samples/bpf/xdpsock_user.c

   1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0
   2 /* Copyright(c) 2017 - 2018 Intel Corporation. */
   3
   4 #include <asm/barrier.h>
   5 #include <errno.h>
   6 #include <getopt.h>
   7 #include <libgen.h>
   8 #include <linux/bpf.h>
   9 #include <linux/compiler.h>
  10 #include <linux/if_link.h>
  11 #include <linux/if_xdp.h>
  12 #include <linux/if_ether.h>
  13 #include <linux/ip.h>
  14 #include <linux/udp.h>
  15 #include <arpa/inet.h>
  16 #include <locale.h>
  17 #include <net/ethernet.h>
  18 #include <net/if.h>
  19 #include <poll.h>
  20 #include <pthread.h>
  21 #include <signal.h>
  22 #include <stdbool.h>
  23 #include <stdio.h>
  24 #include <stdlib.h>
  25 #include <string.h>
  26 #include <sys/mman.h>
  27 #include <sys/resource.h>
  28 #include <sys/socket.h>
  29 #include <sys/types.h>
  30 #include <time.h>
  31 #include <unistd.h>
  32
  33 #include <bpf/libbpf.h>
  34 #include <bpf/xsk.h>
  35 #include <bpf/bpf.h>
  36 #include "xdpsock.h"
  37
  38 #ifndef SOL_XDP
  39 #define SOL_XDP 283
  40 #endif
  41
  42 #ifndef AF_XDP
  43 #define AF_XDP 44
  44 #endif
  45
  46 #ifndef PF_XDP
  47 #define PF_XDP AF_XDP
  48 #endif
  49
  50 #define NUM_FRAMES (4 * 1024)
  51 #define MIN_PKT_SIZE 64
  52
  53 #define DEBUG_HEXDUMP 0
  54
  55 typedef __u64 u64;
  56 typedef __u32 u32;
  57 typedef __u16 u16;
  58 typedef __u8  u8;
  59
  60 static unsigned long prev_time;
  61
  62 enum benchmark_type {
  63         BENCH_RXDROP = 0,
  64         BENCH_TXONLY = 1,
  65         BENCH_L2FWD = 2,
  66 };
  67
  68 static enum benchmark_type opt_bench = BENCH_RXDROP;
  69 static u32 opt_xdp_flags = XDP_FLAGS_UPDATE_IF_NOEXIST;
  70 static const char *opt_if = "";
  71 static int opt_ifindex;
  72 static int opt_queue;
  73 static unsigned long opt_duration;
  74 static unsigned long start_time;
  75 static bool benchmark_done;
  76 static u32 opt_batch_size = 64;
  77 static int opt_pkt_count;
  78 static u16 opt_pkt_size = MIN_PKT_SIZE;
  79 static u32 opt_pkt_fill_pattern = 0x12345678;
  80 static int opt_poll;
  81 static int opt_interval = 1;
  82 static u32 opt_xdp_bind_flags = XDP_USE_NEED_WAKEUP;
  83 static u32 opt_umem_flags;
  84 static int opt_unaligned_chunks;
  85 static int opt_mmap_flags;
  86 static u32 opt_xdp_bind_flags;
  87 static int opt_xsk_frame_size = XSK_UMEM__DEFAULT_FRAME_SIZE;
  88 static int opt_timeout = 1000;
  89 static bool opt_need_wakeup = true;
  90 static u32 opt_num_xsks = 1;
  91 static u32 prog_id;
  92
  93 struct xsk_umem_info {
  94         struct xsk_ring_prod fq;
  95         struct xsk_ring_cons cq;
  96         struct xsk_umem *umem;
  97         void *buffer;
  98 };
  99
 100 struct xsk_socket_info {
 101         struct xsk_ring_cons rx;
 102         struct xsk_ring_prod tx;
 103         struct xsk_umem_info *umem;
 104         struct xsk_socket *xsk;
 105         unsigned long rx_npkts;
 106         unsigned long tx_npkts;
 107         unsigned long prev_rx_npkts;
 108         unsigned long prev_tx_npkts;
 109         u32 outstanding_tx;
 110 };
 111
 112 static int num_socks;
 113 struct xsk_socket_info *xsks[MAX_SOCKS];
 114
 115 static unsigned long get_nsecs(void)
 116 {
 117         struct timespec ts;
 118
 119         clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC, &ts);
 120         return ts.tv_sec * 1000000000UL + ts.tv_nsec;
 121 }
 122
 123 static void print_benchmark(bool running)
 124 {
 125         const char *bench_str = "INVALID";
 126
 127         if (opt_bench == BENCH_RXDROP)
 128                 bench_str = "rxdrop";
 129         else if (opt_bench == BENCH_TXONLY)
 130                 bench_str = "txonly";
 131         else if (opt_bench == BENCH_L2FWD)
 132                 bench_str = "l2fwd";
 133
 134         printf("%s:%d %s ", opt_if, opt_queue, bench_str);
 135         if (opt_xdp_flags & XDP_FLAGS_SKB_MODE)
 136                 printf("xdp-skb ");
 137         else if (opt_xdp_flags & XDP_FLAGS_DRV_MODE)
 138                 printf("xdp-drv ");
 139         else
 140                 printf("        ");
 141
 142         if (opt_poll)
 143                 printf("poll() ");
 144
 145         if (running) {
 146                 printf("running...");
 147                 fflush(stdout);
 148         }
 149 }
 150
 151 static void dump_stats(void)
 152 {
 153         unsigned long now = get_nsecs();
 154         long dt = now - prev_time;
 155         int i;
 156
 157         prev_time = now;
 158
 159         for (i = 0; i < num_socks && xsks[i]; i++) {
 160                 char *fmt = "%-15s %'-11.0f %'-11lu\n";
 161                 double rx_pps, tx_pps;
 162
 163                 rx_pps = (xsks[i]->rx_npkts - xsks[i]->prev_rx_npkts) *
 164                          1000000000. / dt;
 165                 tx_pps = (xsks[i]->tx_npkts - xsks[i]->prev_tx_npkts) *
 166                          1000000000. / dt;
 167
 168                 printf("\n sock%d@", i);
 169                 print_benchmark(false);
 170                 printf("\n");
 171
 172                 printf("%-15s %-11s %-11s %-11.2f\n", "", "pps", "pkts",
 173                        dt / 1000000000.);
 174                 printf(fmt, "rx", rx_pps, xsks[i]->rx_npkts);
 175                 printf(fmt, "tx", tx_pps, xsks[i]->tx_npkts);
 176
 177                 xsks[i]->prev_rx_npkts = xsks[i]->rx_npkts;
 178                 xsks[i]->prev_tx_npkts = xsks[i]->tx_npkts;
 179         }
 180 }
 181
 182 static bool is_benchmark_done(void)
 183 {
 184         if (opt_duration > 0) {
 185                 unsigned long dt = (get_nsecs() - start_time);
 186
 187                 if (dt >= opt_duration)
 188                         benchmark_done = true;
 189         }
 190         return benchmark_done;
 191 }
 192
 193 static void *poller(void *arg)
 194 {
 195         (void)arg;
 196         while (!is_benchmark_done()) {
 197                 sleep(opt_interval);
 198                 dump_stats();
 199         }
 200
 201         return NULL;
 202 }
 203
 204 static void remove_xdp_program(void)
 205 {
 206         u32 curr_prog_id = 0;
 207
 208         if (bpf_get_link_xdp_id(opt_ifindex, &curr_prog_id, opt_xdp_flags)) {
 209                 printf("bpf_get_link_xdp_id failed\n");
