b6aaee2cf944f4417fa86546deced70c8e8de6b9
[dpdk.git] / doc / guides / nics / mlx4.rst
1 ..  BSD LICENSE
2     Copyright 2012 6WIND S.A.
3     Copyright 2015 Mellanox
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 6WIND S.A. 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 MLX4 poll mode driver library
32 =============================
33
34 The MLX4 poll mode driver library (**librte_pmd_mlx4**) implements support
35 for **Mellanox ConnectX-3** and **Mellanox ConnectX-3 Pro** 10/40 Gbps adapters
36 as well as their virtual functions (VF) in SR-IOV context.
37
38 Information and documentation about this family of adapters can be found on
39 the `Mellanox website <http://www.mellanox.com>`_. Help is also provided by
40 the `Mellanox community <http://community.mellanox.com/welcome>`_.
41
42 There is also a `section dedicated to this poll mode driver
43 <http://www.mellanox.com/page/products_dyn?product_family=209&mtag=pmd_for_dpdk>`_.
44
45 .. note::
46
47    Due to external dependencies, this driver is disabled by default. It must
48    be enabled manually by setting ``CONFIG_RTE_LIBRTE_MLX4_PMD=y`` and
49    recompiling DPDK.
50
51 Implementation details
52 ----------------------
53
54 Most Mellanox ConnectX-3 devices provide two ports but expose a single PCI
55 bus address, thus unlike most drivers, librte_pmd_mlx4 registers itself as a
56 PCI driver that allocates one Ethernet device per detected port.
57
58 For this reason, one cannot white/blacklist a single port without also
59 white/blacklisting the others on the same device.
60
61 Besides its dependency on libibverbs (that implies libmlx4 and associated
62 kernel support), librte_pmd_mlx4 relies heavily on system calls for control
63 operations such as querying/updating the MTU and flow control parameters.
64
65 For security reasons and robustness, this driver only deals with virtual
66 memory addresses. The way resources allocations are handled by the kernel
67 combined with hardware specifications that allow it to handle virtual memory
68 addresses directly ensure that DPDK applications cannot access random
69 physical memory (or memory that does not belong to the current process).
70
71 This capability allows the PMD to coexist with kernel network interfaces
72 which remain functional, although they stop receiving unicast packets as
73 long as they share the same MAC address.
74
75 Compiling librte_pmd_mlx4 causes DPDK to be linked against libibverbs.
76
77 Features
78 --------
79
80 - Multi arch support: x86_64 and POWER8.
81 - RSS, also known as RCA, is supported. In this mode the number of
82   configured RX queues must be a power of two.
83 - VLAN filtering is supported.
84 - Link state information is provided.
85 - Multiple MAC addresses (unicast, multicast) can be configured.
86 - Scattered packets are supported for TX and RX.
87 - Inner L3/L4 (IP, TCP and UDP) TX/RX checksum offloading and validation.
88 - Outer L3 (IP) TX/RX checksum offloading and validation for VXLAN frames.
89 - RX interrupts.
90
91 Limitations
92 -----------
93
94 - RSS hash key cannot be modified.
95 - RSS RETA cannot be configured
96 - RSS always includes L3 (IPv4/IPv6) and L4 (UDP/TCP). They cannot be
97   dissociated.
98
99 Configuration
100 -------------
101
102 Compilation options
103 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
104
105 These options can be modified in the ``.config`` file.
106
107 - ``CONFIG_RTE_LIBRTE_MLX4_PMD`` (default **n**)
108
109   Toggle compilation of librte_pmd_mlx4 itself.
110
111 - ``CONFIG_RTE_LIBRTE_MLX4_DEBUG`` (default **n**)
112
113   Toggle debugging code and stricter compilation flags. Enabling this option
114   adds additional run-time checks and debugging messages at the cost of
115   lower performance.
116
117 - ``CONFIG_RTE_LIBRTE_MLX4_DEBUG_BROKEN_VERBS`` (default **n**)
118
119   Mellanox OFED versions earlier than 4.2 may return false errors from
120   Verbs object destruction APIs after the device is plugged out.
121   Enabling this option replaces assertion checks that cause the program
122   to abort with harmless debugging messages as a workaround.
123   Relevant only when CONFIG_RTE_LIBRTE_MLX4_DEBUG is enabled.
124
125 - ``CONFIG_RTE_LIBRTE_MLX4_MAX_INLINE`` (default **0**)
126
127   Amount of data to be inlined during TX operations. Improves latency but
128   lowers throughput.
