src/vlib/threads.h

   1 /*
   2  * Copyright (c) 2015 Cisco and/or its affiliates.
   3  * Licensed under the Apache License, Version 2.0 (the "License");
   4  * you may not use this file except in compliance with the License.
   5  * You may obtain a copy of the License at:
   6  *
   7  *     http://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0
   8  *
   9  * Unless required by applicable law or agreed to in writing, software
  10  * distributed under the License is distributed on an "AS IS" BASIS,
  11  * WITHOUT WARRANTIES OR CONDITIONS OF ANY KIND, either express or implied.
  12  * See the License for the specific language governing permissions and
  13  * limitations under the License.
  14  */
  15 #ifndef included_vlib_threads_h
  16 #define included_vlib_threads_h
  17
  18 #include <vlib/main.h>
  19 #include <vppinfra/callback.h>
  20 #include <linux/sched.h>
  21
  22 void vlib_set_thread_name (char *name);
  23
  24 /* arg is actually a vlib__thread_t * */
  25 typedef void (vlib_thread_function_t) (void *arg);
  26
  27 typedef struct vlib_thread_registration_
  28 {
  29   /* constructor generated list of thread registrations */
  30   struct vlib_thread_registration_ *next;
  31
  32   /* config parameters */
  33   char *name;
  34   char *short_name;
  35   vlib_thread_function_t *function;
  36   uword mheap_size;
  37   int fixed_count;
  38   u32 count;
  39   int no_data_structure_clone;
  40   u32 frame_queue_nelts;
  41
  42   /* All threads of this type run on pthreads */
  43   int use_pthreads;
  44   u32 first_index;
  45   uword *coremask;
  46 } vlib_thread_registration_t;
  47
  48 /*
  49  * Frames have their cpu / vlib_main_t index in the low-order N bits
  50  * Make VLIB_MAX_CPUS a power-of-two, please...
  51  */
  52
  53 #ifndef VLIB_MAX_CPUS
  54 #define VLIB_MAX_CPUS 256
  55 #endif
  56
  57 #if VLIB_MAX_CPUS > CLIB_MAX_MHEAPS
  58 #error Please increase number of per-cpu mheaps
  59 #endif
  60
  61 #define VLIB_CPU_MASK (VLIB_MAX_CPUS - 1)       /* 0x3f, max */
  62 #define VLIB_OFFSET_MASK (~VLIB_CPU_MASK)
  63
  64 #define VLIB_LOG2_THREAD_STACK_SIZE (21)
  65 #define VLIB_THREAD_STACK_SIZE (1<<VLIB_LOG2_THREAD_STACK_SIZE)
  66
  67 typedef enum
  68 {
  69   VLIB_FRAME_QUEUE_ELT_DISPATCH_FRAME,
  70 } vlib_frame_queue_msg_type_t;
  71
  72 typedef struct
  73 {
  74   CLIB_CACHE_LINE_ALIGN_MARK (cacheline0);
  75   volatile u32 valid;
  76   u32 msg_type;
  77   u32 n_vectors;
  78   u32 last_n_vectors;
  79
  80   /* 256 * 4 = 1024 bytes, even mult of cache line size */
  81   u32 buffer_index[VLIB_FRAME_SIZE];
  82 }
  83 vlib_frame_queue_elt_t;
  84
  85 typedef struct
  86 {
  87   /* First cache line */
  88   CLIB_CACHE_LINE_ALIGN_MARK (cacheline0);
  89   volatile u32 *wait_at_barrier;
  90   volatile u32 *workers_at_barrier;
  91
  92   /* Second Cache Line */
  93     CLIB_CACHE_LINE_ALIGN_MARK (cacheline1);
  94   void *thread_mheap;
  95   u8 *thread_stack;
  96   void (*thread_function) (void *);
  97   void *thread_function_arg;
  98   i64 recursion_level;
  99   elog_track_t elog_track;
 100   u32 instance_id;
 101   vlib_thread_registration_t *registration;
 102   u8 *name;
 103   u64 barrier_sync_count;
 104   u8 barrier_elog_enabled;
 105   const char *barrier_caller;
 106   const char *barrier_context;
 107   volatile u32 *node_reforks_required;
