doc/guides/nics/enic.rst

   1 ..  BSD LICENSE
   2     Copyright (c) 2017, Cisco Systems, Inc.
   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     1. Redistributions of source code must retain the above copyright
  10     notice, this list of conditions and the following disclaimer.
  11
  12     2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
  13     notice, this list of conditions and the following disclaimer in
  14     the documentation and/or other materials provided with the
  15     distribution.
  16
  17     THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE COPYRIGHT HOLDERS AND CONTRIBUTORS
  18     "AS IS" AND ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT
  19     LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS
  20     FOR A PARTICULAR PURPOSE ARE DISCLAIMED. IN NO EVENT SHALL THE
  21     COPYRIGHT HOLDER OR CONTRIBUTORS BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT,
  22     INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING,
  23     BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES;
  24     LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION) HOWEVER
  25     CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
  26     LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN
  27     ANY WAY OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE
  28     POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
  29
  30 ENIC Poll Mode Driver
  31 =====================
  32
  33 ENIC PMD is the DPDK poll-mode driver for the Cisco System Inc. VIC Ethernet
  34 NICs. These adapters are also referred to as vNICs below. If you are running
  35 or would like to run DPDK software applications on Cisco UCS servers using
  36 Cisco VIC adapters the following documentation is relevant.
  37
  38 How to obtain ENIC PMD integrated DPDK
  39 --------------------------------------
  40
  41 ENIC PMD support is integrated into the DPDK suite. dpdk-<version>.tar.gz
  42 should be downloaded from http://dpdk.org
  43
  44
  45 Configuration information
  46 -------------------------
  47
  48 - **DPDK Configuration Parameters**
  49
  50   The following configuration options are available for the ENIC PMD:
  51
  52   - **CONFIG_RTE_LIBRTE_ENIC_PMD** (default y): Enables or disables inclusion
  53     of the ENIC PMD driver in the DPDK compilation.
  54
  55 - **vNIC Configuration Parameters**
  56
  57   - **Number of Queues**
  58
  59     The maximum number of receive queues (RQs), work queues (WQs) and
  60     completion queues (CQs) are configurable on a per vNIC basis
  61     through the Cisco UCS Manager (CIMC or UCSM).
  62
  63     These values should be configured as follows:
  64
  65     - The number of WQs should be greater or equal to the value of the
  66       expected nb_tx_q parameter in the call to
  67       rte_eth_dev_configure()
  68
  69     - The number of RQs configured in the vNIC should be greater or
  70       equal to *twice* the value of the expected nb_rx_q parameter in
  71       the call to rte_eth_dev_configure().  With the addition of Rx
  72       scatter, a pair of RQs on the vnic is needed for each receive
  73       queue used by DPDK, even if Rx scatter is not being used.
  74       Having a vNIC with only 1 RQ is not a valid configuration, and
  75       will fail with an error message.
  76
  77     - The number of CQs should set so that there is one CQ for each
  78       WQ, and one CQ for each pair of RQs.
  79
  80     For example: If the application requires 3 Rx queues, and 3 Tx
  81     queues, the vNIC should be configured to have at least 3 WQs, 6
  82     RQs (3 pairs), and 6 CQs (3 for use by WQs + 3 for use by the 3
  83     pairs of RQs).
  84
  85   - **Size of Queues**
  86
  87     Likewise, the number of receive and transmit descriptors are configurable on
  88     a per-vNIC basis via the UCS Manager and should be greater than or equal to
  89     the nb_rx_desc and   nb_tx_desc parameters expected to be used in the calls
  90     to rte_eth_rx_queue_setup() and rte_eth_tx_queue_setup() respectively.
  91     An application requesting more than the set size will be limited to that
  92     size.
  93
  94     Unless there is a lack of resources due to creating many vNICs, it
  95     is recommended that the WQ and RQ sizes be set to the maximum.  This
  96     gives the application the greatest amount of flexibility in its
  97     queue configuration.
  98
  99     - *Note*: Since the introduction of Rx scatter, for performance
 100       reasons, this PMD uses two RQs on the vNIC per receive queue in
 101       DPDK.  One RQ holds descriptors for the start of a packet, and the
 102       second RQ holds the descriptors for the rest of the fragments of
 103       a packet.  This means that the nb_rx_desc parameter to
 104       rte_eth_rx_queue_setup() can be a greater than 4096.  The exact
 105       amount will depend on the size of the mbufs being used for
 106       receives, and the MTU size.
