netdev-dpdk: fix mbuf leaks
[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 $DPDK_DIR
29      ```
30
31   2. Update `config/common_linuxapp` so that DPDK generate single lib file.
32      (modification also required for IVSHMEM build)
33
34      `CONFIG_RTE_BUILD_COMBINE_LIBS=y`
35
36      Then run `make install` to build and install the library.
37      For default install without IVSHMEM:
38
39      `make install T=x86_64-native-linuxapp-gcc DESTDIR=install`
40
41      To include IVSHMEM (shared memory):
42
43      `make install T=x86_64-ivshmem-linuxapp-gcc DESTDIR=install`
44
45      For further details refer to http://dpdk.org/
46
47 2. Configure & build the Linux kernel:
48
49    Refer to intel-dpdk-getting-started-guide.pdf for understanding
50    DPDK kernel requirement.
51
52 3. Configure & build OVS:
53
54    * Non IVSHMEM:
55
56      `export DPDK_BUILD=$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 8. QoS usage example
211
212    Assuming you have a vhost-user port transmitting traffic consisting of
213    packets of size 64 bytes, the following command would limit the egress
214    transmission rate of the port to ~1,000,000 packets per second:
215
216    `ovs-vsctl set port vhost-user0 qos=@newqos -- --id=@newqos create qos
217    type=egress-policer other-config:cir=46000000 other-config:cbs=2048`
218
219    To examine the QoS configuration of the port:
220
221    `ovs-appctl -t ovs-vswitchd qos/show vhost-user0`
222
223    To clear the QoS configuration from the port and ovsdb use the following:
224
225    `ovs-vsctl destroy QoS vhost-user0 -- clear Port vhost-user0 qos`
226
227    For more details regarding egress-policer parameters please refer to the
228    vswitch.xml.
229
230 Performance Tuning:
231 -------------------
232
233   1. PMD affinitization
234
235         A poll mode driver (pmd) thread handles the I/O of all DPDK
236         interfaces assigned to it. A pmd thread will busy loop through
237         the assigned port/rxq's polling for packets, switch the packets
238         and send to a tx port if required. Typically, it is found that
239         a pmd thread is CPU bound, meaning that the greater the CPU
240         occupancy the pmd thread can get, the better the performance. To
241         that end, it is good practice to ensure that a pmd thread has as
242         many cycles on a core available to it as possible. This can be
243         achieved by affinitizing the pmd thread with a core that has no
244         other workload. See section 7 below for a description of how to
245         isolate cores for this purpose also.
246
247         The following command can be used to specify the affinity of the
248         pmd thread(s).
249
250         `ovs-vsctl set Open_vSwitch . other_config:pmd-cpu-mask=<hex string>`
251
252         By setting a bit in the mask, a pmd thread is created and pinned
253         to the corresponding CPU core. e.g. to run a pmd thread on core 1
254
255         `ovs-vsctl set Open_vSwitch . other_config:pmd-cpu-mask=2`
256
257         For more information, please refer to the Open_vSwitch TABLE section in
258
259         `man ovs-vswitchd.conf.db`
260
261         Note, that a pmd thread on a NUMA node is only created if there is
262         at least one DPDK interface from that NUMA node added to OVS.
263
264   2. Multiple poll mode driver threads
265
266         With pmd multi-threading support, OVS creates one pmd thread
267         for each NUMA node by default. However, it can be seen that in cases
268         where there are multiple ports/rxq's producing traffic, performance
269         can be improved by creating multiple pmd threads running on separate
270         cores. These pmd threads can then share the workload by each being
271         responsible for different ports/rxq's. Assignment of ports/rxq's to
272         pmd threads is done automatically.
273
274         The following command can be used to specify the affinity of the
275         pmd threads.
276
277         `ovs-vsctl set Open_vSwitch . other_config:pmd-cpu-mask=<hex string>`
278
279         A set bit in the mask means a pmd thread is created and pinned
280         to the corresponding CPU core. e.g. to run pmd threads on core 1 and 2
281
282         `ovs-vsctl set Open_vSwitch . other_config:pmd-cpu-mask=6`
283
284         For more information, please refer to the Open_vSwitch TABLE section in
285
286         `man ovs-vswitchd.conf.db`
287
288         For example, when using dpdk and dpdkvhostuser ports in a bi-directional
289         VM loopback as shown below, spreading the workload over 2 or 4 pmd
290         threads shows significant improvements as there will be more total CPU
291         occupancy available.
