Merge "master" into "ovn".
[cascardo/ovs.git] / INSTALL.DPDK.md
1 Using Open vSwitch with DPDK
2 ============================
3
4 Open vSwitch can use Intel(R) DPDK lib to operate entirely in
5 userspace. This file explains how to install and use Open vSwitch in
6 such a mode.
7
8 The DPDK support of Open vSwitch is considered experimental.
9 It has not been thoroughly tested.
10
11 This version of Open vSwitch should be built manually with `configure`
12 and `make`.
13
14 OVS needs a system with 1GB hugepages support.
15
16 Building and Installing:
17 ------------------------
18
19 Required DPDK 2.0, `fuse`, `fuse-devel` (`libfuse-dev` on Debian/Ubuntu)
20
21 1. Configure build & install DPDK:
22   1. Set `$DPDK_DIR`
23
24      ```
25      export DPDK_DIR=/usr/src/dpdk-2.0
26      cd $DPDK_DIR
27      ```
28
29   2. Update `config/common_linuxapp` so that DPDK generate single lib file.
30      (modification also required for IVSHMEM build)
31
32      `CONFIG_RTE_BUILD_COMBINE_LIBS=y`
33
34      Update `config/common_linuxapp` so that DPDK is built with vhost
35      libraries; currently, OVS only supports vhost-cuse, so DPDK vhost-user
36      libraries should be explicitly turned off (they are enabled by default
37      in DPDK 2.0).
38
39      `CONFIG_RTE_LIBRTE_VHOST=y`
40      `CONFIG_RTE_LIBRTE_VHOST_USER=n`
41
42      Then run `make install` to build and install the library.
43      For default install without IVSHMEM:
44
45      `make install T=x86_64-native-linuxapp-gcc`
46
47      To include IVSHMEM (shared memory):
48
49      `make install T=x86_64-ivshmem-linuxapp-gcc`
50
51      For further details refer to http://dpdk.org/
52
53 2. Configure & build the Linux kernel:
54
55    Refer to intel-dpdk-getting-started-guide.pdf for understanding
56    DPDK kernel requirement.
57
58 3. Configure & build OVS:
59
60    * Non IVSHMEM:
61
62      `export DPDK_BUILD=$DPDK_DIR/x86_64-native-linuxapp-gcc/`
63
64    * IVSHMEM:
65
66      `export DPDK_BUILD=$DPDK_DIR/x86_64-ivshmem-linuxapp-gcc/`
67
68    ```
69    cd $(OVS_DIR)/openvswitch
70    ./boot.sh
71    ./configure --with-dpdk=$DPDK_BUILD [CFLAGS="-g -O2 -Wno-cast-align"]
72    make
73    ```
74
75    Note: 'clang' users may specify the '-Wno-cast-align' flag to suppress DPDK cast-align warnings.
76
77 To have better performance one can enable aggressive compiler optimizations and
78 use the special instructions(popcnt, crc32) that may not be available on all
79 machines. Instead of typing `make`, type:
80
81 `make CFLAGS='-O3 -march=native'`
82
83 Refer to [INSTALL.userspace.md] for general requirements of building userspace OVS.
84
85 Using the DPDK with ovs-vswitchd:
86 ---------------------------------
87
88 1. Setup system boot
89    Add the following options to the kernel bootline:
90    
91    `default_hugepagesz=1GB hugepagesz=1G hugepages=1`
92
93 2. Setup DPDK devices:
94
95    DPDK devices can be setup using either the VFIO (for DPDK 1.7+) or UIO
96    modules. UIO requires inserting an out of tree driver igb_uio.ko that is
97    available in DPDK. Setup for both methods are described below.
98
99    * UIO:
100      1. insert uio.ko: `modprobe uio`
101      2. insert igb_uio.ko: `insmod $DPDK_BUILD/kmod/igb_uio.ko`
102      3. Bind network device to igb_uio:
103          `$DPDK_DIR/tools/dpdk_nic_bind.py --bind=igb_uio eth1`
104
105    * VFIO:
106
107      VFIO needs to be supported in the kernel and the BIOS. More information
108      can be found in the [DPDK Linux GSG].
