Report: we use IMIX also for ip6
[csit.git] / docs / report / introduction / methodology.rst
1
2 .. _test_methodology:
3
4 Test Methodology
5 ================
6
7 Data Plane Throughput
8 ---------------------
9
10 Network data plane packet and bandwidth throughput are measured in
11 accordance with :rfc:`2544`, using FD.io CSIT Multiple Loss Ratio search
12 (MLRsearch), an optimized throughput search algorithm, that measures
13 SUT/DUT packet throughput rates at different Packet Loss Ratio (PLR)
14 values.
15
16 Following MLRsearch values are measured across a range of L2 frame sizes
17 and reported:
18
19 - NON DROP RATE (NDR): packet and bandwidth throughput at PLR=0%.
20
21   - **Aggregate packet rate**: NDR_LOWER <bi-directional packet rate>
22     pps.
23   - **Aggregate bandwidth rate**: NDR_LOWER <bi-directional bandwidth
24     rate> Gbps.
25
26 - PARTIAL DROP RATE (PDR): packet and bandwidth throughput at PLR=0.5%.
27
28   - **Aggregate packet rate**: PDR_LOWER <bi-directional packet rate>
29     pps.
30   - **Aggregate bandwidth rate**: PDR_LOWER <bi-directional bandwidth
31     rate> Gbps.
32
33 NDR and PDR are measured for the following L2 frame sizes (untagged
34 Ethernet):
35
36 - IPv4 payload: 64B, IMIX (28x64B, 16x570B, 4x1518B), 1518B, 9000B.
37 - IPv6 payload: 78B, IMIX (28x78B, 16x570B, 4x1518B), 1518B, 9000B.
38
39 All rates are reported from external Traffic Generator perspective.
40
41 .. _mlrsearch_algorithm:
42
43 MLRsearch Tests
44 ---------------
45
46 Multiple Loss Rate search (MLRsearch) tests use new search algorithm
47 implemented in FD.io CSIT project. MLRsearch discovers multiple packet
48 throughput rates in a single search, with each rate associated with a
49 distinct Packet Loss Ratio (PLR) criteria. MLRsearch is being
50 standardized in IETF with `draft-vpolak-mkonstan-mlrsearch-XX
51 <https://tools.ietf.org/html/draft-vpolak-mkonstan-mlrsearch-00>`_.
52
53 Two throughput measurements used in FD.io CSIT are Non-Drop Rate (NDR,
54 with zero packet loss, PLR=0) and Partial Drop Rate (PDR, with packet
55 loss rate not greater than the configured non-zero PLR). MLRsearch
56 discovers NDR and PDR in a single pass reducing required execution time
57 compared to separate binary searches for NDR and PDR. MLRsearch reduces
58 execution time even further by relying on shorter trial durations
59 of intermediate steps, with only the final measurements
60 conducted at the specified final trial duration.
61 This results in the shorter overall search
62 execution time when compared to a standard NDR/PDR binary search,
63 while guaranteeing the same or similar results.
64
65 If needed, MLRsearch can be easily adopted to discover more throughput rates
66 with different pre-defined PLRs.
67
68 .. Note:: All throughput rates are *always* bi-directional
69    aggregates of two equal (symmetric) uni-directional packet rates
70    received and reported by an external traffic generator.
71
72 Overview
73 ~~~~~~~~
74
75 The main properties of MLRsearch:
76
77 - MLRsearch is a duration aware multi-phase multi-rate search algorithm.
78
79   - Initial phase determines promising starting interval for the search.
80   - Intermediate phases progress towards defined final search criteria.
81   - Final phase executes measurements according to the final search
82     criteria.
83
84 - *Initial phase*:
85
86   - Uses link rate as a starting transmit rate and discovers the Maximum
87     Receive Rate (MRR) used as an input to the first intermediate phase.
88
89 - *Intermediate phases*:
90
91   - Start with initial trial duration (in the first phase) and converge
92     geometrically towards the final trial duration (in the final phase).
93   - Track two values for NDR and two for PDR.
94
95     - The values are called (NDR or PDR) lower_bound and upper_bound.
