df8cd8cbe7ebde561aa4565195b7ab3494c14e3a
[dpdk.git] / doc / guides / sample_app_ug / vhost.rst
1
2 ..  BSD LICENSE
3     Copyright(c) 2010-2014 Intel Corporation. All rights reserved.
4     All rights reserved.
5
6     Redistribution and use in source and binary forms, with or without
7     modification, are permitted provided that the following conditions
8     are met:
9
10     * Redistributions of source code must retain the above copyright
11     notice, this list of conditions and the following disclaimer.
12     * Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
13     notice, this list of conditions and the following disclaimer in
14     the documentation and/or other materials provided with the
15     distribution.
16     * Neither the name of Intel Corporation nor the names of its
17     contributors may be used to endorse or promote products derived
18     from this software without specific prior written permission.
19
20     THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE COPYRIGHT HOLDERS AND CONTRIBUTORS
21     "AS IS" AND ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT
22     LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR
23     A PARTICULAR PURPOSE ARE DISCLAIMED. IN NO EVENT SHALL THE COPYRIGHT
24     OWNER OR CONTRIBUTORS BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL,
25     SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT
26     LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES; LOSS OF USE,
27     DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED AND ON ANY
28     THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT LIABILITY, OR TORT
29     (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE
30     OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
31
32
33 Vhost Sample Application
34 ========================
35
36 The vhost sample application demonstrates integration of the Data Plane Development Kit (DPDK)
37 with the Linux* KVM hypervisor by implementing the vhost-net offload API.
38 The sample application performs simple packet switching between virtual machines based on Media Access Control
39 (MAC) address or Virtual Local Area Network (VLAN) tag.
40 The splitting of ethernet traffic from an external switch is performed in hardware by the Virtual Machine Device Queues
41 (VMDQ) and Data Center Bridging (DCB) features of the IntelĀ® 82599 10 Gigabit Ethernet Controller.
42
43 Background
44 ----------
45
46 Virtio networking (virtio-net) was developed as the Linux* KVM para-virtualized method for communicating network packets
47 between host and guest.
48 It was found that virtio-net performance was poor due to context switching and packet copying between host, guest, and QEMU.
49 The following figure shows the system architecture for a virtio-based networking (virtio-net).
50
51 .. _figure_16:
52
53 **Figure16. QEMU Virtio-net (prior to vhost-net)**
54
55 .. image19_png has been renamed
56
57 |qemu_virtio_net|
58
59 The Linux* Kernel vhost-net module was developed as an offload mechanism for virtio-net.
60 The vhost-net module enables KVM (QEMU) to offload the servicing of virtio-net devices to the vhost-net kernel module,
61 reducing the context switching and packet copies in the virtual dataplane.
62
63 This is achieved by QEMU sharing the following information with the vhost-net module through the vhost-net API:
64
65 *   The layout of the guest memory space, to enable the vhost-net module to translate addresses.
66
67 *   The locations of virtual queues in QEMU virtual address space,
68     to enable the vhost module to read/write directly to and from the virtqueues.
69
70 *   An event file descriptor (eventfd) configured in KVM to send interrupts to the virtio- net device driver in the guest.
71     This enables the vhost-net module to notify (call) the guest.
72
73 *   An eventfd configured in KVM to be triggered on writes to the virtio-net device's
74     Peripheral Component Interconnect (PCI) config space.
75     This enables the vhost-net module to receive notifications (kicks) from the guest.
76
77 The following figure shows the system architecture for virtio-net networking with vhost-net offload.
78
79 .. _figure_17:
80
81 **Figure 17. Virtio with Linux* Kernel Vhost**
82
83 .. image20_png has been renamed
84
85 |virtio_linux_vhost|
86
87 Sample Code Overview
88 --------------------
89
90 The DPDK vhost-net sample code demonstrates KVM (QEMU) offloading the servicing of a Virtual Machine's (VM's)
91 virtio-net devices to a DPDK-based application in place of the kernel's vhost-net module.
92
93 The DPDK vhost-net sample code is based on vhost library. Vhost library is developed for user space ethernet switch to
94 easily integrate with vhost functionality.
95
96 The vhost library implements the following features:
97
98 *   Management of virtio-net device creation/destruction events.
99
100 *   Mapping of the VM's physical memory into the DPDK vhost-net's address space.
101
102 *   Triggering/receiving notifications to/from VMs via eventfds.
