tools/testing/selftests/bpf/xdp_hw_metadata.c

   1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0
   2
   3 /* Reference program for verifying XDP metadata on real HW. Functional test
   4  * only, doesn't test the performance.
   5  *
   6  * RX:
   7  * - UDP 9091 packets are diverted into AF_XDP
   8  * - Metadata verified:
   9  *   - rx_timestamp
  10  *   - rx_hash
  11  *
  12  * TX:
  13  * - TBD
  14  */
  15
  16 #include <test_progs.h>
  17 #include <network_helpers.h>
  18 #include "xdp_hw_metadata.skel.h"
  19 #include "xsk.h"
  20
  21 #include <error.h>
  22 #include <linux/errqueue.h>
  23 #include <linux/if_link.h>
  24 #include <linux/net_tstamp.h>
  25 #include <linux/udp.h>
  26 #include <linux/sockios.h>
  27 #include <sys/mman.h>
  28 #include <net/if.h>
  29 #include <poll.h>
  30
  31 #include "xdp_metadata.h"
  32
  33 #define UMEM_NUM 16
  34 #define UMEM_FRAME_SIZE XSK_UMEM__DEFAULT_FRAME_SIZE
  35 #define UMEM_SIZE (UMEM_FRAME_SIZE * UMEM_NUM)
  36 #define XDP_FLAGS (XDP_FLAGS_DRV_MODE | XDP_FLAGS_REPLACE)
  37
  38 struct xsk {
  39         void *umem_area;
  40         struct xsk_umem *umem;
  41         struct xsk_ring_prod fill;
  42         struct xsk_ring_cons comp;
  43         struct xsk_ring_prod tx;
  44         struct xsk_ring_cons rx;
  45         struct xsk_socket *socket;
  46 };
  47
  48 struct xdp_hw_metadata *bpf_obj;
  49 struct xsk *rx_xsk;
  50 const char *ifname;
  51 int ifindex;
  52 int rxq;
  53
  54 void test__fail(void) { /* for network_helpers.c */ }
  55
  56 static int open_xsk(int ifindex, struct xsk *xsk, __u32 queue_id)
  57 {
  58         int mmap_flags = MAP_PRIVATE | MAP_ANONYMOUS | MAP_NORESERVE;
  59         const struct xsk_socket_config socket_config = {
  60                 .rx_size = XSK_RING_PROD__DEFAULT_NUM_DESCS,
  61                 .tx_size = XSK_RING_PROD__DEFAULT_NUM_DESCS,
  62                 .bind_flags = XDP_COPY,
  63         };
  64         const struct xsk_umem_config umem_config = {
  65                 .fill_size = XSK_RING_PROD__DEFAULT_NUM_DESCS,
  66                 .comp_size = XSK_RING_CONS__DEFAULT_NUM_DESCS,
  67                 .frame_size = XSK_UMEM__DEFAULT_FRAME_SIZE,
  68                 .flags = XDP_UMEM_UNALIGNED_CHUNK_FLAG,
  69         };
  70         __u32 idx;
  71         u64 addr;
  72         int ret;
  73         int i;
  74
  75         xsk->umem_area = mmap(NULL, UMEM_SIZE, PROT_READ | PROT_WRITE, mmap_flags, -1, 0);
  76         if (xsk->umem_area == MAP_FAILED)
  77                 return -ENOMEM;
  78
  79         ret = xsk_umem__create(&xsk->umem,
  80                                xsk->umem_area, UMEM_SIZE,
  81                                &xsk->fill,
  82                                &xsk->comp,
  83                                &umem_config);
  84         if (ret)
  85                 return ret;
  86
  87         ret = xsk_socket__create(&xsk->socket, ifindex, queue_id,
  88                                  xsk->umem,
  89                                  &xsk->rx,
  90                                  &xsk->tx,
  91                                  &socket_config);
  92         if (ret)
  93                 return ret;
  94
  95         /* First half of umem is for TX. This way address matches 1-to-1
  96          * to the completion queue index.
