feat(Docs): Add AWS methodology
[csit.git] / docs / report / introduction / methodology.rst
index 483cbb7..3e1030b 100644 (file)
-Performance Test Methodology
-============================
 
-Throughput
-----------
-
-Packet and bandwidth throughput are measured in accordance with
-:rfc:`2544`, using FD.io CSIT Multiple Loss Ratio search (MLRsearch), an
-optimized binary search algorithm, that measures SUT/DUT throughput at
-different Packet Loss Ratio (PLR) values.
-
-Following MLRsearch values are measured across a range of L2 frame sizes
-and reported:
-
-- **Non Drop Rate (NDR)**: packet and bandwidth throughput at PLR=0%.
-
-  - **Aggregate packet rate**: NDR_LOWER <bi-directional packet rate>
-    pps.
-  - **Aggregate bandwidth rate**: NDR_LOWER <bi-directional bandwidth
-    rate> Gbps.
-
-- **Partial Drop Rate (PDR)**: packet and bandwidth throughput at
-  PLR=0.5%.
-
-  - **Aggregate packet rate**: PDR_LOWER <bi-directional packet rate>
-    pps.
-  - **Aggregate bandwidth rate**: PDR_LOWER <bi-directional bandwidth
-    rate> Gbps.
-
-NDR and PDR are measured for the following L2 frame sizes (untagged
-Ethernet):
-
-- IPv4 payload: 64B, IMIX_v4_1 (28x64B, 16x570B, 4x1518B), 1518B, 9000B.
-- IPv6 payload: 78B, 1518B, 9000B.
-
-All rates are reported from external Traffic Generator perspective.
-
-Description of MLRsearch algorithm is provided in
-:ref:`mlrsearch_algorithm`.
-
-Maximum Receive Rate MRR
-------------------------
-
-MRR tests measure the packet forwarding rate under the maximum
-load offered by traffic generator over a set trial duration,
-regardless of packet loss. Maximum load for specified Ethernet frame
-size is set to the bi-directional link rate.
-
-Current parameters for MRR tests:
-
-- Ethernet frame sizes: 64B (78B for IPv6), IMIX, 1518B, 9000B; all
-  quoted sizes include frame CRC, but exclude per frame transmission
-  overhead of 20B (preamble, inter frame gap).
-
-- Maximum load offered: 10GE and 40GE link (sub-)rates depending on NIC
-  tested, with the actual packet rate depending on frame size,
-  transmission overhead and traffic generator NIC forwarding capacity.
-
-  - For 10GE NICs the maximum packet rate load is 2* 14.88 Mpps for 64B,
-    a 10GE bi-directional link rate.
-  - For 25GE NICs the maximum packet rate load is 2* 18.75 Mpps for 64B,
-    a 25GE bi-directional link sub-rate limited by TG 25GE NIC used,
-    XXV710.
-  - For 40GE NICs the maximum packet rate load is 2* 18.75 Mpps for 64B,
-    a 40GE bi-directional link sub-rate limited by TG 40GE NIC used,
-    XL710. Packet rate for other tested frame sizes is limited by PCIe
-    Gen3 x8 bandwidth limitation of ~50Gbps.
-
-- Trial duration: 10sec.
-
-Similarly to NDR/PDR throughput tests, MRR test should be reporting bi-
-directional link rate (or NIC rate, if lower) if tested VPP
-configuration can handle the packet rate higher than bi-directional link
-rate, e.g. large packet tests and/or multi-core tests.
-
-MRR tests are used for continuous performance trending and for
-comparison between releases. Daily trending job tests subset of frame
-sizes, focusing on 64B (78B for IPv6) for all tests and IMIX for
-selected tests (vhost, memif).
-
-Packet Latency
---------------
-
-TRex Traffic Generator (TG) is used for measuring latency of VPP DUTs.
-Reported latency values are measured using following methodology:
-
-- Latency tests are performed at 100% of discovered NDR and PDR rates
-  for each throughput test and packet size (except IMIX).
-- TG sends dedicated latency streams, one per direction, each at the
-  rate of 9 kpps at the prescribed packet size; these are sent in
-  addition to the main load streams.
-- TG reports min/avg/max latency values per stream direction, hence two
-  sets of latency values are reported per test case; future release of
-  TRex is expected to report latency percentiles.
-- Reported latency values are aggregate across two SUTs due to three
-  node topology used for all performance tests; for per SUT latency,
-  reported value should be divided by two.
-- 1usec is the measurement accuracy advertised by TRex TG for the setup
-  used in FD.io labs used by CSIT project.
