virtio: use one way barrier for split vring used index
authorJoyce Kong <joyce.kong@arm.com>
Thu, 30 Apr 2020 09:14:36 +0000 (17:14 +0800)
committerFerruh Yigit <ferruh.yigit@intel.com>
Tue, 5 May 2020 13:54:26 +0000 (15:54 +0200)
In case VIRTIO_F_ORDER_PLATFORM(36) is not negotiated, then the frontend
and backend are assumed to be implemented in software, that is they can
run on identical CPUs in an SMP configuration.
Thus a weak form of memory barriers like rte_smp_r/wmb, other than
rte_cio_r/wmb, is sufficient for this case(vq->hw->weak_barriers == 1)
and yields better performance.
For the above case, this patch helps yielding even better performance
by replacing the two-way barriers with C11 one-way barriers for used
index in split ring.

Signed-off-by: Joyce Kong <joyce.kong@arm.com>
Reviewed-by: Gavin Hu <gavin.hu@arm.com>
Reviewed-by: Maxime Coquelin <maxime.coquelin@redhat.com>
drivers/net/virtio/virtio_ethdev.c
drivers/net/virtio/virtio_ring.h
drivers/net/virtio/virtio_rxtx.c
drivers/net/virtio/virtio_rxtx_simple_altivec.c
drivers/net/virtio/virtio_rxtx_simple_neon.c
drivers/net/virtio/virtio_rxtx_simple_sse.c
drivers/net/virtio/virtio_user/virtio_user_dev.c
drivers/net/virtio/virtqueue.c
drivers/net/virtio/virtqueue.h
lib/librte_vhost/virtio_net.c

index e86d4e0..312871c 100644 (file)
@@ -290,13 +290,10 @@ virtio_send_command_split(struct virtnet_ctl *cvq,
 
        virtqueue_notify(vq);
 
-       rte_rmb();
-       while (VIRTQUEUE_NUSED(vq) == 0) {
-               rte_rmb();
+       while (virtqueue_nused(vq) == 0)
                usleep(100);
-       }
 
-       while (VIRTQUEUE_NUSED(vq)) {
+       while (virtqueue_nused(vq)) {
                uint32_t idx, desc_idx, used_idx;
                struct vring_used_elem *uep;
 
index 7ba3466..0f6574f 100644 (file)
@@ -59,7 +59,7 @@ struct vring_used_elem {
 
 struct vring_used {
        uint16_t flags;
-       volatile uint16_t idx;
+       uint16_t idx;
        struct vring_used_elem ring[0];
 };
 
index 050541a..f915b8a 100644 (file)
@@ -45,7 +45,7 @@ virtio_dev_rx_queue_done(void *rxq, uint16_t offset)
        struct virtnet_rx *rxvq = rxq;
        struct virtqueue *vq = rxvq->vq;
 
-       return VIRTQUEUE_NUSED(vq) >= offset;
+       return virtqueue_nused(vq) >= offset;
 }
 
 void
@@ -968,9 +968,7 @@ virtio_recv_pkts(void *rx_queue, struct rte_mbuf **rx_pkts, uint16_t nb_pkts)
        if (unlikely(hw->started == 0))
                return nb_rx;
 
-       nb_used = VIRTQUEUE_NUSED(vq);
-
-       virtio_rmb(hw->weak_barriers);
+       nb_used = virtqueue_nused(vq);
 
        num = likely(nb_used <= nb_pkts) ? nb_used : nb_pkts;
        if (unlikely(num > VIRTIO_MBUF_BURST_SZ))
@@ -1183,12 +1181,10 @@ virtio_recv_pkts_inorder(void *rx_queue,
        if (unlikely(hw->started == 0))
                return nb_rx;
 
-       nb_used = VIRTQUEUE_NUSED(vq);
+       nb_used = virtqueue_nused(vq);
        nb_used = RTE_MIN(nb_used, nb_pkts);
        nb_used = RTE_MIN(nb_used, VIRTIO_MBUF_BURST_SZ);
 
