Thèse Explorer les Avantages d'Ebpf dans les Clouds Basés sur Kubernetes de Nouvelle Génération H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université Côte d'Azur École doctorale : STIC - Sciences et Technologies de l'Information et de la Communication Laboratoire de recherche : I3S - Informatique, Signaux et Systèmes de Sophia-Antipolis Direction de la thèse : Fabrice HUET ORCID 0009000437035984 Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-05-03T23:59:59 Kubernetes est un orchestrateur cloud de référence permettant le déploiement élastique et tolérant aux pannes d'applications distribuées via des plugins CNI. Si Flannel reste par défaut, sa pile réseau Linux traditionnelle limite souvent les performances. Des alternatives modernes comme Antrea (Open vSwitch/SDN) et Cilium (eBPF) pallient ces goulots. S'appuyant sur des travaux I3S montrant que Cilium dépasse Flannel mais n'exploite que partiellement eBPF-le plaçant souvent derrière Antrea-ce projet s'appuie sur une modification introduisant le désencapsulation VXLAN via XDP, améliorant considérablement le débit de Cilium.

La thèse vise deux objectifs. Premièrement, on souhaite améliorer Cilium en optimisant son implémentation eBPF-based VXLAN, en intégrant nouveaux protocoles et fonctions réseau non supportés par le plugin officiel, et en comparant rigoureusement ses performances à Antrea sous charges réalistes. Deuxièmement, nous voulons explorer les défis du déploiement Kubernetes dans des architectures à mémoire disaggregée, mutualisant la RAM pour surmonter le mur de la mémoire. Kubernetes is a famous cloud orchestrator which allows to easily deploy distributed applications, featuring elasticity and error recovery services. Kubernetes relies on Container Networks Interfaces (CNIs) plugins to provide network connectivity and isolation for multitenancy.

The default Kubernetes CNI is flannel, which leverages the rich Linux stack and tools. It's widely accepted however that the legacy Linux stack and tools introduce low performance [1,2]. Hence, other CNIs relying on optimized modern network technologies has been introduced, such as Antrea, which leverages Open vSwitches [3,4] and Software Defined Networks, and Cilium [5], which takes advantage of the eBPF framework capabilities.

At the I3S lab, an ongoing collaboration between the SigNet and the Scale teams exists to understand the performance, advantages and drawbacks of the different adjacent technologies. As a result, in a recently defended thesis, we have found that Cilium clearly outperforms Flannel, but only partially benefits from the eBPF framework. As a result, Cilium is frequently outperformed by Antrea. After modifying the Cilium CNI to enable an XDP-based VxLAN decapsulation implementation, Cilium provided better performance in a large range of scenarios compared to Antrea.

Required skills
Good knowledge on C programming
Go programming is a plus.
Linux administration.
Knowledge on Docker and Kubernetes is a plus.
Good knowledge on network layer 2 retransmission