New upstream version 17.11-rc3
[deb_dpdk.git] / doc / guides / sample_app_ug / link_status_intr.rst
1 ..  BSD LICENSE
2     Copyright(c) 2010-2014 Intel Corporation. All rights reserved.
3     All rights reserved.
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 Intel Corporation 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 Link Status Interrupt Sample Application
32 ========================================
33
34 The Link Status Interrupt sample application is a simple example of packet processing using
35 the Data Plane Development Kit (DPDK) that
36 demonstrates how network link status changes for a network port can be captured and
37 used by a DPDK application.
38
39 Overview
40 --------
41
42 The Link Status Interrupt sample application registers a user space callback for the link status interrupt of each port
43 and performs L2 forwarding for each packet that is received on an RX_PORT.
44 The following operations are performed:
45
46 *   RX_PORT and TX_PORT are paired with available ports one-by-one according to the core mask
47
48 *   The source MAC address is replaced by the TX_PORT MAC address
49
50 *   The destination MAC address is replaced by 02:00:00:00:00:TX_PORT_ID
51
52 This application can be used to demonstrate the usage of link status interrupt and its user space callbacks
53 and the behavior of L2 forwarding each time the link status changes.
54
55 Compiling the Application
56 -------------------------
57
58 To compile the sample application see :doc:`compiling`.
59
60 The application is located in the ``link_status_interrupt`` sub-directory.
61
62 Running the Application
63 -----------------------
64
65 The application requires a number of command line options:
66
67 .. code-block:: console
68
69     ./build/link_status_interrupt [EAL options] -- -p PORTMASK [-q NQ][-T PERIOD]
70
71 where,
72
73 *   -p PORTMASK: A hexadecimal bitmask of the ports to configure
74
75 *   -q NQ: A number of queues (=ports) per lcore (default is 1)
76
77 *   -T PERIOD: statistics will be refreshed each PERIOD seconds (0 to disable, 10 default)
78
79 To run the application in a linuxapp environment with 4 lcores, 4 memory channels, 16 ports and 8 RX queues per lcore,
80 issue the command:
81
82 .. code-block:: console
83
84     $ ./build/link_status_interrupt -l 0-3 -n 4-- -q 8 -p ffff
85
86 Refer to the *DPDK Getting Started Guide* for general information on running applications
87 and the Environment Abstraction Layer (EAL) options.
88
89 Explanation
90 -----------
91
92 The following sections provide some explanation of the code.
93
94 Command Line Arguments
95 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
96
97 The Link Status Interrupt sample application takes specific parameters,
98 in addition to Environment Abstraction Layer (EAL) arguments (see Section `Running the Application`_).
99
100 Command line parsing is done in the same way as it is done in the L2 Forwarding Sample Application.
101 See :ref:`l2_fwd_app_cmd_arguments` for more information.
102
103 Mbuf Pool Initialization
104 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
105
106 Mbuf pool initialization is done in the same way as it is done in the L2 Forwarding Sample Application.
107 See :ref:`l2_fwd_app_mbuf_init` for more information.
108
109 Driver Initialization
110 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
111
112 The main part of the code in the main() function relates to the initialization of the driver.
113 To fully understand this code, it is recommended to study the chapters that related to the Poll Mode Driver in the
114 *DPDK Programmer's Guide and the DPDK API Reference*.
115
116 .. code-block:: c
117
118     if (rte_pci_probe() < 0)
119         rte_exit(EXIT_FAILURE, "Cannot probe PCI\n");
120
121     nb_ports = rte_eth_dev_count();
122     if (nb_ports == 0)
123         rte_exit(EXIT_FAILURE, "No Ethernet ports - bye\n");
124
125     /*
126      * Each logical core is assigned a dedicated TX queue on each port.