-       virtio_rmb(hw->weak_barriers);
-
        PMD_RX_LOG(DEBUG, "used:%d", nb_used);
 
        nb_enqueued = 0;
@@ -1277,8 +1273,7 @@ virtio_recv_pkts_inorder(void *rx_queue,
                uint16_t rcv_cnt = RTE_MIN((uint16_t)seg_res,
                                        VIRTIO_MBUF_BURST_SZ);
 
-               if (likely(VIRTQUEUE_NUSED(vq) >= rcv_cnt)) {
-                       virtio_rmb(hw->weak_barriers);
+               if (likely(virtqueue_nused(vq) >= rcv_cnt)) {
                        num = virtqueue_dequeue_rx_inorder(vq, rcv_pkts, len,
                                                           rcv_cnt);
                        uint16_t extra_idx = 0;
@@ -1369,9 +1364,7 @@ virtio_recv_mergeable_pkts(void *rx_queue,
        if (unlikely(hw->started == 0))
                return nb_rx;
 
-       nb_used = VIRTQUEUE_NUSED(vq);
-
-       virtio_rmb(hw->weak_barriers);
+       nb_used = virtqueue_nused(vq);
 
        PMD_RX_LOG(DEBUG, "used:%d", nb_used);
 
@@ -1459,8 +1452,7 @@ virtio_recv_mergeable_pkts(void *rx_queue,
                uint16_t rcv_cnt = RTE_MIN((uint16_t)seg_res,
                                        VIRTIO_MBUF_BURST_SZ);
 
-               if (likely(VIRTQUEUE_NUSED(vq) >= rcv_cnt)) {
-                       virtio_rmb(hw->weak_barriers);
+               if (likely(virtqueue_nused(vq) >= rcv_cnt)) {
                        num = virtqueue_dequeue_burst_rx(vq, rcv_pkts, len,
                                                           rcv_cnt);
                        uint16_t extra_idx = 0;
@@ -1833,9 +1825,9 @@ virtio_xmit_pkts(void *tx_queue, struct rte_mbuf **tx_pkts, uint16_t nb_pkts)
                return nb_pkts;
 
        PMD_TX_LOG(DEBUG, "%d packets to xmit", nb_pkts);
-       nb_used = VIRTQUEUE_NUSED(vq);
 
-       virtio_rmb(hw->weak_barriers);
+       nb_used = virtqueue_nused(vq);
+
        if (likely(nb_used > vq->vq_nentries - vq->vq_free_thresh))
                virtio_xmit_cleanup(vq, nb_used);
 
@@ -1867,8 +1859,8 @@ virtio_xmit_pkts(void *tx_queue, struct rte_mbuf **tx_pkts, uint16_t nb_pkts)
 
                /* Positive value indicates it need free vring descriptors */
                if (unlikely(need > 0)) {
-                       nb_used = VIRTQUEUE_NUSED(vq);
-                       virtio_rmb(hw->weak_barriers);
+                       nb_used = virtqueue_nused(vq);
+
                        need = RTE_MIN(need, (int)nb_used);
 
                        virtio_xmit_cleanup(vq, need);
@@ -1905,11 +1897,9 @@ static __rte_always_inline int
 virtio_xmit_try_cleanup_inorder(struct virtqueue *vq, uint16_t need)
 {
        uint16_t nb_used, nb_clean, nb_descs;
-       struct virtio_hw *hw = vq->hw;
 
        nb_descs = vq->vq_free_cnt + need;
-       nb_used = VIRTQUEUE_NUSED(vq);
-       virtio_rmb(hw->weak_barriers);
+       nb_used = virtqueue_nused(vq);
        nb_clean = RTE_MIN(need, (int)nb_used);
 
        virtio_xmit_cleanup_inorder(vq, nb_clean);
@@ -1938,9 +1928,8 @@ virtio_xmit_pkts_inorder(void *tx_queue,
 
