8c656d30f72e77dbd02e232aa6a97e96d6c319bf
[dpdk.git] / doc / guides / nics / mlx4.rst
1 ..  BSD LICENSE
2     Copyright 2012 6WIND S.A.
3     Copyright 2015 Mellanox
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 6WIND S.A. 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 MLX4 poll mode driver library
32 =============================
33
34 The MLX4 poll mode driver library (**librte_pmd_mlx4**) implements support
35 for **Mellanox ConnectX-3** and **Mellanox ConnectX-3 Pro** 10/40 Gbps adapters
36 as well as their virtual functions (VF) in SR-IOV context.
37
38 Information and documentation about this family of adapters can be found on
39 the `Mellanox website <http://www.mellanox.com>`_. Help is also provided by
40 the `Mellanox community <http://community.mellanox.com/welcome>`_.
41
42 There is also a `section dedicated to this poll mode driver
43 <http://www.mellanox.com/page/products_dyn?product_family=209&mtag=pmd_for_dpdk>`_.
44
45 .. note::
46
47    Due to external dependencies, this driver is disabled by default. It must
48    be enabled manually by setting ``CONFIG_RTE_LIBRTE_MLX4_PMD=y`` and
49    recompiling DPDK.
50
51 Implementation details
52 ----------------------
53
54 Most Mellanox ConnectX-3 devices provide two ports but expose a single PCI
55 bus address, thus unlike most drivers, librte_pmd_mlx4 registers itself as a
56 PCI driver that allocates one Ethernet device per detected port.
57
58 For this reason, one cannot white/blacklist a single port without also
59 white/blacklisting the others on the same device.
60
61 Besides its dependency on libibverbs (that implies libmlx4 and associated
62 kernel support), librte_pmd_mlx4 relies heavily on system calls for control
63 operations such as querying/updating the MTU and flow control parameters.
64
65 For security reasons and robustness, this driver only deals with virtual
66 memory addresses. The way resources allocations are handled by the kernel
67 combined with hardware specifications that allow it to handle virtual memory
68 addresses directly ensure that DPDK applications cannot access random
69 physical memory (or memory that does not belong to the current process).
70
71 This capability allows the PMD to coexist with kernel network interfaces
72 which remain functional, although they stop receiving unicast packets as
73 long as they share the same MAC address.
74
75 Compiling librte_pmd_mlx4 causes DPDK to be linked against libibverbs.
76
77 Features
78 --------
79
80 - Multi arch support: x86_64 and POWER8.
81 - RSS, also known as RCA, is supported. In this mode the number of
82   configured RX queues must be a power of two.
83 - VLAN filtering is supported.
84 - Link state information is provided.
85 - Promiscuous mode is supported.
86 - All multicast mode is supported.
87 - Multiple MAC addresses (unicast, multicast) can be configured.
88 - Scattered packets are supported for TX and RX.
89 - Inner L3/L4 (IP, TCP and UDP) TX/RX checksum offloading and validation.
90 - Outer L3 (IP) TX/RX checksum offloading and validation for VXLAN frames.
91 - RX interrupts.
92
93 Limitations
94 -----------
95
96 - RSS hash key cannot be modified.
97 - RSS RETA cannot be configured
98 - RSS always includes L3 (IPv4/IPv6) and L4 (UDP/TCP). They cannot be
99   dissociated.
100
101 Configuration
102 -------------
103
104 Compilation options
105 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
106
107 These options can be modified in the ``.config`` file.
108
109 - ``CONFIG_RTE_LIBRTE_MLX4_PMD`` (default **n**)
110
111   Toggle compilation of librte_pmd_mlx4 itself.
112
113 - ``CONFIG_RTE_LIBRTE_MLX4_DEBUG`` (default **n**)
114
115   Toggle debugging code and stricter compilation flags. Enabling this option
116   adds additional run-time checks and debugging messages at the cost of
117   lower performance.
118
119 - ``CONFIG_RTE_LIBRTE_MLX4_DEBUG_BROKEN_VERBS`` (default **n**)
120
121   Mellanox OFED versions earlier than 4.2 may return false errors from
122   Verbs object destruction APIs after the device is plugged out.
123   Enabling this option replaces assertion checks that cause the program
124   to abort with harmless debugging messages as a workaround.
125   Relevant only when CONFIG_RTE_LIBRTE_MLX4_DEBUG is enabled.
126
127 - ``CONFIG_RTE_LIBRTE_MLX4_MAX_INLINE`` (default **0**)
128
129   Amount of data to be inlined during TX operations. Improves latency but
130   lowers throughput.
