bba10344ff646f15b95facd22e57b6af8f9c811a
[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 - Promiscuous mode is supported.
86 - All multicast mode is supported.
87 - Multiple MAC addresses (unicast, multicast) can be configured.
88 - Scattered packets are supported for TX and RX.
89 - Inner L3/L4 (IP, TCP and UDP) TX/RX checksum offloading and validation.
90 - Outer L3 (IP) TX/RX checksum offloading and validation for VXLAN frames.
91 - RX interrupts.
92
93 Limitations
94 -----------
95
96 - RSS hash key cannot be modified.
97 - RSS RETA cannot be configured
98 - RSS always includes L3 (IPv4/IPv6) and L4 (UDP/TCP). They cannot be
99   dissociated.
100 - Hardware counters are not implemented (they are software counters).
101
102 Configuration
103 -------------
104
105 Compilation options
106 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
107
108 These options can be modified in the ``.config`` file.
109
110 - ``CONFIG_RTE_LIBRTE_MLX4_PMD`` (default **n**)
111
112   Toggle compilation of librte_pmd_mlx4 itself.
113
114 - ``CONFIG_RTE_LIBRTE_MLX4_DEBUG`` (default **n**)
115
116   Toggle debugging code and stricter compilation flags. Enabling this option
117   adds additional run-time checks and debugging messages at the cost of
118   lower performance.
119
120 - ``CONFIG_RTE_LIBRTE_MLX4_DEBUG_BROKEN_VERBS`` (default **n**)
121
122   Mellanox OFED versions earlier than 4.2 may return false errors from
123   Verbs object destruction APIs after the device is plugged out.
124   Enabling this option replaces assertion checks that cause the program
125   to abort with harmless debugging messages as a workaround.
126   Relevant only when CONFIG_RTE_LIBRTE_MLX4_DEBUG is enabled.
127
128 - ``CONFIG_RTE_LIBRTE_MLX4_SGE_WR_N`` (default **4**)
129
130   Number of scatter/gather elements (SGEs) per work request (WR). Lowering
131   this number improves performance but also limits the ability to receive
132   scattered packets (packets that do not fit a single mbuf). The default
133   value is a safe tradeoff.
134
135 - ``CONFIG_RTE_LIBRTE_MLX4_MAX_INLINE`` (default **0**)
136
137   Amount of data to be inlined during TX operations. Improves latency but
138   lowers throughput.
139
140 - ``CONFIG_RTE_LIBRTE_MLX4_TX_MP_CACHE`` (default **8**)
141
142   Maximum number of cached memory pools (MPs) per TX queue. Each MP from
143   which buffers are to be transmitted must be associated to memory regions
144   (MRs). This is a slow operation that must be cached.
145
146   This value is always 1 for RX queues since they use a single MP.
147
148 - ``CONFIG_RTE_LIBRTE_MLX4_SOFT_COUNTERS`` (default **1**)
149
150   Toggle software counters. No counters are available if this option is
151   disabled since hardware counters are not supported.
152
153 Environment variables
154 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
155
156 - ``MLX4_INLINE_RECV_SIZE``
157
158   A nonzero value enables inline receive for packets up to that size. May
159   significantly improve performance in some cases but lower it in
160   others. Requires careful testing.
161
162 Run-time configuration
163 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
164
165 - The only constraint when RSS mode is requested is to make sure the number
166   of RX queues is a power of two. This is a hardware requirement.
167
168 - librte_pmd_mlx4 brings kernel network interfaces up during initialization
169   because it is affected by their state. Forcing them down prevents packets
170   reception.
171
172 - **ethtool** operations on related kernel interfaces also affect the PMD.
173
174 - ``port`` parameter [int]
175
176   This parameter provides a physical port to probe and can be specified multiple
177   times for additional ports. All ports are probed by default if left
178   unspecified.
179
180 Kernel module parameters
181 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
182
183 The **mlx4_core** kernel module has several parameters that affect the
184 behavior and/or the performance of librte_pmd_mlx4. Some of them are described
185 below.
