libmemif: version 3.0
[vpp.git] / extras / libmemif / src / libmemif.h
1 /*
2  *------------------------------------------------------------------
3  * Copyright (c) 2017 Cisco and/or its affiliates.
4  * Licensed under the Apache License, Version 2.0 (the "License");
5  * you may not use this file except in compliance with the License.
6  * You may obtain a copy of the License at:
7  *
8  *     http://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0
9  *
10  * Unless required by applicable law or agreed to in writing, software
11  * distributed under the License is distributed on an "AS IS" BASIS,
12  * WITHOUT WARRANTIES OR CONDITIONS OF ANY KIND, either express or implied.
13  * See the License for the specific language governing permissions and
14  * limitations under the License.
15  *------------------------------------------------------------------
16  */
17
18 /** @file
19  *  @defgroup libmemif
20  */
21
22 #ifndef _LIBMEMIF_H_
23 #define _LIBMEMIF_H_
24
25 /** Libmemif version. */
26 #define LIBMEMIF_VERSION "3.0"
27 /** Default name of application using libmemif. */
28 #define MEMIF_DEFAULT_APP_NAME "libmemif-app"
29
30 #include <inttypes.h>
31 #include <sys/timerfd.h>
32
33 /*! Error codes */
34 typedef enum
35 {
36   MEMIF_ERR_SUCCESS = 0,        /*!< success */
37 /* SYSCALL ERRORS */
38   MEMIF_ERR_SYSCALL,            /*!< other syscall error */
39   MEMIF_ERR_CONNREFUSED,        /*!< connection refused */
40   MEMIF_ERR_ACCES,              /*!< permission denied */
41   MEMIF_ERR_NO_FILE,            /*!< file does not exist */
42   MEMIF_ERR_FILE_LIMIT,         /*!< system open file limit */
43   MEMIF_ERR_PROC_FILE_LIMIT,    /*!< process open file limit */
44   MEMIF_ERR_ALREADY,            /*!< connection already requested */
45   MEMIF_ERR_AGAIN,              /*!< fd is not socket, or operation would block */
46   MEMIF_ERR_BAD_FD,             /*!< invalid fd */
47   MEMIF_ERR_NOMEM,              /*!< out of memory */
48 /* LIBMEMIF ERRORS */
49   MEMIF_ERR_INVAL_ARG,          /*!< invalid argument */
50   MEMIF_ERR_NOCONN,             /*!< handle points to no connection */
51   MEMIF_ERR_CONN,               /*!< handle points to existing connection */
52   MEMIF_ERR_CB_FDUPDATE,        /*!< user defined callback memif_control_fd_update_t error */
53   MEMIF_ERR_FILE_NOT_SOCK,      /*!< file specified by socket filename
54                                    exists, but it's not socket */
55   MEMIF_ERR_NO_SHMFD,           /*!< missing shm fd */
56   MEMIF_ERR_COOKIE,             /*!< wrong cookie on ring */
57   MEMIF_ERR_NOBUF_RING,         /*!< ring buffer full */
58   MEMIF_ERR_NOBUF,              /*!< not enough memif buffers */
59   MEMIF_ERR_NOBUF_DET,          /*!< memif details needs larger buffer */
60   MEMIF_ERR_INT_WRITE,          /*!< send interrupt error */
61   MEMIF_ERR_MFMSG,              /*!< malformed msg received */
62   MEMIF_ERR_QID,                /*!< invalid queue id */
63 /* MEMIF PROTO ERRORS */
64   MEMIF_ERR_PROTO,              /*!< incompatible protocol version */
65   MEMIF_ERR_ID,                 /*!< unmatched interface id */
66   MEMIF_ERR_ACCSLAVE,           /*!< slave cannot accept connection requests */
67   MEMIF_ERR_ALRCONN,            /*!< memif is already connected */
68   MEMIF_ERR_MODE,               /*!< mode mismatch */
69   MEMIF_ERR_SECRET,             /*!< secret mismatch */
70   MEMIF_ERR_NOSECRET,           /*!< secret required */
71   MEMIF_ERR_MAXREG,             /*!< max region limit reached */
72   MEMIF_ERR_MAXRING,            /*!< max ring limit reached */
73   MEMIF_ERR_NO_INTFD,           /*!< missing interrupt fd */
74   MEMIF_ERR_DISCONNECT,         /*!< disconenct received */
75   MEMIF_ERR_DISCONNECTED,       /*!< peer interface disconnected */
76   MEMIF_ERR_UNKNOWN_MSG,        /*!< unknown message type */
77   MEMIF_ERR_POLL_CANCEL,        /*!< memif_poll_event() was cancelled */
78   MEMIF_ERR_MAX_RING,           /*!< too large ring size */
79   MEMIF_ERR_PRIVHDR,            /*!< private hdrs not supported */
80 } memif_err_t;
81
82 /**
83  * @defgroup MEMIF_FD_EVENT Types of events that need to be watched for specific fd.
