New upstream version 17.11~rc4
[deb_dpdk.git] / doc / guides / contributing / versioning.rst
1 Managing ABI updates
2 ====================
3
4 Description
5 -----------
6
7 This document details some methods for handling ABI management in the DPDK.
8 Note this document is not exhaustive, in that C library versioning is flexible
9 allowing multiple methods to achieve various goals, but it will provide the user
10 with some introductory methods
11
12 General Guidelines
13 ------------------
14
15 #. Whenever possible, ABI should be preserved
16 #. Libraries or APIs marked in ``experimental`` state may change without constraint.
17 #. New APIs will be marked as ``experimental`` for at least one release to allow
18    any issues found by users of the new API to be fixed quickly
19 #. The addition of symbols is generally not problematic
20 #. The modification of symbols can generally be managed with versioning
21 #. The removal of symbols generally is an ABI break and requires bumping of the
22    LIBABIVER macro
23 #. Updates to the minimum hardware requirements, which drop support for hardware which
24    was previously supported, should be treated as an ABI change.
25
26 What is an ABI
27 --------------
28
29 An ABI (Application Binary Interface) is the set of runtime interfaces exposed
30 by a library. It is similar to an API (Application Programming Interface) but
31 is the result of compilation.  It is also effectively cloned when applications
32 link to dynamic libraries.  That is to say when an application is compiled to
33 link against dynamic libraries, it is assumed that the ABI remains constant
34 between the time the application is compiled/linked, and the time that it runs.
35 Therefore, in the case of dynamic linking, it is critical that an ABI is
36 preserved, or (when modified), done in such a way that the application is unable
37 to behave improperly or in an unexpected fashion.
38
39 The DPDK ABI policy
40 -------------------
41
42 ABI versions are set at the time of major release labeling, and the ABI may
43 change multiple times, without warning, between the last release label and the
44 HEAD label of the git tree.
45
46 APIs marked as ``experimental`` are not considered part of the ABI and may
47 change without warning at any time.  Since changes to APIs are most likely
48 immediately after their introduction, as users begin to take advantage of
49 those new APIs and start finding issues with them, new DPDK APIs will be
50 automatically marked as ``experimental`` to allow for a period of stabilization
51 before they become part of a tracked ABI.
52
53 ABI versions, once released, are available until such time as their
54 deprecation has been noted in the Release Notes for at least one major release
55 cycle. For example consider the case where the ABI for DPDK 2.0 has been
56 shipped and then a decision is made to modify it during the development of
57 DPDK 2.1. The decision will be recorded in the Release Notes for the DPDK 2.1
58 release and the modification will be made available in the DPDK 2.2 release.
59
60 ABI versions may be deprecated in whole or in part as needed by a given
61 update.
62
63 Some ABI changes may be too significant to reasonably maintain multiple
64 versions. In those cases ABI's may be updated without backward compatibility
65 being provided. The requirements for doing so are:
66
67 #. At least 3 acknowledgments of the need to do so must be made on the
68    dpdk.org mailing list.
69
70    - The acknowledgment of the maintainer of the component is mandatory, or if
71      no maintainer is available for the component, the tree/sub-tree maintainer
72      for that component must acknowledge the ABI change instead.
73
74    - It is also recommended that acknowledgments from different "areas of
75      interest" be sought for each deprecation, for example: from NIC vendors,
76      CPU vendors, end-users, etc.
77
78 #. The changes (including an alternative map file) must be gated with
79    the ``RTE_NEXT_ABI`` option, and provided with a deprecation notice at the
80    same time.
81    It will become the default ABI in the next release.
82
83 #. A full deprecation cycle, as explained above, must be made to offer
84    downstream consumers sufficient warning of the change.
85
86 #. At the beginning of the next release cycle, every ``RTE_NEXT_ABI``
87    conditions will be removed, the ``LIBABIVER`` variable in the makefile(s)
88    where the ABI is changed will be incremented, and the map files will
89    be updated.
90
91 Note that the above process for ABI deprecation should not be undertaken
92 lightly. ABI stability is extremely important for downstream consumers of the
93 DPDK, especially when distributed in shared object form. Every effort should
94 be made to preserve the ABI whenever possible. The ABI should only be changed
95 for significant reasons, such as performance enhancements. ABI breakage due to
96 changes such as reorganizing public structure fields for aesthetic or
97 readability purposes should be avoided.
