API: Python and Unix domain socket improvement
[vpp.git] / src / vlibmemory / memory_shared.c
1 /*
2  *------------------------------------------------------------------
3  * memclnt_shared.c - API message handling, common code for both clients
4  * and the vlib process itself.
5  *
6  *
7  * Copyright (c) 2009 Cisco and/or its affiliates.
8  * Licensed under the Apache License, Version 2.0 (the "License");
9  * you may not use this file except in compliance with the License.
10  * You may obtain a copy of the License at:
11  *
12  *     http://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0
13  *
14  * Unless required by applicable law or agreed to in writing, software
15  * distributed under the License is distributed on an "AS IS" BASIS,
16  * WITHOUT WARRANTIES OR CONDITIONS OF ANY KIND, either express or implied.
17  * See the License for the specific language governing permissions and
18  * limitations under the License.
19  *------------------------------------------------------------------
20  */
21
22 #include <stdio.h>
23 #include <stdlib.h>
24 #include <stddef.h>
25 #include <string.h>
26 #include <unistd.h>
27 #include <signal.h>
28
29 #include <vppinfra/format.h>
30 #include <vppinfra/byte_order.h>
31 #include <vppinfra/error.h>
32 #include <svm/queue.h>
33 #include <vlib/vlib.h>
34 #include <vlib/unix/unix.h>
35 #include <vlibmemory/memory_api.h>
36 #include <vlibmemory/vl_memory_msg_enum.h>
37
38 #define vl_typedefs
39 #include <vlibmemory/vl_memory_api_h.h>
40 #undef vl_typedefs
41
42 #define DEBUG_MESSAGE_BUFFER_OVERRUN 0
43
44 static inline void *
45 vl_msg_api_alloc_internal (int nbytes, int pool, int may_return_null)
46 {
47   int i;
48   msgbuf_t *rv;
49   ring_alloc_t *ap;
50   svm_queue_t *q;
51   void *oldheap;
52   vl_shmem_hdr_t *shmem_hdr;
53   api_main_t *am = &api_main;
54
55   shmem_hdr = am->shmem_hdr;
56
57 #if DEBUG_MESSAGE_BUFFER_OVERRUN > 0
58   nbytes += 4;
59 #endif
60
61   ASSERT (pool == 0 || vlib_get_thread_index () == 0);
62
63   if (shmem_hdr == 0)
64     {
65       clib_warning ("shared memory header NULL");
66       return 0;
67     }
68
69   /* account for the msgbuf_t header */
70   nbytes += sizeof (msgbuf_t);
71
72   if (shmem_hdr->vl_rings == 0)
73     {
74       clib_warning ("vl_rings NULL");
75       ASSERT (0);
76       abort ();
77     }
78
79   if (shmem_hdr->client_rings == 0)
80     {
81       clib_warning ("client_rings NULL");
82       ASSERT (0);
83       abort ();
84     }
85
86   ap = pool ? shmem_hdr->vl_rings : shmem_hdr->client_rings;
87   for (i = 0; i < vec_len (ap); i++)
88     {
89       /* Too big? */
90       if (nbytes > ap[i].size)
91         {
92           continue;
93         }
94
95       q = ap[i].rp;
96       if (pool == 0)
97         {
98           pthread_mutex_lock (&q->mutex);
99         }
100       rv = (msgbuf_t *) (&q->data[0] + q->head * q->elsize);
101       /*
102        * Is this item still in use?
103        */
104       if (rv->q)
105         {
106           u32 now = (u32) time (0);
107
108           if (PREDICT_TRUE (rv->gc_mark_timestamp == 0))
109             rv->gc_mark_timestamp = now;
110           else
111             {
112               if (now - rv->gc_mark_timestamp > 10)
113                 {
114                   if (CLIB_DEBUG > 0)
115                     {
116                       u16 *msg_idp, msg_id;
117                       clib_warning
118                         ("garbage collect pool %d ring %d index %d", pool, i,
119                          q->head);
120                       msg_idp = (u16 *) (rv->data);
121                       msg_id = clib_net_to_host_u16 (*msg_idp);
122                       if (msg_id < vec_len (api_main.msg_names))
123                         clib_warning ("msg id %d name %s", (u32) msg_id,
124                                       api_main.msg_names[msg_id]);
125                     }
126                   shmem_hdr->garbage_collects++;
127                   goto collected;
128                 }
129             }
130
131
132           /* yes, loser; try next larger pool */
133           ap[i].misses++;
134           if (pool == 0)
135             pthread_mutex_unlock (&q->mutex);
136           continue;
137         }
138     collected:
139
140       /* OK, we have a winner */
141       ap[i].hits++;
142       /*
143        * Remember the source queue, although we
144        * don't need to know the queue to free the item.