131
132 - ``CONFIG_RTE_LIBRTE_MLX4_TX_MP_CACHE`` (default **8**)
133
134   Maximum number of cached memory pools (MPs) per TX queue. Each MP from
135   which buffers are to be transmitted must be associated to memory regions
136   (MRs). This is a slow operation that must be cached.
137
138   This value is always 1 for RX queues since they use a single MP.
139
140 Environment variables
141 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
142
143 - ``MLX4_INLINE_RECV_SIZE``
144
145   A nonzero value enables inline receive for packets up to that size. May
146   significantly improve performance in some cases but lower it in
147   others. Requires careful testing.
148
149 Run-time configuration
150 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
151
152 - The only constraint when RSS mode is requested is to make sure the number
153   of RX queues is a power of two. This is a hardware requirement.
154
155 - librte_pmd_mlx4 brings kernel network interfaces up during initialization
156   because it is affected by their state. Forcing them down prevents packets
157   reception.
158
159 - **ethtool** operations on related kernel interfaces also affect the PMD.
160
161 - ``port`` parameter [int]
162
163   This parameter provides a physical port to probe and can be specified multiple
164   times for additional ports. All ports are probed by default if left
165   unspecified.
166
167 Kernel module parameters
168 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
169
170 The **mlx4_core** kernel module has several parameters that affect the
171 behavior and/or the performance of librte_pmd_mlx4. Some of them are described
172 below.
173
174 - **num_vfs** (integer or triplet, optionally prefixed by device address
175   strings)
176
177   Create the given number of VFs on the specified devices.
178
179 - **log_num_mgm_entry_size** (integer)
180
181   Device-managed flow steering (DMFS) is required by DPDK applications. It is
182   enabled by using a negative value, the last four bits of which have a
183   special meaning.
184
185   - **-1**: force device-managed flow steering (DMFS).
186   - **-7**: configure optimized steering mode to improve performance with the
187     following limitation: VLAN filtering is not supported with this mode.
188     This is the recommended mode in case VLAN filter is not needed.
189
190 Prerequisites
191 -------------
192
193 This driver relies on external libraries and kernel drivers for resources
194 allocations and initialization. The following dependencies are not part of
195 DPDK and must be installed separately:
196
197 - **libibverbs**
198
199   User space verbs framework used by librte_pmd_mlx4. This library provides
200   a generic interface between the kernel and low-level user space drivers
201   such as libmlx4.
202
203   It allows slow and privileged operations (context initialization, hardware
204   resources allocations) to be managed by the kernel and fast operations to
205   never leave user space.
206
207 - **libmlx4**
208
209   Low-level user space driver library for Mellanox ConnectX-3 devices,
210   it is automatically loaded by libibverbs.
211
212   This library basically implements send/receive calls to the hardware
213   queues.
214
215 - **Kernel modules** (mlnx-ofed-kernel)
216
217   They provide the kernel-side verbs API and low level device drivers that
218   manage actual hardware initialization and resources sharing with user
219   space processes.
220
221   Unlike most other PMDs, these modules must remain loaded and bound to
222   their devices:
223
224   - mlx4_core: hardware driver managing Mellanox ConnectX-3 devices.
225   - mlx4_en: Ethernet device driver that provides kernel network interfaces.
226   - mlx4_ib: InifiniBand device driver.
227   - ib_uverbs: user space driver for verbs (entry point for libibverbs).
228
229 - **Firmware update**
230
231   Mellanox OFED releases include firmware updates for ConnectX-3 adapters.
232
233   Because each release provides new features, these updates must be applied to
234   match the kernel modules and libraries they come with.
235
236 .. note::
237
238    Both libraries are BSD and GPL licensed. Linux kernel modules are GPL
239    licensed.
240
241 Currently supported by DPDK:
242
243 - Mellanox OFED **4.1**.
244 - Firmware version **2.36.5000** and above.
245
246 Getting Mellanox OFED
247 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
248
249 While these libraries and kernel modules are available on OpenFabrics
250 Alliance's `website <https://www.openfabrics.org/>`_ and provided by package
251 managers on most distributions, this PMD requires Ethernet extensions that
252 may not be supported at the moment (this is a work in progress).
