net/hns3: support PF device with copper PHYs
[dpdk.git] / doc / guides / linux_gsg / linux_drivers.rst
1 ..  SPDX-License-Identifier: BSD-3-Clause
2     Copyright(c) 2010-2015 Intel Corporation.
3     Copyright 2017 Mellanox Technologies, Ltd
4     All rights reserved.
5
6 .. _linux_gsg_linux_drivers:
7
8 Linux Drivers
9 =============
10
11 Different PMDs may require different kernel drivers in order to work properly.
12 Depending on the PMD being used, a corresponding kernel driver should be loaded,
13 and network ports should be bound to that driver.
14
15 VFIO
16 ----
17
18 VFIO is a robust and secure driver that relies on IOMMU protection.
19 To make use of VFIO, the ``vfio-pci`` module must be loaded:
20
21 .. code-block:: console
22
23     sudo modprobe vfio-pci
24
25 VFIO kernel is usually present by default in all distributions,
26 however please consult your distributions documentation to make sure that is the case.
27
28 For DMA mapping of either external memory or hugepages, VFIO interface is used.
29 VFIO does not support partial unmap of once mapped memory. Hence DPDK's memory is
30 mapped in hugepage granularity or system page granularity. Number of DMA
31 mappings is limited by kernel with user locked memory limit of a process (rlimit)
32 for system/hugepage memory. Another per-container overall limit applicable both
33 for external memory and system memory was added in kernel 5.1 defined by
34 VFIO module parameter ``dma_entry_limit`` with a default value of 64K.
35 When application is out of DMA entries, these limits need to be adjusted to
36 increase the allowed limit.
37
38 Since Linux version 5.7,
39 the ``vfio-pci`` module supports the creation of virtual functions.
40 After the PF is bound to ``vfio-pci`` module,
41 the user can create the VFs using the ``sysfs`` interface,
42 and these VFs will be bound to ``vfio-pci`` module automatically.
43
44 When the PF is bound to ``vfio-pci``,
45 by default it will have a randomly generated VF token.
46 For security reasons, this token is write only,
47 so the user cannot read it from the kernel directly.
48 To access the VFs, the user needs to create a new token,
49 and use it to initialize both VF and PF devices.
50 The tokens are in UUID format,
51 so any UUID generation tool can be used to create a new token.
52
53 This VF token can be passed to DPDK by using EAL parameter ``--vfio-vf-token``.
54 The token will be used for all PF and VF ports within the application.
55
56 #. Generate the VF token by uuid command
57
58    .. code-block:: console
59
60       14d63f20-8445-11ea-8900-1f9ce7d5650d
61
62 #. Load the ``vfio-pci`` module with ``enable_sriov`` parameter set
63
64    .. code-block:: console
65
66       sudo modprobe vfio-pci enable_sriov=1
67
68 #. Bind the PCI devices to ``vfio-pci`` driver
69
70    .. code-block:: console
71
72       ./usertools/dpdk-devbind.py -b vfio-pci 0000:86:00.0
73
74 #. Create the desired number of VF devices
75
76    .. code-block:: console
77
78       echo 2 > /sys/bus/pci/devices/0000:86:00.0/sriov_numvfs
79
80 #. Start the DPDK application that will manage the PF device
81
82    .. code-block:: console
83
84       <build_dir>/app/dpdk-testpmd -l 22-25 -n 4 -a 86:00.0 \
85       --vfio-vf-token=14d63f20-8445-11ea-8900-1f9ce7d5650d --file-prefix=pf -- -i
86
87 #. Start the DPDK application that will manage the VF device
88
89    .. code-block:: console
90
91       <build_dir>/app/dpdk-testpmd -l 26-29 -n 4 -a 86:02.0 \
92       --vfio-vf-token=14d63f20-8445-11ea-8900-1f9ce7d5650d --file-prefix=vf0 -- -i
93
94 To make use of full VFIO functionality,
95 both kernel and BIOS must support and be configured
96 to use IO virtualization (such as IntelĀ® VT-d).
97
98 .. note::
99
100    Linux versions earlier than version 3.6 do not support VFIO.
101
102 .. note::
103
104    Linux versions earlier than version 5.7 do not support the creation of
105    virtual functions within the VFIO framework.
106
107 .. note::
108
109    In most cases, specifying "iommu=on" as kernel parameter should be enough to
110    configure the Linux kernel to use IOMMU.
111
112 For proper operation of VFIO when running DPDK applications as a non-privileged user, correct permissions should also be set up.