127      */
128
129     for (portid = 0; portid < nb_ports; portid++) {
130         /* skip ports that are not enabled */
131
132         if ((lsi_enabled_port_mask & (1 << portid)) == 0)
133             continue;
134
135         /* save the destination port id */
136
137         if (nb_ports_in_mask % 2) {
138             lsi_dst_ports[portid] = portid_last;
139             lsi_dst_ports[portid_last] = portid;
140         }
141         else
142             portid_last = portid;
143
144         nb_ports_in_mask++;
145
146         rte_eth_dev_info_get((uint8_t) portid, &dev_info);
147     }
148
149 Observe that:
150
151 *   rte_pci_probe()  parses the devices on the PCI bus and initializes recognized devices.
152
153 The next step is to configure the RX and TX queues.
154 For each port, there is only one RX queue (only one lcore is able to poll a given port).
155 The number of TX queues depends on the number of available lcores.
156 The rte_eth_dev_configure() function is used to configure the number of queues for a port:
157
158 .. code-block:: c
159
160     ret = rte_eth_dev_configure((uint8_t) portid, 1, 1, &port_conf);
161     if (ret < 0)
162         rte_exit(EXIT_FAILURE, "Cannot configure device: err=%d, port=%u\n", ret, portid);
163
164 The global configuration is stored in a static structure:
165
166 .. code-block:: c
167
168     static const struct rte_eth_conf port_conf = {
169         .rxmode = {
170             .split_hdr_size = 0,
171             .header_split = 0,   /**< Header Split disabled */
172             .hw_ip_checksum = 0, /**< IP checksum offload disabled */
173             .hw_vlan_filter = 0, /**< VLAN filtering disabled */
174             .hw_strip_crc= 0,    /**< CRC stripped by hardware */
175         },
176         .txmode = {},
177         .intr_conf = {
178             .lsc = 1, /**< link status interrupt feature enabled */
179         },
180     };
181
182 Configuring lsc to 0 (the default) disables the generation of any link status change interrupts in kernel space
183 and no user space interrupt event is received.
184 The public interface rte_eth_link_get() accesses the NIC registers directly to update the link status.
185 Configuring lsc to non-zero enables the generation of link status change interrupts in kernel space
186 when a link status change is present and calls the user space callbacks registered by the application.
187 The public interface rte_eth_link_get() just reads the link status in a global structure
188 that would be updated in the interrupt host thread only.
189
190 Interrupt Callback Registration
191 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
192
193 The application can register one or more callbacks to a specific port and interrupt event.
194 An example callback function that has been written as indicated below.
195
196 .. code-block:: c
197
198     static void
199     lsi_event_callback(uint16_t port_id, enum rte_eth_event_type type, void *param)
200     {
201         struct rte_eth_link link;
202
203         RTE_SET_USED(param);
204
205         printf("\n\nIn registered callback...\n");
206
207         printf("Event type: %s\n", type == RTE_ETH_EVENT_INTR_LSC ? "LSC interrupt" : "unknown event");
208
209         rte_eth_link_get_nowait(port_id, &link);
210
211         if (link.link_status) {
212             printf("Port %d Link Up - speed %u Mbps - %s\n\n", port_id, (unsigned)link.link_speed,
213                   (link.link_duplex == ETH_LINK_FULL_DUPLEX) ? ("full-duplex") : ("half-duplex"));
214         } else
215             printf("Port %d Link Down\n\n", port_id);
216     }
217
218 This function is called when a link status interrupt is present for the right port.
219 The port_id indicates which port the interrupt applies to.
220 The type parameter identifies the interrupt event type,
221 which currently can be RTE_ETH_EVENT_INTR_LSC only, but other types can be added in the future.
222 The param parameter is the address of the parameter for the callback.
223 This function should be implemented with care since it will be called in the interrupt host thread,
224 which is different from the main thread of its caller.
225
226 The application registers the lsi_event_callback and a NULL parameter to the link status interrupt event on each port:
227
228 .. code-block:: c
229
230     rte_eth_dev_callback_register((uint8_t)portid, RTE_ETH_EVENT_INTR_LSC, lsi_event_callback, NULL);
231
232 This registration can be done only after calling the rte_eth_dev_configure() function and before calling any other function.
233 If lsc is initialized with 0, the callback is never called since no interrupt event would ever be present.
234
235 RX Queue Initialization
236 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
237
238 The application uses one lcore to poll one or several ports, depending on the -q option,
239 which specifies the number of queues per lcore.
