vhost: add power monitor API
[dpdk.git] / doc / guides / sample_app_ug / l3_forward.rst
1 ..  SPDX-License-Identifier: BSD-3-Clause
2     Copyright(c) 2010-2014 Intel Corporation.
3
4 L3 Forwarding Sample Application
5 ================================
6
7 The L3 Forwarding application is a simple example of packet processing using
8 DPDK to demonstrate usage of poll and event mode packet I/O mechanism.
9 The application performs L3 forwarding.
10
11 Overview
12 --------
13
14 The application demonstrates the use of the hash, LPM and FIB libraries in DPDK
15 to implement packet forwarding using poll or event mode PMDs for packet I/O.
16 The initialization and run-time paths are very similar to those of the
17 :doc:`l2_forward_real_virtual` and :doc:`l2_forward_event`.
18 The main difference from the L2 Forwarding sample application is that optionally
19 packet can be Rx/Tx from/to eventdev instead of port directly and forwarding
20 decision is made based on information read from the input packet.
21
22 Eventdev can optionally use S/W or H/W (if supported by platform) scheduler
23 implementation for packet I/O based on run time parameters.
24
25 The lookup method is hash-based, LPM-based or FIB-based
26 and is selected at run time.
27 When the selected lookup method is hash-based,
28 a hash object is used to emulate the flow classification stage.
29 The hash object is used in correlation with a flow table to map each input packet to its flow at runtime.
30
31 The hash lookup key is represented by a DiffServ 5-tuple composed of the following fields read from the input packet:
32 Source IP Address, Destination IP Address, Protocol, Source Port and Destination Port.
33 The ID of the output interface for the input packet is read from the identified flow table entry.
34 The set of flows used by the application is statically configured and loaded into the hash at initialization time.
35 When the selected lookup method is LPM or FIB based,
36 an LPM or FIB object is used to emulate the forwarding stage for IPv4 packets.
37 The LPM or FIB object is used as the routing table
38 to identify the next hop for each input packet at runtime.
39
40 The LPM and FIB lookup keys are represented by the destination IP address field
41 read from the input packet.
42 The ID of the output interface for the input packet is the next hop
43 returned by the LPM or FIB lookup.
44 The set of LPM and FIB rules used by the application is statically configured
45 and loaded into the LPM or FIB object at initialization time.
46
47 In the sample application, hash-based and FIB-based forwarding supports
48 both IPv4 and IPv6.
49 LPM-based forwarding supports IPv4 only.
50
51 Compiling the Application
52 -------------------------
53
54 To compile the sample application see :doc:`compiling`.
55
56 The application is located in the ``l3fwd`` sub-directory.
57
58 Running the Application
59 -----------------------
60
61 The application has a number of command line options::
62
63     ./dpdk-l3fwd [EAL options] -- -p PORTMASK
64                              [-P]
65                              [--lookup LOOKUP_METHOD]
66                              --config(port,queue,lcore)[,(port,queue,lcore)]
67                              [--eth-dest=X,MM:MM:MM:MM:MM:MM]
68                              [--max-pkt-len PKTLEN]
69                              [--no-numa]
70                              [--hash-entry-num]
71                              [--ipv6]
72                              [--parse-ptype]
73                              [--per-port-pool]
74                              [--mode]
75                              [--eventq-sched]
76                              [--event-eth-rxqs]
77                              [--event-vector [--event-vector-size SIZE] [--event-vector-tmo NS]]
78                              [-E]
79                              [-L]
80
81 Where,
82
83 * ``-p PORTMASK:`` Hexadecimal bitmask of ports to configure
84
85 * ``-P:`` Optional, sets all ports to promiscuous mode so that packets are accepted regardless of the packet's Ethernet MAC destination address.
86   Without this option, only packets with the Ethernet MAC destination address set to the Ethernet address of the port are accepted.
87
88 * ``--lookup:`` Optional, select the lookup method.
89   Accepted options:
90   ``em`` (Exact Match),
91   ``lpm`` (Longest Prefix Match),
92   ``fib`` (Forwarding Information Base).
93   Default is ``lpm``.
94
95 * ``--config (port,queue,lcore)[,(port,queue,lcore)]:`` Determines which queues from which ports are mapped to which cores.
96
97 * ``--eth-dest=X,MM:MM:MM:MM:MM:MM:`` Optional, ethernet destination for port X.