        VIRTQUEUE_DUMP(vq);
        PMD_TX_LOG(DEBUG, "%d packets to xmit", nb_pkts);
-       nb_used = VIRTQUEUE_NUSED(vq);
+       nb_used = virtqueue_nused(vq);
 
-       virtio_rmb(hw->weak_barriers);
        if (likely(nb_used > vq->vq_nentries - vq->vq_free_thresh))
                virtio_xmit_cleanup_inorder(vq, nb_used);
 
index 003b6ec..a260ebd 100644 (file)
@@ -85,7 +85,7 @@ virtio_recv_pkts_vec(void *rx_queue, struct rte_mbuf **rx_pkts,
        if (unlikely(nb_pkts < RTE_VIRTIO_DESC_PER_LOOP))
                return 0;
 
-       nb_used = VIRTQUEUE_NUSED(vq);
+       nb_used = virtqueue_nused(vq);
 
        rte_compiler_barrier();
 
index 992e71f..363e2b3 100644 (file)
@@ -83,9 +83,8 @@ virtio_recv_pkts_vec(void *rx_queue, struct rte_mbuf **rx_pkts,
        if (unlikely(nb_pkts < RTE_VIRTIO_DESC_PER_LOOP))
                return 0;
 
-       nb_used = VIRTQUEUE_NUSED(vq);
-
-       rte_rmb();
+       /* virtqueue_nused has a load-acquire or rte_cio_rmb inside */
+       nb_used = virtqueue_nused(vq);
 
        if (unlikely(nb_used == 0))
                return 0;
index f9ec4ae..1056e9c 100644 (file)
@@ -85,9 +85,7 @@ virtio_recv_pkts_vec(void *rx_queue, struct rte_mbuf **rx_pkts,
        if (unlikely(nb_pkts < RTE_VIRTIO_DESC_PER_LOOP))
                return 0;
 
-       nb_used = VIRTQUEUE_NUSED(vq);
-
-       rte_compiler_barrier();
+       nb_used = virtqueue_nused(vq);
 
        if (unlikely(nb_used == 0))
                return 0;
index 1c6b26f..7fb135f 100644 (file)
@@ -730,8 +730,10 @@ virtio_user_handle_cq(struct virtio_user_dev *dev, uint16_t queue_idx)
        struct vring *vring = &dev->vrings[queue_idx];
 
        /* Consume avail ring, using used ring idx as first one */
-       while (vring->used->idx != vring->avail->idx) {
-               avail_idx = (vring->used->idx) & (vring->num - 1);
+       while (__atomic_load_n(&vring->used->idx, __ATOMIC_RELAXED)
+              != vring->avail->idx) {
+               avail_idx = __atomic_load_n(&vring->used->idx, __ATOMIC_RELAXED)
+                           & (vring->num - 1);
                desc_idx = vring->avail->ring[avail_idx];
 
                n_descs = virtio_user_handle_ctrl_msg(dev, vring, desc_idx);
@@ -741,6 +743,6 @@ virtio_user_handle_cq(struct virtio_user_dev *dev, uint16_t queue_idx)
                uep->id = desc_idx;
                uep->len = n_descs;
 
-               vring->used->idx++;
+               __atomic_add_fetch(&vring->used->idx, 1, __ATOMIC_RELAXED);
        }
 }
index ca23180..408bba2 100644 (file)
@@ -93,7 +93,7 @@ virtqueue_rxvq_flush_split(struct virtqueue *vq)
        uint16_t used_idx, desc_idx;
        uint16_t nb_used, i;
 
-       nb_used = VIRTQUEUE_NUSED(vq);
+       nb_used = virtqueue_nused(vq);
 
        for (i = 0; i < nb_used; i++) {
                used_idx = vq->vq_used_cons_idx & (vq->vq_nentries - 1);
index d422fac..4f6956d 100644 (file)
@@ -469,8 +469,33 @@ virtio_get_queue_type(struct virtio_hw *hw, uint16_t vtpci_queue_idx)
                return VTNET_TQ;
 }
 