292
293         NIC port0 <-> OVS <-> VM <-> OVS <-> NIC port 1
294
295         The following command can be used to confirm that the port/rxq assignment
296         to pmd threads is as required:
297
298         `ovs-appctl dpif-netdev/pmd-rxq-show`
299
300         This can also be checked with:
301
302         ```
303         top -H
304         taskset -p <pid_of_pmd>
305         ```
306
307         To understand where most of the pmd thread time is spent and whether the
308         caches are being utilized, these commands can be used:
309
310         ```
311         # Clear previous stats
312         ovs-appctl dpif-netdev/pmd-stats-clear
313
314         # Check current stats
315         ovs-appctl dpif-netdev/pmd-stats-show
316         ```
317
318   3. DPDK port Rx Queues
319
320         `ovs-vsctl set Interface <DPDK interface> options:n_rxq=<integer>`
321
322         The command above sets the number of rx queues for DPDK interface.
323         The rx queues are assigned to pmd threads on the same NUMA node in a
324         round-robin fashion.  For more information, please refer to the
325         Open_vSwitch TABLE section in
326
327         `man ovs-vswitchd.conf.db`
328
329   4. Exact Match Cache
330
331         Each pmd thread contains one EMC. After initial flow setup in the
332         datapath, the EMC contains a single table and provides the lowest level
333         (fastest) switching for DPDK ports. If there is a miss in the EMC then
334         the next level where switching will occur is the datapath classifier.
335         Missing in the EMC and looking up in the datapath classifier incurs a
336         significant performance penalty. If lookup misses occur in the EMC
337         because it is too small to handle the number of flows, its size can
338         be increased. The EMC size can be modified by editing the define
339         EM_FLOW_HASH_SHIFT in lib/dpif-netdev.c.
340
341         As mentioned above an EMC is per pmd thread. So an alternative way of
342         increasing the aggregate amount of possible flow entries in EMC and
343         avoiding datapath classifier lookups is to have multiple pmd threads
344         running. This can be done as described in section 2.
345
346   5. Compiler options
347
348         The default compiler optimization level is '-O2'. Changing this to
349         more aggressive compiler optimizations such as '-O3' or
350         '-Ofast -march=native' with gcc can produce performance gains.
351
352   6. Simultaneous Multithreading (SMT)
353
354         With SMT enabled, one physical core appears as two logical cores
355         which can improve performance.
356
357         SMT can be utilized to add additional pmd threads without consuming
358         additional physical cores. Additional pmd threads may be added in the
359         same manner as described in section 2. If trying to minimize the use
360         of physical cores for pmd threads, care must be taken to set the
361         correct bits in the pmd-cpu-mask to ensure that the pmd threads are
362         pinned to SMT siblings.
363
364         For example, when using 2x 10 core processors in a dual socket system
365         with HT enabled, /proc/cpuinfo will report 40 logical cores. To use
366         two logical cores which share the same physical core for pmd threads,
367         the following command can be used to identify a pair of logical cores.
368
369         `cat /sys/devices/system/cpu/cpuN/topology/thread_siblings_list`
370
371         where N is the logical core number. In this example, it would show that
372         cores 1 and 21 share the same physical core. The pmd-cpu-mask to enable
373         two pmd threads running on these two logical cores (one physical core)
374         is.
375
376         `ovs-vsctl set Open_vSwitch . other_config:pmd-cpu-mask=100002`
377
378         Note that SMT is enabled by the Hyper-Threading section in the
379         BIOS, and as such will apply to the whole system. So the impact of
380         enabling/disabling it for the whole system should be considered
381         e.g. If workloads on the system can scale across multiple cores,
382         SMT may very beneficial. However, if they do not and perform best
383         on a single physical core, SMT may not be beneficial.
