New upstream version 18.08
[deb_dpdk.git] / doc / guides / contributing / versioning.rst
1 ..  SPDX-License-Identifier: BSD-3-Clause
2     Copyright 2018 The DPDK contributors
3
4 Managing ABI updates
5 ====================
6
7 Description
8 -----------
9
10 This document details some methods for handling ABI management in the DPDK.
11 Note this document is not exhaustive, in that C library versioning is flexible
12 allowing multiple methods to achieve various goals, but it will provide the user
13 with some introductory methods
14
15 General Guidelines
16 ------------------
17
18 #. Whenever possible, ABI should be preserved
19 #. Libraries or APIs marked in ``experimental`` state may change without constraint.
20 #. New APIs will be marked as ``experimental`` for at least one release to allow
21    any issues found by users of the new API to be fixed quickly
22 #. The addition of symbols is generally not problematic
23 #. The modification of symbols can generally be managed with versioning
24 #. The removal of symbols generally is an ABI break and requires bumping of the
25    LIBABIVER macro
26 #. Updates to the minimum hardware requirements, which drop support for hardware which
27    was previously supported, should be treated as an ABI change.
28
29 What is an ABI
30 --------------
31
32 An ABI (Application Binary Interface) is the set of runtime interfaces exposed
33 by a library. It is similar to an API (Application Programming Interface) but
34 is the result of compilation.  It is also effectively cloned when applications
35 link to dynamic libraries.  That is to say when an application is compiled to
36 link against dynamic libraries, it is assumed that the ABI remains constant
37 between the time the application is compiled/linked, and the time that it runs.
38 Therefore, in the case of dynamic linking, it is critical that an ABI is
39 preserved, or (when modified), done in such a way that the application is unable
40 to behave improperly or in an unexpected fashion.
41
42 The DPDK ABI policy
43 -------------------
44
45 ABI versions are set at the time of major release labeling, and the ABI may
46 change multiple times, without warning, between the last release label and the
47 HEAD label of the git tree.
48
49 ABI versions, once released, are available until such time as their
50 deprecation has been noted in the Release Notes for at least one major release
51 cycle. For example consider the case where the ABI for DPDK 2.0 has been
52 shipped and then a decision is made to modify it during the development of
53 DPDK 2.1. The decision will be recorded in the Release Notes for the DPDK 2.1
54 release and the modification will be made available in the DPDK 2.2 release.
55
56 ABI versions may be deprecated in whole or in part as needed by a given
57 update.
58
59 Some ABI changes may be too significant to reasonably maintain multiple
60 versions. In those cases ABI's may be updated without backward compatibility
61 being provided. The requirements for doing so are:
62
63 #. At least 3 acknowledgments of the need to do so must be made on the
64    dpdk.org mailing list.
65
66    - The acknowledgment of the maintainer of the component is mandatory, or if
67      no maintainer is available for the component, the tree/sub-tree maintainer
68      for that component must acknowledge the ABI change instead.
69
70    - It is also recommended that acknowledgments from different "areas of
71      interest" be sought for each deprecation, for example: from NIC vendors,
72      CPU vendors, end-users, etc.
73
74 #. The changes (including an alternative map file) must be gated with
75    the ``RTE_NEXT_ABI`` option, and provided with a deprecation notice at the
76    same time.
77    It will become the default ABI in the next release.
78
79 #. A full deprecation cycle, as explained above, must be made to offer
80    downstream consumers sufficient warning of the change.
81
82 #. At the beginning of the next release cycle, every ``RTE_NEXT_ABI``
83    conditions will be removed, the ``LIBABIVER`` variable in the makefile(s)
84    where the ABI is changed will be incremented, and the map files will
85    be updated.
86
87 Note that the above process for ABI deprecation should not be undertaken
88 lightly. ABI stability is extremely important for downstream consumers of the
89 DPDK, especially when distributed in shared object form. Every effort should
90 be made to preserve the ABI whenever possible. The ABI should only be changed
91 for significant reasons, such as performance enhancements. ABI breakage due to
92 changes such as reorganizing public structure fields for aesthetic or
93 readability purposes should be avoided.
94
95 .. note::
96
97    Updates to the minimum hardware requirements, which drop support for hardware
98    which was previously supported, should be treated as an ABI change, and
99    follow the relevant deprecation policy procedures as above: 3 acks and
100    announcement at least one release in advance.