-- TRex setup introduces an always-on error of about 2*2usec per latency
-  flow additonal Tx/Rx interface latency induced by TRex SW writing and
-  reading packet timestamps on CPU cores without HW acceleration on NICs
-  closer to the interface line.
-
-Multi-Core Speedup
-------------------
-
-All performance tests are executed with single processor core and with
-multiple cores scenarios.
-
-Intel Hyper-Threading (HT)
-~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
-
-Intel Xeon processors used in FD.io CSIT can operate either in HT
-Disabled mode (single logical core per each physical core) or in HT
-Enabled mode (two logical cores per each physical core). HT setting is
-applied in BIOS and requires server SUT reload for it to take effect,
-making it impractical for continuous changes of HT mode of operation.
-
-|csit-release| performance tests are executed with server SUTs' Intel
-XEON processors configured with Intel Hyper-Threading Disabled for all
-Xeon Haswell testbeds (3n-hsw) and with Intel Hyper-Threading Enabled
-for all Xeon Skylake testbeds.
-
-More information about physical testbeds is provided in
-:ref:`tested_physical_topologies`.
-
-Multi-core Tests
-~~~~~~~~~~~~~~~~
-
-|csit-release| multi-core tests are executed in the following VPP worker
-thread and physical core configurations:
-
-#. Intel Xeon Haswell testbeds (3n-hsw) with Intel HT disabled
-   (1 logical CPU core per each physical core):
-
-  #. 1t1c - 1 VPP worker thread on 1 physical core.
-  #. 2t2c - 2 VPP worker threads on 2 physical cores.
-  #. 4t4c - 4 VPP worker threads on 4 physical cores.
-
-#. Intel Xeon Skylake testbeds (2n-skx, 3n-skx) with Intel HT enabled
-   (2 logical CPU cores per each physical core):
-
-  #. 2t1c - 2 VPP worker threads on 1 physical core.
-  #. 4t2c - 4 VPP worker threads on 2 physical cores.
-  #. 8t4c - 8 VPP worker threads on 4 physical cores.
-
-VPP worker threads are the data plane threads running on isolated
-logical cores. With Intel HT enabled VPP workers are placed as sibling
-threads on each used physical core. VPP control threads (main, stats)
-are running on a separate non-isolated core together with other Linux
-processes.
-
-In all CSIT tests care is taken to ensure that each VPP worker handles
-the same amount of received packet load and does the same amount of
-packet processing work. This is achieved by evenly distributing per
-interface type (e.g. physical, virtual) receive queues over VPP workers
-using default VPP round- robin mapping and by loading these queues with
-the same amount of packet flows.
-
-If number of VPP workers is higher than number of physical or virtual
-interfaces, multiple receive queues are configured on each interface.
-NIC Receive Side Scaling (RSS) for physical interfaces and multi-queue
-for virtual interfaces are used for this purpose.
-
-Section :ref:`throughput_speedup_multi_core` includes a set of graphs
-illustrating packet throughout speedup when running VPP worker threads
-on multiple cores. Note that in quite a few test cases running VPP
-workers on 2 or 4 physical cores hits the I/O bandwidth or packets-per-
-second limit of tested NIC.
-
-VPP Startup Settings
---------------------
-
-CSIT code manipulates a number of VPP settings in startup.conf for optimized
-performance. List of common settings applied to all tests and test
-dependent settings follows.
-
-See `VPP startup.conf <https://git.fd.io/vpp/tree/src/vpp/conf/startup.conf?h=stable/1807>`_
-for a complete set and description of listed settings.
-
-Common Settings
-~~~~~~~~~~~~~~~
-
-List of vpp startup.conf settings applied to all tests:
-
-#. heap-size <value> - set separately for ip4, ip6, stats, main
-   depending on scale tested.
-#. no-tx-checksum-offload - disables UDP / TCP TX checksum offload in DPDK.
-   Typically needed for use faster vector PMDs (together with
-   no-multi-seg).
-#. socket-mem <value>,<value> - memory per numa. (Not required anymore
-   due to VPP code changes, should be removed in CSIT-18.10.)
-
-Per Test Settings
-~~~~~~~~~~~~~~~~~
-
-List of vpp startup.conf settings applied dynamically per test:
-
-#. corelist-workers <list_of_cores> - list of logical cores to run VPP
-   worker data plane threads. Depends on HyperThreading and core per
-   test configuration.
-#. num-rx-queues <value> - depends on a number of VPP threads and NIC
-   interfaces.
-#. num-rx-desc/num-tx-desc - number of rx/tx descriptors for specific
-   NICs, incl. xl710, x710, xxv710.