 210                 exit(EXIT_FAILURE);
 211         }
 212         if (prog_id == curr_prog_id)
 213                 bpf_set_link_xdp_fd(opt_ifindex, -1, opt_xdp_flags);
 214         else if (!curr_prog_id)
 215                 printf("couldn't find a prog id on a given interface\n");
 216         else
 217                 printf("program on interface changed, not removing\n");
 218 }
 219
 220 static void int_exit(int sig)
 221 {
 222         benchmark_done = true;
 223 }
 224
 225 static void xdpsock_cleanup(void)
 226 {
 227         struct xsk_umem *umem = xsks[0]->umem->umem;
 228         int i;
 229
 230         dump_stats();
 231         for (i = 0; i < num_socks; i++)
 232                 xsk_socket__delete(xsks[i]->xsk);
 233         (void)xsk_umem__delete(umem);
 234         remove_xdp_program();
 235 }
 236
 237 static void __exit_with_error(int error, const char *file, const char *func,
 238                               int line)
 239 {
 240         fprintf(stderr, "%s:%s:%i: errno: %d/\"%s\"\n", file, func,
 241                 line, error, strerror(error));
 242         dump_stats();
 243         remove_xdp_program();
 244         exit(EXIT_FAILURE);
 245 }
 246
 247 #define exit_with_error(error) __exit_with_error(error, __FILE__, __func__, \
 248                                                  __LINE__)
 249 static void swap_mac_addresses(void *data)
 250 {
 251         struct ether_header *eth = (struct ether_header *)data;
 252         struct ether_addr *src_addr = (struct ether_addr *)&eth->ether_shost;
 253         struct ether_addr *dst_addr = (struct ether_addr *)&eth->ether_dhost;
 254         struct ether_addr tmp;
 255
 256         tmp = *src_addr;
 257         *src_addr = *dst_addr;
 258         *dst_addr = tmp;
 259 }
 260
 261 static void hex_dump(void *pkt, size_t length, u64 addr)
 262 {
 263         const unsigned char *address = (unsigned char *)pkt;
 264         const unsigned char *line = address;
 265         size_t line_size = 32;
 266         unsigned char c;
 267         char buf[32];
 268         int i = 0;
 269
 270         if (!DEBUG_HEXDUMP)
 271                 return;
 272
 273         sprintf(buf, "addr=%llu", addr);
 274         printf("length = %zu\n", length);
 275         printf("%s | ", buf);
 276         while (length-- > 0) {
 277                 printf("%02X ", *address++);
 278                 if (!(++i % line_size) || (length == 0 && i % line_size)) {
 279                         if (length == 0) {
 280                                 while (i++ % line_size)
 281                                         printf("__ ");
 282                         }
 283                         printf(" | ");  /* right close */
 284                         while (line < address) {
 285                                 c = *line++;
 286                                 printf("%c", (c < 33 || c == 255) ? 0x2E : c);
 287                         }
 288                         printf("\n");
 289                         if (length > 0)
 290                                 printf("%s | ", buf);
 291                 }
 292         }
 293         printf("\n");
 294 }
 295
 296 static void *memset32_htonl(void *dest, u32 val, u32 size)
 297 {
 298         u32 *ptr = (u32 *)dest;
 299         int i;
 300
 301         val = htonl(val);
 302
 303         for (i = 0; i < (size & (~0x3)); i += 4)
 304                 ptr[i >> 2] = val;
 305
 306         for (; i < size; i++)
 307                 ((char *)dest)[i] = ((char *)&val)[i & 3];
 308
 309         return dest;
 310 }
 311
 312 /*
 313  * This function code has been taken from
 314  * Linux kernel lib/checksum.c
 315  */
 316 static inline unsigned short from32to16(unsigned int x)
 317 {
 318         /* add up 16-bit and 16-bit for 16+c bit */
 319         x = (x & 0xffff) + (x >> 16);
 320         /* add up carry.. */
 321         x = (x & 0xffff) + (x >> 16);
 322         return x;
 323 }
 324
 325 /*
 326  * This function code has been taken from
 327  * Linux kernel lib/checksum.c
 328  */
 329 static unsigned int do_csum(const unsigned char *buff, int len)
 330 {
 331         unsigned int result = 0;
 332         int odd;
 333
 334         if (len <= 0)
 335                 goto out;
 336         odd = 1 & (unsigned long)buff;
 337         if (odd) {
 338 #ifdef __LITTLE_ENDIAN
 339                 result += (*buff << 8);
 340 #else
 341                 result = *buff;
 342 #endif
 343                 len--;
 344                 buff++;
 345         }
 346         if (len >= 2) {
 347                 if (2 & (unsigned long)buff) {
 348                         result += *(unsigned short *)buff;
 349                         len -= 2;
 350                         buff += 2;
 351                 }
 352                 if (len >= 4) {
 353                         const unsigned char *end = buff +
 354                                                    ((unsigned int)len & ~3);
 355                         unsigned int carry = 0;
 356
 357                         do {
 358                                 unsigned int w = *(unsigned int *)buff;
 359
 360                                 buff += 4;
 361                                 result += carry;
 362                                 result += w;
 363                                 carry = (w > result);
 364                         } while (buff < end);
 365                         result += carry;
 366                         result = (result & 0xffff) + (result >> 16);
 367                 }
 368                 if (len & 2) {
 369                         result += *(unsigned short *)buff;
 370                         buff += 2;
 371                 }
 372         }
 373         if (len & 1)
 374 #ifdef __LITTLE_ENDIAN
 375                 result += *buff;
 376 #else
 377                 result += (*buff << 8);
 378 #endif
 379         result = from32to16(result);
 380         if (odd)
 381                 result = ((result >> 8) & 0xff) | ((result & 0xff) << 8);
 382 out:
 383         return result;
 384 }
 385
 386 __sum16 ip_fast_csum(const void *iph, unsigned int ihl);
 387
 388 /*
 389  *      This is a version of ip_compute_csum() optimized for IP headers,
 390  *      which always checksum on 4 octet boundaries.
