doc/guides/nics/mlx4.rst

   1 ..  SPDX-License-Identifier: BSD-3-Clause
   2     Copyright 2012 6WIND S.A.
   3     Copyright 2015 Mellanox Technologies, Ltd
   4
   5 MLX4 poll mode driver library
   6 =============================
   7
   8 The MLX4 poll mode driver library (**librte_pmd_mlx4**) implements support
   9 for **Mellanox ConnectX-3** and **Mellanox ConnectX-3 Pro** 10/40 Gbps adapters
  10 as well as their virtual functions (VF) in SR-IOV context.
  11
  12 Information and documentation about this family of adapters can be found on
  13 the `Mellanox website <http://www.mellanox.com>`_. Help is also provided by
  14 the `Mellanox community <http://community.mellanox.com/welcome>`_.
  15
  16 There is also a `section dedicated to this poll mode driver
  17 <http://www.mellanox.com/page/products_dyn?product_family=209&mtag=pmd_for_dpdk>`_.
  18
  19 .. note::
  20
  21    Due to external dependencies, this driver is disabled by default. It must
  22    be enabled manually by setting ``CONFIG_RTE_LIBRTE_MLX4_PMD=y`` and
  23    recompiling DPDK.
  24
  25 Implementation details
  26 ----------------------
  27
  28 Most Mellanox ConnectX-3 devices provide two ports but expose a single PCI
  29 bus address, thus unlike most drivers, librte_pmd_mlx4 registers itself as a
  30 PCI driver that allocates one Ethernet device per detected port.
  31
  32 For this reason, one cannot white/blacklist a single port without also
  33 white/blacklisting the others on the same device.
  34
  35 Besides its dependency on libibverbs (that implies libmlx4 and associated
  36 kernel support), librte_pmd_mlx4 relies heavily on system calls for control
  37 operations such as querying/updating the MTU and flow control parameters.
  38
  39 For security reasons and robustness, this driver only deals with virtual
  40 memory addresses. The way resources allocations are handled by the kernel
  41 combined with hardware specifications that allow it to handle virtual memory
  42 addresses directly ensure that DPDK applications cannot access random
  43 physical memory (or memory that does not belong to the current process).
  44
  45 This capability allows the PMD to coexist with kernel network interfaces
  46 which remain functional, although they stop receiving unicast packets as
  47 long as they share the same MAC address.
  48
  49 The :ref:`flow_isolated_mode` is supported.
  50
  51 Compiling librte_pmd_mlx4 causes DPDK to be linked against libibverbs.
  52
  53 Configuration
  54 -------------
  55
  56 Compilation options
  57 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
  58
  59 These options can be modified in the ``.config`` file.
  60
  61 - ``CONFIG_RTE_LIBRTE_MLX4_PMD`` (default **n**)
  62
  63   Toggle compilation of librte_pmd_mlx4 itself.
  64
  65 - ``CONFIG_RTE_IBVERBS_LINK_DLOPEN`` (default **n**)
  66
  67   Build PMD with additional code to make it loadable without hard
  68   dependencies on **libibverbs** nor **libmlx4**, which may not be installed
  69   on the target system.
  70
  71   In this mode, their presence is still required for it to run properly,
  72   however their absence won't prevent a DPDK application from starting (with
  73   ``CONFIG_RTE_BUILD_SHARED_LIB`` disabled) and they won't show up as
  74   missing with ``ldd(1)``.
  75
  76   It works by moving these dependencies to a purpose-built rdma-core "glue"
  77   plug-in which must either be installed in a directory whose name is based
  78   on ``CONFIG_RTE_EAL_PMD_PATH`` suffixed with ``-glue`` if set, or in a
  79   standard location for the dynamic linker (e.g. ``/lib``) if left to the
  80   default empty string (``""``).
  81
  82   This option has no performance impact.
  83
  84 - ``CONFIG_RTE_IBVERBS_LINK_STATIC`` (default **n**)
  85
  86   Embed static flavor of the dependencies **libibverbs** and **libmlx4**
  87   in the PMD shared library or the executable static binary.