384
385   7. The isolcpus kernel boot parameter
386
387         isolcpus can be used on the kernel bootline to isolate cores from the
388         kernel scheduler and hence dedicate them to OVS or other packet
389         forwarding related workloads. For example a Linux kernel boot-line
390         could be:
391
392         'GRUB_CMDLINE_LINUX_DEFAULT="quiet hugepagesz=1G hugepages=4 default_hugepagesz=1G 'intel_iommu=off' isolcpus=1-19"'
393
394   8. NUMA/Cluster On Die
395
396         Ideally inter NUMA datapaths should be avoided where possible as packets
397         will go across QPI and there may be a slight performance penalty when
398         compared with intra NUMA datapaths. On Intel Xeon Processor E5 v3,
399         Cluster On Die is introduced on models that have 10 cores or more.
400         This makes it possible to logically split a socket into two NUMA regions
401         and again it is preferred where possible to keep critical datapaths
402         within the one cluster.
403
404         It is good practice to ensure that threads that are in the datapath are
405         pinned to cores in the same NUMA area. e.g. pmd threads and QEMU vCPUs
406         responsible for forwarding.
407
408   9. Rx Mergeable buffers
409
410         Rx Mergeable buffers is a virtio feature that allows chaining of multiple
411         virtio descriptors to handle large packet sizes. As such, large packets
412         are handled by reserving and chaining multiple free descriptors
413         together. Mergeable buffer support is negotiated between the virtio
414         driver and virtio device and is supported by the DPDK vhost library.
415         This behavior is typically supported and enabled by default, however
416         in the case where the user knows that rx mergeable buffers are not needed
417         i.e. jumbo frames are not needed, it can be forced off by adding
418         mrg_rxbuf=off to the QEMU command line options. By not reserving multiple
419         chains of descriptors it will make more individual virtio descriptors
420         available for rx to the guest using dpdkvhost ports and this can improve
421         performance.
422
423   10. Packet processing in the guest
424
425         It is good practice whether simply forwarding packets from one
426         interface to another or more complex packet processing in the guest,
427         to ensure that the thread performing this work has as much CPU
428         occupancy as possible. For example when the DPDK sample application
429         `testpmd` is used to forward packets in the guest, multiple QEMU vCPU
430         threads can be created. Taskset can then be used to affinitize the
431         vCPU thread responsible for forwarding to a dedicated core not used
432         for other general processing on the host system.
433
434   11. DPDK virtio pmd in the guest
435
436         dpdkvhostcuse or dpdkvhostuser ports can be used to accelerate the path
437         to the guest using the DPDK vhost library. This library is compatible with
438         virtio-net drivers in the guest but significantly better performance can
439         be observed when using the DPDK virtio pmd driver in the guest. The DPDK
440         `testpmd` application can be used in the guest as an example application
441         that forwards packet from one DPDK vhost port to another. An example of
442         running `testpmd` in the guest can be seen here.
443
444         `./testpmd -c 0x3 -n 4 --socket-mem 512 -- --burst=64 -i --txqflags=0xf00 --disable-hw-vlan --forward-mode=io --auto-start`
445
446         See below information on dpdkvhostcuse and dpdkvhostuser ports.
447         See [DPDK Docs] for more information on `testpmd`.
448
449
450
451 DPDK Rings :
452 ------------
453
454 Following the steps above to create a bridge, you can now add dpdk rings
455 as a port to the vswitch.  OVS will expect the DPDK ring device name to
456 start with dpdkr and end with a portid.
457
458 `ovs-vsctl add-port br0 dpdkr0 -- set Interface dpdkr0 type=dpdkr`
459
460 DPDK rings client test application
461
462 Included in the test directory is a sample DPDK application for testing
463 the rings.  This is from the base dpdk directory and modified to work
464 with the ring naming used within ovs.
465
466 location tests/ovs_client
467
468 To run the client :
469
470 ```
471 cd /usr/src/ovs/tests/
472 ovsclient -c 1 -n 4 --proc-type=secondary -- -n "port id you gave dpdkr"
473 ```
474
475 In the case of the dpdkr example above the "port id you gave dpdkr" is 0.
476
477 It is essential to have --proc-type=secondary
478
479 The application simply receives an mbuf on the receive queue of the
480 ethernet ring and then places that same mbuf on the transmit ring of
481 the ethernet ring.  It is a trivial loopback application.