 107
 108       For example: If the mbuf size is 2048, and the MTU is 9000, then
 109       receiving a full size packet will take 5 descriptors, 1 from the
 110       start-of-packet queue, and 4 from the second queue.  Assuming
 111       that the RQ size was set to the maximum of 4096, then the
 112       application can specify up to 1024 + 4096 as the nb_rx_desc
 113       parameter to rte_eth_rx_queue_setup().
 114
 115   - **Interrupts**
 116
 117     At least one interrupt per vNIC interface should be configured in the UCS
 118     manager regardless of the number receive/transmit queues. The ENIC PMD
 119     uses this interrupt to get information about link status and errors
 120     in the fast path.
 121
 122     In addition to the interrupt for link status and errors, when using Rx queue
 123     interrupts, increase the number of configured interrupts so that there is at
 124     least one interrupt for each Rx queue. For example, if the app uses 3 Rx
 125     queues and wants to use per-queue interrupts, configure 4 (3 + 1) interrupts.
 126
 127 .. _enic-flow-director:
 128
 129 Flow director support
 130 ---------------------
 131
 132 Advanced filtering support was added to 1300 series VIC firmware starting
 133 with version 2.0.13 for C-series UCS servers and version 3.1.2 for UCSM
 134 managed blade servers. In order to enable advanced filtering the 'Advanced
 135 filter' radio button should be enabled via CIMC or UCSM followed by a reboot
 136 of the server.
 137
 138 With advanced filters, perfect matching of all fields of IPv4, IPv6 headers
 139 as well as TCP, UDP and SCTP L4 headers is available through flow director.
 140 Masking of these fields for partial match is also supported.
 141
 142 Without advanced filter support, the flow director is limited to IPv4
 143 perfect filtering of the 5-tuple with no masking of fields supported.
 144
 145 SR-IOV mode utilization
 146 -----------------------
 147
 148 UCS blade servers configured with dynamic vNIC connection policies in UCS
 149 manager are capable of supporting assigned devices on virtual machines (VMs)
 150 through a KVM hypervisor. Assigned devices, also known as 'passthrough'
 151 devices, are SR-IOV virtual functions (VFs) on the host which are exposed
 152 to VM instances.
 153
 154 The Cisco Virtual Machine Fabric Extender (VM-FEX) gives the VM a dedicated
 155 interface on the Fabric Interconnect (FI). Layer 2 switching is done at
 156 the FI. This may eliminate the requirement for software switching on the
 157 host to route intra-host VM traffic.
 158
 159 Please refer to `Creating a Dynamic vNIC Connection Policy
 160 <http://www.cisco.com/c/en/us/td/docs/unified_computing/ucs/sw/vm_fex/vmware/gui/config_guide/b_GUI_VMware_VM-FEX_UCSM_Configuration_Guide/b_GUI_VMware_VM-FEX_UCSM_Configuration_Guide_chapter_010.html#task_433E01651F69464783A68E66DA8A47A5>`_
 161 for information on configuring SR-IOV adapter policies using UCS manager.
 162
 163 Once the policies are in place and the host OS is rebooted, VFs should be
 164 visible on the host, E.g.:
 165
 166 .. code-block:: console
 167
 168      # lspci | grep Cisco | grep Ethernet
 169      0d:00.0 Ethernet controller: Cisco Systems Inc VIC Ethernet NIC (rev a2)
 170      0d:00.1 Ethernet controller: Cisco Systems Inc VIC SR-IOV VF (rev a2)
 171      0d:00.2 Ethernet controller: Cisco Systems Inc VIC SR-IOV VF (rev a2)
 172      0d:00.3 Ethernet controller: Cisco Systems Inc VIC SR-IOV VF (rev a2)
 173      0d:00.4 Ethernet controller: Cisco Systems Inc VIC SR-IOV VF (rev a2)
 174      0d:00.5 Ethernet controller: Cisco Systems Inc VIC SR-IOV VF (rev a2)
 175      0d:00.6 Ethernet controller: Cisco Systems Inc VIC SR-IOV VF (rev a2)
 176      0d:00.7 Ethernet controller: Cisco Systems Inc VIC SR-IOV VF (rev a2)
 177
 178 Enable Intel IOMMU on the host and install KVM and libvirt. A VM instance should
 179 be created with an assigned device. When using libvirt, this configuration can
 180 be done within the domain (i.e. VM) config file. For example this entry maps
 181 host VF 0d:00:01 into the VM.
