f8885b23fc54c01f401177e1dd7185726e9ea0f2
[deb_dpdk.git] / doc / guides / nics / mlx4.rst
1 ..  BSD LICENSE
2     Copyright 2012-2015 6WIND S.A.
3     Copyright 2015 Mellanox
4
5     Redistribution and use in source and binary forms, with or without
6     modification, are permitted provided that the following conditions
7     are met:
8
9     * Redistributions of source code must retain the above copyright
10     notice, this list of conditions and the following disclaimer.
11     * Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
12     notice, this list of conditions and the following disclaimer in
13     the documentation and/or other materials provided with the
14     distribution.
15     * Neither the name of 6WIND S.A. nor the names of its
16     contributors may be used to endorse or promote products derived
17     from this software without specific prior written permission.
18
19     THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE COPYRIGHT HOLDERS AND CONTRIBUTORS
20     "AS IS" AND ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT
21     LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR
22     A PARTICULAR PURPOSE ARE DISCLAIMED. IN NO EVENT SHALL THE COPYRIGHT
23     OWNER OR CONTRIBUTORS BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL,
24     SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT
25     LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES; LOSS OF USE,
26     DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED AND ON ANY
27     THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT LIABILITY, OR TORT
28     (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE
29     OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
30
31 MLX4 poll mode driver library
32 =============================
33
34 The MLX4 poll mode driver library (**librte_pmd_mlx4**) implements support
35 for **Mellanox ConnectX-3** and **Mellanox ConnectX-3 Pro** 10/40 Gbps adapters
36 as well as their virtual functions (VF) in SR-IOV context.
37
38 Information and documentation about this family of adapters can be found on
39 the `Mellanox website <http://www.mellanox.com>`_. Help is also provided by
40 the `Mellanox community <http://community.mellanox.com/welcome>`_.
41
42 There is also a `section dedicated to this poll mode driver
43 <http://www.mellanox.com/page/products_dyn?product_family=209&mtag=pmd_for_dpdk>`_.
44
45 .. note::
46
47    Due to external dependencies, this driver is disabled by default. It must
48    be enabled manually by setting ``CONFIG_RTE_LIBRTE_MLX4_PMD=y`` and
49    recompiling DPDK.
50
51 Implementation details
52 ----------------------
53
54 Most Mellanox ConnectX-3 devices provide two ports but expose a single PCI
55 bus address, thus unlike most drivers, librte_pmd_mlx4 registers itself as a
56 PCI driver that allocates one Ethernet device per detected port.
57
58 For this reason, one cannot white/blacklist a single port without also
59 white/blacklisting the others on the same device.
60
61 Besides its dependency on libibverbs (that implies libmlx4 and associated
62 kernel support), librte_pmd_mlx4 relies heavily on system calls for control
63 operations such as querying/updating the MTU and flow control parameters.
64
65 For security reasons and robustness, this driver only deals with virtual
66 memory addresses. The way resources allocations are handled by the kernel
67 combined with hardware specifications that allow it to handle virtual memory
68 addresses directly ensure that DPDK applications cannot access random
69 physical memory (or memory that does not belong to the current process).
70
71 This capability allows the PMD to coexist with kernel network interfaces
72 which remain functional, although they stop receiving unicast packets as
73 long as they share the same MAC address.
74
75 Compiling librte_pmd_mlx4 causes DPDK to be linked against libibverbs.
76
77 Features
78 --------
79
80 - Multi arch support: x86_64 and POWER8.
81 - RSS, also known as RCA, is supported. In this mode the number of
82   configured RX queues must be a power of two.
83 - VLAN filtering is supported.
84 - Link state information is provided.
85 - Promiscuous mode is supported.
86 - All multicast mode is supported.
87 - Multiple MAC addresses (unicast, multicast) can be configured.
88 - Scattered packets are supported for TX and RX.
89 - Inner L3/L4 (IP, TCP and UDP) TX/RX checksum offloading and validation.