101
102 Experimental APIs
103 ~~~~~~~~~~~~~~~~~
104
105 APIs marked as ``experimental`` are not considered part of the ABI and may
106 change without warning at any time.  Since changes to APIs are most likely
107 immediately after their introduction, as users begin to take advantage of
108 those new APIs and start finding issues with them, new DPDK APIs will be
109 automatically marked as ``experimental`` to allow for a period of stabilization
110 before they become part of a tracked ABI.
111
112 Note that marking an API as experimental is a multi step process.
113 To mark an API as experimental, the symbols which are desired to be exported
114 must be placed in an EXPERIMENTAL version block in the corresponding libraries'
115 version map script.
116 Secondly, the corresponding definitions of those exported functions, and
117 their forward declarations (in the development header files), must be marked
118 with the ``__rte_experimental`` tag (see ``rte_compat.h``).
119 The DPDK build makefiles perform a check to ensure that the map file and the
120 C code reflect the same list of symbols.
121 This check can be circumvented by defining ``ALLOW_EXPERIMENTAL_API``
122 during compilation in the corresponding library Makefile.
123
124 In addition to tagging the code with ``__rte_experimental``,
125 the doxygen markup must also contain the EXPERIMENTAL string,
126 and the MAINTAINERS file should note the EXPERIMENTAL libraries.
127
128 For removing the experimental tag associated with an API, deprecation notice
129 is not required. Though, an API should remain in experimental state for at least
130 one release. Thereafter, normal process of posting patch for review to mailing
131 list can be followed.
132
133 Examples of Deprecation Notices
134 -------------------------------
135
136 The following are some examples of ABI deprecation notices which would be
137 added to the Release Notes:
138
139 * The Macro ``#RTE_FOO`` is deprecated and will be removed with version 2.0,
140   to be replaced with the inline function ``rte_foo()``.
141
142 * The function ``rte_mbuf_grok()`` has been updated to include a new parameter
143   in version 2.0. Backwards compatibility will be maintained for this function
144   until the release of version 2.1
145
146 * The members of ``struct rte_foo`` have been reorganized in release 2.0 for
147   performance reasons. Existing binary applications will have backwards
148   compatibility in release 2.0, while newly built binaries will need to
149   reference the new structure variant ``struct rte_foo2``. Compatibility will
150   be removed in release 2.2, and all applications will require updating and
151   rebuilding to the new structure at that time, which will be renamed to the
152   original ``struct rte_foo``.
153
154 * Significant ABI changes are planned for the ``librte_dostuff`` library. The
155   upcoming release 2.0 will not contain these changes, but release 2.1 will,
156   and no backwards compatibility is planned due to the extensive nature of
157   these changes. Binaries using this library built prior to version 2.1 will
158   require updating and recompilation.
159
160 Versioning Macros
161 -----------------
162
163 When a symbol is exported from a library to provide an API, it also provides a
164 calling convention (ABI) that is embodied in its name, return type and
165 arguments. Occasionally that function may need to change to accommodate new
166 functionality or behavior. When that occurs, it is desirable to allow for
167 backward compatibility for a time with older binaries that are dynamically
168 linked to the DPDK.
169
170 To support backward compatibility the ``lib/librte_compat/rte_compat.h``
171 header file provides macros to use when updating exported functions. These
172 macros are used in conjunction with the ``rte_<library>_version.map`` file for
173 a given library to allow multiple versions of a symbol to exist in a shared
174 library so that older binaries need not be immediately recompiled.
175
176 The macros exported are:
177
178 * ``VERSION_SYMBOL(b, e, n)``: Creates a symbol version table entry binding
179   versioned symbol ``b@DPDK_n`` to the internal function ``b_e``.
180
181 * ``BIND_DEFAULT_SYMBOL(b, e, n)``: Creates a symbol version entry instructing
182   the linker to bind references to symbol ``b`` to the internal symbol
183   ``b_e``.
184
185 * ``MAP_STATIC_SYMBOL(f, p)``: Declare the prototype ``f``, and map it to the
186   fully qualified function ``p``, so that if a symbol becomes versioned, it
187   can still be mapped back to the public symbol name.
188
189 Setting a Major ABI version
190 ---------------------------
191
192 Downstreams might want to provide different DPDK releases at the same time to
193 support multiple consumers of DPDK linked against older and newer sonames.
194
195 Also due to the interdependencies that DPDK libraries can have applications
196 might end up with an executable space in which multiple versions of a library
197 are mapped by ld.so.
198
199 Think of LibA that got an ABI bump and LibB that did not get an ABI bump but is
200 depending on LibA.
