doc: fix repeated typo in sample app guides
[dpdk.git] / doc / guides / sample_app_ug / l2_forward_real_virtual.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 L2 Forwarding Sample Application (in Real and Virtualized Environments)
32 =======================================================================
33
34 The L2 Forwarding sample application is a simple example of packet processing using
35 the Data Plane Development Kit (DPDK) which
36 also takes advantage of Single Root I/O Virtualization (SR-IOV) features in a virtualized environment.
37
38 .. note::
39
40     Please note that previously a separate L2 Forwarding in Virtualized Environments sample application was used,
41     however, in later DPDK versions these sample applications have been merged.
42
43 Overview
44 --------
45
46 The L2 Forwarding sample application, which can operate in real and virtualized environments,
47 performs L2 forwarding for each packet that is received on an RX_PORT.
48 The destination port is the adjacent port from the enabled portmask, that is,
49 if the first four ports are enabled (portmask 0xf),
50 ports 1 and 2 forward into each other, and ports 3 and 4 forward into each other.
51 Also, the MAC addresses are affected as follows:
52
53 *   The source MAC address is replaced by the TX_PORT MAC address
54
55 *   The destination MAC address is replaced by  02:00:00:00:00:TX_PORT_ID
56
57 This application can be used to benchmark performance using a traffic-generator, as shown in the :numref:`figure_l2_fwd_benchmark_setup`.
58
59 The application can also be used in a virtualized environment as shown in :numref:`figure_l2_fwd_virtenv_benchmark_setup`.
60
61 The L2 Forwarding application can also be used as a starting point for developing a new application based on the DPDK.
62
63 .. _figure_l2_fwd_benchmark_setup:
64
65 .. figure:: img/l2_fwd_benchmark_setup.*
66
67    Performance Benchmark Setup (Basic Environment)
68
69
70 .. _figure_l2_fwd_virtenv_benchmark_setup:
71
72 .. figure:: img/l2_fwd_virtenv_benchmark_setup.*
73
74    Performance Benchmark Setup (Virtualized Environment)
75
76
77 Virtual Function Setup Instructions
78 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
79
80 This application can use the virtual function available in the system and
81 therefore can be used in a virtual machine without passing through
82 the whole Network Device into a guest machine in a virtualized scenario.
83 The virtual functions can be enabled in the host machine or the hypervisor with the respective physical function driver.
84
85 For example, in a Linux* host machine, it is possible to enable a virtual function using the following command:
86
87 .. code-block:: console
88
89     modprobe ixgbe max_vfs=2,2
90
91 This command enables two Virtual Functions on each of Physical Function of the NIC,
92 with two physical ports in the PCI configuration space.
93 It is important to note that enabled Virtual Function 0 and 2 would belong to Physical Function 0
94 and Virtual Function 1 and 3 would belong to Physical Function 1,
95 in this case enabling a total of four Virtual Functions.
96
97 Compiling the Application
98 -------------------------
99
100 #.  Go to the example directory:
101
102     .. code-block:: console
103
104         export RTE_SDK=/path/to/rte_sdk
105         cd ${RTE_SDK}/examples/l2fwd
106
107 #.  Set the target (a default target is used if not specified). For example:
108
109     .. code-block:: console
110
111         export RTE_TARGET=x86_64-native-linuxapp-gcc
112
113     *See the DPDK Getting Started Guide* for possible RTE_TARGET values.
114
115 #.  Build the application:
116
117     .. code-block:: console
118
119         make
120
121 Running the Application
122 -----------------------
123
124 The application requires a number of command line options:
125
126 .. code-block:: console
127
128     ./build/l2fwd [EAL options] -- -p PORTMASK [-q NQ]
129
130 where,
131
132 *   p PORTMASK: A hexadecimal bitmask of the ports to configure
133
134 *   q NQ: A number of queues (=ports) per lcore (default is 1)
135
136 To run the application in linuxapp environment with 4 lcores, 16 ports and 8 RX queues per lcore, issue the command:
137
138 .. code-block:: console
139
140     $ ./build/l2fwd -c f -n 4 -- -q 8 -p ffff
141
142 Refer to the *DPDK Getting Started Guide* for general information on running applications
143 and the Environment Abstraction Layer (EAL) options.
144
145 Explanation
146 -----------
147
148 The following sections provide some explanation of the code.
149
150 Command Line Arguments
151 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
152
153 The L2 Forwarding sample application takes specific parameters,
154 in addition to Environment Abstraction Layer (EAL) arguments (see Section 9.3).
155 The preferred way to parse parameters is to use the getopt() function,
156 since it is part of a well-defined and portable library.
