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 int opt_xsk_frame_size = XSK_UMEM__DEFAULT_FRAME_SIZE;
  87 static int opt_timeout = 1000;
  88 static bool opt_need_wakeup = true;
  89 static u32 opt_num_xsks = 1;
  90 static u32 prog_id;
  91
  92 struct xsk_umem_info {
  93         struct xsk_ring_prod fq;
  94         struct xsk_ring_cons cq;
  95         struct xsk_umem *umem;
  96         void *buffer;
  97 };
  98
  99 struct xsk_socket_info {
 100         struct xsk_ring_cons rx;
 101         struct xsk_ring_prod tx;
 102         struct xsk_umem_info *umem;
 103         struct xsk_socket *xsk;
 104         unsigned long rx_npkts;
 105         unsigned long tx_npkts;
 106         unsigned long prev_rx_npkts;
 107         unsigned long prev_tx_npkts;
 108         u32 outstanding_tx;
 109 };
 110
 111 static int num_socks;
 112 struct xsk_socket_info *xsks[MAX_SOCKS];
 113
 114 static unsigned long get_nsecs(void)
 115 {
 116         struct timespec ts;
 117
 118         clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC, &ts);
 119         return ts.tv_sec * 1000000000UL + ts.tv_nsec;
 120 }
 121
 122 static void print_benchmark(bool running)
 123 {
 124         const char *bench_str = "INVALID";
 125
 126         if (opt_bench == BENCH_RXDROP)
 127                 bench_str = "rxdrop";
 128         else if (opt_bench == BENCH_TXONLY)
 129                 bench_str = "txonly";
 130         else if (opt_bench == BENCH_L2FWD)
 131                 bench_str = "l2fwd";
 132
 133         printf("%s:%d %s ", opt_if, opt_queue, bench_str);
 134         if (opt_xdp_flags & XDP_FLAGS_SKB_MODE)
 135                 printf("xdp-skb ");
 136         else if (opt_xdp_flags & XDP_FLAGS_DRV_MODE)
 137                 printf("xdp-drv ");
 138         else
 139                 printf("        ");
 140
 141         if (opt_poll)
 142                 printf("poll() ");
 143
 144         if (running) {
 145                 printf("running...");
 146                 fflush(stdout);
 147         }
 148 }
 149
 150 static void dump_stats(void)
 151 {
 152         unsigned long now = get_nsecs();
 153         long dt = now - prev_time;
 154         int i;
 155
 156         prev_time = now;
 157
 158         for (i = 0; i < num_socks && xsks[i]; i++) {
 159                 char *fmt = "%-15s %'-11.0f %'-11lu\n";
 160                 double rx_pps, tx_pps;
 161
 162                 rx_pps = (xsks[i]->rx_npkts - xsks[i]->prev_rx_npkts) *
 163                          1000000000. / dt;
 164                 tx_pps = (xsks[i]->tx_npkts - xsks[i]->prev_tx_npkts) *
 165                          1000000000. / dt;
 166
 167                 printf("\n sock%d@", i);
 168                 print_benchmark(false);
 169                 printf("\n");
 170
 171                 printf("%-15s %-11s %-11s %-11.2f\n", "", "pps", "pkts",
 172                        dt / 1000000000.);
 173                 printf(fmt, "rx", rx_pps, xsks[i]->rx_npkts);
 174                 printf(fmt, "tx", tx_pps, xsks[i]->tx_npkts);
 175
 176                 xsks[i]->prev_rx_npkts = xsks[i]->rx_npkts;
 177                 xsks[i]->prev_tx_npkts = xsks[i]->tx_npkts;
 178         }
 179 }
 180
 181 static bool is_benchmark_done(void)
 182 {
 183         if (opt_duration > 0) {
 184                 unsigned long dt = (get_nsecs() - start_time);
 185
 186                 if (dt >= opt_duration)
 187                         benchmark_done = true;
 188         }
 189         return benchmark_done;
 190 }
 191
 192 static void *poller(void *arg)
 193 {
 194         (void)arg;
 195         while (!is_benchmark_done()) {
 196                 sleep(opt_interval);
 197                 dump_stats();
 198         }
 199
 200         return NULL;
 201 }
 202
 203 static void remove_xdp_program(void)
 204 {
 205         u32 curr_prog_id = 0;