98
99 .. note::
100
101    Updates to the minimum hardware requirements, which drop support for hardware
102    which was previously supported, should be treated as an ABI change, and
103    follow the relevant deprecation policy procedures as above: 3 acks and
104    announcement at least one release in advance.
105
106 Examples of Deprecation Notices
107 -------------------------------
108
109 The following are some examples of ABI deprecation notices which would be
110 added to the Release Notes:
111
112 * The Macro ``#RTE_FOO`` is deprecated and will be removed with version 2.0,
113   to be replaced with the inline function ``rte_foo()``.
114
115 * The function ``rte_mbuf_grok()`` has been updated to include a new parameter
116   in version 2.0. Backwards compatibility will be maintained for this function
117   until the release of version 2.1
118
119 * The members of ``struct rte_foo`` have been reorganized in release 2.0 for
120   performance reasons. Existing binary applications will have backwards
121   compatibility in release 2.0, while newly built binaries will need to
122   reference the new structure variant ``struct rte_foo2``. Compatibility will
123   be removed in release 2.2, and all applications will require updating and
124   rebuilding to the new structure at that time, which will be renamed to the
125   original ``struct rte_foo``.
126
127 * Significant ABI changes are planned for the ``librte_dostuff`` library. The
128   upcoming release 2.0 will not contain these changes, but release 2.1 will,
129   and no backwards compatibility is planned due to the extensive nature of
130   these changes. Binaries using this library built prior to version 2.1 will
131   require updating and recompilation.
132
133 Versioning Macros
134 -----------------
135
136 When a symbol is exported from a library to provide an API, it also provides a
137 calling convention (ABI) that is embodied in its name, return type and
138 arguments. Occasionally that function may need to change to accommodate new
139 functionality or behavior. When that occurs, it is desirable to allow for
140 backward compatibility for a time with older binaries that are dynamically
141 linked to the DPDK.
142
143 To support backward compatibility the ``lib/librte_compat/rte_compat.h``
144 header file provides macros to use when updating exported functions. These
145 macros are used in conjunction with the ``rte_<library>_version.map`` file for
146 a given library to allow multiple versions of a symbol to exist in a shared
147 library so that older binaries need not be immediately recompiled.
148
149 The macros exported are:
150
151 * ``VERSION_SYMBOL(b, e, n)``: Creates a symbol version table entry binding
152   versioned symbol ``b@DPDK_n`` to the internal function ``b_e``.
153
154 * ``BIND_DEFAULT_SYMBOL(b, e, n)``: Creates a symbol version entry instructing
155   the linker to bind references to symbol ``b`` to the internal symbol
156   ``b_e``.
157
158 * ``MAP_STATIC_SYMBOL(f, p)``: Declare the prototype ``f``, and map it to the
159   fully qualified function ``p``, so that if a symbol becomes versioned, it
160   can still be mapped back to the public symbol name.
161
162 Setting a Major ABI version
163 ---------------------------
164
165 Downstreams might want to provide different DPDK releases at the same time to
166 support multiple consumers of DPDK linked against older and newer sonames.
167
168 Also due to the interdependencies that DPDK libraries can have applications
169 might end up with an executable space in which multiple versions of a library
170 are mapped by ld.so.
171
172 Think of LibA that got an ABI bump and LibB that did not get an ABI bump but is
173 depending on LibA.
174
175 .. note::
176
177     Application
178     \-> LibA.old
179     \-> LibB.new -> LibA.new
180
181 That is a conflict which can be avoided by setting ``CONFIG_RTE_MAJOR_ABI``.
182 If set, the value of ``CONFIG_RTE_MAJOR_ABI`` overwrites all - otherwise per
183 library - versions defined in the libraries ``LIBABIVER``.
184 An example might be ``CONFIG_RTE_MAJOR_ABI=16.11`` which will make all libraries
185 ``librte<?>.so.16.11`` instead of ``librte<?>.so.<LIBABIVER>``.
