vhost: introduce driver features related APIs
[dpdk.git] / doc / guides / prog_guide / vhost_lib.rst
index ba6065d..6a4d206 100644 (file)
@@ -1,5 +1,5 @@
 ..  BSD LICENSE
 ..  BSD LICENSE
-    Copyright(c) 2010-2014 Intel Corporation. All rights reserved.
+    Copyright(c) 2010-2016 Intel Corporation. All rights reserved.
     All rights reserved.
 
     Redistribution and use in source and binary forms, with or without
     All rights reserved.
 
     Redistribution and use in source and binary forms, with or without
 Vhost Library
 =============
 
 Vhost Library
 =============
 
-The vhost cuse (cuse: user space character device driver) library implements a
-vhost cuse driver. It also creates, manages and destroys vhost devices for
-corresponding virtio devices in the guest. Vhost supported vSwitch could register
-callbacks to this library, which will be called when a vhost device is activated
-or deactivated by guest virtual machine.
+The vhost library implements a user space virtio net server allowing the user
+to manipulate the virtio ring directly. In another words, it allows the user
+to fetch/put packets from/to the VM virtio net device. To achieve this, a
+vhost library should be able to:
+
+* Access the guest memory:
+
+  For QEMU, this is done by using the ``-object memory-backend-file,share=on,...``
+  option. Which means QEMU will create a file to serve as the guest RAM.
+  The ``share=on`` option allows another process to map that file, which
+  means it can access the guest RAM.
+
+* Know all the necessary information about the vring:
+
+  Information such as where the available ring is stored. Vhost defines some
+  messages (passed through a Unix domain socket file) to tell the backend all
+  the information it needs to know how to manipulate the vring.
+
 
 Vhost API Overview
 ------------------
 
 
 Vhost API Overview
 ------------------
 
-*   Vhost driver registration
+The following is an overview of some key Vhost API functions:
+
+* ``rte_vhost_driver_register(path, flags)``
+
+  This function registers a vhost driver into the system. ``path`` specifies
+  the Unix domain socket file path.
+
+  Currently supported flags are:
+
+  - ``RTE_VHOST_USER_CLIENT``
+
+    DPDK vhost-user will act as the client when this flag is given. See below
+    for an explanation.
+
+  - ``RTE_VHOST_USER_NO_RECONNECT``
+
+    When DPDK vhost-user acts as the client it will keep trying to reconnect
+    to the server (QEMU) until it succeeds. This is useful in two cases:
+
+    * When QEMU is not started yet.
+    * When QEMU restarts (for example due to a guest OS reboot).
+
+    This reconnect option is enabled by default. However, it can be turned off
+    by setting this flag.
+
+  - ``RTE_VHOST_USER_DEQUEUE_ZERO_COPY``
+
+    Dequeue zero copy will be enabled when this flag is set. It is disabled by
+    default.
+
+    There are some truths (including limitations) you might want to know while
+    setting this flag:
+
+    * zero copy is not good for small packets (typically for packet size below
+      512).
+
+    * zero copy is really good for VM2VM case. For iperf between two VMs, the
+      boost could be above 70% (when TSO is enableld).
+
+    * for VM2NIC case, the ``nb_tx_desc`` has to be small enough: <= 64 if virtio
+      indirect feature is not enabled and <= 128 if it is enabled.
+
+      This is because when dequeue zero copy is enabled, guest Tx used vring will
+      be updated only when corresponding mbuf is freed. Thus, the nb_tx_desc
+      has to be small enough so that the PMD driver will run out of available
+      Tx descriptors and free mbufs timely. Otherwise, guest Tx vring would be
+      starved.
+
+    * Guest memory should be backended with huge pages to achieve better
+      performance. Using 1G page size is the best.
+
+      When dequeue zero copy is enabled, the guest phys address and host phys
+      address mapping has to be established. Using non-huge pages means far
+      more page segments. To make it simple, DPDK vhost does a linear search
+      of those segments, thus the fewer the segments, the quicker we will get
+      the mapping. NOTE: we may speed it by using tree searching in future.
+
+* ``rte_vhost_driver_set_features(path, features)``
+
+  This function sets the feature bits the vhost-user driver supports. The
+  vhost-user driver could be vhost-user net, yet it could be something else,
+  say, vhost-user SCSI.
+
+* ``rte_vhost_driver_session_start()``
+
+  This function starts the vhost session loop to handle vhost messages. It
+  starts an infinite loop, therefore it should be called in a dedicated
+  thread.
+
+* ``rte_vhost_driver_callback_register(virtio_net_device_ops)``
+
+  This function registers a set of callbacks, to let DPDK applications take
+  the appropriate action when some events happen. The following events are
+  currently supported:
+
+  * ``new_device(int vid)``
+
+    This callback is invoked when a virtio net device becomes ready. ``vid``
+    is the virtio net device ID.
+
+  * ``destroy_device(int vid)``
+
+    This callback is invoked when a virtio net device shuts down (or when the
+    vhost connection is broken).
+
+  * ``vring_state_changed(int vid, uint16_t queue_id, int enable)``
+
+    This callback is invoked when a specific queue's state is changed, for
+    example to enabled or disabled.
+
+* ``rte_vhost_enqueue_burst(vid, queue_id, pkts, count)``
+
+  Transmits (enqueues) ``count`` packets from host to guest.
+
+* ``rte_vhost_dequeue_burst(vid, queue_id, mbuf_pool, pkts, count)``
+
+  Receives (dequeues) ``count`` packets from guest, and stored them at ``pkts``.
+
+* ``rte_vhost_driver_disable/enable_features(path, features))``
+
+  This function disables/enables some features. For example, it can be used to
+  disable mergeable buffers and TSO features, which both are enabled by
+  default.
+
+
+Vhost-user Implementations
+--------------------------
+
+Vhost-user uses Unix domain sockets for passing messages. This means the DPDK
+vhost-user implementation has two options:
+
+* DPDK vhost-user acts as the server.
 