 206
 207         if (bpf_get_link_xdp_id(opt_ifindex, &curr_prog_id, opt_xdp_flags)) {
 208                 printf("bpf_get_link_xdp_id failed\n");
 209                 exit(EXIT_FAILURE);
 210         }
 211         if (prog_id == curr_prog_id)
 212                 bpf_set_link_xdp_fd(opt_ifindex, -1, opt_xdp_flags);
 213         else if (!curr_prog_id)
 214                 printf("couldn't find a prog id on a given interface\n");
 215         else
 216                 printf("program on interface changed, not removing\n");
 217 }
 218
 219 static void int_exit(int sig)
 220 {
 221         benchmark_done = true;
 222 }
 223
 224 static void xdpsock_cleanup(void)
 225 {
 226         struct xsk_umem *umem = xsks[0]->umem->umem;
 227         int i;
 228
 229         dump_stats();
 230         for (i = 0; i < num_socks; i++)
 231                 xsk_socket__delete(xsks[i]->xsk);
 232         (void)xsk_umem__delete(umem);
 233         remove_xdp_program();
 234 }
 235
 236 static void __exit_with_error(int error, const char *file, const char *func,
 237                               int line)
 238 {
 239         fprintf(stderr, "%s:%s:%i: errno: %d/\"%s\"\n", file, func,
 240                 line, error, strerror(error));
 241         dump_stats();
 242         remove_xdp_program();
 243         exit(EXIT_FAILURE);
 244 }
 245
 246 #define exit_with_error(error) __exit_with_error(error, __FILE__, __func__, \
 247                                                  __LINE__)
 248 static void swap_mac_addresses(void *data)
 249 {
 250         struct ether_header *eth = (struct ether_header *)data;
 251         struct ether_addr *src_addr = (struct ether_addr *)&eth->ether_shost;
 252         struct ether_addr *dst_addr = (struct ether_addr *)&eth->ether_dhost;
 253         struct ether_addr tmp;
 254
 255         tmp = *src_addr;
 256         *src_addr = *dst_addr;
 257         *dst_addr = tmp;
 258 }
 259
 260 static void hex_dump(void *pkt, size_t length, u64 addr)
 261 {
 262         const unsigned char *address = (unsigned char *)pkt;
 263         const unsigned char *line = address;
 264         size_t line_size = 32;
 265         unsigned char c;
 266         char buf[32];
 267         int i = 0;
 268
 269         if (!DEBUG_HEXDUMP)
 270                 return;
 271
 272         sprintf(buf, "addr=%llu", addr);
 273         printf("length = %zu\n", length);
 274         printf("%s | ", buf);
 275         while (length-- > 0) {
 276                 printf("%02X ", *address++);
 277                 if (!(++i % line_size) || (length == 0 && i % line_size)) {
 278                         if (length == 0) {
 279                                 while (i++ % line_size)
 280                                         printf("__ ");
 281                         }
 282                         printf(" | ");  /* right close */
 283                         while (line < address) {
 284                                 c = *line++;
 285                                 printf("%c", (c < 33 || c == 255) ? 0x2E : c);
 286                         }
 287                         printf("\n");
 288                         if (length > 0)
 289                                 printf("%s | ", buf);
 290                 }
 291         }
 292         printf("\n");
 293 }
 294
 295 static void *memset32_htonl(void *dest, u32 val, u32 size)
 296 {
 297         u32 *ptr = (u32 *)dest;
 298         int i;
 299
 300         val = htonl(val);
 301
 302         for (i = 0; i < (size & (~0x3)); i += 4)
 303                 ptr[i >> 2] = val;
 304
 305         for (; i < size; i++)
 306                 ((char *)dest)[i] = ((char *)&val)[i & 3];
 307
 308         return dest;
 309 }
 310
 311 /*
 312  * This function code has been taken from
 313  * Linux kernel lib/checksum.c
 314  */
