app/test/test_fib_perf.c

   1 /* SPDX-License-Identifier: BSD-3-Clause
   2  * Copyright(c) 2018 Vladimir Medvedkin <medvedkinv@gmail.com>
   3  * Copyright(c) 2019 Intel Corporation
   4  */
   5
   6 #include <stdio.h>
   7 #include <stdint.h>
   8 #include <stdlib.h>
   9 #include <math.h>
  10
  11 #include <rte_cycles.h>
  12 #include <rte_random.h>
  13 #include <rte_branch_prediction.h>
  14 #include <rte_ip.h>
  15 #include <rte_fib.h>
  16
  17 #include "test.h"
  18 #include "test_xmmt_ops.h"
  19
  20 #define TEST_FIB_ASSERT(cond) do {                              \
  21         if (!(cond)) {                                          \
  22                 printf("Error at line %d:\n", __LINE__);        \
  23                 return -1;                                      \
  24         }                                                       \
  25 } while (0)
  26
  27 #define ITERATIONS (1 << 10)
  28 #define BATCH_SIZE (1 << 12)
  29 #define BULK_SIZE 32
  30
  31 #define MAX_RULE_NUM (1200000)
  32
  33 struct route_rule {
  34         uint32_t ip;
  35         uint8_t depth;
  36 };
  37
  38 static struct route_rule large_route_table[MAX_RULE_NUM];
  39
  40 static uint32_t num_route_entries;
  41 #define NUM_ROUTE_ENTRIES num_route_entries
  42
  43 enum {
  44         IP_CLASS_A,
  45         IP_CLASS_B,
  46         IP_CLASS_C
  47 };
  48 #define RTE_FIB_MAX_DEPTH       32
  49 /* struct route_rule_count defines the total number of rules in following a/b/c
  50  * each item in a[]/b[]/c[] is the number of common IP address class A/B/C, not
  51  * including the ones for private local network.
  52  */
  53 struct route_rule_count {
  54         uint32_t a[RTE_FIB_MAX_DEPTH];
  55         uint32_t b[RTE_FIB_MAX_DEPTH];
  56         uint32_t c[RTE_FIB_MAX_DEPTH];
  57 };
  58
  59 /* All following numbers of each depth of each common IP class are just
  60  * got from previous large constant table in app/test/test_lpm_routes.h .
  61  * In order to match similar performance, they keep same depth and IP
  62  * address coverage as previous constant table. These numbers don't
  63  * include any private local IP address. As previous large const rule
  64  * table was just dumped from a real router, there are no any IP address
  65  * in class C or D.
  66  */
  67 static struct route_rule_count rule_count = {
  68         .a = { /* IP class A in which the most significant bit is 0 */
  69                     0, /* depth =  1 */
  70                     0, /* depth =  2 */
  71                     1, /* depth =  3 */
  72                     0, /* depth =  4 */
  73                     2, /* depth =  5 */
  74                     1, /* depth =  6 */
  75                     3, /* depth =  7 */
  76                   185, /* depth =  8 */
  77                    26, /* depth =  9 */
  78                    16, /* depth = 10 */
  79                    39, /* depth = 11 */
  80                   144, /* depth = 12 */
  81                   233, /* depth = 13 */
  82                   528, /* depth = 14 */
  83                   866, /* depth = 15 */
  84                  3856, /* depth = 16 */
  85                  3268, /* depth = 17 */
  86                  5662, /* depth = 18 */
  87                 17301, /* depth = 19 */
  88                 22226, /* depth = 20 */
  89                 11147, /* depth = 21 */
  90                 16746, /* depth = 22 */
  91                 17120, /* depth = 23 */
  92                 77578, /* depth = 24 */
  93                   401, /* depth = 25 */
  94                   656, /* depth = 26 */
  95                  1107, /* depth = 27 */
  96                  1121, /* depth = 28 */
  97                  2316, /* depth = 29 */
  98                   717, /* depth = 30 */
  99                    10, /* depth = 31 */