482
483 DPDK rings in VM (IVSHMEM shared memory communications)
484 -------------------------------------------------------
485
486 In addition to executing the client in the host, you can execute it within
487 a guest VM. To do so you will need a patched qemu.  You can download the
488 patch and getting started guide at :
489
490 https://01.org/packet-processing/downloads
491
492 A general rule of thumb for better performance is that the client
493 application should not be assigned the same dpdk core mask "-c" as
494 the vswitchd.
495
496 DPDK vhost:
497 -----------
498
499 DPDK 2.2 supports two types of vhost:
500
501 1. vhost-user
502 2. vhost-cuse
503
504 Whatever type of vhost is enabled in the DPDK build specified, is the type
505 that will be enabled in OVS. By default, vhost-user is enabled in DPDK.
506 Therefore, unless vhost-cuse has been enabled in DPDK, vhost-user ports
507 will be enabled in OVS.
508 Please note that support for vhost-cuse is intended to be deprecated in OVS
509 in a future release.
510
511 DPDK vhost-user:
512 ----------------
513
514 The following sections describe the use of vhost-user 'dpdkvhostuser' ports
515 with OVS.
516
517 DPDK vhost-user Prerequisites:
518 -------------------------
519
520 1. DPDK 2.2 with vhost support enabled as documented in the "Building and
521    Installing section"
522
523 2. QEMU version v2.1.0+
524
525    QEMU v2.1.0 will suffice, but it is recommended to use v2.2.0 if providing
526    your VM with memory greater than 1GB due to potential issues with memory
527    mapping larger areas.
528
529 Adding DPDK vhost-user ports to the Switch:
530 --------------------------------------
531
532 Following the steps above to create a bridge, you can now add DPDK vhost-user
533 as a port to the vswitch. Unlike DPDK ring ports, DPDK vhost-user ports can
534 have arbitrary names, except that forward and backward slashes are prohibited
535 in the names.
536
537   -  For vhost-user, the name of the port type is `dpdkvhostuser`
538
539      ```
540      ovs-vsctl add-port br0 vhost-user-1 -- set Interface vhost-user-1
541      type=dpdkvhostuser
542      ```
543
544      This action creates a socket located at
545      `/usr/local/var/run/openvswitch/vhost-user-1`, which you must provide
546      to your VM on the QEMU command line. More instructions on this can be
547      found in the next section "DPDK vhost-user VM configuration"
548      Note: If you wish for the vhost-user sockets to be created in a
549      directory other than `/usr/local/var/run/openvswitch`, you may specify
550      another location on the ovs-vswitchd command line like so:
551
552       `./vswitchd/ovs-vswitchd --dpdk -vhost_sock_dir /my-dir -c 0x1 ...`
553
554 DPDK vhost-user VM configuration:
555 ---------------------------------
556 Follow the steps below to attach vhost-user port(s) to a VM.
557
558 1. Configure sockets.
559    Pass the following parameters to QEMU to attach a vhost-user device:
560
561    ```
562    -chardev socket,id=char1,path=/usr/local/var/run/openvswitch/vhost-user-1
563    -netdev type=vhost-user,id=mynet1,chardev=char1,vhostforce
564    -device virtio-net-pci,mac=00:00:00:00:00:01,netdev=mynet1
565    ```
566
567    ...where vhost-user-1 is the name of the vhost-user port added
568    to the switch.
569    Repeat the above parameters for multiple devices, changing the
570    chardev path and id as necessary. Note that a separate and different
571    chardev path needs to be specified for each vhost-user device. For
572    example you have a second vhost-user port named 'vhost-user-2', you
573    append your QEMU command line with an additional set of parameters:
574
575    ```
576    -chardev socket,id=char2,path=/usr/local/var/run/openvswitch/vhost-user-2
577    -netdev type=vhost-user,id=mynet2,chardev=char2,vhostforce
578    -device virtio-net-pci,mac=00:00:00:00:00:02,netdev=mynet2
579    ```
580
581 2. Configure huge pages.