109
110      1. Insert vfio-pci.ko: `modprobe vfio-pci`
111      2. Set correct permissions on vfio device: `sudo /usr/bin/chmod a+x /dev/vfio`
112         and: `sudo /usr/bin/chmod 0666 /dev/vfio/*`
113      3. Bind network device to vfio-pci:
114         `$DPDK_DIR/tools/dpdk_nic_bind.py --bind=vfio-pci eth1`
115
116 3. Mount the hugetable filsystem
117
118    `mount -t hugetlbfs -o pagesize=1G none /dev/hugepages`
119
120    Ref to http://www.dpdk.org/doc/quick-start for verifying DPDK setup.
121
122 4. Follow the instructions in [INSTALL.md] to install only the
123    userspace daemons and utilities (via 'make install').
124    1. First time only db creation (or clearing):
125
126       ```
127       mkdir -p /usr/local/etc/openvswitch
128       mkdir -p /usr/local/var/run/openvswitch
129       rm /usr/local/etc/openvswitch/conf.db
130       ovsdb-tool create /usr/local/etc/openvswitch/conf.db  \
131              /usr/local/share/openvswitch/vswitch.ovsschema
132       ```
133
134    2. Start ovsdb-server
135
136       ```
137       ovsdb-server --remote=punix:/usr/local/var/run/openvswitch/db.sock \
138           --remote=db:Open_vSwitch,Open_vSwitch,manager_options \
139           --private-key=db:Open_vSwitch,SSL,private_key \
140           --certificate=Open_vSwitch,SSL,certificate \
141           --bootstrap-ca-cert=db:Open_vSwitch,SSL,ca_cert --pidfile --detach
142       ```
143
144     3. First time after db creation, initialize:
145
146        ```
147        ovs-vsctl --no-wait init
148        ```
149
150 5. Start vswitchd:
151
152    DPDK configuration arguments can be passed to vswitchd via `--dpdk`
153    argument. This needs to be first argument passed to vswitchd process.
154    dpdk arg -c is ignored by ovs-dpdk, but it is a required parameter
155    for dpdk initialization.
156
157    ```
158    export DB_SOCK=/usr/local/var/run/openvswitch/db.sock
159    ovs-vswitchd --dpdk -c 0x1 -n 4 -- unix:$DB_SOCK --pidfile --detach
160    ```
161
162    If allocated more than one GB hugepage (as for IVSHMEM), set amount and
163    use NUMA node 0 memory:
164
165    ```
166    ovs-vswitchd --dpdk -c 0x1 -n 4 --socket-mem 1024,0 \
167    -- unix:$DB_SOCK --pidfile --detach
168    ```
169
170 6. Add bridge & ports
171
172    To use ovs-vswitchd with DPDK, create a bridge with datapath_type
173    "netdev" in the configuration database.  For example:
174
175    `ovs-vsctl add-br br0 -- set bridge br0 datapath_type=netdev`
176
177    Now you can add dpdk devices. OVS expect DPDK device name start with dpdk
178    and end with portid. vswitchd should print (in the log file) the number
179    of dpdk devices found.
180
181    ```
182    ovs-vsctl add-port br0 dpdk0 -- set Interface dpdk0 type=dpdk
183    ovs-vsctl add-port br0 dpdk1 -- set Interface dpdk1 type=dpdk
184    ```
185
186    Once first DPDK port is added to vswitchd, it creates a Polling thread and
187    polls dpdk device in continuous loop. Therefore CPU utilization
188    for that thread is always 100%.
189
190    Note: creating bonds of DPDK interfaces is slightly different to creating
191    bonds of system interfaces.  For DPDK, the interface type must be explicitly
192    set, for example:
193
194    ```
195    ovs-vsctl add-bond br0 dpdkbond dpdk0 dpdk1 -- set Interface dpdk0 type=dpdk -- set Interface dpdk1 type=dpdk
196    ```
197
198 7. Add test flows
199
200    Test flow script across NICs (assuming ovs in /usr/src/ovs):
201    Execute script:
202
203    ```
204    #! /bin/sh
205    # Move to command directory
206    cd /usr/src/ovs/utilities/
207
208    # Clear current flows
209    ./ovs-ofctl del-flows br0
210
211    # Add flows between port 1 (dpdk0) to port 2 (dpdk1)
212    ./ovs-ofctl add-flow br0 in_port=1,action=output:2
213    ./ovs-ofctl add-flow br0 in_port=2,action=output:1
214    ```
215
216 8. Performance tuning
217
218    With pmd multi-threading support, OVS creates one pmd thread for each
219    numa node as default.  The pmd thread handles the I/O of all DPDK
220    interfaces on the same numa node.  The following two commands can be used
221    to configure the multi-threading behavior.
