Imported Upstream version 16.04
[deb_dpdk.git] / doc / guides / sample_app_ug / qos_scheduler.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 QoS Scheduler Sample Application
32 ================================
33
34 The QoS sample application demonstrates the use of the DPDK to provide QoS scheduling.
35
36 Overview
37 --------
38
39 The architecture of the QoS scheduler application is shown in the following figure.
40
41 .. _figure_qos_sched_app_arch:
42
43 .. figure:: img/qos_sched_app_arch.*
44
45    QoS Scheduler Application Architecture
46
47
48 There are two flavors of the runtime execution for this application,
49 with two or three threads per each packet flow configuration being used.
50 The RX thread reads packets from the RX port,
51 classifies the packets based on the double VLAN (outer and inner) and
52 the lower two bytes of the IP destination address and puts them into the ring queue.
53 The worker thread dequeues the packets from the ring and calls the QoS scheduler enqueue/dequeue functions.
54 If a separate TX core is used, these are sent to the TX ring.
55 Otherwise, they are sent directly to the TX port.
56 The TX thread, if present, reads from the TX ring and write the packets to the TX port.
57
58 Compiling the Application
59 -------------------------
60
61 To compile the application:
62
63 #.  Go to the sample application directory:
64
65     .. code-block:: console
66
67         export RTE_SDK=/path/to/rte_sdk
68         cd ${RTE_SDK}/examples/qos_sched
69
70 #.  Set the target (a default target is used if not specified). For example:
71
72     .. note::
73
74         This application is intended as a linuxapp only.
75
76     .. code-block:: console
77
78         export RTE_TARGET=x86_64-native-linuxapp-gcc
79
80 #.  Build the application:
81
82     .. code-block:: console
83
84         make
85
86 .. note::
87
88     To get statistics on the sample app using the command line interface as described in the next section,
89     DPDK must be compiled defining *CONFIG_RTE_SCHED_COLLECT_STATS*,
90     which can be done by changing the configuration file for the specific target to be compiled.
91
92 Running the Application
93 -----------------------
94
95 .. note::
96
97     In order to run the application, a total of at least 4
98     G of huge pages must be set up for each of the used sockets (depending on the cores in use).
99
100 The application has a number of command line options:
101
102 .. code-block:: console
103
104     ./qos_sched [EAL options] -- <APP PARAMS>
105
106 Mandatory application parameters include:
107
108 *   --pfc "RX PORT, TX PORT, RX LCORE, WT LCORE, TX CORE": Packet flow configuration.
109     Multiple pfc entities can be configured in the command line,
110     having 4 or 5 items (if TX core defined or not).
111
112 Optional application parameters include:
113
114 *   -i: It makes the application to start in the interactive mode.
115     In this mode, the application shows a command line that can be used for obtaining statistics while
116     scheduling is taking place (see interactive mode below for more information).
117
118 *   --mst n: Master core index (the default value is 1).
119
120 *   --rsz "A, B, C": Ring sizes:
121
122 *   A = Size (in number of buffer descriptors) of each of the NIC RX rings read
123     by the I/O RX lcores (the default value is 128).
124
125 *   B = Size (in number of elements) of each of the software rings used
126     by the I/O RX lcores to send packets to worker lcores (the default value is 8192).
127
128 *   C = Size (in number of buffer descriptors) of each of the NIC TX rings written
129     by worker lcores (the default value is 256)
130
131 *   --bsz "A, B, C, D": Burst sizes
132
133 *   A = I/O RX lcore read burst size from the NIC RX (the default value is 64)
134
135 *   B = I/O RX lcore write burst size to the output software rings,
136     worker lcore read burst size from input software rings,QoS enqueue size (the default value is 64)
137
138 *   C = QoS dequeue size (the default value is 32)
139
140 *   D = Worker lcore write burst size to the NIC TX (the default value is 64)
141
142 *   --msz M: Mempool size (in number of mbufs) for each pfc (default 2097152)
143
144 *   --rth "A, B, C": The RX queue threshold parameters
145
146 *   A = RX prefetch threshold (the default value is 8)
147
148 *   B = RX host threshold (the default value is 8)
149
150 *   C = RX write-back threshold (the default value is 4)
151
152 *   --tth "A, B, C": TX queue threshold parameters
153
154 *   A = TX prefetch threshold (the default value is 36)
155
156 *   B = TX host threshold (the default value is 0)
157
158 *   C = TX write-back threshold (the default value is 0)
159
160 *   --cfg FILE: Profile configuration to load
161
162 Refer to *DPDK Getting Started Guide* for general information on running applications and
163 the Environment Abstraction Layer (EAL) options.
