netdev-dpdk: Add vhost-user multiqueue support
[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 2.2
20 Optional (if building with vhost-cuse): `fuse`, `fuse-devel` (`libfuse-dev`
21 on Debian/Ubuntu)
22
23 1. Configure build & install DPDK:
24   1. Set `$DPDK_DIR`
25
26      ```
27      export DPDK_DIR=/usr/src/dpdk-2.2
28      cd $DPDK_DIR
29      ```
30
31   2. Update `config/common_linuxapp` so that DPDK generate single lib file.
32      (modification also required for IVSHMEM build)
33
34      `CONFIG_RTE_BUILD_COMBINE_LIBS=y`
35
36      Then run `make install` to build and install the library.
37      For default install without IVSHMEM:
38
39      `make install T=x86_64-native-linuxapp-gcc`
40
41      To include IVSHMEM (shared memory):
42
43      `make install T=x86_64-ivshmem-linuxapp-gcc`
44
45      For further details refer to http://dpdk.org/
46
47 2. Configure & build the Linux kernel:
48
49    Refer to intel-dpdk-getting-started-guide.pdf for understanding
50    DPDK kernel requirement.
51
52 3. Configure & build OVS:
53
54    * Non IVSHMEM:
55
56      `export DPDK_BUILD=$DPDK_DIR/x86_64-native-linuxapp-gcc/`
57
58    * IVSHMEM:
59
60      `export DPDK_BUILD=$DPDK_DIR/x86_64-ivshmem-linuxapp-gcc/`
61
62    ```
63    cd $(OVS_DIR)/
64    ./boot.sh
65    ./configure --with-dpdk=$DPDK_BUILD [CFLAGS="-g -O2 -Wno-cast-align"]
66    make
67    ```
68
69    Note: 'clang' users may specify the '-Wno-cast-align' flag to suppress DPDK cast-align warnings.
70
71 To have better performance one can enable aggressive compiler optimizations and
72 use the special instructions(popcnt, crc32) that may not be available on all
73 machines. Instead of typing `make`, type:
74
75 `make CFLAGS='-O3 -march=native'`
76
77 Refer to [INSTALL.userspace.md] for general requirements of building userspace OVS.
78
79 Using the DPDK with ovs-vswitchd:
80 ---------------------------------
81
82 1. Setup system boot
83    Add the following options to the kernel bootline:
84    
85    `default_hugepagesz=1GB hugepagesz=1G hugepages=1`
86
87 2. Setup DPDK devices:
88
89    DPDK devices can be setup using either the VFIO (for DPDK 1.7+) or UIO
90    modules. UIO requires inserting an out of tree driver igb_uio.ko that is
91    available in DPDK. Setup for both methods are described below.
92
93    * UIO:
94      1. insert uio.ko: `modprobe uio`
95      2. insert igb_uio.ko: `insmod $DPDK_BUILD/kmod/igb_uio.ko`
96      3. Bind network device to igb_uio:
97          `$DPDK_DIR/tools/dpdk_nic_bind.py --bind=igb_uio eth1`
98
99    * VFIO:
100
101      VFIO needs to be supported in the kernel and the BIOS. More information
102      can be found in the [DPDK Linux GSG].
103
104      1. Insert vfio-pci.ko: `modprobe vfio-pci`
105      2. Set correct permissions on vfio device: `sudo /usr/bin/chmod a+x /dev/vfio`
106         and: `sudo /usr/bin/chmod 0666 /dev/vfio/*`
107      3. Bind network device to vfio-pci:
108         `$DPDK_DIR/tools/dpdk_nic_bind.py --bind=vfio-pci eth1`
109
110 3. Mount the hugetable filesystem
111
112    `mount -t hugetlbfs -o pagesize=1G none /dev/hugepages`
113
114    Ref to http://www.dpdk.org/doc/quick-start for verifying DPDK setup.
115
116 4. Follow the instructions in [INSTALL.md] to install only the
117    userspace daemons and utilities (via 'make install').
118    1. First time only db creation (or clearing):
119
120       ```
121       mkdir -p /usr/local/etc/openvswitch
122       mkdir -p /usr/local/var/run/openvswitch
123       rm /usr/local/etc/openvswitch/conf.db
124       ovsdb-tool create /usr/local/etc/openvswitch/conf.db  \
125              /usr/local/share/openvswitch/vswitch.ovsschema
126       ```
127
128    2. Start ovsdb-server
129
130       ```
131       ovsdb-server --remote=punix:/usr/local/var/run/openvswitch/db.sock \
132           --remote=db:Open_vSwitch,Open_vSwitch,manager_options \
133           --private-key=db:Open_vSwitch,SSL,private_key \
134           --certificate=Open_vSwitch,SSL,certificate \
135           --bootstrap-ca-cert=db:Open_vSwitch,SSL,ca_cert --pidfile --detach
136       ```
137
138     3. First time after db creation, initialize:
139
140        ```
141        ovs-vsctl --no-wait init
142        ```
143
144 5. Start vswitchd:
145
146    DPDK configuration arguments can be passed to vswitchd via `--dpdk`
147    argument. This needs to be first argument passed to vswitchd process.