 182
 183 .. code-block:: console
 184
 185     <interface type='hostdev' managed='yes'>
 186       <mac address='52:54:00:ac:ff:b6'/>
 187       <source>
 188         <address type='pci' domain='0x0000' bus='0x0d' slot='0x00' function='0x1'/>
 189       </source>
 190
 191 Alternatively, the configuration can be done in a separate file using the
 192 ``network`` keyword. These methods are described in the libvirt documentation for
 193 `Network XML format <https://libvirt.org/formatnetwork.html>`_.
 194
 195 When the VM instance is started, the ENIC KVM driver will bind the host VF to
 196 vfio, complete provisioning on the FI and bring up the link.
 197
 198 .. note::
 199
 200     It is not possible to use a VF directly from the host because it is not
 201     fully provisioned until the hypervisor brings up the VM that it is assigned
 202     to.
 203
 204 In the VM instance, the VF will now be visible. E.g., here the VF 00:04.0 is
 205 seen on the VM instance and should be available for binding to a DPDK.
 206
 207 .. code-block:: console
 208
 209      # lspci | grep Ether
 210      00:04.0 Ethernet controller: Cisco Systems Inc VIC SR-IOV VF (rev a2)
 211
 212 Follow the normal DPDK install procedure, binding the VF to either ``igb_uio``
 213 or ``vfio`` in non-IOMMU mode.
 214
 215 Please see :ref:`Limitations <enic_limitations>` for limitations in
 216 the use of SR-IOV.
 217
 218 .. _enic-genic-flow-api:
 219
 220 Generic Flow API support
 221 ------------------------
 222
 223 Generic Flow API is supported. The baseline support is:
 224
 225 - **1200 series VICs**
 226
 227   5-tuple exact flow support for 1200 series adapters. This allows:
 228
 229   - Attributes: ingress
 230   - Items: ipv4, ipv6, udp, tcp (must exactly match src/dst IP
 231     addresses and ports and all must be specified)
 232   - Actions: queue and void
 233   - Selectors: 'is'
 234
 235 - **1300 and later series VICS with advanced filters disabled**
 236
 237   With advanced filters disabled, an IPv4 or IPv6 item must be specified
 238   in the pattern.
 239
 240   - Attributes: ingress
 241   - Items: eth, ipv4, ipv6, udp, tcp, vxlan, inner eth, ipv4, ipv6, udp, tcp
 242   - Actions: queue and void
 243   - Selectors: 'is', 'spec' and 'mask'. 'last' is not supported
 244   - In total, up to 64 bytes of mask is allowed across all headers
 245
 246 - **1300 and later series VICS with advanced filters enabled**
 247
 248   - Attributes: ingress
 249   - Items: eth, ipv4, ipv6, udp, tcp, vxlan, inner eth, ipv4, ipv6, udp, tcp
 250   - Actions: queue, mark, drop, flag and void
 251   - Selectors: 'is', 'spec' and 'mask'. 'last' is not supported
 252   - In total, up to 64 bytes of mask is allowed across all headers
 253
 254 More features may be added in future firmware and new versions of the VIC.
 255 Please refer to the release notes.
 256
 257 .. _overlay_offload:
 258
 259 Overlay Offload
 260 ---------------
 261
 262 Recent hardware models support overlay offload. When enabled, the NIC performs
 263 the following operations for VXLAN, NVGRE, and GENEVE packets. In all cases,
 264 inner and outer packets can be IPv4 or IPv6.
 265
 266 - TSO for VXLAN and GENEVE packets.
 267
 268   Hardware supports NVGRE TSO, but DPDK currently has no NVGRE offload flags.
 269
 270 - Tx checksum offloads.
 271
 272   The NIC fills in IPv4/UDP/TCP checksums for both inner and outer packets.
 273
 274 - Rx checksum offloads.
 275
 276   The NIC validates IPv4/UDP/TCP checksums of both inner and outer packets.
 277   Good checksum flags (e.g. ``PKT_RX_L4_CKSUM_GOOD``) indicate that the inner
 278   packet has the correct checksum, and if applicable, the outer packet also
 279   has the correct checksum. Bad checksum flags (e.g. ``PKT_RX_L4_CKSUM_BAD``)
 280   indicate that the inner and/or outer packets have invalid checksum values.
 281
 282 - Inner Rx packet type classification
 283
 284   PMD sets inner L3/L4 packet types (e.g. ``RTE_PTYPE_INNER_L4_TCP``), and
 285   ``RTE_PTYPE_TUNNEL_GRENAT`` to indicate that the packet is tunneled.
 286   PMD does not set L3/L4 packet types for outer packets.
 287
 288 - Inner RSS
 289
 290   RSS hash calculation, therefore queue selection, is done on inner packets.
 291
 292 In order to enable overlay offload, the 'Enable VXLAN' box should be checked
 293 via CIMC or UCSM followed by a reboot of the server. When PMD successfully
 294 enables overlay offload, it prints the following message on the console.