222
223    `ovs-vsctl set Open_vSwitch . other_config:pmd-cpu-mask=<hex string>`
224
225    The command above asks for a CPU mask for setting the affinity of pmd
226    threads.  A set bit in the mask means a pmd thread is created and pinned
227    to the corresponding CPU core.  For more information, please refer to
228    `man ovs-vswitchd.conf.db`
229
230    `ovs-vsctl set Open_vSwitch . other_config:n-dpdk-rxqs=<integer>`
231
232    The command above sets the number of rx queues of each DPDK interface. The
233    rx queues are assigned to pmd threads on the same numa node in round-robin
234    fashion.  For more information, please refer to `man ovs-vswitchd.conf.db`
235
236    Ideally for maximum throughput, the pmd thread should not be scheduled out
237    which temporarily halts its execution. The following affinitization methods
238    can help.
239
240    Lets pick core 4,6,8,10 for pmd threads to run on.  Also assume a dual 8 core
241    sandy bridge system with hyperthreading enabled where CPU1 has cores 0,...,7
242    and 16,...,23 & CPU2 cores 8,...,15 & 24,...,31.  (A different cpu
243    configuration could have different core mask requirements).
244
245    To kernel bootline add core isolation list for cores and associated hype cores
246    (e.g.  isolcpus=4,20,6,22,8,24,10,26,).  Reboot system for isolation to take
247    effect, restart everything.
248
249    Configure pmd threads on core 4,6,8,10 using 'pmd-cpu-mask':
250
251    `ovs-vsctl set Open_vSwitch . other_config:pmd-cpu-mask=00000550`
252
253    You should be able to check that pmd threads are pinned to the correct cores
254    via:
255
256    ```
257    top -p `pidof ovs-vswitchd` -H -d1
258    ```
259
260    Note, the pmd threads on a numa node are only created if there is at least
261    one DPDK interface from the numa node that has been added to OVS.
262
263    To understand where most of the time is spent and whether the caches are
264    effective, these commands can be used:
265
266    ```
267    ovs-appctl dpif-netdev/pmd-stats-clear #To reset statistics
268    ovs-appctl dpif-netdev/pmd-stats-show
269    ```
270
271 DPDK Rings :
272 ------------
273
274 Following the steps above to create a bridge, you can now add dpdk rings
275 as a port to the vswitch.  OVS will expect the DPDK ring device name to
276 start with dpdkr and end with a portid.
277
278 `ovs-vsctl add-port br0 dpdkr0 -- set Interface dpdkr0 type=dpdkr`
279
280 DPDK rings client test application
281
282 Included in the test directory is a sample DPDK application for testing
283 the rings.  This is from the base dpdk directory and modified to work
284 with the ring naming used within ovs.
285
286 location tests/ovs_client
287
288 To run the client :
289
290 ```
291 cd /usr/src/ovs/tests/
292 ovsclient -c 1 -n 4 --proc-type=secondary -- -n "port id you gave dpdkr"
293 ```
294
295 In the case of the dpdkr example above the "port id you gave dpdkr" is 0.
296
297 It is essential to have --proc-type=secondary
298
299 The application simply receives an mbuf on the receive queue of the
300 ethernet ring and then places that same mbuf on the transmit ring of
301 the ethernet ring.  It is a trivial loopback application.
302
303 DPDK rings in VM (IVSHMEM shared memory communications)
304 -------------------------------------------------------
305
306 In addition to executing the client in the host, you can execute it within
307 a guest VM. To do so you will need a patched qemu.  You can download the
308 patch and getting started guide at :
309
310 https://01.org/packet-processing/downloads
311
312 A general rule of thumb for better performance is that the client
313 application should not be assigned the same dpdk core mask "-c" as
314 the vswitchd.