  97          */
  98
  99         for (i = 0; i < UMEM_NUM / 2; i++) {
 100                 addr = i * UMEM_FRAME_SIZE;
 101                 printf("%p: tx_desc[%d] -> %lx\n", xsk, i, addr);
 102         }
 103
 104         /* Second half of umem is for RX. */
 105
 106         ret = xsk_ring_prod__reserve(&xsk->fill, UMEM_NUM / 2, &idx);
 107         for (i = 0; i < UMEM_NUM / 2; i++) {
 108                 addr = (UMEM_NUM / 2 + i) * UMEM_FRAME_SIZE;
 109                 printf("%p: rx_desc[%d] -> %lx\n", xsk, i, addr);
 110                 *xsk_ring_prod__fill_addr(&xsk->fill, i) = addr;
 111         }
 112         xsk_ring_prod__submit(&xsk->fill, ret);
 113
 114         return 0;
 115 }
 116
 117 static void close_xsk(struct xsk *xsk)
 118 {
 119         if (xsk->umem)
 120                 xsk_umem__delete(xsk->umem);
 121         if (xsk->socket)
 122                 xsk_socket__delete(xsk->socket);
 123         munmap(xsk->umem_area, UMEM_SIZE);
 124 }
 125
 126 static void refill_rx(struct xsk *xsk, __u64 addr)
 127 {
 128         __u32 idx;
 129
 130         if (xsk_ring_prod__reserve(&xsk->fill, 1, &idx) == 1) {
 131                 printf("%p: complete idx=%u addr=%llx\n", xsk, idx, addr);
 132                 *xsk_ring_prod__fill_addr(&xsk->fill, idx) = addr;
 133                 xsk_ring_prod__submit(&xsk->fill, 1);
 134         }
 135 }
 136
 137 static void verify_xdp_metadata(void *data)
 138 {
 139         struct xdp_meta *meta;
 140
 141         meta = data - sizeof(*meta);
 142
 143         printf("rx_timestamp: %llu\n", meta->rx_timestamp);
 144         printf("rx_hash: %u\n", meta->rx_hash);
 145 }
 146
 147 static void verify_skb_metadata(int fd)
 148 {
 149         char cmsg_buf[1024];
 150         char packet_buf[128];
 151
 152         struct scm_timestamping *ts;
 153         struct iovec packet_iov;
 154         struct cmsghdr *cmsg;
 155         struct msghdr hdr;
 156
 157         memset(&hdr, 0, sizeof(hdr));
 158         hdr.msg_iov = &packet_iov;
 159         hdr.msg_iovlen = 1;
 160         packet_iov.iov_base = packet_buf;
 161         packet_iov.iov_len = sizeof(packet_buf);
 162
 163         hdr.msg_control = cmsg_buf;
 164         hdr.msg_controllen = sizeof(cmsg_buf);
 165
 166         if (recvmsg(fd, &hdr, 0) < 0)
 167                 error(1, errno, "recvmsg");
 168
 169         for (cmsg = CMSG_FIRSTHDR(&hdr); cmsg != NULL;
 170              cmsg = CMSG_NXTHDR(&hdr, cmsg)) {
 171
 172                 if (cmsg->cmsg_level != SOL_SOCKET)
 173                         continue;
 174
 175                 switch (cmsg->cmsg_type) {
 176                 case SCM_TIMESTAMPING:
 177                         ts = (struct scm_timestamping *)CMSG_DATA(cmsg);
 178                         if (ts->ts[2].tv_sec || ts->ts[2].tv_nsec) {
 179                                 printf("found skb hwtstamp = %lu.%lu\n",
 180                                        ts->ts[2].tv_sec, ts->ts[2].tv_nsec);
 181                                 return;
 182                         }
 183                         break;
 184                 default:
 185                         break;
 186                 }
 187         }
 188
 189         printf("skb hwtstamp is not found!\n");
 190 }
 191
 192 static int verify_metadata(struct xsk *rx_xsk, int rxq, int server_fd)
 193 {
 194         const struct xdp_desc *rx_desc;
 195         struct pollfd fds[rxq + 1];
 196         __u64 comp_addr;
 197         __u64 addr;
 198         __u32 idx;
 199         int ret;
 200         int i;
 201
 202         for (i = 0; i < rxq; i++) {
 203                 fds[i].fd = xsk_socket__fd(rx_xsk[i].socket);
 204                 fds[i].events = POLLIN;
 205                 fds[i].revents = 0;
 206         }
 207
 208         fds[rxq].fd = server_fd;
 209         fds[rxq].events = POLLIN;
 210         fds[rxq].revents = 0;
 211
 212         while (true) {
 213                 errno = 0;
 214                 ret = poll(fds, rxq + 1, 1000);
 215                 printf("poll: %d (%d)\n", ret, errno);
