f0e2add8457737e22418b40c829f3a81d312f5d4
[vpp.git] / src / vlib / buffer_funcs.c
1 /* SPDX-License-Identifier: Apache-2.0
2  * Copyright(c) 2021 Cisco Systems, Inc.
3  */
4
5 #include <vppinfra/clib.h>
6 #include <vlib/vlib.h>
7 #include <vppinfra/vector/mask_compare.h>
8 #include <vppinfra/vector/compress.h>
9
10 static_always_inline u32
11 enqueue_one (vlib_main_t *vm, vlib_node_runtime_t *node,
12              vlib_frame_bitmap_t used_elt_bmp, u16 next_index, u32 *buffers,
13              u16 *nexts, u32 n_buffers, u32 n_left, u32 *tmp, u8 maybe_aux,
14              u32 *aux_data, u32 *tmp_aux)
15 {
16   vlib_frame_bitmap_t match_bmp;
17   vlib_frame_t *f;
18   u32 n_extracted, n_free;
19   u32 *to, *to_aux;
20
21   f = vlib_get_next_frame_internal (vm, node, next_index, 0);
22
23   maybe_aux = maybe_aux && f->aux_offset;
24
25   n_free = VLIB_FRAME_SIZE - f->n_vectors;
26
27   /* if frame contains enough space for worst case scenario, we can avoid
28    * use of tmp */
29   if (n_free >= n_left)
30     {
31       to = (u32 *) vlib_frame_vector_args (f) + f->n_vectors;
32       if (maybe_aux)
33         to_aux = (u32 *) vlib_frame_aux_args (f) + f->n_vectors;
34     }
35   else
36     {
37       to = tmp;
38       if (maybe_aux)
39         to_aux = tmp_aux;
40     }
41   clib_mask_compare_u16 (next_index, nexts, match_bmp, n_buffers);
42   n_extracted = clib_compress_u32 (to, buffers, match_bmp, n_buffers);
43   if (maybe_aux)
44     clib_compress_u32 (to_aux, aux_data, match_bmp, n_buffers);
45   vlib_frame_bitmap_or (used_elt_bmp, match_bmp);
46
47   if (to != tmp)
48     {
49       /* indices already written to frame, just close it */
50       vlib_put_next_frame (vm, node, next_index, n_free - n_extracted);
51     }
52   else if (n_free >= n_extracted)
53     {
54       /* enough space in the existing frame */
55       to = (u32 *) vlib_frame_vector_args (f) + f->n_vectors;
56       vlib_buffer_copy_indices (to, tmp, n_extracted);
57       if (maybe_aux)
58         {
59           to_aux = (u32 *) vlib_frame_aux_args (f) + f->n_vectors;
60           vlib_buffer_copy_indices (to_aux, tmp_aux, n_extracted);
61         }
62       vlib_put_next_frame (vm, node, next_index, n_free - n_extracted);
63     }
64   else
65     {
66       /* full frame */
67       to = (u32 *) vlib_frame_vector_args (f) + f->n_vectors;
68       vlib_buffer_copy_indices (to, tmp, n_free);
69       if (maybe_aux)
70         {
71           to_aux = (u32 *) vlib_frame_aux_args (f) + f->n_vectors;
72           vlib_buffer_copy_indices (to_aux, tmp_aux, n_free);
73         }
74       vlib_put_next_frame (vm, node, next_index, 0);
75
76       /* second frame */
77       u32 n_2nd_frame = n_extracted - n_free;
78       f = vlib_get_next_frame_internal (vm, node, next_index, 1);
79       to = vlib_frame_vector_args (f);
80       vlib_buffer_copy_indices (to, tmp + n_free, n_2nd_frame);
81       if (maybe_aux)
82         {
83           to_aux = vlib_frame_aux_args (f);
84           vlib_buffer_copy_indices (to_aux, tmp_aux + n_free, n_2nd_frame);
85         }
86       vlib_put_next_frame (vm, node, next_index,
87                            VLIB_FRAME_SIZE - n_2nd_frame);
88     }
89
90   return n_left - n_extracted;
91 }
92
93 static_always_inline void
94 vlib_buffer_enqueue_to_next_fn_inline (vlib_main_t *vm,
95                                        vlib_node_runtime_t *node, u32 *buffers,
