doc: fix ethtool app path
[dpdk.git] / doc / guides / sample_app_ug / l2_forward_real_virtual.rst
1 ..  SPDX-License-Identifier: BSD-3-Clause
2     Copyright(c) 2010-2014 Intel Corporation.
3
4 .. _l2_fwd_app_real_and_virtual:
5
6 L2 Forwarding Sample Application (in Real and Virtualized Environments)
7 =======================================================================
8
9 The L2 Forwarding sample application is a simple example of packet processing using
10 the Data Plane Development Kit (DPDK) which
11 also takes advantage of Single Root I/O Virtualization (SR-IOV) features in a virtualized environment.
12
13 .. note::
14
15     Please note that previously a separate L2 Forwarding in Virtualized Environments sample application was used,
16     however, in later DPDK versions these sample applications have been merged.
17
18 Overview
19 --------
20
21 The L2 Forwarding sample application, which can operate in real and virtualized environments,
22 performs L2 forwarding for each packet that is received on an RX_PORT.
23 The destination port is the adjacent port from the enabled portmask, that is,
24 if the first four ports are enabled (portmask 0xf),
25 ports 1 and 2 forward into each other, and ports 3 and 4 forward into each other.
26 Also, if MAC addresses updating is enabled, the MAC addresses are affected as follows:
27
28 *   The source MAC address is replaced by the TX_PORT MAC address
29
30 *   The destination MAC address is replaced by  02:00:00:00:00:TX_PORT_ID
31
32 This application can be used to benchmark performance using a traffic-generator, as shown in the :numref:`figure_l2_fwd_benchmark_setup`,
33 or in a virtualized environment as shown in :numref:`figure_l2_fwd_virtenv_benchmark_setup`.
34
35 .. _figure_l2_fwd_benchmark_setup:
36
37 .. figure:: img/l2_fwd_benchmark_setup.*
38
39    Performance Benchmark Setup (Basic Environment)
40
41 .. _figure_l2_fwd_virtenv_benchmark_setup:
42
43 .. figure:: img/l2_fwd_virtenv_benchmark_setup.*
44
45    Performance Benchmark Setup (Virtualized Environment)
46
47 This application may be used for basic VM to VM communication as shown in :numref:`figure_l2_fwd_vm2vm`,
48 when MAC addresses updating is disabled.
49
50 .. _figure_l2_fwd_vm2vm:
51
52 .. figure:: img/l2_fwd_vm2vm.*
53
54    Virtual Machine to Virtual Machine communication.
55
56 The L2 Forwarding application can also be used as a starting point for developing a new application based on the DPDK.
57
58 .. _l2_fwd_vf_setup:
59
60 Virtual Function Setup Instructions
61 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
62
63 This application can use the virtual function available in the system and
64 therefore can be used in a virtual machine without passing through
65 the whole Network Device into a guest machine in a virtualized scenario.
66 The virtual functions can be enabled in the host machine or the hypervisor with the respective physical function driver.
67
68 For example, in a Linux* host machine, it is possible to enable a virtual function using the following command:
69
70 .. code-block:: console
71
72     modprobe ixgbe max_vfs=2,2
73
74 This command enables two Virtual Functions on each of Physical Function of the NIC,
75 with two physical ports in the PCI configuration space.
76 It is important to note that enabled Virtual Function 0 and 2 would belong to Physical Function 0
77 and Virtual Function 1 and 3 would belong to Physical Function 1,
78 in this case enabling a total of four Virtual Functions.
79
80 Compiling the Application
81 -------------------------
82
83 To compile the sample application see :doc:`compiling`.
84
85 The application is located in the ``l2fwd`` sub-directory.
86
87 Running the Application
88 -----------------------
89
90 The application requires a number of command line options:
91
92 .. code-block:: console
93
94     ./build/l2fwd [EAL options] -- -p PORTMASK
95                                    [-q NQ]
96                                    --[no-]mac-updating
97                                    [--portmap="(port, port)[,(port, port)]"]
98
99 where,
100
101 *   p PORTMASK: A hexadecimal bitmask of the ports to configure
102
103 *   q NQ: A number of queues (=ports) per lcore (default is 1)
104
105 *   --[no-]mac-updating: Enable or disable MAC addresses updating (enabled by default)
106
107 *   --portmap="(port,port)[,(port,port)]": Determines forwarding ports mapping.