103
104 *   A virtio-net back-end implementation providing a subset of virtio-net features.
105
106 There are two vhost implementations in vhost library, vhost cuse and vhost user. In vhost cuse, a character device driver is implemented to
107 receive and process vhost requests through ioctl messages. In vhost user, a socket server is created to received vhost requests through
108 socket messages. Most of the messages share the same handler routine.
109
110 .. note::
111     **Any vhost cuse specific requirement in the following sections will be emphasized**.
112
113 Two impelmentations are turned on and off statically through configure file. Only one implementation could be turned on. They don't co-exist in current implementation.
114
115 The vhost sample code application is a simple packet switching application with the following feature:
116
117 *   Packet switching between virtio-net devices and the network interface card,
118     including using VMDQs to reduce the switching that needs to be performed in software.
119
120 The following figure shows the architecture of the Vhost sample application based on vhost-cuse.
121
122 .. _figure_18:
123
124 **Figure 18. Vhost-net Architectural Overview**
125
126 .. image21_png has been renamed
127
128 |vhost_net_arch|
129
130 The following figure shows the flow of packets through the vhost-net sample application.
131
132 .. _figure_19:
133
134 **Figure 19. Packet Flow Through the vhost-net Sample Application**
135
136 .. image22_png  has been renamed
137
138 |vhost_net_sample_app|
139
140 Supported Distributions
141 -----------------------
142
143 The example in this section have been validated with the following distributions:
144
145 *   Fedora* 18
146
147 *   Fedora* 19
148
149 *   Fedora* 20
150
151 Prerequisites
152 -------------
153
154 This section lists prerequisite packages that must be installed.
155
156 Installing Packages on the Host(vhost cuse required)
157 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
158
159 The vhost cuse code uses the following packages; fuse, fuse-devel, and kernel-modules-extra.
160 The vhost user code don't rely on those modules as eventfds are already installed into vhost process through
161 unix domain socket.
162
163 #.  Install Fuse Development Libraries and headers:
164
165     .. code-block:: console
166
167         yum -y install fuse fuse-devel
168
169 #.  Install the Cuse Kernel Module:
170
171     .. code-block:: console
172
173         yum -y install kernel-modules-extra
174
175 QEMU simulator
176 ~~~~~~~~~~~~~~
177
178 For vhost user, qemu 2.2 is required.
179
180 Setting up the Execution Environment
181 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
182
183 The vhost sample code requires that QEMU allocates a VM's memory on the hugetlbfs file system.
184 As the vhost sample code requires hugepages,
185 the best practice is to partition the system into separate hugepage mount points for the VMs and the vhost sample code.
186
187 .. note::
188
189     This is best-practice only and is not mandatory.
190     For systems that only support 2 MB page sizes,
191     both QEMU and vhost sample code can use the same hugetlbfs mount point without issue.
192
193 **QEMU**
194
195 VMs with gigabytes of memory can benefit from having QEMU allocate their memory from 1 GB huge pages.
196 1 GB huge pages must be allocated at boot time by passing kernel parameters through the grub boot loader.
197
198 #.  Calculate the maximum memory usage of all VMs to be run on the system.
199     Then, round this value up to the nearest Gigabyte the execution environment will require.
200
201 #.  Edit the /etc/default/grub file, and add the following to the GRUB_CMDLINE_LINUX entry:
202
203     .. code-block:: console
204
205         GRUB_CMDLINE_LINUX="... hugepagesz=1G hugepages=<Number of hugepages required> default_hugepagesz=1G"
206
207 #.  Update the grub boot loader:
208
209     .. code-block:: console
210
211         grub2-mkconfig -o /boot/grub2/grub.cfg
212
213 #.  Reboot the system.
214
215 #.  The hugetlbfs mount point (/dev/hugepages) should now default to allocating gigabyte pages.
