Imported Upstream version 16.04
[deb_dpdk.git] / doc / guides / sample_app_ug / l2_forward_real_virtual.rst
diff --git a/doc/guides/sample_app_ug/l2_forward_real_virtual.rst b/doc/guides/sample_app_ug/l2_forward_real_virtual.rst
new file mode 100644 (file)
index 0000000..e77d67c
--- /dev/null
@@ -0,0 +1,542 @@
+..  BSD LICENSE
+    Copyright(c) 2010-2014 Intel Corporation. All rights reserved.
+    All rights reserved.
+
+    Redistribution and use in source and binary forms, with or without
+    modification, are permitted provided that the following conditions
+    are met:
+
+    * Redistributions of source code must retain the above copyright
+    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
+    * Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
+    notice, this list of conditions and the following disclaimer in
+    the documentation and/or other materials provided with the
+    distribution.
+    * Neither the name of Intel Corporation nor the names of its
+    contributors may be used to endorse or promote products derived
+    from this software without specific prior written permission.
+
+    THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE COPYRIGHT HOLDERS AND CONTRIBUTORS
+    "AS IS" AND ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT
+    LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR
+    A PARTICULAR PURPOSE ARE DISCLAIMED. IN NO EVENT SHALL THE COPYRIGHT
+    OWNER OR CONTRIBUTORS BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL,
+    SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT
+    LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES; LOSS OF USE,
+    DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED AND ON ANY
+    THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT LIABILITY, OR TORT
+    (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE
+    OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
+
+.. _l2_fwd_app_real_and_virtual:
+
+L2 Forwarding Sample Application (in Real and Virtualized Environments)
+=======================================================================
+
+The L2 Forwarding sample application is a simple example of packet processing using
+the Data Plane Development Kit (DPDK) which
+also takes advantage of Single Root I/O Virtualization (SR-IOV) features in a virtualized environment.
+
+.. note::
+
+    Please note that previously a separate L2 Forwarding in Virtualized Environments sample application was used,
+    however, in later DPDK versions these sample applications have been merged.
+
+Overview
+--------
+
+The L2 Forwarding sample application, which can operate in real and virtualized environments,
+performs L2 forwarding for each packet that is received on an RX_PORT.
+The destination port is the adjacent port from the enabled portmask, that is,
+if the first four ports are enabled (portmask 0xf),
+ports 1 and 2 forward into each other, and ports 3 and 4 forward into each other.
+Also, the MAC addresses are affected as follows:
+
+*   The source MAC address is replaced by the TX_PORT MAC address
+
+*   The destination MAC address is replaced by  02:00:00:00:00:TX_PORT_ID
+
+This application can be used to benchmark performance using a traffic-generator, as shown in the :numref:`figure_l2_fwd_benchmark_setup`.
+
+The application can also be used in a virtualized environment as shown in :numref:`figure_l2_fwd_virtenv_benchmark_setup`.
+
+The L2 Forwarding application can also be used as a starting point for developing a new application based on the DPDK.
+
+.. _figure_l2_fwd_benchmark_setup:
+
+.. figure:: img/l2_fwd_benchmark_setup.*
+
+   Performance Benchmark Setup (Basic Environment)
+
+
+.. _figure_l2_fwd_virtenv_benchmark_setup:
+
+.. figure:: img/l2_fwd_virtenv_benchmark_setup.*
+
+   Performance Benchmark Setup (Virtualized Environment)
+
+.. _l2_fwd_vf_setup:
+
+Virtual Function Setup Instructions
+~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
+
+This application can use the virtual function available in the system and
+therefore can be used in a virtual machine without passing through
+the whole Network Device into a guest machine in a virtualized scenario.
+The virtual functions can be enabled in the host machine or the hypervisor with the respective physical function driver.
+
+For example, in a Linux* host machine, it is possible to enable a virtual function using the following command:
+
+.. code-block:: console
+
+    modprobe ixgbe max_vfs=2,2
+
+This command enables two Virtual Functions on each of Physical Function of the NIC,
+with two physical ports in the PCI configuration space.
