d0e8a8b2ffd4ee385af1e975caced932ba70d3ac
[dpdk.git] / doc / guides / nics / mlx4.rst
1 ..  SPDX-License-Identifier: BSD-3-Clause
2     Copyright 2012 6WIND S.A.
3     Copyright 2015 Mellanox Technologies, Ltd
4
5 MLX4 poll mode driver library
6 =============================
7
8 The MLX4 poll mode driver library (**librte_pmd_mlx4**) implements support
9 for **Mellanox ConnectX-3** and **Mellanox ConnectX-3 Pro** 10/40 Gbps adapters
10 as well as their virtual functions (VF) in SR-IOV context.
11
12 Information and documentation about this family of adapters can be found on
13 the `Mellanox website <http://www.mellanox.com>`_. Help is also provided by
14 the `Mellanox community <http://community.mellanox.com/welcome>`_.
15
16 There is also a `section dedicated to this poll mode driver
17 <http://www.mellanox.com/page/products_dyn?product_family=209&mtag=pmd_for_dpdk>`_.
18
19 .. note::
20
21    Due to external dependencies, this driver is disabled by default. It must
22    be enabled manually by setting ``CONFIG_RTE_LIBRTE_MLX4_PMD=y`` and
23    recompiling DPDK.
24
25 Implementation details
26 ----------------------
27
28 Most Mellanox ConnectX-3 devices provide two ports but expose a single PCI
29 bus address, thus unlike most drivers, librte_pmd_mlx4 registers itself as a
30 PCI driver that allocates one Ethernet device per detected port.
31
32 For this reason, one cannot white/blacklist a single port without also
33 white/blacklisting the others on the same device.
34
35 Besides its dependency on libibverbs (that implies libmlx4 and associated
36 kernel support), librte_pmd_mlx4 relies heavily on system calls for control
37 operations such as querying/updating the MTU and flow control parameters.
38
39 For security reasons and robustness, this driver only deals with virtual
40 memory addresses. The way resources allocations are handled by the kernel
41 combined with hardware specifications that allow it to handle virtual memory
42 addresses directly ensure that DPDK applications cannot access random
43 physical memory (or memory that does not belong to the current process).
44
45 This capability allows the PMD to coexist with kernel network interfaces
46 which remain functional, although they stop receiving unicast packets as
47 long as they share the same MAC address.
48
49 The :ref:`flow_isolated_mode` is supported.
50
51 Compiling librte_pmd_mlx4 causes DPDK to be linked against libibverbs.
52
53 Configuration
54 -------------
55
56 Compilation options
57 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
58
59 These options can be modified in the ``.config`` file.
60
61 - ``CONFIG_RTE_LIBRTE_MLX4_PMD`` (default **n**)
62
63   Toggle compilation of librte_pmd_mlx4 itself.
64
65 - ``CONFIG_RTE_IBVERBS_LINK_DLOPEN`` (default **n**)
66
67   Build PMD with additional code to make it loadable without hard
68   dependencies on **libibverbs** nor **libmlx4**, which may not be installed
69   on the target system.
70
71   In this mode, their presence is still required for it to run properly,
72   however their absence won't prevent a DPDK application from starting (with
73   ``CONFIG_RTE_BUILD_SHARED_LIB`` disabled) and they won't show up as
74   missing with ``ldd(1)``.
75
76   It works by moving these dependencies to a purpose-built rdma-core "glue"
77   plug-in which must either be installed in a directory whose name is based
78   on ``CONFIG_RTE_EAL_PMD_PATH`` suffixed with ``-glue`` if set, or in a
79   standard location for the dynamic linker (e.g. ``/lib``) if left to the
80   default empty string (``""``).
81
82   This option has no performance impact.
83
84 - ``CONFIG_RTE_IBVERBS_LINK_STATIC`` (default **n**)
85
86   Embed static flavor of the dependencies **libibverbs** and **libmlx4**
87   in the PMD shared library or the executable static binary.
88
89 - ``CONFIG_RTE_LIBRTE_MLX4_DEBUG`` (default **n**)
90
91   Toggle debugging code and stricter compilation flags. Enabling this option
92   adds additional run-time checks and debugging messages at the cost of
93   lower performance.
94
95 Environment variables
96 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
97
98 - ``MLX4_GLUE_PATH``
99
100   A list of directories in which to search for the rdma-core "glue" plug-in,
101   separated by colons or semi-colons.
102
103   Only matters when compiled with ``CONFIG_RTE_IBVERBS_LINK_DLOPEN``
104   enabled and most useful when ``CONFIG_RTE_EAL_PMD_PATH`` is also set,
105   since ``LD_LIBRARY_PATH`` has no effect in this case.
106
107 Run-time configuration
108 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
109
110 - librte_pmd_mlx4 brings kernel network interfaces up during initialization
111   because it is affected by their state. Forcing them down prevents packets
112   reception.