 216                 if (ret < 0)
 217                         break;
 218                 if (ret == 0)
 219                         continue;
 220
 221                 if (fds[rxq].revents)
 222                         verify_skb_metadata(server_fd);
 223
 224                 for (i = 0; i < rxq; i++) {
 225                         if (fds[i].revents == 0)
 226                                 continue;
 227
 228                         struct xsk *xsk = &rx_xsk[i];
 229
 230                         ret = xsk_ring_cons__peek(&xsk->rx, 1, &idx);
 231                         printf("xsk_ring_cons__peek: %d\n", ret);
 232                         if (ret != 1)
 233                                 continue;
 234
 235                         rx_desc = xsk_ring_cons__rx_desc(&xsk->rx, idx);
 236                         comp_addr = xsk_umem__extract_addr(rx_desc->addr);
 237                         addr = xsk_umem__add_offset_to_addr(rx_desc->addr);
 238                         printf("%p: rx_desc[%u]->addr=%llx addr=%llx comp_addr=%llx\n",
 239                                xsk, idx, rx_desc->addr, addr, comp_addr);
 240                         verify_xdp_metadata(xsk_umem__get_data(xsk->umem_area, addr));
 241                         xsk_ring_cons__release(&xsk->rx, 1);
 242                         refill_rx(xsk, comp_addr);
 243                 }
 244         }
 245
 246         return 0;
 247 }
 248
 249 struct ethtool_channels {
 250         __u32   cmd;
 251         __u32   max_rx;
 252         __u32   max_tx;
 253         __u32   max_other;
 254         __u32   max_combined;
 255         __u32   rx_count;
 256         __u32   tx_count;
 257         __u32   other_count;
 258         __u32   combined_count;
 259 };
 260
 261 #define ETHTOOL_GCHANNELS       0x0000003c /* Get no of channels */
 262
 263 static int rxq_num(const char *ifname)
 264 {
 265         struct ethtool_channels ch = {
 266                 .cmd = ETHTOOL_GCHANNELS,
 267         };
 268
 269         struct ifreq ifr = {
 270                 .ifr_data = (void *)&ch,
 271         };
 272         strncpy(ifr.ifr_name, ifname, IF_NAMESIZE - 1);
 273         int fd, ret;
 274
 275         fd = socket(AF_UNIX, SOCK_DGRAM, 0);
 276         if (fd < 0)
 277                 error(1, errno, "socket");
 278
 279         ret = ioctl(fd, SIOCETHTOOL, &ifr);
 280         if (ret < 0)
 281                 error(1, errno, "ioctl(SIOCETHTOOL)");
 282
 283         close(fd);
 284
 285         return ch.rx_count + ch.combined_count;
 286 }
 287
 288 static void hwtstamp_ioctl(int op, const char *ifname, struct hwtstamp_config *cfg)
 289 {
 290         struct ifreq ifr = {
 291                 .ifr_data = (void *)cfg,
 292         };
 293         strncpy(ifr.ifr_name, ifname, IF_NAMESIZE - 1);
 294         int fd, ret;
 295
 296         fd = socket(AF_UNIX, SOCK_DGRAM, 0);
 297         if (fd < 0)
 298                 error(1, errno, "socket");
 299
 300         ret = ioctl(fd, op, &ifr);
 301         if (ret < 0)
 302                 error(1, errno, "ioctl(%d)", op);
 303
 304         close(fd);
 305 }
 306
 307 static struct hwtstamp_config saved_hwtstamp_cfg;
 308 static const char *saved_hwtstamp_ifname;
 309
 310 static void hwtstamp_restore(void)
 311 {
 312         hwtstamp_ioctl(SIOCSHWTSTAMP, saved_hwtstamp_ifname, &saved_hwtstamp_cfg);
 313 }
 314
 315 static void hwtstamp_enable(const char *ifname)
 316 {
 317         struct hwtstamp_config cfg = {
 318                 .rx_filter = HWTSTAMP_FILTER_ALL,
 319         };
 320
 321         hwtstamp_ioctl(SIOCGHWTSTAMP, ifname, &saved_hwtstamp_cfg);
 322         saved_hwtstamp_ifname = strdup(ifname);
 323         atexit(hwtstamp_restore);
 324
 325         hwtstamp_ioctl(SIOCSHWTSTAMP, ifname, &cfg);
 326 }
 327
 328 static void cleanup(void)
 329 {
 330         LIBBPF_OPTS(bpf_xdp_attach_opts, opts);
 331         int ret;
 332         int i;
 333
 334         if (bpf_obj) {
 335                 opts.old_prog_fd = bpf_program__fd(bpf_obj->progs.rx);