148    dpdk arg -c is ignored by ovs-dpdk, but it is a required parameter
149    for dpdk initialization.
150
151    ```
152    export DB_SOCK=/usr/local/var/run/openvswitch/db.sock
153    ovs-vswitchd --dpdk -c 0x1 -n 4 -- unix:$DB_SOCK --pidfile --detach
154    ```
155
156    If allocated more than one GB hugepage (as for IVSHMEM), set amount and
157    use NUMA node 0 memory:
158
159    ```
160    ovs-vswitchd --dpdk -c 0x1 -n 4 --socket-mem 1024,0 \
161    -- unix:$DB_SOCK --pidfile --detach
162    ```
163
164 6. Add bridge & ports
165
166    To use ovs-vswitchd with DPDK, create a bridge with datapath_type
167    "netdev" in the configuration database.  For example:
168
169    `ovs-vsctl add-br br0 -- set bridge br0 datapath_type=netdev`
170
171    Now you can add dpdk devices. OVS expects DPDK device names to start with
172    "dpdk" and end with a portid. vswitchd should print (in the log file) the
173    number of dpdk devices found.
174
175    ```
176    ovs-vsctl add-port br0 dpdk0 -- set Interface dpdk0 type=dpdk
177    ovs-vsctl add-port br0 dpdk1 -- set Interface dpdk1 type=dpdk
178    ```
179
180    Once first DPDK port is added to vswitchd, it creates a Polling thread and
181    polls dpdk device in continuous loop. Therefore CPU utilization
182    for that thread is always 100%.
183
184    Note: creating bonds of DPDK interfaces is slightly different to creating
185    bonds of system interfaces.  For DPDK, the interface type must be explicitly
186    set, for example:
187
188    ```
189    ovs-vsctl add-bond br0 dpdkbond dpdk0 dpdk1 -- set Interface dpdk0 type=dpdk -- set Interface dpdk1 type=dpdk
190    ```
191
192 7. Add test flows
193
194    Test flow script across NICs (assuming ovs in /usr/src/ovs):
195    Execute script:
196
197    ```
198    #! /bin/sh
199    # Move to command directory
200    cd /usr/src/ovs/utilities/
201
202    # Clear current flows
203    ./ovs-ofctl del-flows br0
204
205    # Add flows between port 1 (dpdk0) to port 2 (dpdk1)
206    ./ovs-ofctl add-flow br0 in_port=1,action=output:2
207    ./ovs-ofctl add-flow br0 in_port=2,action=output:1
208    ```
209
210 Performance Tuning:
211 -------------------
212
213   1. PMD affinitization
214
215         A poll mode driver (pmd) thread handles the I/O of all DPDK
216         interfaces assigned to it. A pmd thread will busy loop through
217         the assigned port/rxq's polling for packets, switch the packets
218         and send to a tx port if required. Typically, it is found that
219         a pmd thread is CPU bound, meaning that the greater the CPU
220         occupancy the pmd thread can get, the better the performance. To
221         that end, it is good practice to ensure that a pmd thread has as
222         many cycles on a core available to it as possible. This can be
223         achieved by affinitizing the pmd thread with a core that has no
224         other workload. See section 7 below for a description of how to
225         isolate cores for this purpose also.
226
227         The following command can be used to specify the affinity of the
228         pmd thread(s).
229
230         `ovs-vsctl set Open_vSwitch . other_config:pmd-cpu-mask=<hex string>`
231
232         By setting a bit in the mask, a pmd thread is created and pinned
233         to the corresponding CPU core. e.g. to run a pmd thread on core 1
234
235         `ovs-vsctl set Open_vSwitch . other_config:pmd-cpu-mask=2`
236
237         For more information, please refer to the Open_vSwitch TABLE section in
238
239         `man ovs-vswitchd.conf.db`
240
241         Note, that a pmd thread on a NUMA node is only created if there is
242         at least one DPDK interface from that NUMA node added to OVS.
243
244   2. Multiple poll mode driver threads
245
246         With pmd multi-threading support, OVS creates one pmd thread
247         for each NUMA node by default. However, it can be seen that in cases
248         where there are multiple ports/rxq's producing traffic, performance
249         can be improved by creating multiple pmd threads running on separate
250         cores. These pmd threads can then share the workload by each being
251         responsible for different ports/rxq's. Assignment of ports/rxq's to
252         pmd threads is done automatically.