 108
 109   long lwp;
 110   int cpu_id;
 111   int core_id;
 112   int numa_id;
 113   pthread_t thread_id;
 114 } vlib_worker_thread_t;
 115
 116 extern vlib_worker_thread_t *vlib_worker_threads;
 117
 118 typedef struct
 119 {
 120   /* enqueue side */
 121   CLIB_CACHE_LINE_ALIGN_MARK (cacheline0);
 122   volatile u64 tail;
 123   u64 enqueues;
 124   u64 enqueue_ticks;
 125   u64 enqueue_vectors;
 126   u32 enqueue_full_events;
 127
 128   /* dequeue side */
 129     CLIB_CACHE_LINE_ALIGN_MARK (cacheline1);
 130   volatile u64 head;
 131   u64 dequeues;
 132   u64 dequeue_ticks;
 133   u64 dequeue_vectors;
 134   u64 trace;
 135   u64 vector_threshold;
 136
 137   /* dequeue hint to enqueue side */
 138     CLIB_CACHE_LINE_ALIGN_MARK (cacheline2);
 139   volatile u64 head_hint;
 140
 141   /* read-only, constant, shared */
 142     CLIB_CACHE_LINE_ALIGN_MARK (cacheline3);
 143   vlib_frame_queue_elt_t *elts;
 144   u32 nelts;
 145 }
 146 vlib_frame_queue_t;
 147
 148 typedef struct
 149 {
 150   vlib_frame_queue_elt_t **handoff_queue_elt_by_thread_index;
 151   vlib_frame_queue_t **congested_handoff_queue_by_thread_index;
 152 } vlib_frame_queue_per_thread_data_t;
 153
 154 typedef struct
 155 {
 156   u32 node_index;
 157   u32 frame_queue_nelts;
 158   u32 queue_hi_thresh;
 159
 160   vlib_frame_queue_t **vlib_frame_queues;
 161   vlib_frame_queue_per_thread_data_t *per_thread_data;
 162
 163   /* for frame queue tracing */
 164   frame_queue_trace_t *frame_queue_traces;
 165   frame_queue_nelt_counter_t *frame_queue_histogram;
 166 } vlib_frame_queue_main_t;
 167
 168 typedef struct
 169 {
 170   uword node_index;
 171   uword type_opaque;
 172   uword data;
 173 } vlib_process_signal_event_mt_args_t;
 174
 175 /* Called early, in thread 0's context */
 176 clib_error_t *vlib_thread_init (vlib_main_t * vm);
 177
 178 int vlib_frame_queue_enqueue (vlib_main_t * vm, u32 node_runtime_index,
 179                               u32 frame_queue_index, vlib_frame_t * frame,
 180                               vlib_frame_queue_msg_type_t type);
 181
 182 int
 183 vlib_frame_queue_dequeue (vlib_main_t * vm, vlib_frame_queue_main_t * fqm);
 184
 185 void vlib_worker_thread_node_runtime_update (void);
 186
 187 void vlib_create_worker_threads (vlib_main_t * vm, int n,
 188                                  void (*thread_function) (void *));
 189
 190 void vlib_worker_thread_init (vlib_worker_thread_t * w);
 191 u32 vlib_frame_queue_main_init (u32 node_index, u32 frame_queue_nelts);
 192
 193 /* Check for a barrier sync request every 30ms */
 194 #define BARRIER_SYNC_DELAY (0.030000)
 195
 196 #if CLIB_DEBUG > 0
 197 /* long barrier timeout, for gdb... */
 198 #define BARRIER_SYNC_TIMEOUT (600.1)
 199 #else
 200 #define BARRIER_SYNC_TIMEOUT (1.0)
 201 #endif
 202
 203 #define vlib_worker_thread_barrier_sync(X) {vlib_worker_thread_barrier_sync_int(X, __FUNCTION__);}
 204
 205 void vlib_worker_thread_barrier_sync_int (vlib_main_t * vm,
 206                                           const char *func_name);
 207 void vlib_worker_thread_barrier_release (vlib_main_t * vm);
 208 u8 vlib_worker_thread_barrier_held (void);
 209 void vlib_worker_thread_initial_barrier_sync_and_release (vlib_main_t * vm);
 210 void vlib_worker_thread_node_refork (void);
 211 /**
 212  * Wait until each of the workers has been once around the track
 213  */