145        */
146       rv->q = q;
147       rv->gc_mark_timestamp = 0;
148       q->head++;
149       if (q->head == q->maxsize)
150         q->head = 0;
151
152       if (pool == 0)
153         pthread_mutex_unlock (&q->mutex);
154       goto out;
155     }
156
157   /*
158    * Request too big, or head element of all size-compatible rings
159    * still in use. Fall back to shared-memory malloc.
160    */
161   am->ring_misses++;
162
163   pthread_mutex_lock (&am->vlib_rp->mutex);
164   oldheap = svm_push_data_heap (am->vlib_rp);
165   if (may_return_null)
166     {
167       rv = clib_mem_alloc_or_null (nbytes);
168       if (PREDICT_FALSE (rv == 0))
169         {
170           svm_pop_heap (oldheap);
171           pthread_mutex_unlock (&am->vlib_rp->mutex);
172           return 0;
173         }
174     }
175   else
176     rv = clib_mem_alloc (nbytes);
177
178   rv->q = 0;
179   rv->gc_mark_timestamp = 0;
180   svm_pop_heap (oldheap);
181   pthread_mutex_unlock (&am->vlib_rp->mutex);
182
183 out:
184 #if DEBUG_MESSAGE_BUFFER_OVERRUN > 0
185   {
186     nbytes -= 4;
187     u32 *overrun;
188     overrun = (u32 *) (rv->data + nbytes - sizeof (msgbuf_t));
189     *overrun = 0x1badbabe;
190   }
191 #endif
192   rv->data_len = htonl (nbytes - sizeof (msgbuf_t));
193
194   return (rv->data);
195 }
196
197 void *
198 vl_msg_api_alloc (int nbytes)
199 {
200   int pool;
201   api_main_t *am = &api_main;
202   vl_shmem_hdr_t *shmem_hdr = am->shmem_hdr;
203
204   /*
205    * Clients use pool-0, vlib proc uses pool 1
206    */
207   pool = (am->our_pid == shmem_hdr->vl_pid);
208   return vl_msg_api_alloc_internal (nbytes, pool, 0 /* may_return_null */ );
209 }
210
211 void *
212 vl_msg_api_alloc_or_null (int nbytes)
213 {
214   int pool;
215   api_main_t *am = &api_main;
216   vl_shmem_hdr_t *shmem_hdr = am->shmem_hdr;
217
218   pool = (am->our_pid == shmem_hdr->vl_pid);
219   return vl_msg_api_alloc_internal (nbytes, pool, 1 /* may_return_null */ );
220 }
221
222 void *
223 vl_msg_api_alloc_as_if_client (int nbytes)
224 {
225   return vl_msg_api_alloc_internal (nbytes, 0, 0 /* may_return_null */ );
226 }
227
228 void *
229 vl_msg_api_alloc_as_if_client_or_null (int nbytes)
230 {
231   return vl_msg_api_alloc_internal (nbytes, 0, 1 /* may_return_null */ );
232 }
233
234 void *
235 vl_mem_api_alloc_as_if_client_w_reg (vl_api_registration_t * reg, int nbytes)
236 {
237   api_main_t *am = &api_main;
238   vl_shmem_hdr_t *save_shmem_hdr = am->shmem_hdr;
239   svm_region_t *vlib_rp, *save_vlib_rp = am->vlib_rp;
240   void *msg;
241
242   vlib_rp = am->vlib_rp = reg->vlib_rp;
243   am->shmem_hdr = (void *) vlib_rp->user_ctx;
244
245   msg = vl_msg_api_alloc_internal (nbytes, 0, 0 /* may_return_null */ );
246
247   am->shmem_hdr = save_shmem_hdr;
248   am->vlib_rp = save_vlib_rp;
249
250   return msg;
251 }
252
253 void
254 vl_msg_api_free (void *a)
255 {
256   msgbuf_t *rv;
257   void *oldheap;
258   api_main_t *am = &api_main;
259
260   rv = (msgbuf_t *) (((u8 *) a) - offsetof (msgbuf_t, data));
261
262   /*
263    * Here's the beauty of the scheme.  Only one proc/thread has
264    * control of a given message buffer. To free a buffer, we just clear the
265    * queue field, and leave. No locks, no hits, no errors...