253
254         The following command can be used to specify the affinity of the
255         pmd threads.
256
257         `ovs-vsctl set Open_vSwitch . other_config:pmd-cpu-mask=<hex string>`
258
259         A set bit in the mask means a pmd thread is created and pinned
260         to the corresponding CPU core. e.g. to run pmd threads on core 1 and 2
261
262         `ovs-vsctl set Open_vSwitch . other_config:pmd-cpu-mask=6`
263
264         For more information, please refer to the Open_vSwitch TABLE section in
265
266         `man ovs-vswitchd.conf.db`
267
268         For example, when using dpdk and dpdkvhostuser ports in a bi-directional
269         VM loopback as shown below, spreading the workload over 2 or 4 pmd
270         threads shows significant improvements as there will be more total CPU
271         occupancy available.
272
273         NIC port0 <-> OVS <-> VM <-> OVS <-> NIC port 1
274
275         The OVS log can be checked to confirm that the port/rxq assignment to
276         pmd threads is as required. This can also be checked with the following
277         commands:
278
279         ```
280         top -H
281         taskset -p <pid_of_pmd>
282         ```
283
284         To understand where most of the pmd thread time is spent and whether the
285         caches are being utilized, these commands can be used:
286
287         ```
288         # Clear previous stats
289         ovs-appctl dpif-netdev/pmd-stats-clear
290
291         # Check current stats
292         ovs-appctl dpif-netdev/pmd-stats-show
293         ```
294
295   3. DPDK port Rx Queues
296
297         `ovs-vsctl set Open_vSwitch . other_config:n-dpdk-rxqs=<integer>`
298
299         The command above sets the number of rx queues for each DPDK interface.
300         The rx queues are assigned to pmd threads on the same NUMA node in a
301         round-robin fashion.  For more information, please refer to the
302         Open_vSwitch TABLE section in
303
304         `man ovs-vswitchd.conf.db`
305
306   4. Exact Match Cache
307
308         Each pmd thread contains one EMC. After initial flow setup in the
309         datapath, the EMC contains a single table and provides the lowest level
310         (fastest) switching for DPDK ports. If there is a miss in the EMC then
311         the next level where switching will occur is the datapath classifier.
312         Missing in the EMC and looking up in the datapath classifier incurs a
313         significant performance penalty. If lookup misses occur in the EMC
314         because it is too small to handle the number of flows, its size can
315         be increased. The EMC size can be modified by editing the define
316         EM_FLOW_HASH_SHIFT in lib/dpif-netdev.c.
317
318         As mentioned above an EMC is per pmd thread. So an alternative way of
319         increasing the aggregate amount of possible flow entries in EMC and
320         avoiding datapath classifier lookups is to have multiple pmd threads
321         running. This can be done as described in section 2.
322
323   5. Compiler options
324
325         The default compiler optimization level is '-O2'. Changing this to
326         more aggressive compiler optimizations such as '-O3' or
327         '-Ofast -march=native' with gcc can produce performance gains.
328
329   6. Simultaneous Multithreading (SMT)
330
331         With SMT enabled, one physical core appears as two logical cores
332         which can improve performance.
333
334         SMT can be utilized to add additional pmd threads without consuming
335         additional physical cores. Additional pmd threads may be added in the
336         same manner as described in section 2. If trying to minimize the use
337         of physical cores for pmd threads, care must be taken to set the
338         correct bits in the pmd-cpu-mask to ensure that the pmd threads are
339         pinned to SMT siblings.
340
341         For example, when using 2x 10 core processors in a dual socket system
342         with HT enabled, /proc/cpuinfo will report 40 logical cores. To use
343         two logical cores which share the same physical core for pmd threads,
344         the following command can be used to identify a pair of logical cores.
345
346         `cat /sys/devices/system/cpu/cpuN/topology/thread_siblings_list`
347
348         where N is the logical core number. In this example, it would show that
349         cores 1 and 21 share the same physical core. The pmd-cpu-mask to enable
350         two pmd threads running on these two logical cores (one physical core)
351         is.
352
353         `ovs-vsctl set Open_vSwitch . other_config:pmd-cpu-mask=100002`
354
355         Note that SMT is enabled by the Hyper-Threading section in the
356         BIOS, and as such will apply to the whole system. So the impact of
357         enabling/disabling it for the whole system should be considered
358         e.g. If workloads on the system can scale across multiple cores,
359         SMT may very beneficial. However, if they do not and perform best
360         on a single physical core, SMT may not be beneficial.