 214 void vlib_worker_wait_one_loop (void);
 215
 216 static_always_inline uword
 217 vlib_get_thread_index (void)
 218 {
 219   return __os_thread_index;
 220 }
 221
 222 always_inline void
 223 vlib_smp_unsafe_warning (void)
 224 {
 225   if (CLIB_DEBUG > 0)
 226     {
 227       if (vlib_get_thread_index ())
 228         fformat (stderr, "%s: SMP unsafe warning...\n", __FUNCTION__);
 229     }
 230 }
 231
 232 always_inline int
 233 __foreach_vlib_main_helper (vlib_main_t *ii, vlib_main_t **p)
 234 {
 235   vlib_main_t *vm;
 236   u32 index = ii - (vlib_main_t *) 0;
 237
 238   if (index >= vec_len (vlib_global_main.vlib_mains))
 239     return 0;
 240
 241   *p = vm = vlib_global_main.vlib_mains[index];
 242   ASSERT (index == 0 || vm->parked_at_barrier == 1);
 243   return 1;
 244 }
 245
 246 #define foreach_vlib_main()                                                   \
 247   for (vlib_main_t *ii = 0, *this_vlib_main;                                  \
 248        __foreach_vlib_main_helper (ii, &this_vlib_main); ii++)                \
 249     if (this_vlib_main)
 250
 251 #define foreach_sched_policy \
 252   _(SCHED_OTHER, OTHER, "other") \
 253   _(SCHED_BATCH, BATCH, "batch") \
 254   _(SCHED_IDLE, IDLE, "idle")   \
 255   _(SCHED_FIFO, FIFO, "fifo")   \
 256   _(SCHED_RR, RR, "rr")
 257
 258 typedef enum
 259 {
 260 #define _(v,f,s) SCHED_POLICY_##f = v,
 261   foreach_sched_policy
 262 #undef _
 263     SCHED_POLICY_N,
 264 } sched_policy_t;
 265
 266 typedef struct
 267 {
 268   clib_error_t *(*vlib_launch_thread_cb) (void *fp, vlib_worker_thread_t * w,
 269                                           unsigned cpu_id);
 270   clib_error_t *(*vlib_thread_set_lcore_cb) (u32 thread, u16 cpu);
 271 } vlib_thread_callbacks_t;
 272
 273 typedef struct
 274 {
 275   /* Link list of registrations, built by constructors */
 276   vlib_thread_registration_t *next;
 277
 278   /* Vector of registrations, w/ non-data-structure clones at the top */
 279   vlib_thread_registration_t **registrations;
 280
 281   uword *thread_registrations_by_name;
 282
 283   vlib_worker_thread_t *worker_threads;
 284
 285   /*
 286    * Launch all threads as pthreads,
 287    * not eal_rte_launch (strict affinity) threads
 288    */
 289   int use_pthreads;
 290
 291   /* Number of vlib_main / vnet_main clones */
 292   u32 n_vlib_mains;
 293
 294   /* Number of thread stacks to create */
 295   u32 n_thread_stacks;
 296
 297   /* Number of pthreads */
 298   u32 n_pthreads;
 299
 300   /* Number of threads */
 301   u32 n_threads;
 302
 303   /* Number of cores to skip, must match the core mask */
 304   u32 skip_cores;
 305
 306   /* Thread prefix name */
 307   u8 *thread_prefix;
 308
 309   /* main thread lcore */
 310   u32 main_lcore;
 311
 312   /* Bitmap of available CPU cores */
 313   uword *cpu_core_bitmap;
 314
 315   /* Bitmap of available CPU sockets (NUMA nodes) */
 316   uword *cpu_socket_bitmap;
 317
 318   /* Worker handoff queues */
 319   vlib_frame_queue_main_t *frame_queue_mains;
 320
 321   /* worker thread initialization barrier */
 322   volatile u32 worker_thread_release;
 323
 324   /* scheduling policy */
 325   u32 sched_policy;
 326
 327   /* scheduling policy priority */
 328   u32 sched_priority;
 329
 330   /* callbacks */
 331   vlib_thread_callbacks_t cb;
 332   int extern_thread_mgmt;
 333
 334   /* NUMA-bound heap size */