90 - Outer L3 (IP) TX/RX checksum offloading and validation for VXLAN frames.
91 - Secondary process TX is supported.
92 - RX interrupts.
93
94 Limitations
95 -----------
96
97 - RSS hash key cannot be modified.
98 - RSS RETA cannot be configured
99 - RSS always includes L3 (IPv4/IPv6) and L4 (UDP/TCP). They cannot be
100   dissociated.
101 - Hardware counters are not implemented (they are software counters).
102 - Secondary process RX is not supported.
103
104 Configuration
105 -------------
106
107 Compilation options
108 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
109
110 These options can be modified in the ``.config`` file.
111
112 - ``CONFIG_RTE_LIBRTE_MLX4_PMD`` (default **n**)
113
114   Toggle compilation of librte_pmd_mlx4 itself.
115
116 - ``CONFIG_RTE_LIBRTE_MLX4_DEBUG`` (default **n**)
117
118   Toggle debugging code and stricter compilation flags. Enabling this option
119   adds additional run-time checks and debugging messages at the cost of
120   lower performance.
121
122 - ``CONFIG_RTE_LIBRTE_MLX4_DEBUG_BROKEN_VERBS`` (default **n**)
123
124   Mellanox OFED versions earlier than 4.2 may return false errors from
125   Verbs object destruction APIs after the device is plugged out.
126   Enabling this option replaces assertion checks that cause the program
127   to abort with harmless debugging messages as a workaround.
128   Relevant only when CONFIG_RTE_LIBRTE_MLX4_DEBUG is enabled.
129
130 - ``CONFIG_RTE_LIBRTE_MLX4_SGE_WR_N`` (default **4**)
131
132   Number of scatter/gather elements (SGEs) per work request (WR). Lowering
133   this number improves performance but also limits the ability to receive
134   scattered packets (packets that do not fit a single mbuf). The default
135   value is a safe tradeoff.
136
137 - ``CONFIG_RTE_LIBRTE_MLX4_MAX_INLINE`` (default **0**)
138
139   Amount of data to be inlined during TX operations. Improves latency but
140   lowers throughput.
141
142 - ``CONFIG_RTE_LIBRTE_MLX4_TX_MP_CACHE`` (default **8**)
143
144   Maximum number of cached memory pools (MPs) per TX queue. Each MP from
145   which buffers are to be transmitted must be associated to memory regions
146   (MRs). This is a slow operation that must be cached.
147
148   This value is always 1 for RX queues since they use a single MP.
149
150 - ``CONFIG_RTE_LIBRTE_MLX4_SOFT_COUNTERS`` (default **1**)
151
152   Toggle software counters. No counters are available if this option is
153   disabled since hardware counters are not supported.
154
155 Environment variables
156 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
157
158 - ``MLX4_INLINE_RECV_SIZE``
159
160   A nonzero value enables inline receive for packets up to that size. May
161   significantly improve performance in some cases but lower it in
162   others. Requires careful testing.
163
164 Run-time configuration
165 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
166
167 - The only constraint when RSS mode is requested is to make sure the number
168   of RX queues is a power of two. This is a hardware requirement.
169
170 - librte_pmd_mlx4 brings kernel network interfaces up during initialization
171   because it is affected by their state. Forcing them down prevents packets
172   reception.
173
174 - **ethtool** operations on related kernel interfaces also affect the PMD.
175
176 - ``port`` parameter [int]
177
178   This parameter provides a physical port to probe and can be specified multiple
179   times for additional ports. All ports are probed by default if left
180   unspecified.
181
182 Kernel module parameters
183 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
184
185 The **mlx4_core** kernel module has several parameters that affect the
186 behavior and/or the performance of librte_pmd_mlx4. Some of them are described
187 below.
188
189 - **num_vfs** (integer or triplet, optionally prefixed by device address
190   strings)
191
192   Create the given number of VFs on the specified devices.
193
194 - **log_num_mgm_entry_size** (integer)
195
196   Device-managed flow steering (DMFS) is required by DPDK applications. It is
197   enabled by using a negative value, the last four bits of which have a
198   special meaning.