98
99 * ``--max-pkt-len:`` Optional, maximum packet length in decimal (64-9600).
100
101 * ``--no-numa:`` Optional, disables numa awareness.
102
103 * ``--hash-entry-num:`` Optional, specifies the hash entry number in hexadecimal to be setup.
104
105 * ``--ipv6:`` Optional, set if running ipv6 packets.
106
107 * ``--parse-ptype:`` Optional, set to use software to analyze packet type. Without this option, hardware will check the packet type.
108
109 * ``--per-port-pool:`` Optional, set to use independent buffer pools per port. Without this option, single buffer pool is used for all ports.
110
111 * ``--mode:`` Optional, Packet transfer mode for I/O, poll or eventdev.
112
113 * ``--eventq-sched:`` Optional, Event queue synchronization method, Ordered, Atomic or Parallel. Only valid if --mode=eventdev.
114
115 * ``--event-eth-rxqs:`` Optional, Number of ethernet RX queues per device. Only valid if --mode=eventdev.
116
117 * ``--event-vector:`` Optional, Enable event vectorization. Only valid if --mode=eventdev.
118
119 * ``--event-vector-size:`` Optional, Max vector size if event vectorization is enabled.
120
121 * ``--event-vector-tmo:`` Optional, Max timeout to form vector in nanoseconds if event vectorization is enabled.
122
123 * ``-E:`` Optional, enable exact match,
124   legacy flag, please use ``--lookup=em`` instead.
125
126 * ``-L:`` Optional, enable longest prefix match,
127   legacy flag, please use ``--lookup=lpm`` instead.
128
129
130 For example, consider a dual processor socket platform with 8 physical cores, where cores 0-7 and 16-23 appear on socket 0,
131 while cores 8-15 and 24-31 appear on socket 1.
132
133 To enable L3 forwarding between two ports, assuming that both ports are in the same socket, using two cores, cores 1 and 2,
134 (which are in the same socket too), use the following command:
135
136 .. code-block:: console
137
138     ./<build_dir>/examples/dpdk-l3fwd -l 1,2 -n 4 -- -p 0x3 --config="(0,0,1),(1,0,2)"
139
140 In this command:
141
142 *   The -l option enables cores 1, 2
143
144 *   The -p option enables ports 0 and 1
145
146 *   The --config option enables one queue on each port and maps each (port,queue) pair to a specific core.
147     The following table shows the mapping in this example:
148
149 +----------+-----------+-----------+-------------------------------------+
150 | **Port** | **Queue** | **lcore** | **Description**                     |
151 |          |           |           |                                     |
152 +----------+-----------+-----------+-------------------------------------+
153 | 0        | 0         | 1         | Map queue 0 from port 0 to lcore 1. |
154 |          |           |           |                                     |
155 +----------+-----------+-----------+-------------------------------------+
156 | 1        | 0         | 2         | Map queue 0 from port 1 to lcore 2. |
157 |          |           |           |                                     |
158 +----------+-----------+-----------+-------------------------------------+
159
160 To use eventdev mode with sync method **ordered** on above mentioned environment,
161 Following is the sample command:
162
163 .. code-block:: console
164
165     ./<build_dir>/examples/dpdk-l3fwd -l 0-3 -n 4 -a <event device> -- -p 0x3 --eventq-sched=ordered
166
167 or
168
169 .. code-block:: console
170
171     ./<build_dir>/examples/dpdk-l3fwd -l 0-3 -n 4 -a <event device> \
172                 -- -p 0x03 --mode=eventdev --eventq-sched=ordered
173
174 In this command:
175
176 *   -a option allows the event device supported by platform.
177     The syntax used to indicate this device may vary based on platform.
178
179 *   The --mode option defines PMD to be used for packet I/O.
180
181 *   The --eventq-sched option enables synchronization menthod of event queue so that packets will be scheduled accordingly.
182
183 If application uses S/W scheduler, it uses following DPDK services:
184
185 *   Software scheduler
186 *   Rx adapter service function
187 *   Tx adapter service function
188
189 Application needs service cores to run above mentioned services. Service cores
190 must be provided as EAL parameters along with the --vdev=event_sw0 to enable S/W
191 scheduler. Following is the sample command:
192
193 .. code-block:: console
194
195     ./<build_dir>/examples/dpdk-l3fwd -l 0-7 -s 0xf0000 -n 4 --vdev event_sw0 -- -p 0x3 --mode=eventdev --eventq-sched=ordered
196
197 In case of eventdev mode, *--config* option is not used for ethernet port
198 configuration. Instead each ethernet port will be configured with mentioned
199 setup:
200
201 *   Single Rx/Tx queue
202
203 *   Each Rx queue will be connected to event queue via Rx adapter.