186
187 - **num_vfs** (integer or triplet, optionally prefixed by device address
188   strings)
189
190   Create the given number of VFs on the specified devices.
191
192 - **log_num_mgm_entry_size** (integer)
193
194   Device-managed flow steering (DMFS) is required by DPDK applications. It is
195   enabled by using a negative value, the last four bits of which have a
196   special meaning.
197
198   - **-1**: force device-managed flow steering (DMFS).
199   - **-7**: configure optimized steering mode to improve performance with the
200     following limitation: VLAN filtering is not supported with this mode.
201     This is the recommended mode in case VLAN filter is not needed.
202
203 Prerequisites
204 -------------
205
206 This driver relies on external libraries and kernel drivers for resources
207 allocations and initialization. The following dependencies are not part of
208 DPDK and must be installed separately:
209
210 - **libibverbs**
211
212   User space verbs framework used by librte_pmd_mlx4. This library provides
213   a generic interface between the kernel and low-level user space drivers
214   such as libmlx4.
215
216   It allows slow and privileged operations (context initialization, hardware
217   resources allocations) to be managed by the kernel and fast operations to
218   never leave user space.
219
220 - **libmlx4**
221
222   Low-level user space driver library for Mellanox ConnectX-3 devices,
223   it is automatically loaded by libibverbs.
224
225   This library basically implements send/receive calls to the hardware
226   queues.
227
228 - **Kernel modules** (mlnx-ofed-kernel)
229
230   They provide the kernel-side verbs API and low level device drivers that
231   manage actual hardware initialization and resources sharing with user
232   space processes.
233
234   Unlike most other PMDs, these modules must remain loaded and bound to
235   their devices:
236
237   - mlx4_core: hardware driver managing Mellanox ConnectX-3 devices.
238   - mlx4_en: Ethernet device driver that provides kernel network interfaces.
239   - mlx4_ib: InifiniBand device driver.
240   - ib_uverbs: user space driver for verbs (entry point for libibverbs).
241
242 - **Firmware update**
243
244   Mellanox OFED releases include firmware updates for ConnectX-3 adapters.
245
246   Because each release provides new features, these updates must be applied to
247   match the kernel modules and libraries they come with.
248
249 .. note::
250
251    Both libraries are BSD and GPL licensed. Linux kernel modules are GPL
252    licensed.
253
254 Currently supported by DPDK:
255
256 - Mellanox OFED **4.1**.
257 - Firmware version **2.36.5000** and above.
258
259 Getting Mellanox OFED
260 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
261
262 While these libraries and kernel modules are available on OpenFabrics
263 Alliance's `website <https://www.openfabrics.org/>`_ and provided by package
264 managers on most distributions, this PMD requires Ethernet extensions that
265 may not be supported at the moment (this is a work in progress).
266
267 `Mellanox OFED
268 <http://www.mellanox.com/page/products_dyn?product_family=26&mtag=linux_sw_drivers>`_
269 includes the necessary support and should be used in the meantime. For DPDK,
270 only libibverbs, libmlx4, mlnx-ofed-kernel packages and firmware updates are
271 required from that distribution.
272
273 .. note::
274
275    Several versions of Mellanox OFED are available. Installing the version
276    this DPDK release was developed and tested against is strongly
277    recommended. Please check the `prerequisites`_.
278
279 Supported NICs
280 --------------
281
282 * Mellanox(R) ConnectX(R)-3 Pro 40G MCX354A-FCC_Ax (2*40G)
283
284 Quick Start Guide
285 -----------------
286
287 1. Download latest Mellanox OFED. For more info check the  `prerequisites`_.