361
362   7. The isolcpus kernel boot parameter
363
364         isolcpus can be used on the kernel bootline to isolate cores from the
365         kernel scheduler and hence dedicate them to OVS or other packet
366         forwarding related workloads. For example a Linux kernel boot-line
367         could be:
368
369         'GRUB_CMDLINE_LINUX_DEFAULT="quiet hugepagesz=1G hugepages=4 default_hugepagesz=1G 'intel_iommu=off' isolcpus=1-19"'
370
371   8. NUMA/Cluster On Die
372
373         Ideally inter NUMA datapaths should be avoided where possible as packets
374         will go across QPI and there may be a slight performance penalty when
375         compared with intra NUMA datapaths. On Intel Xeon Processor E5 v3,
376         Cluster On Die is introduced on models that have 10 cores or more.
377         This makes it possible to logically split a socket into two NUMA regions
378         and again it is preferred where possible to keep critical datapaths
379         within the one cluster.
380
381         It is good practice to ensure that threads that are in the datapath are
382         pinned to cores in the same NUMA area. e.g. pmd threads and QEMU vCPUs
383         responsible for forwarding.
384
385   9. Rx Mergeable buffers
386
387         Rx Mergeable buffers is a virtio feature that allows chaining of multiple
388         virtio descriptors to handle large packet sizes. As such, large packets
389         are handled by reserving and chaining multiple free descriptors
390         together. Mergeable buffer support is negotiated between the virtio
391         driver and virtio device and is supported by the DPDK vhost library.
392         This behavior is typically supported and enabled by default, however
393         in the case where the user knows that rx mergeable buffers are not needed
394         i.e. jumbo frames are not needed, it can be forced off by adding
395         rx_mrgbuf=off to the QEMU command line options. By not reserving multiple
396         chains of descriptors it will make more individual virtio descriptors
397         available for rx to the guest using dpdkvhost ports and this can improve
398         performance.
399
400   10. Packet processing in the guest
401
402         It is good practice whether simply forwarding packets from one
403         interface to another or more complex packet processing in the guest,
404         to ensure that the thread performing this work has as much CPU
405         occupancy as possible. For example when the DPDK sample application
406         `testpmd` is used to forward packets in the guest, multiple QEMU vCPU
407         threads can be created. Taskset can then be used to affinitize the
408         vCPU thread responsible for forwarding to a dedicated core not used
409         for other general processing on the host system.
410
411   11. DPDK virtio pmd in the guest
412
413         dpdkvhostcuse or dpdkvhostuser ports can be used to accelerate the path
414         to the guest using the DPDK vhost library. This library is compatible with
415         virtio-net drivers in the guest but significantly better performance can
416         be observed when using the DPDK virtio pmd driver in the guest. The DPDK
417         `testpmd` application can be used in the guest as an example application
418         that forwards packet from one DPDK vhost port to another. An example of
419         running `testpmd` in the guest can be seen here.
420
421         `./testpmd -c 0x3 -n 4 --socket-mem 512 -- --burst=64 -i --txqflags=0xf00 --disable-hw-vlan --forward-mode=io --auto-start`
422
423         See below information on dpdkvhostcuse and dpdkvhostuser ports.
424         See [DPDK Docs] for more information on `testpmd`.
425
426
427
428 DPDK Rings :
429 ------------
430
431 Following the steps above to create a bridge, you can now add dpdk rings
432 as a port to the vswitch.  OVS will expect the DPDK ring device name to
433 start with dpdkr and end with a portid.
434
435 `ovs-vsctl add-port br0 dpdkr0 -- set Interface dpdkr0 type=dpdkr`
436
437 DPDK rings client test application
438
439 Included in the test directory is a sample DPDK application for testing
440 the rings.  This is from the base dpdk directory and modified to work
441 with the ring naming used within ovs.
442
443 location tests/ovs_client
444
445 To run the client :
446
447 ```
448 cd /usr/src/ovs/tests/
449 ovsclient -c 1 -n 4 --proc-type=secondary -- -n "port id you gave dpdkr"
450 ```
451
452 In the case of the dpdkr example above the "port id you gave dpdkr" is 0.
453
454 It is essential to have --proc-type=secondary
455
456 The application simply receives an mbuf on the receive queue of the
457 ethernet ring and then places that same mbuf on the transmit ring of
458 the ethernet ring.  It is a trivial loopback application.
459
460 DPDK rings in VM (IVSHMEM shared memory communications)
461 -------------------------------------------------------
462
463 In addition to executing the client in the host, you can execute it within
464 a guest VM. To do so you will need a patched qemu.  You can download the
465 patch and getting started guide at :
466
467 https://01.org/packet-processing/downloads
468
469 A general rule of thumb for better performance is that the client
470 application should not be assigned the same dpdk core mask "-c" as
471 the vswitchd.
472
473 DPDK vhost:
474 -----------
475
476 DPDK 2.2 supports two types of vhost:
477
478 1. vhost-user
479 2. vhost-cuse
480
481 Whatever type of vhost is enabled in the DPDK build specified, is the type
482 that will be enabled in OVS. By default, vhost-user is enabled in DPDK.