204
205 *   Each Tx queue will be connected via Tx adapter.
206
207 Refer to the *DPDK Getting Started Guide* for general information on running applications and
208 the Environment Abstraction Layer (EAL) options.
209
210 .. _l3_fwd_explanation:
211
212 Explanation
213 -----------
214
215 The following sections provide some explanation of the sample application code. As mentioned in the overview section,
216 the initialization and run-time paths are very similar to those of the :doc:`l2_forward_real_virtual` and :doc:`l2_forward_event`.
217 The following sections describe aspects that are specific to the L3 Forwarding sample application.
218
219 Hash Initialization
220 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
221
222 The hash object is created and loaded with the pre-configured entries read from a global array,
223 and then generate the expected 5-tuple as key to keep consistence with those of real flow
224 for the convenience to execute hash performance test on 4M/8M/16M flows.
225
226 .. note::
227
228     The Hash initialization will setup both ipv4 and ipv6 hash table,
229     and populate the either table depending on the value of variable ipv6.
230     To support the hash performance test with up to 8M single direction flows/16M bi-direction flows,
231     populate_ipv4_many_flow_into_table() function will populate the hash table with specified hash table entry number(default 4M).
232
233 .. note::
234
235     Value of global variable ipv6 can be specified with --ipv6 in the command line.
236     Value of global variable hash_entry_number,
237     which is used to specify the total hash entry number for all used ports in hash performance test,
238     can be specified with --hash-entry-num VALUE in command line, being its default value 4.
239
240 .. code-block:: c
241
242     #if (APP_LOOKUP_METHOD == APP_LOOKUP_EXACT_MATCH)
243
244         static void
245         setup_hash(int socketid)
246         {
247             // ...
248
249             if (hash_entry_number != HASH_ENTRY_NUMBER_DEFAULT) {
250                 if (ipv6 == 0) {
251                     /* populate the ipv4 hash */
252                     populate_ipv4_many_flow_into_table(ipv4_l3fwd_lookup_struct[socketid], hash_entry_number);
253                 } else {
254                     /* populate the ipv6 hash */
255                     populate_ipv6_many_flow_into_table( ipv6_l3fwd_lookup_struct[socketid], hash_entry_number);
256                 }
257             } else
258                 if (ipv6 == 0) {
259                     /* populate the ipv4 hash */
260                     populate_ipv4_few_flow_into_table(ipv4_l3fwd_lookup_struct[socketid]);
261                 } else {
262                     /* populate the ipv6 hash */
263                     populate_ipv6_few_flow_into_table(ipv6_l3fwd_lookup_struct[socketid]);
264                 }
265             }
266         }
267     #endif
268
269 LPM Initialization
270 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~
271
272 The LPM object is created and loaded with the pre-configured entries read from a global array.
273
274 .. literalinclude:: ../../../examples/l3fwd/l3fwd_em.c
275     :language: c
276     :start-after: Initialize exact match (hash) parameters. 8<
277     :end-before: >8 End of initialization of hash parameters.
278
279 FIB Initialization
280 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~
281
282 The FIB object is created and loaded with the pre-configured entries
283 read from a global array.
284 The abridged code snippet below shows the FIB initialization for IPv4,
285 the full setup function including the IPv6 setup can be seen in the app code.
286
287 .. literalinclude:: ../../../examples/l3fwd/l3fwd_fib.c
288    :language: c
289    :start-after: Function to setup fib. 8<
290    :end-before: >8 End of setup fib.
291
292 Packet Forwarding for Hash-based Lookups
293 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
294
295 For each input packet, the packet forwarding operation is done by the l3fwd_simple_forward()
296 or simple_ipv4_fwd_4pkts() function for IPv4 packets or the simple_ipv6_fwd_4pkts() function for IPv6 packets.
297 The l3fwd_simple_forward() function provides the basic functionality for both IPv4 and IPv6 packet forwarding
298 for any number of burst packets received,
299 and the packet forwarding decision (that is, the identification of the output interface for the packet)
300 for hash-based lookups is done by the  get_ipv4_dst_port() or get_ipv6_dst_port() function.