201
202 .. note::
203
204     Application
205     \-> LibA.old
206     \-> LibB.new -> LibA.new
207
208 That is a conflict which can be avoided by setting ``CONFIG_RTE_MAJOR_ABI``.
209 If set, the value of ``CONFIG_RTE_MAJOR_ABI`` overwrites all - otherwise per
210 library - versions defined in the libraries ``LIBABIVER``.
211 An example might be ``CONFIG_RTE_MAJOR_ABI=16.11`` which will make all libraries
212 ``librte<?>.so.16.11`` instead of ``librte<?>.so.<LIBABIVER>``.
213
214 Examples of ABI Macro use
215 -------------------------
216
217 Updating a public API
218 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
219
220 Assume we have a function as follows
221
222 .. code-block:: c
223
224  /*
225   * Create an acl context object for apps to
226   * manipulate
227   */
228  struct rte_acl_ctx *
229  rte_acl_create(const struct rte_acl_param *param)
230  {
231         ...
232  }
233
234
235 Assume that struct rte_acl_ctx is a private structure, and that a developer
236 wishes to enhance the acl api so that a debugging flag can be enabled on a
237 per-context basis.  This requires an addition to the structure (which, being
238 private, is safe), but it also requires modifying the code as follows
239
240 .. code-block:: c
241
242  /*
243   * Create an acl context object for apps to
244   * manipulate
245   */
246  struct rte_acl_ctx *
247  rte_acl_create(const struct rte_acl_param *param, int debug)
248  {
249         ...
250  }
251
252
253 Note also that, being a public function, the header file prototype must also be
254 changed, as must all the call sites, to reflect the new ABI footprint.  We will
255 maintain previous ABI versions that are accessible only to previously compiled
256 binaries
257
258 The addition of a parameter to the function is ABI breaking as the function is
259 public, and existing application may use it in its current form.  However, the
260 compatibility macros in DPDK allow a developer to use symbol versioning so that
261 multiple functions can be mapped to the same public symbol based on when an
262 application was linked to it.  To see how this is done, we start with the
263 requisite libraries version map file.  Initially the version map file for the
264 acl library looks like this
265
266 .. code-block:: none
267
268    DPDK_2.0 {
269         global:
270
271         rte_acl_add_rules;
272         rte_acl_build;
273         rte_acl_classify;
274         rte_acl_classify_alg;
275         rte_acl_classify_scalar;
276         rte_acl_create;
277         rte_acl_dump;
278         rte_acl_find_existing;
279         rte_acl_free;
280         rte_acl_ipv4vlan_add_rules;
281         rte_acl_ipv4vlan_build;
282         rte_acl_list_dump;
283         rte_acl_reset;
284         rte_acl_reset_rules;
285         rte_acl_set_ctx_classify;
286
287         local: *;
288    };
289
290 This file needs to be modified as follows
291
292 .. code-block:: none
293
294    DPDK_2.0 {
295         global:
296
297         rte_acl_add_rules;
298         rte_acl_build;
299         rte_acl_classify;
300         rte_acl_classify_alg;
301         rte_acl_classify_scalar;
302         rte_acl_create;
303         rte_acl_dump;
304         rte_acl_find_existing;
305         rte_acl_free;
306         rte_acl_ipv4vlan_add_rules;
307         rte_acl_ipv4vlan_build;
308         rte_acl_list_dump;
309         rte_acl_reset;
310         rte_acl_reset_rules;
311         rte_acl_set_ctx_classify;
312
313         local: *;
314    };
315
316    DPDK_2.1 {
317         global:
318         rte_acl_create;
319
320    } DPDK_2.0;
321
322 The addition of the new block tells the linker that a new version node is
323 available (DPDK_2.1), which contains the symbol rte_acl_create, and inherits the
324 symbols from the DPDK_2.0 node.  This list is directly translated into a list of
325 exported symbols when DPDK is compiled as a shared library
326
327 Next, we need to specify in the code which function map to the rte_acl_create
328 symbol at which versions.  First, at the site of the initial symbol definition,
329 we need to update the function so that it is uniquely named, and not in conflict
330 with the public symbol name
331
332 .. code-block:: c
333
334   struct rte_acl_ctx *
335  -rte_acl_create(const struct rte_acl_param *param)
336  +rte_acl_create_v20(const struct rte_acl_param *param)
337  {
338         size_t sz;
339         struct rte_acl_ctx *ctx;
340         ...