216
217 .. note::
218
219     Making the above modification will change the system default hugepage size to 1 GB for all applications.
220
221 **Vhost Sample Code**
222
223 In this section, we create a second hugetlbs mount point to allocate hugepages for the DPDK vhost sample code.
224
225 #.  Allocate sufficient 2 MB pages for the DPDK vhost sample code:
226
227     .. code-block:: console
228
229         echo 256 > /sys/kernel/mm/hugepages/hugepages-2048kB/nr_hugepages
230
231 #.  Mount hugetlbs at a separate mount point for 2 MB pages:
232
233     .. code-block:: console
234
235         mount -t hugetlbfs nodev /mnt/huge -o pagesize=2M
236
237 The above steps can be automated by doing the following:
238
239 #.  Edit /etc/fstab to add an entry to automatically mount the second hugetlbfs mount point:
240
241     ::
242
243         hugetlbfs <tab> /mnt/huge <tab> hugetlbfs defaults,pagesize=1G 0 0
244
245 #.  Edit the /etc/default/grub file, and add the following to the GRUB_CMDLINE_LINUX entry:
246
247     ::
248
249         GRUB_CMDLINE_LINUX="... hugepagesz=2M hugepages=256 ... default_hugepagesz=1G"
250
251 #.  Update the grub bootloader:
252
253     .. code-block:: console
254
255         grub2-mkconfig -o /boot/grub2/grub.cfg
256
257 #.  Reboot the system.
258
259 .. note::
260
261     Ensure that the default hugepage size after this setup is 1 GB.
262
263 Setting up the Guest Execution Environment
264 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
265
266 It is recommended for testing purposes that the DPDK testpmd sample application is used in the guest to forward packets,
267 the reasons for this are discussed in Section 22.7, "Running the Virtual Machine (QEMU)".
268
269 The testpmd application forwards packets between pairs of Ethernet devices,
270 it requires an even number of Ethernet devices (virtio or otherwise) to execute.
271 It is therefore recommended to create multiples of two virtio-net devices for each Virtual Machine either through libvirt or
272 at the command line as follows.
273
274 .. note::
275
276     Observe that in the example, "-device" and "-netdev" are repeated for two virtio-net devices.
277
278 For vhost cuse:
279
280 .. code-block:: console
281
282     user@target:~$ qemu-system-x86_64 ... \
283     -netdev tap,id=hostnet1,vhost=on,vhostfd=<open fd> \
284     -device virtio-net-pci, netdev=hostnet1,id=net1 \
285     -netdev tap,id=hostnet2,vhost=on,vhostfd=<open fd> \
286     -device virtio-net-pci, netdev=hostnet2,id=net1
287
288 For vhost user:
289
290 .. code-block:: console
291
292     user@target:~$ qemu-system-x86_64 ... \
293     -chardev socket,id=char1,path=<sock_path> \
294     -netdev type=vhost-user,id=hostnet1,chardev=char1 \
295     -device virtio-net-pci,netdev=hostnet1,id=net1 \
296     -chardev socket,id=char2,path=<sock_path> \
297     -netdev type=vhost-user,id=hostnet2,chardev=char2 \
298     -device virtio-net-pci,netdev=hostnet2,id=net2
299
300 sock_path is the path for the socket file created by vhost.
301
302 Compiling the Sample Code
303 -------------------------
304 #.  Compile vhost lib:
305
306     To enable vhost, turn on vhost library in the configure file config/common_linuxapp.
307
308     .. code-block:: console
309
310         CONFIG_RTE_LIBRTE_VHOST=n
311
312     vhost user is turned on by default in the configure file config/common_linuxapp.
313     To enable vhost cuse, disable vhost user.
314
315     .. code-block:: console
316
317         CONFIG_RTE_LIBRTE_VHOST_USER=y
318
319      After vhost is enabled and the implementation is selected, build the vhost library.
320
321 #.  Go to the examples directory:
322
323     .. code-block:: console
324
325         export RTE_SDK=/path/to/rte_sdk
326         cd ${RTE_SDK}/examples/vhost
327
328 #.  Set the target (a default target is used if not specified). For example:
329
330     .. code-block:: console
331
332         export RTE_TARGET=x86_64-native-linuxapp-gcc
333
334     See the DPDK Getting Started Guide for possible RTE_TARGET values.
335
336 #.  Build the application:
337
338     .. code-block:: console
339
340         cd ${RTE_SDK}
341         make config ${RTE_TARGET}
342         make install ${RTE_TARGET}
343         cd ${RTE_SDK}/examples/vhost
344         make
345
346 #.  Go to the eventfd_link directory(vhost cuse required):
347
348     .. code-block:: console
349
350         cd ${RTE_SDK}/lib/librte_vhost/eventfd_link
351
352 #.  Build the eventfd_link kernel module(vhost cuse required):
353
354     .. code-block:: console
355
356         make
357
358 Running the Sample Code
359 -----------------------
360
361 #.  Install the cuse kernel module(vhost cuse required):
362
363     .. code-block:: console
364
365         modprobe cuse
366
367 #.  Go to the eventfd_link directory(vhost cuse required):
368
369     .. code-block:: console
370
371         export RTE_SDK=/path/to/rte_sdk
372         cd ${RTE_SDK}/lib/librte_vhost/eventfd_link
373
374 #.  Install the eventfd_link module(vhost cuse required):
375
376     .. code-block:: console
377
378         insmod ./eventfd_link.ko
379
380 #.  Go to the examples directory:
381
382     .. code-block:: console
383
384         export RTE_SDK=/path/to/rte_sdk
385         cd ${RTE_SDK}/examples/vhost
386
387 #.  Run the vhost-switch sample code:
388
389     vhost cuse:
390
391     .. code-block:: console
392
393         user@target:~$ ./build/app/vhost-switch -c f -n 4 --huge-dir / mnt/huge -- -p 0x1 --dev-basename usvhost --dev-index 1
394
395     vhost user: a socket file named usvhost will be created under current directory. Use its path as the socket path in guest's qemu commandline.
396
397     .. code-block:: console
398
399         user@target:~$ ./build/app/vhost-switch -c f -n 4 --huge-dir / mnt/huge -- -p 0x1 --dev-basename usvhost
400
401 .. note::
402
403     Please note the huge-dir parameter instructs the DPDK to allocate its memory from the 2 MB page hugetlbfs.
404
405 Parameters
406 ~~~~~~~~~~
407
408 **Basename and Index.**
409 vhost cuse uses a Linux* character device to communicate with QEMU.
410 The basename and the index are used to generate the character devices name.
411
412     /dev/<basename>-<index>
413
414 The index parameter is provided for a situation where multiple instances of the virtual switch is required.
415
416 For compatibility with the QEMU wrapper script, a base name of "usvhost" and an index of "1" should be used:
417
418 .. code-block:: console
419
420     user@target:~$ ./build/app/vhost-switch -c f -n 4 --huge-dir / mnt/huge -- -p 0x1 --dev-basename usvhost --dev-index 1
421
422 **vm2vm.**
423 The vm2vm parameter disable/set mode of packet switching between guests in the host.
424 Value of "0" means disabling vm2vm implies that on virtual machine packet transmission will always go to the Ethernet port;
425 Value of "1" means software mode packet forwarding between guests, it needs packets copy in vHOST,
426 so valid only in one-copy implementation, and invalid for zero copy implementation;
427 value of "2" means hardware mode packet forwarding between guests, it allows packets go to the Ethernet port,
428 hardware L2 switch will determine which guest the packet should forward to or need send to external,
429 which bases on the packet destination MAC address and VLAN tag.
430
431 .. code-block:: console
432
433     user@target:~$ ./build/app/vhost-switch -c f -n 4 --huge-dir /mnt/huge -- --vm2vm [0,1,2]
434
435 **Mergeable Buffers.**
436 The mergeable buffers parameter controls how virtio-net descriptors are used for virtio-net headers.
437 In a disabled state, one virtio-net header is used per packet buffer;
438 in an enabled state one virtio-net header is used for multiple packets.
439 The default value is 0 or disabled since recent kernels virtio-net drivers show performance degradation with this feature is enabled.
440
441 .. code-block:: console
442
443     user@target:~$ ./build/app/vhost-switch -c f -n 4 --huge-dir / mnt/huge -- --mergeable [0,1]
444
445 **Stats.**
446 The stats parameter controls the printing of virtio-net device statistics.
447 The parameter specifies an interval second to print statistics, with an interval of 0 seconds disabling statistics.
448
449 .. code-block:: console
450
451     user@target:~$ ./build/app/vhost-switch -c f -n 4 --huge-dir / mnt/huge -- --stats [0,n]
452
453 **RX Retry.**
454 The rx-retry option enables/disables enqueue retries when the guests RX queue is full.
455 This feature resolves a packet loss that is observed at high data-rates,
456 by allowing it to delay and retry in the receive path.
457 This option is enabled by default.
458
459 .. code-block:: console
460
461     user@target:~$ ./build/app/vhost-switch -c f -n 4 --huge-dir / mnt/huge -- --rx-retry [0,1]
462
463 **RX Retry Number.**
464 The rx-retry-num option specifies the number of retries on an RX burst,
465 it takes effect only when rx retry is enabled.