96     - Each value comes from a specific trial measurement
97       (most recent for that transmit rate),
98       and as such the value is associated with that measurement's duration and loss.
99     - A bound can be invalid, for example if NDR lower_bound
100       has been measured with nonzero loss.
101     - Invalid bounds are not real boundaries for the searched value,
102       but are needed to track interval widths.
103     - Valid bounds are real boundaries for the searched value.
104     - Each non-initial phase ends with all bounds valid.
105
106   - Start with a large (lower_bound, upper_bound) interval width and
107     geometrically converge towards the width goal (measurement resolution)
108     of the phase. Each phase halves the previous width goal.
109   - Use internal and external searches:
110
111     - External search - measures at transmit rates outside the (lower_bound,
112       upper_bound) interval. Activated when a bound is invalid,
113       to search for a new valid bound by doubling the interval width.
114       It is a variant of `exponential search`_.
115     - Internal search - `binary search`_, measures at transmit rates within the
116       (lower_bound, upper_bound) valid interval, halving the interval width.
117
118 - *Final phase* is executed with the final test trial duration, and the final
119   width goal that determines resolution of the overall search.
120   Intermediate phases together with the final phase are called non-initial phases.
121
122 The main benefits of MLRsearch vs. binary search include:
123
124 - In general MLRsearch is likely to execute more search trials overall, but
125   less trials at a set final duration.
126 - In well behaving cases it greatly reduces (>50%) the overall duration
127   compared to a single PDR (or NDR) binary search duration,
128   while finding multiple drop rates.
129 - In all cases MLRsearch yields the same or similar results to binary search.
130 - Note: both binary search and MLRsearch are susceptible to reporting
131   non-repeatable results across multiple runs for very bad behaving
132   cases.
133
134 Caveats:
135
136 - Worst case MLRsearch can take longer than a binary search e.g. in case of
137   drastic changes in behaviour for trials at varying durations.
138
139 Search Implementation
140 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
141
142 Following is a brief description of the current MLRsearch
143 implementation in FD.io CSIT.
144
145 Input Parameters
146 ````````````````
147
148 #. *maximum_transmit_rate* - maximum packet transmit rate to be used by
149    external traffic generator, limited by either the actual Ethernet
150    link rate or traffic generator NIC model capabilities. Sample
151    defaults: 2 * 14.88 Mpps for 64B 10GE link rate,
152    2 * 18.75 Mpps for 64B 40GE NIC maximum rate.
153 #. *minimum_transmit_rate* - minimum packet transmit rate to be used for
154    measurements. MLRsearch fails if lower transmit rate needs to be
155    used to meet search criteria. Default: 2 * 10 kpps (could be higher).
156 #. *final_trial_duration* - required trial duration for final rate
157    measurements. Default: 30 sec.
158 #. *initial_trial_duration* - trial duration for initial MLRsearch phase.
159    Default: 1 sec.
160 #. *final_relative_width* - required measurement resolution expressed as
161    (lower_bound, upper_bound) interval width relative to upper_bound.
162    Default: 0.5%.
163 #. *packet_loss_ratio* - maximum acceptable PLR search criteria for
164    PDR measurements. Default: 0.5%.
165 #. *number_of_intermediate_phases* - number of phases between the initial
166    phase and the final phase. Impacts the overall MLRsearch duration.
167    Less phases are required for well behaving cases, more phases
168    may be needed to reduce the overall search duration for worse behaving cases.
169    Default (2). (Value chosen based on limited experimentation to date.
170    More experimentation needed to arrive to clearer guidelines.)
171
172 Initial Phase
173 `````````````
174
175 1. First trial measures at maximum rate and discovers MRR.
176
177    a. *in*: trial_duration = initial_trial_duration.
178    b. *in*: offered_transmit_rate = maximum_transmit_rate.
179    c. *do*: single trial.
180    d. *out*: measured loss ratio.
181    e. *out*: mrr = measured receive rate.
182
183 2. Second trial measures at MRR and discovers MRR2.
184
185    a. *in*: trial_duration = initial_trial_duration.