108
109 To run the application in linux environment with 4 lcores, 16 ports and 8 RX queues per lcore and MAC address
110 updating enabled, issue the command:
111
112 .. code-block:: console
113
114     $ ./build/l2fwd -l 0-3 -n 4 -- -q 8 -p ffff
115
116 To run the application in linux environment with 4 lcores, 4 ports, 8 RX queues
117 per lcore, to forward RX traffic of ports 0 & 1 on ports 2 & 3 respectively and
118 vice versa, issue the command:
119
120 .. code-block:: console
121
122     $ ./build/l2fwd -l 0-3 -n 4 -- -q 8 -p f --portmap="(0,2)(1,3)"
123
124 Refer to the *DPDK Getting Started Guide* for general information on running applications
125 and the Environment Abstraction Layer (EAL) options.
126
127 Explanation
128 -----------
129
130 The following sections provide some explanation of the code.
131
132 .. _l2_fwd_app_cmd_arguments:
133
134 Command Line Arguments
135 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
136
137 The L2 Forwarding sample application takes specific parameters,
138 in addition to Environment Abstraction Layer (EAL) arguments.
139 The preferred way to parse parameters is to use the getopt() function,
140 since it is part of a well-defined and portable library.
141
142 The parsing of arguments is done in the l2fwd_parse_args() function.
143 The method of argument parsing is not described here.
144 Refer to the *glibc getopt(3)* man page for details.
145
146 EAL arguments are parsed first, then application-specific arguments.
147 This is done at the beginning of the main() function:
148
149 .. code-block:: c
150
151     /* init EAL */
152
153     ret = rte_eal_init(argc, argv);
154     if (ret < 0)
155         rte_exit(EXIT_FAILURE, "Invalid EAL arguments\n");
156
157     argc -= ret;
158     argv += ret;
159
160     /* parse application arguments (after the EAL ones) */
161
162     ret = l2fwd_parse_args(argc, argv);
163     if (ret < 0)
164         rte_exit(EXIT_FAILURE, "Invalid L2FWD arguments\n");
165
166 .. _l2_fwd_app_mbuf_init:
167
168 Mbuf Pool Initialization
169 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
170
171 Once the arguments are parsed, the mbuf pool is created.
172 The mbuf pool contains a set of mbuf objects that will be used by the driver
173 and the application to store network packet data:
174
175 .. code-block:: c
176
177     /* create the mbuf pool */
178
179     l2fwd_pktmbuf_pool = rte_pktmbuf_pool_create("mbuf_pool", NB_MBUF,
180         MEMPOOL_CACHE_SIZE, 0, RTE_MBUF_DEFAULT_BUF_SIZE,
181         rte_socket_id());
182
183     if (l2fwd_pktmbuf_pool == NULL)
184         rte_panic("Cannot init mbuf pool\n");
185
186 The rte_mempool is a generic structure used to handle pools of objects.
187 In this case, it is necessary to create a pool that will be used by the driver.
188 The number of allocated pkt mbufs is NB_MBUF, with a data room size of
189 RTE_MBUF_DEFAULT_BUF_SIZE each.
190 A per-lcore cache of 32 mbufs is kept.
191 The memory is allocated in NUMA socket 0,
192 but it is possible to extend this code to allocate one mbuf pool per socket.
193
194 The rte_pktmbuf_pool_create() function uses the default mbuf pool and mbuf
195 initializers, respectively rte_pktmbuf_pool_init() and rte_pktmbuf_init().
196 An advanced application may want to use the mempool API to create the
197 mbuf pool with more control.
198
199 .. _l2_fwd_app_dvr_init:
200
201 Driver Initialization
202 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
203
204 The main part of the code in the main() function relates to the initialization of the driver.
205 To fully understand this code, it is recommended to study the chapters that related to the Poll Mode Driver
206 in the *DPDK Programmer's Guide* - Rel 1.4 EAR and the *DPDK API Reference*.
207
208 .. code-block:: c
209
210     /* reset l2fwd_dst_ports */
211
212     for (portid = 0; portid < RTE_MAX_ETHPORTS; portid++)
213         l2fwd_dst_ports[portid] = 0;
214
215     last_port = 0;
216
217     /*
218      * Each logical core is assigned a dedicated TX queue on each port.