84  * @ingroup libmemif
85  * @{
86  */
87
88 /** user needs to set events that occured on fd and pass them to memif_control_fd_handler */
89 #define MEMIF_FD_EVENT_READ  (1 << 0)
90 #define MEMIF_FD_EVENT_WRITE (1 << 1)
91 /** inform libmemif that error occured on fd */
92 #define MEMIF_FD_EVENT_ERROR (1 << 2)
93 /** if set, informs that fd is going to be closed (user may want to stop watching for events on this fd) */
94 #define MEMIF_FD_EVENT_DEL   (1 << 3)
95 /** update events */
96 #define MEMIF_FD_EVENT_MOD   (1 << 4)
97 /** @} */
98
99 /** \brief Memif connection handle
100     pointer of type void, pointing to internal structure
101 */
102 typedef void *memif_conn_handle_t;
103
104 /** \brief Memif socket handle
105     pointer of type void, pointing to internal structure
106 */
107 typedef void *memif_socket_handle_t;
108
109 /** \brief Memif allocator alloc
110     @param size - requested allocation size
111
112     custom memory allocator: alloc function template
113 */
114 typedef void *(memif_alloc_t) (size_t size);
115
116
117 /** \brief Memif realloc
118     @param ptr - pointer to memory block
119     @param size - requested allocation size
120
121     custom memory reallocation
122 */
123 typedef void *(memif_realloc_t) (void *ptr, size_t size);
124
125 /** \brief Memif allocator free
126     @param size - requested allocation size
127
128     custom memory allocator: free function template
129 */
130 typedef void (memif_free_t) (void *ptr);
131
132 /**
133  * @defgroup CALLBACKS Callback functions definitions
134  * @ingroup libmemif
135  *
136  * @{
137  */
138
139 /** \brief Memif control file descriptor update (callback function)
140     @param fd - new file descriptor to watch
141     @param events - event type(s) to watch for
142
143     This callback is called when there is new fd to watch for events on
144     or if fd is about to be closed (user mey want to stop watching for events on this fd).
145 */
146 typedef int (memif_control_fd_update_t) (int fd, uint8_t events,
147                                          void *private_ctx);
148
149 /** \brief Memif connection status update (callback function)
150     @param conn - memif connection handle
151     @param private_ctx - private context
152
153     Informs user about connection status connected/disconnected.
154     On connected -> start watching for events on interrupt fd (optional).
155 */
156 typedef int (memif_connection_update_t) (memif_conn_handle_t conn,
157                                          void *private_ctx);
158
159 /** \brief Memif interrupt occured (callback function)
160     @param conn - memif connection handle
161     @param private_ctx - private context
162     @param qid - queue id on which interrupt occured
163
164     Called when event is received on interrupt fd.
165 */
166 typedef int (memif_interrupt_t) (memif_conn_handle_t conn, void *private_ctx,
167                                  uint16_t qid);
168
169 /** @} */
170
171 /**
172  * @defgroup EXTERNAL_REGION External region APIs
173  * @ingroup libmemif
174  *
175  * @{
176  */
177
178 /** \brief Get external buffer offset (optional)
179     @param private_ctx - private context
180
181     Find unallocated external buffer and return its offset.
182 */
183 typedef uint32_t (memif_get_external_buffer_offset_t) (void *private_ctx);