 391  *      This function code has been taken from
 392  *      Linux kernel lib/checksum.c
 393  */
 394 __sum16 ip_fast_csum(const void *iph, unsigned int ihl)
 395 {
 396         return (__force __sum16)~do_csum(iph, ihl * 4);
 397 }
 398
 399 /*
 400  * Fold a partial checksum
 401  * This function code has been taken from
 402  * Linux kernel include/asm-generic/checksum.h
 403  */
 404 static inline __sum16 csum_fold(__wsum csum)
 405 {
 406         u32 sum = (__force u32)csum;
 407
 408         sum = (sum & 0xffff) + (sum >> 16);
 409         sum = (sum & 0xffff) + (sum >> 16);
 410         return (__force __sum16)~sum;
 411 }
 412
 413 /*
 414  * This function code has been taken from
 415  * Linux kernel lib/checksum.c
 416  */
 417 static inline u32 from64to32(u64 x)
 418 {
 419         /* add up 32-bit and 32-bit for 32+c bit */
 420         x = (x & 0xffffffff) + (x >> 32);
 421         /* add up carry.. */
 422         x = (x & 0xffffffff) + (x >> 32);
 423         return (u32)x;
 424 }
 425
 426 __wsum csum_tcpudp_nofold(__be32 saddr, __be32 daddr,
 427                           __u32 len, __u8 proto, __wsum sum);
 428
 429 /*
 430  * This function code has been taken from
 431  * Linux kernel lib/checksum.c
 432  */
 433 __wsum csum_tcpudp_nofold(__be32 saddr, __be32 daddr,
 434                           __u32 len, __u8 proto, __wsum sum)
 435 {
 436         unsigned long long s = (__force u32)sum;
 437
 438         s += (__force u32)saddr;
 439         s += (__force u32)daddr;
 440 #ifdef __BIG_ENDIAN__
 441         s += proto + len;
 442 #else
 443         s += (proto + len) << 8;
 444 #endif
 445         return (__force __wsum)from64to32(s);
 446 }
 447
 448 /*
 449  * This function has been taken from
 450  * Linux kernel include/asm-generic/checksum.h
 451  */
 452 static inline __sum16
 453 csum_tcpudp_magic(__be32 saddr, __be32 daddr, __u32 len,
 454                   __u8 proto, __wsum sum)
 455 {
 456         return csum_fold(csum_tcpudp_nofold(saddr, daddr, len, proto, sum));
 457 }
 458
 459 static inline u16 udp_csum(u32 saddr, u32 daddr, u32 len,
 460                            u8 proto, u16 *udp_pkt)
 461 {
 462         u32 csum = 0;
 463         u32 cnt = 0;
 464
 465         /* udp hdr and data */
 466         for (; cnt < len; cnt += 2)
 467                 csum += udp_pkt[cnt >> 1];
 468
 469         return csum_tcpudp_magic(saddr, daddr, len, proto, csum);
 470 }
 471
 472 #define ETH_FCS_SIZE 4
 473
 474 #define PKT_HDR_SIZE (sizeof(struct ethhdr) + sizeof(struct iphdr) + \
 475                       sizeof(struct udphdr))
 476
 477 #define PKT_SIZE                (opt_pkt_size - ETH_FCS_SIZE)
 478 #define IP_PKT_SIZE             (PKT_SIZE - sizeof(struct ethhdr))
 479 #define UDP_PKT_SIZE            (IP_PKT_SIZE - sizeof(struct iphdr))
 480 #define UDP_PKT_DATA_SIZE       (UDP_PKT_SIZE - sizeof(struct udphdr))
 481
 482 static u8 pkt_data[XSK_UMEM__DEFAULT_FRAME_SIZE];
 483
 484 static void gen_eth_hdr_data(void)
 485 {
 486         struct udphdr *udp_hdr = (struct udphdr *)(pkt_data +
 487                                                    sizeof(struct ethhdr) +
 488                                                    sizeof(struct iphdr));
 489         struct iphdr *ip_hdr = (struct iphdr *)(pkt_data +
 490                                                 sizeof(struct ethhdr));
 491         struct ethhdr *eth_hdr = (struct ethhdr *)pkt_data;
 492
 493         /* ethernet header */
 494         memcpy(eth_hdr->h_dest, "\x3c\xfd\xfe\x9e\x7f\x71", ETH_ALEN);
 495         memcpy(eth_hdr->h_source, "\xec\xb1\xd7\x98\x3a\xc0", ETH_ALEN);
 496         eth_hdr->h_proto = htons(ETH_P_IP);
 497
 498         /* IP header */
 499         ip_hdr->version = IPVERSION;
 500         ip_hdr->ihl = 0x5; /* 20 byte header */
 501         ip_hdr->tos = 0x0;
 502         ip_hdr->tot_len = htons(IP_PKT_SIZE);
 503         ip_hdr->id = 0;
 504         ip_hdr->frag_off = 0;
 505         ip_hdr->ttl = IPDEFTTL;
 506         ip_hdr->protocol = IPPROTO_UDP;
 507         ip_hdr->saddr = htonl(0x0a0a0a10);
 508         ip_hdr->daddr = htonl(0x0a0a0a20);
 509
 510         /* IP header checksum */
 511         ip_hdr->check = 0;
 512         ip_hdr->check = ip_fast_csum((const void *)ip_hdr, ip_hdr->ihl);
 513
 514         /* UDP header */
 515         udp_hdr->source = htons(0x1000);
 516         udp_hdr->dest = htons(0x1000);
 517         udp_hdr->len = htons(UDP_PKT_SIZE);
 518
 519         /* UDP data */
 520         memset32_htonl(pkt_data + PKT_HDR_SIZE, opt_pkt_fill_pattern,
 521                        UDP_PKT_DATA_SIZE);
 522
 523         /* UDP header checksum */
 524         udp_hdr->check = 0;
 525         udp_hdr->check = udp_csum(ip_hdr->saddr, ip_hdr->daddr, UDP_PKT_SIZE,
 526                                   IPPROTO_UDP, (u16 *)udp_hdr);
 527 }
 528
 529 static void gen_eth_frame(struct xsk_umem_info *umem, u64 addr)
 530 {
 531         memcpy(xsk_umem__get_data(umem->buffer, addr), pkt_data,
 532                PKT_SIZE);
 533 }
 534
 535 static struct xsk_umem_info *xsk_configure_umem(void *buffer, u64 size)
 536 {
 537         struct xsk_umem_info *umem;
 538         struct xsk_umem_config cfg = {
 539                 .fill_size = XSK_RING_PROD__DEFAULT_NUM_DESCS,
