docs/report/dpdk_performance_tests/overview.rst

   1 Overview
   2 ========
   3
   4 Tested Physical Topologies
   5 --------------------------
   6
   7 CSIT DPDK performance tests are executed on physical baremetal servers hosted
   8 by :abbr:`LF (Linux Foundation)` FD.io project. Testbed physical topology is
   9 shown in the figure below.::
  10
  11     +------------------------+           +------------------------+
  12     |                        |           |                        |
  13     |  +------------------+  |           |  +------------------+  |
  14     |  |                  |  |           |  |                  |  |
  15     |  |                  <----------------->                  |  |
  16     |  |       DUT1       |  |           |  |       DUT2       |  |
  17     |  +--^---------------+  |           |  +---------------^--+  |
  18     |     |                  |           |                  |     |
  19     |     |            SUT1  |           |  SUT2            |     |
  20     +------------------------+           +------------------^-----+
  21           |                                                 |
  22           |                                                 |
  23           |                  +-----------+                  |
  24           |                  |           |                  |
  25           +------------------>    TG     <------------------+
  26                              |           |
  27                              +-----------+
  28
  29 SUT1 and SUT2 are two System Under Test servers (Cisco UCS C240, each with two
  30 Intel XEON CPUs), TG is a Traffic Generator (TG, another Cisco UCS C240, with
  31 two Intel XEON CPUs). SUTs run Testpmd/L3FWD SW SW application in Linux
  32 user-mode as a Device Under Test (DUT). TG runs TRex SW application as a packet
  33 Traffic Generator. Physical connectivity between SUTs and to TG is provided
  34 using different NIC models that need to be tested for performance. Currently
  35 installed and tested NIC models include:
  36
  37 #. 2port10GE X520-DA2 Intel.
  38 #. 2port10GE X710 Intel.
  39 #. 2port10GE VIC1227 Cisco.
  40 #. 2port40GE VIC1385 Cisco.
  41 #. 2port40GE XL710 Intel.
  42
  43 From SUT and DUT perspective, all performance tests involve forwarding packets
  44 between two physical Ethernet ports (10GE or 40GE). Due to the number of
  45 listed NIC models tested and available PCI slot capacity in SUT servers, in
  46 all of the above cases both physical ports are located on the same NIC. In
  47 some test cases this results in measured packet throughput being limited not
  48 by VPP DUT but by either the physical interface or the NIC capacity.
  49
  50 Going forward CSIT project will be looking to add more hardware into FD.io
  51 performance labs to address larger scale multi-interface and multi-NIC
  52 performance testing scenarios.
  53
  54 Note that reported DUT (DPDK) performance results are specific to the SUTs
  55 tested. Current :abbr:`LF (Linux Foundation)` FD.io SUTs are based on Intel
  56 XEON E5-2699v3 2.3GHz CPUs. SUTs with other CPUs are likely to yield different
  57 results. A good rule of thumb, that can be applied to estimate DPDK packet
  58 thoughput for Phy-to-Phy (NIC-to-NIC, PCI-to-PCI) topology, is to expect
  59 the forwarding performance to be proportional to CPU core frequency,
  60 assuming CPU is the only limiting factor and all other SUT parameters
  61 equivalent to FD.io CSIT environment. The same rule of thumb can be also
  62 applied for Phy-to-VM/LXC-to-Phy (NIC-to-VM/LXC-to-NIC) topology, but due to
  63 much higher dependency on intensive memory operations and sensitivity to Linux
  64 kernel scheduler settings and behaviour, this estimation may not always yield
  65 good enough accuracy.
  66
  67 For detailed :abbr:`LF (Linux Foundation)` FD.io test bed specification and
  68 physical topology please refer to `LF FD.io CSIT testbed wiki page
  69 <https://wiki.fd.io/view/CSIT/CSIT_LF_testbed>`_.
  70
  71 Performance Tests Coverage
  72 --------------------------
  73
  74 Performance tests are split into two main categories:
  75
  76 - Throughput discovery - discovery of packet forwarding rate using binary search
  77   in accordance to :rfc:`2544`.
  78
  79   - NDR - discovery of Non Drop Rate packet throughput, at zero packet loss;
  80     followed by one-way packet latency measurements at 10%, 50% and 100% of
  81     discovered NDR throughput.
  82   - PDR - discovery of Partial Drop Rate, with specified non-zero packet loss
  83     currently set to 0.5%; followed by one-way packet latency measurements at
  84     100% of discovered PDR throughput.
  85
  86 - Throughput verification - verification of packet forwarding rate against
  87   previously discovered throughput rate. These tests are currently done against
  88   0.9 of reference NDR, with reference rates updated periodically.
  89
  90 CSIT |release| includes following performance test suites, listed per NIC type:
  91
  92 - 2port10GE X520-DA2 Intel
  93
  94   - **L2IntLoop** - L2 Interface Loop forwarding any Ethernet frames between
  95     two Interfaces.
  96
  97 - 2port40GE XL710 Intel
  98
  99   - **L2IntLoop** - L2 Interface Loop forwarding any Ethernet frames between
 100     two Interfaces.
 101
 102 - 2port10GE X520-DA2 Intel
 103
 104   - **IPv4 Routed Forwarding** - L3 IP forwarding of Ethernet frames between
 105     two Interfaces.
 106
 107 Execution of performance tests takes time, especially the throughput discovery
 108 tests. Due to limited HW testbed resources available within FD.io labs hosted
 109 by Linux Foundation, the number of tests for NICs other than X520 (a.k.a.
 110 Niantic) has been limited to few baseline tests. Over time we expect the HW
 111 testbed resources to grow, and will be adding complete set of performance
 112 tests for all models of hardware to be executed regularly and(or)
 113 continuously.