240
241 For example, if the user specifies -q 4, the application is able to poll four ports with one lcore.
242 If there are 16 ports on the target (and if the portmask argument is -p ffff),
243 the application will need four lcores to poll all the ports.
244
245 .. code-block:: c
246
247     ret = rte_eth_rx_queue_setup((uint8_t) portid, 0, nb_rxd, SOCKET0, &rx_conf, lsi_pktmbuf_pool);
248     if (ret < 0)
249         rte_exit(EXIT_FAILURE, "rte_eth_rx_queue_setup: err=%d, port=%u\n", ret, portid);
250
251 The list of queues that must be polled for a given lcore is stored in a private structure called struct lcore_queue_conf.
252
253 .. code-block:: c
254
255     struct lcore_queue_conf {
256         unsigned n_rx_port;
257         unsigned rx_port_list[MAX_RX_QUEUE_PER_LCORE]; unsigned tx_queue_id;
258         struct mbuf_table tx_mbufs[LSI_MAX_PORTS];
259     } rte_cache_aligned;
260
261     struct lcore_queue_conf lcore_queue_conf[RTE_MAX_LCORE];
262
263 The n_rx_port and rx_port_list[] fields are used in the main packet processing loop
264 (see `Receive, Process and Transmit Packets`_).
265
266 The global configuration for the RX queues is stored in a static structure:
267
268 .. code-block:: c
269
270     static const struct rte_eth_rxconf rx_conf = {
271         .rx_thresh = {
272             .pthresh = RX_PTHRESH,
273             .hthresh = RX_HTHRESH,
274             .wthresh = RX_WTHRESH,
275         },
276     };
277
278 TX Queue Initialization
279 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
280
281 Each lcore should be able to transmit on any port.
282 For every port, a single TX queue is initialized.
283
284 .. code-block:: c
285
286     /* init one TX queue logical core on each port */
287
288     fflush(stdout);
289
290     ret = rte_eth_tx_queue_setup(portid, 0, nb_txd, rte_eth_dev_socket_id(portid), &tx_conf);
291     if (ret < 0)
292         rte_exit(EXIT_FAILURE, "rte_eth_tx_queue_setup: err=%d,port=%u\n", ret, (unsigned) portid);
293
294 The global configuration for TX queues is stored in a static structure:
295
296 .. code-block:: c
297
298     static const struct rte_eth_txconf tx_conf = {
299         .tx_thresh = {
300             .pthresh = TX_PTHRESH,
301             .hthresh = TX_HTHRESH,
302             .wthresh = TX_WTHRESH,
303         },
304         .tx_free_thresh = RTE_TEST_TX_DESC_DEFAULT + 1, /* disable feature */
305     };
306
307 Receive, Process and Transmit Packets
308 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
309
310 In the lsi_main_loop() function, the main task is to read ingress packets from the RX queues.
311 This is done using the following code:
312
313 .. code-block:: c
314
315     /*
316      *   Read packet from RX queues
317      */
318
319     for (i = 0; i < qconf->n_rx_port; i++) {
320         portid = qconf->rx_port_list[i];
321         nb_rx = rte_eth_rx_burst((uint8_t) portid, 0, pkts_burst, MAX_PKT_BURST);
322         port_statistics[portid].rx += nb_rx;
323
324         for (j = 0; j < nb_rx; j++) {
325             m = pkts_burst[j];
326             rte_prefetch0(rte_pktmbuf_mtod(m, void *));
327             lsi_simple_forward(m, portid);
328         }
329     }
330
331 Packets are read in a burst of size MAX_PKT_BURST.
332 The rte_eth_rx_burst() function writes the mbuf pointers in a local table and returns the number of available mbufs in the table.
333
334 Then, each mbuf in the table is processed by the lsi_simple_forward() function.
335 The processing is very simple: processes the TX port from the RX port and then replaces the source and destination MAC addresses.