96                                        u32 *aux_data, u16 *nexts, uword count,
97                                        u8 maybe_aux)
98 {
99   u32 tmp[VLIB_FRAME_SIZE];
100   u32 tmp_aux[VLIB_FRAME_SIZE];
101   u32 n_left;
102   u16 next_index;
103
104   while (count >= VLIB_FRAME_SIZE)
105     {
106       vlib_frame_bitmap_t used_elt_bmp = {};
107       n_left = VLIB_FRAME_SIZE;
108       u32 off = 0;
109
110       next_index = nexts[0];
111       n_left = enqueue_one (vm, node, used_elt_bmp, next_index, buffers, nexts,
112                             VLIB_FRAME_SIZE, n_left, tmp, maybe_aux, aux_data,
113                             tmp_aux);
114
115       while (n_left)
116         {
117           while (PREDICT_FALSE (used_elt_bmp[off] == ~0))
118             {
119               off++;
120               ASSERT (off < ARRAY_LEN (used_elt_bmp));
121             }
122
123           next_index =
124             nexts[off * 64 + count_trailing_zeros (~used_elt_bmp[off])];
125           n_left = enqueue_one (vm, node, used_elt_bmp, next_index, buffers,
126                                 nexts, VLIB_FRAME_SIZE, n_left, tmp, maybe_aux,
127                                 aux_data, tmp_aux);
128         }
129
130       buffers += VLIB_FRAME_SIZE;
131       if (maybe_aux)
132         aux_data += VLIB_FRAME_SIZE;
133       nexts += VLIB_FRAME_SIZE;
134       count -= VLIB_FRAME_SIZE;
135     }
136
137   if (count)
138     {
139       vlib_frame_bitmap_t used_elt_bmp = {};
140       next_index = nexts[0];
141       n_left = count;
142       u32 off = 0;
143
144       n_left = enqueue_one (vm, node, used_elt_bmp, next_index, buffers, nexts,
145                             count, n_left, tmp, maybe_aux, aux_data, tmp_aux);
146
147       while (n_left)
148         {
149           while (PREDICT_FALSE (used_elt_bmp[off] == ~0))
150             {
151               off++;
152               ASSERT (off < ARRAY_LEN (used_elt_bmp));
153             }
154
155           next_index =
156             nexts[off * 64 + count_trailing_zeros (~used_elt_bmp[off])];
157           n_left =
158             enqueue_one (vm, node, used_elt_bmp, next_index, buffers, nexts,
159                          count, n_left, tmp, maybe_aux, aux_data, tmp_aux);
160         }
161     }
162 }
163
164 void __clib_section (".vlib_buffer_enqueue_to_next_fn")
165 CLIB_MULTIARCH_FN (vlib_buffer_enqueue_to_next_fn)
166 (vlib_main_t *vm, vlib_node_runtime_t *node, u32 *buffers, u16 *nexts,
167  uword count)
168 {
169   vlib_buffer_enqueue_to_next_fn_inline (vm, node, buffers, NULL, nexts, count,
170                                          0 /* maybe_aux */);
171 }
172
173 CLIB_MARCH_FN_REGISTRATION (vlib_buffer_enqueue_to_next_fn);
174
175 void __clib_section (".vlib_buffer_enqueue_to_next_with_aux_fn")
176 CLIB_MULTIARCH_FN (vlib_buffer_enqueue_to_next_with_aux_fn)
177 (vlib_main_t *vm, vlib_node_runtime_t *node, u32 *buffers, u32 *aux_data,
178  u16 *nexts, uword count)
179 {
180   vlib_buffer_enqueue_to_next_fn_inline (vm, node, buffers, aux_data, nexts,
181                                          count, 1 /* maybe_aux */);
182 }
183
184 CLIB_MARCH_FN_REGISTRATION (vlib_buffer_enqueue_to_next_with_aux_fn);
185
186 static_always_inline void
187 vlib_buffer_enqueue_to_single_next_fn_inline (vlib_main_t *vm,
188                                               vlib_node_runtime_t *node,
189                                               u32 *buffers, u32 *aux_data,