113 For more information, please refer to :ref:`Running_Without_Root_Privileges`.
114
115 VFIO no-IOMMU mode
116 ------------------
117
118 If there is no IOMMU available on the system, VFIO can still be used,
119 but it has to be loaded with an additional module parameter:
120
121 .. code-block:: console
122
123    modprobe vfio enable_unsafe_noiommu_mode=1
124
125 Alternatively, one can also enable this option in an already loaded kernel module:
126
127 .. code-block:: console
128
129    echo 1 > /sys/module/vfio/parameters/enable_unsafe_noiommu_mode
130
131 After that, VFIO can be used with hardware devices as usual.
132
133 .. note::
134
135    It may be required to unload all VFIO related-modules before probing
136    the module again with ``enable_unsafe_noiommu_mode=1`` parameter.
137
138 .. warning::
139
140    Since no-IOMMU mode forgoes IOMMU protection, it is inherently unsafe.
141    That said, it does make it possible for the user
142    to keep the degree of device access and programming that VFIO has,
143    in situations where IOMMU is not available.
144
145 UIO
146 ---
147
148 In situations where using VFIO is not an option, there are alternative drivers one can use.
149 In many cases, the standard ``uio_pci_generic`` module included in the Linux kernel
150 can be used as a substitute for VFIO. This module can be loaded using the command:
151
152 .. code-block:: console
153
154    sudo modprobe uio_pci_generic
155
156 .. note::
157
158    ``uio_pci_generic`` module doesn't support the creation of virtual functions.
159
160 As an alternative to the ``uio_pci_generic``, there is the ``igb_uio`` module
161 which can be found in the repository `dpdk-kmods <http://git.dpdk.org/dpdk-kmods>`_.
162 It can be loaded as shown below:
163
164 .. code-block:: console
165
166    sudo modprobe uio
167    sudo insmod igb_uio.ko
168
169 .. note::
170
171    If UEFI secure boot is enabled,
172    the Linux kernel may disallow the use of UIO on the system.
173    Therefore, devices for use by DPDK should be bound to the ``vfio-pci`` kernel module
174    rather than any UIO-based module.
175    For more details see :ref:`linux_gsg_binding_kernel` below.
176
177 .. note::
178
179    If the devices used for DPDK are bound to the ``uio_pci_generic`` kernel module,
180    please make sure that the IOMMU is disabled or is in passthrough mode.
181    One can add ``intel_iommu=off`` or ``amd_iommu=off`` or ``intel_iommu=on iommu=pt``
182    in GRUB command line on x86_64 systems,
183    or add ``iommu.passthrough=1`` on aarch64 systems.
184
185 .. note::
186
187    Using UIO drivers is inherently unsafe due to this method lacking IOMMU protection,
188    and can only be done by root user.
189
190 .. _bifurcated_driver:
191
192 Bifurcated Driver
193 -----------------
194
195 PMDs which use the bifurcated driver co-exists with the device kernel driver.
196 On such model the NIC is controlled by the kernel, while the data
197 path is performed by the PMD directly on top of the device.
198
199 Such model has the following benefits:
200
201  - It is secure and robust, as the memory management and isolation
202    is done by the kernel.
203  - It enables the user to use legacy linux tools such as ``ethtool`` or
204    ``ifconfig`` while running DPDK application on the same network ports.
205  - It enables the DPDK application to filter only part of the traffic,
206    while the rest will be directed and handled by the kernel driver.
207    The flow bifurcation is performed by the NIC hardware.
208    As an example, using :ref:`flow_isolated_mode` allows to choose
209    strictly what is received in DPDK.
210
211 More about the bifurcated driver can be found in
212 `Mellanox Bifurcated DPDK PMD
213 <https://www.dpdk.org/wp-content/uploads/sites/35/2016/10/Day02-Session04-RonyEfraim-Userspace2016.pdf>`__.
214
215 .. _linux_gsg_binding_kernel:
216
217 Binding and Unbinding Network Ports to/from the Kernel Modules
218 --------------------------------------------------------------
219
220 .. note::
221
222    PMDs which use the bifurcated driver should not be unbound from their kernel drivers.
223    This section is for PMDs which use the UIO or VFIO drivers.
224
225 As of release 1.4, DPDK applications no longer automatically unbind all supported network ports from the kernel driver in use.
226 Instead, in case the PMD being used use the VFIO or UIO drivers,
227 all ports that are to be used by a DPDK application must be bound to
228 the ``vfio-pci``, ``uio_pci_generic``, or ``igb_uio`` module
229 before the application is run.
230 For such PMDs, any network ports under Linux* control will be ignored and cannot be used by the application.
231
232 To bind ports to the ``vfio-pci``, ``uio_pci_generic`` or ``igb_uio`` module
233 for DPDK use, or to return ports to Linux control,
234 a utility script called ``dpdk-devbind.py`` is provided in the ``usertools`` subdirectory.