157
158 The parsing of arguments is done in the l2fwd_parse_args() function.
159 The method of argument parsing is not described here.
160 Refer to the *glibc getopt(3)* man page for details.
161
162 EAL arguments are parsed first, then application-specific arguments.
163 This is done at the beginning of the main() function:
164
165 .. code-block:: c
166
167     /* init EAL */
168
169     ret = rte_eal_init(argc, argv);
170     if (ret < 0)
171         rte_exit(EXIT_FAILURE, "Invalid EAL arguments\n");
172
173     argc -= ret;
174     argv += ret;
175
176     /* parse application arguments (after the EAL ones) */
177
178     ret = l2fwd_parse_args(argc, argv);
179     if (ret < 0)
180         rte_exit(EXIT_FAILURE, "Invalid L2FWD arguments\n");
181
182 Mbuf Pool Initialization
183 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
184
185 Once the arguments are parsed, the mbuf pool is created.
186 The mbuf pool contains a set of mbuf objects that will be used by the driver
187 and the application to store network packet data:
188
189 .. code-block:: c
190
191     /* create the mbuf pool */
192
193     l2fwd_pktmbuf_pool = rte_mempool_create("mbuf_pool", NB_MBUF, MBUF_SIZE, 32, sizeof(struct rte_pktmbuf_pool_private),
194         rte_pktmbuf_pool_init, NULL, rte_pktmbuf_init, NULL, SOCKET0, 0);
195
196     if (l2fwd_pktmbuf_pool == NULL)
197         rte_panic("Cannot init mbuf pool\n");
198
199 The rte_mempool is a generic structure used to handle pools of objects.
200 In this case, it is necessary to create a pool that will be used by the driver,
201 which expects to have some reserved space in the mempool structure,
202 sizeof(struct rte_pktmbuf_pool_private) bytes.
203 The number of allocated pkt mbufs is NB_MBUF, with a size of MBUF_SIZE each.
204 A per-lcore cache of 32 mbufs is kept.
205 The memory is allocated in NUMA socket 0,
206 but it is possible to extend this code to allocate one mbuf pool per socket.
207
208 Two callback pointers are also given to the rte_mempool_create() function:
209
210 *   The first callback pointer is to rte_pktmbuf_pool_init() and is used
211     to initialize the private data of the mempool, which is needed by the driver.
212     This function is provided by the mbuf API, but can be copied and extended by the developer.
213
214 *   The second callback pointer given to rte_mempool_create() is the mbuf initializer.
215     The default is used, that is, rte_pktmbuf_init(), which is provided in the rte_mbuf library.
216     If a more complex application wants to extend the rte_pktmbuf structure for its own needs,
217     a new function derived from rte_pktmbuf_init( ) can be created.
218
219 Driver Initialization
220 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
221
222 The main part of the code in the main() function relates to the initialization of the driver.
223 To fully understand this code, it is recommended to study the chapters that related to the Poll Mode Driver
224 in the *DPDK Programmer's Guide* - Rel 1.4 EAR and the *DPDK API Reference*.
225
226 .. code-block:: c
227
228     if (rte_eal_pci_probe() < 0)
229         rte_exit(EXIT_FAILURE, "Cannot probe PCI\n");
230
231     nb_ports = rte_eth_dev_count();
232
233     if (nb_ports == 0)
234         rte_exit(EXIT_FAILURE, "No Ethernet ports - bye\n");
235
236     if (nb_ports > RTE_MAX_ETHPORTS)
237         nb_ports = RTE_MAX_ETHPORTS;
238
239     /* reset l2fwd_dst_ports */
240
241     for (portid = 0; portid < RTE_MAX_ETHPORTS; portid++)
242         l2fwd_dst_ports[portid] = 0;
243
244     last_port = 0;
245
246     /*
247      * Each logical core is assigned a dedicated TX queue on each port.
248      */
249
250     for (portid = 0; portid < nb_ports; portid++) {
251         /* skip ports that are not enabled */
252
253         if ((l2fwd_enabled_port_mask & (1 << portid)) == 0)
254            continue;
255
256         if (nb_ports_in_mask % 2) {
257             l2fwd_dst_ports[portid] = last_port;
258             l2fwd_dst_ports[last_port] = portid;
259         }
260         else
261            last_port = portid;
262
263         nb_ports_in_mask++;
264
265         rte_eth_dev_info_get((uint8_t) portid, &dev_info);
266     }
267
268 Observe that:
269
270 *   rte_igb_pmd_init_all() simultaneously registers the driver as a PCI driver and as an Ethernet* Poll Mode Driver.
271
272 *   rte_eal_pci_probe() parses the devices on the PCI bus and initializes recognized devices.