483 Therefore, unless vhost-cuse has been enabled in DPDK, vhost-user ports
484 will be enabled in OVS.
485 Please note that support for vhost-cuse is intended to be deprecated in OVS
486 in a future release.
487
488 DPDK vhost-user:
489 ----------------
490
491 The following sections describe the use of vhost-user 'dpdkvhostuser' ports
492 with OVS.
493
494 DPDK vhost-user Prerequisites:
495 -------------------------
496
497 1. DPDK 2.2 with vhost support enabled as documented in the "Building and
498    Installing section"
499
500 2. QEMU version v2.1.0+
501
502    QEMU v2.1.0 will suffice, but it is recommended to use v2.2.0 if providing
503    your VM with memory greater than 1GB due to potential issues with memory
504    mapping larger areas.
505
506 Adding DPDK vhost-user ports to the Switch:
507 --------------------------------------
508
509 Following the steps above to create a bridge, you can now add DPDK vhost-user
510 as a port to the vswitch. Unlike DPDK ring ports, DPDK vhost-user ports can
511 have arbitrary names.
512
513   -  For vhost-user, the name of the port type is `dpdkvhostuser`
514
515      ```
516      ovs-vsctl add-port br0 vhost-user-1 -- set Interface vhost-user-1
517      type=dpdkvhostuser
518      ```
519
520      This action creates a socket located at
521      `/usr/local/var/run/openvswitch/vhost-user-1`, which you must provide
522      to your VM on the QEMU command line. More instructions on this can be
523      found in the next section "DPDK vhost-user VM configuration"
524      Note: If you wish for the vhost-user sockets to be created in a
525      directory other than `/usr/local/var/run/openvswitch`, you may specify
526      another location on the ovs-vswitchd command line like so:
527
528       `./vswitchd/ovs-vswitchd --dpdk -vhost_sock_dir /my-dir -c 0x1 ...`
529
530 DPDK vhost-user VM configuration:
531 ---------------------------------
532 Follow the steps below to attach vhost-user port(s) to a VM.
533
534 1. Configure sockets.
535    Pass the following parameters to QEMU to attach a vhost-user device:
536
537    ```
538    -chardev socket,id=char1,path=/usr/local/var/run/openvswitch/vhost-user-1
539    -netdev type=vhost-user,id=mynet1,chardev=char1,vhostforce
540    -device virtio-net-pci,mac=00:00:00:00:00:01,netdev=mynet1
541    ```
542
543    ...where vhost-user-1 is the name of the vhost-user port added
544    to the switch.
545    Repeat the above parameters for multiple devices, changing the
546    chardev path and id as necessary. Note that a separate and different
547    chardev path needs to be specified for each vhost-user device. For
548    example you have a second vhost-user port named 'vhost-user-2', you
549    append your QEMU command line with an additional set of parameters:
550
551    ```
552    -chardev socket,id=char2,path=/usr/local/var/run/openvswitch/vhost-user-2
553    -netdev type=vhost-user,id=mynet2,chardev=char2,vhostforce
554    -device virtio-net-pci,mac=00:00:00:00:00:02,netdev=mynet2
555    ```
556
557 2. Configure huge pages.
558    QEMU must allocate the VM's memory on hugetlbfs. vhost-user ports access
559    a virtio-net device's virtual rings and packet buffers mapping the VM's
560    physical memory on hugetlbfs. To enable vhost-user ports to map the VM's
561    memory into their process address space, pass the following paramters
562    to QEMU:
563
564    ```
565    -object memory-backend-file,id=mem,size=4096M,mem-path=/dev/hugepages,
566    share=on
567    -numa node,memdev=mem -mem-prealloc
568    ```
569
570 3. Optional: Enable multiqueue support
571    QEMU needs to be configured with multiple queues and the number queues
572    must be less or equal to Open vSwitch other_config:n-dpdk-rxqs.
573    The $q below is the number of queues.
574    The $v is the number of vectors, which is '$q x 2 + 2'.
575
576    ```
577    -chardev socket,id=char2,path=/usr/local/var/run/openvswitch/vhost-user-2
578    -netdev type=vhost-user,id=mynet2,chardev=char2,vhostforce,queues=$q
579    -device virtio-net-pci,mac=00:00:00:00:00:02,netdev=mynet2,mq=on,vectors=$v
580    ```
581
582 DPDK vhost-cuse:
583 ----------------
584
585 The following sections describe the use of vhost-cuse 'dpdkvhostcuse' ports
586 with OVS.
