d4df2fa720386ed9c69e451f20b5b3c736a61c6a
[deb_dpdk.git] / doc / guides / sample_app_ug / multi_process.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 .. _multi_process_app:
32
33 Multi-process Sample Application
34 ================================
35
36 This chapter describes the example applications for multi-processing that are included in the DPDK.
37
38 Example Applications
39 --------------------
40
41 Building the Sample Applications
42 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
43
44 The multi-process example applications are built in the same way as other sample applications,
45 and as documented in the *DPDK Getting Started Guide*.
46 To build all the example applications:
47
48 #.  Set RTE_SDK and go to the example directory:
49
50     .. code-block:: console
51
52         export RTE_SDK=/path/to/rte_sdk
53         cd ${RTE_SDK}/examples/multi_process
54
55 #.  Set the target (a default target will be used if not specified). For example:
56
57     .. code-block:: console
58
59         export RTE_TARGET=x86_64-native-linuxapp-gcc
60
61     See the *DPDK Getting Started Guide* for possible RTE_TARGET values.
62
63 #.  Build the applications:
64
65     .. code-block:: console
66
67         make
68
69 .. note::
70
71     If just a specific multi-process application needs to be built,
72     the final make command can be run just in that application's directory,
73     rather than at the top-level multi-process directory.
74
75 Basic Multi-process Example
76 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
77
78 The examples/simple_mp folder in the DPDK release contains a basic example application to demonstrate how
79 two DPDK processes can work together using queues and memory pools to share information.
80
81 Running the Application
82 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
83
84 To run the application, start one copy of the simple_mp binary in one terminal,
85 passing at least two cores in the coremask/corelist, as follows:
86
87 .. code-block:: console
88
89     ./build/simple_mp -l 0-1 -n 4 --proc-type=primary
90
91 For the first DPDK process run, the proc-type flag can be omitted or set to auto,
92 since all DPDK processes will default to being a primary instance,
93 meaning they have control over the hugepage shared memory regions.
94 The process should start successfully and display a command prompt as follows:
95
96 .. code-block:: console
97
98     $ ./build/simple_mp -l 0-1 -n 4 --proc-type=primary
99     EAL: coremask set to 3
100     EAL: Detected lcore 0 on socket 0
101     EAL: Detected lcore 1 on socket 0
102     EAL: Detected lcore 2 on socket 0
103     EAL: Detected lcore 3 on socket 0
104     ...
105
106     EAL: Requesting 2 pages of size 1073741824
107     EAL: Requesting 768 pages of size 2097152
108     EAL: Ask a virtual area of 0x40000000 bytes
109     EAL: Virtual area found at 0x7ff200000000 (size = 0x40000000)
110     ...
111
112     EAL: check igb_uio module
113     EAL: check module finished
114     EAL: Master core 0 is ready (tid=54e41820)
115     EAL: Core 1 is ready (tid=53b32700)
116
117     Starting core 1
118
119     simple_mp >
120
121 To run the secondary process to communicate with the primary process,
122 again run the same binary setting at least two cores in the coremask/corelist:
123
124 .. code-block:: console
125
126     ./build/simple_mp -l 2-3 -n 4 --proc-type=secondary
127
128 When running a secondary process such as that shown above, the proc-type parameter can again be specified as auto.
129 However, omitting the parameter altogether will cause the process to try and start as a primary rather than secondary process.
130
131 Once the process type is specified correctly,
132 the process starts up, displaying largely similar status messages to the primary instance as it initializes.
133 Once again, you will be presented with a command prompt.
134
135 Once both processes are running, messages can be sent between them using the send command.
136 At any stage, either process can be terminated using the quit command.
137
138 .. code-block:: console
139
140    EAL: Master core 10 is ready (tid=b5f89820)           EAL: Master core 8 is ready (tid=864a3820)
141    EAL: Core 11 is ready (tid=84ffe700)                  EAL: Core 9 is ready (tid=85995700)
142    Starting core 11                                      Starting core 9
143    simple_mp > send hello_secondary                      simple_mp > core 9: Received 'hello_secondary'
144    simple_mp > core 11: Received 'hello_primary'         simple_mp > send hello_primary
145    simple_mp > quit                                      simple_mp > quit
146
147 .. note::
148
149     If the primary instance is terminated, the secondary instance must also be shut-down and restarted after the primary.
