net/virtio: add parameter to enable vectorized path
[dpdk.git] / doc / guides / nics / virtio.rst
index dcf4d35..aaa8176 100644 (file)
@@ -1,32 +1,5 @@
-..  BSD LICENSE
-    Copyright(c) 2010-2015 Intel Corporation. All rights reserved.
-    All rights reserved.
-
-    Redistribution and use in source and binary forms, with or without
-    modification, are permitted provided that the following conditions
-    are met:
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-    * Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
-    notice, this list of conditions and the following disclaimer in
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+..  SPDX-License-Identifier: BSD-3-Clause
+    Copyright(c) 2010-2015 Intel Corporation.
 
 Poll Mode Driver for Emulated Virtio NIC
 ========================================
@@ -41,9 +14,6 @@ The DPDK extends kni to support vhost raw socket interface,
 which enables vhost to directly read/ write packets from/to a physical port.
 With this enhancement, virtio could achieve quite promising performance.
 
-In future release, we will also make enhancement to vhost backend,
-releasing peak performance of virtio PMD driver.
-
 For basic qemu-KVM installation and other Intel EM poll mode driver in guest VM,
 please refer to Chapter "Driver for VM Emulated Devices".
 
@@ -53,15 +23,19 @@ standard qemu vhost back end and vhost kni back end.
 Virtio Implementation in DPDK
 -----------------------------
 
-For details about the virtio spec, refer to Virtio PCI Card Specification written by Rusty Russell.
+For details about the virtio spec, refer to the latest
+`VIRTIO (Virtual I/O) Device Specification
+<https://www.oasis-open.org/committees/tc_home.php?wg_abbrev=virtio>`_.
 
-As a PMD, virtio provides packet reception and transmission callbacks virtio_recv_pkts and virtio_xmit_pkts.
+As a PMD, virtio provides packet reception and transmission callbacks.
 
-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.
+In Rx, packets described by the used descriptors in vring are available
+for virtio to burst out.
 
-In virtio_xmit_pkts, same index range in vring is available for virtio to clean.
-Virtio will enqueue to be transmitted packets into vring, advance the vq->vq_ring.avail->idx,
-and then notify the host back end if necessary.
+In Tx, packets described by the used descriptors in vring are available
+for virtio to clean. Virtio will enqueue to be transmitted packets into
+vring, make them available to the device, and then notify the host back
+end if necessary.
 
 Features and Limitations of virtio PMD
 --------------------------------------
@@ -73,15 +47,21 @@ In this release, the virtio PMD driver provides the basic functionality of packe
 
 *   It supports multicast packets and promiscuous mode.
 
-*   The descriptor number for the Rx/Tx queue is hard-coded to be 256 by qemu.
+*   The descriptor number for the Rx/Tx queue is hard-coded to be 256 by qemu 2.7 and below.
     If given a different descriptor number by the upper application,
     the virtio PMD generates a warning and fall back to the hard-coded value.
+    Rx queue size can be configurable and up to 1024 since qemu 2.8 and above. Rx queue size is 256
+    by default. Tx queue size is still hard-coded to be 256.
 
 *   Features of mac/vlan filter are supported, negotiation with vhost/backend are needed to support them.
-    When backend can't support vlan filter, virtio app on guest should disable vlan filter to make sure
-    the virtio port is configured correctly. E.g. specify '--disable-hw-vlan' in testpmd command line.
+    When backend can't support vlan filter, virtio app on guest should not enable vlan filter in order
+    to make sure the virtio port is configured correctly. E.g. do not specify '--enable-hw-vlan' in testpmd
+    command line. Note that, mac/vlan filter is best effort: unwanted packets could still arrive.
 
-*   RTE_PKTMBUF_HEADROOM should be defined larger than sizeof(struct virtio_net_hdr), which is 10 bytes.
+*   "RTE_PKTMBUF_HEADROOM" should be defined
+    no less than "sizeof(struct virtio_net_hdr_mrg_rxbuf)", which is 12 bytes when mergeable or
+    "VIRTIO_F_VERSION_1" is set.
+    no less than "sizeof(struct virtio_net_hdr)", which is 10 bytes, when using non-mergeable.
 
 *   Virtio does not support runtime configuration.
 
@@ -130,7 +110,7 @@ Host2VM communication example
 
     .. code-block:: console
 
-        examples/kni/build/app/kni -c 0xf -n 4 -- -p 0x1 -P --config="(0,1,3)"
+        examples/kni/build/app/kni -l 0-3 -n 4 -- -p 0x1 -P --config="(0,1,3)"
 
     This command generates one network device vEth0 for physical port.
     If specify more physical ports, the generated network device will be vEth1, vEth2, and so on.
@@ -224,59 +204,80 @@ The packet transmission flow is:
 Virtio PMD Rx/Tx Callbacks
 --------------------------
 
-Virtio driver has 3 Rx callbacks and 2 Tx callbacks.
+Virtio driver has 6 Rx callbacks and 3 Tx callbacks.
 