186    b. *in*: offered_transmit_rate = MRR.
187    c. *do*: single trial.
188    d. *out*: measured loss ratio.
189    e. *out*: mrr2 = measured receive rate.
190
191 3. Third trial measures at MRR2.
192
193    a. *in*: trial_duration = initial_trial_duration.
194    b. *in*: offered_transmit_rate = MRR2.
195    c. *do*: single trial.
196    d. *out*: measured loss ratio.
197
198 Non-initial Phases
199 ``````````````````
200
201 1. Main loop:
202
203    a. *in*: trial_duration for the current phase.
204       Set to initial_trial_duration for the first intermediate phase;
205       to final_trial_duration for the final phase;
206       or to the element of interpolating geometric sequence
207       for other intermediate phases.
208       For example with two intermediate phases, trial_duration
209       of the second intermediate phase is the geometric average
210       of initial_strial_duration and final_trial_duration.
211    b. *in*: relative_width_goal for the current phase.
212       Set to final_relative_width for the final phase;
213       doubled for each preceding phase.
214       For example with two intermediate phases,
215       the first intermediate phase uses quadruple of final_relative_width
216       and the second intermediate phase uses double of final_relative_width.
217    c. *in*: ndr_interval, pdr_interval from the previous main loop iteration
218       or the previous phase.
219       If the previous phase is the initial phase, both intervals have
220       lower_bound = MRR2, uper_bound = MRR.
221       Note that the initial phase is likely to create intervals with invalid bounds.
222    d. *do*: According to the procedure described in point 2,
223       either exit the phase (by jumping to 1.g.),
224       or prepare new transmit rate to measure with.
225    e. *do*: Perform the trial measurement at the new transmit rate
226       and trial_duration, compute its loss ratio.
227    f. *do*: Update the bounds of both intervals, based on the new measurement.
228       The actual update rules are numerous, as NDR external search
229       can affect PDR interval and vice versa, but the result
230       agrees with rules of both internal and external search.
231       For example, any new measurement below an invalid lower_bound
232       becomes the new lower_bound, while the old measurement
233       (previously acting as the invalid lower_bound)
234       becomes a new and valid upper_bound.
235       Go to next iteration (1.c.), taking the updated intervals as new input.
236    g. *out*: current ndr_interval and pdr_interval.
237       In the final phase this is also considered
238       to be the result of the whole search.
239       For other phases, the next phase loop is started
240       with the current results as an input.
241
242 2. New transmit rate (or exit) calculation (for 1.d.):
243
244    - If there is an invalid bound then prepare for external search:
245
246      - *If* the most recent measurement at NDR lower_bound transmit rate
247        had the loss higher than zero, then
248        the new transmit rate is NDR lower_bound
249        decreased by two NDR interval widths.
250      - Else, *if* the most recent measurement at PDR lower_bound
251        transmit rate had the loss higher than PLR, then
252        the new transmit rate is PDR lower_bound
253        decreased by two PDR interval widths.
254      - Else, *if* the most recent measurement at NDR upper_bound
255        transmit rate had no loss, then
256        the new transmit rate is NDR upper_bound
257        increased by two NDR interval widths.
258      - Else, *if* the most recent measurement at PDR upper_bound
259        transmit rate had the loss lower or equal to PLR, then
260        the new transmit rate is PDR upper_bound
261        increased by two PDR interval widths.
262    - If interval width is higher than the current phase goal:
263
264      - Else, *if* NDR interval does not meet the current phase width goal,
265        prepare for internal search. The new transmit rate is
266        (NDR lower bound + NDR upper bound) / 2.
267      - Else, *if* PDR interval does not meet the current phase width goal,
268        prepare for internal search. The new transmit rate is
269        (PDR lower bound + PDR upper bound) / 2.
270    - Else, *if* some bound has still only been measured at a lower duration,
271      prepare to re-measure at the current duration (and the same transmit rate).
272      The order of priorities is:
273
274      - NDR lower_bound,
275      - PDR lower_bound,
276      - NDR upper_bound,
277      - PDR upper_bound.