150     This is necessary because the primary instance will clear and reset the shared memory regions on startup,
151     invalidating the secondary process's pointers.
152     The secondary process can be stopped and restarted without affecting the primary process.
153
154 How the Application Works
155 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
156
157 The core of this example application is based on using two queues and a single memory pool in shared memory.
158 These three objects are created at startup by the primary process,
159 since the secondary process cannot create objects in memory as it cannot reserve memory zones,
160 and the secondary process then uses lookup functions to attach to these objects as it starts up.
161
162 .. code-block:: c
163
164     if (rte_eal_process_type() == RTE_PROC_PRIMARY){
165         send_ring = rte_ring_create(_PRI_2_SEC, ring_size, SOCKET0, flags);
166         recv_ring = rte_ring_create(_SEC_2_PRI, ring_size, SOCKET0, flags);
167         message_pool = rte_mempool_create(_MSG_POOL, pool_size, string_size, pool_cache, priv_data_sz, NULL, NULL, NULL, NULL, SOCKET0, flags);
168     } else {
169         recv_ring = rte_ring_lookup(_PRI_2_SEC);
170         send_ring = rte_ring_lookup(_SEC_2_PRI);
171         message_pool = rte_mempool_lookup(_MSG_POOL);
172     }
173
174 Note, however, that the named ring structure used as send_ring in the primary process is the recv_ring in the secondary process.
175
176 Once the rings and memory pools are all available in both the primary and secondary processes,
177 the application simply dedicates two threads to sending and receiving messages respectively.
178 The receive thread simply dequeues any messages on the receive ring, prints them,
179 and frees the buffer space used by the messages back to the memory pool.
180 The send thread makes use of the command-prompt library to interactively request user input for messages to send.
181 Once a send command is issued by the user, a buffer is allocated from the memory pool, filled in with the message contents,
182 then enqueued on the appropriate rte_ring.
183
184 Symmetric Multi-process Example
185 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
186
187 The second example of DPDK multi-process support demonstrates how a set of processes can run in parallel,
188 with each process performing the same set of packet- processing operations.
189 (Since each process is identical in functionality to the others,
190 we refer to this as symmetric multi-processing, to differentiate it from asymmetric multi- processing -
191 such as a client-server mode of operation seen in the next example,
192 where different processes perform different tasks, yet co-operate to form a packet-processing system.)
193 The following diagram shows the data-flow through the application, using two processes.
194
195 .. _figure_sym_multi_proc_app:
196
197 .. figure:: img/sym_multi_proc_app.*
198
199    Example Data Flow in a Symmetric Multi-process Application
200
201
202 As the diagram shows, each process reads packets from each of the network ports in use.
203 RSS is used to distribute incoming packets on each port to different hardware RX queues.
204 Each process reads a different RX queue on each port and so does not contend with any other process for that queue access.
205 Similarly, each process writes outgoing packets to a different TX queue on each port.
206
207 Running the Application
208 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
209
210 As with the simple_mp example, the first instance of the symmetric_mp process must be run as the primary instance,
211 though with a number of other application- specific parameters also provided after the EAL arguments.
212 These additional parameters are:
213
214 *   -p <portmask>, where portmask is a hexadecimal bitmask of what ports on the system are to be used.
215     For example: -p 3 to use ports 0 and 1 only.
216
217 *   --num-procs <N>, where N is the total number of symmetric_mp instances that will be run side-by-side to perform packet processing.
218     This parameter is used to configure the appropriate number of receive queues on each network port.
219
220 *   --proc-id <n>, where n is a numeric value in the range 0 <= n < N (number of processes, specified above).
221     This identifies which symmetric_mp instance is being run, so that each process can read a unique receive queue on each network port.
222
223 The secondary symmetric_mp instances must also have these parameters specified,
224 and the first two must be the same as those passed to the primary instance, or errors result.
