doc: nics guide
[dpdk.git] / doc / guides / nics / virtio.rst
1 ..  BSD LICENSE
2     Copyright(c) 2010-2014 Intel Corporation. All rights reserved.
3     All rights reserved.
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 Intel Corporation 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 Poll Mode Driver for Emulated Virtio NIC
32 ========================================
33
34 Virtio is a para-virtualization framework initiated by IBM, and supported by KVM hypervisor.
35 In the Data Plane Development Kit (DPDK),
36 we provide a virtio Poll Mode Driver (PMD) as a software solution, comparing to SRIOV hardware solution,
37 for fast guest VM to guest VM communication and guest VM to host communication.
38
39 Vhost is a kernel acceleration module for virtio qemu backend.
40 The DPDK extends kni to support vhost raw socket interface,
41 which enables vhost to directly read/ write packets from/to a physical port.
42 With this enhancement, virtio could achieve quite promising performance.
43
44 In future release, we will also make enhancement to vhost backend,
45 releasing peak performance of virtio PMD driver.
46
47 For basic qemu-KVM installation and other Intel EM poll mode driver in guest VM,
48 please refer to Chapter "Driver for VM Emulated Devices".
49
50 In this chapter, we will demonstrate usage of virtio PMD driver with two backends,
51 standard qemu vhost back end and vhost kni back end.
52
53 Virtio Implementation in DPDK
54 -----------------------------
55
56 For details about the virtio spec, refer to Virtio PCI Card Specification written by Rusty Russell.
57
58 As a PMD, virtio provides packet reception and transmission callbacks virtio_recv_pkts and virtio_xmit_pkts.
59
60 In virtio_recv_pkts, index in range [vq->vq_used_cons_idx , vq->vq_ring.used->idx) in vring is available for virtio to burst out.
61
62 In virtio_xmit_pkts, same index range in vring is available for virtio to clean.
63 Virtio will enqueue to be transmitted packets into vring, advance the vq->vq_ring.avail->idx,
64 and then notify the host back end if necessary.
65
66 Features and Limitations of virtio PMD
67 --------------------------------------
68
69 In this release, the virtio PMD driver provides the basic functionality of packet reception and transmission.
70
71 *   It supports merge-able buffers per packet when receiving packets and scattered buffer per packet
72     when transmitting packets. The packet size supported is from 64 to 1518.
73
74 *   It supports multicast packets and promiscuous mode.
75
76 *   The descriptor number for the RX/TX queue is hard-coded to be 256 by qemu.
77     If given a different descriptor number by the upper application,
78     the virtio PMD generates a warning and fall back to the hard-coded value.
79
80 *   Features of mac/vlan filter are supported, negotiation with vhost/backend are needed to support them.
81     When backend can't support vlan filter, virtio app on guest should disable vlan filter to make sure
82     the virtio port is configured correctly. E.g. specify '--disable-hw-vlan' in testpmd command line.
83
84 *   RTE_PKTMBUF_HEADROOM should be defined larger than sizeof(struct virtio_net_hdr), which is 10 bytes.
85
86 *   Virtio does not support runtime configuration.
87
88 *   Virtio supports Link State interrupt.
89
90 *   Virtio supports software vlan stripping and inserting.
91
92 *   Virtio supports using port IO to get PCI resource when uio/igb_uio module is not available.
93
94 Prerequisites
95 -------------
96
97 The following prerequisites apply:
98
99 *   In the BIOS, turn VT-x and VT-d on
100
101 *   Linux kernel with KVM module; vhost module loaded and ioeventfd supported.
102     Qemu standard backend without vhost support isn't tested, and probably isn't supported.
103
104 Virtio with kni vhost Back End
105 ------------------------------
106
107 This section demonstrates kni vhost back end example setup for Phy-VM Communication.
108
109 .. _nic_figure_5:
110
111 **Figure 5. Host2VM Communication Example Using kni vhost Back End**
112
113 .. image:: img/host_vm_comms.*
114
115 Host2VM communication example
116
117 #.  Load the kni kernel module:
118
119     .. code-block:: console
120
121         insmod rte_kni.ko
122
123     Other basic DPDK preparations like hugepage enabling, uio port binding are not listed here.
124     Please refer to the *DPDK Getting Started Guide* for detailed instructions.
125
126 #.  Launch the kni user application:
127
128     .. code-block:: console
129
130         examples/kni/build/app/kni -c 0xf -n 4 -- -p 0x1 -i 0x1 -o 0x2
131
132     This command generates one network device vEth0 for physical port.
133     If specify more physical ports, the generated network device will be vEth1, vEth2, and so on.
134
135     For each physical port, kni creates two user threads.
136     One thread loops to fetch packets from the physical NIC port into the kni receive queue.
137     The other user thread loops to send packets in the kni transmit queue.
138
139     For each physical port, kni also creates a kernel thread that retrieves packets from the kni receive queue,
140     place them onto kni's raw socket's queue and wake up the vhost kernel thread to exchange packets with the virtio virt queue.
141
142     For more details about kni, please refer to Chapter 24 "Kernel NIC Interface".
143
144 #.  Enable the kni raw socket functionality for the specified physical NIC port,
145     get the generated file descriptor and set it in the qemu command line parameter.
146     Always remember to set ioeventfd_on and vhost_on.
147
148     Example:
149
150     .. code-block:: console
151
152         echo 1 > /sys/class/net/vEth0/sock_en
153         fd=`cat /sys/class/net/vEth0/sock_fd`
154         exec qemu-system-x86_64 -enable-kvm -cpu host \
155         -m 2048 -smp 4 -name dpdk-test1-vm1 \
156         -drive file=/data/DPDKVMS/dpdk-vm.img \
157         -netdev tap, fd=$fd,id=mynet_kni, script=no,vhost=on \
158         -device virtio-net-pci,netdev=mynet_kni,bus=pci.0,addr=0x3,ioeventfd=on \
159         -vnc:1 -daemonize
160
161     In the above example, virtio port 0 in the guest VM will be associated with vEth0, which in turns corresponds to a physical port,
162     which means received packets come from vEth0, and transmitted packets is sent to vEth0.
163
164 #.  In the guest, bind the virtio device to the uio_pci_generic kernel module and start the forwarding application.
165     When the virtio port in guest bursts rx, it is getting packets from the raw socket's receive queue.
166     When the virtio port bursts tx, it is sending packet to the tx_q.
167
168     .. code-block:: console
169
170         modprobe uio
171         echo 512 > /sys/devices/system/node/node0/hugepages/hugepages-2048kB/nr_hugepages
172         modprobe uio_pci_generic
173         python tools/dpdk_nic_bind.py -b uio_pci_generic 00:03.0
174
175     We use testpmd as the forwarding application in this example.
176
177     .. image:: img/console.*
178
179 #.  Use IXIA packet generator to inject a packet stream into the KNI physical port.
180
181     The packet reception and transmission flow path is:
182
183     IXIA packet generator->82599 PF->KNI rx queue->KNI raw socket queue->Guest VM virtio port 0 rx burst->Guest VM virtio port 0 tx burst-> KNI tx queue->82599 PF-> IXIA packet generator
184
185 Virtio with qemu virtio Back End
186 --------------------------------
187
188 .. _nic_figure_6:
189
190 **Figure 6. Host2VM Communication Example Using qemu vhost Back End**
191
192 .. image:: img/host_vm_comms_qemu.*
193
194 .. code-block:: console
195
196     qemu-system-x86_64 -enable-kvm -cpu host -m 2048 -smp 2 -mem-path /dev/
197     hugepages -mem-prealloc
198     -drive file=/data/DPDKVMS/dpdk-vm1
199     -netdev tap,id=vm1_p1,ifname=tap0,script=no,vhost=on
200     -device virtio-net-pci,netdev=vm1_p1,bus=pci.0,addr=0x3,ioeventfd=on
201     -device pci-assign,host=04:10.1 \
202
203 In this example, the packet reception flow path is:
204
205     IXIA packet generator->82599 PF->Linux Bridge->TAP0's socket queue-> Guest VM virtio port 0 rx burst-> Guest VM 82599 VF port1 tx burst-> IXIA packet generator
206
207 The packet transmission flow is:
208
209     IXIA packet generator-> Guest VM 82599 VF port1 rx burst-> Guest VM virtio port 0 tx burst-> tap -> Linux Bridge->82599 PF-> IXIA packet generator