  88
  89 - ``CONFIG_RTE_LIBRTE_MLX4_DEBUG`` (default **n**)
  90
  91   Toggle debugging code and stricter compilation flags. Enabling this option
  92   adds additional run-time checks and debugging messages at the cost of
  93   lower performance.
  94
  95 This option is available in meson:
  96
  97 - ``ibverbs_link`` can be ``static``, ``shared``, or ``dlopen``.
  98
  99 Environment variables
 100 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
 101
 102 - ``MLX4_GLUE_PATH``
 103
 104   A list of directories in which to search for the rdma-core "glue" plug-in,
 105   separated by colons or semi-colons.
 106
 107   Only matters when compiled with ``CONFIG_RTE_IBVERBS_LINK_DLOPEN``
 108   enabled and most useful when ``CONFIG_RTE_EAL_PMD_PATH`` is also set,
 109   since ``LD_LIBRARY_PATH`` has no effect in this case.
 110
 111 Run-time configuration
 112 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
 113
 114 - librte_pmd_mlx4 brings kernel network interfaces up during initialization
 115   because it is affected by their state. Forcing them down prevents packets
 116   reception.
 117
 118 - **ethtool** operations on related kernel interfaces also affect the PMD.
 119
 120 - ``port`` parameter [int]
 121
 122   This parameter provides a physical port to probe and can be specified multiple
 123   times for additional ports. All ports are probed by default if left
 124   unspecified.
 125
 126 - ``mr_ext_memseg_en`` parameter [int]
 127
 128   A nonzero value enables extending memseg when registering DMA memory. If
 129   enabled, the number of entries in MR (Memory Region) lookup table on datapath
 130   is minimized and it benefits performance. On the other hand, it worsens memory
 131   utilization because registered memory is pinned by kernel driver. Even if a
 132   page in the extended chunk is freed, that doesn't become reusable until the
 133   entire memory is freed.
 134
 135   Enabled by default.
 136
 137 Kernel module parameters
 138 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
 139
 140 The **mlx4_core** kernel module has several parameters that affect the
 141 behavior and/or the performance of librte_pmd_mlx4. Some of them are described
 142 below.
 143
 144 - **num_vfs** (integer or triplet, optionally prefixed by device address
 145   strings)
 146
 147   Create the given number of VFs on the specified devices.
 148
 149 - **log_num_mgm_entry_size** (integer)
 150
 151   Device-managed flow steering (DMFS) is required by DPDK applications. It is
 152   enabled by using a negative value, the last four bits of which have a
 153   special meaning.
 154
 155   - **-1**: force device-managed flow steering (DMFS).
 156   - **-7**: configure optimized steering mode to improve performance with the
 157     following limitation: VLAN filtering is not supported with this mode.
 158     This is the recommended mode in case VLAN filter is not needed.
 159
 160 Limitations
 161 -----------
 162
 163 - For secondary process:
 164
 165   - Forked secondary process not supported.
 166   - External memory unregistered in EAL memseg list cannot be used for DMA
 167     unless such memory has been registered by ``mlx4_mr_update_ext_mp()`` in
 168     primary process and remapped to the same virtual address in secondary
 169     process. If the external memory is registered by primary process but has
 170     different virtual address in secondary process, unexpected error may happen.
 171
 172 - CRC stripping is supported by default and always reported as "true".
 173   The ability to enable/disable CRC stripping requires OFED version
 174   4.3-1.5.0.0 and above  or rdma-core version v18 and above.
 175
 176 - TSO (Transmit Segmentation Offload) is supported in OFED version
 177   4.4 and above.
 178
 179 Prerequisites
 180 -------------
 181
 182 This driver relies on external libraries and kernel drivers for resources
 183 allocations and initialization. The following dependencies are not part of
 184 DPDK and must be installed separately:
 185
 186 - **libibverbs** (provided by rdma-core package)
 187
 188   User space verbs framework used by librte_pmd_mlx4. This library provides
 189   a generic interface between the kernel and low-level user space drivers
 190   such as libmlx4.
 191
 192   It allows slow and privileged operations (context initialization, hardware
 193   resources allocations) to be managed by the kernel and fast operations to
 194   never leave user space.