225
226 For example, to run a set of four symmetric_mp instances, running on lcores 1-4,
227 all performing level-2 forwarding of packets between ports 0 and 1,
228 the following commands can be used (assuming run as root):
229
230 .. code-block:: console
231
232     # ./build/symmetric_mp -l 1 -n 4 --proc-type=auto -- -p 3 --num-procs=4 --proc-id=0
233     # ./build/symmetric_mp -l 2 -n 4 --proc-type=auto -- -p 3 --num-procs=4 --proc-id=1
234     # ./build/symmetric_mp -l 3 -n 4 --proc-type=auto -- -p 3 --num-procs=4 --proc-id=2
235     # ./build/symmetric_mp -l 4 -n 4 --proc-type=auto -- -p 3 --num-procs=4 --proc-id=3
236
237 .. note::
238
239     In the above example, the process type can be explicitly specified as primary or secondary, rather than auto.
240     When using auto, the first process run creates all the memory structures needed for all processes -
241     irrespective of whether it has a proc-id of 0, 1, 2 or 3.
242
243 .. note::
244
245     For the symmetric multi-process example, since all processes work in the same manner,
246     once the hugepage shared memory and the network ports are initialized,
247     it is not necessary to restart all processes if the primary instance dies.
248     Instead, that process can be restarted as a secondary,
249     by explicitly setting the proc-type to secondary on the command line.
250     (All subsequent instances launched will also need this explicitly specified,
251     as auto-detection will detect no primary processes running and therefore attempt to re-initialize shared memory.)
252
253 How the Application Works
254 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
255
256 The initialization calls in both the primary and secondary instances are the same for the most part,
257 calling the rte_eal_init(), 1 G and 10 G driver initialization and then rte_pci_probe() functions.
258 Thereafter, the initialization done depends on whether the process is configured as a primary or secondary instance.
259
260 In the primary instance, a memory pool is created for the packet mbufs and the network ports to be used are initialized -
261 the number of RX and TX queues per port being determined by the num-procs parameter passed on the command-line.
262 The structures for the initialized network ports are stored in shared memory and
263 therefore will be accessible by the secondary process as it initializes.
264
265 .. code-block:: c
266
267     if (num_ports & 1)
268        rte_exit(EXIT_FAILURE, "Application must use an even number of ports\n");
269
270     for(i = 0; i < num_ports; i++){
271         if(proc_type == RTE_PROC_PRIMARY)
272             if (smp_port_init(ports[i], mp, (uint16_t)num_procs) < 0)
273                 rte_exit(EXIT_FAILURE, "Error initializing ports\n");
274     }
275
276 In the secondary instance, rather than initializing the network ports, the port information exported by the primary process is used,
277 giving the secondary process access to the hardware and software rings for each network port.
278 Similarly, the memory pool of mbufs is accessed by doing a lookup for it by name:
279
280 .. code-block:: c
281
282     mp = (proc_type == RTE_PROC_SECONDARY) ? rte_mempool_lookup(_SMP_MBUF_POOL) : rte_mempool_create(_SMP_MBUF_POOL, NB_MBUFS, MBUF_SIZE, ... )
283
284 Once this initialization is complete, the main loop of each process, both primary and secondary,
285 is exactly the same - each process reads from each port using the queue corresponding to its proc-id parameter,
286 and writes to the corresponding transmit queue on the output port.
287
288 Client-Server Multi-process Example
289 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
290
291 The third example multi-process application included with the DPDK shows how one can
292 use a client-server type multi-process design to do packet processing.
293 In this example, a single server process performs the packet reception from the ports being used and
294 distributes these packets using round-robin ordering among a set of client  processes,
295 which perform the actual packet processing.
296 In this case, the client applications just perform level-2 forwarding of packets by sending each packet out on a different network port.
297
298 The following diagram shows the data-flow through the application, using two client processes.
299
300 .. _figure_client_svr_sym_multi_proc_app:
301
302 .. figure:: img/client_svr_sym_multi_proc_app.*
303
304    Example Data Flow in a Client-Server Symmetric Multi-process Application
305
306
307 Running the Application
308 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
309
310 The server process must be run initially as the primary process to set up all memory structures for use by the clients.