-#. num-mbufs <value> - increases number of buffers allocated, needed
-   only in scenarios with large number of interfaces and worker threads.
-   Value is per CPU socket. Default is 16384.
-#. no-multi-seg - disables multi-segment buffers in DPDK, improves
-   packet throughput, but disables Jumbo MTU support. Disabled for all
-   tests apart from the ones that require Jumbo 9000B frame support.
-#. UIO driver - depends on topology file definition.
-#. QAT VFs - depends on NRThreads, each thread = 1QAT VFs.
-
-KVM VMs vhost-user
-------------------
-
-FD.io CSIT performance lab is testing VPP vhost with KVM VMs using
-following environment settings:
-
-- Tests with varying Qemu virtio queue (a.k.a. vring) sizes: [vr256]
-  default 256 descriptors, [vr1024] 1024 descriptors to optimize for
-  packet throughput.
-- Tests with varying Linux :abbr:`CFS (Completely Fair Scheduler)`
-  settings: [cfs] default settings, [cfsrr1] CFS RoundRobin(1) policy
-  applied to all data plane threads handling test packet path including
-  all VPP worker threads and all Qemu testpmd poll-mode threads.
-- Resulting test cases are all combinations with [vr256,vr1024] and
-  [cfs,cfsrr1] settings.
-- Adjusted Linux kernel :abbr:`CFS (Completely Fair Scheduler)`
-  scheduler policy for data plane threads used in CSIT is documented in
-  `CSIT Performance Environment Tuning wiki <https://wiki.fd.io/view/CSIT/csit-perf-env-tuning-ubuntu1604>`_.
-- The purpose is to verify performance impact (MRR and NDR/PDR
-  throughput) and same test measurements repeatability, by making VPP
-  and VM data plane threads less susceptible to other Linux OS system
-  tasks hijacking CPU cores running those data plane threads.
-
-LXC/DRC Container Memif
------------------------
-
-|csit-release| includes tests taking advantage of VPP memif virtual
-interface (shared memory interface) to interconnect VPP running in
-Containers. VPP vswitch instance runs in bare-metal user-mode handling
-NIC interfaces and connecting over memif (Slave side) to VPPs running in
-:abbr:`Linux Container (LXC)` or in Docker Container (DRC) configured
-with memif (Master side). LXCs and DRCs run in a priviliged mode with
-VPP data plane worker threads pinned to dedicated physical CPU cores per
-usual CSIT practice. All VPP instances run the same version of software.
-This test topology is equivalent to existing tests with vhost-user and
-VMs as described earlier in :ref:`tested_logical_topologies`.
-
-In addition to above vswitch tests, a single memif interface test is
-executed. It runs in a simple topology of two VPP container instances
-connected over memif interface in order to verify standalone memif
-interface performance.
-
-More information about CSIT LXC and DRC setup and control is available
-in :ref:`container_orchestration_in_csit`.
-
-K8s Container Memif
--------------------
-
-|csit-release| includes tests of VPP topologies running in K8s
-orchestrated Pods/Containers and connected over memif virtual
-interfaces. In order to provide simple topology coding flexibility and
-extensibility container orchestration is done with `Kubernetes
-<https://github.com/kubernetes>`_ using `Docker
-<https://github.com/docker>`_ images for all container applications
-including VPP. `Ligato <https://github.com/ligato>`_ is used for the
-Pod/Container networking orchestration that is integrated with K8s,
-including memif support.
-
-In these tests VPP vswitch runs in a K8s Pod with Docker Container (DRC)
-handling NIC interfaces and connecting over memif to more instances of
-VPP running in Pods/DRCs. All DRCs run in a priviliged mode with VPP
-data plane worker threads pinned to dedicated physical CPU cores per
-usual CSIT practice. All VPP instances run the same version of software.
-This test topology is equivalent to existing tests with vhost-user and
-VMs as described earlier in :ref:`tested_physical_topologies`.
-
-Further documentation is available in
-:ref:`container_orchestration_in_csit`.
-
-IPSec on Intel QAT
-------------------
-
-VPP IPSec performance tests are using DPDK cryptodev device driver in
-combination with HW cryptodev devices - Intel QAT 8950 50G - present in
-LF FD.io physical testbeds. DPDK cryptodev can be used for all IPSec
-data plane functions supported by VPP.
-
-Currently |csit-release| implements following IPSec test cases:
-
-- AES-GCM, CBC-SHA1 ciphers, in combination with IPv4 routed-forwarding
-  with Intel xl710 NIC.