278    - *Else*, do not prepare any new rate, to exit the phase.
279      This ensures that at the end of each non-initial phase
280      all intervals are valid, narrow enough, and measured
281      at current phase trial duration.
282
283 Implementation Deviations
284 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
285
286 This document so far has been describing a simplified version of MLRsearch algorithm.
287 The full algorithm as implemented contains additional logic,
288 which makes some of the details (but not general ideas) above incorrect.
289 Here is a short description of the additional logic as a list of principles,
290 explaining their main differences from (or additions to) the simplified description,
291 but without detailing their mutual interaction.
292
293 1. *Logarithmic transmit rate.*
294    In order to better fit the relative width goal,
295    the interval doubling and halving is done differently.
296    For example, the middle of 2 and 8 is 4, not 5.
297 2. *Optimistic maximum rate.*
298    The increased rate is never higher than the maximum rate.
299    Upper bound at that rate is always considered valid.
300 3. *Pessimistic minimum rate.*
301    The decreased rate is never lower than the minimum rate.
302    If a lower bound at that rate is invalid,
303    a phase stops refining the interval further (until it gets re-measured).
304 4. *Conservative interval updates.*
305    Measurements above current upper bound never update a valid upper bound,
306    even if drop ratio is low.
307    Measurements below current lower bound always update any lower bound
308    if drop ratio is high.
309 5. *Ensure sufficient interval width.*
310    Narrow intervals make external search take more time to find a valid bound.
311    If the new transmit increased or decreased rate would result in width
312    less than the current goal, increase/decrease more.
313    This can happen if the measurement for the other interval
314    makes the current interval too narrow.
315    Similarly, take care the measurements in the initial phase
316    create wide enough interval.
317 6. *Timeout for bad cases.*
318    The worst case for MLRsearch is when each phase converges to intervals
319    way different than the results of the previous phase.
320    Rather than suffer total search time several times larger
321    than pure binary search, the implemented tests fail themselves
322    when the search takes too long (given by argument *timeout*).
323
324 (B)MRR Throughput
325 -----------------
326
327 Maximum Receive Rate (MRR) tests are complementary to MLRsearch tests,
328 as they provide a maximum "raw" throughput benchmark for development and
329 testing community. MRR tests measure the packet forwarding rate under
330 the maximum load offered by traffic generator over a set trial duration,
331 regardless of packet loss. Maximum load for specified Ethernet frame
332 size is set to the bi-directional link rate.
333
334 In |csit-release| MRR test code has been updated with a configurable
335 burst MRR parameters: trial duration and number of trials in a single
336 burst. This enabled a new Burst MRR (BMRR) methodology for more precise
337 performance trending.
338
339 Current parameters for BMRR tests:
340
341 - Ethernet frame sizes: 64B (78B for IPv6), IMIX, 1518B, 9000B; all
342   quoted sizes include frame CRC, but exclude per frame transmission
343   overhead of 20B (preamble, inter frame gap).
344
345 - Maximum load offered: 10GE and 40GE link (sub-)rates depending on NIC
346   tested, with the actual packet rate depending on frame size,
347   transmission overhead and traffic generator NIC forwarding capacity.
348
349   - For 10GE NICs the maximum packet rate load is 2* 14.88 Mpps for 64B,
350     a 10GE bi-directional link rate.
351   - For 25GE NICs the maximum packet rate load is 2* 18.75 Mpps for 64B,
352     a 25GE bi-directional link sub-rate limited by TG 25GE NIC used,
353     XXV710.
354   - For 40GE NICs the maximum packet rate load is 2* 18.75 Mpps for 64B,
355     a 40GE bi-directional link sub-rate limited by TG 40GE NIC used,
356     XL710. Packet rate for other tested frame sizes is limited by PCIe
357     Gen3 x8 bandwidth limitation of ~50Gbps.
358
359 - Trial duration: 1 sec.
360
361 - Number of trials per burst: 10.
362
363 Similarly to NDR/PDR throughput tests, MRR test should be reporting bi-
364 directional link rate (or NIC rate, if lower) if tested VPP
365 configuration can handle the packet rate higher than bi-directional link
366 rate, e.g. large packet tests and/or multi-core tests.