311 In addition to the EAL parameters, the application- specific parameters are:
312
313 *   -p <portmask >, where portmask is a hexadecimal bitmask of what ports on the system are to be used.
314     For example: -p 3 to use ports 0 and 1 only.
315
316 *   -n <num-clients>, where the num-clients parameter is the number of client processes that will process the packets received
317     by the server application.
318
319 .. note::
320
321     In the server process, a single thread, the master thread, that is, the lowest numbered lcore in the coremask/corelist, performs all packet I/O.
322     If a coremask/corelist is specified with more than a single lcore bit set in it,
323     an additional lcore will be used for a thread to periodically print packet count statistics.
324
325 Since the server application stores configuration data in shared memory, including the network ports to be used,
326 the only application parameter needed by a client process is its client instance ID.
327 Therefore, to run a server application on lcore 1 (with lcore 2 printing statistics) along with two client processes running on lcores 3 and 4,
328 the following commands could be used:
329
330 .. code-block:: console
331
332     # ./mp_server/build/mp_server -l 1-2 -n 4 -- -p 3 -n 2
333     # ./mp_client/build/mp_client -l 3 -n 4 --proc-type=auto -- -n 0
334     # ./mp_client/build/mp_client -l 4 -n 4 --proc-type=auto -- -n 1
335
336 .. note::
337
338     If the server application dies and needs to be restarted, all client applications also need to be restarted,
339     as there is no support in the server application for it to run as a secondary process.
340     Any client processes that need restarting can be restarted without affecting the server process.
341
342 How the Application Works
343 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
344
345 The server process performs the network port and data structure initialization much as the symmetric multi-process application does when run as primary.
346 One additional enhancement in this sample application is that the server process stores its port configuration data in a memory zone in hugepage shared memory.
347 This eliminates the need for the client processes to have the portmask parameter passed into them on the command line,
348 as is done for the symmetric multi-process application, and therefore eliminates mismatched parameters as a potential source of errors.
349
350 In the same way that the server process is designed to be run as a primary process instance only,
351 the client processes are designed to be run as secondary instances only.
352 They have no code to attempt to create shared memory objects.
353 Instead, handles to all needed rings and memory pools are obtained via calls to rte_ring_lookup() and rte_mempool_lookup().
354 The network ports for use by the processes are obtained by loading the network port drivers and probing the PCI bus,
355 which will, as in the symmetric multi-process example,
356 automatically get access to the network ports using the settings already configured by the primary/server process.
357
358 Once all applications are initialized, the server operates by reading packets from each network port in turn and
359 distributing those packets to the client queues (software rings, one for each client process) in round-robin order.
360 On the client side, the packets are read from the rings in as big of bursts as possible, then routed out to a different network port.
361 The routing used is very simple. All packets received on the first NIC port are transmitted back out on the second port and vice versa.
362 Similarly, packets are routed between the 3rd and 4th network ports and so on.
363 The sending of packets is done by writing the packets directly to the network ports; they are not transferred back via the server process.
364
365 In both the server and the client processes, outgoing packets are buffered before being sent,
366 so as to allow the sending of multiple packets in a single burst to improve efficiency.
367 For example, the client process will buffer packets to send,
368 until either the buffer is full or until we receive no further packets from the server.
369
370 Master-slave Multi-process Example
371 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
372
373 The fourth example of DPDK multi-process support demonstrates a master-slave model that
374 provide the capability of application recovery if a slave process crashes or  meets unexpected conditions.
375 In addition, it also demonstrates the floating process,
376 which can run among different cores in contrast to the traditional way of binding a process/thread to a specific CPU core,
377 using the local cache mechanism of mempool structures.
378
379 This application performs the same functionality as the L2 Forwarding sample application,
380 therefore this chapter does not cover that part but describes functionality that is introduced in this multi-process example only.