466 The default value is 4.
467
468 .. code-block:: console
469
470     user@target:~$ ./build/app/vhost-switch -c f -n 4 --huge-dir / mnt/huge -- --rx-retry 1 --rx-retry-num 5
471
472 **RX Retry Delay Time.**
473 The rx-retry-delay option specifies the timeout (in micro seconds) between retries on an RX burst,
474 it takes effect only when rx retry is enabled.
475 The default value is 15.
476
477 .. code-block:: console
478
479     user@target:~$ ./build/app/vhost-switch -c f -n 4 --huge-dir / mnt/huge -- --rx-retry 1 --rx-retry-delay 20
480
481 **Zero copy.**
482 The zero copy option enables/disables the zero copy mode for RX/TX packet,
483 in the zero copy mode the packet buffer address from guest translate into host physical address
484 and then set directly as DMA address.
485 If the zero copy mode is disabled, then one copy mode is utilized in the sample.
486 This option is disabled by default.
487
488 .. code-block:: console
489
490     user@target:~$ ./build/app/vhost-switch -c f -n 4 --huge-dir /mnt/huge -- --zero-copy [0,1]
491
492 **RX descriptor number.**
493 The RX descriptor number option specify the Ethernet RX descriptor number,
494 Linux legacy virtio-net has different behaviour in how to use the vring descriptor from DPDK based virtio-net PMD,
495 the former likely allocate half for virtio header, another half for frame buffer,
496 while the latter allocate all for frame buffer,
497 this lead to different number for available frame buffer in vring,
498 and then lead to different Ethernet RX descriptor number could be used in zero copy mode.
499 So it is valid only in zero copy mode is enabled. The value is 32 by default.
500
501 .. code-block:: console
502
503     user@target:~$ ./build/app/vhost-switch -c f -n 4 --huge-dir /mnt/huge -- --zero-copy 1 --rx-desc-num [0, n]
504
505 **TX descriptornumber.**
506 The TX descriptor number option specify the Ethernet TX descriptor number, it is valid only in zero copy mode is enabled.
507 The value is 64 by default.
508
509 .. code-block:: console
510
511     user@target:~$ ./build/app/vhost-switch -c f -n 4 --huge-dir /mnt/huge -- --zero-copy 1 --tx-desc-num [0, n]
512
513 **VLAN strip.**
514 The VLAN strip option enable/disable the VLAN strip on host, if disabled, the guest will receive the packets with VLAN tag.
515 It is enabled by default.
516
517 .. code-block:: console
518
519     user@target:~$ ./build/app/vhost-switch -c f -n 4 --huge-dir /mnt/huge -- --vlan-strip [0, 1]
520
521 Running the Virtual Machine (QEMU)
522 ----------------------------------
523
524 QEMU must be executed with specific parameters to:
525
526 *   Ensure the guest is configured to use virtio-net network adapters.
527
528     .. code-block:: console
529
530         user@target:~$ qemu-system-x86_64 ... -device virtio-net-pci,netdev=hostnet1,id=net1 ...
531
532 *   Ensure the guest's virtio-net network adapter is configured with offloads disabled.
533
534     .. code-block:: console
535
536         user@target:~$ qemu-system-x86_64 ... -device virtio-net-pci,netdev=hostnet1,id=net1,csum=off,gso=off,guest_tso4=off,guest_tso6=off,guest_ecn=off
537
538 *   Redirect QEMU to communicate with the DPDK vhost-net sample code in place of the vhost-net kernel module(vhost cuse).
539
540     .. code-block:: console
541
542         user@target:~$ qemu-system-x86_64 ... -netdev tap,id=hostnet1,vhost=on,vhostfd=<open fd> ...
543
544 *   Enable the vhost-net sample code to map the VM's memory into its own process address space.
545
546     .. code-block:: console
547
548         user@target:~$ qemu-system-x86_64 ... -mem-prealloc -mem-path / dev/hugepages ...
549
550 .. note::
551
552     The QEMU wrapper (qemu-wrap.py) is a Python script designed to automate the QEMU configuration described above.
553     It also facilitates integration with libvirt, although the script may also be used standalone without libvirt.
554
555 Redirecting QEMU to vhost-net Sample Code(vhost cuse)
556 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
557
558 To redirect QEMU to the vhost-net sample code implementation of the vhost-net API,
559 an open file descriptor must be passed to QEMU running as a child process.