367
368 MRR tests are currently used for FD.io CSIT continuous performance
369 trending and for comparison between releases. Daily trending job tests
370 subset of frame sizes, focusing on 64B (78B for IPv6) for all tests and
371 IMIX for selected tests (vhost, memif).
372
373 MRR-like measurements are being used to establish starting conditions
374 for experimental Probabilistic Loss Ratio Search (PLRsearch) used for
375 soak testing, aimed at verifying continuous system performance over an
376 extended period of time, hours, days, weeks, months. PLRsearch code is
377 currently in experimental phase in FD.io CSIT project.
378
379 Packet Latency
380 --------------
381
382 TRex Traffic Generator (TG) is used for measuring latency of VPP DUTs.
383 Reported latency values are measured using following methodology:
384
385 - Latency tests are performed at 100% of discovered NDR and PDR rates
386   for each throughput test and packet size (except IMIX).
387 - TG sends dedicated latency streams, one per direction, each at the
388   rate of 9 kpps at the prescribed packet size; these are sent in
389   addition to the main load streams.
390 - TG reports min/avg/max latency values per stream direction, hence two
391   sets of latency values are reported per test case; future release of
392   TRex is expected to report latency percentiles.
393 - Reported latency values are aggregate across two SUTs due to three
394   node topology used for all performance tests; for per SUT latency,
395   reported value should be divided by two.
396 - 1usec is the measurement accuracy advertised by TRex TG for the setup
397   used in FD.io labs used by CSIT project.
398 - TRex setup introduces an always-on error of about 2*2usec per latency
399   flow additonal Tx/Rx interface latency induced by TRex SW writing and
400   reading packet timestamps on CPU cores without HW acceleration on NICs
401   closer to the interface line.
402
403 Multi-Core Speedup
404 ------------------
405
406 All performance tests are executed with single processor core and with
407 multiple cores scenarios.
408
409 Intel Hyper-Threading (HT)
410 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
411
412 Intel Xeon processors used in FD.io CSIT can operate either in HT
413 Disabled mode (single logical core per each physical core) or in HT
414 Enabled mode (two logical cores per each physical core). HT setting is
415 applied in BIOS and requires server SUT reload for it to take effect,
416 making it impractical for continuous changes of HT mode of operation.
417
418 |csit-release| performance tests are executed with server SUTs' Intel
419 XEON processors configured with Intel Hyper-Threading Disabled for all
420 Xeon Haswell testbeds (3n-hsw) and with Intel Hyper-Threading Enabled
421 for all Xeon Skylake testbeds.
422
423 More information about physical testbeds is provided in
424 :ref:`tested_physical_topologies`.
425
426 Multi-core Tests
427 ~~~~~~~~~~~~~~~~
428
429 |csit-release| multi-core tests are executed in the following VPP worker
430 thread and physical core configurations:
431
432 #. Intel Xeon Haswell testbeds (3n-hsw) with Intel HT disabled
433    (1 logical CPU core per each physical core):
434
435   #. 1t1c - 1 VPP worker thread on 1 physical core.
436   #. 2t2c - 2 VPP worker threads on 2 physical cores.
437   #. 4t4c - 4 VPP worker threads on 4 physical cores.
438
439 #. Intel Xeon Skylake testbeds (2n-skx, 3n-skx) with Intel HT enabled
440    (2 logical CPU cores per each physical core):
441
442   #. 2t1c - 2 VPP worker threads on 1 physical core.
443   #. 4t2c - 4 VPP worker threads on 2 physical cores.
444   #. 8t4c - 8 VPP worker threads on 4 physical cores.
445
446 VPP worker threads are the data plane threads running on isolated
447 logical cores. With Intel HT enabled VPP workers are placed as sibling
448 threads on each used physical core. VPP control threads (main, stats)
449 are running on a separate non-isolated core together with other Linux
450 processes.