-#define VIRTQUEUE_NUSED(vq) ((uint16_t)((vq)->vq_split.ring.used->idx - \
-                                       (vq)->vq_used_cons_idx))
+/* virtqueue_nused has load-acquire or rte_cio_rmb insed */
+static inline uint16_t
+virtqueue_nused(const struct virtqueue *vq)
+{
+       uint16_t idx;
+
+       if (vq->hw->weak_barriers) {
+       /**
+        * x86 prefers to using rte_smp_rmb over __atomic_load_n as it
+        * reports a slightly better perf, which comes from the saved
+        * branch by the compiler.
+        * The if and else branches are identical with the smp and cio
+        * barriers both defined as compiler barriers on x86.
+        */
+#ifdef RTE_ARCH_X86_64
+               idx = vq->vq_split.ring.used->idx;
+               rte_smp_rmb();
+#else
+               idx = __atomic_load_n(&(vq)->vq_split.ring.used->idx,
+                               __ATOMIC_ACQUIRE);
+#endif
+       } else {
+               idx = vq->vq_split.ring.used->idx;
+               rte_cio_rmb();
+       }
+       return idx - vq->vq_used_cons_idx;
+}
 
 void vq_ring_free_chain(struct virtqueue *vq, uint16_t desc_idx);
 void vq_ring_free_chain_packed(struct virtqueue *vq, uint16_t used_idx);
@@ -539,7 +564,8 @@ virtqueue_notify(struct virtqueue *vq)
 #ifdef RTE_LIBRTE_VIRTIO_DEBUG_DUMP
 #define VIRTQUEUE_DUMP(vq) do { \
        uint16_t used_idx, nused; \
-       used_idx = (vq)->vq_split.ring.used->idx; \
+       used_idx = __atomic_load_n(&(vq)->vq_split.ring.used->idx, \
+                                  __ATOMIC_RELAXED); \
        nused = (uint16_t)(used_idx - (vq)->vq_used_cons_idx); \
        if (vtpci_packed_queue((vq)->hw)) { \
                PMD_INIT_LOG(DEBUG, \
@@ -554,9 +580,9 @@ virtqueue_notify(struct virtqueue *vq)
          "VQ: - size=%d; free=%d; used=%d; desc_head_idx=%d;" \
          " avail.idx=%d; used_cons_idx=%d; used.idx=%d;" \
          " avail.flags=0x%x; used.flags=0x%x", \
-         (vq)->vq_nentries, (vq)->vq_free_cnt, nused, \
-         (vq)->vq_desc_head_idx, (vq)->vq_split.ring.avail->idx, \
-         (vq)->vq_used_cons_idx, (vq)->vq_split.ring.used->idx, \
+         (vq)->vq_nentries, (vq)->vq_free_cnt, nused, (vq)->vq_desc_head_idx, \
+         (vq)->vq_split.ring.avail->idx, (vq)->vq_used_cons_idx, \
+         __atomic_load_n(&(vq)->vq_split.ring.used->idx, __ATOMIC_RELAXED), \
          (vq)->vq_split.ring.avail->flags, (vq)->vq_split.ring.used->flags); \
 } while (0)
 #else
index 62f37da..e38293d 100644 (file)
@@ -107,11 +107,10 @@ flush_shadow_used_ring_split(struct virtio_net *dev, struct vhost_virtqueue *vq)
        }
        vq->last_used_idx += vq->shadow_used_idx;
 
-       rte_smp_wmb();
-
        vhost_log_cache_sync(dev, vq);
 
-       *(volatile uint16_t *)&vq->used->idx += vq->shadow_used_idx;
+       __atomic_add_fetch(&vq->used->idx, vq->shadow_used_idx,
+                          __ATOMIC_RELEASE);
        vq->shadow_used_idx = 0;
        vhost_log_used_vring(dev, vq, offsetof(struct vring_used, idx),
                sizeof(vq->used->idx));