doc/guides/prog_guide/vhost_lib.rst

   1 ..  SPDX-License-Identifier: BSD-3-Clause
   2     Copyright(c) 2010-2016 Intel Corporation.
   3
   4 Vhost Library
   5 =============
   6
   7 The vhost library implements a user space virtio net server allowing the user
   8 to manipulate the virtio ring directly. In another words, it allows the user
   9 to fetch/put packets from/to the VM virtio net device. To achieve this, a
  10 vhost library should be able to:
  11
  12 * Access the guest memory:
  13
  14   For QEMU, this is done by using the ``-object memory-backend-file,share=on,...``
  15   option. Which means QEMU will create a file to serve as the guest RAM.
  16   The ``share=on`` option allows another process to map that file, which
  17   means it can access the guest RAM.
  18
  19 * Know all the necessary information about the vring:
  20
  21   Information such as where the available ring is stored. Vhost defines some
  22   messages (passed through a Unix domain socket file) to tell the backend all
  23   the information it needs to know how to manipulate the vring.
  24
  25
  26 Vhost API Overview
  27 ------------------
  28
  29 The following is an overview of some key Vhost API functions:
  30
  31 * ``rte_vhost_driver_register(path, flags)``
  32
  33   This function registers a vhost driver into the system. ``path`` specifies
  34   the Unix domain socket file path.
  35
  36   Currently supported flags are:
  37
  38   - ``RTE_VHOST_USER_CLIENT``
  39
  40     DPDK vhost-user will act as the client when this flag is given. See below
  41     for an explanation.
  42
  43   - ``RTE_VHOST_USER_NO_RECONNECT``
  44
  45     When DPDK vhost-user acts as the client it will keep trying to reconnect
  46     to the server (QEMU) until it succeeds. This is useful in two cases:
  47
  48     * When QEMU is not started yet.
  49     * When QEMU restarts (for example due to a guest OS reboot).
  50
  51     This reconnect option is enabled by default. However, it can be turned off
  52     by setting this flag.
  53
  54   - ``RTE_VHOST_USER_DEQUEUE_ZERO_COPY``
  55
  56     Dequeue zero copy will be enabled when this flag is set. It is disabled by
  57     default.
  58
  59     There are some truths (including limitations) you might want to know while
  60     setting this flag:
  61
  62     * zero copy is not good for small packets (typically for packet size below
  63       512).
  64
  65     * zero copy is really good for VM2VM case. For iperf between two VMs, the
  66       boost could be above 70% (when TSO is enableld).
  67
  68     * for VM2NIC case, the ``nb_tx_desc`` has to be small enough: <= 64 if virtio
  69       indirect feature is not enabled and <= 128 if it is enabled.
  70
  71       This is because when dequeue zero copy is enabled, guest Tx used vring will
  72       be updated only when corresponding mbuf is freed. Thus, the nb_tx_desc
  73       has to be small enough so that the PMD driver will run out of available
  74       Tx descriptors and free mbufs timely. Otherwise, guest Tx vring would be
  75       starved.
  76
  77     * Guest memory should be backended with huge pages to achieve better
  78       performance. Using 1G page size is the best.
  79
  80       When dequeue zero copy is enabled, the guest phys address and host phys
  81       address mapping has to be established. Using non-huge pages means far
  82       more page segments. To make it simple, DPDK vhost does a linear search
  83       of those segments, thus the fewer the segments, the quicker we will get
  84       the mapping. NOTE: we may speed it by using tree searching in future.
  85
  86   - ``RTE_VHOST_USER_IOMMU_SUPPORT``
  87
  88     IOMMU support will be enabled when this flag is set. It is disabled by
  89     default.
  90
  91     Enabling this flag makes possible to use guest vIOMMU to protect vhost
  92     from accessing memory the virtio device isn't allowed to, when the feature
  93     is negotiated and an IOMMU device is declared.
  94
  95     However, this feature enables vhost-user's reply-ack protocol feature,
  96     which implementation is buggy in Qemu v2.7.0-v2.9.0 when doing multiqueue.
  97     Enabling this flag with these Qemu version results in Qemu being blocked
  98     when multiple queue pairs are declared.
  99
 100 * ``rte_vhost_driver_set_features(path, features)``
 101
 102   This function sets the feature bits the vhost-user driver supports. The
 103   vhost-user driver could be vhost-user net, yet it could be something else,
 104   say, vhost-user SCSI.
 105
 106 * ``rte_vhost_driver_callback_register(path, vhost_device_ops)``
 107
 108   This function registers a set of callbacks, to let DPDK applications take
 109   the appropriate action when some events happen. The following events are
 110   currently supported:
 111
 112   * ``new_device(int vid)``
 113
 114     This callback is invoked when a virtio device becomes ready. ``vid``
 115     is the vhost device ID.
 116
 117   * ``destroy_device(int vid)``
 118
 119     This callback is invoked when a virtio device is paused or shut down.
 120
 121   * ``vring_state_changed(int vid, uint16_t queue_id, int enable)``
 122
 123     This callback is invoked when a specific queue's state is changed, for
 124     example to enabled or disabled.
 125
 126   * ``features_changed(int vid, uint64_t features)``
 127
 128     This callback is invoked when the features is changed. For example,
 129     ``VHOST_F_LOG_ALL`` will be set/cleared at the start/end of live
 130     migration, respectively.
 131
 132   * ``new_connection(int vid)``
 133
 134     This callback is invoked on new vhost-user socket connection. If DPDK
 135     acts as the server the device should not be deleted before
 136     ``destroy_connection`` callback is received.