 540                 .comp_size = XSK_RING_CONS__DEFAULT_NUM_DESCS,
 541                 .frame_size = opt_xsk_frame_size,
 542                 .frame_headroom = XSK_UMEM__DEFAULT_FRAME_HEADROOM,
 543                 .flags = opt_umem_flags
 544         };
 545         int ret;
 546
 547         umem = calloc(1, sizeof(*umem));
 548         if (!umem)
 549                 exit_with_error(errno);
 550
 551         ret = xsk_umem__create(&umem->umem, buffer, size, &umem->fq, &umem->cq,
 552                                &cfg);
 553         if (ret)
 554                 exit_with_error(-ret);
 555
 556         umem->buffer = buffer;
 557         return umem;
 558 }
 559
 560 static void xsk_populate_fill_ring(struct xsk_umem_info *umem)
 561 {
 562         int ret, i;
 563         u32 idx;
 564
 565         ret = xsk_ring_prod__reserve(&umem->fq,
 566                                      XSK_RING_PROD__DEFAULT_NUM_DESCS, &idx);
 567         if (ret != XSK_RING_PROD__DEFAULT_NUM_DESCS)
 568                 exit_with_error(-ret);
 569         for (i = 0; i < XSK_RING_PROD__DEFAULT_NUM_DESCS; i++)
 570                 *xsk_ring_prod__fill_addr(&umem->fq, idx++) =
 571                         i * opt_xsk_frame_size;
 572         xsk_ring_prod__submit(&umem->fq, XSK_RING_PROD__DEFAULT_NUM_DESCS);
 573 }
 574
 575 static struct xsk_socket_info *xsk_configure_socket(struct xsk_umem_info *umem,
 576                                                     bool rx, bool tx)
 577 {
 578         struct xsk_socket_config cfg;
 579         struct xsk_socket_info *xsk;
 580         struct xsk_ring_cons *rxr;
 581         struct xsk_ring_prod *txr;
 582         int ret;
 583
 584         xsk = calloc(1, sizeof(*xsk));
 585         if (!xsk)
 586                 exit_with_error(errno);
 587
 588         xsk->umem = umem;
 589         cfg.rx_size = XSK_RING_CONS__DEFAULT_NUM_DESCS;
 590         cfg.tx_size = XSK_RING_PROD__DEFAULT_NUM_DESCS;
 591         if (opt_num_xsks > 1)
 592                 cfg.libbpf_flags = XSK_LIBBPF_FLAGS__INHIBIT_PROG_LOAD;
 593         else
 594                 cfg.libbpf_flags = 0;
 595         cfg.xdp_flags = opt_xdp_flags;
 596         cfg.bind_flags = opt_xdp_bind_flags;
 597
 598         rxr = rx ? &xsk->rx : NULL;
 599         txr = tx ? &xsk->tx : NULL;
 600         ret = xsk_socket__create(&xsk->xsk, opt_if, opt_queue, umem->umem,
 601                                  rxr, txr, &cfg);
 602         if (ret)
 603                 exit_with_error(-ret);
 604
 605         ret = bpf_get_link_xdp_id(opt_ifindex, &prog_id, opt_xdp_flags);
 606         if (ret)
 607                 exit_with_error(-ret);
 608
 609         return xsk;
 610 }
 611
 612 static struct option long_options[] = {
 613         {"rxdrop", no_argument, 0, 'r'},
 614         {"txonly", no_argument, 0, 't'},
 615         {"l2fwd", no_argument, 0, 'l'},
 616         {"interface", required_argument, 0, 'i'},
 617         {"queue", required_argument, 0, 'q'},
 618         {"poll", no_argument, 0, 'p'},
 619         {"xdp-skb", no_argument, 0, 'S'},
 620         {"xdp-native", no_argument, 0, 'N'},
 621         {"interval", required_argument, 0, 'n'},
 622         {"zero-copy", no_argument, 0, 'z'},
 623         {"copy", no_argument, 0, 'c'},
 624         {"frame-size", required_argument, 0, 'f'},
 625         {"no-need-wakeup", no_argument, 0, 'm'},
 626         {"unaligned", no_argument, 0, 'u'},
 627         {"shared-umem", no_argument, 0, 'M'},
 628         {"force", no_argument, 0, 'F'},
 629         {"duration", required_argument, 0, 'd'},
 630         {"batch-size", required_argument, 0, 'b'},
 631         {"tx-pkt-count", required_argument, 0, 'C'},
 632         {"tx-pkt-size", required_argument, 0, 's'},
 633         {"tx-pkt-pattern", required_argument, 0, 'P'},
 634         {0, 0, 0, 0}
 635 };
 636
 637 static void usage(const char *prog)
 638 {
 639         const char *str =
 640                 "  Usage: %s [OPTIONS]\n"
 641                 "  Options:\n"
 642                 "  -r, --rxdrop         Discard all incoming packets (default)\n"
 643                 "  -t, --txonly         Only send packets\n"
 644                 "  -l, --l2fwd          MAC swap L2 forwarding\n"
 645                 "  -i, --interface=n    Run on interface n\n"
 646                 "  -q, --queue=n        Use queue n (default 0)\n"
 647                 "  -p, --poll           Use poll syscall\n"
 648                 "  -S, --xdp-skb=n      Use XDP skb-mod\n"
 649                 "  -N, --xdp-native=n   Enforce XDP native mode\n"
 650                 "  -n, --interval=n     Specify statistics update interval (default 1 sec).\n"
 651                 "  -z, --zero-copy      Force zero-copy mode.\n"
 652                 "  -c, --copy           Force copy mode.\n"
 653                 "  -m, --no-need-wakeup Turn off use of driver need wakeup flag.\n"
 654                 "  -f, --frame-size=n   Set the frame size (must be a power of two in aligned mode, default is %d).\n"
 655                 "  -u, --unaligned      Enable unaligned chunk placement\n"
 656                 "  -M, --shared-umem    Enable XDP_SHARED_UMEM\n"
 657                 "  -F, --force          Force loading the XDP prog\n"