253
254 `Mellanox OFED
255 <http://www.mellanox.com/page/products_dyn?product_family=26&mtag=linux_sw_drivers>`_
256 includes the necessary support and should be used in the meantime. For DPDK,
257 only libibverbs, libmlx4, mlnx-ofed-kernel packages and firmware updates are
258 required from that distribution.
259
260 .. note::
261
262    Several versions of Mellanox OFED are available. Installing the version
263    this DPDK release was developed and tested against is strongly
264    recommended. Please check the `prerequisites`_.
265
266 Supported NICs
267 --------------
268
269 * Mellanox(R) ConnectX(R)-3 Pro 40G MCX354A-FCC_Ax (2*40G)
270
271 Quick Start Guide
272 -----------------
273
274 1. Download latest Mellanox OFED. For more info check the  `prerequisites`_.
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    .. code-block:: console
282
283         ./mlnxofedinstall
284
285    For SR-IOV hypervisors use:
286
287    .. code-block:: console
288
289         ./mlnxofedinstall --enable-sriov -hypervisor
290
291    For SR-IOV virtual machine use:
292
293    .. code-block:: console
294
295         ./mlnxofedinstall --guest
296
297 3. Verify the firmware is the correct one:
298
299    .. code-block:: console
300
301         ibv_devinfo
302
303 4. Set all ports links to Ethernet, follow instructions on the screen:
304
305    .. code-block:: console
306
307         connectx_port_config
308
309    Or in the manual way:
310
311    .. code-block:: console
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 5. In case of bare metal or hypervisor, configure optimized steering mode
318    by adding the following line to ``/etc/modprobe.d/mlx4_core.conf``:
319
320    .. code-block:: console
321
322         options mlx4_core log_num_mgm_entry_size=-7
323
324    .. note::
325
326         If VLAN filtering is used, set log_num_mgm_entry_size=-1.
327         Performance degradation can occur on this case.
328
329 6. Restart the driver:
330
331    .. code-block:: console
332
333         /etc/init.d/openibd restart
334
335    or:
336
337    .. code-block:: console
338
339         service openibd restart
340
341 7. Compile DPDK and you are ready to go. See instructions on
342    :ref:`Development Kit Build System <Development_Kit_Build_System>`
343
344 Performance tuning
345 ------------------
346
347 1. Verify the optimized steering mode is configured:
348
349   .. code-block:: console
350
351         cat /sys/module/mlx4_core/parameters/log_num_mgm_entry_size
352
353 2. Use environment variable MLX4_INLINE_RECV_SIZE=64 to get maximum
354    performance for 64B messages.
355
356 3. Use the CPU near local NUMA node to which the PCIe adapter is connected,
357    for better performance. For VMs, verify that the right CPU
358    and NUMA node are pinned according to the above. Run:
359
360    .. code-block:: console
361
362         lstopo-no-graphics
363
364    to identify the NUMA node to which the PCIe adapter is connected.
365
366 4. If more than one adapter is used, and root complex capabilities allow
367    to put both adapters on the same NUMA node without PCI bandwidth degradation,
368    it is recommended to locate both adapters on the same NUMA node.
369    This in order to forward packets from one to the other without
370    NUMA performance penalty.
371
372 5. Disable pause frames:
373
374    .. code-block:: console
375
376         ethtool -A <netdev> rx off tx off
377
378 6. Verify IO non-posted prefetch is disabled by default. This can be checked
379    via the BIOS configuration. Please contact you server provider for more
380    information about the settings.
381
382 .. note::
383
384         On some machines, depends on the machine integrator, it is beneficial
385         to set the PCI max read request parameter to 1K. This can be
386         done in the following way:
387
388         To query the read request size use:
389
390         .. code-block:: console
391
392                 setpci -s <NIC PCI address> 68.w
393
394         If the output is different than 3XXX, set it by:
395
396         .. code-block:: console
397
398                 setpci -s <NIC PCI address> 68.w=3XXX
399
400         The XXX can be different on different systems. Make sure to configure
401         according to the setpci output.
402
403 Usage example
404 -------------
405
406 This section demonstrates how to launch **testpmd** with Mellanox ConnectX-3
407 devices managed by librte_pmd_mlx4.
408
409 #. Load the kernel modules:
410
411    .. code-block:: console
412
413       modprobe -a ib_uverbs mlx4_en mlx4_core mlx4_ib
414
415    Alternatively if MLNX_OFED is fully installed, the following script can
416    be run:
417
418    .. code-block:: console
419
420       /etc/init.d/openibd restart
421
422    .. note::
423
424       User space I/O kernel modules (uio and igb_uio) are not used and do
425       not have to be loaded.