381 Please refer to :doc:`l2_forward_real_virtual` for more information.
382
383 Unlike previous examples where all processes are started from the command line with input arguments, in this example,
384 only one process is spawned from the command line and that process creates other processes.
385 The following section describes this in more detail.
386
387 Master-slave Process Models
388 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
389
390 The process spawned from the command line is called the *master process* in this document.
391 A process created by the master is called a *slave process*.
392 The application has only one master process, but could have multiple slave processes.
393
394 Once the master process begins to run, it tries to initialize all the resources such as
395 memory, CPU cores, driver, ports, and so on, as the other examples do.
396 Thereafter, it creates slave processes, as shown in the following figure.
397
398 .. _figure_master_slave_proc:
399
400 .. figure:: img/master_slave_proc.*
401
402    Master-slave Process Workflow
403
404
405 The master process calls the rte_eal_mp_remote_launch() EAL function to launch an application function for each pinned thread through the pipe.
406 Then, it waits to check if any slave processes have exited.
407 If so, the process tries to re-initialize the resources that belong to that slave and launch them in the pinned thread entry again.
408 The following section describes the recovery procedures in more detail.
409
410 For each pinned thread in EAL, after reading any data from the pipe, it tries to call the function that the application specified.
411 In this master specified function, a fork() call creates a slave process that performs the L2 forwarding task.
412 Then, the function waits until the slave exits, is killed or crashes. Thereafter, it notifies the master of this event and returns.
413 Finally, the EAL pinned thread waits until the new function is launched.
414
415 After discussing the master-slave model, it is necessary to mention another issue, global and static variables.
416
417 For multiple-thread cases, all global and static variables have only one copy and they can be accessed by any thread if applicable.
418 So, they can be used to sync or share data among threads.
419
420 In the previous examples, each process has separate global and static variables in memory and are independent of each other.
421 If it is necessary to share the knowledge, some communication mechanism should be deployed, such as, memzone, ring, shared memory, and so on.
422 The global or static variables are not a valid approach to share data among processes.
423 For variables in this example, on the one hand, the slave process inherits all the knowledge of these variables after being created by the master.
424 On the other hand, other processes cannot know if one or more processes modifies them after slave creation since that
425 is the nature of a multiple process address space.
426 But this does not mean that these variables cannot be used to share or sync data; it depends on the use case.
427 The following are the possible use cases:
428
429 #.  The master process starts and initializes a variable and it will never be changed after slave processes created. This case is OK.
430
431 #.  After the slave processes are created, the master or slave cores need to change a variable, but other processes do not need to know the change.
432     This case is also OK.
433
434 #.  After the slave processes are created, the master or a slave needs to change a variable.
435     In the meantime, one or more other process needs to be aware of the change.
436     In this case, global and static variables cannot be used to share knowledge. Another communication mechanism is needed.
437     A simple approach without lock protection can be a heap buffer allocated by rte_malloc or mem zone.
438
439 Slave Process Recovery Mechanism
440 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
441
442 Before talking about the recovery mechanism, it is necessary to know what is needed before a new slave instance can run if a previous one exited.
443
444 When a slave process exits, the system returns all the resources allocated for this process automatically.
445 However, this does not include the resources that were allocated by the DPDK. All the hardware resources are shared among the processes,
446 which include memzone, mempool, ring, a heap buffer allocated by the rte_malloc library, and so on.
447 If the new instance runs and the allocated resource is not returned, either resource allocation failed or the hardware resource is lost forever.
448
449 When a slave process runs, it may have dependencies on other processes.
450 They could have execution sequence orders; they could share the ring to communicate; they could share the same port for reception and forwarding;
451 they could use lock structures to do exclusive access in some critical path.
452 What happens to the dependent process(es) if the peer leaves?
453 The consequence are varied since the dependency cases are complex.
454 It depends on what the processed had shared.
455 However, it is necessary to notify the peer(s) if one slave exited.
456 Then, the peer(s) will be aware of that and wait until the new instance begins to run.
457
458 Therefore, to provide the capability to resume the new slave instance if the previous one exited, it is necessary to provide several mechanisms:
459
460 #.  Keep a resource list for each slave process.