 114
 115 Performance Tests Naming
 116 ------------------------
 117
 118 CSIT |release| follows a common structured naming convention for all performance
 119 and system functional tests, introduced in CSIT |release-1|.
 120
 121 The naming should be intuitive for majority of the tests. Complete description
 122 of CSIT test naming convention is provided on `CSIT test naming wiki
 123 <https://wiki.fd.io/view/CSIT/csit-test-naming>`_.
 124
 125 Methodology: Multi-Core and Multi-Threading
 126 -------------------------------------------
 127
 128 **Intel Hyper-Threading** - CSIT |release| performance tests are executed with
 129 SUT servers' Intel XEON processors configured in Intel Hyper-Threading Disabled
 130 mode (BIOS setting). This is the simplest configuration used to establish
 131 baseline single-thread single-core application packet processing and forwarding
 132 performance. Subsequent releases of CSIT will add performance tests with Intel
 133 Hyper-Threading Enabled (requires BIOS settings change and hard reboot of
 134 server).
 135
 136 **Multi-core Tests** - CSIT |release| multi-core tests are executed in the
 137 following VPP thread and core configurations:
 138
 139 #. 1t1c - 1 pmd worker thread on 1 CPU physical core.
 140 #. 2t2c - 2 pmd worker threads on 2 CPU physical cores.
 141
 142 Note that in many tests running Testpmd/L3FWD reaches tested NIC I/O bandwidth
 143 or packets-per-second limit.
 144
 145 Methodology: Packet Throughput
 146 ------------------------------
 147
 148 Following values are measured and reported for packet throughput tests:
 149
 150 - NDR binary search per :rfc:`2544`:
 151
 152   - Packet rate: "RATE: <aggregate packet rate in packets-per-second> pps
 153     (2x <per direction packets-per-second>)"
 154   - Aggregate bandwidth: "BANDWIDTH: <aggregate bandwidth in Gigabits per
 155     second> Gbps (untagged)"
 156
 157 - PDR binary search per :rfc:`2544`:
 158
 159   - Packet rate: "RATE: <aggregate packet rate in packets-per-second> pps (2x
 160     <per direction packets-per-second>)"
 161   - Aggregate bandwidth: "BANDWIDTH: <aggregate bandwidth in Gigabits per
 162     second> Gbps (untagged)"
 163   - Packet loss tolerance: "LOSS_ACCEPTANCE <accepted percentage of packets
 164     lost at PDR rate>""
 165
 166 - NDR and PDR are measured for the following L2 frame sizes:
 167
 168   - IPv4: 64B, 1518B, 9000B.
 169
 170 All rates are reported from external Traffic Generator perspective.
 171
 172
 173 Methodology: Packet Latency
 174 ---------------------------
 175
 176 TRex Traffic Generator (TG) is used for measuring latency of Testpmd DUTs.
 177 Reported latency values are measured using following methodology:
 178
 179 - Latency tests are performed at 10%, 50% of discovered NDR rate (non drop rate)
 180   for each NDR throughput test and packet size (except IMIX).
 181 - TG sends dedicated latency streams, one per direction, each at the rate of
 182   10kpps at the prescribed packet size; these are sent in addition to the main
 183   load streams.
 184 - TG reports min/avg/max latency values per stream direction, hence two sets
 185   of latency values are reported per test case; future release of TRex is
 186   expected to report latency percentiles.
 187 - Reported latency values are aggregate across two SUTs due to three node
 188   topology used for all performance tests; for per SUT latency, reported value
 189   should be divided by two.
 190 - 1usec is the measurement accuracy advertised by TRex TG for the setup used in
 191   FD.io labs used by CSIT project.
 192 - TRex setup introduces an always-on error of about 2*2usec per latency flow -
 193   additonal Tx/Rx interface latency induced by TRex SW writing and reading
 194   packet timestamps on CPU cores without HW acceleration on NICs closer to the
 195   interface line.
 196
 197 Methodology: TRex Traffic Generator Usage
 198 -----------------------------------------
 199
 200 The `TRex traffic generator <https://wiki.fd.io/view/TRex>`_ is used for all
 201 CSIT performance tests. TRex stateless mode is used to measure NDR and PDR
 202 throughputs using binary search (NDR and PDR discovery tests) and for quick
 203 checks of DUT performance against the reference NDRs (NDR check tests) for
 204 specific configuration.
 205
 206 TRex is installed and run on the TG compute node. The typical procedure is:
 207
 208 - If the TRex is not already installed on TG, it is installed in the
 209   suite setup phase - see `TRex intallation`_.
 210 - TRex configuration is set in its configuration file
 211   ::
 212
 213   /etc/trex_cfg.yaml
 214
 215 - TRex is started in the background mode
 216   ::
 217
 218   $ sh -c 'cd /opt/trex-core-2.25/scripts/ && sudo nohup ./t-rex-64 -i -c 7 --iom 0 > /dev/null 2>&1 &' > /dev/null
 219
 220 - There are traffic streams dynamically prepared for each test, based on traffic
 221   profiles. The traffic is sent and the statistics obtained using
 222   :command:`trex_stl_lib.api.STLClient`.
 223
 224 **Measuring packet loss**
 225
 226 - Create an instance of STLClient
 227 - Connect to the client
 228 - Add all streams
 229 - Clear statistics
 230 - Send the traffic for defined time
 231 - Get the statistics
 232
 233 If there is a warm-up phase required, the traffic is sent also before test and
 234 the statistics are ignored.
 235
 236 **Measuring latency**
 237
 238 If measurement of latency is requested, two more packet streams are created (one
 239 for each direction) with TRex flow_stats parameter set to STLFlowLatencyStats. In
 240 that case, returned statistics will also include min/avg/max latency values.