129
130 - ``CONFIG_RTE_LIBRTE_MLX4_TX_MP_CACHE`` (default **8**)
131
132   Maximum number of cached memory pools (MPs) per TX queue. Each MP from
133   which buffers are to be transmitted must be associated to memory regions
134   (MRs). This is a slow operation that must be cached.
135
136   This value is always 1 for RX queues since they use a single MP.
137
138 Environment variables
139 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
140
141 - ``MLX4_INLINE_RECV_SIZE``
142
143   A nonzero value enables inline receive for packets up to that size. May
144   significantly improve performance in some cases but lower it in
145   others. Requires careful testing.
146
147 Run-time configuration
148 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
149
150 - The only constraint when RSS mode is requested is to make sure the number
151   of RX queues is a power of two. This is a hardware requirement.
152
153 - librte_pmd_mlx4 brings kernel network interfaces up during initialization
154   because it is affected by their state. Forcing them down prevents packets
155   reception.
156
157 - **ethtool** operations on related kernel interfaces also affect the PMD.
158
159 - ``port`` parameter [int]
160
161   This parameter provides a physical port to probe and can be specified multiple
162   times for additional ports. All ports are probed by default if left
163   unspecified.
164
165 Kernel module parameters
166 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
167
168 The **mlx4_core** kernel module has several parameters that affect the
169 behavior and/or the performance of librte_pmd_mlx4. Some of them are described
170 below.
171
172 - **num_vfs** (integer or triplet, optionally prefixed by device address
173   strings)
174
175   Create the given number of VFs on the specified devices.
176
177 - **log_num_mgm_entry_size** (integer)
178
179   Device-managed flow steering (DMFS) is required by DPDK applications. It is
180   enabled by using a negative value, the last four bits of which have a
181   special meaning.
182
183   - **-1**: force device-managed flow steering (DMFS).
184   - **-7**: configure optimized steering mode to improve performance with the
185     following limitation: VLAN filtering is not supported with this mode.
186     This is the recommended mode in case VLAN filter is not needed.
187
188 Prerequisites
189 -------------
190
191 This driver relies on external libraries and kernel drivers for resources
192 allocations and initialization. The following dependencies are not part of
193 DPDK and must be installed separately:
194
195 - **libibverbs**
196
197   User space verbs framework used by librte_pmd_mlx4. This library provides
198   a generic interface between the kernel and low-level user space drivers
199   such as libmlx4.
200
201   It allows slow and privileged operations (context initialization, hardware
202   resources allocations) to be managed by the kernel and fast operations to
203   never leave user space.
204
205 - **libmlx4**
206
207   Low-level user space driver library for Mellanox ConnectX-3 devices,
208   it is automatically loaded by libibverbs.
209
210   This library basically implements send/receive calls to the hardware
211   queues.
212
213 - **Kernel modules** (mlnx-ofed-kernel)
214
215   They provide the kernel-side verbs API and low level device drivers that
216   manage actual hardware initialization and resources sharing with user
217   space processes.
218
219   Unlike most other PMDs, these modules must remain loaded and bound to
220   their devices:
221
222   - mlx4_core: hardware driver managing Mellanox ConnectX-3 devices.
223   - mlx4_en: Ethernet device driver that provides kernel network interfaces.
224   - mlx4_ib: InifiniBand device driver.
225   - ib_uverbs: user space driver for verbs (entry point for libibverbs).
226
227 - **Firmware update**
228
229   Mellanox OFED releases include firmware updates for ConnectX-3 adapters.
230
231   Because each release provides new features, these updates must be applied to
232   match the kernel modules and libraries they come with.
233
234 .. note::
235
236    Both libraries are BSD and GPL licensed. Linux kernel modules are GPL
237    licensed.
238
239 Currently supported by DPDK:
240
241 - Mellanox OFED **4.1**.
242 - Firmware version **2.36.5000** and above.
243
244 Getting Mellanox OFED
245 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
246
247 While these libraries and kernel modules are available on OpenFabrics
248 Alliance's `website <https://www.openfabrics.org/>`_ and provided by package
249 managers on most distributions, this PMD requires Ethernet extensions that
250 may not be supported at the moment (this is a work in progress).
251
252 `Mellanox OFED
253 <http://www.mellanox.com/page/products_dyn?product_family=26&mtag=linux_sw_drivers>`_
254 includes the necessary support and should be used in the meantime. For DPDK,
255 only libibverbs, libmlx4, mlnx-ofed-kernel packages and firmware updates are
256 required from that distribution.