461     Before a slave process run, the master should prepare a resource list.
462     After it exits, the master could either delete the allocated resources and create new ones,
463     or re-initialize those for use by the new instance.
464
465 #.  Set up a notification mechanism for slave process exit cases. After the specific slave leaves,
466     the master should be notified and then help to create a new instance.
467     This mechanism is provided in Section `Master-slave Process Models`_.
468
469 #.  Use a synchronization mechanism among dependent processes.
470     The master should have the capability to stop or kill slave processes that have a dependency on the one that has exited.
471     Then, after the new instance of exited slave process begins to run, the dependency ones could resume or run from the start.
472     The example sends a STOP command to slave processes dependent on the exited one, then they will exit.
473     Thereafter, the master creates new instances for the exited slave processes.
474
475 The following diagram describes slave process recovery.
476
477 .. _figure_slave_proc_recov:
478
479 .. figure:: img/slave_proc_recov.*
480
481    Slave Process Recovery Process Flow
482
483
484 Floating Process Support
485 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
486
487 When the DPDK application runs, there is always a -c option passed in to indicate the cores that are enabled.
488 Then, the DPDK creates a thread for each enabled core.
489 By doing so, it creates a 1:1 mapping between the enabled core and each thread.
490 The enabled core always has an ID, therefore, each thread has a unique core ID in the DPDK execution environment.
491 With the ID, each thread can easily access the structures or resources exclusively belonging to it without using function parameter passing.
492 It can easily use the rte_lcore_id() function to get the value in every function that is called.
493
494 For threads/processes not created in that way, either pinned to a core or not, they will not own a unique ID and the
495 rte_lcore_id() function will not work in the correct way.
496 However, sometimes these threads/processes still need the unique ID mechanism to do easy access on structures or resources.
497 For example, the DPDK mempool library provides a local cache mechanism
498 (refer to :ref:`mempool_local_cache`)
499 for fast element allocation and freeing.
500 If using a non-unique ID or a fake one,
501 a race condition occurs if two or more threads/ processes with the same core ID try to use the local cache.
502
503 Therefore, unused core IDs from the passing of parameters with the -c option are used to organize the core ID allocation array.
504 Once the floating process is spawned, it tries to allocate a unique core ID from the array and release it on exit.
505
506 A natural way to spawn a floating process is to use the fork() function and allocate a unique core ID from the unused core ID array.
507 However, it is necessary to write new code to provide a notification mechanism for slave exit
508 and make sure the process recovery mechanism can work with it.
509
510 To avoid producing redundant code, the Master-Slave process model is still used to spawn floating processes,
511 then cancel the affinity to specific cores.
512 Besides that, clear the core ID assigned to the DPDK spawning a thread that has a 1:1 mapping with the core mask.
513 Thereafter, get a new core ID from the unused core ID allocation array.
514
515 Run the Application
516 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
517
518 This example has a command line similar to the L2 Forwarding sample application with a few differences.
519
520 To run the application, start one copy of the l2fwd_fork binary in one terminal.
521 Unlike the L2 Forwarding example,
522 this example requires at least three cores since the master process will wait and be accountable for slave process recovery.
