5c3fb764f625755a2682a9d7b3aae49bacfa8fc4
[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 - Link state information is provided.
82 - RX interrupts.
83
84 Configuration
85 -------------
86
87 Compilation options
88 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
89
90 These options can be modified in the ``.config`` file.
91
92 - ``CONFIG_RTE_LIBRTE_MLX4_PMD`` (default **n**)
93
94   Toggle compilation of librte_pmd_mlx4 itself.
95
96 - ``CONFIG_RTE_LIBRTE_MLX4_DEBUG`` (default **n**)
97
98   Toggle debugging code and stricter compilation flags. Enabling this option
99   adds additional run-time checks and debugging messages at the cost of
100   lower performance.
101
102 - ``CONFIG_RTE_LIBRTE_MLX4_DEBUG_BROKEN_VERBS`` (default **n**)
103
104   Mellanox OFED versions earlier than 4.2 may return false errors from
105   Verbs object destruction APIs after the device is plugged out.
106   Enabling this option replaces assertion checks that cause the program
107   to abort with harmless debugging messages as a workaround.
108   Relevant only when CONFIG_RTE_LIBRTE_MLX4_DEBUG is enabled.
109
110 - ``CONFIG_RTE_LIBRTE_MLX4_MAX_INLINE`` (default **0**)
111
112   Amount of data to be inlined during TX operations. Improves latency but
113   lowers throughput.
114
115 - ``CONFIG_RTE_LIBRTE_MLX4_TX_MP_CACHE`` (default **8**)
116
117   Maximum number of cached memory pools (MPs) per TX queue. Each MP from
118   which buffers are to be transmitted must be associated to memory regions
119   (MRs). This is a slow operation that must be cached.
120
121   This value is always 1 for RX queues since they use a single MP.
122
123 Environment variables
124 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
125
126 - ``MLX4_INLINE_RECV_SIZE``
127
128   A nonzero value enables inline receive for packets up to that size. May
129   significantly improve performance in some cases but lower it in
130   others. Requires careful testing.
131
132 Run-time configuration
133 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
134
135 - librte_pmd_mlx4 brings kernel network interfaces up during initialization
136   because it is affected by their state. Forcing them down prevents packets
137   reception.
138
139 - **ethtool** operations on related kernel interfaces also affect the PMD.
140
141 - ``port`` parameter [int]
142
143   This parameter provides a physical port to probe and can be specified multiple
144   times for additional ports. All ports are probed by default if left
145   unspecified.
146
147 Kernel module parameters
148 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
149
150 The **mlx4_core** kernel module has several parameters that affect the
151 behavior and/or the performance of librte_pmd_mlx4. Some of them are described
152 below.
153
154 - **num_vfs** (integer or triplet, optionally prefixed by device address
155   strings)
156
157   Create the given number of VFs on the specified devices.
158
159 - **log_num_mgm_entry_size** (integer)
160
161   Device-managed flow steering (DMFS) is required by DPDK applications. It is
162   enabled by using a negative value, the last four bits of which have a
163   special meaning.
164
165   - **-1**: force device-managed flow steering (DMFS).
166   - **-7**: configure optimized steering mode to improve performance with the
167     following limitation: VLAN filtering is not supported with this mode.
168     This is the recommended mode in case VLAN filter is not needed.
169
170 Prerequisites
171 -------------
172
173 This driver relies on external libraries and kernel drivers for resources
174 allocations and initialization. The following dependencies are not part of
175 DPDK and must be installed separately:
176
177 - **libibverbs**
178
179   User space verbs framework used by librte_pmd_mlx4. This library provides
180   a generic interface between the kernel and low-level user space drivers
181   such as libmlx4.
182
183   It allows slow and privileged operations (context initialization, hardware
184   resources allocations) to be managed by the kernel and fast operations to
185   never leave user space.
186
187 - **libmlx4**
188
189   Low-level user space driver library for Mellanox ConnectX-3 devices,
190   it is automatically loaded by libibverbs.
191
192   This library basically implements send/receive calls to the hardware
193   queues.
194
195 - **Kernel modules** (mlnx-ofed-kernel)
196
197   They provide the kernel-side verbs API and low level device drivers that
198   manage actual hardware initialization and resources sharing with user
199   space processes.
200
201   Unlike most other PMDs, these modules must remain loaded and bound to
202   their devices:
203
204   - mlx4_core: hardware driver managing Mellanox ConnectX-3 devices.
205   - mlx4_en: Ethernet device driver that provides kernel network interfaces.
206   - mlx4_ib: InifiniBand device driver.
207   - ib_uverbs: user space driver for verbs (entry point for libibverbs).
208
209 - **Firmware update**
210
211   Mellanox OFED releases include firmware updates for ConnectX-3 adapters.
212
213   Because each release provides new features, these updates must be applied to
214   match the kernel modules and libraries they come with.
215
216 .. note::
217
218    Both libraries are BSD and GPL licensed. Linux kernel modules are GPL
219    licensed.