582    QEMU must allocate the VM's memory on hugetlbfs. vhost-user ports access
583    a virtio-net device's virtual rings and packet buffers mapping the VM's
584    physical memory on hugetlbfs. To enable vhost-user ports to map the VM's
585    memory into their process address space, pass the following paramters
586    to QEMU:
587
588    ```
589    -object memory-backend-file,id=mem,size=4096M,mem-path=/dev/hugepages,
590    share=on
591    -numa node,memdev=mem -mem-prealloc
592    ```
593
594 3. Optional: Enable multiqueue support
595    The vhost-user interface must be configured in Open vSwitch with the
596    desired amount of queues with:
597
598    ```
599    ovs-vsctl set Interface vhost-user-2 options:n_rxq=<requested queues>
600    ```
601
602    QEMU needs to be configured as well.
603    The $q below should match the queues requested in OVS (if $q is more,
604    packets will not be received).
605    The $v is the number of vectors, which is '$q x 2 + 2'.
606
607    ```
608    -chardev socket,id=char2,path=/usr/local/var/run/openvswitch/vhost-user-2
609    -netdev type=vhost-user,id=mynet2,chardev=char2,vhostforce,queues=$q
610    -device virtio-net-pci,mac=00:00:00:00:00:02,netdev=mynet2,mq=on,vectors=$v
611    ```
612
613    If one wishes to use multiple queues for an interface in the guest, the
614    driver in the guest operating system must be configured to do so. It is
615    recommended that the number of queues configured be equal to '$q'.
616
617    For example, this can be done for the Linux kernel virtio-net driver with:
618
619    ```
620    ethtool -L <DEV> combined <$q>
621    ```
622
623    A note on the command above:
624
625    `-L`: Changes the numbers of channels of the specified network device
626
627    `combined`: Changes the number of multi-purpose channels.
628
629 DPDK vhost-cuse:
630 ----------------
631
632 The following sections describe the use of vhost-cuse 'dpdkvhostcuse' ports
633 with OVS.
634
635 DPDK vhost-cuse Prerequisites:
636 -------------------------
637
638 1. DPDK 2.2 with vhost support enabled as documented in the "Building and
639    Installing section"
640    As an additional step, you must enable vhost-cuse in DPDK by setting the
641    following additional flag in `config/common_linuxapp`:
642
643    `CONFIG_RTE_LIBRTE_VHOST_USER=n`
644
645    Following this, rebuild DPDK as per the instructions in the "Building and
646    Installing" section. Finally, rebuild OVS as per step 3 in the "Building
647    and Installing" section - OVS will detect that DPDK has vhost-cuse libraries
648    compiled and in turn will enable support for it in the switch and disable
649    vhost-user support.
650
651 2. Insert the Cuse module:
652
653      `modprobe cuse`
654
655 3. Build and insert the `eventfd_link` module:
656
657      ```
658      cd $DPDK_DIR/lib/librte_vhost/eventfd_link/
659      make
660      insmod $DPDK_DIR/lib/librte_vhost/eventfd_link.ko
661      ```
662
663 4. QEMU version v2.1.0+
664
665    vhost-cuse will work with QEMU v2.1.0 and above, however it is recommended to
666    use v2.2.0 if providing your VM with memory greater than 1GB due to potential
667    issues with memory mapping larger areas.
668    Note: QEMU v1.6.2 will also work, with slightly different command line parameters,
669    which are specified later in this document.
670
671 Adding DPDK vhost-cuse ports to the Switch:
672 --------------------------------------
673
674 Following the steps above to create a bridge, you can now add DPDK vhost-cuse
675 as a port to the vswitch. Unlike DPDK ring ports, DPDK vhost-cuse ports can have
676 arbitrary names.
677
678   -  For vhost-cuse, the name of the port type is `dpdkvhostcuse`
679
680      ```
681      ovs-vsctl add-port br0 vhost-cuse-1 -- set Interface vhost-cuse-1
682      type=dpdkvhostcuse
683      ```
684
685      When attaching vhost-cuse ports to QEMU, the name provided during the
686      add-port operation must match the ifname parameter on the QEMU command
687      line. More instructions on this can be found in the next section.