266    */
267   if (rv->q)
268     {
269       rv->q = 0;
270       rv->gc_mark_timestamp = 0;
271 #if DEBUG_MESSAGE_BUFFER_OVERRUN > 0
272       {
273         u32 *overrun;
274         overrun = (u32 *) (rv->data + ntohl (rv->data_len));
275         ASSERT (*overrun == 0x1badbabe);
276       }
277 #endif
278       return;
279     }
280
281   pthread_mutex_lock (&am->vlib_rp->mutex);
282   oldheap = svm_push_data_heap (am->vlib_rp);
283
284 #if DEBUG_MESSAGE_BUFFER_OVERRUN > 0
285   {
286     u32 *overrun;
287     overrun = (u32 *) (rv->data + ntohl (rv->data_len));
288     ASSERT (*overrun == 0x1badbabe);
289   }
290 #endif
291
292   clib_mem_free (rv);
293   svm_pop_heap (oldheap);
294   pthread_mutex_unlock (&am->vlib_rp->mutex);
295 }
296
297 static void
298 vl_msg_api_free_nolock (void *a)
299 {
300   msgbuf_t *rv;
301   void *oldheap;
302   api_main_t *am = &api_main;
303
304   rv = (msgbuf_t *) (((u8 *) a) - offsetof (msgbuf_t, data));
305   /*
306    * Here's the beauty of the scheme.  Only one proc/thread has
307    * control of a given message buffer. To free a buffer, we just clear the
308    * queue field, and leave. No locks, no hits, no errors...
309    */
310   if (rv->q)
311     {
312       rv->q = 0;
313       return;
314     }
315
316   oldheap = svm_push_data_heap (am->vlib_rp);
317   clib_mem_free (rv);
318   svm_pop_heap (oldheap);
319 }
320
321 void
322 vl_set_memory_root_path (const char *name)
323 {
324   api_main_t *am = &api_main;
325
326   am->root_path = name;
327 }
328
329 void
330 vl_set_memory_uid (int uid)
331 {
332   api_main_t *am = &api_main;
333
334   am->api_uid = uid;
335 }
336
337 void
338 vl_set_memory_gid (int gid)
339 {
340   api_main_t *am = &api_main;
341
342   am->api_gid = gid;
343 }
344
345 void
346 vl_set_global_memory_baseva (u64 baseva)
347 {
348   api_main_t *am = &api_main;
349
350   am->global_baseva = baseva;
351 }
352
353 void
354 vl_set_global_memory_size (u64 size)
355 {
356   api_main_t *am = &api_main;
357
358   am->global_size = size;
359 }
360
361 void
362 vl_set_api_memory_size (u64 size)
363 {
364   api_main_t *am = &api_main;
365
366   am->api_size = size;
367 }
368
369 void
370 vl_set_global_pvt_heap_size (u64 size)
371 {
372   api_main_t *am = &api_main;
373
374   am->global_pvt_heap_size = size;
375 }
376
377 void
378 vl_set_api_pvt_heap_size (u64 size)
379 {
380   api_main_t *am = &api_main;
381
382   am->api_pvt_heap_size = size;
383 }
384
385 static void
386 vl_api_default_mem_config (vl_shmem_hdr_t * shmem_hdr)
387 {
388   api_main_t *am = &api_main;
389   u32 vlib_input_queue_length;
390
391   /* vlib main input queue */
392   vlib_input_queue_length = 1024;
393   if (am->vlib_input_queue_length)
394     vlib_input_queue_length = am->vlib_input_queue_length;
395
396   shmem_hdr->vl_input_queue =
397     svm_queue_alloc_and_init (vlib_input_queue_length, sizeof (uword),
398                               getpid ());
399
400 #define _(sz,n)                                                 \
401     do {                                                        \
402         ring_alloc_t _rp;                                       \
403         _rp.rp = svm_queue_alloc_and_init ((n), (sz), 0);       \
404         _rp.size = (sz);                                        \
405         _rp.nitems = n;                                         \
406         _rp.hits = 0;                                           \
407         _rp.misses = 0;                                         \
408         vec_add1(shmem_hdr->vl_rings, _rp);                     \
409     } while (0);
410
411   foreach_vl_aring_size;
412 #undef _
413
414 #define _(sz,n)                                                 \