 315 static inline unsigned short from32to16(unsigned int x)
 316 {
 317         /* add up 16-bit and 16-bit for 16+c bit */
 318         x = (x & 0xffff) + (x >> 16);
 319         /* add up carry.. */
 320         x = (x & 0xffff) + (x >> 16);
 321         return x;
 322 }
 323
 324 /*
 325  * This function code has been taken from
 326  * Linux kernel lib/checksum.c
 327  */
 328 static unsigned int do_csum(const unsigned char *buff, int len)
 329 {
 330         unsigned int result = 0;
 331         int odd;
 332
 333         if (len <= 0)
 334                 goto out;
 335         odd = 1 & (unsigned long)buff;
 336         if (odd) {
 337 #ifdef __LITTLE_ENDIAN
 338                 result += (*buff << 8);
 339 #else
 340                 result = *buff;
 341 #endif
 342                 len--;
 343                 buff++;
 344         }
 345         if (len >= 2) {
 346                 if (2 & (unsigned long)buff) {
 347                         result += *(unsigned short *)buff;
 348                         len -= 2;
 349                         buff += 2;
 350                 }
 351                 if (len >= 4) {
 352                         const unsigned char *end = buff +
 353                                                    ((unsigned int)len & ~3);
 354                         unsigned int carry = 0;
 355
 356                         do {
 357                                 unsigned int w = *(unsigned int *)buff;
 358
 359                                 buff += 4;
 360                                 result += carry;
 361                                 result += w;
 362                                 carry = (w > result);
 363                         } while (buff < end);
 364                         result += carry;
 365                         result = (result & 0xffff) + (result >> 16);
 366                 }
 367                 if (len & 2) {
 368                         result += *(unsigned short *)buff;
 369                         buff += 2;
 370                 }
 371         }
 372         if (len & 1)
 373 #ifdef __LITTLE_ENDIAN
 374                 result += *buff;
 375 #else
 376                 result += (*buff << 8);
 377 #endif
 378         result = from32to16(result);
 379         if (odd)
 380                 result = ((result >> 8) & 0xff) | ((result & 0xff) << 8);
 381 out:
 382         return result;
 383 }
 384
 385 __sum16 ip_fast_csum(const void *iph, unsigned int ihl);
 386
 387 /*
 388  *      This is a version of ip_compute_csum() optimized for IP headers,
 389  *      which always checksum on 4 octet boundaries.
 390  *      This function code has been taken from
 391  *      Linux kernel lib/checksum.c
 392  */
 393 __sum16 ip_fast_csum(const void *iph, unsigned int ihl)
 394 {
 395         return (__force __sum16)~do_csum(iph, ihl * 4);
 396 }
 397
 398 /*
 399  * Fold a partial checksum
 400  * This function code has been taken from
 401  * Linux kernel include/asm-generic/checksum.h
 402  */
 403 static inline __sum16 csum_fold(__wsum csum)
 404 {
 405         u32 sum = (__force u32)csum;
 406
 407         sum = (sum & 0xffff) + (sum >> 16);
 408         sum = (sum & 0xffff) + (sum >> 16);
 409         return (__force __sum16)~sum;
 410 }
 411
 412 /*
 413  * This function code has been taken from
 414  * Linux kernel lib/checksum.c
 415  */
 416 static inline u32 from64to32(u64 x)
 417 {
 418         /* add up 32-bit and 32-bit for 32+c bit */
 419         x = (x & 0xffffffff) + (x >> 32);
 420         /* add up carry.. */
 421         x = (x & 0xffffffff) + (x >> 32);
 422         return (u32)x;
 423 }
 424
 425 __wsum csum_tcpudp_nofold(__be32 saddr, __be32 daddr,
 426                           __u32 len, __u8 proto, __wsum sum);
 427
 428 /*
 429  * This function code has been taken from
 430  * Linux kernel lib/checksum.c