 Rx callbacks:
 
 #. ``virtio_recv_pkts``:
-   Regular version without mergeable Rx buffer support.
+   Regular version without mergeable Rx buffer support for split virtqueue.
 
 #. ``virtio_recv_mergeable_pkts``:
-   Regular version with mergeable Rx buffer support.
+   Regular version with mergeable Rx buffer support for split virtqueue.
 
 #. ``virtio_recv_pkts_vec``:
    Vector version without mergeable Rx buffer support, also fixes the available
-   ring indexes and uses vector instructions to optimize performance.
+   ring indexes and uses vector instructions to optimize performance for split
+   virtqueue.
+
+#. ``virtio_recv_pkts_inorder``:
+   In-order version with mergeable and non-mergeable Rx buffer support
+   for split virtqueue.
+
+#. ``virtio_recv_pkts_packed``:
+   Regular and in-order version without mergeable Rx buffer support for
+   packed virtqueue.
+
+#. ``virtio_recv_mergeable_pkts_packed``:
+   Regular and in-order version with mergeable Rx buffer support for packed
+   virtqueue.
 
 Tx callbacks:
 
 #. ``virtio_xmit_pkts``:
-   Regular version.
+   Regular version for split virtqueue.
 
-#. ``virtio_xmit_pkts_simple``:
-   Vector version fixes the available ring indexes to optimize performance.
+#. ``virtio_xmit_pkts_inorder``:
+   In-order version for split virtqueue.
 
+#. ``virtio_xmit_pkts_packed``:
+   Regular and in-order version for packed virtqueue.
 
 By default, the non-vector callbacks are used:
 
-*   For Rx: If mergeable Rx buffers is disabled then ``virtio_recv_pkts`` is
-    used; otherwise ``virtio_recv_mergeable_pkts``.
+*   For Rx: If mergeable Rx buffers is disabled then ``virtio_recv_pkts``
+    or ``virtio_recv_pkts_packed`` will be used, otherwise
+    ``virtio_recv_mergeable_pkts`` or ``virtio_recv_mergeable_pkts_packed``
+    will be used.
 
-*   For Tx: ``virtio_xmit_pkts``.
+*   For Tx: ``virtio_xmit_pkts`` or ``virtio_xmit_pkts_packed`` will be used.
 
 
 Vector callbacks will be used when:
 
-*   ``txq_flags`` is set to ``VIRTIO_SIMPLE_FLAGS`` (0xF01), which implies:
-
-    *   Single segment is specified.
-
-    *   No offload support is needed.
-
 *   Mergeable Rx buffers is disabled.
 
 The corresponding callbacks are:
 
 *   For Rx: ``virtio_recv_pkts_vec``.
 
-*   For Tx: ``virtio_xmit_pkts_simple``.
+There is no vector callbacks for packed virtqueue for now.
 
 
 Example of using the vector version of the virtio poll mode driver in
 ``testpmd``::
 
-   testpmd -c 0x7 -n 4 -- -i --txqflags=0xF01 --rxq=1 --txq=1 --nb-cores=1
+   testpmd -l 0-2 -n 4 -- -i --rxq=1 --txq=1 --nb-cores=1
 
+In-order callbacks only work on simulated virtio user vdev.
+
+For split virtqueue:
+
+*   For Rx: If in-order is enabled then ``virtio_recv_pkts_inorder`` is used.
+
+*   For Tx: If in-order is enabled then ``virtio_xmit_pkts_inorder`` is used.
+
+For packed virtqueue, the default callbacks already support the
+in-order feature.
 
 Interrupt mode
 --------------
@@ -288,6 +289,13 @@ interrupt, Rx interrupts, and Tx interrupts. Config interrupt is used for
 notification of device configuration changes, especially link status (lsc).
 Interrupt mode is translated into Rx interrupts in the context of DPDK.
 