273
274 The next step is to configure the RX and TX queues.
275 For each port, there is only one RX queue (only one lcore is able to poll a given port).
276 The number of TX queues depends on the number of available lcores.
277 The rte_eth_dev_configure() function is used to configure the number of queues for a port:
278
279 .. code-block:: c
280
281     ret = rte_eth_dev_configure((uint8_t)portid, 1, 1, &port_conf);
282     if (ret < 0)
283         rte_exit(EXIT_FAILURE, "Cannot configure device: "
284             "err=%d, port=%u\n",
285             ret, portid);
286
287 The global configuration is stored in a static structure:
288
289 .. code-block:: c
290
291     static const struct rte_eth_conf port_conf = {
292         .rxmode = {
293             .split_hdr_size = 0,
294             .header_split = 0,   /**< Header Split disabled */
295             .hw_ip_checksum = 0, /**< IP checksum offload disabled */
296             .hw_vlan_filter = 0, /**< VLAN filtering disabled */
297             .jumbo_frame = 0,    /**< Jumbo Frame Support disabled */
298             .hw_strip_crc= 0,    /**< CRC stripped by hardware */
299         },
300
301         .txmode = {
302             .mq_mode = ETH_DCB_NONE
303         },
304     };
305
306 RX Queue Initialization
307 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
308
309 The application uses one lcore to poll one or several ports, depending on the -q option,
310 which specifies the number of queues per lcore.
311
312 For example, if the user specifies -q 4, the application is able to poll four ports with one lcore.
313 If there are 16 ports on the target (and if the portmask argument is -p ffff ),
314 the application will need four lcores to poll all the ports.
315
316 .. code-block:: c
317
318     ret = rte_eth_rx_queue_setup((uint8_t) portid, 0, nb_rxd, SOCKET0, &rx_conf, l2fwd_pktmbuf_pool);
319     if (ret < 0)
320
321         rte_exit(EXIT_FAILURE, "rte_eth_rx_queue_setup: "
322             "err=%d, port=%u\n",
323             ret, portid);
324
325 The list of queues that must be polled for a given lcore is stored in a private structure called struct lcore_queue_conf.
326
327 .. code-block:: c
328
329     struct lcore_queue_conf {
330         unsigned n_rx_port;
331         unsigned rx_port_list[MAX_RX_QUEUE_PER_LCORE];
332         struct mbuf_table tx_mbufs[L2FWD_MAX_PORTS];
333     } rte_cache_aligned;
334
335     struct lcore_queue_conf lcore_queue_conf[RTE_MAX_LCORE];
336
337 The values n_rx_port and rx_port_list[] are used in the main packet processing loop
338 (see Section 9.4.6 "Receive, Process and Transmit Packets" later in this chapter).
339
340 The global configuration for the RX queues is stored in a static structure:
341
342 .. code-block:: c
343
344     static const struct rte_eth_rxconf rx_conf = {
345         .rx_thresh = {
346             .pthresh = RX_PTHRESH,
347             .hthresh = RX_HTHRESH,
348             .wthresh = RX_WTHRESH,
349         },
350     };
351
352 TX Queue Initialization
353 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
354
355 Each lcore should be able to transmit on any port. For every port, a single TX queue is initialized.
356
357 .. code-block:: c
358
359     /* init one TX queue on each port */
360
361     fflush(stdout);
362
363     ret = rte_eth_tx_queue_setup((uint8_t) portid, 0, nb_txd, rte_eth_dev_socket_id(portid), &tx_conf);
364     if (ret < 0)
365         rte_exit(EXIT_FAILURE, "rte_eth_tx_queue_setup:err=%d, port=%u\n", ret, (unsigned) portid);
366
367 The global configuration for TX queues is stored in a static structure:
368
369 .. code-block:: c
370
371     static const struct rte_eth_txconf tx_conf = {
372         .tx_thresh = {
373             .pthresh = TX_PTHRESH,
374             .hthresh = TX_HTHRESH,
375             .wthresh = TX_WTHRESH,
376         },
377         .tx_free_thresh = RTE_TEST_TX_DESC_DEFAULT + 1, /* disable feature */
378     };
379
380 Receive, Process and Transmit Packets
381 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
382
383 In the l2fwd_main_loop() function, the main task is to read ingress packets from the RX queues.
384 This is done using the following code:
385
386 .. code-block:: c
387
388     /*
389      * Read packet from RX queues
390      */
391
392     for (i = 0; i < qconf->n_rx_port; i++) {
393         portid = qconf->rx_port_list[i];
394         nb_rx = rte_eth_rx_burst((uint8_t) portid, 0,  pkts_burst, MAX_PKT_BURST);
395
396         for (j = 0; j < nb_rx; j++) {
397             m = pkts_burst[j];
398             rte_prefetch0[rte_pktmbuf_mtod(m, void *)); l2fwd_simple_forward(m, portid);
399         }
400     }
401
402 Packets are read in a burst of size MAX_PKT_BURST.
403 The rte_eth_rx_burst() function writes the mbuf pointers in a local table and returns the number of available mbufs in the table.