 137
 138   * ``destroy_connection(int vid)``
 139
 140     This callback is invoked when vhost-user socket connection is closed.
 141     It indicates that device with id ``vid`` is no longer in use and can be
 142     safely deleted.
 143
 144 * ``rte_vhost_driver_disable/enable_features(path, features))``
 145
 146   This function disables/enables some features. For example, it can be used to
 147   disable mergeable buffers and TSO features, which both are enabled by
 148   default.
 149
 150 * ``rte_vhost_driver_start(path)``
 151
 152   This function triggers the vhost-user negotiation. It should be invoked at
 153   the end of initializing a vhost-user driver.
 154
 155 * ``rte_vhost_enqueue_burst(vid, queue_id, pkts, count)``
 156
 157   Transmits (enqueues) ``count`` packets from host to guest.
 158
 159 * ``rte_vhost_dequeue_burst(vid, queue_id, mbuf_pool, pkts, count)``
 160
 161   Receives (dequeues) ``count`` packets from guest, and stored them at ``pkts``.
 162
 163 * ``rte_vhost_crypto_create(vid, cryptodev_id, sess_mempool, socket_id)``
 164
 165   As an extension of new_device(), this function adds virtio-crypto workload
 166   acceleration capability to the device. All crypto workload is processed by
 167   DPDK cryptodev with the device ID of ``cryptodev_id``.
 168
 169 * ``rte_vhost_crypto_free(vid)``
 170
 171   Frees the memory and vhost-user message handlers created in
 172   rte_vhost_crypto_create().
 173
 174 * ``rte_vhost_crypto_fetch_requests(vid, queue_id, ops, nb_ops)``
 175
 176   Receives (dequeues) ``nb_ops`` virtio-crypto requests from guest, parses
 177   them to DPDK Crypto Operations, and fills the ``ops`` with parsing results.
 178
 179 * ``rte_vhost_crypto_finalize_requests(queue_id, ops, nb_ops)``
 180
 181   After the ``ops`` are dequeued from Cryptodev, finalizes the jobs and
 182   notifies the guest(s).
 183
 184 * ``rte_vhost_crypto_set_zero_copy(vid, option)``
 185
 186   Enable or disable zero copy feature of the vhost crypto backend.
 187
 188 Vhost-user Implementations
 189 --------------------------
 190
 191 Vhost-user uses Unix domain sockets for passing messages. This means the DPDK
 192 vhost-user implementation has two options:
 193
 194 * DPDK vhost-user acts as the server.
 195
 196   DPDK will create a Unix domain socket server file and listen for
 197   connections from the frontend.
 198
 199   Note, this is the default mode, and the only mode before DPDK v16.07.
 200
 201
 202 * DPDK vhost-user acts as the client.
 203
 204   Unlike the server mode, this mode doesn't create the socket file;
 205   it just tries to connect to the server (which responses to create the
 206   file instead).
 207
 208   When the DPDK vhost-user application restarts, DPDK vhost-user will try to
 209   connect to the server again. This is how the "reconnect" feature works.
 210
 211   .. Note::
 212      * The "reconnect" feature requires **QEMU v2.7** (or above).
 213
 214      * The vhost supported features must be exactly the same before and
 215        after the restart. For example, if TSO is disabled and then enabled,
 216        nothing will work and issues undefined might happen.
 217
 218 No matter which mode is used, once a connection is established, DPDK
 219 vhost-user will start receiving and processing vhost messages from QEMU.
 220
 221 For messages with a file descriptor, the file descriptor can be used directly
 222 in the vhost process as it is already installed by the Unix domain socket.
 223
 224 The supported vhost messages are:
 225
 226 * ``VHOST_SET_MEM_TABLE``
 227 * ``VHOST_SET_VRING_KICK``
 228 * ``VHOST_SET_VRING_CALL``
 229 * ``VHOST_SET_LOG_FD``
 230 * ``VHOST_SET_VRING_ERR``
 231
 232 For ``VHOST_SET_MEM_TABLE`` message, QEMU will send information for each
 233 memory region and its file descriptor in the ancillary data of the message.
 234 The file descriptor is used to map that region.
 235
 236 ``VHOST_SET_VRING_KICK`` is used as the signal to put the vhost device into
 237 the data plane, and ``VHOST_GET_VRING_BASE`` is used as the signal to remove
 238 the vhost device from the data plane.
 239
 240 When the socket connection is closed, vhost will destroy the device.
 241
 242 Guest memory requirement
 243 ------------------------
 244
 245 * Memory pre-allocation
 246
 247   For non-zerocopy, guest memory pre-allocation is not a must. This can help
 248   save of memory. If users really want the guest memory to be pre-allocated
 249   (e.g., for performance reason), we can add option ``-mem-prealloc`` when
 250   starting QEMU. Or, we can lock all memory at vhost side which will force
 251   memory to be allocated when mmap at vhost side; option --mlockall in
 252   ovs-dpdk is an example in hand.
 253
 254   For zerocopy, we force the VM memory to be pre-allocated at vhost lib when
 255   mapping the guest memory; and also we need to lock the memory to prevent
 256   pages being swapped out to disk.
 257
 258 * Memory sharing
 259
 260   Make sure ``share=on`` QEMU option is given. vhost-user will not work with
 261   a QEMU version without shared memory mapping.
 262
 263 Vhost supported vSwitch reference
 264 ---------------------------------
 265
 266 For more vhost details and how to support vhost in vSwitch, please refer to
 267 the vhost example in the DPDK Sample Applications Guide.