 658                 "  -d, --duration=n     Duration in secs to run command.\n"
 659                 "                       Default: forever.\n"
 660                 "  -b, --batch-size=n   Batch size for sending or receiving\n"
 661                 "                       packets. Default: %d\n"
 662                 "  -C, --tx-pkt-count=n Number of packets to send.\n"
 663                 "                       Default: Continuous packets.\n"
 664                 "  -s, --tx-pkt-size=n  Transmit packet size.\n"
 665                 "                       (Default: %d bytes)\n"
 666                 "                       Min size: %d, Max size %d.\n"
 667                 "  -P, --tx-pkt-pattern=nPacket fill pattern. Default: 0x%x\n"
 668                 "\n";
 669         fprintf(stderr, str, prog, XSK_UMEM__DEFAULT_FRAME_SIZE,
 670                 opt_batch_size, MIN_PKT_SIZE, MIN_PKT_SIZE,
 671                 XSK_UMEM__DEFAULT_FRAME_SIZE, opt_pkt_fill_pattern);
 672
 673         exit(EXIT_FAILURE);
 674 }
 675
 676 static void parse_command_line(int argc, char **argv)
 677 {
 678         int option_index, c;
 679
 680         opterr = 0;
 681
 682         for (;;) {
 683                 c = getopt_long(argc, argv, "Frtli:q:pSNn:czf:muMd:b:C:s:P:",
 684                                 long_options, &option_index);
 685                 if (c == -1)
 686                         break;
 687
 688                 switch (c) {
 689                 case 'r':
 690                         opt_bench = BENCH_RXDROP;
 691                         break;
 692                 case 't':
 693                         opt_bench = BENCH_TXONLY;
 694                         break;
 695                 case 'l':
 696                         opt_bench = BENCH_L2FWD;
 697                         break;
 698                 case 'i':
 699                         opt_if = optarg;
 700                         break;
 701                 case 'q':
 702                         opt_queue = atoi(optarg);
 703                         break;
 704                 case 'p':
 705                         opt_poll = 1;
 706                         break;
 707                 case 'S':
 708                         opt_xdp_flags |= XDP_FLAGS_SKB_MODE;
 709                         opt_xdp_bind_flags |= XDP_COPY;
 710                         break;
 711                 case 'N':
 712                         /* default, set below */
 713                         break;
 714                 case 'n':
 715                         opt_interval = atoi(optarg);
 716                         break;
 717                 case 'z':
 718                         opt_xdp_bind_flags |= XDP_ZEROCOPY;
 719                         break;
 720                 case 'c':
 721                         opt_xdp_bind_flags |= XDP_COPY;
 722                         break;
 723                 case 'u':
 724                         opt_umem_flags |= XDP_UMEM_UNALIGNED_CHUNK_FLAG;
 725                         opt_unaligned_chunks = 1;
 726                         opt_mmap_flags = MAP_HUGETLB;
 727                         break;
 728                 case 'F':
 729                         opt_xdp_flags &= ~XDP_FLAGS_UPDATE_IF_NOEXIST;
 730                         break;
 731                 case 'f':
 732                         opt_xsk_frame_size = atoi(optarg);
 733                         break;
 734                 case 'm':
 735                         opt_need_wakeup = false;
 736                         opt_xdp_bind_flags &= ~XDP_USE_NEED_WAKEUP;
 737                         break;
 738                 case 'M':
 739                         opt_num_xsks = MAX_SOCKS;
 740                         break;
 741                 case 'd':
 742                         opt_duration = atoi(optarg);
 743                         opt_duration *= 1000000000;
 744                         break;
 745                 case 'b':
 746                         opt_batch_size = atoi(optarg);
 747                         break;
 748                 case 'C':
 749                         opt_pkt_count = atoi(optarg);
 750                         break;
 751                 case 's':
 752                         opt_pkt_size = atoi(optarg);
 753                         if (opt_pkt_size > (XSK_UMEM__DEFAULT_FRAME_SIZE) ||
 754                             opt_pkt_size < MIN_PKT_SIZE) {
 755                                 fprintf(stderr,
 756                                         "ERROR: Invalid frame size %d\n",
 757                                         opt_pkt_size);
 758                                 usage(basename(argv[0]));
 759                         }
 760                         break;
 761                 case 'P':
 762                         opt_pkt_fill_pattern = strtol(optarg, NULL, 16);
 763                         break;
 764                 default:
 765                         usage(basename(argv[0]));
 766                 }
 767         }
 768
 769         if (!(opt_xdp_flags & XDP_FLAGS_SKB_MODE))
 770                 opt_xdp_flags |= XDP_FLAGS_DRV_MODE;
 771
 772         opt_ifindex = if_nametoindex(opt_if);
 773         if (!opt_ifindex) {
 774                 fprintf(stderr, "ERROR: interface \"%s\" does not exist\n",