560
561 .. code-block:: python
562
563     #!/usr/bin/python
564     fd = os.open("/dev/usvhost-1", os.O_RDWR)
565     subprocess.call("qemu-system-x86_64 ... . -netdev tap,id=vhostnet0,vhost=on,vhostfd=" + fd +"...", shell=True)
566
567 .. note::
568
569     This process is automated in the QEMU wrapper script discussed in Section 24.7.3.
570
571 Mapping the Virtual Machine's Memory
572 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
573
574 For the DPDK vhost-net sample code to be run correctly, QEMU must allocate the VM's memory on hugetlbfs.
575 This is done by specifying mem-prealloc and mem-path when executing QEMU.
576 The vhost-net sample code accesses the virtio-net device's virtual rings and packet buffers
577 by finding and mapping the VM's physical memory on hugetlbfs.
578 In this case, the path passed to the guest should be that of the 1 GB page hugetlbfs:
579
580 .. code-block:: console
581
582     user@target:~$ qemu-system-x86_64 ... -mem-prealloc -mem-path / dev/hugepages ...
583
584 .. note::
585
586     This process is automated in the QEMU wrapper script discussed in Section 24.7.3.
587     The following two sections only applies to vhost cuse. For vhost-user, please make corresponding changes to qemu-wrapper script and guest XML file.
588
589 QEMU Wrapper Script
590 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
591
592 The QEMU wrapper script automatically detects and calls QEMU with the necessary parameters required
593 to integrate with the vhost sample code.
594 It performs the following actions:
595
596 *   Automatically detects the location of the hugetlbfs and inserts this into the command line parameters.
597
598 *   Automatically open file descriptors for each virtio-net device and inserts this into the command line parameters.
599
600 *   Disables offloads on each virtio-net device.
601
602 *   Calls Qemu passing both the command line parameters passed to the script itself and those it has auto-detected.
603
604 The QEMU wrapper script will automatically configure calls to QEMU:
605
606 .. code-block:: console
607
608     user@target:~$ qemu-wrap.py -machine pc-i440fx-1.4,accel=kvm,usb=off -cpu SandyBridge -smp 4,sockets=4,cores=1,threads=1
609     -netdev tap,id=hostnet1,vhost=on -device virtio-net-pci,netdev=hostnet1,id=net1 -hda <disk img> -m 4096
610
611 which will become the following call to QEMU:
612
613 .. code-block:: console
614
615     /usr/local/bin/qemu-system-x86_64 -machine pc-i440fx-1.4,accel=kvm,usb=off -cpu SandyBridge -smp 4,sockets=4,cores=1,threads=1
616     -netdev tap,id=hostnet1,vhost=on,vhostfd=<open fd> -device virtio-net-pci,netdev=hostnet1,id=net1,
617     csum=off,gso=off,guest_tso4=off,guest_tso6=off,guest_ecn=off -hda <disk img> -m 4096 -mem-path /dev/hugepages -mem-prealloc
618
619 Libvirt Integration
620 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
621
622 The QEMU wrapper script (qemu-wrap.py) "wraps" libvirt calls to QEMU,
623 such that QEMU is called with the correct parameters described above.
624 To call the QEMU wrapper automatically from libvirt, the following configuration changes must be made:
625
626 *   Place the QEMU wrapper script in libvirt's binary search PATH ($PATH).
627     A good location is in the directory that contains the QEMU binary.
628
629 *   Ensure that the script has the same owner/group and file permissions as the QEMU binary.
630
631 *   Update the VM xml file using virsh edit <vm name>:
632
633     *   Set the VM to use the launch script
634
635     *   Set the emulator path contained in the #<emulator><emulator/> tags For example,
636         replace <emulator>/usr/bin/qemu-kvm<emulator/> with  <emulator>/usr/bin/qemu-wrap.py<emulator/>
637
638     *   Set the VM's virtio-net device's to use vhost-net offload:
639
640         .. code-block:: xml
641
642             <interface type="network">
643             <model type="virtio"/>
644             <driver name="vhost"/>
645             <interface/>
646
647     *   Enable libvirt to access the DPDK Vhost sample code's character device file by adding it
648         to controllers cgroup for libvirtd using the following steps:
649
650         .. code-block:: xml
651
652             cgroup_controllers = [ ... "devices", ... ] clear_emulator_capabilities = 0
653             user = "root" group = "root"
654             cgroup_device_acl = [
655                 "/dev/null", "/dev/full", "/dev/zero",
656                 "/dev/random", "/dev/urandom",
657                 "/dev/ptmx", "/dev/kvm", "/dev/kqemu",
658                 "/dev/rtc", "/dev/hpet", "/dev/net/tun",
659                 "/dev/<devbase-name>-<index>",
660             ]
661
662 *   Disable SELinux  or set to permissive mode.