 195
 196 - **libmlx4** (provided by rdma-core package)
 197
 198   Low-level user space driver library for Mellanox ConnectX-3 devices,
 199   it is automatically loaded by libibverbs.
 200
 201   This library basically implements send/receive calls to the hardware
 202   queues.
 203
 204 - **Kernel modules**
 205
 206   They provide the kernel-side verbs API and low level device drivers that
 207   manage actual hardware initialization and resources sharing with user
 208   space processes.
 209
 210   Unlike most other PMDs, these modules must remain loaded and bound to
 211   their devices:
 212
 213   - mlx4_core: hardware driver managing Mellanox ConnectX-3 devices.
 214   - mlx4_en: Ethernet device driver that provides kernel network interfaces.
 215   - mlx4_ib: InifiniBand device driver.
 216   - ib_uverbs: user space driver for verbs (entry point for libibverbs).
 217
 218 - **Firmware update**
 219
 220   Mellanox OFED releases include firmware updates for ConnectX-3 adapters.
 221
 222   Because each release provides new features, these updates must be applied to
 223   match the kernel modules and libraries they come with.
 224
 225 .. note::
 226
 227    Both libraries are BSD and GPL licensed. Linux kernel modules are GPL
 228    licensed.
 229
 230 Depending on system constraints and user preferences either RDMA core library
 231 with a recent enough Linux kernel release (recommended) or Mellanox OFED,
 232 which provides compatibility with older releases.
 233
 234 Current RDMA core package and Linux kernel (recommended)
 235 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
 236
 237 - Minimal Linux kernel version: 4.14.
 238 - Minimal RDMA core version: v15 (see `RDMA core installation documentation`_).
 239
 240 - Starting with rdma-core v21, static libraries can be built::
 241
 242     cd build
 243     CFLAGS=-fPIC cmake -DIN_PLACE=1 -DENABLE_STATIC=1 -GNinja ..
 244     ninja
 245
 246 .. _`RDMA core installation documentation`: https://raw.githubusercontent.com/linux-rdma/rdma-core/master/README.md
 247
 248 If rdma-core libraries are built but not installed, DPDK makefile can link them,
 249 thanks to these environment variables:
 250
 251    - ``EXTRA_CFLAGS=-I/path/to/rdma-core/build/include``
 252    - ``EXTRA_LDFLAGS=-L/path/to/rdma-core/build/lib``
 253    - ``PKG_CONFIG_PATH=/path/to/rdma-core/build/lib/pkgconfig``
 254
 255 .. _Mellanox_OFED_as_a_fallback:
 256
 257 Mellanox OFED as a fallback
 258 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
 259
 260 - `Mellanox OFED`_ version: **4.4, 4.5, 4.6**.
 261 - firmware version: **2.42.5000** and above.
 262
 263 .. _`Mellanox OFED`: http://www.mellanox.com/page/products_dyn?product_family=26&mtag=linux_sw_drivers
 264
 265 .. note::
 266
 267    Several versions of Mellanox OFED are available. Installing the version
 268    this DPDK release was developed and tested against is strongly
 269    recommended. Please check the `prerequisites`_.
 270
 271 Installing Mellanox OFED
 272 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
 273
 274 1. Download latest Mellanox OFED.
 275
 276 2. Install the required libraries and kernel modules either by installing
 277    only the required set, or by installing the entire Mellanox OFED:
 278
 279    For bare metal use::
 280
 281         ./mlnxofedinstall --dpdk --upstream-libs
 282
 283    For SR-IOV hypervisors use::
 284
 285         ./mlnxofedinstall --dpdk --upstream-libs --enable-sriov --hypervisor
 286
 287    For SR-IOV virtual machine use::
 288
 289         ./mlnxofedinstall --dpdk --upstream-libs --guest
 290
 291 3. Verify the firmware is the correct one::
 292
 293         ibv_devinfo
 294
 295 4. Set all ports links to Ethernet, follow instructions on the screen::
 296
 297         connectx_port_config
 298
 299 5. Continue with :ref:`section 2 of the Quick Start Guide <QSG_2>`.