415     do {                                                        \
416         ring_alloc_t _rp;                                       \
417         _rp.rp = svm_queue_alloc_and_init ((n), (sz), 0);       \
418         _rp.size = (sz);                                        \
419         _rp.nitems = n;                                         \
420         _rp.hits = 0;                                           \
421         _rp.misses = 0;                                         \
422         vec_add1(shmem_hdr->client_rings, _rp);                 \
423     } while (0);
424
425   foreach_clnt_aring_size;
426 #undef _
427 }
428
429 void
430 vl_api_mem_config (vl_shmem_hdr_t * hdr, vl_api_shm_elem_config_t * config)
431 {
432   vl_api_shm_elem_config_t *c;
433   ring_alloc_t *rp;
434   u32 size;
435
436   if (!config)
437     {
438       vl_api_default_mem_config (hdr);
439       return;
440     }
441
442   vec_foreach (c, config)
443   {
444     switch (c->type)
445       {
446       case VL_API_QUEUE:
447         hdr->vl_input_queue = svm_queue_alloc_and_init (c->count, c->size,
448                                                         getpid ());
449         continue;
450       case VL_API_VLIB_RING:
451         vec_add2 (hdr->vl_rings, rp, 1);
452         break;
453       case VL_API_CLIENT_RING:
454         vec_add2 (hdr->client_rings, rp, 1);
455         break;
456       default:
457         clib_warning ("unknown config type: %d", c->type);
458         continue;
459       }
460
461     size = sizeof (ring_alloc_t) + c->size;
462     rp->rp = svm_queue_alloc_and_init (c->count, size, 0);
463     rp->size = size;
464     rp->nitems = c->count;
465     rp->hits = 0;
466     rp->misses = 0;
467   }
468 }
469
470 void
471 vl_init_shmem (svm_region_t * vlib_rp, vl_api_shm_elem_config_t * config,
472                int is_vlib, int is_private_region)
473 {
474   api_main_t *am = &api_main;
475   vl_shmem_hdr_t *shmem_hdr = 0;
476   void *oldheap;
477   ASSERT (vlib_rp);
478
479   /* $$$$ need private region config parameters */
480
481   oldheap = svm_push_data_heap (vlib_rp);
482
483   vec_validate (shmem_hdr, 0);
484   shmem_hdr->version = VL_SHM_VERSION;
485   shmem_hdr->clib_file_index = VL_API_INVALID_FI;
486
487   /* Set up the queue and msg ring allocator */
488   vl_api_mem_config (shmem_hdr, config);
489
490   if (is_private_region == 0)
491     {
492       am->shmem_hdr = shmem_hdr;
493       am->vlib_rp = vlib_rp;
494       am->our_pid = getpid ();
495       if (is_vlib)
496         am->shmem_hdr->vl_pid = am->our_pid;
497     }
498   else
499     shmem_hdr->vl_pid = am->our_pid;
500
501   svm_pop_heap (oldheap);
502
503   /*
504    * After absolutely everything that a client might see is set up,
505    * declare the shmem region valid
506    */
507   vlib_rp->user_ctx = shmem_hdr;
508
509   pthread_mutex_unlock (&vlib_rp->mutex);
510 }
511
512 int
513 vl_map_shmem (const char *region_name, int is_vlib)
514 {
515   svm_map_region_args_t _a, *a = &_a;
516   svm_region_t *vlib_rp, *root_rp;
517   api_main_t *am = &api_main;
518   int i;
519   struct timespec ts, tsrem;
520   char *vpe_api_region_suffix = "-vpe-api";
521
522   clib_memset (a, 0, sizeof (*a));
523
524   if (strstr (region_name, vpe_api_region_suffix))
525     {
526       u8 *root_path = format (0, "%s", region_name);
527       _vec_len (root_path) = (vec_len (root_path) -
528                               strlen (vpe_api_region_suffix));
529       vec_terminate_c_string (root_path);
530       a->root_path = (const char *) root_path;
531       am->root_path = (const char *) root_path;
532     }
533
534   if (is_vlib == 0)