663
664
665 *   Mount cgroup device controller:
666
667     .. code-block:: console
668
669         user@target:~$ mkdir /dev/cgroup
670         user@target:~$ mount -t cgroup none /dev/cgroup -o devices
671
672 *   Restart the libvirtd system process
673
674     For example, on Fedora* "systemctl restart libvirtd.service"
675
676 *   Edit the configuration parameters section of the script:
677
678     *   Configure the "emul_path" variable to point to the QEMU emulator.
679
680         .. code-block:: xml
681
682             emul_path = "/usr/local/bin/qemu-system-x86_64"
683
684     *   Configure the "us_vhost_path" variable to point to the DPDK vhost-net sample code's character devices name.
685         DPDK vhost-net sample code's character device will be in the format "/dev/<basename>-<index>".
686
687         .. code-block:: xml
688
689             us_vhost_path = "/dev/usvhost-1"
690
691 Common Issues
692 ~~~~~~~~~~~~~
693
694 *   QEMU failing to allocate memory on hugetlbfs, with an error like the following::
695
696        file_ram_alloc: can't mmap RAM pages: Cannot allocate memory
697
698     When running QEMU the above error indicates that it has failed to allocate memory for the Virtual Machine on
699     the hugetlbfs. This is typically due to insufficient hugepages being free to support the allocation request.
700     The number of free hugepages can be checked as follows:
701
702     .. code-block:: console
703
704         cat /sys/kernel/mm/hugepages/hugepages-<pagesize>/nr_hugepages
705
706     The command above indicates how many hugepages are free to support QEMU's allocation request.
707
708 *   User space VHOST when the guest has 2MB sized huge pages:
709
710     The guest may have 2MB or 1GB sized huge pages. The user space VHOST should work properly in both cases.
711
712 *   User space VHOST will not work with QEMU without the ``-mem-prealloc`` option:
713
714     The current implementation works properly only when the guest memory is pre-allocated, so it is required to
715     use a QEMU version (e.g. 1.6) which supports ``-mem-prealloc``. The ``-mem-prealloc`` option must be
716     specified explicitly in the QEMU command line.
717
718 *   User space VHOST will not work with a QEMU version without shared memory mapping:
719
720     As shared memory mapping is mandatory for user space VHOST to work properly with the guest, user space VHOST
721     needs access to the shared memory from the guest to receive and transmit packets. It is important to make sure
722     the QEMU version supports shared memory mapping.
723
724 *   Issues with ``virsh destroy`` not destroying the VM:
725
726     Using libvirt ``virsh create`` the ``qemu-wrap.py`` spawns a new process to run ``qemu-kvm``. This impacts the behavior
727     of ``virsh destroy`` which kills the process running ``qemu-wrap.py`` without actually destroying the VM (it leaves
728     the ``qemu-kvm`` process running):
729
730     This following patch should fix this issue:
731         http://dpdk.org/ml/archives/dev/2014-June/003607.html
732
733 *   In an Ubuntu environment, QEMU fails to start a new guest normally with user space VHOST due to not being able
734     to allocate huge pages for the new guest:
735
736     The solution for this issue is to add ``-boot c`` into the QEMU command line to make sure the huge pages are
737     allocated properly and then the guest should start normally.
738
739     Use ``cat /proc/meminfo`` to check if there is any changes in the value of ``HugePages_Total`` and ``HugePages_Free``
740     after the guest startup.
741
742 *   Log message: ``eventfd_link: module verification failed: signature and/or required key missing - tainting kernel``:
743
744     This log message may be ignored. The message occurs due to the kernel module ``eventfd_link``, which is not a standard
745     Linux module but which is necessary for the user space VHOST current implementation (CUSE-based) to communicate with
746     the guest.
