doc/guides/nics/virtio.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 Poll Mode Driver for Emulated Virtio NIC
  32 ========================================
  33
  34 Virtio is a para-virtualization framework initiated by IBM, and supported by KVM hypervisor.
  35 In the Data Plane Development Kit (DPDK),
  36 we provide a virtio Poll Mode Driver (PMD) as a software solution, comparing to SRIOV hardware solution,
  37 for fast guest VM to guest VM communication and guest VM to host communication.
  38
  39 Vhost is a kernel acceleration module for virtio qemu backend.
  40 The DPDK extends kni to support vhost raw socket interface,
  41 which enables vhost to directly read/ write packets from/to a physical port.
  42 With this enhancement, virtio could achieve quite promising performance.
  43
  44 In future release, we will also make enhancement to vhost backend,
  45 releasing peak performance of virtio PMD driver.
  46
  47 For basic qemu-KVM installation and other Intel EM poll mode driver in guest VM,
  48 please refer to Chapter "Driver for VM Emulated Devices".
  49
  50 In this chapter, we will demonstrate usage of virtio PMD driver with two backends,
  51 standard qemu vhost back end and vhost kni back end.
  52
  53 Virtio Implementation in DPDK
  54 -----------------------------
  55
  56 For details about the virtio spec, refer to Virtio PCI Card Specification written by Rusty Russell.
  57
  58 As a PMD, virtio provides packet reception and transmission callbacks virtio_recv_pkts and virtio_xmit_pkts.
  59
  60 In virtio_recv_pkts, index in range [vq->vq_used_cons_idx , vq->vq_ring.used->idx) in vring is available for virtio to burst out.
  61
  62 In virtio_xmit_pkts, same index range in vring is available for virtio to clean.
  63 Virtio will enqueue to be transmitted packets into vring, advance the vq->vq_ring.avail->idx,
  64 and then notify the host back end if necessary.
  65
  66 Features and Limitations of virtio PMD
  67 --------------------------------------
  68
  69 In this release, the virtio PMD driver provides the basic functionality of packet reception and transmission.
  70
  71 *   It supports merge-able buffers per packet when receiving packets and scattered buffer per packet
  72     when transmitting packets. The packet size supported is from 64 to 1518.
  73
  74 *   It supports multicast packets and promiscuous mode.
  75
  76 *   The descriptor number for the RX/TX queue is hard-coded to be 256 by qemu.
  77     If given a different descriptor number by the upper application,
  78     the virtio PMD generates a warning and fall back to the hard-coded value.
  79
  80 *   Features of mac/vlan filter are supported, negotiation with vhost/backend are needed to support them.
  81     When backend can't support vlan filter, virtio app on guest should disable vlan filter to make sure
  82     the virtio port is configured correctly. E.g. specify '--disable-hw-vlan' in testpmd command line.
  83
  84 *   RTE_PKTMBUF_HEADROOM should be defined larger than sizeof(struct virtio_net_hdr), which is 10 bytes.
  85
  86 *   Virtio does not support runtime configuration.
  87
  88 *   Virtio supports Link State interrupt.
  89
  90 *   Virtio supports software vlan stripping and inserting.
  91
  92 *   Virtio supports using port IO to get PCI resource when uio/igb_uio module is not available.
  93
  94 Prerequisites
  95 -------------
  96
  97 The following prerequisites apply:
  98
  99 *   In the BIOS, turn VT-x and VT-d on
 100
 101 *   Linux kernel with KVM module; vhost module loaded and ioeventfd supported.
 102     Qemu standard backend without vhost support isn't tested, and probably isn't supported.
 103
 104 Virtio with kni vhost Back End
 105 ------------------------------
 106
 107 This section demonstrates kni vhost back end example setup for Phy-VM Communication.
 108
 109 .. _figure_host_vm_comms:
 110
 111 .. figure:: img/host_vm_comms.*
 112
 113    Host2VM Communication Example Using kni vhost Back End
 114
 115
 116 Host2VM communication example
 117
 118 #.  Load the kni kernel module:
 119
 120     .. code-block:: console
 121
 122         insmod rte_kni.ko
 123
 124     Other basic DPDK preparations like hugepage enabling, uio port binding are not listed here.
 125     Please refer to the *DPDK Getting Started Guide* for detailed instructions.
 126
 127 #.  Launch the kni user application:
 128
 129     .. code-block:: console
 130
 131         examples/kni/build/app/kni -c 0xf -n 4 -- -p 0x1 -i 0x1 -o 0x2
 132
 133     This command generates one network device vEth0 for physical port.
 134     If specify more physical ports, the generated network device will be vEth1, vEth2, and so on.
 135
 136     For each physical port, kni creates two user threads.
 137     One thread loops to fetch packets from the physical NIC port into the kni receive queue.
 138     The other user thread loops to send packets in the kni transmit queue.
 139
 140     For each physical port, kni also creates a kernel thread that retrieves packets from the kni receive queue,
 141     place them onto kni's raw socket's queue and wake up the vhost kernel thread to exchange packets with the virtio virt queue.
 142
 143     For more details about kni, please refer to Chapter 24 "Kernel NIC Interface".
 144
 145 #.  Enable the kni raw socket functionality for the specified physical NIC port,
 146     get the generated file descriptor and set it in the qemu command line parameter.
 147     Always remember to set ioeventfd_on and vhost_on.
 148
 149     Example:
 150
 151     .. code-block:: console
 152
 153         echo 1 > /sys/class/net/vEth0/sock_en
 154         fd=`cat /sys/class/net/vEth0/sock_fd`
 155         exec qemu-system-x86_64 -enable-kvm -cpu host \
 156         -m 2048 -smp 4 -name dpdk-test1-vm1 \
 157         -drive file=/data/DPDKVMS/dpdk-vm.img \
 158         -netdev tap, fd=$fd,id=mynet_kni, script=no,vhost=on \
 159         -device virtio-net-pci,netdev=mynet_kni,bus=pci.0,addr=0x3,ioeventfd=on \
 160         -vnc:1 -daemonize
 161
 162     In the above example, virtio port 0 in the guest VM will be associated with vEth0, which in turns corresponds to a physical port,
 163     which means received packets come from vEth0, and transmitted packets is sent to vEth0.
 164
 165 #.  In the guest, bind the virtio device to the uio_pci_generic kernel module and start the forwarding application.
 166     When the virtio port in guest bursts rx, it is getting packets from the raw socket's receive queue.
 167     When the virtio port bursts tx, it is sending packet to the tx_q.
 168
 169     .. code-block:: console
 170
 171         modprobe uio
 172         echo 512 > /sys/devices/system/node/node0/hugepages/hugepages-2048kB/nr_hugepages
 173         modprobe uio_pci_generic
 174         python tools/dpdk_nic_bind.py -b uio_pci_generic 00:03.0
 175
 176     We use testpmd as the forwarding application in this example.
 177
 178     .. figure:: img/console.*
 179
 180        Running testpmd
 181
 182 #.  Use IXIA packet generator to inject a packet stream into the KNI physical port.
 183
 184     The packet reception and transmission flow path is:
 185
 186     IXIA packet generator->82599 PF->KNI rx queue->KNI raw socket queue->Guest VM virtio port 0 rx burst->Guest VM virtio port 0 tx burst-> KNI tx queue->82599 PF-> IXIA packet generator
 187
 188 Virtio with qemu virtio Back End
 189 --------------------------------
 190
 191 .. _figure_host_vm_comms_qemu:
 192
 193 .. figure:: img/host_vm_comms_qemu.*
 194
 195    Host2VM Communication Example Using qemu vhost Back End
 196
 197
 198 .. code-block:: console
 199
 200     qemu-system-x86_64 -enable-kvm -cpu host -m 2048 -smp 2 -mem-path /dev/
 201     hugepages -mem-prealloc
 202     -drive file=/data/DPDKVMS/dpdk-vm1
 203     -netdev tap,id=vm1_p1,ifname=tap0,script=no,vhost=on
 204     -device virtio-net-pci,netdev=vm1_p1,bus=pci.0,addr=0x3,ioeventfd=on
 205     -device pci-assign,host=04:10.1 \
 206
 207 In this example, the packet reception flow path is:
 208
 209     IXIA packet generator->82599 PF->Linux Bridge->TAP0's socket queue-> Guest VM virtio port 0 rx burst-> Guest VM 82599 VF port1 tx burst-> IXIA packet generator
 210
 211 The packet transmission flow is:
 212
 213     IXIA packet generator-> Guest VM 82599 VF port1 rx burst-> Guest VM virtio port 0 tx burst-> tap -> Linux Bridge->82599 PF-> IXIA packet generator