451
452 In all CSIT tests care is taken to ensure that each VPP worker handles
453 the same amount of received packet load and does the same amount of
454 packet processing work. This is achieved by evenly distributing per
455 interface type (e.g. physical, virtual) receive queues over VPP workers
456 using default VPP round- robin mapping and by loading these queues with
457 the same amount of packet flows.
458
459 If number of VPP workers is higher than number of physical or virtual
460 interfaces, multiple receive queues are configured on each interface.
461 NIC Receive Side Scaling (RSS) for physical interfaces and multi-queue
462 for virtual interfaces are used for this purpose.
463
464 Section :ref:`throughput_speedup_multi_core` includes a set of graphs
465 illustrating packet throughout speedup when running VPP worker threads
466 on multiple cores. Note that in quite a few test cases running VPP
467 workers on 2 or 4 physical cores hits the I/O bandwidth or packets-per-
468 second limit of tested NIC.
469
470 VPP Startup Settings
471 --------------------
472
473 CSIT code manipulates a number of VPP settings in startup.conf for optimized
474 performance. List of common settings applied to all tests and test
475 dependent settings follows.
476
477 See `VPP startup.conf <https://git.fd.io/vpp/tree/src/vpp/conf/startup.conf?h=stable/1807>`_
478 for a complete set and description of listed settings.
479
480 Common Settings
481 ~~~~~~~~~~~~~~~
482
483 List of vpp startup.conf settings applied to all tests:
484
485 #. heap-size <value> - set separately for ip4, ip6, stats, main
486    depending on scale tested.
487 #. no-tx-checksum-offload - disables UDP / TCP TX checksum offload in DPDK.
488    Typically needed for use faster vector PMDs (together with
489    no-multi-seg).
490 #. socket-mem <value>,<value> - memory per numa. (Not required anymore
491    due to VPP code changes, should be removed in CSIT-18.10.)
492
493 Per Test Settings
494 ~~~~~~~~~~~~~~~~~
495
496 List of vpp startup.conf settings applied dynamically per test:
497
498 #. corelist-workers <list_of_cores> - list of logical cores to run VPP
499    worker data plane threads. Depends on HyperThreading and core per
500    test configuration.
501 #. num-rx-queues <value> - depends on a number of VPP threads and NIC
502    interfaces.
503 #. num-rx-desc/num-tx-desc - number of rx/tx descriptors for specific
504    NICs, incl. xl710, x710, xxv710.
505 #. num-mbufs <value> - increases number of buffers allocated, needed
506    only in scenarios with large number of interfaces and worker threads.
507    Value is per CPU socket. Default is 16384.
508 #. no-multi-seg - disables multi-segment buffers in DPDK, improves
509    packet throughput, but disables Jumbo MTU support. Disabled for all
510    tests apart from the ones that require Jumbo 9000B frame support.
511 #. UIO driver - depends on topology file definition.
512 #. QAT VFs - depends on NRThreads, each thread = 1QAT VFs.
513
514 KVM VMs vhost-user
515 ------------------
516
517 FD.io CSIT performance lab is testing VPP vhost with KVM VMs using
518 following environment settings:
519
520 - Tests with varying Qemu virtio queue (a.k.a. vring) sizes: [vr256]
521   default 256 descriptors, [vr1024] 1024 descriptors to optimize for
522   packet throughput.
523 - Tests with varying Linux :abbr:`CFS (Completely Fair Scheduler)`
524   settings: [cfs] default settings, [cfsrr1] CFS RoundRobin(1) policy
525   applied to all data plane threads handling test packet path including
526   all VPP worker threads and all Qemu testpmd poll-mode threads.
527 - Resulting test cases are all combinations with [vr256,vr1024] and
528   [cfs,cfsrr1] settings.
529 - Adjusted Linux kernel :abbr:`CFS (Completely Fair Scheduler)`
530   scheduler policy for data plane threads used in CSIT is documented in
531   `CSIT Performance Environment Tuning wiki
532   <https://wiki.fd.io/view/CSIT/csit-perf-env-tuning-ubuntu1604>`_.
533 - The purpose is to verify performance impact (MRR and NDR/PDR
534   throughput) and same test measurements repeatability, by making VPP
535   and VM data plane threads less susceptible to other Linux OS system
536   tasks hijacking CPU cores running those data plane threads.