 775                         opt_if);
 776                 usage(basename(argv[0]));
 777         }
 778
 779         if ((opt_xsk_frame_size & (opt_xsk_frame_size - 1)) &&
 780             !opt_unaligned_chunks) {
 781                 fprintf(stderr, "--frame-size=%d is not a power of two\n",
 782                         opt_xsk_frame_size);
 783                 usage(basename(argv[0]));
 784         }
 785 }
 786
 787 static void kick_tx(struct xsk_socket_info *xsk)
 788 {
 789         int ret;
 790
 791         ret = sendto(xsk_socket__fd(xsk->xsk), NULL, 0, MSG_DONTWAIT, NULL, 0);
 792         if (ret >= 0 || errno == ENOBUFS || errno == EAGAIN || errno == EBUSY)
 793                 return;
 794         exit_with_error(errno);
 795 }
 796
 797 static inline void complete_tx_l2fwd(struct xsk_socket_info *xsk,
 798                                      struct pollfd *fds)
 799 {
 800         struct xsk_umem_info *umem = xsk->umem;
 801         u32 idx_cq = 0, idx_fq = 0;
 802         unsigned int rcvd;
 803         size_t ndescs;
 804
 805         if (!xsk->outstanding_tx)
 806                 return;
 807
 808         if (!opt_need_wakeup || xsk_ring_prod__needs_wakeup(&xsk->tx))
 809                 kick_tx(xsk);
 810
 811         ndescs = (xsk->outstanding_tx > opt_batch_size) ? opt_batch_size :
 812                 xsk->outstanding_tx;
 813
 814         /* re-add completed Tx buffers */
 815         rcvd = xsk_ring_cons__peek(&umem->cq, ndescs, &idx_cq);
 816         if (rcvd > 0) {
 817                 unsigned int i;
 818                 int ret;
 819
 820                 ret = xsk_ring_prod__reserve(&umem->fq, rcvd, &idx_fq);
 821                 while (ret != rcvd) {
 822                         if (ret < 0)
 823                                 exit_with_error(-ret);
 824                         if (xsk_ring_prod__needs_wakeup(&umem->fq))
 825                                 ret = poll(fds, num_socks, opt_timeout);
 826                         ret = xsk_ring_prod__reserve(&umem->fq, rcvd, &idx_fq);
 827                 }
 828
 829                 for (i = 0; i < rcvd; i++)
 830                         *xsk_ring_prod__fill_addr(&umem->fq, idx_fq++) =
 831                                 *xsk_ring_cons__comp_addr(&umem->cq, idx_cq++);
 832
 833                 xsk_ring_prod__submit(&xsk->umem->fq, rcvd);
 834                 xsk_ring_cons__release(&xsk->umem->cq, rcvd);
 835                 xsk->outstanding_tx -= rcvd;
 836                 xsk->tx_npkts += rcvd;
 837         }
 838 }
 839
 840 static inline void complete_tx_only(struct xsk_socket_info *xsk,
 841                                     int batch_size)
 842 {
 843         unsigned int rcvd;
 844         u32 idx;
 845
 846         if (!xsk->outstanding_tx)
 847                 return;
 848
 849         if (!opt_need_wakeup || xsk_ring_prod__needs_wakeup(&xsk->tx))
 850                 kick_tx(xsk);
 851
 852         rcvd = xsk_ring_cons__peek(&xsk->umem->cq, batch_size, &idx);
 853         if (rcvd > 0) {
 854                 xsk_ring_cons__release(&xsk->umem->cq, rcvd);
 855                 xsk->outstanding_tx -= rcvd;
 856                 xsk->tx_npkts += rcvd;
 857         }
 858 }
 859
 860 static void rx_drop(struct xsk_socket_info *xsk, struct pollfd *fds)
 861 {
 862         unsigned int rcvd, i;
 863         u32 idx_rx = 0, idx_fq = 0;
 864         int ret;
 865
 866         rcvd = xsk_ring_cons__peek(&xsk->rx, opt_batch_size, &idx_rx);
 867         if (!rcvd) {
 868                 if (xsk_ring_prod__needs_wakeup(&xsk->umem->fq))
 869                         ret = poll(fds, num_socks, opt_timeout);
 870                 return;
 871         }
 872
 873         ret = xsk_ring_prod__reserve(&xsk->umem->fq, rcvd, &idx_fq);
 874         while (ret != rcvd) {
 875                 if (ret < 0)
 876                         exit_with_error(-ret);
 877                 if (xsk_ring_prod__needs_wakeup(&xsk->umem->fq))
 878                         ret = poll(fds, num_socks, opt_timeout);
 879                 ret = xsk_ring_prod__reserve(&xsk->umem->fq, rcvd, &idx_fq);
 880         }
 881
 882         for (i = 0; i < rcvd; i++) {
 883                 u64 addr = xsk_ring_cons__rx_desc(&xsk->rx, idx_rx)->addr;
 884                 u32 len = xsk_ring_cons__rx_desc(&xsk->rx, idx_rx++)->len;
 885                 u64 orig = xsk_umem__extract_addr(addr);
 886
 887                 addr = xsk_umem__add_offset_to_addr(addr);
 888                 char *pkt = xsk_umem__get_data(xsk->umem->buffer, addr);
 889
 890                 hex_dump(pkt, len, addr);
 891                 *xsk_ring_prod__fill_addr(&xsk->umem->fq, idx_fq++) = orig;
 892         }
 893
 894         xsk_ring_prod__submit(&xsk->umem->fq, rcvd);
 895         xsk_ring_cons__release(&xsk->rx, rcvd);
 896         xsk->rx_npkts += rcvd;
 897 }
 898
 899 static void rx_drop_all(void)
 900 {
 901         struct pollfd fds[MAX_SOCKS] = {};
 902         int i, ret;
 903
 904         for (i = 0; i < num_socks; i++) {
 905                 fds[i].fd = xsk_socket__fd(xsks[i]->xsk);
 906                 fds[i].events = POLLIN;
 907         }
 908
 909         for (;;) {
 910                 if (opt_poll) {
 911                         ret = poll(fds, num_socks, opt_timeout);