219      */
220
221     RTE_ETH_FOREACH_DEV(portid) {
222         /* skip ports that are not enabled */
223
224         if ((l2fwd_enabled_port_mask & (1 << portid)) == 0)
225            continue;
226
227         if (nb_ports_in_mask % 2) {
228             l2fwd_dst_ports[portid] = last_port;
229             l2fwd_dst_ports[last_port] = portid;
230         }
231         else
232            last_port = portid;
233
234         nb_ports_in_mask++;
235
236         rte_eth_dev_info_get((uint8_t) portid, &dev_info);
237     }
238
239 The next step is to configure the RX and TX queues.
240 For each port, there is only one RX queue (only one lcore is able to poll a given port).
241 The number of TX queues depends on the number of available lcores.
242 The rte_eth_dev_configure() function is used to configure the number of queues for a port:
243
244 .. code-block:: c
245
246     ret = rte_eth_dev_configure((uint8_t)portid, 1, 1, &port_conf);
247     if (ret < 0)
248         rte_exit(EXIT_FAILURE, "Cannot configure device: "
249             "err=%d, port=%u\n",
250             ret, portid);
251
252 .. _l2_fwd_app_rx_init:
253
254 RX Queue Initialization
255 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
256
257 The application uses one lcore to poll one or several ports, depending on the -q option,
258 which specifies the number of queues per lcore.
259
260 For example, if the user specifies -q 4, the application is able to poll four ports with one lcore.
261 If there are 16 ports on the target (and if the portmask argument is -p ffff ),
262 the application will need four lcores to poll all the ports.
263
264 .. code-block:: c
265
266     ret = rte_eth_rx_queue_setup((uint8_t) portid, 0, nb_rxd, SOCKET0, &rx_conf, l2fwd_pktmbuf_pool);
267     if (ret < 0)
268
269         rte_exit(EXIT_FAILURE, "rte_eth_rx_queue_setup: "
270             "err=%d, port=%u\n",
271             ret, portid);
272
273 The list of queues that must be polled for a given lcore is stored in a private structure called struct lcore_queue_conf.
274
275 .. code-block:: c
276
277     struct lcore_queue_conf {
278         unsigned n_rx_port;
279         unsigned rx_port_list[MAX_RX_QUEUE_PER_LCORE];
280         struct mbuf_table tx_mbufs[L2FWD_MAX_PORTS];
281     } rte_cache_aligned;
282
283     struct lcore_queue_conf lcore_queue_conf[RTE_MAX_LCORE];
284
285 The values n_rx_port and rx_port_list[] are used in the main packet processing loop
286 (see :ref:`l2_fwd_app_rx_tx_packets`).
287
288 .. _l2_fwd_app_tx_init:
289
290 TX Queue Initialization
291 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
292
293 Each lcore should be able to transmit on any port. For every port, a single TX queue is initialized.
294
295 .. code-block:: c
296
297     /* init one TX queue on each port */
298
299     fflush(stdout);
300
301     ret = rte_eth_tx_queue_setup((uint8_t) portid, 0, nb_txd, rte_eth_dev_socket_id(portid), &tx_conf);
302     if (ret < 0)
303         rte_exit(EXIT_FAILURE, "rte_eth_tx_queue_setup:err=%d, port=%u\n", ret, (unsigned) portid);
304
305 The global configuration for TX queues is stored in a static structure:
306
307 .. code-block:: c
308
309     static const struct rte_eth_txconf tx_conf = {
310         .tx_thresh = {
311             .pthresh = TX_PTHRESH,
312             .hthresh = TX_HTHRESH,
313             .wthresh = TX_WTHRESH,
314         },
315         .tx_free_thresh = RTE_TEST_TX_DESC_DEFAULT + 1, /* disable feature */
316     };
317
318 .. _l2_fwd_app_rx_tx_packets:
319
320 Receive, Process and Transmit Packets
321 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
322
323 In the l2fwd_main_loop() function, the main task is to read ingress packets from the RX queues.
324 This is done using the following code:
325
326 .. code-block:: c
327
328     /*
329      * Read packet from RX queues
330      */
331
332     for (i = 0; i < qconf->n_rx_port; i++) {
333         portid = qconf->rx_port_list[i];
334         nb_rx = rte_eth_rx_burst((uint8_t) portid, 0,  pkts_burst, MAX_PKT_BURST);
335
336         for (j = 0; j < nb_rx; j++) {
337             m = pkts_burst[j];
338             rte_prefetch0[rte_pktmbuf_mtod(m, void *)); l2fwd_simple_forward(m, portid);
339         }
340     }
341
342 Packets are read in a burst of size MAX_PKT_BURST.
343 The rte_eth_rx_burst() function writes the mbuf pointers in a local table and returns the number of available mbufs in the table.