 295
 296 .. code-block:: console
 297
 298     Overlay offload is enabled
 299
 300 By default, PMD enables overlay offload if hardware supports it. To disable
 301 it, set ``devargs`` parameter ``disable-overlay=1``. For example::
 302
 303     -w 12:00.0,disable-overlay=1
 304
 305 .. _enic_limitations:
 306
 307 Limitations
 308 -----------
 309
 310 - **VLAN 0 Priority Tagging**
 311
 312   If a vNIC is configured in TRUNK mode by the UCS manager, the adapter will
 313   priority tag egress packets according to 802.1Q if they were not already
 314   VLAN tagged by software. If the adapter is connected to a properly configured
 315   switch, there will be no unexpected behavior.
 316
 317   In test setups where an Ethernet port of a Cisco adapter in TRUNK mode is
 318   connected point-to-point to another adapter port or connected though a router
 319   instead of a switch, all ingress packets will be VLAN tagged. Programs such
 320   as l3fwd which do not account for VLAN tags in packets will misbehave. The
 321   solution is to enable VLAN stripping on ingress. The following code fragment is
 322   an example of how to accomplish this:
 323
 324 .. code-block:: console
 325
 326      vlan_offload = rte_eth_dev_get_vlan_offload(port);
 327      vlan_offload |= ETH_VLAN_STRIP_OFFLOAD;
 328      rte_eth_dev_set_vlan_offload(port, vlan_offload);
 329
 330 - Limited flow director support on 1200 series and 1300 series Cisco VIC
 331   adapters with old firmware. Please see :ref:`enic-flow-director`.
 332
 333 - Flow director features are not supported on generation 1 Cisco VIC adapters
 334   (M81KR and P81E)
 335
 336 - **SR-IOV**
 337
 338   - KVM hypervisor support only. VMware has not been tested.
 339   - Requires VM-FEX, and so is only available on UCS managed servers connected
 340     to Fabric Interconnects. It is not on standalone C-Series servers.
 341   - VF devices are not usable directly from the host. They can  only be used
 342     as assigned devices on VM instances.
 343   - Currently, unbind of the ENIC kernel mode driver 'enic.ko' on the VM
 344     instance may hang. As a workaround, enic.ko should be blacklisted or removed
 345     from the boot process.
 346   - pci_generic cannot be used as the uio module in the VM. igb_uio or
 347     vfio in non-IOMMU mode can be used.
 348   - The number of RQs in UCSM dynamic vNIC configurations must be at least 2.
 349   - The number of SR-IOV devices is limited to 256. Components on target system
 350     might limit this number to fewer than 256.
 351
 352 - **Flow API**
 353
 354   - The number of filters that can be specified with the Generic Flow API is
 355     dependent on how many header fields are being masked. Use 'flow create' in
 356     a loop to determine how many filters your VIC will support (not more than
 357     1000 for 1300 series VICs). Filters are checked for matching in the order they
 358     were added. Since there currently is no grouping or priority support,
 359     'catch-all' filters should be added last.
 360
 361 - **Statistics**
 362
 363   - ``rx_good_bytes`` (ibytes) always includes VLAN header (4B) and CRC bytes (4B).
 364     This behavior applies to 1300 and older series VIC adapters.
 365     1400 series VICs do not count CRC bytes, and count VLAN header only when VLAN
 366     stripping is disabled.
 367   - When the NIC drops a packet because the Rx queue has no free buffers,
 368     ``rx_good_bytes`` still increments by 4B if the packet is not VLAN tagged or
 369     VLAN stripping is disabled, or by 8B if the packet is VLAN tagged and stripping
 370     is enabled.
 371     This behavior applies to 1300 and older series VIC adapters. 1400 series VICs
 372     do not increment this byte counter when packets are dropped.
 373
 374 - **RSS Hashing**
 375
 376   - Hardware enables and disables UDP and TCP RSS hashing together. The driver
 377     cannot control UDP and TCP hashing individually.
 378
 379 How to build the suite
 380 ----------------------
 381
 382 The build instructions for the DPDK suite should be followed. By default
 383 the ENIC PMD library will be built into the DPDK library.
 384
 385 Refer to the document :ref:`compiling and testing a PMD for a NIC
 386 <pmd_build_and_test>` for details.
 387
 388 For configuring and using UIO and VFIO frameworks, please refer to the
 389 documentation that comes with DPDK suite.