+It is important to note that enabled Virtual Function 0 and 2 would belong to Physical Function 0
+and Virtual Function 1 and 3 would belong to Physical Function 1,
+in this case enabling a total of four Virtual Functions.
+
+Compiling the Application
+-------------------------
+
+#.  Go to the example directory:
+
+    .. code-block:: console
+
+        export RTE_SDK=/path/to/rte_sdk
+        cd ${RTE_SDK}/examples/l2fwd
+
+#.  Set the target (a default target is used if not specified). For example:
+
+    .. code-block:: console
+
+        export RTE_TARGET=x86_64-native-linuxapp-gcc
+
+    *See the DPDK Getting Started Guide* for possible RTE_TARGET values.
+
+#.  Build the application:
+
+    .. code-block:: console
+
+        make
+
+Running the Application
+-----------------------
+
+The application requires a number of command line options:
+
+.. code-block:: console
+
+    ./build/l2fwd [EAL options] -- -p PORTMASK [-q NQ]
+
+where,
+
+*   p PORTMASK: A hexadecimal bitmask of the ports to configure
+
+*   q NQ: A number of queues (=ports) per lcore (default is 1)
+
+To run the application in linuxapp environment with 4 lcores, 16 ports and 8 RX queues per lcore, issue the command:
+
+.. code-block:: console
+
+    $ ./build/l2fwd -c f -n 4 -- -q 8 -p ffff
+
+Refer to the *DPDK Getting Started Guide* for general information on running applications
+and the Environment Abstraction Layer (EAL) options.
+
+Explanation
+-----------
+
+The following sections provide some explanation of the code.
+
+.. _l2_fwd_app_cmd_arguments:
+
+Command Line Arguments
+~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
+
+The L2 Forwarding sample application takes specific parameters,
+in addition to Environment Abstraction Layer (EAL) arguments.
+The preferred way to parse parameters is to use the getopt() function,
+since it is part of a well-defined and portable library.
+
+The parsing of arguments is done in the l2fwd_parse_args() function.
+The method of argument parsing is not described here.
+Refer to the *glibc getopt(3)* man page for details.
+
+EAL arguments are parsed first, then application-specific arguments.
+This is done at the beginning of the main() function:
+
+.. code-block:: c
+
+    /* init EAL */
+
+    ret = rte_eal_init(argc, argv);
+    if (ret < 0)
+        rte_exit(EXIT_FAILURE, "Invalid EAL arguments\n");
+
+    argc -= ret;
+    argv += ret;
+
+    /* parse application arguments (after the EAL ones) */
+
+    ret = l2fwd_parse_args(argc, argv);
+    if (ret < 0)
+        rte_exit(EXIT_FAILURE, "Invalid L2FWD arguments\n");
+
+.. _l2_fwd_app_mbuf_init:
+
+Mbuf Pool Initialization
+~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
+
+Once the arguments are parsed, the mbuf pool is created.
+The mbuf pool contains a set of mbuf objects that will be used by the driver
+and the application to store network packet data:
+
+.. code-block:: c
+
+    /* create the mbuf pool */
+
+    l2fwd_pktmbuf_pool = rte_mempool_create("mbuf_pool", NB_MBUF, MBUF_SIZE, 32, sizeof(struct rte_pktmbuf_pool_private),
+        rte_pktmbuf_pool_init, NULL, rte_pktmbuf_init, NULL, SOCKET0, 0);
+
+    if (l2fwd_pktmbuf_pool == NULL)
+        rte_panic("Cannot init mbuf pool\n");
+
+The rte_mempool is a generic structure used to handle pools of objects.
+In this case, it is necessary to create a pool that will be used by the driver,
+which expects to have some reserved space in the mempool structure,
+sizeof(struct rte_pktmbuf_pool_private) bytes.
+The number of allocated pkt mbufs is NB_MBUF, with a size of MBUF_SIZE each.
+A per-lcore cache of 32 mbufs is kept.
+The memory is allocated in NUMA socket 0,
+but it is possible to extend this code to allocate one mbuf pool per socket.