 300
 301 Supported NICs
 302 --------------
 303
 304 * Mellanox(R) ConnectX(R)-3 Pro 40G MCX354A-FCC_Ax (2*40G)
 305
 306 .. _qsg:
 307
 308 Quick Start Guide
 309 -----------------
 310
 311 1. Set all ports links to Ethernet::
 312
 313         PCI=<NIC PCI address>
 314         echo eth > "/sys/bus/pci/devices/$PCI/mlx4_port0"
 315         echo eth > "/sys/bus/pci/devices/$PCI/mlx4_port1"
 316
 317    .. note::
 318
 319         If using Mellanox OFED one can permanently set the port link
 320         to Ethernet using connectx_port_config tool provided by it.
 321         :ref:`Mellanox_OFED_as_a_fallback`:
 322
 323 .. _QSG_2:
 324
 325 2. In case of bare metal or hypervisor, configure optimized steering mode
 326    by adding the following line to ``/etc/modprobe.d/mlx4_core.conf``::
 327
 328         options mlx4_core log_num_mgm_entry_size=-7
 329
 330    .. note::
 331
 332         If VLAN filtering is used, set log_num_mgm_entry_size=-1.
 333         Performance degradation can occur on this case.
 334
 335 3. Restart the driver::
 336
 337         /etc/init.d/openibd restart
 338
 339    or::
 340
 341         service openibd restart
 342
 343 4. Compile DPDK and you are ready to go. See instructions on
 344    :ref:`Development Kit Build System <Development_Kit_Build_System>`
 345
 346 Performance tuning
 347 ------------------
 348
 349 1. Verify the optimized steering mode is configured::
 350
 351         cat /sys/module/mlx4_core/parameters/log_num_mgm_entry_size
 352
 353 2. Use the CPU near local NUMA node to which the PCIe adapter is connected,
 354    for better performance. For VMs, verify that the right CPU
 355    and NUMA node are pinned according to the above. Run::
 356
 357         lstopo-no-graphics
 358
 359    to identify the NUMA node to which the PCIe adapter is connected.
 360
 361 3. If more than one adapter is used, and root complex capabilities allow
 362    to put both adapters on the same NUMA node without PCI bandwidth degradation,
 363    it is recommended to locate both adapters on the same NUMA node.
 364    This in order to forward packets from one to the other without
 365    NUMA performance penalty.
 366
 367 4. Disable pause frames::
 368
 369         ethtool -A <netdev> rx off tx off
 370
 371 5. Verify IO non-posted prefetch is disabled by default. This can be checked
 372    via the BIOS configuration. Please contact you server provider for more
 373    information about the settings.
 374
 375 .. note::
 376
 377         On some machines, depends on the machine integrator, it is beneficial
 378         to set the PCI max read request parameter to 1K. This can be
 379         done in the following way:
 380
 381         To query the read request size use::
 382
 383                 setpci -s <NIC PCI address> 68.w
 384
 385         If the output is different than 3XXX, set it by::
 386
 387                 setpci -s <NIC PCI address> 68.w=3XXX
 388
 389         The XXX can be different on different systems. Make sure to configure
 390         according to the setpci output.
 391
 392 6. To minimize overhead of searching Memory Regions:
 393
 394    - '--socket-mem' is recommended to pin memory by predictable amount.
 395    - Configure per-lcore cache when creating Mempools for packet buffer.
 396    - Refrain from dynamically allocating/freeing memory in run-time.
 397
 398 Usage example
 399 -------------
 400
 401 This section demonstrates how to launch **testpmd** with Mellanox ConnectX-3
 402 devices managed by librte_pmd_mlx4.
 403
 404 #. Load the kernel modules::
 405
 406       modprobe -a ib_uverbs mlx4_en mlx4_core mlx4_ib
 407
 408    Alternatively if MLNX_OFED is fully installed, the following script can
 409    be run::
 410
 411       /etc/init.d/openibd restart
 412
 413    .. note::
 414
 415       User space I/O kernel modules (uio and igb_uio) are not used and do
 416       not have to be loaded.