+.. Note::
+
+   Virtio PMD already has support for receiving lsc from qemu when the link
+   status changes, especially when vhost user disconnects. However, it fails
+   to do that if the VM is created by qemu 2.6.2 or below, since the
+   capability to detect vhost user disconnection is introduced in qemu 2.7.0.
+
 Prerequisites for Rx interrupts
 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
 
@@ -321,7 +329,7 @@ To support Rx interrupts,
 
     .. code-block:: console
 
-        python tools/dpdk-devbind.py -b vfio-pci 00:03.0
+        python usertools/dpdk-devbind.py -b vfio-pci 00:03.0
 
 Example
 ~~~~~~~
@@ -332,5 +340,211 @@ Here we use l3fwd-power as an example to show how to get started.
 
     .. code-block:: console
 
-        $ l3fwd-power -c 0x3 -- -p 1 -P --config="(0,0,1)" \
+        $ l3fwd-power -l 0-1 -- -p 1 -P --config="(0,0,1)" \
                                                --no-numa --parse-ptype
+
+
+Virtio PMD arguments
+--------------------
+
+Below devargs are supported by the PCI virtio driver:
+
+#.  ``vdpa``:
+
+    A virtio device could also be driven by vDPA (vhost data path acceleration)
+    driver, and works as a HW vhost backend. This argument is used to specify
+    a virtio device needs to work in vDPA mode.
+    (Default: 0 (disabled))
+
+#.  ``speed``:
+
+    It is used to specify link speed of virtio device. Link speed is a part of
+    link status structure. It could be requested by application using
+    rte_eth_link_get_nowait function.
+    (Default: 10000 (10G))
+
+#.  ``vectorized``:
+
+    It is used to specify whether virtio device prefers to use vectorized path.
+    Afterwards, dependencies of vectorized path will be checked in path
+    election.
+    (Default: 0 (disabled))
+
+Below devargs are supported by the virtio-user vdev:
+
+#.  ``path``:
+
+    It is used to specify a path to connect to vhost backend.
+
+#.  ``mac``:
+
+    It is used to specify the MAC address.
+
+#.  ``cq``:
+
+    It is used to enable the control queue. (Default: 0 (disabled))
+
+#.  ``queue_size``:
+
+    It is used to specify the queue size. (Default: 256)
+
+#.  ``queues``:
+
+    It is used to specify the queue number. (Default: 1)
+
+#.  ``iface``:
+
+    It is used to specify the host interface name for vhost-kernel
+    backend.
+
+#.  ``server``:
+
+    It is used to enable the server mode when using vhost-user backend.
+    (Default: 0 (disabled))
+
+#.  ``mrg_rxbuf``:
+
+    It is used to enable virtio device mergeable Rx buffer feature.
+    (Default: 1 (enabled))
+
+#.  ``in_order``:
+
+    It is used to enable virtio device in-order feature.
+    (Default: 1 (enabled))
+
+#.  ``packed_vq``:
+
+    It is used to enable virtio device packed virtqueue feature.
+    (Default: 0 (disabled))
+
+#.  ``speed``:
+
+    It is used to specify link speed of virtio device. Link speed is a part of
+    link status structure. It could be requested by application using
+    rte_eth_link_get_nowait function.
+    (Default: 10000 (10G))
+
+
+Virtio paths Selection and Usage
+--------------------------------
+
+Logically virtio-PMD has 9 paths based on the combination of virtio features
+(Rx mergeable, In-order, Packed virtqueue), below is an introduction of these
+features:
+
+*   `Rx mergeable <https://docs.oasis-open.org/virtio/virtio/v1.1/cs01/
+    virtio-v1.1-cs01.html#x1-2140004>`_: With this feature negotiated, device
+    can receive large packets by combining individual descriptors.
+*   `In-order <https://docs.oasis-open.org/virtio/virtio/v1.1/cs01/
+    virtio-v1.1-cs01.html#x1-690008>`_: Some devices always use descriptors
+    in the same order in which they have been made available, these
+    devices can offer the VIRTIO_F_IN_ORDER feature. With this feature negotiated,
+    driver will use descriptors in order.
+*   `Packed virtqueue <https://docs.oasis-open.org/virtio/virtio/v1.1/cs01/
+    virtio-v1.1-cs01.html#x1-610007>`_: The structure of packed virtqueue is
+    different from split virtqueue, split virtqueue is composed of available ring,
+    used ring and descriptor table, while packed virtqueue is composed of descriptor
+    ring, driver event suppression and device event suppression. The idea behind
+    this is to improve performance by avoiding cache misses and make it easier
+    for hardware to implement.
+
+Virtio paths Selection
+~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
+
+If packed virtqueue is not negotiated, below split virtqueue paths will be selected
+according to below configuration:
+
+#. Split virtqueue mergeable path: If Rx mergeable is negotiated, in-order feature is
+   not negotiated, this path will be selected.
+#. Split virtqueue non-mergeable path: If Rx mergeable and in-order feature are not
+   negotiated, also Rx offload(s) are requested, this path will be selected.
+#. Split virtqueue in-order mergeable path: If Rx mergeable and in-order feature are
+   both negotiated, this path will be selected.
+#. Split virtqueue in-order non-mergeable path: If in-order feature is negotiated and