537
538 LXC/DRC Container Memif
539 -----------------------
540
541 |csit-release| includes tests taking advantage of VPP memif virtual
542 interface (shared memory interface) to interconnect VPP running in
543 Containers. VPP vswitch instance runs in bare-metal user-mode handling
544 NIC interfaces and connecting over memif (Slave side) to VPPs running in
545 :abbr:`Linux Container (LXC)` or in Docker Container (DRC) configured
546 with memif (Master side). LXCs and DRCs run in a priviliged mode with
547 VPP data plane worker threads pinned to dedicated physical CPU cores per
548 usual CSIT practice. All VPP instances run the same version of software.
549 This test topology is equivalent to existing tests with vhost-user and
550 VMs as described earlier in :ref:`tested_logical_topologies`.
551
552 In addition to above vswitch tests, a single memif interface test is
553 executed. It runs in a simple topology of two VPP container instances
554 connected over memif interface in order to verify standalone memif
555 interface performance.
556
557 More information about CSIT LXC and DRC setup and control is available
558 in :ref:`container_orchestration_in_csit`.
559
560 K8s Container Memif
561 -------------------
562
563 |csit-release| includes tests of VPP topologies running in K8s
564 orchestrated Pods/Containers and connected over memif virtual
565 interfaces. In order to provide simple topology coding flexibility and
566 extensibility container orchestration is done with `Kubernetes
567 <https://github.com/kubernetes>`_ using `Docker
568 <https://github.com/docker>`_ images for all container applications
569 including VPP. `Ligato <https://github.com/ligato>`_ is used for the
570 Pod/Container networking orchestration that is integrated with K8s,
571 including memif support.
572
573 In these tests VPP vswitch runs in a K8s Pod with Docker Container (DRC)
574 handling NIC interfaces and connecting over memif to more instances of
575 VPP running in Pods/DRCs. All DRCs run in a priviliged mode with VPP
576 data plane worker threads pinned to dedicated physical CPU cores per
577 usual CSIT practice. All VPP instances run the same version of software.
578 This test topology is equivalent to existing tests with vhost-user and
579 VMs as described earlier in :ref:`tested_physical_topologies`.
580
581 Further documentation is available in
582 :ref:`container_orchestration_in_csit`.
583
584 VPP_Device Functional
585 ---------------------
586
587 |csit-release| added new VPP_Device test environment for functional VPP
588 device tests integrated into LFN CI/CD infrastructure. VPP_Device tests
589 run on 1-Node testbeds (1n-skx, 1n-arm) and rely on Linux SRIOV Virtual
590 Function (VF), dot1q VLAN tagging and external loopback cables to
591 facilitate packet passing over exernal physical links. Initial focus is
592 on few baseline tests. Existing CSIT VIRL tests can be moved to
593 VPP_Device framework by changing L1 and L2 KW(s). RF test definition
594 code stays unchanged with the exception of requiring adjustments from
595 3-Node to 2-Node logical topologies. CSIT VIRL to VPP_Device migration
596 is expected in the next CSIT release.
597
598 IPSec on Intel QAT
599 ------------------
600
601 VPP IPSec performance tests are using DPDK cryptodev device driver in
602 combination with HW cryptodev devices - Intel QAT 8950 50G - present in
603 LF FD.io physical testbeds. DPDK cryptodev can be used for all IPSec
604 data plane functions supported by VPP.
605
606 Currently |csit-release| implements following IPSec test cases:
607
608 - AES-GCM, CBC-SHA1 ciphers, in combination with IPv4 routed-forwarding
609   with Intel xl710 NIC.
610 - CBC-SHA1 ciphers, in combination with LISP-GPE overlay tunneling for
611   IPv4-over-IPv4 with Intel xl710 NIC.
612
613 TRex Traffic Generator
614 ----------------------
615
616 Usage
617 ~~~~~
618
619 `TRex traffic generator <https://wiki.fd.io/view/TRex>`_ is used for all
620 CSIT performance tests. TRex stateless mode is used to measure NDR and
621 PDR throughputs using binary search (NDR and PDR discovery tests) and
622 for quick checks of DUT performance against the reference NDRs (NDR
623 check tests) for specific configuration.