336
337 .. note::
338
339     In the following code, the two lines for calculating the output port require some explanation.
340     If portId is even, the first line does nothing (as portid & 1 will be 0), and the second line adds 1.
341     If portId is odd, the first line subtracts one and the second line does nothing.
342     Therefore, 0 goes to 1, and 1 to 0, 2 goes to 3 and 3 to 2, and so on.
343
344 .. code-block:: c
345
346     static void
347     lsi_simple_forward(struct rte_mbuf *m, unsigned portid)
348     {
349         struct ether_hdr *eth;
350         void *tmp;
351         unsigned dst_port = lsi_dst_ports[portid];
352
353         eth = rte_pktmbuf_mtod(m, struct ether_hdr *);
354
355         /* 02:00:00:00:00:xx */
356
357         tmp = &eth->d_addr.addr_bytes[0];
358
359         *((uint64_t *)tmp) = 0x000000000002 + (dst_port << 40);
360
361         /* src addr */
362         ether_addr_copy(&lsi_ports_eth_addr[dst_port], &eth->s_addr);
363
364         lsi_send_packet(m, dst_port);
365     }
366
367 Then, the packet is sent using the lsi_send_packet(m, dst_port) function.
368 For this test application, the processing is exactly the same for all packets arriving on the same RX port.
369 Therefore, it would have been possible to call the lsi_send_burst() function directly from the main loop
370 to send all the received packets on the same TX port using
371 the burst-oriented send function, which is more efficient.
372
373 However, in real-life applications (such as, L3 routing),
374 packet N is not necessarily forwarded on the same port as packet N-1.
375 The application is implemented to illustrate that so the same approach can be reused in a more complex application.
376
377 The lsi_send_packet() function stores the packet in a per-lcore and per-txport table.
378 If the table is full, the whole packets table is transmitted using the lsi_send_burst() function:
379
380 .. code-block:: c
381
382     /* Send the packet on an output interface */
383
384     static int
385     lsi_send_packet(struct rte_mbuf *m, uint16_t port)
386     {
387         unsigned lcore_id, len;
388         struct lcore_queue_conf *qconf;
389
390         lcore_id = rte_lcore_id();
391         qconf = &lcore_queue_conf[lcore_id];
392         len = qconf->tx_mbufs[port].len;
393         qconf->tx_mbufs[port].m_table[len] = m;
394         len++;
395
396         /* enough pkts to be sent */
397
398         if (unlikely(len == MAX_PKT_BURST)) {
399             lsi_send_burst(qconf, MAX_PKT_BURST, port);
400             len = 0;
401         }
402         qconf->tx_mbufs[port].len = len;
403
404         return 0;
405     }
406
407 To ensure that no packets remain in the tables, each lcore does a draining of the TX queue in its main loop.
408 This technique introduces some latency when there are not many packets to send.
409 However, it improves performance:
410
411 .. code-block:: c
412
413     cur_tsc = rte_rdtsc();
414
415     /*
416      *    TX burst queue drain
417      */
418
419     diff_tsc = cur_tsc - prev_tsc;
420
421     if (unlikely(diff_tsc > drain_tsc)) {
422         /* this could be optimized (use queueid instead of * portid), but it is not called so often */
423
424         for (portid = 0; portid < RTE_MAX_ETHPORTS; portid++) {
425             if (qconf->tx_mbufs[portid].len == 0)
426                 continue;
427
428             lsi_send_burst(&lcore_queue_conf[lcore_id],
429             qconf->tx_mbufs[portid].len, (uint8_t) portid);
430             qconf->tx_mbufs[portid].len = 0;
431         }
432
433         /* if timer is enabled */
434
435         if (timer_period > 0) {
436             /* advance the timer */
437
438             timer_tsc += diff_tsc;
439
440             /* if timer has reached its timeout */
441
442             if (unlikely(timer_tsc >= (uint64_t) timer_period)) {
443                 /* do this only on master core */
444
445                 if (lcore_id == rte_get_master_lcore()) {
446                     print_stats();
447
448                     /* reset the timer */
449                     timer_tsc = 0;
450                 }
451             }
452         }
453         prev_tsc = cur_tsc;
454    }