164
165 The profile configuration file defines all the port/subport/pipe/traffic class/queue parameters
166 needed for the QoS scheduler configuration.
167
168 The profile file has the following format:
169
170 ::
171
172     ; port configuration [port]
173
174     frame overhead = 24
175     number of subports per port = 1
176     number of pipes per subport = 4096
177     queue sizes = 64 64 64 64
178
179     ; Subport configuration
180
181     [subport 0]
182     tb rate = 1250000000; Bytes per second
183     tb size = 1000000; Bytes
184     tc 0 rate = 1250000000;     Bytes per second
185     tc 1 rate = 1250000000;     Bytes per second
186     tc 2 rate = 1250000000;     Bytes per second
187     tc 3 rate = 1250000000;     Bytes per second
188     tc period = 10;             Milliseconds
189     tc oversubscription period = 10;     Milliseconds
190
191     pipe 0-4095 = 0;        These pipes are configured with pipe profile 0
192
193     ; Pipe configuration
194
195     [pipe profile 0]
196     tb rate = 305175; Bytes per second
197     tb size = 1000000; Bytes
198
199     tc 0 rate = 305175; Bytes per second
200     tc 1 rate = 305175; Bytes per second
201     tc 2 rate = 305175; Bytes per second
202     tc 3 rate = 305175; Bytes per second
203     tc period = 40; Milliseconds
204
205     tc 0 oversubscription weight = 1
206     tc 1 oversubscription weight = 1
207     tc 2 oversubscription weight = 1
208     tc 3 oversubscription weight = 1
209
210     tc 0 wrr weights = 1 1 1 1
211     tc 1 wrr weights = 1 1 1 1
212     tc 2 wrr weights = 1 1 1 1
213     tc 3 wrr weights = 1 1 1 1
214
215     ; RED params per traffic class and color (Green / Yellow / Red)
216
217     [red]
218     tc 0 wred min = 48 40 32
219     tc 0 wred max = 64 64 64
220     tc 0 wred inv prob = 10 10 10
221     tc 0 wred weight = 9 9 9
222
223     tc 1 wred min = 48 40 32
224     tc 1 wred max = 64 64 64
225     tc 1 wred inv prob = 10 10 10
226     tc 1 wred weight = 9 9 9
227
228     tc 2 wred min = 48 40 32
229     tc 2 wred max = 64 64 64
230     tc 2 wred inv prob = 10 10 10
231     tc 2 wred weight = 9 9 9
232
233     tc 3 wred min = 48 40 32
234     tc 3 wred max = 64 64 64
235     tc 3 wred inv prob = 10 10 10
236     tc 3 wred weight = 9 9 9
237
238 Interactive mode
239 ~~~~~~~~~~~~~~~~
240
241 These are the commands that are currently working under the command line interface:
242
243 *   Control Commands
244
245 *   --quit: Quits the application.
246
247 *   General Statistics
248
249     *   stats app: Shows a table with in-app calculated statistics.
250
251     *   stats port X subport Y: For a specific subport, it shows the number of packets that
252         went through the scheduler properly and the number of packets that were dropped.
253         The same information is shown in bytes.
254         The information is displayed in a table separating it in different traffic classes.
255
256     *   stats port X subport Y pipe Z: For a specific pipe, it shows the number of packets that
257         went through the scheduler properly and the number of packets that were dropped.
258         The same information is shown in bytes.
259         This information is displayed in a table separating it in individual queues.
260
261 *   Average queue size
262
263 All of these commands work the same way, averaging the number of packets throughout a specific subset of queues.
264
265 Two parameters can be configured for this prior to calling any of these commands:
266
267     *   qavg n X: n is the number of times that the calculation will take place.