+
+Two callback pointers are also given to the rte_mempool_create() function:
+
+*   The first callback pointer is to rte_pktmbuf_pool_init() and is used
+    to initialize the private data of the mempool, which is needed by the driver.
+    This function is provided by the mbuf API, but can be copied and extended by the developer.
+
+*   The second callback pointer given to rte_mempool_create() is the mbuf initializer.
+    The default is used, that is, rte_pktmbuf_init(), which is provided in the rte_mbuf library.
+    If a more complex application wants to extend the rte_pktmbuf structure for its own needs,
+    a new function derived from rte_pktmbuf_init( ) can be created.
+
+.. _l2_fwd_app_dvr_init:
+
+Driver Initialization
+~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
+
+The main part of the code in the main() function relates to the initialization of the driver.
+To fully understand this code, it is recommended to study the chapters that related to the Poll Mode Driver
+in the *DPDK Programmer's Guide* - Rel 1.4 EAR and the *DPDK API Reference*.
+
+.. code-block:: c
+
+    if (rte_eal_pci_probe() < 0)
+        rte_exit(EXIT_FAILURE, "Cannot probe PCI\n");
+
+    nb_ports = rte_eth_dev_count();
+
+    if (nb_ports == 0)
+        rte_exit(EXIT_FAILURE, "No Ethernet ports - bye\n");
+
+    if (nb_ports > RTE_MAX_ETHPORTS)
+        nb_ports = RTE_MAX_ETHPORTS;
+
+    /* reset l2fwd_dst_ports */
+
+    for (portid = 0; portid < RTE_MAX_ETHPORTS; portid++)
+        l2fwd_dst_ports[portid] = 0;
+
+    last_port = 0;
+
+    /*
+     * Each logical core is assigned a dedicated TX queue on each port.
+     */
+
+    for (portid = 0; portid < nb_ports; portid++) {
+        /* skip ports that are not enabled */
+
+        if ((l2fwd_enabled_port_mask & (1 << portid)) == 0)
+           continue;
+
+        if (nb_ports_in_mask % 2) {
+            l2fwd_dst_ports[portid] = last_port;
+            l2fwd_dst_ports[last_port] = portid;
+        }
+        else
+           last_port = portid;
+
+        nb_ports_in_mask++;
+
+        rte_eth_dev_info_get((uint8_t) portid, &dev_info);
+    }
+
+Observe that:
+
+*   rte_igb_pmd_init_all() simultaneously registers the driver as a PCI driver and as an Ethernet* Poll Mode Driver.
+
+*   rte_eal_pci_probe() parses the devices on the PCI bus and initializes recognized devices.
+
+The next step is to configure the RX and TX queues.
+For each port, there is only one RX queue (only one lcore is able to poll a given port).
+The number of TX queues depends on the number of available lcores.
+The rte_eth_dev_configure() function is used to configure the number of queues for a port:
+
+.. code-block:: c
+
+    ret = rte_eth_dev_configure((uint8_t)portid, 1, 1, &port_conf);
+    if (ret < 0)
+        rte_exit(EXIT_FAILURE, "Cannot configure device: "
+            "err=%d, port=%u\n",
+            ret, portid);
+
+The global configuration is stored in a static structure:
+
+.. code-block:: c
+
+    static const struct rte_eth_conf port_conf = {
+        .rxmode = {
+            .split_hdr_size = 0,
+            .header_split = 0,   /**< Header Split disabled */
+            .hw_ip_checksum = 0, /**< IP checksum offload disabled */
+            .hw_vlan_filter = 0, /**< VLAN filtering disabled */
+            .jumbo_frame = 0,    /**< Jumbo Frame Support disabled */
+            .hw_strip_crc= 0,    /**< CRC stripped by hardware */
+        },
+
+        .txmode = {
+            .mq_mode = ETH_DCB_NONE
+        },
+    };
+
+.. _l2_fwd_app_rx_init:
+
+RX Queue Initialization
+~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
+
+The application uses one lcore to poll one or several ports, depending on the -q option,
+which specifies the number of queues per lcore.
