistemele de înaltă performanță.

Deși încă se află într-o fază incipientă, inițiativa ByteDance demonstrează interesul crescând al marilor companii tehnologice pentru inovarea în nucleul Linux, consolidându-și rolul nu doar ca utilizatori ai sistemului, ci și ca actori activi în evoluția acestuia.