186
187 Examples of ABI Macro use
188 -------------------------
189
190 Updating a public API
191 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
192
193 Assume we have a function as follows
194
195 .. code-block:: c
196
197  /*
198   * Create an acl context object for apps to
199   * manipulate
200   */
201  struct rte_acl_ctx *
202  rte_acl_create(const struct rte_acl_param *param)
203  {
204         ...
205  }
206
207
208 Assume that struct rte_acl_ctx is a private structure, and that a developer
209 wishes to enhance the acl api so that a debugging flag can be enabled on a
210 per-context basis.  This requires an addition to the structure (which, being
211 private, is safe), but it also requires modifying the code as follows
212
213 .. code-block:: c
214
215  /*
216   * Create an acl context object for apps to
217   * manipulate
218   */
219  struct rte_acl_ctx *
220  rte_acl_create(const struct rte_acl_param *param, int debug)
221  {
222         ...
223  }
224
225
226 Note also that, being a public function, the header file prototype must also be
227 changed, as must all the call sites, to reflect the new ABI footprint.  We will
228 maintain previous ABI versions that are accessible only to previously compiled
229 binaries
230
231 The addition of a parameter to the function is ABI breaking as the function is
232 public, and existing application may use it in its current form.  However, the
233 compatibility macros in DPDK allow a developer to use symbol versioning so that
234 multiple functions can be mapped to the same public symbol based on when an
235 application was linked to it.  To see how this is done, we start with the
236 requisite libraries version map file.  Initially the version map file for the
237 acl library looks like this
238
239 .. code-block:: none
240
241    DPDK_2.0 {
242         global:
243
244         rte_acl_add_rules;
245         rte_acl_build;
246         rte_acl_classify;
247         rte_acl_classify_alg;
248         rte_acl_classify_scalar;
249         rte_acl_create;
250         rte_acl_dump;
251         rte_acl_find_existing;
252         rte_acl_free;
253         rte_acl_ipv4vlan_add_rules;
254         rte_acl_ipv4vlan_build;
255         rte_acl_list_dump;
256         rte_acl_reset;
257         rte_acl_reset_rules;
258         rte_acl_set_ctx_classify;
259
260         local: *;
261    };
262
263 This file needs to be modified as follows
264
265 .. code-block:: none
266
267    DPDK_2.0 {
268         global:
269
270         rte_acl_add_rules;
271         rte_acl_build;
272         rte_acl_classify;
273         rte_acl_classify_alg;
274         rte_acl_classify_scalar;
275         rte_acl_create;
276         rte_acl_dump;
277         rte_acl_find_existing;
278         rte_acl_free;
279         rte_acl_ipv4vlan_add_rules;
280         rte_acl_ipv4vlan_build;
281         rte_acl_list_dump;
282         rte_acl_reset;
283         rte_acl_reset_rules;
284         rte_acl_set_ctx_classify;
285
286         local: *;
287    };
288
289    DPDK_2.1 {
290         global:
291         rte_acl_create;
292
293    } DPDK_2.0;
294
295 The addition of the new block tells the linker that a new version node is
296 available (DPDK_2.1), which contains the symbol rte_acl_create, and inherits the
297 symbols from the DPDK_2.0 node.  This list is directly translated into a list of
298 exported symbols when DPDK is compiled as a shared library
299
300 Next, we need to specify in the code which function map to the rte_acl_create
301 symbol at which versions.  First, at the site of the initial symbol definition,
302 we need to update the function so that it is uniquely named, and not in conflict
303 with the public symbol name
304
305 .. code-block:: c
306
307   struct rte_acl_ctx *
308  -rte_acl_create(const struct rte_acl_param *param)
309  +rte_acl_create_v20(const struct rte_acl_param *param)
310  {
311         size_t sz;
312         struct rte_acl_ctx *ctx;
313         ...