190                                               u16 next_index, u32 count,
191                                               u8 with_aux)
192 {
193   u32 *to_next, *to_next_aux, n_left_to_next, n_enq;
194
195   if (with_aux)
196     vlib_get_next_frame_with_aux (vm, node, next_index, to_next, to_next_aux,
197                                   n_left_to_next);
198   else
199     vlib_get_next_frame (vm, node, next_index, to_next, n_left_to_next);
200
201   if (PREDICT_TRUE (n_left_to_next >= count))
202     {
203       vlib_buffer_copy_indices (to_next, buffers, count);
204       if (with_aux)
205         vlib_buffer_copy_indices (to_next_aux, aux_data, count);
206       n_left_to_next -= count;
207       vlib_put_next_frame (vm, node, next_index, n_left_to_next);
208       return;
209     }
210
211   n_enq = n_left_to_next;
212 next:
213   vlib_buffer_copy_indices (to_next, buffers, n_enq);
214   if (with_aux)
215     vlib_buffer_copy_indices (to_next_aux, aux_data, n_enq);
216   n_left_to_next -= n_enq;
217
218   if (PREDICT_FALSE (count > n_enq))
219     {
220       count -= n_enq;
221       buffers += n_enq;
222       if (with_aux)
223         aux_data += n_enq;
224
225       vlib_put_next_frame (vm, node, next_index, n_left_to_next);
226       if (with_aux)
227         vlib_get_next_frame_with_aux (vm, node, next_index, to_next,
228                                       to_next_aux, n_left_to_next);
229       else
230         vlib_get_next_frame (vm, node, next_index, to_next, n_left_to_next);
231       n_enq = clib_min (n_left_to_next, count);
232       goto next;
233     }
234   vlib_put_next_frame (vm, node, next_index, n_left_to_next);
235 }
236
237 void __clib_section (".vlib_buffer_enqueue_to_single_next_fn")
238 CLIB_MULTIARCH_FN (vlib_buffer_enqueue_to_single_next_fn)
239 (vlib_main_t *vm, vlib_node_runtime_t *node, u32 *buffers, u16 next_index,
240  u32 count)
241 {
242   vlib_buffer_enqueue_to_single_next_fn_inline (
243     vm, node, buffers, NULL, next_index, count, 0 /* with_aux */);
244 }
245 CLIB_MARCH_FN_REGISTRATION (vlib_buffer_enqueue_to_single_next_fn);
246
247 void __clib_section (".vlib_buffer_enqueue_to_single_next_with_aux_fn")
248 CLIB_MULTIARCH_FN (vlib_buffer_enqueue_to_single_next_with_aux_fn)
249 (vlib_main_t *vm, vlib_node_runtime_t *node, u32 *buffers, u32 *aux_data,
250  u16 next_index, u32 count)
251 {
252   vlib_buffer_enqueue_to_single_next_fn_inline (
253     vm, node, buffers, aux_data, next_index, count, 1 /* with_aux */);
254 }
255 CLIB_MARCH_FN_REGISTRATION (vlib_buffer_enqueue_to_single_next_with_aux_fn);
256
257 static inline vlib_frame_queue_elt_t *
258 vlib_get_frame_queue_elt (vlib_frame_queue_main_t *fqm, u32 index,
259                           int dont_wait)
260 {
261   vlib_frame_queue_t *fq;
262   u64 nelts, tail, new_tail;
263
264   fq = vec_elt (fqm->vlib_frame_queues, index);
265   ASSERT (fq);
266   nelts = fq->nelts;
267
268 retry:
269   tail = __atomic_load_n (&fq->tail, __ATOMIC_ACQUIRE);
270   new_tail = tail + 1;
271
272   if (new_tail >= fq->head + nelts)
273     {
274       if (dont_wait)
275         return 0;
276
277       /* Wait until a ring slot is available */
278       while (new_tail >= fq->head + nelts)
279         vlib_worker_thread_barrier_check ();
280     }
281
282   if (!__atomic_compare_exchange_n (&fq->tail, &tail, new_tail, 0 /* weak */,