199
200   - **-1**: force device-managed flow steering (DMFS).
201   - **-7**: configure optimized steering mode to improve performance with the
202     following limitation: VLAN filtering is not supported with this mode.
203     This is the recommended mode in case VLAN filter is not needed.
204
205 Prerequisites
206 -------------
207
208 This driver relies on external libraries and kernel drivers for resources
209 allocations and initialization. The following dependencies are not part of
210 DPDK and must be installed separately:
211
212 - **libibverbs**
213
214   User space verbs framework used by librte_pmd_mlx4. This library provides
215   a generic interface between the kernel and low-level user space drivers
216   such as libmlx4.
217
218   It allows slow and privileged operations (context initialization, hardware
219   resources allocations) to be managed by the kernel and fast operations to
220   never leave user space.
221
222 - **libmlx4**
223
224   Low-level user space driver library for Mellanox ConnectX-3 devices,
225   it is automatically loaded by libibverbs.
226
227   This library basically implements send/receive calls to the hardware
228   queues.
229
230 - **Kernel modules** (mlnx-ofed-kernel)
231
232   They provide the kernel-side verbs API and low level device drivers that
233   manage actual hardware initialization and resources sharing with user
234   space processes.
235
236   Unlike most other PMDs, these modules must remain loaded and bound to
237   their devices:
238
239   - mlx4_core: hardware driver managing Mellanox ConnectX-3 devices.
240   - mlx4_en: Ethernet device driver that provides kernel network interfaces.
241   - mlx4_ib: InifiniBand device driver.
242   - ib_uverbs: user space driver for verbs (entry point for libibverbs).
243
244 - **Firmware update**
245
246   Mellanox OFED releases include firmware updates for ConnectX-3 adapters.
247
248   Because each release provides new features, these updates must be applied to
249   match the kernel modules and libraries they come with.
250
251 .. note::
252
253    Both libraries are BSD and GPL licensed. Linux kernel modules are GPL
254    licensed.
255
256 Currently supported by DPDK:
257
258 - Mellanox OFED **4.1**.
259 - Firmware version **2.36.5000** and above.
260
261 Getting Mellanox OFED
262 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
263
264 While these libraries and kernel modules are available on OpenFabrics
265 Alliance's `website <https://www.openfabrics.org/>`_ and provided by package
266 managers on most distributions, this PMD requires Ethernet extensions that
267 may not be supported at the moment (this is a work in progress).
268
269 `Mellanox OFED
270 <http://www.mellanox.com/page/products_dyn?product_family=26&mtag=linux_sw_drivers>`_
271 includes the necessary support and should be used in the meantime. For DPDK,
272 only libibverbs, libmlx4, mlnx-ofed-kernel packages and firmware updates are
273 required from that distribution.
274
275 .. note::
276
277    Several versions of Mellanox OFED are available. Installing the version
278    this DPDK release was developed and tested against is strongly
279    recommended. Please check the `prerequisites`_.
280
281 Supported NICs
282 --------------
283
284 * Mellanox(R) ConnectX(R)-3 Pro 40G MCX354A-FCC_Ax (2*40G)
285
286 Quick Start Guide
287 -----------------
288
289 1. Download latest Mellanox OFED. For more info check the  `prerequisites`_.