587
588 DPDK vhost-cuse Prerequisites:
589 -------------------------
590
591 1. DPDK 2.2 with vhost support enabled as documented in the "Building and
592    Installing section"
593    As an additional step, you must enable vhost-cuse in DPDK by setting the
594    following additional flag in `config/common_linuxapp`:
595
596    `CONFIG_RTE_LIBRTE_VHOST_USER=n`
597
598    Following this, rebuild DPDK as per the instructions in the "Building and
599    Installing" section. Finally, rebuild OVS as per step 3 in the "Building
600    and Installing" section - OVS will detect that DPDK has vhost-cuse libraries
601    compiled and in turn will enable support for it in the switch and disable
602    vhost-user support.
603
604 2. Insert the Cuse module:
605
606      `modprobe cuse`
607
608 3. Build and insert the `eventfd_link` module:
609
610      ```
611      cd $DPDK_DIR/lib/librte_vhost/eventfd_link/
612      make
613      insmod $DPDK_DIR/lib/librte_vhost/eventfd_link.ko
614      ```
615
616 4. QEMU version v2.1.0+
617
618    vhost-cuse will work with QEMU v2.1.0 and above, however it is recommended to
619    use v2.2.0 if providing your VM with memory greater than 1GB due to potential
620    issues with memory mapping larger areas.
621    Note: QEMU v1.6.2 will also work, with slightly different command line parameters,
622    which are specified later in this document.
623
624 Adding DPDK vhost-cuse ports to the Switch:
625 --------------------------------------
626
627 Following the steps above to create a bridge, you can now add DPDK vhost-cuse
628 as a port to the vswitch. Unlike DPDK ring ports, DPDK vhost-cuse ports can have
629 arbitrary names.
630
631   -  For vhost-cuse, the name of the port type is `dpdkvhostcuse`
632
633      ```
634      ovs-vsctl add-port br0 vhost-cuse-1 -- set Interface vhost-cuse-1
635      type=dpdkvhostcuse
636      ```
637
638      When attaching vhost-cuse ports to QEMU, the name provided during the
639      add-port operation must match the ifname parameter on the QEMU command
640      line. More instructions on this can be found in the next section.
641
642 DPDK vhost-cuse VM configuration:
643 ---------------------------------
644
645    vhost-cuse ports use a Linux* character device to communicate with QEMU.
646    By default it is set to `/dev/vhost-net`. It is possible to reuse this
647    standard device for DPDK vhost, which makes setup a little simpler but it
648    is better practice to specify an alternative character device in order to
649    avoid any conflicts if kernel vhost is to be used in parallel.
650
651 1. This step is only needed if using an alternative character device.
652
653    The new character device filename must be specified on the vswitchd
654    commandline:
655
656         `./vswitchd/ovs-vswitchd --dpdk --cuse_dev_name my-vhost-net -c 0x1 ...`
657
658    Note that the `--cuse_dev_name` argument and associated string must be the first
659    arguments after `--dpdk` and come before the EAL arguments. In the example
660    above, the character device to be used will be `/dev/my-vhost-net`.
661
662 2. This step is only needed if reusing the standard character device. It will
663    conflict with the kernel vhost character device so the user must first
664    remove it.
665
666        `rm -rf /dev/vhost-net`
667
668 3a. Configure virtio-net adaptors:
669    The following parameters must be passed to the QEMU binary:
670
671      ```
672      -netdev tap,id=<id>,script=no,downscript=no,ifname=<name>,vhost=on
673      -device virtio-net-pci,netdev=net1,mac=<mac>
674      ```
675
676      Repeat the above parameters for multiple devices.
677
678      The DPDK vhost library will negiotiate its own features, so they
679      need not be passed in as command line params. Note that as offloads are
680      disabled this is the equivalent of setting:
681
682      `csum=off,gso=off,guest_tso4=off,guest_tso6=off,guest_ecn=off`
683
684 3b. If using an alternative character device. It must be also explicitly
685     passed to QEMU using the `vhostfd` argument:
686
687      ```
688      -netdev tap,id=<id>,script=no,downscript=no,ifname=<name>,vhost=on,
689      vhostfd=<open_fd>
690      -device virtio-net-pci,netdev=net1,mac=<mac>
691      ```
692
693      The open file descriptor must be passed to QEMU running as a child
694      process. This could be done with a simple python script.
695
696        ```
697        #!/usr/bin/python
698        fd = os.open("/dev/usvhost", os.O_RDWR)
699        subprocess.call("qemu-system-x86_64 .... -netdev tap,id=vhostnet0,\
700                         vhost=on,vhostfd=" + fd +"...", shell=True)
701
702    Alternatively the `qemu-wrap.py` script can be used to automate the
703    requirements specified above and can be used in conjunction with libvirt if
704    desired. See the "DPDK vhost VM configuration with QEMU wrapper" section
705    below.