404
405 Then, each mbuf in the table is processed by the l2fwd_simple_forward() function.
406 The processing is very simple: process the TX port from the RX port, then replace the source and destination MAC addresses.
407
408 .. note::
409
410     In the following code, one line for getting the output port requires some explanation.
411
412 During the initialization process, a static array of destination ports (l2fwd_dst_ports[]) is filled such that for each source port,
413 a destination port is assigned that is either the next or previous enabled port from the portmask.
414 Naturally, the number of ports in the portmask must be even, otherwise, the application exits.
415
416 .. code-block:: c
417
418     static void
419     l2fwd_simple_forward(struct rte_mbuf *m, unsigned portid)
420     {
421         struct ether_hdr *eth;
422         void *tmp;
423         unsigned dst_port;
424
425         dst_port = l2fwd_dst_ports[portid];
426
427         eth = rte_pktmbuf_mtod(m, struct ether_hdr *);
428
429         /* 02:00:00:00:00:xx */
430
431         tmp = &eth->d_addr.addr_bytes[0];
432
433         *((uint64_t *)tmp) = 0x000000000002 + ((uint64_t) dst_port << 40);
434
435         /* src addr */
436
437         ether_addr_copy(&l2fwd_ports_eth_addr[dst_port], &eth->s_addr);
438
439         l2fwd_send_packet(m, (uint8_t) dst_port);
440     }
441
442 Then, the packet is sent using the l2fwd_send_packet (m, dst_port) function.
443 For this test application, the processing is exactly the same for all packets arriving on the same RX port.
444 Therefore, it would have been possible to call the l2fwd_send_burst() function directly from the main loop
445 to send all the received packets on the same TX port,
446 using the burst-oriented send function, which is more efficient.
447
448 However, in real-life applications (such as, L3 routing),
449 packet N is not necessarily forwarded on the same port as packet N-1.
450 The application is implemented to illustrate that, so the same approach can be reused in a more complex application.
451
452 The l2fwd_send_packet() function stores the packet in a per-lcore and per-txport table.
453 If the table is full, the whole packets table is transmitted using the l2fwd_send_burst() function:
454
455 .. code-block:: c
456
457     /* Send the packet on an output interface */
458
459     static int
460     l2fwd_send_packet(struct rte_mbuf *m, uint8_t port)
461     {
462         unsigned lcore_id, len;
463         struct lcore_queue_conf \*qconf;
464
465         lcore_id = rte_lcore_id();
466         qconf = &lcore_queue_conf[lcore_id];
467         len = qconf->tx_mbufs[port].len;
468         qconf->tx_mbufs[port].m_table[len] = m;
469         len++;
470
471         /* enough pkts to be sent */
472
473         if (unlikely(len == MAX_PKT_BURST)) {
474             l2fwd_send_burst(qconf, MAX_PKT_BURST, port);
475             len = 0;
476         }
477
478         qconf->tx_mbufs[port].len = len; return 0;
479     }
480
481 To ensure that no packets remain in the tables, each lcore does a draining of TX queue in its main loop.
482 This technique introduces some latency when there are not many packets to send,
483 however it improves performance:
484
485 .. code-block:: c
486
487     cur_tsc = rte_rdtsc();
488
489     /*
490      *   TX burst queue drain
491      */
492
493     diff_tsc = cur_tsc - prev_tsc;
494
495     if (unlikely(diff_tsc > drain_tsc)) {
496         for (portid = 0; portid < RTE_MAX_ETHPORTS; portid++) {
497             if (qconf->tx_mbufs[portid].len == 0)
498                 continue;
499
500             l2fwd_send_burst(&lcore_queue_conf[lcore_id], qconf->tx_mbufs[portid].len, (uint8_t) portid);
501
502             qconf->tx_mbufs[portid].len = 0;
503         }
504
505         /* if timer is enabled */
506
507         if (timer_period > 0) {
508             /* advance the timer */
509
510             timer_tsc += diff_tsc;
511
512             /* if timer has reached its timeout */
513
514             if (unlikely(timer_tsc >= (uint64_t) timer_period)) {
515                 /* do this only on master core */
516
517                 if (lcore_id == rte_get_master_lcore()) {
518                     print_stats();
519
520                     /* reset the timer */
521                     timer_tsc = 0;
522                 }
523             }
524         }
525
526         prev_tsc = cur_tsc;
527     }