+
+For example, if the user specifies -q 4, the application is able to poll four ports with one lcore.
+If there are 16 ports on the target (and if the portmask argument is -p ffff ),
+the application will need four lcores to poll all the ports.
+
+.. code-block:: c
+
+    ret = rte_eth_rx_queue_setup((uint8_t) portid, 0, nb_rxd, SOCKET0, &rx_conf, l2fwd_pktmbuf_pool);
+    if (ret < 0)
+
+        rte_exit(EXIT_FAILURE, "rte_eth_rx_queue_setup: "
+            "err=%d, port=%u\n",
+            ret, portid);
+
+The list of queues that must be polled for a given lcore is stored in a private structure called struct lcore_queue_conf.
+
+.. code-block:: c
+
+    struct lcore_queue_conf {
+        unsigned n_rx_port;
+        unsigned rx_port_list[MAX_RX_QUEUE_PER_LCORE];
+        struct mbuf_table tx_mbufs[L2FWD_MAX_PORTS];
+    } rte_cache_aligned;
+
+    struct lcore_queue_conf lcore_queue_conf[RTE_MAX_LCORE];
+
+The values n_rx_port and rx_port_list[] are used in the main packet processing loop
+(see :ref:`l2_fwd_app_rx_tx_packets`).
+
+The global configuration for the RX queues is stored in a static structure:
+
+.. code-block:: c
+
+    static const struct rte_eth_rxconf rx_conf = {
+        .rx_thresh = {
+            .pthresh = RX_PTHRESH,
+            .hthresh = RX_HTHRESH,
+            .wthresh = RX_WTHRESH,
+        },
+    };
+
+.. _l2_fwd_app_tx_init:
+
+TX Queue Initialization
+~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
+
+Each lcore should be able to transmit on any port. For every port, a single TX queue is initialized.
+
+.. code-block:: c
+
+    /* init one TX queue on each port */
+
+    fflush(stdout);
+
+    ret = rte_eth_tx_queue_setup((uint8_t) portid, 0, nb_txd, rte_eth_dev_socket_id(portid), &tx_conf);
+    if (ret < 0)
+        rte_exit(EXIT_FAILURE, "rte_eth_tx_queue_setup:err=%d, port=%u\n", ret, (unsigned) portid);
+
+The global configuration for TX queues is stored in a static structure:
+
+.. code-block:: c
+
+    static const struct rte_eth_txconf tx_conf = {
+        .tx_thresh = {
+            .pthresh = TX_PTHRESH,
+            .hthresh = TX_HTHRESH,
+            .wthresh = TX_WTHRESH,
+        },
+        .tx_free_thresh = RTE_TEST_TX_DESC_DEFAULT + 1, /* disable feature */
+    };
+
+.. _l2_fwd_app_rx_tx_packets:
+
+Receive, Process and Transmit Packets
+~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
+
+In the l2fwd_main_loop() function, the main task is to read ingress packets from the RX queues.
+This is done using the following code:
+
+.. code-block:: c
+
+    /*
+     * Read packet from RX queues
+     */
+
+    for (i = 0; i < qconf->n_rx_port; i++) {
+        portid = qconf->rx_port_list[i];
+        nb_rx = rte_eth_rx_burst((uint8_t) portid, 0,  pkts_burst, MAX_PKT_BURST);
+
+        for (j = 0; j < nb_rx; j++) {
+            m = pkts_burst[j];
+            rte_prefetch0[rte_pktmbuf_mtod(m, void *)); l2fwd_simple_forward(m, portid);
+        }
+    }
+
+Packets are read in a burst of size MAX_PKT_BURST.
+The rte_eth_rx_burst() function writes the mbuf pointers in a local table and returns the number of available mbufs in the table.
+
+Then, each mbuf in the table is processed by the l2fwd_simple_forward() function.
+The processing is very simple: process the TX port from the RX port, then replace the source and destination MAC addresses.
+
+.. note::
+
+    In the following code, one line for getting the output port requires some explanation.