 912                         if (ret <= 0)
 913                                 continue;
 914                 }
 915
 916                 for (i = 0; i < num_socks; i++)
 917                         rx_drop(xsks[i], fds);
 918
 919                 if (benchmark_done)
 920                         break;
 921         }
 922 }
 923
 924 static void tx_only(struct xsk_socket_info *xsk, u32 frame_nb, int batch_size)
 925 {
 926         u32 idx;
 927         unsigned int i;
 928
 929         while (xsk_ring_prod__reserve(&xsk->tx, batch_size, &idx) <
 930                                       batch_size) {
 931                 complete_tx_only(xsk, batch_size);
 932         }
 933
 934         for (i = 0; i < batch_size; i++) {
 935                 struct xdp_desc *tx_desc = xsk_ring_prod__tx_desc(&xsk->tx,
 936                                                                   idx + i);
 937                 tx_desc->addr = (frame_nb + i) << XSK_UMEM__DEFAULT_FRAME_SHIFT;
 938                 tx_desc->len = PKT_SIZE;
 939         }
 940
 941         xsk_ring_prod__submit(&xsk->tx, batch_size);
 942         xsk->outstanding_tx += batch_size;
 943         frame_nb += batch_size;
 944         frame_nb %= NUM_FRAMES;
 945         complete_tx_only(xsk, batch_size);
 946 }
 947
 948 static inline int get_batch_size(int pkt_cnt)
 949 {
 950         if (!opt_pkt_count)
 951                 return opt_batch_size;
 952
 953         if (pkt_cnt + opt_batch_size <= opt_pkt_count)
 954                 return opt_batch_size;
 955
 956         return opt_pkt_count - pkt_cnt;
 957 }
 958
 959 static void complete_tx_only_all(void)
 960 {
 961         bool pending;
 962         int i;
 963
 964         do {
 965                 pending = false;
 966                 for (i = 0; i < num_socks; i++) {
 967                         if (xsks[i]->outstanding_tx) {
 968                                 complete_tx_only(xsks[i], opt_batch_size);
 969                                 pending = !!xsks[i]->outstanding_tx;
 970                         }
 971                 }
 972         } while (pending);
 973 }
 974
 975 static void tx_only_all(void)
 976 {
 977         struct pollfd fds[MAX_SOCKS] = {};
 978         u32 frame_nb[MAX_SOCKS] = {};
 979         int pkt_cnt = 0;
 980         int i, ret;
 981
 982         for (i = 0; i < num_socks; i++) {
 983                 fds[0].fd = xsk_socket__fd(xsks[i]->xsk);
 984                 fds[0].events = POLLOUT;
 985         }
 986
 987         while ((opt_pkt_count && pkt_cnt < opt_pkt_count) || !opt_pkt_count) {
 988                 int batch_size = get_batch_size(pkt_cnt);
 989
 990                 if (opt_poll) {
 991                         ret = poll(fds, num_socks, opt_timeout);
 992                         if (ret <= 0)
 993                                 continue;
 994
 995                         if (!(fds[0].revents & POLLOUT))
 996                                 continue;
 997                 }
 998
 999                 for (i = 0; i < num_socks; i++)
1000                         tx_only(xsks[i], frame_nb[i], batch_size);
1001
1002                 pkt_cnt += batch_size;
1003
1004                 if (benchmark_done)
1005                         break;
1006         }
1007
1008         if (opt_pkt_count)
1009                 complete_tx_only_all();
1010 }
1011
1012 static void l2fwd(struct xsk_socket_info *xsk, struct pollfd *fds)
1013 {
1014         unsigned int rcvd, i;
1015         u32 idx_rx = 0, idx_tx = 0;
1016         int ret;
1017
1018         complete_tx_l2fwd(xsk, fds);
1019
1020         rcvd = xsk_ring_cons__peek(&xsk->rx, opt_batch_size, &idx_rx);
1021         if (!rcvd) {
1022                 if (xsk_ring_prod__needs_wakeup(&xsk->umem->fq))
1023                         ret = poll(fds, num_socks, opt_timeout);
1024                 return;
1025         }
1026
1027         ret = xsk_ring_prod__reserve(&xsk->tx, rcvd, &idx_tx);
1028         while (ret != rcvd) {
1029                 if (ret < 0)
1030                         exit_with_error(-ret);
1031                 if (xsk_ring_prod__needs_wakeup(&xsk->tx))
1032                         kick_tx(xsk);
1033                 ret = xsk_ring_prod__reserve(&xsk->tx, rcvd, &idx_tx);
1034         }
1035
1036         for (i = 0; i < rcvd; i++) {
1037                 u64 addr = xsk_ring_cons__rx_desc(&xsk->rx, idx_rx)->addr;
1038                 u32 len = xsk_ring_cons__rx_desc(&xsk->rx, idx_rx++)->len;
1039                 u64 orig = addr;
1040
1041                 addr = xsk_umem__add_offset_to_addr(addr);
1042                 char *pkt = xsk_umem__get_data(xsk->umem->buffer, addr);
1043
1044                 swap_mac_addresses(pkt);
1045
1046                 hex_dump(pkt, len, addr);
1047                 xsk_ring_prod__tx_desc(&xsk->tx, idx_tx)->addr = orig;
1048                 xsk_ring_prod__tx_desc(&xsk->tx, idx_tx++)->len = len;
1049         }
1050
1051         xsk_ring_prod__submit(&xsk->tx, rcvd);
1052         xsk_ring_cons__release(&xsk->rx, rcvd);
1053
1054         xsk->rx_npkts += rcvd;
1055         xsk->outstanding_tx += rcvd;
1056 }
1057
1058 static void l2fwd_all(void)
1059 {
1060         struct pollfd fds[MAX_SOCKS] = {};
1061         int i, ret;
1062