747
748
749 Running DPDK in the Virtual Machine
750 -----------------------------------
751
752 For the DPDK vhost-net sample code to switch packets into the VM,
753 the sample code must first learn the MAC address of the VM's virtio-net device.
754 The sample code detects the address from packets being transmitted from the VM, similar to a learning switch.
755
756 This behavior requires no special action or configuration with the Linux* virtio-net driver in the VM
757 as the Linux* Kernel will automatically transmit packets during device initialization.
758 However, DPDK-based applications must be modified to automatically transmit packets during initialization
759 to facilitate the DPDK vhost- net sample code's MAC learning.
760
761 The DPDK testpmd application can be configured to automatically transmit packets during initialization
762 and to act as an L2 forwarding switch.
763
764 Testpmd MAC Forwarding
765 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
766
767 At high packet rates, a minor packet loss may be observed.
768 To resolve this issue, a "wait and retry" mode is implemented in the testpmd and vhost sample code.
769 In the "wait and retry" mode if the virtqueue is found to be full, then testpmd waits for a period of time before retrying to enqueue packets.
770
771 The "wait and retry" algorithm is implemented in DPDK testpmd as a forwarding method call "mac_retry".
772 The following sequence diagram describes the algorithm in detail.
773
774 .. _figure_20:
775
776 **Figure 20. Packet Flow on TX in DPDK-testpmd**
777
778 .. image23_png has been renamed
779
780 |tx_dpdk_testpmd|
781
782 Running Testpmd
783 ~~~~~~~~~~~~~~~
784
785 The testpmd application is automatically built when DPDK is installed.
786 Run the testpmd application as follows:
787
788 .. code-block:: console
789
790     user@target:~$ x86_64-native-linuxapp-gcc/app/testpmd -c 0x3 -- n 4 -socket-mem 128 -- --burst=64 -i
791
792 The destination MAC address for packets transmitted on each port can be set at the command line:
793
794 .. code-block:: console
795
796     user@target:~$ x86_64-native-linuxapp-gcc/app/testpmd -c 0x3 -- n 4 -socket-mem 128 -- --burst=64 -i --eth- peer=0,aa:bb:cc:dd:ee:ff --eth-peer=1,ff,ee,dd,cc,bb,aa
797
798 *   Packets received on port 1 will be forwarded on port 0 to MAC address
799
800     aa:bb:cc:dd:ee:ff.
801
802 *   Packets received on port 0 will be forwarded on port 1 to MAC address
803
804     ff,ee,dd,cc,bb,aa.
805
806 The testpmd application can then be configured to act as an L2 forwarding application:
807
808 .. code-block:: console
809
810     testpmd> set fwd mac_retry
811
812 The testpmd can then be configured to start processing packets,
813 transmitting packets first so the DPDK vhost sample code on the host can learn the MAC address:
814
815 .. code-block:: console
816
817     testpmd> start tx_first
818
819 .. note::
820
821     Please note "set fwd mac_retry" is used in place of "set fwd mac_fwd" to ensure the retry feature is activated.
822
823 Passing Traffic to the Virtual Machine Device
824 ---------------------------------------------
825
826 For a virtio-net device to receive traffic,
827 the traffic's Layer 2 header must include both the virtio-net device's MAC address and VLAN tag.
828 The DPDK sample code behaves in a similar manner to a learning switch in that
829 it learns the MAC address of the virtio-net devices from the first transmitted packet.
830 On learning the MAC address,
831 the DPDK vhost sample code prints a message with the MAC address and VLAN tag virtio-net device.
832 For example:
833
834 .. code-block:: console
835
836     DATA: (0) MAC_ADDRESS cc:bb:bb:bb:bb:bb and VLAN_TAG 1000 registered
837
838 The above message indicates that device 0 has been registered with MAC address cc:bb:bb:bb:bb:bb and VLAN tag 1000.
839 Any packets received on the NIC with these values is placed on the devices receive queue.
840 When a virtio-net device transmits packets, the VLAN tag is added to the packet by the DPDK vhost sample code.
841
842 .. |vhost_net_arch| image:: img/vhost_net_arch.*
843
844 .. |qemu_virtio_net| image:: img/qemu_virtio_net.*
845
846 .. |tx_dpdk_testpmd| image:: img/tx_dpdk_testpmd.*
847
848 .. |vhost_net_sample_app| image:: img/vhost_net_sample_app.*
849
850 .. |virtio_linux_vhost| image:: img/virtio_linux_vhost.*