 431  */
 432 __wsum csum_tcpudp_nofold(__be32 saddr, __be32 daddr,
 433                           __u32 len, __u8 proto, __wsum sum)
 434 {
 435         unsigned long long s = (__force u32)sum;
 436
 437         s += (__force u32)saddr;
 438         s += (__force u32)daddr;
 439 #ifdef __BIG_ENDIAN__
 440         s += proto + len;
 441 #else
 442         s += (proto + len) << 8;
 443 #endif
 444         return (__force __wsum)from64to32(s);
 445 }
 446
 447 /*
 448  * This function has been taken from
 449  * Linux kernel include/asm-generic/checksum.h
 450  */
 451 static inline __sum16
 452 csum_tcpudp_magic(__be32 saddr, __be32 daddr, __u32 len,
 453                   __u8 proto, __wsum sum)
 454 {
 455         return csum_fold(csum_tcpudp_nofold(saddr, daddr, len, proto, sum));
 456 }
 457
 458 static inline u16 udp_csum(u32 saddr, u32 daddr, u32 len,
 459                            u8 proto, u16 *udp_pkt)
 460 {
 461         u32 csum = 0;
 462         u32 cnt = 0;
 463
 464         /* udp hdr and data */
 465         for (; cnt < len; cnt += 2)
 466                 csum += udp_pkt[cnt >> 1];
 467
 468         return csum_tcpudp_magic(saddr, daddr, len, proto, csum);
 469 }
 470
 471 #define ETH_FCS_SIZE 4
 472
 473 #define PKT_HDR_SIZE (sizeof(struct ethhdr) + sizeof(struct iphdr) + \
 474                       sizeof(struct udphdr))
 475
 476 #define PKT_SIZE                (opt_pkt_size - ETH_FCS_SIZE)
 477 #define IP_PKT_SIZE             (PKT_SIZE - sizeof(struct ethhdr))
 478 #define UDP_PKT_SIZE            (IP_PKT_SIZE - sizeof(struct iphdr))
 479 #define UDP_PKT_DATA_SIZE       (UDP_PKT_SIZE - sizeof(struct udphdr))
 480
 481 static u8 pkt_data[XSK_UMEM__DEFAULT_FRAME_SIZE];
 482
 483 static void gen_eth_hdr_data(void)
 484 {
 485         struct udphdr *udp_hdr = (struct udphdr *)(pkt_data +
 486                                                    sizeof(struct ethhdr) +
 487                                                    sizeof(struct iphdr));
 488         struct iphdr *ip_hdr = (struct iphdr *)(pkt_data +
 489                                                 sizeof(struct ethhdr));
 490         struct ethhdr *eth_hdr = (struct ethhdr *)pkt_data;
 491
 492         /* ethernet header */
 493         memcpy(eth_hdr->h_dest, "\x3c\xfd\xfe\x9e\x7f\x71", ETH_ALEN);
 494         memcpy(eth_hdr->h_source, "\xec\xb1\xd7\x98\x3a\xc0", ETH_ALEN);
 495         eth_hdr->h_proto = htons(ETH_P_IP);
 496
 497         /* IP header */
 498         ip_hdr->version = IPVERSION;
 499         ip_hdr->ihl = 0x5; /* 20 byte header */
 500         ip_hdr->tos = 0x0;
 501         ip_hdr->tot_len = htons(IP_PKT_SIZE);
 502         ip_hdr->id = 0;
 503         ip_hdr->frag_off = 0;
 504         ip_hdr->ttl = IPDEFTTL;
 505         ip_hdr->protocol = IPPROTO_UDP;
 506         ip_hdr->saddr = htonl(0x0a0a0a10);
 507         ip_hdr->daddr = htonl(0x0a0a0a20);
 508
 509         /* IP header checksum */
 510         ip_hdr->check = 0;
 511         ip_hdr->check = ip_fast_csum((const void *)ip_hdr, ip_hdr->ihl);
 512
 513         /* UDP header */
 514         udp_hdr->source = htons(0x1000);
 515         udp_hdr->dest = htons(0x1000);
 516         udp_hdr->len = htons(UDP_PKT_SIZE);
 517
 518         /* UDP data */
 519         memset32_htonl(pkt_data + PKT_HDR_SIZE, opt_pkt_fill_pattern,
 520                        UDP_PKT_DATA_SIZE);
 521
 522         /* UDP header checksum */
 523         udp_hdr->check = 0;
 524         udp_hdr->check = udp_csum(ip_hdr->saddr, ip_hdr->daddr, UDP_PKT_SIZE,
 525                                   IPPROTO_UDP, (u16 *)udp_hdr);
 526 }
 527
 528 static void gen_eth_frame(struct xsk_umem_info *umem, u64 addr)
 529 {
 530         memcpy(xsk_umem__get_data(umem->buffer, addr), pkt_data,
 531                PKT_SIZE);
 532 }
 533