 390
 391 Supported Cisco VIC adapters
 392 ----------------------------
 393
 394 ENIC PMD supports all recent generations of Cisco VIC adapters including:
 395
 396 - VIC 1200 series
 397 - VIC 1300 series
 398 - VIC 1400 series
 399
 400 Supported Operating Systems
 401 ---------------------------
 402
 403 Any Linux distribution fulfilling the conditions described in Dependencies
 404 section of DPDK documentation.
 405
 406 Supported features
 407 ------------------
 408
 409 - Unicast, multicast and broadcast transmission and reception
 410 - Receive queue polling
 411 - Port Hardware Statistics
 412 - Hardware VLAN acceleration
 413 - IP checksum offload
 414 - Receive side VLAN stripping
 415 - Multiple receive and transmit queues
 416 - Flow Director ADD, UPDATE, DELETE, STATS operation support IPv4 and IPv6
 417 - Promiscuous mode
 418 - Setting RX VLAN (supported via UCSM/CIMC only)
 419 - VLAN filtering (supported via UCSM/CIMC only)
 420 - Execution of application by unprivileged system users
 421 - IPV4, IPV6 and TCP RSS hashing
 422 - UDP hashing (1400 series and later adapters)
 423 - Scattered Rx
 424 - MTU update
 425 - SR-IOV on UCS managed servers connected to Fabric Interconnects
 426 - Flow API
 427 - Overlay offload
 428
 429   - Rx/Tx checksum offloads for VXLAN, NVGRE, GENEVE
 430   - TSO for VXLAN and GENEVE packets
 431   - Inner RSS
 432
 433 Known bugs and unsupported features in this release
 434 ---------------------------------------------------
 435
 436 - Signature or flex byte based flow direction
 437 - Drop feature of flow direction
 438 - VLAN based flow direction
 439 - Non-IPV4 flow direction
 440 - Setting of extended VLAN
 441 - MTU update only works if Scattered Rx mode is disabled
 442 - Maximum receive packet length is ignored if Scattered Rx mode is used
 443
 444 Prerequisites
 445 -------------
 446
 447 - Prepare the system as recommended by DPDK suite.  This includes environment
 448   variables, hugepages configuration, tool-chains and configuration.
 449 - Insert vfio-pci kernel module using the command 'modprobe vfio-pci' if the
 450   user wants to use VFIO framework.
 451 - Insert uio kernel module using the command 'modprobe uio' if the user wants
 452   to use UIO framework.
 453 - DPDK suite should be configured based on the user's decision to use VFIO or
 454   UIO framework.
 455 - If the vNIC device(s) to be used is bound to the kernel mode Ethernet driver
 456   use 'ip' to bring the interface down. The dpdk-devbind.py tool can
 457   then be used to unbind the device's bus id from the ENIC kernel mode driver.
 458 - Bind the intended vNIC to vfio-pci in case the user wants ENIC PMD to use
 459   VFIO framework using dpdk-devbind.py.
 460 - Bind the intended vNIC to igb_uio in case the user wants ENIC PMD to use
 461   UIO framework using dpdk-devbind.py.
 462
 463 At this point the system should be ready to run DPDK applications. Once the
 464 application runs to completion, the vNIC can be detached from vfio-pci or
 465 igb_uio if necessary.
 466
 467 Root privilege is required to bind and unbind vNICs to/from VFIO/UIO.
 468 VFIO framework helps an unprivileged user to run the applications.
 469 For an unprivileged user to run the applications on DPDK and ENIC PMD,
 470 it may be necessary to increase the maximum locked memory of the user.
 471 The following command could be used to do this.
 472
 473 .. code-block:: console
 474
 475     sudo sh -c "ulimit -l <value in Kilo Bytes>"
 476
 477 The value depends on the memory configuration of the application, DPDK and
 478 PMD.  Typically, the limit has to be raised to higher than 2GB.
 479 e.g., 2621440
 480
 481 The compilation of any unused drivers can be disabled using the
 482 configuration file in config/ directory (e.g., config/common_linuxapp).
 483 This would help in bringing down the time taken for building the
 484 libraries and the initialization time of the application.
 485
 486 Additional Reference
 487 --------------------
 488
 489 - https://www.cisco.com/c/en/us/products/servers-unified-computing/index.html
 490 - https://www.cisco.com/c/en/us/products/interfaces-modules/unified-computing-system-adapters/index.html
 491
 492 Contact Information
 493 -------------------
 494
 495 Any questions or bugs should be reported to DPDK community and to the ENIC PMD
 496 maintainers:
 497
 498 - John Daley <johndale@cisco.com>
 499 - Nelson Escobar <neescoba@cisco.com>