220
221 Currently supported by DPDK:
222
223 - Mellanox OFED **4.1**.
224 - Firmware version **2.36.5000** and above.
225
226 Getting Mellanox OFED
227 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
228
229 While these libraries and kernel modules are available on OpenFabrics
230 Alliance's `website <https://www.openfabrics.org/>`_ and provided by package
231 managers on most distributions, this PMD requires Ethernet extensions that
232 may not be supported at the moment (this is a work in progress).
233
234 `Mellanox OFED
235 <http://www.mellanox.com/page/products_dyn?product_family=26&mtag=linux_sw_drivers>`_
236 includes the necessary support and should be used in the meantime. For DPDK,
237 only libibverbs, libmlx4, mlnx-ofed-kernel packages and firmware updates are
238 required from that distribution.
239
240 .. note::
241
242    Several versions of Mellanox OFED are available. Installing the version
243    this DPDK release was developed and tested against is strongly
244    recommended. Please check the `prerequisites`_.
245
246 Supported NICs
247 --------------
248
249 * Mellanox(R) ConnectX(R)-3 Pro 40G MCX354A-FCC_Ax (2*40G)
250
251 Quick Start Guide
252 -----------------
253
254 1. Download latest Mellanox OFED. For more info check the  `prerequisites`_.
255
256 2. Install the required libraries and kernel modules either by installing
257    only the required set, or by installing the entire Mellanox OFED:
258
259    For bare metal use:
260
261    .. code-block:: console
262
263         ./mlnxofedinstall
264
265    For SR-IOV hypervisors use:
266
267    .. code-block:: console
268
269         ./mlnxofedinstall --enable-sriov -hypervisor
270
271    For SR-IOV virtual machine use:
272
273    .. code-block:: console
274
275         ./mlnxofedinstall --guest
276
277 3. Verify the firmware is the correct one:
278
279    .. code-block:: console
280
281         ibv_devinfo
282
283 4. Set all ports links to Ethernet, follow instructions on the screen:
284
285    .. code-block:: console
286
287         connectx_port_config
288
289    Or in the manual way:
290
291    .. code-block:: console
292
293         PCI=<NIC PCI address>
294         echo eth > "/sys/bus/pci/devices/$PCI/mlx4_port0"
295         echo eth > "/sys/bus/pci/devices/$PCI/mlx4_port1"
296
297 5. In case of bare metal or hypervisor, configure optimized steering mode
298    by adding the following line to ``/etc/modprobe.d/mlx4_core.conf``:
299
300    .. code-block:: console
301
302         options mlx4_core log_num_mgm_entry_size=-7
303
304    .. note::
305
306         If VLAN filtering is used, set log_num_mgm_entry_size=-1.
307         Performance degradation can occur on this case.
308
309 6. Restart the driver:
310
311    .. code-block:: console
312
313         /etc/init.d/openibd restart
314
315    or:
316
317    .. code-block:: console
318
319         service openibd restart
320
321 7. Compile DPDK and you are ready to go. See instructions on
322    :ref:`Development Kit Build System <Development_Kit_Build_System>`
323
324 Performance tuning
325 ------------------
326
327 1. Verify the optimized steering mode is configured:
328
329   .. code-block:: console
330
331         cat /sys/module/mlx4_core/parameters/log_num_mgm_entry_size
332
333 2. Use environment variable MLX4_INLINE_RECV_SIZE=64 to get maximum
334    performance for 64B messages.
335
336 3. Use the CPU near local NUMA node to which the PCIe adapter is connected,
337    for better performance. For VMs, verify that the right CPU
338    and NUMA node are pinned according to the above. Run:
339
340    .. code-block:: console
341
342         lstopo-no-graphics
343
344    to identify the NUMA node to which the PCIe adapter is connected.
345
346 4. If more than one adapter is used, and root complex capabilities allow
347    to put both adapters on the same NUMA node without PCI bandwidth degradation,
348    it is recommended to locate both adapters on the same NUMA node.
349    This in order to forward packets from one to the other without
350    NUMA performance penalty.
351
352 5. Disable pause frames:
353
354    .. code-block:: console
355
356         ethtool -A <netdev> rx off tx off
357
358 6. Verify IO non-posted prefetch is disabled by default. This can be checked
359    via the BIOS configuration. Please contact you server provider for more
360    information about the settings.
361
362 .. note::
363
364         On some machines, depends on the machine integrator, it is beneficial
365         to set the PCI max read request parameter to 1K. This can be
366         done in the following way:
367
368         To query the read request size use:
369
370         .. code-block:: console
371
372                 setpci -s <NIC PCI address> 68.w
373
374         If the output is different than 3XXX, set it by:
375
376         .. code-block:: console
377
378                 setpci -s <NIC PCI address> 68.w=3XXX
379
380         The XXX can be different on different systems. Make sure to configure
381         according to the setpci output.