283                                     __ATOMIC_RELAXED, __ATOMIC_RELAXED))
284     goto retry;
285
286   return fq->elts + (new_tail & (nelts - 1));
287 }
288
289 static_always_inline u32
290 vlib_buffer_enqueue_to_thread_inline (vlib_main_t *vm,
291                                       vlib_node_runtime_t *node,
292                                       vlib_frame_queue_main_t *fqm,
293                                       u32 *buffer_indices, u16 *thread_indices,
294                                       u32 n_packets, int drop_on_congestion,
295                                       int with_aux, u32 *aux_data)
296 {
297   u32 drop_list[VLIB_FRAME_SIZE], n_drop = 0;
298   vlib_frame_bitmap_t mask, used_elts = {};
299   vlib_frame_queue_elt_t *hf = 0;
300   u16 thread_index;
301   u32 n_comp, off = 0, n_left = n_packets;
302
303   thread_index = thread_indices[0];
304
305 more:
306   clib_mask_compare_u16 (thread_index, thread_indices, mask, n_packets);
307   hf = vlib_get_frame_queue_elt (fqm, thread_index, drop_on_congestion);
308
309   n_comp = clib_compress_u32 (hf ? hf->buffer_index : drop_list + n_drop,
310                               buffer_indices, mask, n_packets);
311   if (with_aux)
312     clib_compress_u32 (hf ? hf->aux_data : drop_list + n_drop, aux_data, mask,
313                        n_packets);
314
315   if (hf)
316     {
317       if (node->flags & VLIB_NODE_FLAG_TRACE)
318         hf->maybe_trace = 1;
319       hf->n_vectors = n_comp;
320       __atomic_store_n (&hf->valid, 1, __ATOMIC_RELEASE);
321       vlib_get_main_by_index (thread_index)->check_frame_queues = 1;
322     }
323   else
324     n_drop += n_comp;
325
326   n_left -= n_comp;
327
328   if (n_left)
329     {
330       vlib_frame_bitmap_or (used_elts, mask);
331
332       while (PREDICT_FALSE (used_elts[off] == ~0))
333         {
334           off++;
335           ASSERT (off < ARRAY_LEN (used_elts));
336         }
337
338       thread_index =
339         thread_indices[off * 64 + count_trailing_zeros (~used_elts[off])];
340       goto more;
341     }
342
343   if (drop_on_congestion && n_drop)
344     vlib_buffer_free (vm, drop_list, n_drop);
345
346   return n_packets - n_drop;
347 }
348
349 u32 __clib_section (".vlib_buffer_enqueue_to_thread_fn")
350 CLIB_MULTIARCH_FN (vlib_buffer_enqueue_to_thread_fn)
351 (vlib_main_t *vm, vlib_node_runtime_t *node, u32 frame_queue_index,
352  u32 *buffer_indices, u16 *thread_indices, u32 n_packets,
353  int drop_on_congestion)
354 {
355   vlib_thread_main_t *tm = vlib_get_thread_main ();
356   vlib_frame_queue_main_t *fqm;
357   u32 n_enq = 0;
358
359   fqm = vec_elt_at_index (tm->frame_queue_mains, frame_queue_index);
360
361   while (n_packets >= VLIB_FRAME_SIZE)
362     {
363       n_enq += vlib_buffer_enqueue_to_thread_inline (
364         vm, node, fqm, buffer_indices, thread_indices, VLIB_FRAME_SIZE,
365         drop_on_congestion, 0 /* with_aux */, NULL);
366       buffer_indices += VLIB_FRAME_SIZE;
367       thread_indices += VLIB_FRAME_SIZE;
368       n_packets -= VLIB_FRAME_SIZE;
369     }
370
371   if (n_packets == 0)
372     return n_enq;
373
374   n_enq += vlib_buffer_enqueue_to_thread_inline (
375     vm, node, fqm, buffer_indices, thread_indices, n_packets,
376     drop_on_congestion, 0 /* with_aux */, NULL);
377
378   return n_enq;
379 }
380
381 u32 __clib_section (".vlib_buffer_enqueue_to_thread_with_aux_fn")
382 CLIB_MULTIARCH_FN (vlib_buffer_enqueue_to_thread_with_aux_fn)