288
289 2. Install the required libraries and kernel modules either by installing
290    only the required set, or by installing the entire Mellanox OFED:
291
292    For bare metal use:
293
294    .. code-block:: console
295
296         ./mlnxofedinstall
297
298    For SR-IOV hypervisors use:
299
300    .. code-block:: console
301
302         ./mlnxofedinstall --enable-sriov -hypervisor
303
304    For SR-IOV virtual machine use:
305
306    .. code-block:: console
307
308         ./mlnxofedinstall --guest
309
310 3. Verify the firmware is the correct one:
311
312    .. code-block:: console
313
314         ibv_devinfo
315
316 4. Set all ports links to Ethernet, follow instructions on the screen:
317
318    .. code-block:: console
319
320         connectx_port_config
321
322    Or in the manual way:
323
324    .. code-block:: console
325
326         PCI=<NIC PCI address>
327         echo eth > "/sys/bus/pci/devices/$PCI/mlx4_port0"
328         echo eth > "/sys/bus/pci/devices/$PCI/mlx4_port1"
329
330 5. In case of bare metal or hypervisor, configure optimized steering mode
331    by adding the following line to ``/etc/modprobe.d/mlx4_core.conf``:
332
333    .. code-block:: console
334
335         options mlx4_core log_num_mgm_entry_size=-7
336
337    .. note::
338
339         If VLAN filtering is used, set log_num_mgm_entry_size=-1.
340         Performance degradation can occur on this case.
341
342 6. Restart the driver:
343
344    .. code-block:: console
345
346         /etc/init.d/openibd restart
347
348    or:
349
350    .. code-block:: console
351
352         service openibd restart
353
354 7. Compile DPDK and you are ready to go. See instructions on
355    :ref:`Development Kit Build System <Development_Kit_Build_System>`
356
357 Performance tuning
358 ------------------
359
360 1. Verify the optimized steering mode is configured:
361
362   .. code-block:: console
363
364         cat /sys/module/mlx4_core/parameters/log_num_mgm_entry_size
365
366 2. Use environment variable MLX4_INLINE_RECV_SIZE=64 to get maximum
367    performance for 64B messages.
368
369 3. Use the CPU near local NUMA node to which the PCIe adapter is connected,
370    for better performance. For VMs, verify that the right CPU
371    and NUMA node are pinned according to the above. Run:
372
373    .. code-block:: console
374
375         lstopo-no-graphics
376
377    to identify the NUMA node to which the PCIe adapter is connected.
378
379 4. If more than one adapter is used, and root complex capabilities allow
380    to put both adapters on the same NUMA node without PCI bandwidth degradation,
381    it is recommended to locate both adapters on the same NUMA node.
382    This in order to forward packets from one to the other without
383    NUMA performance penalty.
384
385 5. Disable pause frames:
386
387    .. code-block:: console
388
389         ethtool -A <netdev> rx off tx off
390
391 6. Verify IO non-posted prefetch is disabled by default. This can be checked
392    via the BIOS configuration. Please contact you server provider for more
393    information about the settings.
394
395 .. note::
396
397         On some machines, depends on the machine integrator, it is beneficial
398         to set the PCI max read request parameter to 1K. This can be
399         done in the following way:
400
401         To query the read request size use:
402
403         .. code-block:: console
404
405                 setpci -s <NIC PCI address> 68.w
406
407         If the output is different than 3XXX, set it by:
408
409         .. code-block:: console
410
411                 setpci -s <NIC PCI address> 68.w=3XXX
412
413         The XXX can be different on different systems. Make sure to configure
414         according to the setpci output.
415
416 Usage example
417 -------------
418
419 This section demonstrates how to launch **testpmd** with Mellanox ConnectX-3
420 devices managed by librte_pmd_mlx4.
421
422 #. Load the kernel modules:
423
424    .. code-block:: console
425
426       modprobe -a ib_uverbs mlx4_en mlx4_core mlx4_ib
427
428    Alternatively if MLNX_OFED is fully installed, the following script can
429    be run:
430
431    .. code-block:: console
432
433       /etc/init.d/openibd restart
434
435    .. note::
436
437       User space I/O kernel modules (uio and igb_uio) are not used and do
438       not have to be loaded.