688
689 DPDK vhost-cuse VM configuration:
690 ---------------------------------
691
692    vhost-cuse ports use a Linux* character device to communicate with QEMU.
693    By default it is set to `/dev/vhost-net`. It is possible to reuse this
694    standard device for DPDK vhost, which makes setup a little simpler but it
695    is better practice to specify an alternative character device in order to
696    avoid any conflicts if kernel vhost is to be used in parallel.
697
698 1. This step is only needed if using an alternative character device.
699
700    The new character device filename must be specified on the vswitchd
701    commandline:
702
703         `./vswitchd/ovs-vswitchd --dpdk --cuse_dev_name my-vhost-net -c 0x1 ...`
704
705    Note that the `--cuse_dev_name` argument and associated string must be the first
706    arguments after `--dpdk` and come before the EAL arguments. In the example
707    above, the character device to be used will be `/dev/my-vhost-net`.
708
709 2. This step is only needed if reusing the standard character device. It will
710    conflict with the kernel vhost character device so the user must first
711    remove it.
712
713        `rm -rf /dev/vhost-net`
714
715 3a. Configure virtio-net adaptors:
716    The following parameters must be passed to the QEMU binary:
717
718      ```
719      -netdev tap,id=<id>,script=no,downscript=no,ifname=<name>,vhost=on
720      -device virtio-net-pci,netdev=net1,mac=<mac>
721      ```
722
723      Repeat the above parameters for multiple devices.
724
725      The DPDK vhost library will negiotiate its own features, so they
726      need not be passed in as command line params. Note that as offloads are
727      disabled this is the equivalent of setting:
728
729      `csum=off,gso=off,guest_tso4=off,guest_tso6=off,guest_ecn=off`
730
731 3b. If using an alternative character device. It must be also explicitly
732     passed to QEMU using the `vhostfd` argument:
733
734      ```
735      -netdev tap,id=<id>,script=no,downscript=no,ifname=<name>,vhost=on,
736      vhostfd=<open_fd>
737      -device virtio-net-pci,netdev=net1,mac=<mac>
738      ```
739
740      The open file descriptor must be passed to QEMU running as a child
741      process. This could be done with a simple python script.
742
743        ```
744        #!/usr/bin/python
745        fd = os.open("/dev/usvhost", os.O_RDWR)
746        subprocess.call("qemu-system-x86_64 .... -netdev tap,id=vhostnet0,\
747                         vhost=on,vhostfd=" + fd +"...", shell=True)
748
749    Alternatively the `qemu-wrap.py` script can be used to automate the
750    requirements specified above and can be used in conjunction with libvirt if
751    desired. See the "DPDK vhost VM configuration with QEMU wrapper" section
752    below.
753
754 4. Configure huge pages:
755    QEMU must allocate the VM's memory on hugetlbfs. Vhost ports access a
756    virtio-net device's virtual rings and packet buffers mapping the VM's
757    physical memory on hugetlbfs. To enable vhost-ports to map the VM's
758    memory into their process address space, pass the following parameters
759    to QEMU:
760
761      `-object memory-backend-file,id=mem,size=4096M,mem-path=/dev/hugepages,
762       share=on -numa node,memdev=mem -mem-prealloc`
763
764    Note: For use with an earlier QEMU version such as v1.6.2, use the
765    following to configure hugepages instead:
766
767      `-mem-path /dev/hugepages -mem-prealloc`
768
769 DPDK vhost-cuse VM configuration with QEMU wrapper:
770 ---------------------------------------------------
771 The QEMU wrapper script automatically detects and calls QEMU with the
772 necessary parameters. It performs the following actions:
773
774   * Automatically detects the location of the hugetlbfs and inserts this
775     into the command line parameters.
776   * Automatically open file descriptors for each virtio-net device and
777     inserts this into the command line parameters.
778   * Calls QEMU passing both the command line parameters passed to the
779     script itself and those it has auto-detected.
780
781 Before use, you **must** edit the configuration parameters section of the
782 script to point to the correct emulator location and set additional
783 settings. Of these settings, `emul_path` and `us_vhost_path` **must** be
784 set. All other settings are optional.