 100                    66  /* depth = 32 */
 101         },
 102         .b = { /* IP class A in which the most 2 significant bits are 10 */
 103                     0, /* depth =  1 */
 104                     0, /* depth =  2 */
 105                     0, /* depth =  3 */
 106                     0, /* depth =  4 */
 107                     1, /* depth =  5 */
 108                     1, /* depth =  6 */
 109                     1, /* depth =  7 */
 110                     3, /* depth =  8 */
 111                     3, /* depth =  9 */
 112                    30, /* depth = 10 */
 113                    25, /* depth = 11 */
 114                   168, /* depth = 12 */
 115                   305, /* depth = 13 */
 116                   569, /* depth = 14 */
 117                  1129, /* depth = 15 */
 118                 50800, /* depth = 16 */
 119                  1645, /* depth = 17 */
 120                  1820, /* depth = 18 */
 121                  3506, /* depth = 19 */
 122                  3258, /* depth = 20 */
 123                  3424, /* depth = 21 */
 124                  4971, /* depth = 22 */
 125                  6885, /* depth = 23 */
 126                 39771, /* depth = 24 */
 127                   424, /* depth = 25 */
 128                   170, /* depth = 26 */
 129                   433, /* depth = 27 */
 130                    92, /* depth = 28 */
 131                   366, /* depth = 29 */
 132                   377, /* depth = 30 */
 133                     2, /* depth = 31 */
 134                   200  /* depth = 32 */
 135         },
 136         .c = { /* IP class A in which the most 3 significant bits are 110 */
 137                      0, /* depth =  1 */
 138                      0, /* depth =  2 */
 139                      0, /* depth =  3 */
 140                      0, /* depth =  4 */
 141                      0, /* depth =  5 */
 142                      0, /* depth =  6 */
 143                      0, /* depth =  7 */
 144                     12, /* depth =  8 */
 145                      8, /* depth =  9 */
 146                      9, /* depth = 10 */
 147                     33, /* depth = 11 */
 148                     69, /* depth = 12 */
 149                    237, /* depth = 13 */
 150                   1007, /* depth = 14 */
 151                   1717, /* depth = 15 */
 152                  14663, /* depth = 16 */
 153                   8070, /* depth = 17 */
 154                  16185, /* depth = 18 */
 155                  48261, /* depth = 19 */
 156                  36870, /* depth = 20 */
 157                  33960, /* depth = 21 */
 158                  50638, /* depth = 22 */
 159                  61422, /* depth = 23 */
 160                 466549, /* depth = 24 */
 161                   1829, /* depth = 25 */
 162                   4824, /* depth = 26 */
 163                   4927, /* depth = 27 */
 164                   5914, /* depth = 28 */
 165                  10254, /* depth = 29 */
 166                   4905, /* depth = 30 */
 167                      1, /* depth = 31 */
 168                    716  /* depth = 32 */
 169         }
 170 };
 171
 172 static void generate_random_rule_prefix(uint32_t ip_class, uint8_t depth)
 173 {
 174 /* IP address class A, the most significant bit is 0 */
 175 #define IP_HEAD_MASK_A                  0x00000000
 176 #define IP_HEAD_BIT_NUM_A               1
 177
 178 /* IP address class B, the most significant 2 bits are 10 */
 179 #define IP_HEAD_MASK_B                  0x80000000
 180 #define IP_HEAD_BIT_NUM_B               2
 181
 182 /* IP address class C, the most significant 3 bits are 110 */
 183 #define IP_HEAD_MASK_C                  0xC0000000
 184 #define IP_HEAD_BIT_NUM_C               3
 185
 186         uint32_t class_depth;
 187         uint32_t range;
 188         uint32_t mask;
