crypto/ipsec_mb: add chacha_poly PMD
[dpdk.git] / doc / guides / sample_app_ug / l2_forward_real_virtual.rst
1 ..  SPDX-License-Identifier: BSD-3-Clause
2     Copyright(c) 2010-2014 Intel Corporation.
3
4 .. _l2_fwd_app_real_and_virtual:
5
6 L2 Forwarding Sample Application (in Real and Virtualized Environments)
7 =======================================================================
8
9 The L2 Forwarding sample application is a simple example of packet processing using
10 the Data Plane Development Kit (DPDK) which
11 also takes advantage of Single Root I/O Virtualization (SR-IOV) features in a virtualized environment.
12
13 .. note::
14
15     Please note that previously a separate L2 Forwarding in Virtualized Environments sample application was used,
16     however, in later DPDK versions these sample applications have been merged.
17
18 Overview
19 --------
20
21 The L2 Forwarding sample application, which can operate in real and virtualized environments,
22 performs L2 forwarding for each packet that is received on an RX_PORT.
23 The destination port is the adjacent port from the enabled portmask, that is,
24 if the first four ports are enabled (portmask 0xf),
25 ports 1 and 2 forward into each other, and ports 3 and 4 forward into each other.
26 Also, if MAC addresses updating is enabled, the MAC addresses are affected as follows:
27
28 *   The source MAC address is replaced by the TX_PORT MAC address
29
30 *   The destination MAC address is replaced by  02:00:00:00:00:TX_PORT_ID
31
32 This application can be used to benchmark performance using a traffic-generator, as shown in the :numref:`figure_l2_fwd_benchmark_setup`,
33 or in a virtualized environment as shown in :numref:`figure_l2_fwd_virtenv_benchmark_setup`.
34
35 .. _figure_l2_fwd_benchmark_setup:
36
37 .. figure:: img/l2_fwd_benchmark_setup.*
38
39    Performance Benchmark Setup (Basic Environment)
40
41 .. _figure_l2_fwd_virtenv_benchmark_setup:
42
43 .. figure:: img/l2_fwd_virtenv_benchmark_setup.*
44
45    Performance Benchmark Setup (Virtualized Environment)
46
47 This application may be used for basic VM to VM communication as shown in :numref:`figure_l2_fwd_vm2vm`,
48 when MAC addresses updating is disabled.
49
50 .. _figure_l2_fwd_vm2vm:
51
52 .. figure:: img/l2_fwd_vm2vm.*
53
54    Virtual Machine to Virtual Machine communication.
55
56 The L2 Forwarding application can also be used as a starting point for developing a new application based on the DPDK.
57
58 .. _l2_fwd_vf_setup:
59
60 Virtual Function Setup Instructions
61 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
62
63 This application can use the virtual function available in the system and
64 therefore can be used in a virtual machine without passing through
65 the whole Network Device into a guest machine in a virtualized scenario.
66 The virtual functions can be enabled in the host machine or the hypervisor with the respective physical function driver.
67
68 For example, in a Linux* host machine, it is possible to enable a virtual function using the following command:
69
70 .. code-block:: console
71
72     modprobe ixgbe max_vfs=2,2
73
74 This command enables two Virtual Functions on each of Physical Function of the NIC,
75 with two physical ports in the PCI configuration space.
76 It is important to note that enabled Virtual Function 0 and 2 would belong to Physical Function 0
77 and Virtual Function 1 and 3 would belong to Physical Function 1,
78 in this case enabling a total of four Virtual Functions.
79
80 Compiling the Application
81 -------------------------
82
83 To compile the sample application see :doc:`compiling`.
84
85 The application is located in the ``l2fwd`` sub-directory.
86
87 Running the Application
88 -----------------------
89
90 The application requires a number of command line options:
91
92 .. code-block:: console
93
94     ./<build_dir>/examples/dpdk-l2fwd [EAL options] -- -p PORTMASK
95                                    [-q NQ]
96                                    --[no-]mac-updating
97                                    [--portmap="(port, port)[,(port, port)]"]
98
99 where,
100
101 *   p PORTMASK: A hexadecimal bitmask of the ports to configure
102
103 *   q NQ: A number of queues (=ports) per lcore (default is 1)
104
105 *   --[no-]mac-updating: Enable or disable MAC addresses updating (enabled by default)
106
107 *   --portmap="(port,port)[,(port,port)]": Determines forwarding ports mapping.