-- CBC-SHA1 ciphers, in combination with LISP-GPE overlay tunneling for
-  IPv4-over-IPv4 with Intel xl710 NIC.
-
-TRex Traffic Generator
-----------------------
-
-Usage
-~~~~~
-
-`TRex traffic generator <https://wiki.fd.io/view/TRex>`_ is used for all
-CSIT performance tests. TRex stateless mode is used to measure NDR and
-PDR throughputs using binary search (NDR and PDR discovery tests) and
-for quick checks of DUT performance against the reference NDRs (NDR
-check tests) for specific configuration.
-
-TRex is installed and run on the TG compute node. The typical procedure
-is:
-
-- If the TRex is not already installed on TG, it is installed in the
-  suite setup phase - see `TRex intallation`_.
-- TRex configuration is set in its configuration file
-  ::
-
-  /etc/trex_cfg.yaml
-
-- TRex is started in the background mode
-  ::
-
-  $ 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
-
-- There are traffic streams dynamically prepared for each test, based on traffic
-  profiles. The traffic is sent and the statistics obtained using
-  :command:`trex_stl_lib.api.STLClient`.
-
-Measuring Packet Loss
-~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
-
-Following sequence is followed to measure packet loss:
-
-- Create an instance of STLClient.
-- Connect to the client.
-- Add all streams.
-- Clear statistics.
-- Send the traffic for defined time.
-- Get the statistics.
-
-If there is a warm-up phase required, the traffic is sent also before
-test and the statistics are ignored.
-
-Measuring Latency
-~~~~~~~~~~~~~~~~~
-
-If measurement of latency is requested, two more packet streams are
-created (one for each direction) with TRex flow_stats parameter set to
-STLFlowLatencyStats. In that case, returned statistics will also include
-min/avg/max latency values.
-
-HTTP/TCP with WRK tool
-----------------------
-
-`WRK HTTP benchmarking tool <https://github.com/wg/wrk>`_ is used for
-experimental TCP/IP and HTTP tests of VPP TCP/IP stack and built-in
-static HTTP server. WRK has been chosen as it is capable of generating
-significant TCP/IP and HTTP loads by scaling number of threads across
-multi-core processors.
-
-This in turn enables quite high scale benchmarking of the main TCP/IP
-and HTTP service including HTTP TCP/IP Connections-Per-Second (CPS),
-HTTP Requests-Per-Second and HTTP Bandwidth Throughput.
-
-The initial tests are designed as follows:
-
-- HTTP and TCP/IP Connections-Per-Second (CPS)
-
-  - WRK configured to use 8 threads across 8 cores, 1 thread per core.
-  - Maximum of 50 concurrent connections across all WRK threads.
-  - Timeout for server responses set to 5 seconds.
-  - Test duration is 30 seconds.
-  - Expected HTTP test sequence:
-
-    - Single HTTP GET Request sent per open connection.
-    - Connection close after valid HTTP reply.
-    - Resulting flow sequence - 8 packets: >Syn, <Syn-Ack, >Ack, >Req,
-      <Rep, >Fin, <Fin, >Ack.
-
-- HTTP Requests-Per-Second
-
-  - WRK configured to use 8 threads across 8 cores, 1 thread per core.
-  - Maximum of 50 concurrent connections across all WRK threads.
-  - Timeout for server responses set to 5 seconds.
-  - Test duration is 30 seconds.
-  - Expected HTTP test sequence:
-
-    - Multiple HTTP GET Requests sent in sequence per open connection.
-    - Connection close after set test duration time.
-    - Resulting flow sequence: >Syn, <Syn-Ack, >Ack, >Req[1], <Rep[1],
-      .., >Req[n], <Rep[n], >Fin, <Fin, >Ack.
+.. _test_methodology:
+
+Test Methodology
+================
+
+.. toctree::
+
+    methodology_terminology
+    methodology_per_thread_resources
+    methodology_vpp_forwarding_modes
+    methodology_data_plane_throughput/index
+    methodology_trex_traffic_generator
+    methodology_dut_state
+    methodology_nat44
+    methodology_packet_latency
+    methodology_packet_flow_ordering
+    methodology_tunnel_encapsulations
+    methodology_ipsec
+    methodology_acls
+    methodology_multi_core_speedup
+    methodology_hoststack_testing/index
+    methodology_gso
+    methodology_reconf
+    methodology_vpp_startup_settings
+    methodology_kvm_vms_vhost_user
+    methodology_lxc_drc_container_memif
+    methodology_nfv_service_density
+    methodology_vpp_device_functional
+    methodology_aws/index