785
786 To use directly from the command line simply pass the wrapper some of the
787 QEMU parameters: it will configure the rest. For example:
788
789 ```
790 qemu-wrap.py -cpu host -boot c -hda <disk image> -m 4096 -smp 4
791   --enable-kvm -nographic -vnc none -net none -netdev tap,id=net1,
792   script=no,downscript=no,ifname=if1,vhost=on -device virtio-net-pci,
793   netdev=net1,mac=00:00:00:00:00:01
794 ```
795
796 DPDK vhost-cuse VM configuration with libvirt:
797 ----------------------------------------------
798
799 If you are using libvirt, you must enable libvirt to access the character
800 device by adding it to controllers cgroup for libvirtd using the following
801 steps.
802
803      1. In `/etc/libvirt/qemu.conf` add/edit the following lines:
804
805         ```
806         1) clear_emulator_capabilities = 0
807         2) user = "root"
808         3) group = "root"
809         4) cgroup_device_acl = [
810                "/dev/null", "/dev/full", "/dev/zero",
811                "/dev/random", "/dev/urandom",
812                "/dev/ptmx", "/dev/kvm", "/dev/kqemu",
813                "/dev/rtc", "/dev/hpet", "/dev/net/tun",
814                "/dev/<my-vhost-device>",
815                "/dev/hugepages"]
816         ```
817
818         <my-vhost-device> refers to "vhost-net" if using the `/dev/vhost-net`
819         device. If you have specificed a different name on the ovs-vswitchd
820         commandline using the "--cuse_dev_name" parameter, please specify that
821         filename instead.
822
823      2. Disable SELinux or set to permissive mode
824
825      3. Restart the libvirtd process
826         For example, on Fedora:
827
828           `systemctl restart libvirtd.service`
829
830 After successfully editing the configuration, you may launch your
831 vhost-enabled VM. The XML describing the VM can be configured like so
832 within the <qemu:commandline> section:
833
834      1. Set up shared hugepages:
835
836      ```
837      <qemu:arg value='-object'/>
838      <qemu:arg value='memory-backend-file,id=mem,size=4096M,mem-path=/dev/hugepages,share=on'/>
839      <qemu:arg value='-numa'/>
840      <qemu:arg value='node,memdev=mem'/>
841      <qemu:arg value='-mem-prealloc'/>
842      ```
843
844      2. Set up your tap devices:
845
846      ```
847      <qemu:arg value='-netdev'/>
848      <qemu:arg value='type=tap,id=net1,script=no,downscript=no,ifname=vhost0,vhost=on'/>
849      <qemu:arg value='-device'/>
850      <qemu:arg value='virtio-net-pci,netdev=net1,mac=00:00:00:00:00:01'/>
851      ```
852
853      Repeat for as many devices as are desired, modifying the id, ifname
854      and mac as necessary.
855
856      Again, if you are using an alternative character device (other than
857      `/dev/vhost-net`), please specify the file descriptor like so:
858
859      `<qemu:arg value='type=tap,id=net3,script=no,downscript=no,ifname=vhost0,vhost=on,vhostfd=<open_fd>'/>`
860
861      Where <open_fd> refers to the open file descriptor of the character device.
862      Instructions of how to retrieve the file descriptor can be found in the
863      "DPDK vhost VM configuration" section.
864      Alternatively, the process is automated with the qemu-wrap.py script,
865      detailed in the next section.
866
867 Now you may launch your VM using virt-manager, or like so:
868
869     `virsh create my_vhost_vm.xml`
870
871 DPDK vhost-cuse VM configuration with libvirt and QEMU wrapper:
872 ----------------------------------------------------------
873
874 To use the qemu-wrapper script in conjuntion with libvirt, follow the
875 steps in the previous section before proceeding with the following steps:
876
877   1. Place `qemu-wrap.py` in libvirtd's binary search PATH ($PATH)
878      Ideally in the same directory that the QEMU binary is located.
879
880   2. Ensure that the script has the same owner/group and file permissions
881      as the QEMU binary.
882
883   3. Update the VM xml file using "virsh edit VM.xml"
884
885        1. Set the VM to use the launch script.