301 The get_ipv4_dst_port() function is shown below:
302
303 .. literalinclude:: ../../../examples/l3fwd/l3fwd_em.c
304    :language: c
305    :start-after: Performing hash-based lookups. 8<
306    :end-before: >8 End of performing hash-based lookups.
307
308 The get_ipv6_dst_port() function is similar to the get_ipv4_dst_port() function.
309
310 The simple_ipv4_fwd_4pkts() and simple_ipv6_fwd_4pkts() function are optimized for continuous 4 valid ipv4 and ipv6 packets,
311 they leverage the multiple buffer optimization to boost the performance of forwarding packets with the exact match on hash table.
312 The key code snippet of simple_ipv4_fwd_4pkts() is shown below:
313
314 .. code-block:: c
315
316     static inline void
317     simple_ipv4_fwd_4pkts(struct rte_mbuf* m[4], uint16_t portid, struct lcore_conf *qconf)
318     {
319         // ...
320
321         data[0] = _mm_loadu_si128(( m128i*)(rte_pktmbuf_mtod(m[0], unsigned char *) + sizeof(struct rte_ether_hdr) + offsetof(struct rte_ipv4_hdr, time_to_live)));
322         data[1] = _mm_loadu_si128(( m128i*)(rte_pktmbuf_mtod(m[1], unsigned char *) + sizeof(struct rte_ether_hdr) + offsetof(struct rte_ipv4_hdr, time_to_live)));
323         data[2] = _mm_loadu_si128(( m128i*)(rte_pktmbuf_mtod(m[2], unsigned char *) + sizeof(struct rte_ether_hdr) + offsetof(struct rte_ipv4_hdr, time_to_live)));
324         data[3] = _mm_loadu_si128(( m128i*)(rte_pktmbuf_mtod(m[3], unsigned char *) + sizeof(struct rte_ether_hdr) + offsetof(struct rte_ipv4_hdr, time_to_live)));
325
326         key[0].xmm = _mm_and_si128(data[0], mask0);
327         key[1].xmm = _mm_and_si128(data[1], mask0);
328         key[2].xmm = _mm_and_si128(data[2], mask0);
329         key[3].xmm = _mm_and_si128(data[3], mask0);
330
331         const void *key_array[4] = {&key[0], &key[1], &key[2],&key[3]};
332
333         rte_hash_lookup_bulk(qconf->ipv4_lookup_struct, &key_array[0], 4, ret);
334
335         dst_port[0] = (ret[0] < 0)? portid:ipv4_l3fwd_out_if[ret[0]];
336         dst_port[1] = (ret[1] < 0)? portid:ipv4_l3fwd_out_if[ret[1]];
337         dst_port[2] = (ret[2] < 0)? portid:ipv4_l3fwd_out_if[ret[2]];
338         dst_port[3] = (ret[3] < 0)? portid:ipv4_l3fwd_out_if[ret[3]];
339
340         // ...
341     }
342
343 The simple_ipv6_fwd_4pkts() function is similar to the simple_ipv4_fwd_4pkts() function.
344
345 Known issue: IP packets with extensions or IP packets which are not TCP/UDP cannot work well at this mode.
346
347 Packet Forwarding for LPM-based Lookups
348 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
349
350 For each input packet, the packet forwarding operation is done by the l3fwd_simple_forward() function,
351 but the packet forwarding decision (that is, the identification of the output interface for the packet)
352 for LPM-based lookups is done by the get_ipv4_dst_port() function below:
353
354 .. literalinclude:: ../../../examples/l3fwd/l3fwd_lpm.c
355    :language: c
356    :start-after: Performing LPM-based lookups. 8<
357    :end-before: >8 End of performing LPM-based lookups.
358
359 Packet Forwarding for FIB-based Lookups
360 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
361
362 The FIB library was designed to process multiple packets at once,
363 it does not have separate functions for single and bulk lookups.
364 ``rte_fib_lookup_bulk`` is used for IPv4 lookups
365 and ``rte_fib6_lookup_bulk`` for IPv6.
366 Various examples of these functions being used
367 can be found in the sample app code.
368
369 Eventdev Driver Initialization
370 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
371 Eventdev driver initialization is same as L2 forwarding eventdev application.
372 Refer :doc:`l2_forward_event` for more details.