 417
 418 #. Make sure Ethernet interfaces are in working order and linked to kernel
 419    verbs. Related sysfs entries should be present::
 420
 421       ls -d /sys/class/net/*/device/infiniband_verbs/uverbs* | cut -d / -f 5
 422
 423    Example output::
 424
 425       eth2
 426       eth3
 427       eth4
 428       eth5
 429
 430 #. Optionally, retrieve their PCI bus addresses for whitelisting::
 431
 432       {
 433           for intf in eth2 eth3 eth4 eth5;
 434           do
 435               (cd "/sys/class/net/${intf}/device/" && pwd -P);
 436           done;
 437       } |
 438       sed -n 's,.*/\(.*\),-w \1,p'
 439
 440    Example output::
 441
 442       -w 0000:83:00.0
 443       -w 0000:83:00.0
 444       -w 0000:84:00.0
 445       -w 0000:84:00.0
 446
 447    .. note::
 448
 449       There are only two distinct PCI bus addresses because the Mellanox
 450       ConnectX-3 adapters installed on this system are dual port.
 451
 452 #. Request huge pages::
 453
 454       echo 1024 > /sys/kernel/mm/hugepages/hugepages-2048kB/nr_hugepages/nr_hugepages
 455
 456 #. Start testpmd with basic parameters::
 457
 458       testpmd -l 8-15 -n 4 -w 0000:83:00.0 -w 0000:84:00.0 -- --rxq=2 --txq=2 -i
 459
 460    Example output::
 461
 462       [...]
 463       EAL: PCI device 0000:83:00.0 on NUMA socket 1
 464       EAL:   probe driver: 15b3:1007 librte_pmd_mlx4
 465       PMD: librte_pmd_mlx4: PCI information matches, using device "mlx4_0" (VF: false)
 466       PMD: librte_pmd_mlx4: 2 port(s) detected
 467       PMD: librte_pmd_mlx4: port 1 MAC address is 00:02:c9:b5:b7:50
 468       PMD: librte_pmd_mlx4: port 2 MAC address is 00:02:c9:b5:b7:51
 469       EAL: PCI device 0000:84:00.0 on NUMA socket 1
 470       EAL:   probe driver: 15b3:1007 librte_pmd_mlx4
 471       PMD: librte_pmd_mlx4: PCI information matches, using device "mlx4_1" (VF: false)
 472       PMD: librte_pmd_mlx4: 2 port(s) detected
 473       PMD: librte_pmd_mlx4: port 1 MAC address is 00:02:c9:b5:ba:b0
 474       PMD: librte_pmd_mlx4: port 2 MAC address is 00:02:c9:b5:ba:b1
 475       Interactive-mode selected
 476       Configuring Port 0 (socket 0)
 477       PMD: librte_pmd_mlx4: 0x867d60: TX queues number update: 0 -> 2
 478       PMD: librte_pmd_mlx4: 0x867d60: RX queues number update: 0 -> 2
 479       Port 0: 00:02:C9:B5:B7:50
 480       Configuring Port 1 (socket 0)
 481       PMD: librte_pmd_mlx4: 0x867da0: TX queues number update: 0 -> 2
 482       PMD: librte_pmd_mlx4: 0x867da0: RX queues number update: 0 -> 2
 483       Port 1: 00:02:C9:B5:B7:51
 484       Configuring Port 2 (socket 0)
 485       PMD: librte_pmd_mlx4: 0x867de0: TX queues number update: 0 -> 2
 486       PMD: librte_pmd_mlx4: 0x867de0: RX queues number update: 0 -> 2
 487       Port 2: 00:02:C9:B5:BA:B0
 488       Configuring Port 3 (socket 0)
 489       PMD: librte_pmd_mlx4: 0x867e20: TX queues number update: 0 -> 2
 490       PMD: librte_pmd_mlx4: 0x867e20: RX queues number update: 0 -> 2
 491       Port 3: 00:02:C9:B5:BA:B1
 492       Checking link statuses...
 493       Port 0 Link Up - speed 10000 Mbps - full-duplex
 494       Port 1 Link Up - speed 40000 Mbps - full-duplex
 495       Port 2 Link Up - speed 10000 Mbps - full-duplex
 496       Port 3 Link Up - speed 40000 Mbps - full-duplex
 497       Done
 498       testpmd>