1063         for (i = 0; i < num_socks; i++) {
1064                 fds[i].fd = xsk_socket__fd(xsks[i]->xsk);
1065                 fds[i].events = POLLOUT | POLLIN;
1066         }
1067
1068         for (;;) {
1069                 if (opt_poll) {
1070                         ret = poll(fds, num_socks, opt_timeout);
1071                         if (ret <= 0)
1072                                 continue;
1073                 }
1074
1075                 for (i = 0; i < num_socks; i++)
1076                         l2fwd(xsks[i], fds);
1077
1078                 if (benchmark_done)
1079                         break;
1080         }
1081 }
1082
1083 static void load_xdp_program(char **argv, struct bpf_object **obj)
1084 {
1085         struct bpf_prog_load_attr prog_load_attr = {
1086                 .prog_type      = BPF_PROG_TYPE_XDP,
1087         };
1088         char xdp_filename[256];
1089         int prog_fd;
1090
1091         snprintf(xdp_filename, sizeof(xdp_filename), "%s_kern.o", argv[0]);
1092         prog_load_attr.file = xdp_filename;
1093
1094         if (bpf_prog_load_xattr(&prog_load_attr, obj, &prog_fd))
1095                 exit(EXIT_FAILURE);
1096         if (prog_fd < 0) {
1097                 fprintf(stderr, "ERROR: no program found: %s\n",
1098                         strerror(prog_fd));
1099                 exit(EXIT_FAILURE);
1100         }
1101
1102         if (bpf_set_link_xdp_fd(opt_ifindex, prog_fd, opt_xdp_flags) < 0) {
1103                 fprintf(stderr, "ERROR: link set xdp fd failed\n");
1104                 exit(EXIT_FAILURE);
1105         }
1106 }
1107
1108 static void enter_xsks_into_map(struct bpf_object *obj)
1109 {
1110         struct bpf_map *map;
1111         int i, xsks_map;
1112
1113         map = bpf_object__find_map_by_name(obj, "xsks_map");
1114         xsks_map = bpf_map__fd(map);
1115         if (xsks_map < 0) {
1116                 fprintf(stderr, "ERROR: no xsks map found: %s\n",
1117                         strerror(xsks_map));
1118                         exit(EXIT_FAILURE);
1119         }
1120
1121         for (i = 0; i < num_socks; i++) {
1122                 int fd = xsk_socket__fd(xsks[i]->xsk);
1123                 int key, ret;
1124
1125                 key = i;
1126                 ret = bpf_map_update_elem(xsks_map, &key, &fd, 0);
1127                 if (ret) {
1128                         fprintf(stderr, "ERROR: bpf_map_update_elem %d\n", i);
1129                         exit(EXIT_FAILURE);
1130                 }
1131         }
1132 }
1133
1134 int main(int argc, char **argv)
1135 {
1136         struct rlimit r = {RLIM_INFINITY, RLIM_INFINITY};
1137         bool rx = false, tx = false;
1138         struct xsk_umem_info *umem;
1139         struct bpf_object *obj;
1140         pthread_t pt;
1141         int i, ret;
1142         void *bufs;
1143
1144         parse_command_line(argc, argv);
1145
1146         if (setrlimit(RLIMIT_MEMLOCK, &r)) {
1147                 fprintf(stderr, "ERROR: setrlimit(RLIMIT_MEMLOCK) \"%s\"\n",
1148                         strerror(errno));
1149                 exit(EXIT_FAILURE);
1150         }
1151
1152         if (opt_num_xsks > 1)
1153                 load_xdp_program(argv, &obj);
1154
1155         /* Reserve memory for the umem. Use hugepages if unaligned chunk mode */
1156         bufs = mmap(NULL, NUM_FRAMES * opt_xsk_frame_size,
1157                     PROT_READ | PROT_WRITE,
1158                     MAP_PRIVATE | MAP_ANONYMOUS | opt_mmap_flags, -1, 0);
1159         if (bufs == MAP_FAILED) {
1160                 printf("ERROR: mmap failed\n");
1161                 exit(EXIT_FAILURE);
1162         }
1163
1164         /* Create sockets... */
1165         umem = xsk_configure_umem(bufs, NUM_FRAMES * opt_xsk_frame_size);
1166         if (opt_bench == BENCH_RXDROP || opt_bench == BENCH_L2FWD) {
1167                 rx = true;
1168                 xsk_populate_fill_ring(umem);
1169         }
1170         if (opt_bench == BENCH_L2FWD || opt_bench == BENCH_TXONLY)
1171                 tx = true;
1172         for (i = 0; i < opt_num_xsks; i++)
1173                 xsks[num_socks++] = xsk_configure_socket(umem, rx, tx);
1174
1175         if (opt_bench == BENCH_TXONLY) {
1176                 gen_eth_hdr_data();
1177
1178                 for (i = 0; i < NUM_FRAMES; i++)
1179                         gen_eth_frame(umem, i * opt_xsk_frame_size);
1180         }
1181
1182         if (opt_num_xsks > 1 && opt_bench != BENCH_TXONLY)
1183                 enter_xsks_into_map(obj);
1184
1185         signal(SIGINT, int_exit);
1186         signal(SIGTERM, int_exit);
1187         signal(SIGABRT, int_exit);
1188
1189         setlocale(LC_ALL, "");
1190
1191         ret = pthread_create(&pt, NULL, poller, NULL);
1192         if (ret)
1193                 exit_with_error(ret);
1194
1195         prev_time = get_nsecs();
1196         start_time = prev_time;
1197
1198         if (opt_bench == BENCH_RXDROP)
1199                 rx_drop_all();
1200         else if (opt_bench == BENCH_TXONLY)
1201                 tx_only_all();
1202         else
1203                 l2fwd_all();
1204
1205         benchmark_done = true;
1206
1207         pthread_join(pt, NULL);
1208
1209         xdpsock_cleanup();
1210
1211         return 0;
1212 }