113
114 - **ethtool** operations on related kernel interfaces also affect the PMD.
115
116 - ``port`` parameter [int]
117
118   This parameter provides a physical port to probe and can be specified multiple
119   times for additional ports. All ports are probed by default if left
120   unspecified.
121
122 - ``mr_ext_memseg_en`` parameter [int]
123
124   A nonzero value enables extending memseg when registering DMA memory. If
125   enabled, the number of entries in MR (Memory Region) lookup table on datapath
126   is minimized and it benefits performance. On the other hand, it worsens memory
127   utilization because registered memory is pinned by kernel driver. Even if a
128   page in the extended chunk is freed, that doesn't become reusable until the
129   entire memory is freed.
130
131   Enabled by default.
132
133 Kernel module parameters
134 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
135
136 The **mlx4_core** kernel module has several parameters that affect the
137 behavior and/or the performance of librte_pmd_mlx4. Some of them are described
138 below.
139
140 - **num_vfs** (integer or triplet, optionally prefixed by device address
141   strings)
142
143   Create the given number of VFs on the specified devices.
144
145 - **log_num_mgm_entry_size** (integer)
146
147   Device-managed flow steering (DMFS) is required by DPDK applications. It is
148   enabled by using a negative value, the last four bits of which have a
149   special meaning.
150
151   - **-1**: force device-managed flow steering (DMFS).
152   - **-7**: configure optimized steering mode to improve performance with the
153     following limitation: VLAN filtering is not supported with this mode.
154     This is the recommended mode in case VLAN filter is not needed.
155
156 Limitations
157 -----------
158
159 - For secondary process:
160
161   - Forked secondary process not supported.
162   - External memory unregistered in EAL memseg list cannot be used for DMA
163     unless such memory has been registered by ``mlx4_mr_update_ext_mp()`` in
164     primary process and remapped to the same virtual address in secondary
165     process. If the external memory is registered by primary process but has
166     different virtual address in secondary process, unexpected error may happen.
167
168 - CRC stripping is supported by default and always reported as "true".
169   The ability to enable/disable CRC stripping requires OFED version
170   4.3-1.5.0.0 and above  or rdma-core version v18 and above.
171
172 - TSO (Transmit Segmentation Offload) is supported in OFED version
173   4.4 and above.
174
175 Prerequisites
176 -------------
177
178 This driver relies on external libraries and kernel drivers for resources
179 allocations and initialization. The following dependencies are not part of
180 DPDK and must be installed separately:
181
182 - **libibverbs** (provided by rdma-core package)
183
184   User space verbs framework used by librte_pmd_mlx4. This library provides
185   a generic interface between the kernel and low-level user space drivers
186   such as libmlx4.
187
188   It allows slow and privileged operations (context initialization, hardware
189   resources allocations) to be managed by the kernel and fast operations to
190   never leave user space.
191
192 - **libmlx4** (provided by rdma-core package)
193
194   Low-level user space driver library for Mellanox ConnectX-3 devices,
195   it is automatically loaded by libibverbs.
196
197   This library basically implements send/receive calls to the hardware
198   queues.
199
200 - **Kernel modules**
201
202   They provide the kernel-side verbs API and low level device drivers that
203   manage actual hardware initialization and resources sharing with user
204   space processes.
205
206   Unlike most other PMDs, these modules must remain loaded and bound to
207   their devices:
208
209   - mlx4_core: hardware driver managing Mellanox ConnectX-3 devices.
210   - mlx4_en: Ethernet device driver that provides kernel network interfaces.
211   - mlx4_ib: InifiniBand device driver.
212   - ib_uverbs: user space driver for verbs (entry point for libibverbs).
213
214 - **Firmware update**
215
216   Mellanox OFED releases include firmware updates for ConnectX-3 adapters.
217
218   Because each release provides new features, these updates must be applied to
219   match the kernel modules and libraries they come with.
220
221 .. note::
222
223    Both libraries are BSD and GPL licensed. Linux kernel modules are GPL
224    licensed.
225
226 Depending on system constraints and user preferences either RDMA core library
227 with a recent enough Linux kernel release (recommended) or Mellanox OFED,
228 which provides compatibility with older releases.
229
230 Current RDMA core package and Linux kernel (recommended)
231 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
232
233 - Minimal Linux kernel version: 4.14.
234 - Minimal RDMA core version: v15 (see `RDMA core installation documentation`_).