535     {
536       int tfd;
537       u8 *api_name;
538       /*
539        * Clients wait for vpp to set up the root / API regioins
540        */
541       if (am->root_path)
542         api_name = format (0, "/dev/shm/%s-%s%c", am->root_path,
543                            region_name + 1, 0);
544       else
545         api_name = format (0, "/dev/shm%s%c", region_name, 0);
546
547       /* Wait up to 100 seconds... */
548       for (i = 0; i < 10000; i++)
549         {
550           ts.tv_sec = 0;
551           ts.tv_nsec = 10000 * 1000;    /* 10 ms */
552           while (nanosleep (&ts, &tsrem) < 0)
553             ts = tsrem;
554           tfd = open ((char *) api_name, O_RDWR);
555           if (tfd >= 0)
556             break;
557         }
558       vec_free (api_name);
559       if (tfd < 0)
560         {
561           clib_warning ("region init fail");
562           return -2;
563         }
564       close (tfd);
565       svm_region_init_chroot_uid_gid (am->root_path, getuid (), getgid ());
566     }
567
568   if (a->root_path != NULL)
569     {
570       a->name = "/vpe-api";
571     }
572   else
573     a->name = region_name;
574   a->size = am->api_size ? am->api_size : (16 << 20);
575   a->flags = SVM_FLAGS_MHEAP;
576   a->uid = am->api_uid;
577   a->gid = am->api_gid;
578   a->pvt_heap_size = am->api_pvt_heap_size;
579
580   vlib_rp = svm_region_find_or_create (a);
581
582   if (vlib_rp == 0)
583     return (-2);
584
585   pthread_mutex_lock (&vlib_rp->mutex);
586   /* Has someone else set up the shared-memory variable table? */
587   if (vlib_rp->user_ctx)
588     {
589       am->shmem_hdr = (void *) vlib_rp->user_ctx;
590       am->our_pid = getpid ();
591       if (is_vlib)
592         {
593           svm_queue_t *q;
594           uword old_msg;
595           /*
596            * application restart. Reset cached pids, API message
597            * rings, list of clients; otherwise, various things
598            * fail. (e.g. queue non-empty notification)
599            */
600
601           /* ghosts keep the region from disappearing properly */
602           svm_client_scan_this_region_nolock (vlib_rp);
603           am->shmem_hdr->application_restarts++;
604           q = am->shmem_hdr->vl_input_queue;
605           am->shmem_hdr->vl_pid = getpid ();
606           q->consumer_pid = am->shmem_hdr->vl_pid;
607           /* Drain the input queue, freeing msgs */
608           for (i = 0; i < 10; i++)
609             {
610               if (pthread_mutex_trylock (&q->mutex) == 0)
611                 {
612                   pthread_mutex_unlock (&q->mutex);
613                   goto mutex_ok;
614                 }
615               ts.tv_sec = 0;
616               ts.tv_nsec = 10000 * 1000;        /* 10 ms */
617               while (nanosleep (&ts, &tsrem) < 0)
618                 ts = tsrem;
619             }
620           /* Mutex buggered, "fix" it */
621           clib_memset (&q->mutex, 0, sizeof (q->mutex));
622           clib_warning ("forcibly release main input queue mutex");
623
624         mutex_ok:
625           am->vlib_rp = vlib_rp;
626           while (svm_queue_sub (q, (u8 *) & old_msg, SVM_Q_NOWAIT, 0)
627                  != -2 /* queue underflow */ )
628             {
629               vl_msg_api_free_nolock ((void *) old_msg);
630               am->shmem_hdr->restart_reclaims++;
631             }
632           pthread_mutex_unlock (&vlib_rp->mutex);
633           root_rp = svm_get_root_rp ();
634           ASSERT (root_rp);
635           /* Clean up the root region client list */
636           pthread_mutex_lock (&root_rp->mutex);
637           svm_client_scan_this_region_nolock (root_rp);