383 (vlib_main_t *vm, vlib_node_runtime_t *node, u32 frame_queue_index,
384  u32 *buffer_indices, u32 *aux, u16 *thread_indices, u32 n_packets,
385  int drop_on_congestion)
386 {
387   vlib_thread_main_t *tm = vlib_get_thread_main ();
388   vlib_frame_queue_main_t *fqm;
389   u32 n_enq = 0;
390
391   fqm = vec_elt_at_index (tm->frame_queue_mains, frame_queue_index);
392
393   while (n_packets >= VLIB_FRAME_SIZE)
394     {
395       n_enq += vlib_buffer_enqueue_to_thread_inline (
396         vm, node, fqm, buffer_indices, thread_indices, VLIB_FRAME_SIZE,
397         drop_on_congestion, 1 /* with_aux */, aux);
398       buffer_indices += VLIB_FRAME_SIZE;
399       thread_indices += VLIB_FRAME_SIZE;
400       n_packets -= VLIB_FRAME_SIZE;
401     }
402
403   if (n_packets == 0)
404     return n_enq;
405
406   n_enq += vlib_buffer_enqueue_to_thread_inline (
407     vm, node, fqm, buffer_indices, thread_indices, n_packets,
408     drop_on_congestion, 1 /* with_aux */, aux);
409
410   return n_enq;
411 }
412
413 CLIB_MARCH_FN_REGISTRATION (vlib_buffer_enqueue_to_thread_fn);
414 CLIB_MARCH_FN_REGISTRATION (vlib_buffer_enqueue_to_thread_with_aux_fn);
415
416 static_always_inline u32
417 vlib_frame_queue_dequeue_inline (vlib_main_t *vm, vlib_frame_queue_main_t *fqm,
418                                  u8 with_aux)
419 {
420   u32 thread_id = vm->thread_index;
421   vlib_frame_queue_t *fq = fqm->vlib_frame_queues[thread_id];
422   u32 mask = fq->nelts - 1;
423   vlib_frame_queue_elt_t *elt;
424   u32 n_free, n_copy, *from, *from_aux, *to = 0, *to_aux = 0, processed = 0,
425                                         vectors = 0;
426   vlib_frame_t *f = 0;
427
428   ASSERT (fq);
429   ASSERT (vm == vlib_global_main.vlib_mains[thread_id]);
430
431   if (PREDICT_FALSE (fqm->node_index == ~0))
432     return 0;
433   /*
434    * Gather trace data for frame queues
435    */
436   if (PREDICT_FALSE (fq->trace))
437     {
438       frame_queue_trace_t *fqt;
439       frame_queue_nelt_counter_t *fqh;
440       u32 elix;
441
442       fqt = &fqm->frame_queue_traces[thread_id];
443
444       fqt->nelts = fq->nelts;
445       fqt->head = fq->head;
446       fqt->tail = fq->tail;
447       fqt->threshold = fq->vector_threshold;
448       fqt->n_in_use = fqt->tail - fqt->head;
449       if (fqt->n_in_use >= fqt->nelts)
450         {
451           // if beyond max then use max
452           fqt->n_in_use = fqt->nelts - 1;
453         }
454
455       /* Record the number of elements in use in the histogram */
456       fqh = &fqm->frame_queue_histogram[thread_id];
457       fqh->count[fqt->n_in_use]++;
458
459       /* Record a snapshot of the elements in use */
460       for (elix = 0; elix < fqt->nelts; elix++)
461         {
462           elt = fq->elts + ((fq->head + 1 + elix) & (mask));
463           if (1 || elt->valid)
464             {
465               fqt->n_vectors[elix] = elt->n_vectors;
466             }
467         }
468       fqt->written = 1;
469     }
470
471   while (1)
472     {
473       if (fq->head == fq->tail)
474         break;
475
476       elt = fq->elts + ((fq->head + 1) & mask);
477
478       if (!__atomic_load_n (&elt->valid, __ATOMIC_ACQUIRE))
479         break;
480
481       from = elt->buffer_index + elt->offset;
482       if (with_aux)
483         from_aux = elt->aux_data + elt->offset;
484       ASSERT (elt->offset + elt->n_vectors <= VLIB_FRAME_SIZE);