257
258 .. note::
259
260    Several versions of Mellanox OFED are available. Installing the version
261    this DPDK release was developed and tested against is strongly
262    recommended. Please check the `prerequisites`_.
263
264 Supported NICs
265 --------------
266
267 * Mellanox(R) ConnectX(R)-3 Pro 40G MCX354A-FCC_Ax (2*40G)
268
269 Quick Start Guide
270 -----------------
271
272 1. Download latest Mellanox OFED. For more info check the  `prerequisites`_.
273
274 2. Install the required libraries and kernel modules either by installing
275    only the required set, or by installing the entire Mellanox OFED:
276
277    For bare metal use:
278
279    .. code-block:: console
280
281         ./mlnxofedinstall
282
283    For SR-IOV hypervisors use:
284
285    .. code-block:: console
286
287         ./mlnxofedinstall --enable-sriov -hypervisor
288
289    For SR-IOV virtual machine use:
290
291    .. code-block:: console
292
293         ./mlnxofedinstall --guest
294
295 3. Verify the firmware is the correct one:
296
297    .. code-block:: console
298
299         ibv_devinfo
300
301 4. Set all ports links to Ethernet, follow instructions on the screen:
302
303    .. code-block:: console
304
305         connectx_port_config
306
307    Or in the manual way:
308
309    .. code-block:: console
310
311         PCI=<NIC PCI address>
312         echo eth > "/sys/bus/pci/devices/$PCI/mlx4_port0"
313         echo eth > "/sys/bus/pci/devices/$PCI/mlx4_port1"
314
315 5. In case of bare metal or hypervisor, configure optimized steering mode
316    by adding the following line to ``/etc/modprobe.d/mlx4_core.conf``:
317
318    .. code-block:: console
319
320         options mlx4_core log_num_mgm_entry_size=-7
321
322    .. note::
323
324         If VLAN filtering is used, set log_num_mgm_entry_size=-1.
325         Performance degradation can occur on this case.
326
327 6. Restart the driver:
328
329    .. code-block:: console
330
331         /etc/init.d/openibd restart
332
333    or:
334
335    .. code-block:: console
336
337         service openibd restart
338
339 7. Compile DPDK and you are ready to go. See instructions on
340    :ref:`Development Kit Build System <Development_Kit_Build_System>`
341
342 Performance tuning
343 ------------------
344
345 1. Verify the optimized steering mode is configured:
346
347   .. code-block:: console
348
349         cat /sys/module/mlx4_core/parameters/log_num_mgm_entry_size
350
351 2. Use environment variable MLX4_INLINE_RECV_SIZE=64 to get maximum
352    performance for 64B messages.
353
354 3. Use the CPU near local NUMA node to which the PCIe adapter is connected,
355    for better performance. For VMs, verify that the right CPU
356    and NUMA node are pinned according to the above. Run:
357
358    .. code-block:: console
359
360         lstopo-no-graphics
361
362    to identify the NUMA node to which the PCIe adapter is connected.
363
364 4. If more than one adapter is used, and root complex capabilities allow
365    to put both adapters on the same NUMA node without PCI bandwidth degradation,
366    it is recommended to locate both adapters on the same NUMA node.
367    This in order to forward packets from one to the other without
368    NUMA performance penalty.
369
370 5. Disable pause frames:
371
372    .. code-block:: console
373
374         ethtool -A <netdev> rx off tx off
375
376 6. Verify IO non-posted prefetch is disabled by default. This can be checked
377    via the BIOS configuration. Please contact you server provider for more
378    information about the settings.
379
380 .. note::
381
382         On some machines, depends on the machine integrator, it is beneficial
383         to set the PCI max read request parameter to 1K. This can be
384         done in the following way:
385
386         To query the read request size use:
387
388         .. code-block:: console
389
390                 setpci -s <NIC PCI address> 68.w
391
392         If the output is different than 3XXX, set it by:
393
394         .. code-block:: console
395
396                 setpci -s <NIC PCI address> 68.w=3XXX
397
398         The XXX can be different on different systems. Make sure to configure
399         according to the setpci output.
400
401 Usage example
402 -------------
403
404 This section demonstrates how to launch **testpmd** with Mellanox ConnectX-3
405 devices managed by librte_pmd_mlx4.
406
407 #. Load the kernel modules:
408
409    .. code-block:: console
410
411       modprobe -a ib_uverbs mlx4_en mlx4_core mlx4_ib
412
413    Alternatively if MLNX_OFED is fully installed, the following script can
414    be run:
415
416    .. code-block:: console
417
418       /etc/init.d/openibd restart
419
420    .. note::
421
422       User space I/O kernel modules (uio and igb_uio) are not used and do
423       not have to be loaded.