 335   uword numa_heap_size;
 336
 337 } vlib_thread_main_t;
 338
 339 extern vlib_thread_main_t vlib_thread_main;
 340
 341 #include <vlib/global_funcs.h>
 342
 343 #define VLIB_REGISTER_THREAD(x,...)                     \
 344   __VA_ARGS__ vlib_thread_registration_t x;             \
 345 static void __vlib_add_thread_registration_##x (void)   \
 346   __attribute__((__constructor__)) ;                    \
 347 static void __vlib_add_thread_registration_##x (void)   \
 348 {                                                       \
 349   vlib_thread_main_t * tm = &vlib_thread_main;          \
 350   x.next = tm->next;                                    \
 351   tm->next = &x;                                        \
 352 }                                                       \
 353 static void __vlib_rm_thread_registration_##x (void)    \
 354   __attribute__((__destructor__)) ;                     \
 355 static void __vlib_rm_thread_registration_##x (void)    \
 356 {                                                       \
 357   vlib_thread_main_t * tm = &vlib_thread_main;          \
 358   VLIB_REMOVE_FROM_LINKED_LIST (tm->next, &x, next);    \
 359 }                                                       \
 360 __VA_ARGS__ vlib_thread_registration_t x
 361
 362 always_inline u32
 363 vlib_num_workers ()
 364 {
 365   return vlib_thread_main.n_vlib_mains - 1;
 366 }
 367
 368 always_inline u32
 369 vlib_get_worker_thread_index (u32 worker_index)
 370 {
 371   return worker_index + 1;
 372 }
 373
 374 always_inline u32
 375 vlib_get_worker_index (u32 thread_index)
 376 {
 377   return thread_index - 1;
 378 }
 379
 380 always_inline u32
 381 vlib_get_current_worker_index ()
 382 {
 383   return vlib_get_thread_index () - 1;
 384 }
 385
 386 static inline void
 387 vlib_worker_thread_barrier_check (void)
 388 {
 389   if (PREDICT_FALSE (*vlib_worker_threads->wait_at_barrier))
 390     {
 391       vlib_global_main_t *vgm = vlib_get_global_main ();
 392       vlib_main_t *vm = vlib_get_main ();
 393       u32 thread_index = vm->thread_index;
 394       f64 t = vlib_time_now (vm);
 395
 396       if (PREDICT_FALSE (vec_len (vm->barrier_perf_callbacks) != 0))
 397         clib_call_callbacks (vm->barrier_perf_callbacks, vm,
 398                              vm->clib_time.last_cpu_time, 0 /* enter */ );
 399
 400       if (PREDICT_FALSE (vlib_worker_threads->barrier_elog_enabled))
 401         {
 402           vlib_worker_thread_t *w = vlib_worker_threads + thread_index;
 403           /* *INDENT-OFF* */
 404           ELOG_TYPE_DECLARE (e) = {
 405             .format = "barrier-wait-thread-%d",
 406             .format_args = "i4",
 407           };
 408           /* *INDENT-ON* */
 409
 410           struct
 411           {
 412             u32 thread_index;
 413           } __clib_packed *ed;
 414
 415           ed = ELOG_TRACK_DATA (&vlib_global_main.elog_main, e, w->elog_track);
 416           ed->thread_index = thread_index;
 417         }
 418
 419       if (CLIB_DEBUG > 0)
 420         {
 421           vm = vlib_get_main ();
 422           vm->parked_at_barrier = 1;
 423         }
 424       clib_atomic_fetch_add (vlib_worker_threads->workers_at_barrier, 1);
 425       while (*vlib_worker_threads->wait_at_barrier)
 426         ;
 427
 428       /*
 429        * Recompute the offset from thread-0 time.