886           Set the emulator path contained in the `<emulator><emulator/>` tags.
887           For example, replace:
888
889             `<emulator>/usr/bin/qemu-kvm<emulator/>`
890
891             with:
892
893             `<emulator>/usr/bin/qemu-wrap.py<emulator/>`
894
895   4. Edit the Configuration Parameters section of the script to point to
896   the correct emulator location and set any additional options. If you are
897   using a alternative character device name, please set "us_vhost_path" to the
898   location of that device. The script will automatically detect and insert
899   the correct "vhostfd" value in the QEMU command line arguments.
900
901   5. Use virt-manager to launch the VM
902
903 Running ovs-vswitchd with DPDK backend inside a VM
904 --------------------------------------------------
905
906 Please note that additional configuration is required if you want to run
907 ovs-vswitchd with DPDK backend inside a QEMU virtual machine. Ovs-vswitchd
908 creates separate DPDK TX queues for each CPU core available. This operation
909 fails inside QEMU virtual machine because, by default, VirtIO NIC provided
910 to the guest is configured to support only single TX queue and single RX
911 queue. To change this behavior, you need to turn on 'mq' (multiqueue)
912 property of all virtio-net-pci devices emulated by QEMU and used by DPDK.
913 You may do it manually (by changing QEMU command line) or, if you use Libvirt,
914 by adding the following string:
915
916 `<driver name='vhost' queues='N'/>`
917
918 to <interface> sections of all network devices used by DPDK. Parameter 'N'
919 determines how many queues can be used by the guest.
920
921 Restrictions:
922 -------------
923
924   - Work with 1500 MTU, needs few changes in DPDK lib to fix this issue.
925   - Currently DPDK port does not make use any offload functionality.
926   - DPDK-vHost support works with 1G huge pages.
927
928   ivshmem:
929   - If you run Open vSwitch with smaller page sizes (e.g. 2MB), you may be
930     unable to share any rings or mempools with a virtual machine.
931     This is because the current implementation of ivshmem works by sharing
932     a single 1GB huge page from the host operating system to any guest
933     operating system through the Qemu ivshmem device. When using smaller
934     page sizes, multiple pages may be required to hold the ring descriptors
935     and buffer pools. The Qemu ivshmem device does not allow you to share
936     multiple file descriptors to the guest operating system. However, if you
937     want to share dpdkr rings with other processes on the host, you can do
938     this with smaller page sizes.
939
940   Platform and Network Interface:
941   - By default with DPDK 2.2, a maximum of 64 TX queues can be used with an
942     Intel XL710 Network Interface on a platform with more than 64 logical
943     cores. If a user attempts to add an XL710 interface as a DPDK port type to
944     a system as described above, an error will be reported that initialization
945     failed for the 65th queue. OVS will then roll back to the previous
946     successful queue initialization and use that value as the total number of
947     TX queues available with queue locking. If a user wishes to use more than
948     64 queues and avoid locking, then the
949     `CONFIG_RTE_LIBRTE_I40E_QUEUE_NUM_PER_PF` config parameter in DPDK must be
950     increased to the desired number of queues. Both DPDK and OVS must be
951     recompiled for this change to take effect.
952
953   vHost and QEMU v2.4.0+:
954   - For versions of QEMU v2.4.0 and later, it is currently not possible to
955     unbind more than one dpdkvhostuser port from the guest kernel driver
956     without causing the ovs-vswitchd process to crash. If this is a requirement
957     for your use case, it is recommended either to use a version of QEMU
958     between v2.2.0 and v2.3.1 (inclusive), or alternatively, to apply the
959     following patch to DPDK and rebuild:
960     http://dpdk.org/dev/patchwork/patch/7736/
961     This problem will likely be resolved in Open vSwitch at a later date, when
962     the next release of DPDK (which includes the above patch) is available and
963     integrated into OVS.
964
965 Bug Reporting:
966 --------------
967
968 Please report problems to bugs@openvswitch.org.
969
970 [INSTALL.userspace.md]:INSTALL.userspace.md
971 [INSTALL.md]:INSTALL.md
972 [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
973 [DPDK Docs]: http://dpdk.org/doc