kni: remove deprecated functions
[dpdk.git] / doc / guides / prog_guide / kernel_nic_interface.rst
1 ..  BSD LICENSE
2     Copyright(c) 2010-2015 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 Kernel NIC Interface
32 ====================
33
34 The DPDK Kernel NIC Interface (KNI) allows userspace applications access to the Linux* control plane.
35
36 The benefits of using the DPDK KNI are:
37
38 *   Faster than existing Linux TUN/TAP interfaces
39     (by eliminating system calls and copy_to_user()/copy_from_user() operations.
40
41 *   Allows management of DPDK ports using standard Linux net tools such as ethtool, ifconfig and tcpdump.
42
43 *   Allows an interface with the kernel network stack.
44
45 The components of an application using the DPDK Kernel NIC Interface are shown in :numref:`figure_kernel_nic_intf`.
46
47 .. _figure_kernel_nic_intf:
48
49 .. figure:: img/kernel_nic_intf.*
50
51    Components of a DPDK KNI Application
52
53
54 The DPDK KNI Kernel Module
55 --------------------------
56
57 The KNI kernel loadable module provides support for two types of devices:
58
59 *   A Miscellaneous device (/dev/kni) that:
60
61     *   Creates net devices (via ioctl  calls).
62
63     *   Maintains a kernel thread context shared by all KNI instances
64         (simulating the RX side of the net driver).
65
66     *   For single kernel thread mode, maintains a kernel thread context shared by all KNI instances
67         (simulating the RX side of the net driver).
68
69     *   For multiple kernel thread mode, maintains a kernel thread context for each KNI instance
70         (simulating the RX side of the new driver).
71
72 *   Net device:
73
74     *   Net functionality provided by implementing several operations such as netdev_ops,
75         header_ops, ethtool_ops that are defined by struct net_device,
76         including support for DPDK mbufs and FIFOs.
77
78     *   The interface name is provided from userspace.
79
80     *   The MAC address can be the real NIC MAC address or random.
81
82 KNI Creation and Deletion
83 -------------------------
84
85 The KNI interfaces are created by a DPDK application dynamically.
86 The interface name and FIFO details are provided by the application through an ioctl call
87 using the rte_kni_device_info struct which contains:
88
89 *   The interface name.
90
91 *   Physical addresses of the corresponding memzones for the relevant FIFOs.
92
93 *   Mbuf mempool details, both physical and virtual (to calculate the offset for mbuf pointers).
94
95 *   PCI information.
96
97 *   Core affinity.
98
99 Refer to rte_kni_common.h in the DPDK source code for more details.
100
101 The physical addresses will be re-mapped into the kernel address space and stored in separate KNI contexts.
102
103 The KNI interfaces can be deleted by a DPDK application dynamically after being created.
104 Furthermore, all those KNI interfaces not deleted will be deleted on the release operation
105 of the miscellaneous device (when the DPDK application is closed).
106
107 DPDK mbuf Flow
108 --------------
109
110 To minimize the amount of DPDK code running in kernel space, the mbuf mempool is managed in userspace only.
111 The kernel module will be aware of mbufs,
112 but all mbuf allocation and free operations will be handled by the DPDK application only.
113
114 :numref:`figure_pkt_flow_kni` shows a typical scenario with packets sent in both directions.
115
116 .. _figure_pkt_flow_kni:
117
118 .. figure:: img/pkt_flow_kni.*
119
120    Packet Flow via mbufs in the DPDK KNI
121
122
123 Use Case: Ingress
124 -----------------
125
126 On the DPDK RX side, the mbuf is allocated by the PMD in the RX thread context.
127 This thread will enqueue the mbuf in the rx_q FIFO.
128 The KNI thread will poll all KNI active devices for the rx_q.
129 If an mbuf is dequeued, it will be converted to a sk_buff and sent to the net stack via netif_rx().
130 The dequeued mbuf must be freed, so the same pointer is sent back in the free_q FIFO.
131
132 The RX thread, in the same main loop, polls this FIFO and frees the mbuf after dequeuing it.
133
134 Use Case: Egress
135 ----------------
136
137 For packet egress the DPDK application must first enqueue several mbufs to create an mbuf cache on the kernel side.
138
139 The packet is received from the Linux net stack, by calling the kni_net_tx() callback.
140 The mbuf is dequeued (without waiting due the cache) and filled with data from sk_buff.
141 The sk_buff is then freed and the mbuf sent in the tx_q FIFO.
142
143 The DPDK TX thread dequeues the mbuf and sends it to the PMD (via rte_eth_tx_burst()).
144 It then puts the mbuf back in the cache.
145
146 Ethtool
147 -------
148
149 Ethtool is a Linux-specific tool with corresponding support in the kernel
150 where each net device must register its own callbacks for the supported operations.
151 The current implementation uses the igb/ixgbe modified Linux drivers for ethtool support.
152 Ethtool is not supported in i40e and VMs (VF or EM devices).
153
154 Link state and MTU change
155 -------------------------
156
157 Link state and MTU change are network interface specific operations usually done via ifconfig.
158 The request is initiated from the kernel side (in the context of the ifconfig process)
159 and handled by the user space DPDK application.
160 The application polls the request, calls the application handler and returns the response back into the kernel space.