315
316 DPDK vhost:
317 -----------
318
319 vhost-cuse is only supported at present i.e. not using the standard QEMU
320 vhost-user interface. It is intended that vhost-user support will be added
321 in future releases when supported in DPDK and that vhost-cuse will eventually
322 be deprecated. See [DPDK Docs] for more info on vhost.
323
324 Prerequisites:
325 1.  Insert the Cuse module:
326
327       `modprobe cuse`
328
329 2.  Build and insert the `eventfd_link` module:
330
331      `cd $DPDK_DIR/lib/librte_vhost/eventfd_link/`
332      `make`
333      `insmod $DPDK_DIR/lib/librte_vhost/eventfd_link.ko`
334
335 Following the steps above to create a bridge, you can now add DPDK vhost
336 as a port to the vswitch.
337
338 `ovs-vsctl add-port br0 dpdkvhost0 -- set Interface dpdkvhost0 type=dpdkvhost`
339
340 Unlike DPDK ring ports, DPDK vhost ports can have arbitrary names:
341
342 `ovs-vsctl add-port br0 port123ABC -- set Interface port123ABC type=dpdkvhost`
343
344 However, please note that when attaching userspace devices to QEMU, the
345 name provided during the add-port operation must match the ifname parameter
346 on the QEMU command line.
347
348
349 DPDK vhost VM configuration:
350 ----------------------------
351
352    vhost ports use a Linux* character device to communicate with QEMU.
353    By default it is set to `/dev/vhost-net`. It is possible to reuse this
354    standard device for DPDK vhost, which makes setup a little simpler but it
355    is better practice to specify an alternative character device in order to
356    avoid any conflicts if kernel vhost is to be used in parallel.
357
358 1. This step is only needed if using an alternative character device.
359
360    The new character device filename must be specified on the vswitchd
361    commandline:
362
363         `./vswitchd/ovs-vswitchd --dpdk --cuse_dev_name my-vhost-net -c 0x1 ...`
364
365    Note that the `--cuse_dev_name` argument and associated string must be the first
366    arguments after `--dpdk` and come before the EAL arguments. In the example
367    above, the character device to be used will be `/dev/my-vhost-net`.
368
369 2. This step is only needed if reusing the standard character device. It will
370    conflict with the kernel vhost character device so the user must first
371    remove it.
372
373        `rm -rf /dev/vhost-net`
374
375 3a. Configure virtio-net adaptors:
376    The following parameters must be passed to the QEMU binary:
377
378      ```
379      -netdev tap,id=<id>,script=no,downscript=no,ifname=<name>,vhost=on
380      -device virtio-net-pci,netdev=net1,mac=<mac>
381      ```
382
383      Repeat the above parameters for multiple devices.
384
385      The DPDK vhost library will negiotiate its own features, so they
386      need not be passed in as command line params. Note that as offloads are
387      disabled this is the equivalent of setting:
388
389      `csum=off,gso=off,guest_tso4=off,guest_tso6=off,guest_ecn=off`
390
391 3b. If using an alternative character device. It must be also explicitly
392     passed to QEMU using the `vhostfd` argument:
393
394      ```
395      -netdev tap,id=<id>,script=no,downscript=no,ifname=<name>,vhost=on,
396      vhostfd=<open_fd>
397      -device virtio-net-pci,netdev=net1,mac=<mac>
398      ```
399
400      The open file descriptor must be passed to QEMU running as a child
401      process. This could be done with a simple python script.
402
403        ```
404        #!/usr/bin/python
405        fd = os.open("/dev/usvhost", os.O_RDWR)
406        subprocess.call("qemu-system-x86_64 .... -netdev tap,id=vhostnet0,\
407                         vhost=on,vhostfd=" + fd +"...", shell=True)
408
409    Alternatively the the `qemu-wrap.py` script can be used to automate the
410    requirements specified above and can be used in conjunction with libvirt if
411    desired. See the "DPDK vhost VM configuration with QEMU wrapper" section
412    below.