 336                 if (opts.old_prog_fd >= 0) {
 337                         printf("detaching bpf program....\n");
 338                         ret = bpf_xdp_detach(ifindex, XDP_FLAGS, &opts);
 339                         if (ret)
 340                                 printf("failed to detach XDP program: %d\n", ret);
 341                 }
 342         }
 343
 344         for (i = 0; i < rxq; i++)
 345                 close_xsk(&rx_xsk[i]);
 346
 347         if (bpf_obj)
 348                 xdp_hw_metadata__destroy(bpf_obj);
 349 }
 350
 351 static void handle_signal(int sig)
 352 {
 353         /* interrupting poll() is all we need */
 354 }
 355
 356 static void timestamping_enable(int fd, int val)
 357 {
 358         int ret;
 359
 360         ret = setsockopt(fd, SOL_SOCKET, SO_TIMESTAMPING, &val, sizeof(val));
 361         if (ret < 0)
 362                 error(1, errno, "setsockopt(SO_TIMESTAMPING)");
 363 }
 364
 365 int main(int argc, char *argv[])
 366 {
 367         int server_fd = -1;
 368         int ret;
 369         int i;
 370
 371         struct bpf_program *prog;
 372
 373         if (argc != 2) {
 374                 fprintf(stderr, "pass device name\n");
 375                 return -1;
 376         }
 377
 378         ifname = argv[1];
 379         ifindex = if_nametoindex(ifname);
 380         rxq = rxq_num(ifname);
 381
 382         printf("rxq: %d\n", rxq);
 383
 384         hwtstamp_enable(ifname);
 385
 386         rx_xsk = malloc(sizeof(struct xsk) * rxq);
 387         if (!rx_xsk)
 388                 error(1, ENOMEM, "malloc");
 389
 390         for (i = 0; i < rxq; i++) {
 391                 printf("open_xsk(%s, %p, %d)\n", ifname, &rx_xsk[i], i);
 392                 ret = open_xsk(ifindex, &rx_xsk[i], i);
 393                 if (ret)
 394                         error(1, -ret, "open_xsk");
 395
 396                 printf("xsk_socket__fd() -> %d\n", xsk_socket__fd(rx_xsk[i].socket));
 397         }
 398
 399         printf("open bpf program...\n");
 400         bpf_obj = xdp_hw_metadata__open();
 401         if (libbpf_get_error(bpf_obj))
 402                 error(1, libbpf_get_error(bpf_obj), "xdp_hw_metadata__open");
 403
 404         prog = bpf_object__find_program_by_name(bpf_obj->obj, "rx");
 405         bpf_program__set_ifindex(prog, ifindex);
 406         bpf_program__set_flags(prog, BPF_F_XDP_DEV_BOUND_ONLY);
 407
 408         printf("load bpf program...\n");
 409         ret = xdp_hw_metadata__load(bpf_obj);
 410         if (ret)
 411                 error(1, -ret, "xdp_hw_metadata__load");
 412
 413         printf("prepare skb endpoint...\n");
 414         server_fd = start_server(AF_INET6, SOCK_DGRAM, NULL, 9092, 1000);
 415         if (server_fd < 0)
 416                 error(1, errno, "start_server");
 417         timestamping_enable(server_fd,
 418                             SOF_TIMESTAMPING_SOFTWARE |
 419                             SOF_TIMESTAMPING_RAW_HARDWARE);
 420
 421         printf("prepare xsk map...\n");
 422         for (i = 0; i < rxq; i++) {
 423                 int sock_fd = xsk_socket__fd(rx_xsk[i].socket);
 424                 __u32 queue_id = i;
 425
 426                 printf("map[%d] = %d\n", queue_id, sock_fd);
 427                 ret = bpf_map_update_elem(bpf_map__fd(bpf_obj->maps.xsk), &queue_id, &sock_fd, 0);
 428                 if (ret)
 429                         error(1, -ret, "bpf_map_update_elem");
 430         }
 431
 432         printf("attach bpf program...\n");
 433         ret = bpf_xdp_attach(ifindex,
 434                              bpf_program__fd(bpf_obj->progs.rx),
 435                              XDP_FLAGS, NULL);
 436         if (ret)
 437                 error(1, -ret, "bpf_xdp_attach");
 438
 439         signal(SIGINT, handle_signal);
 440         ret = verify_metadata(rx_xsk, rxq, server_fd);
 441         close(server_fd);
 442         cleanup();
 443         if (ret)
 444                 error(1, -ret, "verify_metadata");
 445 }