424
425 #. Make sure Ethernet interfaces are in working order and linked to kernel
426    verbs. Related sysfs entries should be present:
427
428    .. code-block:: console
429
430       ls -d /sys/class/net/*/device/infiniband_verbs/uverbs* | cut -d / -f 5
431
432    Example output:
433
434    .. code-block:: console
435
436       eth2
437       eth3
438       eth4
439       eth5
440
441 #. Optionally, retrieve their PCI bus addresses for whitelisting:
442
443    .. code-block:: console
444
445       {
446           for intf in eth2 eth3 eth4 eth5;
447           do
448               (cd "/sys/class/net/${intf}/device/" && pwd -P);
449           done;
450       } |
451       sed -n 's,.*/\(.*\),-w \1,p'
452
453    Example output:
454
455    .. code-block:: console
456
457       -w 0000:83:00.0
458       -w 0000:83:00.0
459       -w 0000:84:00.0
460       -w 0000:84:00.0
461
462    .. note::
463
464       There are only two distinct PCI bus addresses because the Mellanox
465       ConnectX-3 adapters installed on this system are dual port.
466
467 #. Request huge pages:
468
469    .. code-block:: console
470
471       echo 1024 > /sys/kernel/mm/hugepages/hugepages-2048kB/nr_hugepages/nr_hugepages
472
473 #. Start testpmd with basic parameters:
474
475    .. code-block:: console
476
477       testpmd -l 8-15 -n 4 -w 0000:83:00.0 -w 0000:84:00.0 -- --rxq=2 --txq=2 -i
478
479    Example output:
480
481    .. code-block:: console
482
483       [...]
484       EAL: PCI device 0000:83:00.0 on NUMA socket 1
485       EAL:   probe driver: 15b3:1007 librte_pmd_mlx4
486       PMD: librte_pmd_mlx4: PCI information matches, using device "mlx4_0" (VF: false)
487       PMD: librte_pmd_mlx4: 2 port(s) detected
488       PMD: librte_pmd_mlx4: port 1 MAC address is 00:02:c9:b5:b7:50
489       PMD: librte_pmd_mlx4: port 2 MAC address is 00:02:c9:b5:b7:51
490       EAL: PCI device 0000:84:00.0 on NUMA socket 1
491       EAL:   probe driver: 15b3:1007 librte_pmd_mlx4
492       PMD: librte_pmd_mlx4: PCI information matches, using device "mlx4_1" (VF: false)
493       PMD: librte_pmd_mlx4: 2 port(s) detected
494       PMD: librte_pmd_mlx4: port 1 MAC address is 00:02:c9:b5:ba:b0
495       PMD: librte_pmd_mlx4: port 2 MAC address is 00:02:c9:b5:ba:b1
496       Interactive-mode selected
497       Configuring Port 0 (socket 0)
498       PMD: librte_pmd_mlx4: 0x867d60: TX queues number update: 0 -> 2
499       PMD: librte_pmd_mlx4: 0x867d60: RX queues number update: 0 -> 2
500       Port 0: 00:02:C9:B5:B7:50
501       Configuring Port 1 (socket 0)
502       PMD: librte_pmd_mlx4: 0x867da0: TX queues number update: 0 -> 2
503       PMD: librte_pmd_mlx4: 0x867da0: RX queues number update: 0 -> 2
504       Port 1: 00:02:C9:B5:B7:51
505       Configuring Port 2 (socket 0)
506       PMD: librte_pmd_mlx4: 0x867de0: TX queues number update: 0 -> 2
507       PMD: librte_pmd_mlx4: 0x867de0: RX queues number update: 0 -> 2
508       Port 2: 00:02:C9:B5:BA:B0
509       Configuring Port 3 (socket 0)
510       PMD: librte_pmd_mlx4: 0x867e20: TX queues number update: 0 -> 2
511       PMD: librte_pmd_mlx4: 0x867e20: RX queues number update: 0 -> 2
512       Port 3: 00:02:C9:B5:BA:B1
513       Checking link statuses...
514       Port 0 Link Up - speed 10000 Mbps - full-duplex
515       Port 1 Link Up - speed 40000 Mbps - full-duplex
516       Port 2 Link Up - speed 10000 Mbps - full-duplex
517       Port 3 Link Up - speed 40000 Mbps - full-duplex
518       Done
519       testpmd>