108
109 To run the application in linux environment with 4 lcores, 16 ports and 8 RX queues per lcore and MAC address
110 updating enabled, issue the command:
111
112 .. code-block:: console
113
114     $ ./<build_dir>/examples/dpdk-l2fwd -l 0-3 -n 4 -- -q 8 -p ffff
115
116 To run the application in linux environment with 4 lcores, 4 ports, 8 RX queues
117 per lcore, to forward RX traffic of ports 0 & 1 on ports 2 & 3 respectively and
118 vice versa, issue the command:
119
120 .. code-block:: console
121
122     $ ./<build_dir>/examples/dpdk-l2fwd -l 0-3 -n 4 -- -q 8 -p f --portmap="(0,2)(1,3)"
123
124 Refer to the *DPDK Getting Started Guide* for general information on running applications
125 and the Environment Abstraction Layer (EAL) options.
126
127 Explanation
128 -----------
129
130 The following sections provide some explanation of the code.
131
132 .. _l2_fwd_app_cmd_arguments:
133
134 Command Line Arguments
135 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
136
137 The L2 Forwarding sample application takes specific parameters,
138 in addition to Environment Abstraction Layer (EAL) arguments.
139 The preferred way to parse parameters is to use the getopt() function,
140 since it is part of a well-defined and portable library.
141
142 The parsing of arguments is done in the l2fwd_parse_args() function.
143 The method of argument parsing is not described here.
144 Refer to the *glibc getopt(3)* man page for details.
145
146 EAL arguments are parsed first, then application-specific arguments.
147 This is done at the beginning of the main() function:
148
149 .. literalinclude:: ../../../examples/l2fwd/main.c
150     :language: c
151     :start-after: Init EAL. 8<
152     :end-before: >8 End of init EAL.
153     :dedent: 1
154
155 .. _l2_fwd_app_mbuf_init:
156
157 Mbuf Pool Initialization
158 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
159
160 Once the arguments are parsed, the mbuf pool is created.
161 The mbuf pool contains a set of mbuf objects that will be used by the driver
162 and the application to store network packet data:
163
164 .. literalinclude:: ../../../examples/l2fwd/main.c
165     :language: c
166     :start-after: Create the mbuf pool. 8<
167     :end-before: >8 End of create the mbuf pool.
168     :dedent: 1
169
170 The rte_mempool is a generic structure used to handle pools of objects.
171 In this case, it is necessary to create a pool that will be used by the driver.
172 The number of allocated pkt mbufs is NB_MBUF, with a data room size of
173 RTE_MBUF_DEFAULT_BUF_SIZE each.
174 A per-lcore cache of 32 mbufs is kept.
175 The memory is allocated in NUMA socket 0,
176 but it is possible to extend this code to allocate one mbuf pool per socket.
177
178 The rte_pktmbuf_pool_create() function uses the default mbuf pool and mbuf
179 initializers, respectively rte_pktmbuf_pool_init() and rte_pktmbuf_init().
180 An advanced application may want to use the mempool API to create the
181 mbuf pool with more control.
182
183 .. _l2_fwd_app_dvr_init:
184
185 Driver Initialization
186 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
187
188 The main part of the code in the main() function relates to the initialization of the driver.
189 To fully understand this code, it is recommended to study the chapters that related to the Poll Mode Driver
190 in the *DPDK Programmer's Guide* - Rel 1.4 EAR and the *DPDK API Reference*.
191
192 .. literalinclude:: ../../../examples/l2fwd/main.c
193     :language: c
194     :start-after: Initialization of the driver. 8<
195     :end-before: >8 End of initialization of the driver.
196     :dedent: 1
197
198 The next step is to configure the RX and TX queues.
199 For each port, there is only one RX queue (only one lcore is able to poll a given port).
200 The number of TX queues depends on the number of available lcores.
201 The rte_eth_dev_configure() function is used to configure the number of queues for a port:
202
203 .. literalinclude:: ../../../examples/l2fwd/main.c
204     :language: c
205     :start-after: Configure the number of queues for a port.
206     :end-before: >8 End of configuration of the number of queues for a port.