341
342 Note that the base name of the symbol was kept intact, as this is conducive to
343 the macros used for versioning symbols.  That is our next step, mapping this new
344 symbol name to the initial symbol name at version node 2.0.  Immediately after
345 the function, we add this line of code
346
347 .. code-block:: c
348
349    VERSION_SYMBOL(rte_acl_create, _v20, 2.0);
350
351 Remembering to also add the rte_compat.h header to the requisite c file where
352 these changes are being made.  The above macro instructs the linker to create a
353 new symbol ``rte_acl_create@DPDK_2.0``, which matches the symbol created in older
354 builds, but now points to the above newly named function.  We have now mapped
355 the original rte_acl_create symbol to the original function (but with a new
356 name)
357
358 Next, we need to create the 2.1 version of the symbol.  We create a new function
359 name, with a different suffix, and  implement it appropriately
360
361 .. code-block:: c
362
363    struct rte_acl_ctx *
364    rte_acl_create_v21(const struct rte_acl_param *param, int debug);
365    {
366         struct rte_acl_ctx *ctx = rte_acl_create_v20(param);
367
368         ctx->debug = debug;
369
370         return ctx;
371    }
372
373 This code serves as our new API call.  Its the same as our old call, but adds
374 the new parameter in place.  Next we need to map this function to the symbol
375 ``rte_acl_create@DPDK_2.1``.  To do this, we modify the public prototype of the call
376 in the header file, adding the macro there to inform all including applications,
377 that on re-link, the default rte_acl_create symbol should point to this
378 function.  Note that we could do this by simply naming the function above
379 rte_acl_create, and the linker would chose the most recent version tag to apply
380 in the version script, but we can also do this in the header file
381
382 .. code-block:: c
383
384    struct rte_acl_ctx *
385    -rte_acl_create(const struct rte_acl_param *param);
386    +rte_acl_create(const struct rte_acl_param *param, int debug);
387    +BIND_DEFAULT_SYMBOL(rte_acl_create, _v21, 2.1);
388
389 The BIND_DEFAULT_SYMBOL macro explicitly tells applications that include this
390 header, to link to the rte_acl_create_v21 function and apply the DPDK_2.1
391 version node to it.  This method is more explicit and flexible than just
392 re-implementing the exact symbol name, and allows for other features (such as
393 linking to the old symbol version by default, when the new ABI is to be opt-in
394 for a period.
395
396 One last thing we need to do.  Note that we've taken what was a public symbol,
397 and duplicated it into two uniquely and differently named symbols.  We've then
398 mapped each of those back to the public symbol ``rte_acl_create`` with different
399 version tags.  This only applies to dynamic linking, as static linking has no
400 notion of versioning.  That leaves this code in a position of no longer having a
401 symbol simply named ``rte_acl_create`` and a static build will fail on that
402 missing symbol.
403
404 To correct this, we can simply map a function of our choosing back to the public
405 symbol in the static build with the ``MAP_STATIC_SYMBOL`` macro.  Generally the
406 assumption is that the most recent version of the symbol is the one you want to
407 map.  So, back in the C file where, immediately after ``rte_acl_create_v21`` is
408 defined, we add this
409
410 .. code-block:: c
411
412    struct rte_acl_ctx *
413    rte_acl_create_v21(const struct rte_acl_param *param, int debug)
414    {
415         ...
416    }
417    MAP_STATIC_SYMBOL(struct rte_acl_ctx *rte_acl_create(const struct rte_acl_param *param, int debug), rte_acl_create_v21);
418
419 That tells the compiler that, when building a static library, any calls to the
420 symbol ``rte_acl_create`` should be linked to ``rte_acl_create_v21``
421
422 That's it, on the next shared library rebuild, there will be two versions of
423 rte_acl_create, an old DPDK_2.0 version, used by previously built applications,
424 and a new DPDK_2.1 version, used by future built applications.
425
426
427 Deprecating part of a public API
428 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
429
430 Lets assume that you've done the above update, and after a few releases have
431 passed you decide you would like to retire the old version of the function.
