Windows Info 第550回

WSLコンテナーにおけるネットワークについて解説

WSLコンテナーにおけるネットワーク
ホストとブリッジ接続、または完全切断が可能

　WSLコンテナーでは、以下に表に示した3つのネットワークが利用できる。これは、Dockerと同じだ。wslc.exe containerコマンドでコンテナを起動するような場合（wslc.exe container run）に、--networkオプションなどでコンテナが利用するネットワークを指定する。なお、何も指定がなかった場合、bridgeが選択される。

　bridgeは、コンテナ用の仮想ネットワークが作られ、コンテナごとにIPアドレスが割り当てられる。この仮想ネットワークとホスト間はブリッジ接続される（パケットの中身を精査せず、パケットを通過させる接続方法）。

　これに対して、hostはコンテナがホストネットワークを共有し、ホスト内のプロセスのように動作する。このようにすることでNATやブリッジ接続処理（ソフトウェアで実現されている）を回避して、bridgeよりも高速にネットワーク接続できる。

　noneは、コンテナーをネットワークから完全に切断したい場合に使う。これが指定された場合、ネットワーク側とはまったく通信ができなくなる。

　WSLコンテナーでは、こうしたネットワークの振る舞いはDockerと同じだが、仮想環境内で走らせているために実装がまったく異なる。これまでにWSLでは、Linux側で/etc/wsl.conf を使ってネットワークモードを切り替えられた。そのモードとしてデフォルトで「Consomme」(コンソメ)と呼ばれるネットワークモードが使われる。

　コンソメは、仮想環境のOpenVMMプロジェクトの一部として開発されたユーザーモードで動作するNAT技術で、コンテナ内では通常のネットワークスタックを動作させ、最後に通信パケットを横取りして、パケットを解析。仮想環境とホスト間の通信に必要な処理をする。なお、WSLコンテナー登場以前には、WSLで「virtioproxy」と呼ばれていたもの。

　またコンソメは、仮想環境とホスト間の高速な通信をするためのvirtioと呼ばれる技術を使って、最終的にホストとデータをやりとりする。VIRTIOは、OASIS（Organization for the Advancement of Structured Information Standards、構造化情報標準促進協会）が策定する仮想I/Oデバイスの仕様である。

　VIRTIOは、物理アドレスを割り当てた共有リングバッファを使う。このリングバッファは、ホストと仮想マシンで共有される。仮想マシンは、リングバッファに要求を書き込む。このとき、特定のアドレスに書き込むことで、ハイパーバイザーに書き込みがあったことを通知するともに、VM_EXITが実行され、仮想環境から抜け出してホスト側の処理が起動する。

　ホスト側のハイパーバイザーは、書き込まれた要求を読み取って処理を開始する。今度は処理結果をリングバッファに書き込んで、仮想マシン側に割り込みを使って、結果が戻ったことを通知する（割り込みにより仮想環境が再開する）。

　この方法では、ホストと仮想マシンの切り替えが最小限となり、さらにリングバッファにより大量のデータを高速に受け渡すことが可能になる。

　従来のWSLとホスト間の通信には、ハイパーバイザー（Hyper-X）の通信機能で9P（Plan 9で開発された汎用プロトコル）が使われていた。

●OpenVMM
・The OpenVMM Project | Microsoft Community Hub
　https://techcommunity.microsoft.com/blog/windowsosplatform/the-openvmm-project/4547237
・Introduction - The OpenVMM Guide
　https://openvmm.dev/guide/
・GitHub - microsoft/openvmm: Home of OpenVMM and OpenHCL
　https://github.com/microsoft/openvmm

●Consomme
・Consomme - The OpenVMM Guide
　https://openvmm.dev/guide/reference/backends/consomme.html
・WSL での詳細設定の構成 | Microsoft Learn
　https://learn.microsoft.com/ja-jp/windows/wsl/wsl-config

●virtio
・VIRTIO TC: Virtual I/O Device | OASIS
　https://www.oasis-open.org/committees/tc_home.php?wg_abbrev=virtio

　ホスト側では、リングバッファから受け取った要求をハイパーバイザが管理するVM Device hostを介して、ホストの物理デバイス（Hyper-Xのプライマリパーティションにデバイスドライバがある）でネットワーク側と通信をする。

　WSLコンテナーのネットワーク機能は、改良で高速化される。WSLのドキュメントに「Consomme」があることから、WSLでもある程度の恩恵を受けられるだろう。