290
291 2. Install the required libraries and kernel modules either by installing
292    only the required set, or by installing the entire Mellanox OFED:
293
294    For bare metal use:
295
296    .. code-block:: console
297
298         ./mlnxofedinstall
299
300    For SR-IOV hypervisors use:
301
302    .. code-block:: console
303
304         ./mlnxofedinstall --enable-sriov -hypervisor
305
306    For SR-IOV virtual machine use:
307
308    .. code-block:: console
309
310         ./mlnxofedinstall --guest
311
312 3. Verify the firmware is the correct one:
313
314    .. code-block:: console
315
316         ibv_devinfo
317
318 4. Set all ports links to Ethernet, follow instructions on the screen:
319
320    .. code-block:: console
321
322         connectx_port_config
323
324    Or in the manual way:
325
326    .. code-block:: console
327
328         PCI=<NIC PCI address>
329         echo eth > "/sys/bus/pci/devices/$PCI/mlx4_port0"
330         echo eth > "/sys/bus/pci/devices/$PCI/mlx4_port1"
331
332 5. In case of bare metal or hypervisor, configure optimized steering mode
333    by adding the following line to ``/etc/modprobe.d/mlx4_core.conf``:
334
335    .. code-block:: console
336
337         options mlx4_core log_num_mgm_entry_size=-7
338
339    .. note::
340
341         If VLAN filtering is used, set log_num_mgm_entry_size=-1.
342         Performance degradation can occur on this case.
343
344 6. Restart the driver:
345
346    .. code-block:: console
347
348         /etc/init.d/openibd restart
349
350    or:
351
352    .. code-block:: console
353
354         service openibd restart
355
356 7. Compile DPDK and you are ready to go. See instructions on
357    :ref:`Development Kit Build System <Development_Kit_Build_System>`
358
359 Performance tuning
360 ------------------
361
362 1. Verify the optimized steering mode is configured:
363
364   .. code-block:: console
365
366         cat /sys/module/mlx4_core/parameters/log_num_mgm_entry_size
367
368 2. Use environment variable MLX4_INLINE_RECV_SIZE=64 to get maximum
369    performance for 64B messages.
370
371 3. Use the CPU near local NUMA node to which the PCIe adapter is connected,
372    for better performance. For VMs, verify that the right CPU
373    and NUMA node are pinned according to the above. Run:
374
375    .. code-block:: console
376
377         lstopo-no-graphics
378
379    to identify the NUMA node to which the PCIe adapter is connected.
380
381 4. If more than one adapter is used, and root complex capabilities allow
382    to put both adapters on the same NUMA node without PCI bandwidth degradation,
383    it is recommended to locate both adapters on the same NUMA node.
384    This in order to forward packets from one to the other without
385    NUMA performance penalty.
386
387 5. Disable pause frames:
388
389    .. code-block:: console
390
391         ethtool -A <netdev> rx off tx off
392
393 6. Verify IO non-posted prefetch is disabled by default. This can be checked
394    via the BIOS configuration. Please contact you server provider for more
395    information about the settings.
396
397 .. note::
398
399         On some machines, depends on the machine integrator, it is beneficial
400         to set the PCI max read request parameter to 1K. This can be
401         done in the following way:
402
403         To query the read request size use:
404
405         .. code-block:: console
406
407                 setpci -s <NIC PCI address> 68.w
408
409         If the output is different than 3XXX, set it by:
410
411         .. code-block:: console
412
413                 setpci -s <NIC PCI address> 68.w=3XXX
414
415         The XXX can be different on different systems. Make sure to configure
416         according to the setpci output.
417
418 Usage example
419 -------------
420
421 This section demonstrates how to launch **testpmd** with Mellanox ConnectX-3
422 devices managed by librte_pmd_mlx4.
423
424 #. Load the kernel modules:
425
426    .. code-block:: console
427
428       modprobe -a ib_uverbs mlx4_en mlx4_core mlx4_ib
429
430    Alternatively if MLNX_OFED is fully installed, the following script can
431    be run:
432
433    .. code-block:: console
434
435       /etc/init.d/openibd restart
436
437    .. note::
438
439       User space I/O kernel modules (uio and igb_uio) are not used and do
440       not have to be loaded.