 189         uint32_t step;
 190         uint32_t start;
 191         uint32_t fixed_bit_num;
 192         uint32_t ip_head_mask;
 193         uint32_t rule_num;
 194         uint32_t k;
 195         struct route_rule *ptr_rule;
 196
 197         if (ip_class == IP_CLASS_A) {        /* IP Address class A */
 198                 fixed_bit_num = IP_HEAD_BIT_NUM_A;
 199                 ip_head_mask = IP_HEAD_MASK_A;
 200                 rule_num = rule_count.a[depth - 1];
 201         } else if (ip_class == IP_CLASS_B) { /* IP Address class B */
 202                 fixed_bit_num = IP_HEAD_BIT_NUM_B;
 203                 ip_head_mask = IP_HEAD_MASK_B;
 204                 rule_num = rule_count.b[depth - 1];
 205         } else {                             /* IP Address class C */
 206                 fixed_bit_num = IP_HEAD_BIT_NUM_C;
 207                 ip_head_mask = IP_HEAD_MASK_C;
 208                 rule_num = rule_count.c[depth - 1];
 209         }
 210
 211         if (rule_num == 0)
 212                 return;
 213
 214         /* the number of rest bits which don't include the most significant
 215          * fixed bits for this IP address class
 216          */
 217         class_depth = depth - fixed_bit_num;
 218
 219         /* range is the maximum number of rules for this depth and
 220          * this IP address class
 221          */
 222         range = 1 << class_depth;
 223
 224         /* only mask the most depth significant generated bits
 225          * except fixed bits for IP address class
 226          */
 227         mask = range - 1;
 228
 229         /* Widen coverage of IP address in generated rules */
 230         if (range <= rule_num)
 231                 step = 1;
 232         else
 233                 step = round((double)range / rule_num);
 234
 235         /* Only generate rest bits except the most significant
 236          * fixed bits for IP address class
 237          */
 238         start = lrand48() & mask;
 239         ptr_rule = &large_route_table[num_route_entries];
 240         for (k = 0; k < rule_num; k++) {
 241                 ptr_rule->ip = (start << (RTE_FIB_MAX_DEPTH - depth))
 242                         | ip_head_mask;
 243                 ptr_rule->depth = depth;
 244                 ptr_rule++;
 245                 start = (start + step) & mask;
 246         }
 247         num_route_entries += rule_num;
 248 }
 249
 250 static void insert_rule_in_random_pos(uint32_t ip, uint8_t depth)
 251 {
 252         uint32_t pos;
 253         int try_count = 0;
 254         struct route_rule tmp;
 255
 256         do {
 257                 pos = lrand48();
 258                 try_count++;
 259         } while ((try_count < 10) && (pos > num_route_entries));
 260
 261         if ((pos > num_route_entries) || (pos >= MAX_RULE_NUM))
 262                 pos = num_route_entries >> 1;
 263
 264         tmp = large_route_table[pos];
 265         large_route_table[pos].ip = ip;
 266         large_route_table[pos].depth = depth;
 267         if (num_route_entries < MAX_RULE_NUM)
 268                 large_route_table[num_route_entries++] = tmp;
 269 }
 270
 271 static void generate_large_route_rule_table(void)
 272 {
 273         uint32_t ip_class;
 274         uint8_t  depth;
 275
 276         num_route_entries = 0;
 277         memset(large_route_table, 0, sizeof(large_route_table));
 278
 279         for (ip_class = IP_CLASS_A; ip_class <= IP_CLASS_C; ip_class++) {
 280                 for (depth = 1; depth <= RTE_FIB_MAX_DEPTH; depth++)
 281                         generate_random_rule_prefix(ip_class, depth);
 282         }
 283
 284         /* Add following rules to keep same as previous large constant table,
 285          * they are 4 rules with private local IP address and 1 all-zeros prefix
 286          * with depth = 8.