314
315 Note that the base name of the symbol was kept intact, as this is conducive to
316 the macros used for versioning symbols.  That is our next step, mapping this new
317 symbol name to the initial symbol name at version node 2.0.  Immediately after
318 the function, we add this line of code
319
320 .. code-block:: c
321
322    VERSION_SYMBOL(rte_acl_create, _v20, 2.0);
323
324 Remembering to also add the rte_compat.h header to the requisite c file where
325 these changes are being made.  The above macro instructs the linker to create a
326 new symbol ``rte_acl_create@DPDK_2.0``, which matches the symbol created in older
327 builds, but now points to the above newly named function.  We have now mapped
328 the original rte_acl_create symbol to the original function (but with a new
329 name)
330
331 Next, we need to create the 2.1 version of the symbol.  We create a new function
332 name, with a different suffix, and  implement it appropriately
333
334 .. code-block:: c
335
336    struct rte_acl_ctx *
337    rte_acl_create_v21(const struct rte_acl_param *param, int debug);
338    {
339         struct rte_acl_ctx *ctx = rte_acl_create_v20(param);
340
341         ctx->debug = debug;
342
343         return ctx;
344    }
345
346 This code serves as our new API call.  Its the same as our old call, but adds
347 the new parameter in place.  Next we need to map this function to the symbol
348 ``rte_acl_create@DPDK_2.1``.  To do this, we modify the public prototype of the call
349 in the header file, adding the macro there to inform all including applications,
350 that on re-link, the default rte_acl_create symbol should point to this
351 function.  Note that we could do this by simply naming the function above
352 rte_acl_create, and the linker would chose the most recent version tag to apply
353 in the version script, but we can also do this in the header file
354
355 .. code-block:: c
356
357    struct rte_acl_ctx *
358    -rte_acl_create(const struct rte_acl_param *param);
359    +rte_acl_create(const struct rte_acl_param *param, int debug);
360    +BIND_DEFAULT_SYMBOL(rte_acl_create, _v21, 2.1);
361
362 The BIND_DEFAULT_SYMBOL macro explicitly tells applications that include this
363 header, to link to the rte_acl_create_v21 function and apply the DPDK_2.1
364 version node to it.  This method is more explicit and flexible than just
365 re-implementing the exact symbol name, and allows for other features (such as
366 linking to the old symbol version by default, when the new ABI is to be opt-in
367 for a period.
368
369 One last thing we need to do.  Note that we've taken what was a public symbol,
370 and duplicated it into two uniquely and differently named symbols.  We've then
371 mapped each of those back to the public symbol ``rte_acl_create`` with different
372 version tags.  This only applies to dynamic linking, as static linking has no
373 notion of versioning.  That leaves this code in a position of no longer having a
374 symbol simply named ``rte_acl_create`` and a static build will fail on that
375 missing symbol.
376
377 To correct this, we can simply map a function of our choosing back to the public
378 symbol in the static build with the ``MAP_STATIC_SYMBOL`` macro.  Generally the
379 assumption is that the most recent version of the symbol is the one you want to
380 map.  So, back in the C file where, immediately after ``rte_acl_create_v21`` is
381 defined, we add this
382
383 .. code-block:: c
384
385    struct rte_acl_ctx *
386    rte_acl_create_v21(const struct rte_acl_param *param, int debug)
387    {
388         ...
389    }
390    MAP_STATIC_SYMBOL(struct rte_acl_ctx *rte_acl_create(const struct rte_acl_param *param, int debug), rte_acl_create_v21);
391
392 That tells the compiler that, when building a static library, any calls to the
393 symbol ``rte_acl_create`` should be linked to ``rte_acl_create_v21``
394
395 That's it, on the next shared library rebuild, there will be two versions of
396 rte_acl_create, an old DPDK_2.0 version, used by previously built applications,
397 and a new DPDK_2.1 version, used by future built applications.
398
399
400 Deprecating part of a public API
401 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
402
403 Lets assume that you've done the above update, and after a few releases have
404 passed you decide you would like to retire the old version of the function.
405 After having gone through the ABI deprecation announcement process, removal is
406 easy.  Start by removing the symbol from the requisite version map file:
407
408 .. code-block:: none
409
410    DPDK_2.0 {
411         global:
412
413         rte_acl_add_rules;
414         rte_acl_build;
415         rte_acl_classify;
416         rte_acl_classify_alg;
417         rte_acl_classify_scalar;
418         rte_acl_dump;
419  -      rte_acl_create
420         rte_acl_find_existing;
421         rte_acl_free;
422         rte_acl_ipv4vlan_add_rules;
423         rte_acl_ipv4vlan_build;
424         rte_acl_list_dump;
425         rte_acl_reset;
426         rte_acl_reset_rules;
427         rte_acl_set_ctx_classify;
428
429         local: *;
430    };
431
432    DPDK_2.1 {
433         global:
434         rte_acl_create;
435    } DPDK_2.0;
436
437
438 Next remove the corresponding versioned export.
439
440 .. code-block:: c
441
442  -VERSION_SYMBOL(rte_acl_create, _v20, 2.0);
443
444
445 Note that the internal function definition could also be removed, but its used
446 in our example by the newer version _v21, so we leave it in place.  This is a
447 coding style choice.