184
185 /** \brief Add external region
186     @param[out] addr - region address
187     @param size - requested region size
188     @param fd[out] - file descriptor
189     @param private_ctx - private context
190
191     Called by slave. Add external region created by client.
192 */
193 typedef int (memif_add_external_region_t) (void * *addr, uint32_t size,
194                                            int *fd, void *private_ctx);
195
196 /** \brief Get external region address
197     @param size - requested region size
198     @param fd - file descriptor
199     @param private_ctx - private context
200
201     Called by master. Get region address from client.
202
203    \return region address
204 */
205 typedef void *(memif_get_external_region_addr_t) (uint32_t size, int fd,
206                                                   void *private_ctx);
207
208 /** \brief Delete external region
209     @param addr - region address
210     @param size - region size
211     @param fd - file descriptor
212     @param private_ctx - private context
213
214     Delete external region.
215 */
216 typedef int (memif_del_external_region_t) (void *addr, uint32_t size, int fd,
217                                            void *private_ctx);
218
219 /** \brief Register external region
220     @param ar - add external region callback
221     @param gr - get external region addr callback
222     @param dr - delete external region callback
223     @param go - get external buffer offset callback (optional)
224 */
225 void memif_register_external_region (memif_add_external_region_t * ar,
226                                      memif_get_external_region_addr_t * gr,
227                                      memif_del_external_region_t * dr,
228                                      memif_get_external_buffer_offset_t * go);
229
230 /** @} */
231
232 /**
233  * @defgroup ARGS_N_BUFS Connection arguments and buffers
234  * @ingroup libmemif
235  *
236  * @{
237  */
238
239 #ifndef _MEMIF_H_
240 typedef enum
241 {
242   MEMIF_INTERFACE_MODE_ETHERNET = 0,
243   MEMIF_INTERFACE_MODE_IP = 1,
244   MEMIF_INTERFACE_MODE_PUNT_INJECT = 2,
245 } memif_interface_mode_t;
246 #endif /* _MEMIF_H_ */
247
248 /** \brief Memif connection arguments
249     @param socket - memif socket handle, if NULL default socket will be used
250     @param secret - otional parameter used as interface autenthication
251     @param num_s2m_rings - number of slave to master rings
252     @param num_m2s_rings - number of master to slave rings
253     @param buffer_size - size of buffer in shared memory
254     @param log2_ring_size - logarithm base 2 of ring size
255     @param is_master - 0 == master, 1 == slave
256     @param interface_id - id used to identify peer connection
257     @param interface_name - interface name
258     @param mode - 0 == ethernet, 1 == ip , 2 == punt/inject
259 */
260 typedef struct
261 {
262   memif_socket_handle_t socket; /*!< default = /run/vpp/memif.sock */
263   uint8_t secret[24];           /*!< optional (interface authentication) */
264
265   uint8_t num_s2m_rings;        /*!< default = 1 */
266   uint8_t num_m2s_rings;        /*!< default = 1 */
267   uint16_t buffer_size;         /*!< default = 2048 */
268   uint8_t log2_ring_size;       /*!< default = 10 (1024) */
269   uint8_t is_master;
270
271   uint32_t interface_id;
272   uint8_t interface_name[32];
273   memif_interface_mode_t mode:8;
274 } memif_conn_args_t;
275
276 /*! memif receive mode */
277 typedef enum
278 {
279   MEMIF_RX_MODE_INTERRUPT = 0,  /*!< interrupt mode */
280   MEMIF_RX_MODE_POLLING         /*!< polling mode */
281 } memif_rx_mode_t;
282
283 /** \brief Memif buffer
284     @param desc_index - ring descriptor index
285     @param ring - pointer to ring containing descriptor for this buffer
286     @param len - available length
287     @param flags - memif buffer flags
288     @param data - pointer to shared memory data
289 */
290 typedef struct
291 {
292   uint16_t desc_index;