 287          */
 288         insert_rule_in_random_pos(RTE_IPV4(0, 0, 0, 0), 8);
 289         insert_rule_in_random_pos(RTE_IPV4(10, 2, 23, 147), 32);
 290         insert_rule_in_random_pos(RTE_IPV4(192, 168, 100, 10), 24);
 291         insert_rule_in_random_pos(RTE_IPV4(192, 168, 25, 100), 24);
 292         insert_rule_in_random_pos(RTE_IPV4(192, 168, 129, 124), 32);
 293 }
 294
 295 static void
 296 print_route_distribution(const struct route_rule *table, uint32_t n)
 297 {
 298         unsigned int i, j;
 299
 300         printf("Route distribution per prefix width:\n");
 301         printf("DEPTH    QUANTITY (PERCENT)\n");
 302         printf("---------------------------\n");
 303
 304         /* Count depths. */
 305         for (i = 1; i <= 32; i++) {
 306                 unsigned int depth_counter = 0;
 307                 double percent_hits;
 308
 309                 for (j = 0; j < n; j++)
 310                         if (table[j].depth == (uint8_t) i)
 311                                 depth_counter++;
 312
 313                 percent_hits = ((double)depth_counter)/((double)n) * 100;
 314                 printf("%.2u%15u (%.2f)\n", i, depth_counter, percent_hits);
 315         }
 316         printf("\n");
 317 }
 318
 319 static int
 320 test_fib_perf(void)
 321 {
 322         struct rte_fib *fib = NULL;
 323         struct rte_fib_conf config;
 324
 325         config.max_routes = 2000000;
 326         config.type = RTE_FIB_DIR24_8;
 327         config.default_nh = 0;
 328         config.dir24_8.nh_sz = RTE_FIB_DIR24_8_4B;
 329         config.dir24_8.num_tbl8 = 65535;
 330         uint64_t begin, total_time;
 331         unsigned int i, j;
 332         uint32_t next_hop_add = 0xAA;
 333         int status = 0;
 334         int64_t count = 0;
 335
 336         rte_srand(rte_rdtsc());
 337
 338         generate_large_route_rule_table();
 339
 340         printf("No. routes = %u\n", (unsigned int) NUM_ROUTE_ENTRIES);
 341
 342         print_route_distribution(large_route_table,
 343                 (uint32_t) NUM_ROUTE_ENTRIES);
 344
 345         fib = rte_fib_create(__func__, SOCKET_ID_ANY, &config);
 346         TEST_FIB_ASSERT(fib != NULL);
 347
 348         /* Measue add. */
 349         begin = rte_rdtsc();
 350
 351         for (i = 0; i < NUM_ROUTE_ENTRIES; i++) {
 352                 if (rte_fib_add(fib, large_route_table[i].ip,
 353                                 large_route_table[i].depth, next_hop_add) == 0)
 354                         status++;
 355         }
 356         /* End Timer. */
 357         total_time = rte_rdtsc() - begin;
 358
 359         printf("Unique added entries = %d\n", status);
 360
 361         printf("Average FIB Add: %g cycles\n",
 362                         (double)total_time / NUM_ROUTE_ENTRIES);
 363
 364         /* Measure bulk Lookup */
 365         total_time = 0;
 366         count = 0;
 367         for (i = 0; i < ITERATIONS; i++) {
 368                 static uint32_t ip_batch[BATCH_SIZE];
 369                 uint64_t next_hops[BULK_SIZE];
 370
 371                 /* Create array of random IP addresses */
 372                 for (j = 0; j < BATCH_SIZE; j++)
 373                         ip_batch[j] = rte_rand();
 374
 375                 /* Lookup per batch */
 376                 begin = rte_rdtsc();
 377                 for (j = 0; j < BATCH_SIZE; j += BULK_SIZE) {
 378                         uint32_t k;
 379                         rte_fib_lookup_bulk(fib, &ip_batch[j], next_hops,
 380                                 BULK_SIZE);
 381                         for (k = 0; k < BULK_SIZE; k++)
 382                                 if (unlikely(!(next_hops[k] != 0)))
 383                                         count++;
 384                 }
 385
 386                 total_time += rte_rdtsc() - begin;
 387         }
 388         printf("BULK FIB Lookup: %.1f cycles (fails = %.1f%%)\n",
 389                         (double)total_time / ((double)ITERATIONS * BATCH_SIZE),
 390                         (count * 100.0) / (double)(ITERATIONS * BATCH_SIZE));
 391
 392         /* Delete */
 393         status = 0;
 394         begin = rte_rdtsc();
 395         for (i = 0; i < NUM_ROUTE_ENTRIES; i++) {
 396                 /* rte_lpm_delete(lpm, ip, depth) */
 397                 status += rte_fib_delete(fib, large_route_table[i].ip,
 398                                 large_route_table[i].depth);
 399         }
 400
 401         total_time += rte_rdtsc() - begin;
 402
 403         printf("Average FIB Delete: %g cycles\n",
 404                         (double)total_time / NUM_ROUTE_ENTRIES);
 405
 406         rte_fib_free(fib);
 407
 408         return 0;
 409 }
 410
 411 REGISTER_TEST_COMMAND(fib_perf_autotest, test_fib_perf);