448
449 Lastly, we need to bump the LIBABIVER number for this library in the Makefile to
450 indicate to applications doing dynamic linking that this is a later, and
451 possibly incompatible library version:
452
453 .. code-block:: c
454
455    -LIBABIVER := 1
456    +LIBABIVER := 2
457
458 Deprecating an entire ABI version
459 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
460
461 While removing a symbol from and ABI may be useful, it is often more practical
462 to remove an entire version node at once.  If a version node completely
463 specifies an API, then removing part of it, typically makes it incomplete.  In
464 those cases it is better to remove the entire node
465
466 To do this, start by modifying the version map file, such that all symbols from
467 the node to be removed are merged into the next node in the map
468
469 In the case of our map above, it would transform to look as follows
470
471 .. code-block:: none
472
473    DPDK_2.1 {
474         global:
475
476         rte_acl_add_rules;
477         rte_acl_build;
478         rte_acl_classify;
479         rte_acl_classify_alg;
480         rte_acl_classify_scalar;
481         rte_acl_dump;
482         rte_acl_create
483         rte_acl_find_existing;
484         rte_acl_free;
485         rte_acl_ipv4vlan_add_rules;
486         rte_acl_ipv4vlan_build;
487         rte_acl_list_dump;
488         rte_acl_reset;
489         rte_acl_reset_rules;
490         rte_acl_set_ctx_classify;
491
492         local: *;
493  };
494
495 Then any uses of BIND_DEFAULT_SYMBOL that pointed to the old node should be
496 updated to point to the new version node in any header files for all affected
497 symbols.
498
499 .. code-block:: c
500
501  -BIND_DEFAULT_SYMBOL(rte_acl_create, _v20, 2.0);
502  +BIND_DEFAULT_SYMBOL(rte_acl_create, _v21, 2.1);
503
504 Lastly, any VERSION_SYMBOL macros that point to the old version node should be
505 removed, taking care to keep, where need old code in place to support newer
506 versions of the symbol.
507
508 Running the ABI Validator
509 -------------------------
510
511 The ``devtools`` directory in the DPDK source tree contains a utility program,
512 ``validate-abi.sh``, for validating the DPDK ABI based on the Linux `ABI
513 Compliance Checker
514 <http://ispras.linuxbase.org/index.php/ABI_compliance_checker>`_.
515
516 This has a dependency on the ``abi-compliance-checker`` and ``and abi-dumper``
517 utilities which can be installed via a package manager. For example::
518
519    sudo yum install abi-compliance-checker
520    sudo yum install abi-dumper
521
522 The syntax of the ``validate-abi.sh`` utility is::
523
524    ./devtools/validate-abi.sh <REV1> <REV2> <TARGET>
525
526 Where ``REV1`` and ``REV2`` are valid gitrevisions(7)
527 https://www.kernel.org/pub/software/scm/git/docs/gitrevisions.html
528 on the local repo and target is the usual DPDK compilation target.
529
530 For example::
531
532    # Check between the previous and latest commit:
533    ./devtools/validate-abi.sh HEAD~1 HEAD x86_64-native-linuxapp-gcc
534
535    # Check between two tags:
536    ./devtools/validate-abi.sh v2.0.0 v2.1.0 x86_64-native-linuxapp-gcc
537
538    # Check between git master and local topic-branch "vhost-hacking":
539    ./devtools/validate-abi.sh master vhost-hacking x86_64-native-linuxapp-gcc
540
541 After the validation script completes (it can take a while since it need to
542 compile both tags) it will create compatibility reports in the
543 ``./compat_report`` directory. Listed incompatibilities can be found as
544 follows::
545
546   grep -lr Incompatible compat_reports/