+
+During the initialization process, a static array of destination ports (l2fwd_dst_ports[]) is filled such that for each source port,
+a destination port is assigned that is either the next or previous enabled port from the portmask.
+Naturally, the number of ports in the portmask must be even, otherwise, the application exits.
+
+.. code-block:: c
+
+    static void
+    l2fwd_simple_forward(struct rte_mbuf *m, unsigned portid)
+    {
+        struct ether_hdr *eth;
+        void *tmp;
+        unsigned dst_port;
+
+        dst_port = l2fwd_dst_ports[portid];
+
+        eth = rte_pktmbuf_mtod(m, struct ether_hdr *);
+
+        /* 02:00:00:00:00:xx */
+
+        tmp = &eth->d_addr.addr_bytes[0];
+
+        *((uint64_t *)tmp) = 0x000000000002 + ((uint64_t) dst_port << 40);
+
+        /* src addr */
+
+        ether_addr_copy(&l2fwd_ports_eth_addr[dst_port], &eth->s_addr);
+
+        l2fwd_send_packet(m, (uint8_t) dst_port);
+    }
+
+Then, the packet is sent using the l2fwd_send_packet (m, dst_port) function.
+For this test application, the processing is exactly the same for all packets arriving on the same RX port.
+Therefore, it would have been possible to call the l2fwd_send_burst() function directly from the main loop
+to send all the received packets on the same TX port,
+using the burst-oriented send function, which is more efficient.
+
+However, in real-life applications (such as, L3 routing),
+packet N is not necessarily forwarded on the same port as packet N-1.
+The application is implemented to illustrate that, so the same approach can be reused in a more complex application.
+
+The l2fwd_send_packet() function stores the packet in a per-lcore and per-txport table.
+If the table is full, the whole packets table is transmitted using the l2fwd_send_burst() function:
+
+.. code-block:: c
+
+    /* Send the packet on an output interface */
+
+    static int
+    l2fwd_send_packet(struct rte_mbuf *m, uint8_t port)
+    {
+        unsigned lcore_id, len;
+        struct lcore_queue_conf \*qconf;
+
+        lcore_id = rte_lcore_id();
+        qconf = &lcore_queue_conf[lcore_id];
+        len = qconf->tx_mbufs[port].len;
+        qconf->tx_mbufs[port].m_table[len] = m;
+        len++;
+
+        /* enough pkts to be sent */
+
+        if (unlikely(len == MAX_PKT_BURST)) {
+            l2fwd_send_burst(qconf, MAX_PKT_BURST, port);
+            len = 0;
+        }
+
+        qconf->tx_mbufs[port].len = len; return 0;
+    }
+
+To ensure that no packets remain in the tables, each lcore does a draining of TX queue in its main loop.
+This technique introduces some latency when there are not many packets to send,
+however it improves performance:
+
+.. code-block:: c
+
+    cur_tsc = rte_rdtsc();
+
+    /*
+     *   TX burst queue drain
+     */
+
+    diff_tsc = cur_tsc - prev_tsc;
+
+    if (unlikely(diff_tsc > drain_tsc)) {
+        for (portid = 0; portid < RTE_MAX_ETHPORTS; portid++) {
+            if (qconf->tx_mbufs[portid].len == 0)
+                continue;
+
+            l2fwd_send_burst(&lcore_queue_conf[lcore_id], qconf->tx_mbufs[portid].len, (uint8_t) portid);
+
+            qconf->tx_mbufs[portid].len = 0;
+        }
+
+        /* if timer is enabled */
+
+        if (timer_period > 0) {
+            /* advance the timer */
+
+            timer_tsc += diff_tsc;
+
+            /* if timer has reached its timeout */
+
+            if (unlikely(timer_tsc >= (uint64_t) timer_period)) {
+                /* do this only on master core */
+
+                if (lcore_id == rte_get_master_lcore()) {
+                    print_stats();
+
+                    /* reset the timer */
+                    timer_tsc = 0;
+                }
+            }
+        }
+
+        prev_tsc = cur_tsc;
+    }