441
442 #. Make sure Ethernet interfaces are in working order and linked to kernel
443    verbs. Related sysfs entries should be present:
444
445    .. code-block:: console
446
447       ls -d /sys/class/net/*/device/infiniband_verbs/uverbs* | cut -d / -f 5
448
449    Example output:
450
451    .. code-block:: console
452
453       eth2
454       eth3
455       eth4
456       eth5
457
458 #. Optionally, retrieve their PCI bus addresses for whitelisting:
459
460    .. code-block:: console
461
462       {
463           for intf in eth2 eth3 eth4 eth5;
464           do
465               (cd "/sys/class/net/${intf}/device/" && pwd -P);
466           done;
467       } |
468       sed -n 's,.*/\(.*\),-w \1,p'
469
470    Example output:
471
472    .. code-block:: console
473
474       -w 0000:83:00.0
475       -w 0000:83:00.0
476       -w 0000:84:00.0
477       -w 0000:84:00.0
478
479    .. note::
480
481       There are only two distinct PCI bus addresses because the Mellanox
482       ConnectX-3 adapters installed on this system are dual port.
483
484 #. Request huge pages:
485
486    .. code-block:: console
487
488       echo 1024 > /sys/kernel/mm/hugepages/hugepages-2048kB/nr_hugepages/nr_hugepages
489
490 #. Start testpmd with basic parameters:
491
492    .. code-block:: console
493
494       testpmd -l 8-15 -n 4 -w 0000:83:00.0 -w 0000:84:00.0 -- --rxq=2 --txq=2 -i
495
496    Example output:
497
498    .. code-block:: console
499
500       [...]
501       EAL: PCI device 0000:83:00.0 on NUMA socket 1
502       EAL:   probe driver: 15b3:1007 librte_pmd_mlx4
503       PMD: librte_pmd_mlx4: PCI information matches, using device "mlx4_0" (VF: false)
504       PMD: librte_pmd_mlx4: 2 port(s) detected
505       PMD: librte_pmd_mlx4: port 1 MAC address is 00:02:c9:b5:b7:50
506       PMD: librte_pmd_mlx4: port 2 MAC address is 00:02:c9:b5:b7:51
507       EAL: PCI device 0000:84:00.0 on NUMA socket 1
508       EAL:   probe driver: 15b3:1007 librte_pmd_mlx4
509       PMD: librte_pmd_mlx4: PCI information matches, using device "mlx4_1" (VF: false)
510       PMD: librte_pmd_mlx4: 2 port(s) detected
511       PMD: librte_pmd_mlx4: port 1 MAC address is 00:02:c9:b5:ba:b0
512       PMD: librte_pmd_mlx4: port 2 MAC address is 00:02:c9:b5:ba:b1
513       Interactive-mode selected
514       Configuring Port 0 (socket 0)
515       PMD: librte_pmd_mlx4: 0x867d60: TX queues number update: 0 -> 2
516       PMD: librte_pmd_mlx4: 0x867d60: RX queues number update: 0 -> 2
517       Port 0: 00:02:C9:B5:B7:50
518       Configuring Port 1 (socket 0)
519       PMD: librte_pmd_mlx4: 0x867da0: TX queues number update: 0 -> 2
520       PMD: librte_pmd_mlx4: 0x867da0: RX queues number update: 0 -> 2
521       Port 1: 00:02:C9:B5:B7:51
522       Configuring Port 2 (socket 0)
523       PMD: librte_pmd_mlx4: 0x867de0: TX queues number update: 0 -> 2
524       PMD: librte_pmd_mlx4: 0x867de0: RX queues number update: 0 -> 2
525       Port 2: 00:02:C9:B5:BA:B0
526       Configuring Port 3 (socket 0)
527       PMD: librte_pmd_mlx4: 0x867e20: TX queues number update: 0 -> 2
528       PMD: librte_pmd_mlx4: 0x867e20: RX queues number update: 0 -> 2
529       Port 3: 00:02:C9:B5:BA:B1
530       Checking link statuses...
531       Port 0 Link Up - speed 10000 Mbps - full-duplex
532       Port 1 Link Up - speed 40000 Mbps - full-duplex
533       Port 2 Link Up - speed 10000 Mbps - full-duplex
534       Port 3 Link Up - speed 40000 Mbps - full-duplex
535       Done
536       testpmd>