706
707 4. Configure huge pages:
708    QEMU must allocate the VM's memory on hugetlbfs. Vhost ports access a
709    virtio-net device's virtual rings and packet buffers mapping the VM's
710    physical memory on hugetlbfs. To enable vhost-ports to map the VM's
711    memory into their process address space, pass the following parameters
712    to QEMU:
713
714      `-object memory-backend-file,id=mem,size=4096M,mem-path=/dev/hugepages,
715       share=on -numa node,memdev=mem -mem-prealloc`
716
717    Note: For use with an earlier QEMU version such as v1.6.2, use the
718    following to configure hugepages instead:
719
720      `-mem-path /dev/hugepages -mem-prealloc`
721
722 DPDK vhost-cuse VM configuration with QEMU wrapper:
723 ---------------------------------------------------
724 The QEMU wrapper script automatically detects and calls QEMU with the
725 necessary parameters. It performs the following actions:
726
727   * Automatically detects the location of the hugetlbfs and inserts this
728     into the command line parameters.
729   * Automatically open file descriptors for each virtio-net device and
730     inserts this into the command line parameters.
731   * Calls QEMU passing both the command line parameters passed to the
732     script itself and those it has auto-detected.
733
734 Before use, you **must** edit the configuration parameters section of the
735 script to point to the correct emulator location and set additional
736 settings. Of these settings, `emul_path` and `us_vhost_path` **must** be
737 set. All other settings are optional.
738
739 To use directly from the command line simply pass the wrapper some of the
740 QEMU parameters: it will configure the rest. For example:
741
742 ```
743 qemu-wrap.py -cpu host -boot c -hda <disk image> -m 4096 -smp 4
744   --enable-kvm -nographic -vnc none -net none -netdev tap,id=net1,
745   script=no,downscript=no,ifname=if1,vhost=on -device virtio-net-pci,
746   netdev=net1,mac=00:00:00:00:00:01
747 ```
748
749 DPDK vhost-cuse VM configuration with libvirt:
750 ----------------------------------------------
751
752 If you are using libvirt, you must enable libvirt to access the character
753 device by adding it to controllers cgroup for libvirtd using the following
754 steps.
755
756      1. In `/etc/libvirt/qemu.conf` add/edit the following lines:
757
758         ```
759         1) clear_emulator_capabilities = 0
760         2) user = "root"
761         3) group = "root"
762         4) cgroup_device_acl = [
763                "/dev/null", "/dev/full", "/dev/zero",
764                "/dev/random", "/dev/urandom",
765                "/dev/ptmx", "/dev/kvm", "/dev/kqemu",
766                "/dev/rtc", "/dev/hpet", "/dev/net/tun",
767                "/dev/<my-vhost-device>",
768                "/dev/hugepages"]
769         ```
770
771         <my-vhost-device> refers to "vhost-net" if using the `/dev/vhost-net`
772         device. If you have specificed a different name on the ovs-vswitchd
773         commandline using the "--cuse_dev_name" parameter, please specify that
774         filename instead.
775
776      2. Disable SELinux or set to permissive mode
777
778      3. Restart the libvirtd process
779         For example, on Fedora:
780
781           `systemctl restart libvirtd.service`
782
783 After successfully editing the configuration, you may launch your
784 vhost-enabled VM. The XML describing the VM can be configured like so
785 within the <qemu:commandline> section:
786
787      1. Set up shared hugepages:
788
789      ```
790      <qemu:arg value='-object'/>
791      <qemu:arg value='memory-backend-file,id=mem,size=4096M,mem-path=/dev/hugepages,share=on'/>
792      <qemu:arg value='-numa'/>
793      <qemu:arg value='node,memdev=mem'/>
794      <qemu:arg value='-mem-prealloc'/>
795      ```
796
797      2. Set up your tap devices:
798
799      ```
800      <qemu:arg value='-netdev'/>
801      <qemu:arg value='type=tap,id=net1,script=no,downscript=no,ifname=vhost0,vhost=on'/>
802      <qemu:arg value='-device'/>
803      <qemu:arg value='virtio-net-pci,netdev=net1,mac=00:00:00:00:00:01'/>
804      ```
805
806      Repeat for as many devices as are desired, modifying the id, ifname
807      and mac as necessary.
808
809      Again, if you are using an alternative character device (other than
810      `/dev/vhost-net`), please specify the file descriptor like so:
811
812      `<qemu:arg value='type=tap,id=net3,script=no,downscript=no,ifname=vhost0,vhost=on,vhostfd=<open_fd>'/>`
813
814      Where <open_fd> refers to the open file descriptor of the character device.
815      Instructions of how to retrieve the file descriptor can be found in the
816      "DPDK vhost VM configuration" section.
817      Alternatively, the process is automated with the qemu-wrap.py script,
818      detailed in the next section.