 430        * Note that vlib_time_now adds vm->time_offset, so
 431        * clear it first. Save the resulting idea of "now", to
 432        * see how well we're doing. See show_clock_command_fn(...)
 433        */
 434       {
 435         f64 now;
 436         vm->time_offset = 0.0;
 437         now = vlib_time_now (vm);
 438         vm->time_offset = vgm->vlib_mains[0]->time_last_barrier_release - now;
 439         vm->time_last_barrier_release = vlib_time_now (vm);
 440       }
 441
 442       if (CLIB_DEBUG > 0)
 443         vm->parked_at_barrier = 0;
 444       clib_atomic_fetch_add (vlib_worker_threads->workers_at_barrier, -1);
 445
 446       if (PREDICT_FALSE (*vlib_worker_threads->node_reforks_required))
 447         {
 448           if (PREDICT_FALSE (vlib_worker_threads->barrier_elog_enabled))
 449             {
 450               t = vlib_time_now (vm) - t;
 451               vlib_worker_thread_t *w = vlib_worker_threads + thread_index;
 452               /* *INDENT-OFF* */
 453               ELOG_TYPE_DECLARE (e) = {
 454                 .format = "barrier-refork-thread-%d",
 455                 .format_args = "i4",
 456               };
 457               /* *INDENT-ON* */
 458
 459               struct
 460               {
 461                 u32 thread_index;
 462               } __clib_packed *ed;
 463
 464               ed = ELOG_TRACK_DATA (&vlib_global_main.elog_main, e,
 465                                     w->elog_track);
 466               ed->thread_index = thread_index;
 467             }
 468
 469           vlib_worker_thread_node_refork ();
 470           clib_atomic_fetch_add (vlib_worker_threads->node_reforks_required,
 471                                  -1);
 472           while (*vlib_worker_threads->node_reforks_required)
 473             ;
 474         }
 475       if (PREDICT_FALSE (vlib_worker_threads->barrier_elog_enabled))
 476         {
 477           t = vlib_time_now (vm) - t;
 478           vlib_worker_thread_t *w = vlib_worker_threads + thread_index;
 479           /* *INDENT-OFF* */
 480           ELOG_TYPE_DECLARE (e) = {
 481             .format = "barrier-released-thread-%d: %dus",
 482             .format_args = "i4i4",
 483           };
 484           /* *INDENT-ON* */
 485
 486           struct
 487           {
 488             u32 thread_index;
 489             u32 duration;
 490           } __clib_packed *ed;
 491
 492           ed = ELOG_TRACK_DATA (&vlib_global_main.elog_main, e, w->elog_track);
 493           ed->thread_index = thread_index;
 494           ed->duration = (int) (1000000.0 * t);
 495         }
 496
 497       if (PREDICT_FALSE (vec_len (vm->barrier_perf_callbacks) != 0))
 498         clib_call_callbacks (vm->barrier_perf_callbacks, vm,
 499                              vm->clib_time.last_cpu_time, 1 /* leave */ );
 500     }
 501 }
 502
 503 always_inline vlib_main_t *
 504 vlib_get_worker_vlib_main (u32 worker_index)
 505 {
 506   vlib_main_t *vm;
 507   vlib_thread_main_t *tm = &vlib_thread_main;
 508   ASSERT (worker_index < tm->n_vlib_mains - 1);
 509   vm = vlib_get_main_by_index (worker_index + 1);
 510   ASSERT (vm);
 511   return vm;
 512 }
 513
 514 static inline u8
 515 vlib_thread_is_main_w_barrier (void)
 516 {
 517   return (!vlib_num_workers ()
 518           || ((vlib_get_thread_index () == 0
 519                && vlib_worker_threads->wait_at_barrier[0])));
 520 }
 521
 522 static inline void
 523 vlib_put_frame_queue_elt (vlib_frame_queue_elt_t * hf)
 524 {
 525   CLIB_MEMORY_BARRIER ();