426
427 #. Make sure Ethernet interfaces are in working order and linked to kernel
428    verbs. Related sysfs entries should be present:
429
430    .. code-block:: console
431
432       ls -d /sys/class/net/*/device/infiniband_verbs/uverbs* | cut -d / -f 5
433
434    Example output:
435
436    .. code-block:: console
437
438       eth2
439       eth3
440       eth4
441       eth5
442
443 #. Optionally, retrieve their PCI bus addresses for whitelisting:
444
445    .. code-block:: console
446
447       {
448           for intf in eth2 eth3 eth4 eth5;
449           do
450               (cd "/sys/class/net/${intf}/device/" && pwd -P);
451           done;
452       } |
453       sed -n 's,.*/\(.*\),-w \1,p'
454
455    Example output:
456
457    .. code-block:: console
458
459       -w 0000:83:00.0
460       -w 0000:83:00.0
461       -w 0000:84:00.0
462       -w 0000:84:00.0
463
464    .. note::
465
466       There are only two distinct PCI bus addresses because the Mellanox
467       ConnectX-3 adapters installed on this system are dual port.
468
469 #. Request huge pages:
470
471    .. code-block:: console
472
473       echo 1024 > /sys/kernel/mm/hugepages/hugepages-2048kB/nr_hugepages/nr_hugepages
474
475 #. Start testpmd with basic parameters:
476
477    .. code-block:: console
478
479       testpmd -l 8-15 -n 4 -w 0000:83:00.0 -w 0000:84:00.0 -- --rxq=2 --txq=2 -i
480
481    Example output:
482
483    .. code-block:: console
484
485       [...]
486       EAL: PCI device 0000:83:00.0 on NUMA socket 1
487       EAL:   probe driver: 15b3:1007 librte_pmd_mlx4
488       PMD: librte_pmd_mlx4: PCI information matches, using device "mlx4_0" (VF: false)
489       PMD: librte_pmd_mlx4: 2 port(s) detected
490       PMD: librte_pmd_mlx4: port 1 MAC address is 00:02:c9:b5:b7:50
491       PMD: librte_pmd_mlx4: port 2 MAC address is 00:02:c9:b5:b7:51
492       EAL: PCI device 0000:84:00.0 on NUMA socket 1
493       EAL:   probe driver: 15b3:1007 librte_pmd_mlx4
494       PMD: librte_pmd_mlx4: PCI information matches, using device "mlx4_1" (VF: false)
495       PMD: librte_pmd_mlx4: 2 port(s) detected
496       PMD: librte_pmd_mlx4: port 1 MAC address is 00:02:c9:b5:ba:b0
497       PMD: librte_pmd_mlx4: port 2 MAC address is 00:02:c9:b5:ba:b1
498       Interactive-mode selected
499       Configuring Port 0 (socket 0)
500       PMD: librte_pmd_mlx4: 0x867d60: TX queues number update: 0 -> 2
501       PMD: librte_pmd_mlx4: 0x867d60: RX queues number update: 0 -> 2
502       Port 0: 00:02:C9:B5:B7:50
503       Configuring Port 1 (socket 0)
504       PMD: librte_pmd_mlx4: 0x867da0: TX queues number update: 0 -> 2
505       PMD: librte_pmd_mlx4: 0x867da0: RX queues number update: 0 -> 2
506       Port 1: 00:02:C9:B5:B7:51
507       Configuring Port 2 (socket 0)
508       PMD: librte_pmd_mlx4: 0x867de0: TX queues number update: 0 -> 2
509       PMD: librte_pmd_mlx4: 0x867de0: RX queues number update: 0 -> 2
510       Port 2: 00:02:C9:B5:BA:B0
511       Configuring Port 3 (socket 0)
512       PMD: librte_pmd_mlx4: 0x867e20: TX queues number update: 0 -> 2
513       PMD: librte_pmd_mlx4: 0x867e20: RX queues number update: 0 -> 2
514       Port 3: 00:02:C9:B5:BA:B1
515       Checking link statuses...
516       Port 0 Link Up - speed 10000 Mbps - full-duplex
517       Port 1 Link Up - speed 40000 Mbps - full-duplex
518       Port 2 Link Up - speed 10000 Mbps - full-duplex
519       Port 3 Link Up - speed 40000 Mbps - full-duplex
520       Done
521       testpmd>