819
820 Now you may launch your VM using virt-manager, or like so:
821
822     `virsh create my_vhost_vm.xml`
823
824 DPDK vhost-cuse VM configuration with libvirt and QEMU wrapper:
825 ----------------------------------------------------------
826
827 To use the qemu-wrapper script in conjuntion with libvirt, follow the
828 steps in the previous section before proceeding with the following steps:
829
830   1. Place `qemu-wrap.py` in libvirtd's binary search PATH ($PATH)
831      Ideally in the same directory that the QEMU binary is located.
832
833   2. Ensure that the script has the same owner/group and file permissions
834      as the QEMU binary.
835
836   3. Update the VM xml file using "virsh edit VM.xml"
837
838        1. Set the VM to use the launch script.
839           Set the emulator path contained in the `<emulator><emulator/>` tags.
840           For example, replace:
841
842             `<emulator>/usr/bin/qemu-kvm<emulator/>`
843
844             with:
845
846             `<emulator>/usr/bin/qemu-wrap.py<emulator/>`
847
848   4. Edit the Configuration Parameters section of the script to point to
849   the correct emulator location and set any additional options. If you are
850   using a alternative character device name, please set "us_vhost_path" to the
851   location of that device. The script will automatically detect and insert
852   the correct "vhostfd" value in the QEMU command line arguments.
853
854   5. Use virt-manager to launch the VM
855
856 Running ovs-vswitchd with DPDK backend inside a VM
857 --------------------------------------------------
858
859 Please note that additional configuration is required if you want to run
860 ovs-vswitchd with DPDK backend inside a QEMU virtual machine. Ovs-vswitchd
861 creates separate DPDK TX queues for each CPU core available. This operation
862 fails inside QEMU virtual machine because, by default, VirtIO NIC provided
863 to the guest is configured to support only single TX queue and single RX
864 queue. To change this behavior, you need to turn on 'mq' (multiqueue)
865 property of all virtio-net-pci devices emulated by QEMU and used by DPDK.
866 You may do it manually (by changing QEMU command line) or, if you use Libvirt,
867 by adding the following string:
868
869 `<driver name='vhost' queues='N'/>`
870
871 to <interface> sections of all network devices used by DPDK. Parameter 'N'
872 determines how many queues can be used by the guest.
873
874 Restrictions:
875 -------------
876
877   - Work with 1500 MTU, needs few changes in DPDK lib to fix this issue.
878   - Currently DPDK port does not make use any offload functionality.
879   - DPDK-vHost support works with 1G huge pages.
880
881   ivshmem:
882   - If you run Open vSwitch with smaller page sizes (e.g. 2MB), you may be
883     unable to share any rings or mempools with a virtual machine.
884     This is because the current implementation of ivshmem works by sharing
885     a single 1GB huge page from the host operating system to any guest
886     operating system through the Qemu ivshmem device. When using smaller
887     page sizes, multiple pages may be required to hold the ring descriptors
888     and buffer pools. The Qemu ivshmem device does not allow you to share
889     multiple file descriptors to the guest operating system. However, if you
890     want to share dpdkr rings with other processes on the host, you can do
891     this with smaller page sizes.
892
893   Platform and Network Interface:
894   - Currently it is not possible to use an Intel XL710 Network Interface as a
895     DPDK port type on a platform with more than 64 logical cores. This is
896     related to how DPDK reports the number of TX queues that may be used by
897     a DPDK application with an XL710. The maximum number of TX queues supported
898     by a DPDK application for an XL710 is 64. If a user attempts to add an
899     XL710 interface as a DPDK port type to a system as described above the
900     port addition will fail as OVS will attempt to initialize a TX queue greater
901     than 64. This issue is expected to be resolved in a future DPDK release.
902     As a workaround a user can disable hyper-threading to reduce the overall
903     core count of the system to be less than or equal to 64 when using an XL710
904     interface with DPDK.
905
906   vHost and QEMU v2.4.0+:
907   - For versions of QEMU v2.4.0 and later, it is currently not possible to
908     unbind more than one dpdkvhostuser port from the guest kernel driver
909     without causing the ovs-vswitchd process to crash. If this is a requirement
910     for your use case, it is recommended either to use a version of QEMU
911     between v2.2.0 and v2.3.1 (inclusive), or alternatively, to apply the
912     following patch to DPDK and rebuild:
913     http://dpdk.org/dev/patchwork/patch/7736/
914     This problem will likely be resolved in Open vSwitch at a later date, when
915     the next release of DPDK (which includes the above patch) is available and
916     integrated into OVS.
917
918 Bug Reporting:
919 --------------
920
921 Please report problems to bugs@openvswitch.org.
922
923 [INSTALL.userspace.md]:INSTALL.userspace.md
924 [INSTALL.md]:INSTALL.md
925 [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
926 [DPDK Docs]: http://dpdk.org/doc