235
236 - Starting with rdma-core v21, static libraries can be built::
237
238     cd build
239     CFLAGS=-fPIC cmake -DIN_PLACE=1 -DENABLE_STATIC=1 -GNinja ..
240     ninja
241
242 .. _`RDMA core installation documentation`: https://raw.githubusercontent.com/linux-rdma/rdma-core/master/README.md
243
244 If rdma-core libraries are built but not installed, DPDK makefile can link them,
245 thanks to these environment variables:
246
247    - ``EXTRA_CFLAGS=-I/path/to/rdma-core/build/include``
248    - ``EXTRA_LDFLAGS=-L/path/to/rdma-core/build/lib``
249    - ``PKG_CONFIG_PATH=/path/to/rdma-core/build/lib/pkgconfig``
250
251 .. _Mellanox_OFED_as_a_fallback:
252
253 Mellanox OFED as a fallback
254 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
255
256 - `Mellanox OFED`_ version: **4.4, 4.5, 4.6**.
257 - firmware version: **2.42.5000** and above.
258
259 .. _`Mellanox OFED`: http://www.mellanox.com/page/products_dyn?product_family=26&mtag=linux_sw_drivers
260
261 .. note::
262
263    Several versions of Mellanox OFED are available. Installing the version
264    this DPDK release was developed and tested against is strongly
265    recommended. Please check the `prerequisites`_.
266
267 Installing Mellanox OFED
268 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
269
270 1. Download latest Mellanox OFED.
271
272 2. Install the required libraries and kernel modules either by installing
273    only the required set, or by installing the entire Mellanox OFED:
274
275    For bare metal use::
276
277         ./mlnxofedinstall --dpdk --upstream-libs
278
279    For SR-IOV hypervisors use::
280
281         ./mlnxofedinstall --dpdk --upstream-libs --enable-sriov --hypervisor
282
283    For SR-IOV virtual machine use::
284
285         ./mlnxofedinstall --dpdk --upstream-libs --guest
286
287 3. Verify the firmware is the correct one::
288
289         ibv_devinfo
290
291 4. Set all ports links to Ethernet, follow instructions on the screen::
292
293         connectx_port_config
294
295 5. Continue with :ref:`section 2 of the Quick Start Guide <QSG_2>`.
296
297 Supported NICs
298 --------------
299
300 * Mellanox(R) ConnectX(R)-3 Pro 40G MCX354A-FCC_Ax (2*40G)
301
302 .. _qsg:
303
304 Quick Start Guide
305 -----------------
306
307 1. Set all ports links to Ethernet::
308
309         PCI=<NIC PCI address>
310         echo eth > "/sys/bus/pci/devices/$PCI/mlx4_port0"
311         echo eth > "/sys/bus/pci/devices/$PCI/mlx4_port1"
312
313    .. note::
314
315         If using Mellanox OFED one can permanently set the port link
316         to Ethernet using connectx_port_config tool provided by it.
317         :ref:`Mellanox_OFED_as_a_fallback`:
318
319 .. _QSG_2:
320
321 2. In case of bare metal or hypervisor, configure optimized steering mode
322    by adding the following line to ``/etc/modprobe.d/mlx4_core.conf``::
323
324         options mlx4_core log_num_mgm_entry_size=-7
325
326    .. note::
327
328         If VLAN filtering is used, set log_num_mgm_entry_size=-1.
329         Performance degradation can occur on this case.
330
331 3. Restart the driver::
332
333         /etc/init.d/openibd restart
334
335    or::
336
337         service openibd restart
338
339 4. 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         cat /sys/module/mlx4_core/parameters/log_num_mgm_entry_size
348
349 2. Use the CPU near local NUMA node to which the PCIe adapter is connected,
350    for better performance. For VMs, verify that the right CPU
351    and NUMA node are pinned according to the above. Run::
352
353         lstopo-no-graphics
354
355    to identify the NUMA node to which the PCIe adapter is connected.
356
357 3. If more than one adapter is used, and root complex capabilities allow
358    to put both adapters on the same NUMA node without PCI bandwidth degradation,
359    it is recommended to locate both adapters on the same NUMA node.
360    This in order to forward packets from one to the other without
361    NUMA performance penalty.
362
363 4. Disable pause frames::
364
365         ethtool -A <netdev> rx off tx off
366
367 5. Verify IO non-posted prefetch is disabled by default. This can be checked
368    via the BIOS configuration. Please contact you server provider for more
369    information about the settings.
370
371 .. note::
372
373         On some machines, depends on the machine integrator, it is beneficial
374         to set the PCI max read request parameter to 1K. This can be
375         done in the following way:
376
377         To query the read request size use::
378
379                 setpci -s <NIC PCI address> 68.w
380
381         If the output is different than 3XXX, set it by::
382
383                 setpci -s <NIC PCI address> 68.w=3XXX
384
385         The XXX can be different on different systems. Make sure to configure
386         according to the setpci output.
387
388 6. To minimize overhead of searching Memory Regions:
389
390    - '--socket-mem' is recommended to pin memory by predictable amount.