439
440 #. Make sure Ethernet interfaces are in working order and linked to kernel
441    verbs. Related sysfs entries should be present:
442
443    .. code-block:: console
444
445       ls -d /sys/class/net/*/device/infiniband_verbs/uverbs* | cut -d / -f 5
446
447    Example output:
448
449    .. code-block:: console
450
451       eth2
452       eth3
453       eth4
454       eth5
455
456 #. Optionally, retrieve their PCI bus addresses for whitelisting:
457
458    .. code-block:: console
459
460       {
461           for intf in eth2 eth3 eth4 eth5;
462           do
463               (cd "/sys/class/net/${intf}/device/" && pwd -P);
464           done;
465       } |
466       sed -n 's,.*/\(.*\),-w \1,p'
467
468    Example output:
469
470    .. code-block:: console
471
472       -w 0000:83:00.0
473       -w 0000:83:00.0
474       -w 0000:84:00.0
475       -w 0000:84:00.0
476
477    .. note::
478
479       There are only two distinct PCI bus addresses because the Mellanox
480       ConnectX-3 adapters installed on this system are dual port.
481
482 #. Request huge pages:
483
484    .. code-block:: console
485
486       echo 1024 > /sys/kernel/mm/hugepages/hugepages-2048kB/nr_hugepages/nr_hugepages
487
488 #. Start testpmd with basic parameters:
489
490    .. code-block:: console
491
492       testpmd -l 8-15 -n 4 -w 0000:83:00.0 -w 0000:84:00.0 -- --rxq=2 --txq=2 -i
493
494    Example output:
495
496    .. code-block:: console
497
498       [...]
499       EAL: PCI device 0000:83:00.0 on NUMA socket 1
500       EAL:   probe driver: 15b3:1007 librte_pmd_mlx4
501       PMD: librte_pmd_mlx4: PCI information matches, using device "mlx4_0" (VF: false)
502       PMD: librte_pmd_mlx4: 2 port(s) detected
503       PMD: librte_pmd_mlx4: port 1 MAC address is 00:02:c9:b5:b7:50
504       PMD: librte_pmd_mlx4: port 2 MAC address is 00:02:c9:b5:b7:51
505       EAL: PCI device 0000:84:00.0 on NUMA socket 1
506       EAL:   probe driver: 15b3:1007 librte_pmd_mlx4
507       PMD: librte_pmd_mlx4: PCI information matches, using device "mlx4_1" (VF: false)
508       PMD: librte_pmd_mlx4: 2 port(s) detected
509       PMD: librte_pmd_mlx4: port 1 MAC address is 00:02:c9:b5:ba:b0
510       PMD: librte_pmd_mlx4: port 2 MAC address is 00:02:c9:b5:ba:b1
511       Interactive-mode selected
512       Configuring Port 0 (socket 0)
513       PMD: librte_pmd_mlx4: 0x867d60: TX queues number update: 0 -> 2
514       PMD: librte_pmd_mlx4: 0x867d60: RX queues number update: 0 -> 2
515       Port 0: 00:02:C9:B5:B7:50
516       Configuring Port 1 (socket 0)
517       PMD: librte_pmd_mlx4: 0x867da0: TX queues number update: 0 -> 2
518       PMD: librte_pmd_mlx4: 0x867da0: RX queues number update: 0 -> 2
519       Port 1: 00:02:C9:B5:B7:51
520       Configuring Port 2 (socket 0)
521       PMD: librte_pmd_mlx4: 0x867de0: TX queues number update: 0 -> 2
522       PMD: librte_pmd_mlx4: 0x867de0: RX queues number update: 0 -> 2
523       Port 2: 00:02:C9:B5:BA:B0
524       Configuring Port 3 (socket 0)
525       PMD: librte_pmd_mlx4: 0x867e20: TX queues number update: 0 -> 2
526       PMD: librte_pmd_mlx4: 0x867e20: RX queues number update: 0 -> 2
527       Port 3: 00:02:C9:B5:BA:B1
528       Checking link statuses...
529       Port 0 Link Up - speed 10000 Mbps - full-duplex
530       Port 1 Link Up - speed 40000 Mbps - full-duplex
531       Port 2 Link Up - speed 10000 Mbps - full-duplex
532       Port 3 Link Up - speed 40000 Mbps - full-duplex
533       Done
534       testpmd>