413
414 4. Configure huge pages:
415    QEMU must allocate the VM's memory on hugetlbfs. Vhost ports access a
416    virtio-net device's virtual rings and packet buffers mapping the VM's
417    physical memory on hugetlbfs. To enable vhost-ports to map the VM's
418    memory into their process address space, pass the following paramters
419    to QEMU:
420
421      `-object memory-backend-file,id=mem,size=4096M,mem-path=/dev/hugepages,
422       share=on -numa node,memdev=mem -mem-prealloc`
423
424
425 DPDK vhost VM configuration with QEMU wrapper:
426 ----------------------------------------------
427
428 The QEMU wrapper script automatically detects and calls QEMU with the
429 necessary parameters. It performs the following actions:
430
431   * Automatically detects the location of the hugetlbfs and inserts this
432     into the command line parameters.
433   * Automatically open file descriptors for each virtio-net device and
434     inserts this into the command line parameters.
435   * Calls QEMU passing both the command line parameters passed to the
436     script itself and those it has auto-detected.
437
438 Before use, you **must** edit the configuration parameters section of the
439 script to point to the correct emulator location and set additional
440 settings. Of these settings, `emul_path` and `us_vhost_path` **must** be
441 set. All other settings are optional.
442
443 To use directly from the command line simply pass the wrapper some of the
444 QEMU parameters: it will configure the rest. For example:
445
446 ```
447 qemu-wrap.py -cpu host -boot c -hda <disk image> -m 4096 -smp 4
448   --enable-kvm -nographic -vnc none -net none -netdev tap,id=net1,
449   script=no,downscript=no,ifname=if1,vhost=on -device virtio-net-pci,
450   netdev=net1,mac=00:00:00:00:00:01
451 ```
452
453 DPDK vhost VM configuration with libvirt:
454 -----------------------------------------
455
456 If you are using libvirt, you must enable libvirt to access the character
457 device by adding it to controllers cgroup for libvirtd using the following
458 steps.
459
460      1. In `/etc/libvirt/qemu.conf` add/edit the following lines:
461
462         ```
463         1) clear_emulator_capabilities = 0
464         2) user = "root"
465         3) group = "root"
466         4) cgroup_device_acl = [
467                "/dev/null", "/dev/full", "/dev/zero",
468                "/dev/random", "/dev/urandom",
469                "/dev/ptmx", "/dev/kvm", "/dev/kqemu",
470                "/dev/rtc", "/dev/hpet", "/dev/net/tun",
471                "/dev/<my-vhost-device>",
472                "/dev/hugepages"]
473         ```
474
475         <my-vhost-device> refers to "vhost-net" if using the `/dev/vhost-net`
476         device. If you have specificed a different name on the ovs-vswitchd
477         commandline using the "--cuse_dev_name" parameter, please specify that
478         filename instead.
479
480      2. Disable SELinux or set to permissive mode
481
482      3. Restart the libvirtd process
483         For example, on Fedora:
484
485           `systemctl restart libvirtd.service`
486
487 After successfully editing the configuration, you may launch your
488 vhost-enabled VM. The XML describing the VM can be configured like so
489 within the <qemu:commandline> section:
490
491      1. Set up shared hugepages:
492
493      ```
494      <qemu:arg value='-object'/>
495      <qemu:arg value='memory-backend-file,id=mem,size=4096M,mem-path=/dev/hugepages,share=on'/>
496      <qemu:arg value='-numa'/>
497      <qemu:arg value='node,memdev=mem'/>
498      <qemu:arg value='-mem-prealloc'/>
499      ```
500
501      2. Set up your tap devices:
502
503      ```
504      <qemu:arg value='-netdev'/>
505      <qemu:arg value='type=tap,id=net1,script=no,downscript=no,ifname=vhost0,vhost=on'/>
506      <qemu:arg value='-device'/>
507      <qemu:arg value='virtio-net-pci,netdev=net1,mac=00:00:00:00:00:01'/>
508      ```
509
510      Repeat for as many devices as are desired, modifying the id, ifname
511      and mac as necessary.