 534 static struct xsk_umem_info *xsk_configure_umem(void *buffer, u64 size)
 535 {
 536         struct xsk_umem_info *umem;
 537         struct xsk_umem_config cfg = {
 538                 .fill_size = XSK_RING_PROD__DEFAULT_NUM_DESCS,
 539                 .comp_size = XSK_RING_CONS__DEFAULT_NUM_DESCS,
 540                 .frame_size = opt_xsk_frame_size,
 541                 .frame_headroom = XSK_UMEM__DEFAULT_FRAME_HEADROOM,
 542                 .flags = opt_umem_flags
 543         };
 544         int ret;
 545
 546         umem = calloc(1, sizeof(*umem));
 547         if (!umem)
 548                 exit_with_error(errno);
 549
 550         ret = xsk_umem__create(&umem->umem, buffer, size, &umem->fq, &umem->cq,
 551                                &cfg);
 552         if (ret)
 553                 exit_with_error(-ret);
 554
 555         umem->buffer = buffer;
 556         return umem;
 557 }
 558
 559 static void xsk_populate_fill_ring(struct xsk_umem_info *umem)
 560 {
 561         int ret, i;
 562         u32 idx;
 563
 564         ret = xsk_ring_prod__reserve(&umem->fq,
 565                                      XSK_RING_PROD__DEFAULT_NUM_DESCS, &idx);
 566         if (ret != XSK_RING_PROD__DEFAULT_NUM_DESCS)
 567                 exit_with_error(-ret);
 568         for (i = 0; i < XSK_RING_PROD__DEFAULT_NUM_DESCS; i++)
 569                 *xsk_ring_prod__fill_addr(&umem->fq, idx++) =
 570                         i * opt_xsk_frame_size;
 571         xsk_ring_prod__submit(&umem->fq, XSK_RING_PROD__DEFAULT_NUM_DESCS);
 572 }
 573
 574 static struct xsk_socket_info *xsk_configure_socket(struct xsk_umem_info *umem,
 575                                                     bool rx, bool tx)
 576 {
 577         struct xsk_socket_config cfg;
 578         struct xsk_socket_info *xsk;
 579         struct xsk_ring_cons *rxr;
 580         struct xsk_ring_prod *txr;
 581         int ret;
 582
 583         xsk = calloc(1, sizeof(*xsk));
 584         if (!xsk)
 585                 exit_with_error(errno);
 586
 587         xsk->umem = umem;
 588         cfg.rx_size = XSK_RING_CONS__DEFAULT_NUM_DESCS;
 589         cfg.tx_size = XSK_RING_PROD__DEFAULT_NUM_DESCS;
 590         if (opt_num_xsks > 1)
 591                 cfg.libbpf_flags = XSK_LIBBPF_FLAGS__INHIBIT_PROG_LOAD;
 592         else
 593                 cfg.libbpf_flags = 0;
 594         cfg.xdp_flags = opt_xdp_flags;
 595         cfg.bind_flags = opt_xdp_bind_flags;
 596
 597         rxr = rx ? &xsk->rx : NULL;
 598         txr = tx ? &xsk->tx : NULL;
 599         ret = xsk_socket__create(&xsk->xsk, opt_if, opt_queue, umem->umem,
 600                                  rxr, txr, &cfg);
 601         if (ret)
 602                 exit_with_error(-ret);
 603
 604         ret = bpf_get_link_xdp_id(opt_ifindex, &prog_id, opt_xdp_flags);
 605         if (ret)
 606                 exit_with_error(-ret);
 607
 608         return xsk;
 609 }
 610
 611 static struct option long_options[] = {
 612         {"rxdrop", no_argument, 0, 'r'},
 613         {"txonly", no_argument, 0, 't'},
 614         {"l2fwd", no_argument, 0, 'l'},
 615         {"interface", required_argument, 0, 'i'},
 616         {"queue", required_argument, 0, 'q'},
 617         {"poll", no_argument, 0, 'p'},
 618         {"xdp-skb", no_argument, 0, 'S'},
 619         {"xdp-native", no_argument, 0, 'N'},
 620         {"interval", required_argument, 0, 'n'},
 621         {"zero-copy", no_argument, 0, 'z'},
 622         {"copy", no_argument, 0, 'c'},
 623         {"frame-size", required_argument, 0, 'f'},
 624         {"no-need-wakeup", no_argument, 0, 'm'},
 625         {"unaligned", no_argument, 0, 'u'},
 626         {"shared-umem", no_argument, 0, 'M'},
 627         {"force", no_argument, 0, 'F'},
 628         {"duration", required_argument, 0, 'd'},
 629         {"batch-size", required_argument, 0, 'b'},