207     :dedent: 2
208
209 .. _l2_fwd_app_rx_init:
210
211 RX Queue Initialization
212 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
213
214 The application uses one lcore to poll one or several ports, depending on the -q option,
215 which specifies the number of queues per lcore.
216
217 For example, if the user specifies -q 4, the application is able to poll four ports with one lcore.
218 If there are 16 ports on the target (and if the portmask argument is -p ffff ),
219 the application will need four lcores to poll all the ports.
220
221 .. literalinclude:: ../../../examples/l2fwd/main.c
222     :language: c
223     :start-after: RX queue setup. 8<
224     :end-before: >8 End of RX queue setup.
225     :dedent: 2
226
227 The list of queues that must be polled for a given lcore is stored in a private structure called struct lcore_queue_conf.
228
229 .. literalinclude:: ../../../examples/l2fwd/main.c
230     :language: c
231     :start-after: List of queues to be polled for a given lcore. 8<
232     :end-before: >8 End of list of queues to be polled for a given lcore.
233
234 The values n_rx_port and rx_port_list[] are used in the main packet processing loop
235 (see :ref:`l2_fwd_app_rx_tx_packets`).
236
237 .. _l2_fwd_app_tx_init:
238
239 TX Queue Initialization
240 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
241
242 Each lcore should be able to transmit on any port. For every port, a single TX queue is initialized.
243
244 .. literalinclude:: ../../../examples/l2fwd/main.c
245     :language: c
246     :start-after: Init one TX queue on each port. 8<
247     :end-before: >8 End of init one TX queue on each port.
248     :dedent: 2
249
250 .. _l2_fwd_app_rx_tx_packets:
251
252 Receive, Process and Transmit Packets
253 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
254
255 In the l2fwd_main_loop() function, the main task is to read ingress packets from the RX queues.
256 This is done using the following code:
257
258 .. literalinclude:: ../../../examples/l2fwd/main.c
259     :language: c
260     :start-after: Read packet from RX queues. 8<
261     :end-before: >8 End of read packet from RX queues.
262     :dedent: 2
263
264 Packets are read in a burst of size MAX_PKT_BURST.
265 The rte_eth_rx_burst() function writes the mbuf pointers in a local table and returns the number of available mbufs in the table.
266
267 Then, each mbuf in the table is processed by the l2fwd_simple_forward() function.
268 The processing is very simple: process the TX port from the RX port, then replace the source and destination MAC addresses if MAC
269 addresses updating is enabled.
270
271 .. note::
272
273     In the following code, one line for getting the output port requires some explanation.
274
275 During the initialization process, a static array of destination ports (l2fwd_dst_ports[]) is filled such that for each source port,
276 a destination port is assigned that is either the next or previous enabled port from the portmask.
277 Naturally, the number of ports in the portmask must be even, otherwise, the application exits.
278
279 .. literalinclude:: ../../../examples/l2fwd/main.c
280     :language: c
281     :start-after: Simple forward. 8<
282     :end-before: >8 End of simple forward.
283
284
285 Then, the packet is sent using the l2fwd_send_packet (m, dst_port) function.
286 For this test application, the processing is exactly the same for all packets arriving on the same RX port.
287 Therefore, it would have been possible to call the l2fwd_send_burst() function directly from the main loop
288 to send all the received packets on the same TX port,
289 using the burst-oriented send function, which is more efficient.
290
291 However, in real-life applications (such as, L3 routing),
292 packet N is not necessarily forwarded on the same port as packet N-1.
293 The application is implemented to illustrate that, so the same approach can be reused in a more complex application.
294
295 The l2fwd_send_packet() function stores the packet in a per-lcore and per-txport table.
296 If the table is full, the whole packets table is transmitted using the l2fwd_send_burst() function:
297
298 .. literalinclude:: ../../../examples/l2fwd-crypto/main.c
299     :language: c
300     :start-after: Enqueue packets for TX and prepare them to be sent. 8<
301     :end-before: >8 End of Enqueuing packets for TX.
302
303 To ensure that no packets remain in the tables, each lcore does a draining of TX queue in its main loop.
304 This technique introduces some latency when there are not many packets to send,
305 however it improves performance:
306
307 .. literalinclude:: ../../../examples/l2fwd/main.c
308     :language: c
309     :start-after: Drains TX queue in its main loop. 8<
310     :end-before: >8 End of draining TX queue.
311     :dedent: 2