+   Rx mergeable is not negotiated, this path will be selected.
+#. Split virtqueue vectorized Rx path: If Rx mergeable is disabled and no Rx offload
+   requested, this path will be selected.
+
+If packed virtqueue is negotiated, below packed virtqueue paths will be selected
+according to below configuration:
+
+#. Packed virtqueue mergeable path: If Rx mergeable is negotiated, in-order feature
+   is not negotiated, this path will be selected.
+#. Packed virtqueue non-mergeable path: If Rx mergeable and in-order feature are not
+   negotiated, this path will be selected.
+#. Packed virtqueue in-order mergeable path: If in-order and Rx mergeable feature are
+   both negotiated, this path will be selected.
+#. Packed virtqueue in-order non-mergeable path: If in-order feature is negotiated and
+   Rx mergeable is not negotiated, this path will be selected.
+
+Rx/Tx callbacks of each Virtio path
+~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
+
+Refer to above description, virtio path and corresponding Rx/Tx callbacks will
+be selected automatically. Rx callbacks and Tx callbacks for each virtio path
+are shown in below table:
+
+.. table:: Virtio Paths and Callbacks
+
+   ============================================ ================================= ========================
+                 Virtio paths                            Rx callbacks                   Tx callbacks
+   ============================================ ================================= ========================
+   Split virtqueue mergeable path               virtio_recv_mergeable_pkts        virtio_xmit_pkts
+   Split virtqueue non-mergeable path           virtio_recv_pkts                  virtio_xmit_pkts
+   Split virtqueue in-order mergeable path      virtio_recv_pkts_inorder          virtio_xmit_pkts_inorder
+   Split virtqueue in-order non-mergeable path  virtio_recv_pkts_inorder          virtio_xmit_pkts_inorder
+   Split virtqueue vectorized Rx path           virtio_recv_pkts_vec              virtio_xmit_pkts
+   Packed virtqueue mergeable path              virtio_recv_mergeable_pkts_packed virtio_xmit_pkts_packed
+   Packed virtqueue non-meregable path          virtio_recv_pkts_packed           virtio_xmit_pkts_packed
+   Packed virtqueue in-order mergeable path     virtio_recv_mergeable_pkts_packed virtio_xmit_pkts_packed
+   Packed virtqueue in-order non-mergeable path virtio_recv_pkts_packed           virtio_xmit_pkts_packed
+   ============================================ ================================= ========================
+
+Virtio paths Support Status from Release to Release
+~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
+
+Virtio feature implementation:
+
+*   In-order feature is supported since DPDK 18.08 by adding new Rx/Tx callbacks
+    ``virtio_recv_pkts_inorder`` and ``virtio_xmit_pkts_inorder``.
+*   Packed virtqueue is supported since DPDK 19.02 by adding new Rx/Tx callbacks
+    ``virtio_recv_pkts_packed`` , ``virtio_recv_mergeable_pkts_packed`` and
+    ``virtio_xmit_pkts_packed``.
+
+All virtio paths support status are shown in below table:
+
+.. table:: Virtio Paths and Releases
+
+   ============================================ ============= ============= =============
+                  Virtio paths                  16.11 ~ 18.05 18.08 ~ 18.11 19.02 ~ 19.11
+   ============================================ ============= ============= =============
+   Split virtqueue mergeable path                     Y             Y             Y
+   Split virtqueue non-mergeable path                 Y             Y             Y
+   Split virtqueue vectorized Rx path                 Y             Y             Y
+   Split virtqueue simple Tx path                     Y             N             N
+   Split virtqueue in-order mergeable path                          Y             Y
+   Split virtqueue in-order non-mergeable path                      Y             Y
+   Packed virtqueue mergeable path                                                Y
+   Packed virtqueue non-mergeable path                                            Y
+   Packed virtqueue in-order mergeable path                                       Y
+   Packed virtqueue in-order non-mergeable path                                   Y
+   ============================================ ============= ============= =============
+
+QEMU Support Status
+~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
+
+*   Qemu now supports three paths of split virtqueue: Split virtqueue mergeable path,
+    Split virtqueue non-mergeable path, Split virtqueue vectorized Rx path.
+*   Since qemu 4.2.0, Packed virtqueue mergeable path and Packed virtqueue non-mergeable
+    path can be supported.
+
+How to Debug
+~~~~~~~~~~~~
+
+If you meet performance drop or some other issues after upgrading the driver
+or configuration, below steps can help you identify which path you selected and
+root cause faster.
+
+#. Run vhost/virtio test case;
+#. Run "perf top" and check virtio Rx/Tx callback names;
+#. Identify which virtio path is selected refer to above table.