391    - Configure per-lcore cache when creating Mempools for packet buffer.
392    - Refrain from dynamically allocating/freeing memory in run-time.
393
394 Usage example
395 -------------
396
397 This section demonstrates how to launch **testpmd** with Mellanox ConnectX-3
398 devices managed by librte_pmd_mlx4.
399
400 #. Load the kernel modules::
401
402       modprobe -a ib_uverbs mlx4_en mlx4_core mlx4_ib
403
404    Alternatively if MLNX_OFED is fully installed, the following script can
405    be run::
406
407       /etc/init.d/openibd restart
408
409    .. note::
410
411       User space I/O kernel modules (uio and igb_uio) are not used and do
412       not have to be loaded.
413
414 #. Make sure Ethernet interfaces are in working order and linked to kernel
415    verbs. Related sysfs entries should be present::
416
417       ls -d /sys/class/net/*/device/infiniband_verbs/uverbs* | cut -d / -f 5
418
419    Example output::
420
421       eth2
422       eth3
423       eth4
424       eth5
425
426 #. Optionally, retrieve their PCI bus addresses for whitelisting::
427
428       {
429           for intf in eth2 eth3 eth4 eth5;
430           do
431               (cd "/sys/class/net/${intf}/device/" && pwd -P);
432           done;
433       } |
434       sed -n 's,.*/\(.*\),-w \1,p'
435
436    Example output::
437
438       -w 0000:83:00.0
439       -w 0000:83:00.0
440       -w 0000:84:00.0
441       -w 0000:84:00.0
442
443    .. note::
444
445       There are only two distinct PCI bus addresses because the Mellanox
446       ConnectX-3 adapters installed on this system are dual port.
447
448 #. Request huge pages::
449
450       echo 1024 > /sys/kernel/mm/hugepages/hugepages-2048kB/nr_hugepages/nr_hugepages
451
452 #. Start testpmd with basic parameters::
453
454       testpmd -l 8-15 -n 4 -w 0000:83:00.0 -w 0000:84:00.0 -- --rxq=2 --txq=2 -i
455
456    Example output::
457
458       [...]
459       EAL: PCI device 0000:83:00.0 on NUMA socket 1
460       EAL:   probe driver: 15b3:1007 librte_pmd_mlx4
461       PMD: librte_pmd_mlx4: PCI information matches, using device "mlx4_0" (VF: false)
462       PMD: librte_pmd_mlx4: 2 port(s) detected
463       PMD: librte_pmd_mlx4: port 1 MAC address is 00:02:c9:b5:b7:50
464       PMD: librte_pmd_mlx4: port 2 MAC address is 00:02:c9:b5:b7:51
465       EAL: PCI device 0000:84:00.0 on NUMA socket 1
466       EAL:   probe driver: 15b3:1007 librte_pmd_mlx4
467       PMD: librte_pmd_mlx4: PCI information matches, using device "mlx4_1" (VF: false)
468       PMD: librte_pmd_mlx4: 2 port(s) detected
469       PMD: librte_pmd_mlx4: port 1 MAC address is 00:02:c9:b5:ba:b0
470       PMD: librte_pmd_mlx4: port 2 MAC address is 00:02:c9:b5:ba:b1
471       Interactive-mode selected
472       Configuring Port 0 (socket 0)
473       PMD: librte_pmd_mlx4: 0x867d60: TX queues number update: 0 -> 2
474       PMD: librte_pmd_mlx4: 0x867d60: RX queues number update: 0 -> 2
475       Port 0: 00:02:C9:B5:B7:50
476       Configuring Port 1 (socket 0)
477       PMD: librte_pmd_mlx4: 0x867da0: TX queues number update: 0 -> 2
478       PMD: librte_pmd_mlx4: 0x867da0: RX queues number update: 0 -> 2
479       Port 1: 00:02:C9:B5:B7:51
480       Configuring Port 2 (socket 0)
481       PMD: librte_pmd_mlx4: 0x867de0: TX queues number update: 0 -> 2
482       PMD: librte_pmd_mlx4: 0x867de0: RX queues number update: 0 -> 2
483       Port 2: 00:02:C9:B5:BA:B0
484       Configuring Port 3 (socket 0)
485       PMD: librte_pmd_mlx4: 0x867e20: TX queues number update: 0 -> 2
486       PMD: librte_pmd_mlx4: 0x867e20: RX queues number update: 0 -> 2
487       Port 3: 00:02:C9:B5:BA:B1
488       Checking link statuses...
489       Port 0 Link Up - speed 10000 Mbps - full-duplex
490       Port 1 Link Up - speed 40000 Mbps - full-duplex
491       Port 2 Link Up - speed 10000 Mbps - full-duplex
492       Port 3 Link Up - speed 40000 Mbps - full-duplex
493       Done
494       testpmd>