235 This utility can be used to provide a view of the current state of the network ports on the system,
236 and to bind and unbind those ports from the different kernel modules,
237 including the VFIO and UIO modules.
238 The following are some examples of how the script can be used.
239 A full description of the script and its parameters can be obtained
240 by calling the script with the ``--help`` or ``--usage`` options.
241 Note that the UIO or VFIO kernel modules to be used,
242 should be loaded into the kernel before running the ``dpdk-devbind.py`` script.
243
244 .. warning::
245
246    Due to the way VFIO works, there are certain limitations
247    to which devices can be used with VFIO.
248    Mainly it comes down to how IOMMU groups work.
249    Any Virtual Function device can usually be used with VFIO on its own,
250    but physical devices may require either all ports bound to VFIO,
251    or some of them bound to VFIO while others not being bound to anything at all.
252
253    If your device is behind a PCI-to-PCI bridge,
254    the bridge will then be part of the IOMMU group in which your device is in.
255    Therefore, the bridge driver should also be unbound from the bridge PCI device
256    for VFIO to work with devices behind the bridge.
257
258 .. warning::
259
260    While any user can run the ``dpdk-devbind.py`` script
261    to view the status of the network ports,
262    binding or unbinding network ports requires root privileges.
263
264 To see the status of all network ports on the system:
265
266 .. code-block:: console
267
268     ./usertools/dpdk-devbind.py --status
269
270     Network devices using DPDK-compatible driver
271     ============================================
272     0000:82:00.0 '82599EB 10-GbE NIC' drv=uio_pci_generic unused=ixgbe
273     0000:82:00.1 '82599EB 10-GbE NIC' drv=uio_pci_generic unused=ixgbe
274
275     Network devices using kernel driver
276     ===================================
277     0000:04:00.0 'I350 1-GbE NIC' if=em0  drv=igb unused=uio_pci_generic *Active*
278     0000:04:00.1 'I350 1-GbE NIC' if=eth1 drv=igb unused=uio_pci_generic
279     0000:04:00.2 'I350 1-GbE NIC' if=eth2 drv=igb unused=uio_pci_generic
280     0000:04:00.3 'I350 1-GbE NIC' if=eth3 drv=igb unused=uio_pci_generic
281
282     Other network devices
283     =====================
284     <none>
285
286 To bind device ``eth1``,``04:00.1``, to the ``uio_pci_generic`` driver:
287
288 .. code-block:: console
289
290     ./usertools/dpdk-devbind.py --bind=uio_pci_generic 04:00.1
291
292 or, alternatively,
293
294 .. code-block:: console
295
296     ./usertools/dpdk-devbind.py --bind=uio_pci_generic eth1
297
298 To restore device ``82:00.0`` to its original kernel binding:
299
300 .. code-block:: console
301
302     ./usertools/dpdk-devbind.py --bind=ixgbe 82:00.0
303
304 Troubleshooting VFIO
305 --------------------
306
307 In certain situations, using ``dpdk-devbind.py`` script
308 to bind a device to VFIO driver may fail.
309 The first place to check is the kernel messages:
310
311 .. code-block:: console
312
313    dmesg | tail
314    ...
315    [ 1297.875090] vfio-pci: probe of 0000:31:00.0 failed with error -22
316    ...
317
318 In most cases, the ``error -22`` indicates that the VFIO subsystem
319 could not be enabled because there is no IOMMU support.
320
321 To check whether the kernel has been booted with correct parameters,
322 one can check the kernel command-line:
323
324 .. code-block:: console
325
326    cat /proc/cmdline
327
328 Please refer to earlier sections on how to configure kernel parameters
329 correctly for your system.
330
331 If the kernel is configured correctly, one also has to make sure that
332 the BIOS configuration has virtualization features (such as IntelĀ® VT-d).
333 There is no standard way to check if the platform is configured correctly,
334 so please check with your platform documentation to see if it has such features,
335 and how to enable them.
336
337 In certain distributions, default kernel configuration is such that
338 the no-IOMMU mode is disabled altogether at compile time.
339 This can be checked in the boot configuration of your system:
340
341 .. code-block:: console
342
343    cat /boot/config-$(uname -r) | grep NOIOMMU
344    # CONFIG_VFIO_NOIOMMU is not set
345
346 If ``CONFIG_VFIO_NOIOMMU`` is not enabled in the kernel configuration,
347 VFIO driver will not support the no-IOMMU mode,
348 and other alternatives (such as UIO drivers) will have to be used.