523 The command is as follows:
524
525 .. code-block:: console
526
527     #./build/l2fwd_fork -l 2-4 -n 4 -- -p 3 -f
528
529 This example provides another -f option to specify the use of floating process.
530 If not specified, the example will use a pinned process to perform the L2 forwarding task.
531
532 To verify the recovery mechanism, proceed as follows: First, check the PID of the slave processes:
533
534 .. code-block:: console
535
536     #ps -fe | grep l2fwd_fork
537     root 5136 4843 29 11:11 pts/1 00:00:05 ./build/l2fwd_fork
538     root 5145 5136 98 11:11 pts/1 00:00:11 ./build/l2fwd_fork
539     root 5146 5136 98 11:11 pts/1 00:00:11 ./build/l2fwd_fork
540
541 Then, kill one of the slaves:
542
543 .. code-block:: console
544
545     #kill -9 5145
546
547 After 1 or 2 seconds, check whether the slave has resumed:
548
549 .. code-block:: console
550
551     #ps -fe | grep l2fwd_fork
552     root 5136 4843 3 11:11 pts/1 00:00:06 ./build/l2fwd_fork
553     root 5247 5136 99 11:14 pts/1 00:00:01 ./build/l2fwd_fork
554     root 5248 5136 99 11:14 pts/1 00:00:01 ./build/l2fwd_fork
555
556 It can also monitor the traffic generator statics to see whether slave processes have resumed.
557
558 Explanation
559 ^^^^^^^^^^^
560
561 As described in previous sections,
562 not all global and static variables need to change to be accessible in multiple processes;
563 it depends on how they are used.
564 In this example,
565 the statics info on packets dropped/forwarded/received count needs to be updated by the slave process,
566 and the master needs to see the update and print them out.
567 So, it needs to allocate a heap buffer using rte_zmalloc.
568 In addition, if the -f option is specified,
569 an array is needed to store the allocated core ID for the floating process so that the master can return it
570 after a slave has exited accidentally.
571
572 .. code-block:: c
573
574     static int
575     l2fwd_malloc_shared_struct(void)
576     {
577         port_statistics = rte_zmalloc("port_stat", sizeof(struct l2fwd_port_statistics) * RTE_MAX_ETHPORTS, 0);
578
579         if (port_statistics == NULL)
580             return -1;
581
582         /* allocate mapping_id array */
583
584         if (float_proc) {
585             int i;
586
587             mapping_id = rte_malloc("mapping_id", sizeof(unsigned) * RTE_MAX_LCORE, 0);
588             if (mapping_id == NULL)
589                 return -1;
590
591             for (i = 0 ;i < RTE_MAX_LCORE; i++)
592                 mapping_id[i] = INVALID_MAPPING_ID;
593
594         }
595         return 0;
596     }
597
598 For each slave process, packets are received from one port and forwarded to another port that another slave is operating on.
599 If the other slave exits accidentally, the port it is operating on may not work normally,
600 so the first slave cannot forward packets to that port.
601 There is a dependency on the port in this case. So, the master should recognize the dependency.
602 The following is the code to detect this dependency:
603
604 .. code-block:: c
605
606     for (portid = 0; portid < nb_ports; portid++) {
607         /* skip ports that are not enabled */
608
609         if ((l2fwd_enabled_port_mask & (1 << portid)) == 0)
610             continue;
611
612         /* Find pair ports' lcores */
613
614         find_lcore = find_pair_lcore = 0;
615         pair_port = l2fwd_dst_ports[portid];
616
617         for (i = 0; i < RTE_MAX_LCORE; i++) {
618             if (!rte_lcore_is_enabled(i))
619                 continue;
620
621             for (j = 0; j < lcore_queue_conf[i].n_rx_port;j++) {
622                 if (lcore_queue_conf[i].rx_port_list[j] == portid) {
623                     lcore = i;
624                     find_lcore = 1;
625                     break;
626                 }
627
628                 if (lcore_queue_conf[i].rx_port_list[j] == pair_port) {
629                     pair_lcore = i;
630                     find_pair_lcore = 1;
631                     break;
632                 }
633             }
634
635             if (find_lcore && find_pair_lcore)
636                 break;
637         }
638
639         if (!find_lcore || !find_pair_lcore)
640             rte_exit(EXIT_FAILURE, "Not find port=%d pair\\n", portid);
641
642         printf("lcore %u and %u paired\\n", lcore, pair_lcore);
643
644         lcore_resource[lcore].pair_id = pair_lcore;
645         lcore_resource[pair_lcore].pair_id = lcore;
646     }
647
648 Before launching the slave process,
649 it is necessary to set up the communication channel between the master and slave so that
650 the master can notify the slave if its peer process with the dependency exited.