638           pthread_mutex_unlock (&root_rp->mutex);
639         }
640       else
641         {
642           pthread_mutex_unlock (&vlib_rp->mutex);
643         }
644       am->vlib_rp = vlib_rp;
645       vec_add1 (am->mapped_shmem_regions, vlib_rp);
646       return 0;
647     }
648   /* Clients simply have to wait... */
649   if (!is_vlib)
650     {
651       pthread_mutex_unlock (&vlib_rp->mutex);
652
653       /* Wait up to 100 seconds... */
654       for (i = 0; i < 10000; i++)
655         {
656           ts.tv_sec = 0;
657           ts.tv_nsec = 10000 * 1000;    /* 10 ms */
658           while (nanosleep (&ts, &tsrem) < 0)
659             ts = tsrem;
660           if (vlib_rp->user_ctx)
661             goto ready;
662         }
663       /* Clean up and leave... */
664       svm_region_unmap (vlib_rp);
665       clib_warning ("region init fail");
666       return (-2);
667
668     ready:
669       am->shmem_hdr = (void *) vlib_rp->user_ctx;
670       am->our_pid = getpid ();
671       am->vlib_rp = vlib_rp;
672       vec_add1 (am->mapped_shmem_regions, vlib_rp);
673       return 0;
674     }
675
676   /* Nope, it's our problem... */
677   vl_init_shmem (vlib_rp, 0 /* default config */ , 1 /* is vlib */ ,
678                  0 /* is_private_region */ );
679
680   vec_add1 (am->mapped_shmem_regions, vlib_rp);
681   return 0;
682 }
683
684 void
685 vl_register_mapped_shmem_region (svm_region_t * rp)
686 {
687   api_main_t *am = &api_main;
688
689   vec_add1 (am->mapped_shmem_regions, rp);
690 }
691
692 static void
693 vl_unmap_shmem_internal (u8 is_client)
694 {
695   svm_region_t *rp;
696   int i;
697   api_main_t *am = &api_main;
698
699   if (!svm_get_root_rp ())
700     return;
701
702   for (i = 0; i < vec_len (am->mapped_shmem_regions); i++)
703     {
704       rp = am->mapped_shmem_regions[i];
705       is_client ? svm_region_unmap_client (rp) : svm_region_unmap (rp);
706     }
707
708   vec_free (am->mapped_shmem_regions);
709   am->shmem_hdr = 0;
710
711   is_client ? svm_region_exit_client () : svm_region_exit ();
712
713   /* $$$ more careful cleanup, valgrind run... */
714   vec_free (am->msg_handlers);
715   vec_free (am->msg_endian_handlers);
716   vec_free (am->msg_print_handlers);
717 }
718
719 void
720 vl_unmap_shmem (void)
721 {
722   vl_unmap_shmem_internal (0);
723 }
724
725 void
726 vl_unmap_shmem_client (void)
727 {
728   vl_unmap_shmem_internal (1);
729 }
730
731 void
732 vl_msg_api_send_shmem (svm_queue_t * q, u8 * elem)
733 {
734   api_main_t *am = &api_main;
735   uword *trace = (uword *) elem;
736
737   if (am->tx_trace && am->tx_trace->enabled)
738     vl_msg_api_trace (am, am->tx_trace, (void *) trace[0]);
739
740   /*
741    * Announce a probable binary API client bug:
742    * some client's input queue is stuffed.
743    * The situation may be recoverable, or not.
744    */
745   if (PREDICT_FALSE
746       (am->vl_clients /* vpp side */  && (q->cursize == q->maxsize)))
747     clib_warning ("WARNING: client input queue at %llx is stuffed...", q);
748   (void) svm_queue_add (q, elem, 0 /* nowait */ );
749 }
750
751 int
752 vl_mem_api_can_send (svm_queue_t * q)
753 {
754   return (q->cursize < q->maxsize);
755 }
756
757 void
758 vl_msg_api_send_shmem_nolock (svm_queue_t * q, u8 * elem)
759 {
760   api_main_t *am = &api_main;
761   uword *trace = (uword *) elem;
762
763   if (am->tx_trace && am->tx_trace->enabled)
764     vl_msg_api_trace (am, am->tx_trace, (void *) trace[0]);
765
766   (void) svm_queue_add_nolock (q, elem);
767 }
768
769 /*
770  * fd.io coding-style-patch-verification: ON
771  *
772  * Local Variables:
773  * eval: (c-set-style "gnu")
774  * End:
775  */