 526   hf->valid = 1;
 527 }
 528
 529 static inline vlib_frame_queue_elt_t *
 530 vlib_get_frame_queue_elt (u32 frame_queue_index, u32 index)
 531 {
 532   vlib_frame_queue_t *fq;
 533   vlib_frame_queue_elt_t *elt;
 534   vlib_thread_main_t *tm = &vlib_thread_main;
 535   vlib_frame_queue_main_t *fqm =
 536     vec_elt_at_index (tm->frame_queue_mains, frame_queue_index);
 537   u64 new_tail;
 538
 539   fq = fqm->vlib_frame_queues[index];
 540   ASSERT (fq);
 541
 542   new_tail = clib_atomic_add_fetch (&fq->tail, 1);
 543
 544   /* Wait until a ring slot is available */
 545   while (new_tail >= fq->head_hint + fq->nelts)
 546     vlib_worker_thread_barrier_check ();
 547
 548   elt = fq->elts + (new_tail & (fq->nelts - 1));
 549
 550   /* this would be very bad... */
 551   while (elt->valid)
 552     ;
 553
 554   elt->msg_type = VLIB_FRAME_QUEUE_ELT_DISPATCH_FRAME;
 555   elt->last_n_vectors = elt->n_vectors = 0;
 556
 557   return elt;
 558 }
 559
 560 static inline vlib_frame_queue_t *
 561 is_vlib_frame_queue_congested (u32 frame_queue_index,
 562                                u32 index,
 563                                u32 queue_hi_thresh,
 564                                vlib_frame_queue_t **
 565                                handoff_queue_by_worker_index)
 566 {
 567   vlib_frame_queue_t *fq;
 568   vlib_thread_main_t *tm = &vlib_thread_main;
 569   vlib_frame_queue_main_t *fqm =
 570     vec_elt_at_index (tm->frame_queue_mains, frame_queue_index);
 571
 572   fq = handoff_queue_by_worker_index[index];
 573   if (fq != (vlib_frame_queue_t *) (~0))
 574     return fq;
 575
 576   fq = fqm->vlib_frame_queues[index];
 577   ASSERT (fq);
 578
 579   if (PREDICT_FALSE (fq->tail >= (fq->head_hint + queue_hi_thresh)))
 580     {
 581       /* a valid entry in the array will indicate the queue has reached
 582        * the specified threshold and is congested
 583        */
 584       handoff_queue_by_worker_index[index] = fq;
 585       fq->enqueue_full_events++;
 586       return fq;
 587     }
 588
 589   return NULL;
 590 }
 591
 592 static inline vlib_frame_queue_elt_t *
 593 vlib_get_worker_handoff_queue_elt (u32 frame_queue_index,
 594                                    u32 vlib_worker_index,
 595                                    vlib_frame_queue_elt_t **
 596                                    handoff_queue_elt_by_worker_index)
 597 {
 598   vlib_frame_queue_elt_t *elt;
 599
 600   if (handoff_queue_elt_by_worker_index[vlib_worker_index])
 601     return handoff_queue_elt_by_worker_index[vlib_worker_index];
 602
 603   elt = vlib_get_frame_queue_elt (frame_queue_index, vlib_worker_index);
 604
 605   handoff_queue_elt_by_worker_index[vlib_worker_index] = elt;
 606
 607   return elt;
 608 }
 609
 610 u8 *vlib_thread_stack_init (uword thread_index);
 611 int vlib_thread_cb_register (struct vlib_main_t *vm,
 612                              vlib_thread_callbacks_t * cb);
 613 extern void *rpc_call_main_thread_cb_fn;
 614
 615 void
 616 vlib_process_signal_event_mt_helper (vlib_process_signal_event_mt_args_t *
 617                                      args);
 618 void vlib_rpc_call_main_thread (void *function, u8 * args, u32 size);
 619 void vlib_get_thread_core_numa (vlib_worker_thread_t * w, unsigned cpu_id);
 620 vlib_thread_main_t *vlib_get_thread_main_not_inline (void);
 621
 622 #endif /* included_vlib_threads_h */
 623
 624 /*
 625  * fd.io coding-style-patch-verification: ON
 626  *
 627  * Local Variables:
 628  * eval: (c-set-style "gnu")
 629  * End:
 630  */