651 In addition, the master needs to register a callback function in the case where a specific slave exited.
652
653 .. code-block:: c
654
655     for (i = 0; i < RTE_MAX_LCORE; i++) {
656         if (lcore_resource[i].enabled) {
657             /* Create ring for master and slave communication */
658
659             ret = create_ms_ring(i);
660             if (ret != 0)
661                 rte_exit(EXIT_FAILURE, "Create ring for lcore=%u failed",i);
662
663             if (flib_register_slave_exit_notify(i,slave_exit_cb) != 0)
664                 rte_exit(EXIT_FAILURE, "Register master_trace_slave_exit failed");
665         }
666     }
667
668 After launching the slave process, the master waits and prints out the port statics periodically.
669 If an event indicating that a slave process exited is detected,
670 it sends the STOP command to the peer and waits until it has also exited.
671 Then, it tries to clean up the execution environment and prepare new resources.
672 Finally, the new slave instance is launched.
673
674 .. code-block:: c
675
676     while (1) {
677         sleep(1);
678         cur_tsc = rte_rdtsc();
679         diff_tsc = cur_tsc - prev_tsc;
680
681         /* if timer is enabled */
682
683         if (timer_period > 0) {
684             /* advance the timer */
685             timer_tsc += diff_tsc;
686
687             /* if timer has reached its timeout */
688             if (unlikely(timer_tsc >= (uint64_t) timer_period)) {
689                 print_stats();
690
691                 /* reset the timer */
692                 timer_tsc = 0;
693             }
694         }
695
696         prev_tsc = cur_tsc;
697
698         /* Check any slave need restart or recreate */
699
700         rte_spinlock_lock(&res_lock);
701
702         for (i = 0; i < RTE_MAX_LCORE; i++) {
703             struct lcore_resource_struct *res = &lcore_resource[i];
704             struct lcore_resource_struct *pair = &lcore_resource[res->pair_id];
705
706             /* If find slave exited, try to reset pair */
707
708             if (res->enabled && res->flags && pair->enabled) {
709                 if (!pair->flags) {
710                     master_sendcmd_with_ack(pair->lcore_id, CMD_STOP);
711                     rte_spinlock_unlock(&res_lock);
712                     sleep(1);
713                     rte_spinlock_lock(&res_lock);
714                     if (pair->flags)
715                         continue;
716                 }
717
718                 if (reset_pair(res->lcore_id, pair->lcore_id) != 0)
719                     rte_exit(EXIT_FAILURE, "failed to reset slave");
720
721                 res->flags = 0;
722                 pair->flags = 0;
723             }
724         }
725         rte_spinlock_unlock(&res_lock);
726     }
727
728 When the slave process is spawned and starts to run, it checks whether the floating process option is applied.
729 If so, it clears the affinity to a specific core and also sets the unique core ID to 0.
730 Then, it tries to allocate a new core ID.
731 Since the core ID has changed, the resource allocated by the master cannot work,
732 so it remaps the resource to the new core ID slot.
733
734 .. code-block:: c
735
736     static int
737     l2fwd_launch_one_lcore( attribute ((unused)) void *dummy)
738     {
739         unsigned lcore_id = rte_lcore_id();
740
741         if (float_proc) {
742             unsigned flcore_id;
743
744             /* Change it to floating process, also change it's lcore_id */
745
746             clear_cpu_affinity();
747
748             RTE_PER_LCORE(_lcore_id) = 0;
749
750             /* Get a lcore_id */
751
752             if (flib_assign_lcore_id() < 0 ) {
753                 printf("flib_assign_lcore_id failed\n");
754                 return -1;
755             }
756
757             flcore_id = rte_lcore_id();
758
759             /* Set mapping id, so master can return it after slave exited */
760
761             mapping_id[lcore_id] = flcore_id;
762             printf("Org lcore_id = %u, cur lcore_id = %u\n",lcore_id, flcore_id);
763             remapping_slave_resource(lcore_id, flcore_id);
764         }
765
766         l2fwd_main_loop();
767
768         /* return lcore_id before return */
769         if (float_proc) {
770             flib_free_lcore_id(rte_lcore_id());
771             mapping_id[lcore_id] = INVALID_MAPPING_ID;
772         }
773         return 0;
774     }