 630         {"tx-pkt-count", required_argument, 0, 'C'},
 631         {"tx-pkt-size", required_argument, 0, 's'},
 632         {"tx-pkt-pattern", required_argument, 0, 'P'},
 633         {0, 0, 0, 0}
 634 };
 635
 636 static void usage(const char *prog)
 637 {
 638         const char *str =
 639                 "  Usage: %s [OPTIONS]\n"
 640                 "  Options:\n"
 641                 "  -r, --rxdrop         Discard all incoming packets (default)\n"
 642                 "  -t, --txonly         Only send packets\n"
 643                 "  -l, --l2fwd          MAC swap L2 forwarding\n"
 644                 "  -i, --interface=n    Run on interface n\n"
 645                 "  -q, --queue=n        Use queue n (default 0)\n"
 646                 "  -p, --poll           Use poll syscall\n"
 647                 "  -S, --xdp-skb=n      Use XDP skb-mod\n"
 648                 "  -N, --xdp-native=n   Enforce XDP native mode\n"
 649                 "  -n, --interval=n     Specify statistics update interval (default 1 sec).\n"
 650                 "  -z, --zero-copy      Force zero-copy mode.\n"
 651                 "  -c, --copy           Force copy mode.\n"
 652                 "  -m, --no-need-wakeup Turn off use of driver need wakeup flag.\n"
 653                 "  -f, --frame-size=n   Set the frame size (must be a power of two in aligned mode, default is %d).\n"
 654                 "  -u, --unaligned      Enable unaligned chunk placement\n"
 655                 "  -M, --shared-umem    Enable XDP_SHARED_UMEM\n"
 656                 "  -F, --force          Force loading the XDP prog\n"
 657                 "  -d, --duration=n     Duration in secs to run command.\n"
 658                 "                       Default: forever.\n"
 659                 "  -b, --batch-size=n   Batch size for sending or receiving\n"
 660                 "                       packets. Default: %d\n"
 661                 "  -C, --tx-pkt-count=n Number of packets to send.\n"
 662                 "                       Default: Continuous packets.\n"
 663                 "  -s, --tx-pkt-size=n  Transmit packet size.\n"
 664                 "                       (Default: %d bytes)\n"
 665                 "                       Min size: %d, Max size %d.\n"
 666                 "  -P, --tx-pkt-pattern=nPacket fill pattern. Default: 0x%x\n"
 667                 "\n";
 668         fprintf(stderr, str, prog, XSK_UMEM__DEFAULT_FRAME_SIZE,
 669                 opt_batch_size, MIN_PKT_SIZE, MIN_PKT_SIZE,
 670                 XSK_UMEM__DEFAULT_FRAME_SIZE, opt_pkt_fill_pattern);
 671
 672         exit(EXIT_FAILURE);
 673 }
 674
 675 static void parse_command_line(int argc, char **argv)
 676 {
 677         int option_index, c;
 678
 679         opterr = 0;
 680
 681         for (;;) {
 682                 c = getopt_long(argc, argv, "Frtli:q:pSNn:czf:muMd:b:C:s:P:",
 683                                 long_options, &option_index);
 684                 if (c == -1)
 685                         break;
 686
 687                 switch (c) {
 688                 case 'r':
 689                         opt_bench = BENCH_RXDROP;
 690                         break;
 691                 case 't':
 692                         opt_bench = BENCH_TXONLY;
 693                         break;
 694                 case 'l':
 695                         opt_bench = BENCH_L2FWD;
 696                         break;
 697                 case 'i':
 698                         opt_if = optarg;
 699                         break;
 700                 case 'q':
 701                         opt_queue = atoi(optarg);
 702                         break;
 703                 case 'p':
 704                         opt_poll = 1;
 705                         break;
 706                 case 'S':