382
383 Usage example
384 -------------
385
386 This section demonstrates how to launch **testpmd** with Mellanox ConnectX-3
387 devices managed by librte_pmd_mlx4.
388
389 #. Load the kernel modules:
390
391    .. code-block:: console
392
393       modprobe -a ib_uverbs mlx4_en mlx4_core mlx4_ib
394
395    Alternatively if MLNX_OFED is fully installed, the following script can
396    be run:
397
398    .. code-block:: console
399
400       /etc/init.d/openibd restart
401
402    .. note::
403
404       User space I/O kernel modules (uio and igb_uio) are not used and do
405       not have to be loaded.
406
407 #. Make sure Ethernet interfaces are in working order and linked to kernel
408    verbs. Related sysfs entries should be present:
409
410    .. code-block:: console
411
412       ls -d /sys/class/net/*/device/infiniband_verbs/uverbs* | cut -d / -f 5
413
414    Example output:
415
416    .. code-block:: console
417
418       eth2
419       eth3
420       eth4
421       eth5
422
423 #. Optionally, retrieve their PCI bus addresses for whitelisting:
424
425    .. code-block:: console
426
427       {
428           for intf in eth2 eth3 eth4 eth5;
429           do
430               (cd "/sys/class/net/${intf}/device/" && pwd -P);
431           done;
432       } |
433       sed -n 's,.*/\(.*\),-w \1,p'
434
435    Example output:
436
437    .. code-block:: console
438
439       -w 0000:83:00.0
440       -w 0000:83:00.0
441       -w 0000:84:00.0
442       -w 0000:84:00.0
443
444    .. note::
445
446       There are only two distinct PCI bus addresses because the Mellanox
447       ConnectX-3 adapters installed on this system are dual port.
448
449 #. Request huge pages:
450
451    .. code-block:: console
452
453       echo 1024 > /sys/kernel/mm/hugepages/hugepages-2048kB/nr_hugepages/nr_hugepages
454
455 #. Start testpmd with basic parameters:
456
457    .. code-block:: console
458
459       testpmd -l 8-15 -n 4 -w 0000:83:00.0 -w 0000:84:00.0 -- --rxq=2 --txq=2 -i
460
461    Example output:
462
463    .. code-block:: console
464
465       [...]
466       EAL: PCI device 0000:83:00.0 on NUMA socket 1
467       EAL:   probe driver: 15b3:1007 librte_pmd_mlx4
468       PMD: librte_pmd_mlx4: PCI information matches, using device "mlx4_0" (VF: false)
469       PMD: librte_pmd_mlx4: 2 port(s) detected
470       PMD: librte_pmd_mlx4: port 1 MAC address is 00:02:c9:b5:b7:50
471       PMD: librte_pmd_mlx4: port 2 MAC address is 00:02:c9:b5:b7:51
472       EAL: PCI device 0000:84:00.0 on NUMA socket 1
473       EAL:   probe driver: 15b3:1007 librte_pmd_mlx4
474       PMD: librte_pmd_mlx4: PCI information matches, using device "mlx4_1" (VF: false)
475       PMD: librte_pmd_mlx4: 2 port(s) detected
476       PMD: librte_pmd_mlx4: port 1 MAC address is 00:02:c9:b5:ba:b0
477       PMD: librte_pmd_mlx4: port 2 MAC address is 00:02:c9:b5:ba:b1
478       Interactive-mode selected
479       Configuring Port 0 (socket 0)
480       PMD: librte_pmd_mlx4: 0x867d60: TX queues number update: 0 -> 2
481       PMD: librte_pmd_mlx4: 0x867d60: RX queues number update: 0 -> 2
482       Port 0: 00:02:C9:B5:B7:50
483       Configuring Port 1 (socket 0)
484       PMD: librte_pmd_mlx4: 0x867da0: TX queues number update: 0 -> 2
485       PMD: librte_pmd_mlx4: 0x867da0: RX queues number update: 0 -> 2
486       Port 1: 00:02:C9:B5:B7:51
487       Configuring Port 2 (socket 0)
488       PMD: librte_pmd_mlx4: 0x867de0: TX queues number update: 0 -> 2
489       PMD: librte_pmd_mlx4: 0x867de0: RX queues number update: 0 -> 2
490       Port 2: 00:02:C9:B5:BA:B0
491       Configuring Port 3 (socket 0)
492       PMD: librte_pmd_mlx4: 0x867e20: TX queues number update: 0 -> 2
493       PMD: librte_pmd_mlx4: 0x867e20: RX queues number update: 0 -> 2
494       Port 3: 00:02:C9:B5:BA:B1
495       Checking link statuses...
496       Port 0 Link Up - speed 10000 Mbps - full-duplex
497       Port 1 Link Up - speed 40000 Mbps - full-duplex
498       Port 2 Link Up - speed 10000 Mbps - full-duplex
499       Port 3 Link Up - speed 40000 Mbps - full-duplex
500       Done
501       testpmd>