344
345 Then, each mbuf in the table is processed by the l2fwd_simple_forward() function.
346 The processing is very simple: process the TX port from the RX port, then replace the source and destination MAC addresses if MAC
347 addresses updating is enabled.
348
349 .. note::
350
351     In the following code, one line for getting the output port requires some explanation.
352
353 During the initialization process, a static array of destination ports (l2fwd_dst_ports[]) is filled such that for each source port,
354 a destination port is assigned that is either the next or previous enabled port from the portmask.
355 Naturally, the number of ports in the portmask must be even, otherwise, the application exits.
356
357 .. code-block:: c
358
359     static void
360     l2fwd_simple_forward(struct rte_mbuf *m, unsigned portid)
361     {
362         struct rte_ether_hdr *eth;
363         void *tmp;
364         unsigned dst_port;
365
366         dst_port = l2fwd_dst_ports[portid];
367
368         eth = rte_pktmbuf_mtod(m, struct rte_ether_hdr *);
369
370         /* 02:00:00:00:00:xx */
371
372         tmp = &eth->d_addr.addr_bytes[0];
373
374         *((uint64_t *)tmp) = 0x000000000002 + ((uint64_t) dst_port << 40);
375
376         /* src addr */
377
378         rte_ether_addr_copy(&l2fwd_ports_eth_addr[dst_port], &eth->s_addr);
379
380         l2fwd_send_packet(m, (uint8_t) dst_port);
381     }
382
383 Then, the packet is sent using the l2fwd_send_packet (m, dst_port) function.
384 For this test application, the processing is exactly the same for all packets arriving on the same RX port.
385 Therefore, it would have been possible to call the l2fwd_send_burst() function directly from the main loop
386 to send all the received packets on the same TX port,
387 using the burst-oriented send function, which is more efficient.
388
389 However, in real-life applications (such as, L3 routing),
390 packet N is not necessarily forwarded on the same port as packet N-1.
391 The application is implemented to illustrate that, so the same approach can be reused in a more complex application.
392
393 The l2fwd_send_packet() function stores the packet in a per-lcore and per-txport table.
394 If the table is full, the whole packets table is transmitted using the l2fwd_send_burst() function:
395
396 .. code-block:: c
397
398     /* Send the packet on an output interface */
399
400     static int
401     l2fwd_send_packet(struct rte_mbuf *m, uint16_t port)
402     {
403         unsigned lcore_id, len;
404         struct lcore_queue_conf *qconf;
405
406         lcore_id = rte_lcore_id();
407         qconf = &lcore_queue_conf[lcore_id];
408         len = qconf->tx_mbufs[port].len;
409         qconf->tx_mbufs[port].m_table[len] = m;
410         len++;
411
412         /* enough pkts to be sent */
413
414         if (unlikely(len == MAX_PKT_BURST)) {
415             l2fwd_send_burst(qconf, MAX_PKT_BURST, port);
416             len = 0;
417         }
418
419         qconf->tx_mbufs[port].len = len; return 0;
420     }
421
422 To ensure that no packets remain in the tables, each lcore does a draining of TX queue in its main loop.
423 This technique introduces some latency when there are not many packets to send,
424 however it improves performance:
425
426 .. code-block:: c
427
428     cur_tsc = rte_rdtsc();
429
430     /*
431      *   TX burst queue drain
432      */
433
434     diff_tsc = cur_tsc - prev_tsc;
435
436     if (unlikely(diff_tsc > drain_tsc)) {
437         for (portid = 0; portid < RTE_MAX_ETHPORTS; portid++) {
438             if (qconf->tx_mbufs[portid].len == 0)
439                 continue;
440
441             l2fwd_send_burst(&lcore_queue_conf[lcore_id], qconf->tx_mbufs[portid].len, (uint8_t) portid);
442
443             qconf->tx_mbufs[portid].len = 0;
444         }
445
446         /* if timer is enabled */
447
448         if (timer_period > 0) {
449             /* advance the timer */
450
451             timer_tsc += diff_tsc;
452
453             /* if timer has reached its timeout */
454
455             if (unlikely(timer_tsc >= (uint64_t) timer_period)) {
456                 /* do this only on master core */
457
458                 if (lcore_id == rte_get_master_lcore()) {
459                     print_stats();
460
461                     /* reset the timer */
462                     timer_tsc = 0;
463                 }
464             }
465         }
466
467         prev_tsc = cur_tsc;
468     }