161
162 The application handlers can be registered upon interface creation or explicitly registered/unregistered in runtime.
163 This provides flexibility in multiprocess scenarios
164 (where the KNI is created in the primary process but the callbacks are handled in the secondary one).
165 The constraint is that a single process can register and handle the requests.
166
167 KNI Working as a Kernel vHost Backend
168 -------------------------------------
169
170 vHost is a kernel module usually working as the backend of virtio (a para- virtualization driver framework)
171 to accelerate the traffic from the guest to the host.
172 The DPDK Kernel NIC interface provides the ability to hookup vHost traffic into userspace DPDK application.
173 Together with the DPDK PMD virtio, it significantly improves the throughput between guest and host.
174 In the scenario where DPDK is running as fast path in the host, kni-vhost is an efficient path for the traffic.
175
176 Overview
177 ~~~~~~~~
178
179 vHost-net has three kinds of real backend implementations. They are: 1) tap, 2) macvtap and 3) RAW socket.
180 The main idea behind kni-vhost is making the KNI work as a RAW socket, attaching it as the backend instance of vHost-net.
181 It is using the existing interface with vHost-net, so it does not require any kernel hacking,
182 and is fully-compatible with the kernel vhost module.
183 As vHost is still taking responsibility for communicating with the front-end virtio,
184 it naturally supports both legacy virtio -net and the DPDK PMD virtio.
185 There is a little penalty that comes from the non-polling mode of vhost.
186 However, it scales throughput well when using KNI in multi-thread mode.
187
188 .. _figure_vhost_net_arch2:
189
190 .. figure:: img/vhost_net_arch.*
191
192    vHost-net Architecture Overview
193
194
195 Packet Flow
196 ~~~~~~~~~~~
197
198 There is only a minor difference from the original KNI traffic flows.
199 On transmit side, vhost kthread calls the RAW socket's ops sendmsg and it puts the packets into the KNI transmit FIFO.
200 On the receive side, the kni kthread gets packets from the KNI receive FIFO, puts them into the queue of the raw socket,
201 and wakes up the task in vhost kthread to begin receiving.
202 All the packet copying, irrespective of whether it is on the transmit or receive side,
203 happens in the context of vhost kthread.
204 Every vhost-net device is exposed to a front end virtio device in the guest.
205
206 .. _figure_kni_traffic_flow:
207
208 .. figure:: img/kni_traffic_flow.*
209
210    KNI Traffic Flow
211
212
213 Sample Usage
214 ~~~~~~~~~~~~
215
216 Before starting to use KNI as the backend of vhost, the CONFIG_RTE_KNI_VHOST configuration option must be turned on.
217 Otherwise, by default, KNI will not enable its backend support capability.
218
219 Of course, as a prerequisite, the vhost/vhost-net kernel CONFIG should be chosen before compiling the kernel.
220
221 #.  Compile the DPDK and insert uio_pci_generic/igb_uio kernel modules as normal.
222
223 #.  Insert the KNI kernel module:
224
225     .. code-block:: console
226
227         insmod ./rte_kni.ko
228
229     If using KNI in multi-thread mode, use the following command line:
230
231     .. code-block:: console
232
233         insmod ./rte_kni.ko kthread_mode=multiple
234
235 #.  Running the KNI sample application:
236
237     .. code-block:: console
238
239         examples/kni/build/app/kni -c -0xf0 -n 4 -- -p 0x3 -P --config="(0,4,6),(1,5,7)"
240
241     This command runs the kni sample application with two physical ports.
242     Each port pins two forwarding cores (ingress/egress) in user space.
243
244 #.  Assign a raw socket to vhost-net during qemu-kvm startup.
245     The DPDK does not provide a script to do this since it is easy for the user to customize.
246     The following shows the key steps to launch qemu-kvm with kni-vhost:
247
248     .. code-block:: bash
249
250         #!/bin/bash
251         echo 1 > /sys/class/net/vEth0/sock_en
252         fd=`cat /sys/class/net/vEth0/sock_fd`
253         qemu-kvm \
254         -name vm1 -cpu host -m 2048 -smp 1 -hda /opt/vm-fc16.img \
255         -netdev tap,fd=$fd,id=hostnet1,vhost=on \
256         -device virti-net-pci,netdev=hostnet1,id=net1,bus=pci.0,addr=0x4
257
258 It is simple to enable raw socket using sysfs sock_en and get raw socket fd using sock_fd under the KNI device node.
259
260 Then, using the qemu-kvm command with the -netdev option to assign such raw socket fd as vhost's backend.
261
262 .. note::
263
264     The key word tap must exist as qemu-kvm now only supports vhost with a tap backend, so here we cheat qemu-kvm by an existing fd.
265
266 Compatibility Configure Option
267 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
268
269 There is a CONFIG_RTE_KNI_VHOST_VNET_HDR_EN configuration option in DPDK configuration file.
270 By default, it set to n, which means do not turn on the virtio net header,
271 which is used to support additional features (such as, csum offload, vlan offload, generic-segmentation and so on),
272 since the kni-vhost does not yet support those features.
273
274 Even if the option is turned on, kni-vhost will ignore the information that the header contains.
275 When working with legacy virtio on the guest, it is better to turn off unsupported offload features using ethtool -K.
276 Otherwise, there may be problems such as an incorrect L4 checksum error.