 707                         opt_xdp_flags |= XDP_FLAGS_SKB_MODE;
 708                         opt_xdp_bind_flags |= XDP_COPY;
 709                         break;
 710                 case 'N':
 711                         /* default, set below */
 712                         break;
 713                 case 'n':
 714                         opt_interval = atoi(optarg);
 715                         break;
 716                 case 'z':
 717                         opt_xdp_bind_flags |= XDP_ZEROCOPY;
 718                         break;
 719                 case 'c':
 720                         opt_xdp_bind_flags |= XDP_COPY;
 721                         break;
 722                 case 'u':
 723                         opt_umem_flags |= XDP_UMEM_UNALIGNED_CHUNK_FLAG;
 724                         opt_unaligned_chunks = 1;
 725                         opt_mmap_flags = MAP_HUGETLB;
 726                         break;
 727                 case 'F':
 728                         opt_xdp_flags &= ~XDP_FLAGS_UPDATE_IF_NOEXIST;
 729                         break;
 730                 case 'f':
 731                         opt_xsk_frame_size = atoi(optarg);
 732                         break;
 733                 case 'm':
 734                         opt_need_wakeup = false;
 735                         opt_xdp_bind_flags &= ~XDP_USE_NEED_WAKEUP;
 736                         break;
 737                 case 'M':
 738                         opt_num_xsks = MAX_SOCKS;
 739                         break;
 740                 case 'd':
 741                         opt_duration = atoi(optarg);
 742                         opt_duration *= 1000000000;
 743                         break;
 744                 case 'b':
 745                         opt_batch_size = atoi(optarg);
 746                         break;
 747                 case 'C':
 748                         opt_pkt_count = atoi(optarg);
 749                         break;
 750                 case 's':
 751                         opt_pkt_size = atoi(optarg);
 752                         if (opt_pkt_size > (XSK_UMEM__DEFAULT_FRAME_SIZE) ||
 753                             opt_pkt_size < MIN_PKT_SIZE) {
 754                                 fprintf(stderr,
 755                                         "ERROR: Invalid frame size %d\n",
 756                                         opt_pkt_size);
 757                                 usage(basename(argv[0]));
 758                         }
 759                         break;
 760                 case 'P':
 761                         opt_pkt_fill_pattern = strtol(optarg, NULL, 16);
 762                         break;
 763                 default:
 764                         usage(basename(argv[0]));
 765                 }
 766         }
 767
 768         if (!(opt_xdp_flags & XDP_FLAGS_SKB_MODE))
 769                 opt_xdp_flags |= XDP_FLAGS_DRV_MODE;
 770
 771         opt_ifindex = if_nametoindex(opt_if);
 772         if (!opt_ifindex) {
 773                 fprintf(stderr, "ERROR: interface \"%s\" does not exist\n",
 774                         opt_if);
 775                 usage(basename(argv[0]));
 776         }
 777
 778         if ((opt_xsk_frame_size & (opt_xsk_frame_size - 1)) &&
 779             !opt_unaligned_chunks) {
 780                 fprintf(stderr, "--frame-size=%d is not a power of two\n",
 781                         opt_xsk_frame_size);
 782                 usage(basename(argv[0]));
 783         }
 784 }
 785
 786 static void kick_tx(struct xsk_socket_info *xsk)
 787 {
 788         int ret;
 789
 790         ret = sendto(xsk_socket__fd(xsk->xsk), NULL, 0, MSG_DONTWAIT, NULL, 0);
 791         if (ret >= 0 || errno == ENOBUFS || errno == EAGAIN ||
 792             errno == EBUSY || errno == ENETDOWN)
 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 }