624
625 TRex is installed and run on the TG compute node. The typical procedure
626 is:
627
628 - If the TRex is not already installed on TG, it is installed in the
629   suite setup phase - see `TRex intallation`_.
630 - TRex configuration is set in its configuration file
631   ::
632
633   /etc/trex_cfg.yaml
634
635 - TRex is started in the background mode
636   ::
637
638   $ sh -c 'cd <t-rex-install-dir>/scripts/ && sudo nohup ./t-rex-64 -i -c 7 --iom 0 > /tmp/trex.log 2>&1 &' > /dev/null
639
640 - There are traffic streams dynamically prepared for each test, based on traffic
641   profiles. The traffic is sent and the statistics obtained using
642   :command:`trex_stl_lib.api.STLClient`.
643
644 Measuring Packet Loss
645 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
646
647 Following sequence is followed to measure packet loss:
648
649 - Create an instance of STLClient.
650 - Connect to the client.
651 - Add all streams.
652 - Clear statistics.
653 - Send the traffic for defined time.
654 - Get the statistics.
655
656 If there is a warm-up phase required, the traffic is sent also before
657 test and the statistics are ignored.
658
659 Measuring Latency
660 ~~~~~~~~~~~~~~~~~
661
662 If measurement of latency is requested, two more packet streams are
663 created (one for each direction) with TRex flow_stats parameter set to
664 STLFlowLatencyStats. In that case, returned statistics will also include
665 min/avg/max latency values.
666
667 HTTP/TCP with WRK Tool
668 ----------------------
669
670 `WRK HTTP benchmarking tool <https://github.com/wg/wrk>`_ is used for
671 experimental TCP/IP and HTTP tests of VPP TCP/IP stack and built-in
672 static HTTP server. WRK has been chosen as it is capable of generating
673 significant TCP/IP and HTTP loads by scaling number of threads across
674 multi-core processors.
675
676 This in turn enables quite high scale benchmarking of the main TCP/IP
677 and HTTP service including HTTP TCP/IP Connections-Per-Second (CPS),
678 HTTP Requests-Per-Second and HTTP Bandwidth Throughput.
679
680 The initial tests are designed as follows:
681
682 - HTTP and TCP/IP Connections-Per-Second (CPS)
683
684   - WRK configured to use 8 threads across 8 cores, 1 thread per core.
685   - Maximum of 50 concurrent connections across all WRK threads.
686   - Timeout for server responses set to 5 seconds.
687   - Test duration is 30 seconds.
688   - Expected HTTP test sequence:
689
690     - Single HTTP GET Request sent per open connection.
691     - Connection close after valid HTTP reply.
692     - Resulting flow sequence - 8 packets: >Syn, <Syn-Ack, >Ack, >Req,
693       <Rep, >Fin, <Fin, >Ack.
694
695 - HTTP Requests-Per-Second
696
697   - WRK configured to use 8 threads across 8 cores, 1 thread per core.
698   - Maximum of 50 concurrent connections across all WRK threads.
699   - Timeout for server responses set to 5 seconds.
700   - Test duration is 30 seconds.
701   - Expected HTTP test sequence:
702
703     - Multiple HTTP GET Requests sent in sequence per open connection.
704     - Connection close after set test duration time.
705     - Resulting flow sequence: >Syn, <Syn-Ack, >Ack, >Req[1], <Rep[1],
706       .., >Req[n], <Rep[n], >Fin, <Fin, >Ack.
707
708 .. _binary search: https://en.wikipedia.org/wiki/Binary_search
709 .. _exponential search: https://en.wikipedia.org/wiki/Exponential_search
710 .. _estimation of standard deviation: https://en.wikipedia.org/wiki/Unbiased_estimation_of_standard_deviation
711 .. _simplified error propagation formula: https://en.wikipedia.org/wiki/Propagation_of_uncertainty#Simplification