485
486       if (f == 0)
487         {
488           f = vlib_get_frame_to_node (vm, fqm->node_index);
489           to = vlib_frame_vector_args (f);
490           if (with_aux)
491             to_aux = vlib_frame_aux_args (f);
492           n_free = VLIB_FRAME_SIZE;
493         }
494
495       if (elt->maybe_trace)
496         f->frame_flags |= VLIB_NODE_FLAG_TRACE;
497
498       n_copy = clib_min (n_free, elt->n_vectors);
499
500       vlib_buffer_copy_indices (to, from, n_copy);
501       to += n_copy;
502       if (with_aux)
503         {
504           vlib_buffer_copy_indices (to_aux, from_aux, n_copy);
505           to_aux += n_copy;
506         }
507
508       n_free -= n_copy;
509       vectors += n_copy;
510
511       if (n_free == 0)
512         {
513           f->n_vectors = VLIB_FRAME_SIZE;
514           vlib_put_frame_to_node (vm, fqm->node_index, f);
515           f = 0;
516         }
517
518       if (n_copy < elt->n_vectors)
519         {
520           /* not empty - leave it on the ring */
521           elt->n_vectors -= n_copy;
522           elt->offset += n_copy;
523         }
524       else
525         {
526           /* empty - reset and bump head */
527           u32 sz = STRUCT_OFFSET_OF (vlib_frame_queue_elt_t, end_of_reset);
528           clib_memset (elt, 0, sz);
529           __atomic_store_n (&fq->head, fq->head + 1, __ATOMIC_RELEASE);
530           processed++;
531         }
532
533       /* Limit the number of packets pushed into the graph */
534       if (vectors >= fq->vector_threshold)
535         break;
536     }
537
538   if (f)
539     {
540       f->n_vectors = VLIB_FRAME_SIZE - n_free;
541       vlib_put_frame_to_node (vm, fqm->node_index, f);
542     }
543
544   return processed;
545 }
546
547 u32 __clib_section (".vlib_frame_queue_dequeue_fn")
548 CLIB_MULTIARCH_FN (vlib_frame_queue_dequeue_fn)
549 (vlib_main_t *vm, vlib_frame_queue_main_t *fqm)
550 {
551   return vlib_frame_queue_dequeue_inline (vm, fqm, 0 /* with_aux */);
552 }
553
554 CLIB_MARCH_FN_REGISTRATION (vlib_frame_queue_dequeue_fn);
555
556 u32 __clib_section (".vlib_frame_queue_dequeue_with_aux_fn")
557 CLIB_MULTIARCH_FN (vlib_frame_queue_dequeue_with_aux_fn)
558 (vlib_main_t *vm, vlib_frame_queue_main_t *fqm)
559 {
560   return vlib_frame_queue_dequeue_inline (vm, fqm, 1 /* with_aux */);
561 }
562
563 CLIB_MARCH_FN_REGISTRATION (vlib_frame_queue_dequeue_with_aux_fn);
564
565 #ifndef CLIB_MARCH_VARIANT
566 vlib_buffer_func_main_t vlib_buffer_func_main;
567
568 static clib_error_t *
569 vlib_buffer_funcs_init (vlib_main_t *vm)
570 {
571   vlib_buffer_func_main_t *bfm = &vlib_buffer_func_main;
572   bfm->buffer_enqueue_to_next_fn =
573     CLIB_MARCH_FN_POINTER (vlib_buffer_enqueue_to_next_fn);
574   bfm->buffer_enqueue_to_next_with_aux_fn =
575     CLIB_MARCH_FN_POINTER (vlib_buffer_enqueue_to_next_with_aux_fn);
576   bfm->buffer_enqueue_to_single_next_fn =
577     CLIB_MARCH_FN_POINTER (vlib_buffer_enqueue_to_single_next_fn);
578   bfm->buffer_enqueue_to_single_next_with_aux_fn =
579     CLIB_MARCH_FN_POINTER (vlib_buffer_enqueue_to_single_next_with_aux_fn);
580   bfm->buffer_enqueue_to_thread_fn =
581     CLIB_MARCH_FN_POINTER (vlib_buffer_enqueue_to_thread_fn);
582   bfm->buffer_enqueue_to_thread_with_aux_fn =
583     CLIB_MARCH_FN_POINTER (vlib_buffer_enqueue_to_thread_with_aux_fn);
584   return 0;
585 }
586
587 VLIB_INIT_FUNCTION (vlib_buffer_funcs_init);
588 #endif