 
-      rte_vhost_driver_register registers the vhost cuse driver into the system.
-      Character device file will be created in the /dev directory.
-      Character device name is specified as the parameter.
+  DPDK will create a Unix domain socket server file and listen for
+  connections from the frontend.
 
 
-*   Vhost session start
+  Note, this is the default mode, and the only mode before DPDK v16.07.
 
 
-      rte_vhost_driver_session_start starts the vhost session loop.
-      Vhost cuse session is an infinite blocking loop.
-      Put the session in a dedicate DPDK thread.
 
 
-*   Callback register
+* DPDK vhost-user acts as the client.
 
 
-      Vhost supported vSwitch could call rte_vhost_driver_callback_register to
-      register two callbacks, new_destory and destroy_device.
-      When virtio device is activated or deactivated by guest virtual machine,
-      the callback will be called, then vSwitch could put the device onto data
-      core or remove the device from data core by setting or unsetting
-      VIRTIO_DEV_RUNNING on the device flags.
+  Unlike the server mode, this mode doesn't create the socket file;
+  it just tries to connect to the server (which responses to create the
+  file instead).
 
 
-*   Read/write packets from/to guest virtual machine
+  When the DPDK vhost-user application restarts, DPDK vhost-user will try to
+  connect to the server again. This is how the "reconnect" feature works.
 
 
-      rte_vhost_enqueue_burst transmit host packets to guest.
-      rte_vhost_dequeue_burst receives packets from guest.
+  .. Note::
+     * The "reconnect" feature requires **QEMU v2.7** (or above).
 
 
-*   Feature enable/disable
+     * The vhost supported features must be exactly the same before and
+       after the restart. For example, if TSO is disabled and then enabled,
+       nothing will work and issues undefined might happen.
 
 
-      Now one negotiate-able feature in vhost is merge-able.
-      vSwitch could enable/disable this feature for performance consideration.
+No matter which mode is used, once a connection is established, DPDK
+vhost-user will start receiving and processing vhost messages from QEMU.
 
 
-Vhost Implementation
---------------------
+For messages with a file descriptor, the file descriptor can be used directly
+in the vhost process as it is already installed by the Unix domain socket.
 
 
-When vSwitch registers the vhost driver, it will register a cuse device driver
-into the system and creates a character device file. This cuse driver will
-receive vhost open/release/IOCTL message from QEMU simulator.
+The supported vhost messages are:
 
 
-When the open call is received, vhost driver will create a vhost device for the
-virtio device in the guest.
+* ``VHOST_SET_MEM_TABLE``
+* ``VHOST_SET_VRING_KICK``
+* ``VHOST_SET_VRING_CALL``
+* ``VHOST_SET_LOG_FD``
+* ``VHOST_SET_VRING_ERR``
 
 
-When VHOST_SET_MEM_TABLE IOCTL is received, vhost searches the memory region
-to find the starting user space virtual address that maps the memory of guest
-virtual machine. Through this virtual address and the QEMU pid, vhost could
-find the file QEMU uses to map the guest memory. Vhost maps this file into its
-address space, in this way vhost could fully access the guest physical memory,
-which means vhost could access the shared virtio ring and the guest physical
-address specified in the entry of the ring.
+For ``VHOST_SET_MEM_TABLE`` message, QEMU will send information for each
+memory region and its file descriptor in the ancillary data of the message.
+The file descriptor is used to map that region.
 
 
-The guest virtual machine tells the vhost whether the virtio device is ready
-for processing or is de-activated through VHOST_SET_BACKEND message.
-The registered callback from vSwitch will be called.
+``VHOST_SET_VRING_KICK`` is used as the signal to put the vhost device into
+the data plane, and ``VHOST_GET_VRING_BASE`` is used as the signal to remove
+the vhost device from the data plane.
 
 
-When the release call is released, vhost will destroy the device.
+When the socket connection is closed, vhost will destroy the device.
 
 Vhost supported vSwitch reference
 ---------------------------------
 
 
 Vhost supported vSwitch reference
 ---------------------------------
 
-For how to support vhost in vSwitch, please refer to vhost example in the
-DPDK Sample Applications Guide.
+For more vhost details and how to support vhost in vSwitch, please refer to
+the vhost example in the DPDK Sample Applications Guide.