432 After having gone through the ABI deprecation announcement process, removal is
433 easy.  Start by removing the symbol from the requisite version map file:
434
435 .. code-block:: none
436
437    DPDK_2.0 {
438         global:
439
440         rte_acl_add_rules;
441         rte_acl_build;
442         rte_acl_classify;
443         rte_acl_classify_alg;
444         rte_acl_classify_scalar;
445         rte_acl_dump;
446  -      rte_acl_create
447         rte_acl_find_existing;
448         rte_acl_free;
449         rte_acl_ipv4vlan_add_rules;
450         rte_acl_ipv4vlan_build;
451         rte_acl_list_dump;
452         rte_acl_reset;
453         rte_acl_reset_rules;
454         rte_acl_set_ctx_classify;
455
456         local: *;
457    };
458
459    DPDK_2.1 {
460         global:
461         rte_acl_create;
462    } DPDK_2.0;
463
464
465 Next remove the corresponding versioned export.
466
467 .. code-block:: c
468
469  -VERSION_SYMBOL(rte_acl_create, _v20, 2.0);
470
471
472 Note that the internal function definition could also be removed, but its used
473 in our example by the newer version _v21, so we leave it in place.  This is a
474 coding style choice.
475
476 Lastly, we need to bump the LIBABIVER number for this library in the Makefile to
477 indicate to applications doing dynamic linking that this is a later, and
478 possibly incompatible library version:
479
480 .. code-block:: c
481
482    -LIBABIVER := 1
483    +LIBABIVER := 2
484
485 Deprecating an entire ABI version
486 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
487
488 While removing a symbol from and ABI may be useful, it is often more practical
489 to remove an entire version node at once.  If a version node completely
490 specifies an API, then removing part of it, typically makes it incomplete.  In
491 those cases it is better to remove the entire node
492
493 To do this, start by modifying the version map file, such that all symbols from
494 the node to be removed are merged into the next node in the map
495
496 In the case of our map above, it would transform to look as follows
497
498 .. code-block:: none
499
500    DPDK_2.1 {
501         global:
502
503         rte_acl_add_rules;
504         rte_acl_build;
505         rte_acl_classify;
506         rte_acl_classify_alg;
507         rte_acl_classify_scalar;
508         rte_acl_dump;
509         rte_acl_create
510         rte_acl_find_existing;
511         rte_acl_free;
512         rte_acl_ipv4vlan_add_rules;
513         rte_acl_ipv4vlan_build;
514         rte_acl_list_dump;
515         rte_acl_reset;
516         rte_acl_reset_rules;
517         rte_acl_set_ctx_classify;
518
519         local: *;
520  };
521
522 Then any uses of BIND_DEFAULT_SYMBOL that pointed to the old node should be
523 updated to point to the new version node in any header files for all affected
524 symbols.
525
526 .. code-block:: c
527
528  -BIND_DEFAULT_SYMBOL(rte_acl_create, _v20, 2.0);
529  +BIND_DEFAULT_SYMBOL(rte_acl_create, _v21, 2.1);
530
531 Lastly, any VERSION_SYMBOL macros that point to the old version node should be
532 removed, taking care to keep, where need old code in place to support newer
533 versions of the symbol.
534
535 Running the ABI Validator
536 -------------------------
537
538 The ``devtools`` directory in the DPDK source tree contains a utility program,
539 ``validate-abi.sh``, for validating the DPDK ABI based on the Linux `ABI
540 Compliance Checker
541 <http://ispras.linuxbase.org/index.php/ABI_compliance_checker>`_.
542
543 This has a dependency on the ``abi-compliance-checker`` and ``and abi-dumper``
544 utilities which can be installed via a package manager. For example::
545
546    sudo yum install abi-compliance-checker
547    sudo yum install abi-dumper
548
549 The syntax of the ``validate-abi.sh`` utility is::
550
551    ./devtools/validate-abi.sh <REV1> <REV2> <TARGET>
552
553 Where ``REV1`` and ``REV2`` are valid gitrevisions(7)
554 https://www.kernel.org/pub/software/scm/git/docs/gitrevisions.html
555 on the local repo and target is the usual DPDK compilation target.
556
557 For example::
558
559    # Check between the previous and latest commit:
560    ./devtools/validate-abi.sh HEAD~1 HEAD x86_64-native-linuxapp-gcc
561
562    # Check between two tags:
563    ./devtools/validate-abi.sh v2.0.0 v2.1.0 x86_64-native-linuxapp-gcc
564
565    # Check between git master and local topic-branch "vhost-hacking":
566    ./devtools/validate-abi.sh master vhost-hacking x86_64-native-linuxapp-gcc
567
568 After the validation script completes (it can take a while since it need to
569 compile both tags) it will create compatibility reports in the
570 ``./compat_report`` directory. Listed incompatibilities can be found as
571 follows::
572
573   grep -lr Incompatible compat_reports/