293   void *ring;
294   uint32_t len;
295 /** next buffer present (chained buffers) */
296 #define MEMIF_BUFFER_FLAG_NEXT (1 << 0)
297 /** states that buffer is from rx ring */
298 #define MEMIF_BUFFER_FLAG_RX (1 << 1)
299   uint8_t flags;
300   void *data;
301 } memif_buffer_t;
302 /** @} */
303
304 /**
305  * @defgroup MEMIF_DETAILS Memif details structs
306  * @ingroup libmemif
307  *
308  * @{
309  */
310
311 /** \brief Memif queue details
312     @param region - region index
313     @param qid - queue id
314     @param ring_size - size of ring buffer in sharem memory
315     @param flags - ring flags
316     @param head - ring head pointer
317     @param tail - ring tail pointer
318     @param buffer_size - buffer size on sharem memory
319 */
320 typedef struct
321 {
322   uint8_t region;
323   uint8_t qid;
324   uint32_t ring_size;
325 /** if set queue is in polling mode, else in interrupt mode */
326 #define MEMIF_QUEUE_FLAG_POLLING 1
327   uint16_t flags;
328   uint16_t head;
329   uint16_t tail;
330   uint16_t buffer_size;
331 } memif_queue_details_t;
332
333 /** \brief Memif region details
334     @param index - region index
335     @param addr - region address
336     @param size - region size
337     @param fd - file descriptor
338     @param is_external - if not zero then region is defined by client
339 */
340 typedef struct
341 {
342   uint8_t index;
343   void *addr;
344   uint32_t size;
345   int fd;
346   uint8_t is_external;
347 } memif_region_details_t;
348
349 /** \brief Memif details
350     @param if_name - interface name
351     @param inst_name - application name
352     @param remote_if_name - peer interface name
353     @param remote_inst_name - peer application name
354     @param id - connection id
355     @param secret - secret
356     @param role - 0 = master, 1 = slave
357     @param mode - 0 = ethernet, 1 = ip , 2 = punt/inject
358     @param socket_filename - socket filename
359     @param regions_num - number of regions
360     @param regions - struct containing region details
361     @param rx_queues_num - number of receive queues
362     @param tx_queues_num - number of transmit queues
363     @param rx_queues - struct containing receive queue details
364     @param tx_queues - struct containing transmit queue details
365     @param error - error string
366     @param link_up_down - 1 = up (connected), 2 = down (disconnected)
367 */
368 typedef struct
369 {
370   uint8_t *if_name;
371   uint8_t *inst_name;
372   uint8_t *remote_if_name;
373   uint8_t *remote_inst_name;
374
375   uint32_t id;
376   uint8_t *secret;              /* optional */
377   uint8_t role;                 /* 0 = master, 1 = slave */
378   uint8_t mode;                 /* 0 = ethernet, 1 = ip, 2 = punt/inject */
379   uint8_t *socket_filename;
380   uint8_t regions_num;
381   memif_region_details_t *regions;
382   uint8_t rx_queues_num;
383   uint8_t tx_queues_num;
384   memif_queue_details_t *rx_queues;
385   memif_queue_details_t *tx_queues;
386
387   uint8_t *error;
388   uint8_t link_up_down;         /* 1 = up, 0 = down */
389 } memif_details_t;
390 /** @} */
391
392 /**
393  * @defgroup API_CALLS Api calls
394  * @ingroup libmemif
395  *
396  * @{
397  */
398
399 /** \brief Memif get version
400
401     \return ((MEMIF_VERSION_MAJOR << 8) | MEMIF_VERSION_MINOR)
402 */
403 uint16_t memif_get_version ();
404
405 /** \biref Memif get queue event file descriptor
406     @param conn - memif connection handle
407     @param qid - queue id
408     @param[out] fd - returns event file descriptor
409
410     \return memif_err_t
411 */
412
413 int memif_get_queue_efd (memif_conn_handle_t conn, uint16_t qid, int *fd);
414
415 /** \brief Memif set rx mode
416     @param conn - memif connection handle
417     @param rx_mode - receive mode
418     @param qid - queue id
419
420     \return memif_err_t
421 */
422 int memif_set_rx_mode (memif_conn_handle_t conn, memif_rx_mode_t rx_mode,
423                        uint16_t qid);