268         Bigger numbers provide higher accuracy. The default value is 10.
269
270     *   qavg period X: period is the number of microseconds that will be allowed between each calculation.
271         The default value is 100.
272
273 The commands that can be used for measuring average queue size are:
274
275 *   qavg port X subport Y: Show average queue size per subport.
276
277 *   qavg port X subport Y tc Z: Show average queue size per subport for a specific traffic class.
278
279 *   qavg port X subport Y pipe Z: Show average queue size per pipe.
280
281 *   qavg port X subport Y pipe Z tc A: Show average queue size per pipe for a specific traffic class.
282
283 *   qavg port X subport Y pipe Z tc A q B: Show average queue size of a specific queue.
284
285 Example
286 ~~~~~~~
287
288 The following is an example command with a single packet flow configuration:
289
290 .. code-block:: console
291
292     ./qos_sched -c a2 -n 4 -- --pfc "3,2,5,7" --cfg ./profile.cfg
293
294 This example uses a single packet flow configuration which creates one RX thread on lcore 5 reading
295 from port 3 and a worker thread on lcore 7 writing to port 2.
296
297 Another example with 2 packet flow configurations using different ports but sharing the same core for QoS scheduler is given below:
298
299 .. code-block:: console
300
301    ./qos_sched -c c6 -n 4 -- --pfc "3,2,2,6,7" --pfc "1,0,2,6,7" --cfg ./profile.cfg
302
303 Note that independent cores for the packet flow configurations for each of the RX, WT and TX thread are also supported,
304 providing flexibility to balance the work.
305
306 The EAL coremask is constrained to contain the default mastercore 1 and the RX, WT and TX cores only.
307
308 Explanation
309 -----------
310
311 The Port/Subport/Pipe/Traffic Class/Queue are the hierarchical entities in a typical QoS application:
312
313 *   A subport represents a predefined group of users.
314
315 *   A pipe represents an individual user/subscriber.
316
317 *   A traffic class is the representation of a different traffic type with a specific loss rate,
318     delay and jitter requirements; such as data voice, video or data transfers.
319
320 *   A queue hosts packets from one or multiple connections of the same type belonging to the same user.
321
322 The traffic flows that need to be configured are application dependent.
323 This application classifies based on the QinQ double VLAN tags and the IP destination address as indicated in the following table.
324
325 .. _table_qos_scheduler_1:
326
327 .. table:: Entity Types
328
329    +----------------+-------------------------+--------------------------------------------------+----------------------------------+
330    | **Level Name** | **Siblings per Parent** | **QoS Functional Description**                   | **Selected By**                  |
331    |                |                         |                                                  |                                  |
332    +================+=========================+==================================================+==================================+
333    | Port           | -                       | Ethernet port                                    | Physical port                    |
334    |                |                         |                                                  |                                  |
335    +----------------+-------------------------+--------------------------------------------------+----------------------------------+
336    | Subport        | Config (8)              | Traffic shaped (token bucket)                    | Outer VLAN tag                   |
337    |                |                         |                                                  |                                  |
338    +----------------+-------------------------+--------------------------------------------------+----------------------------------+
339    | Pipe           | Config (4k)             | Traffic shaped (token bucket)                    | Inner VLAN tag                   |
340    |                |                         |                                                  |                                  |
341    +----------------+-------------------------+--------------------------------------------------+----------------------------------+
342    | Traffic Class  | 4                       | TCs of the same pipe services in strict priority | Destination IP address (0.0.X.0) |
343    |                |                         |                                                  |                                  |
344    +----------------+-------------------------+--------------------------------------------------+----------------------------------+
345    | Queue          | 4                       | Queue of the same TC serviced in WRR             | Destination IP address (0.0.0.X) |
346    |                |                         |                                                  |                                  |
347    +----------------+-------------------------+--------------------------------------------------+----------------------------------+
348
349 Please refer to the "QoS Scheduler" chapter in the *DPDK Programmer's Guide* for more information about these parameters.