512
513      Again, if you are using an alternative character device (other than
514      `/dev/vhost-net`), please specify the file descriptor like so:
515
516      `<qemu:arg value='type=tap,id=net3,script=no,downscript=no,ifname=vhost0,vhost=on,vhostfd=<open_fd>'/>`
517
518      Where <open_fd> refers to the open file descriptor of the character device.
519      Instructions of how to retrieve the file descriptor can be found in the
520      "DPDK vhost VM configuration" section.
521      Alternatively, the process is automated with the qemu-wrap.py script,
522      detailed in the next section.
523
524 Now you may launch your VM using virt-manager, or like so:
525
526     `virsh create my_vhost_vm.xml`
527
528 DPDK vhost VM configuration with libvirt and QEMU wrapper:
529 ----------------------------------------------------------
530
531 To use the qemu-wrapper script in conjuntion with libvirt, follow the
532 steps in the previous section before proceeding with the following steps:
533
534   1. Place `qemu-wrap.py` in libvirtd's binary search PATH ($PATH)
535      Ideally in the same directory that the QEMU binary is located.
536
537   2. Ensure that the script has the same owner/group and file permissions
538      as the QEMU binary.
539
540   3. Update the VM xml file using "virsh edit VM.xml"
541
542        1. Set the VM to use the launch script.
543           Set the emulator path contained in the `<emulator><emulator/>` tags.
544           For example, replace:
545
546             `<emulator>/usr/bin/qemu-kvm<emulator/>`
547
548             with:
549
550             `<emulator>/usr/bin/qemu-wrap.py<emulator/>`
551
552   4. Edit the Configuration Parameters section of the script to point to
553   the correct emulator location and set any additional options. If you are
554   using a alternative character device name, please set "us_vhost_path" to the
555   location of that device. The script will automatically detect and insert
556   the correct "vhostfd" value in the QEMU command line arguements.
557
558   5. Use virt-manager to launch the VM
559
560 Running ovs-vswitchd with DPDK backend inside a VM
561 --------------------------------------------------
562
563 Please note that additional configuration is required if you want to run
564 ovs-vswitchd with DPDK backend inside a QEMU virtual machine. Ovs-vswitchd
565 creates separate DPDK TX queues for each CPU core available. This operation
566 fails inside QEMU virtual machine because, by default, VirtIO NIC provided
567 to the guest is configured to support only single TX queue and single RX
568 queue. To change this behavior, you need to turn on 'mq' (multiqueue)
569 property of all virtio-net-pci devices emulated by QEMU and used by DPDK.
570 You may do it manually (by changing QEMU command line) or, if you use Libvirt,
571 by adding the following string:
572
573 `<driver name='vhost' queues='N'/>`
574
575 to <interface> sections of all network devices used by DPDK. Parameter 'N'
576 determines how many queues can be used by the guest.
577
578 Restrictions:
579 -------------
580
581   - Work with 1500 MTU, needs few changes in DPDK lib to fix this issue.
582   - Currently DPDK port does not make use any offload functionality.
583   - DPDK-vHost support works with 1G huge pages.
584
585   ivshmem:
586   - If you run Open vSwitch with smaller page sizes (e.g. 2MB), you may be
587     unable to share any rings or mempools with a virtual machine.
588     This is because the current implementation of ivshmem works by sharing
589     a single 1GB huge page from the host operating system to any guest
590     operating system through the Qemu ivshmem device. When using smaller
591     page sizes, multiple pages may be required to hold the ring descriptors
592     and buffer pools. The Qemu ivshmem device does not allow you to share
593     multiple file descriptors to the guest operating system. However, if you
594     want to share dpdkr rings with other processes on the host, you can do
595     this with smaller page sizes.
596
597 Bug Reporting:
598 --------------
599
600 Please report problems to bugs@openvswitch.org.
601
602 [INSTALL.userspace.md]:INSTALL.userspace.md
603 [INSTALL.md]:INSTALL.md
604 [DPDK Linux GSG]: http://www.dpdk.org/doc/guides/linux_gsg/build_dpdk.html#binding-and-unbinding-network-ports-to-from-the-igb-uioor-vfio-modules
605 [DPDK Docs]: http://dpdk.org/doc