424
425 /** \brief Memif strerror
426     @param err_code - error code
427
428     Converts error code to error message.
429
430     \return Error string
431 */
432 char *memif_strerror (int err_code);
433
434 /** \brief Memif get details
435     @param conn - memif conenction handle
436     @param md - pointer to memif details struct
437     @param buf - buffer containing details strings
438     @param buflen - length of buffer
439
440     \return memif_err_t
441 */
442 int memif_get_details (memif_conn_handle_t conn, memif_details_t * md,
443                        char *buf, ssize_t buflen);
444
445 /** \brief Memif initialization
446     @param on_control_fd_update - if control fd updates inform user to watch new fd
447     @param app_name - application name (will be truncated to 32 chars)
448     @param memif_alloc - cutom memory allocator, NULL = default
449     @param memif_realloc - custom memory reallocation, NULL = default
450     @param memif_free - custom memory free, NULL = default
451
452     if param on_control_fd_update is set to NULL,
453     libmemif will handle file descriptor event polling
454     if a valid callback is set, file descriptor event polling needs to be done by
455     user application, all file descriptors and event types will be passed in
456     this callback to user application
457
458     Initialize internal libmemif structures. Create timerfd (used to periodically request connection by
459     disconnected memifs in slave mode, with no additional API call). This fd is passed to user with memif_control_fd_update_t
460     timer is inactive at this state. It activates with if there is at least one memif in slave mode.
461
462     \return memif_err_t
463 */
464 int memif_init (memif_control_fd_update_t * on_control_fd_update,
465                 char *app_name, memif_alloc_t * memif_alloc,
466                 memif_realloc_t * memif_realloc, memif_free_t * memif_free);
467
468 /** \brief Memif cleanup
469
470     Free libmemif internal allocations.
471
472     \return 0
473 */
474 int memif_cleanup ();
475
476 /** \brief Memory interface create function
477     @param conn - connection handle for client app
478     @param args - memory interface connection arguments
479     @param on_connect - inform user about connected status
480     @param on_disconnect - inform user about disconnected status
481     @param on_interrupt - informs user about interrupt, if set to null user will not be notified about interrupt, user can use memif_get_queue_efd call to get interrupt fd to poll for events
482     @param private_ctx - private contex passed back to user with callback
483
484     Creates memory interface.
485
486     SLAVE-MODE -
487         Start timer that will send events to timerfd. If this fd is passed to memif_control_fd_handler
488         every disconnected memif in slave mode will send connection request.
489         On success new fd is passed to user with memif_control_fd_update_t.
490
491     MASTER-MODE -
492         Create listener socket and pass fd to user with memif_cntrol_fd_update_t.
493         If this fd is passed to memif_control_fd_handler accept will be called and
494         new fd will be passed to user with memif_control_fd_update_t.
495
496
497     \return memif_err_t
498 */
499 int memif_create (memif_conn_handle_t * conn, memif_conn_args_t * args,
500                   memif_connection_update_t * on_connect,
501                   memif_connection_update_t * on_disconnect,
502                   memif_interrupt_t * on_interrupt, void *private_ctx);
503
504 /** \brief Memif control file descriptor handler
505     @param fd - file descriptor on which the event occured
506     @param events - event type(s) that occured
507
508     If event occures on any control fd, call memif_control_fd_handler.
509     Internal - lib will "identify" fd (timerfd, lsitener, control) and handle event accordingly.
510
511     FD-TYPE -
512         TIMERFD -
513             Every disconnected memif in slave mode will request connection.
514         LISTENER or CONTROL -
515             Handle socket messaging (internal connection establishment).
516         INTERRUPT -
517             Call on_interrupt callback (if set).
518
519     \return memif_err_t
520
521 */
522 int memif_control_fd_handler (int fd, uint8_t events);
523
524 /** \brief Memif delete
525     @param conn - pointer to memif connection handle
526
527
528     disconnect session (free queues and regions, close file descriptors, unmap shared memory)
529     set connection handle to NULL, to avoid possible double free
530
531     \return memif_err_t
532 */
533 int memif_delete (memif_conn_handle_t * conn);
534
535 /** \brief Memif buffer enq tx
536     @param conn - memif conenction handle
537     @param qid - number indentifying queue
538     @param bufs - memif buffers
539     @param count - number of memif buffers to enque
540     @param count_out - returns number of allocated buffers
541
542     Slave is producer of buffers.
543     If connection handle points to master returns MEMIF_ERR_INVAL_ARG.
544
545     \return memif_err_t
546 */
547 int memif_buffer_enq_tx (memif_conn_handle_t conn, uint16_t qid,
548                          memif_buffer_t * bufs, uint16_t count,
549                          uint16_t * count_out);
550
551 /** \brief Memif buffer alloc
552     @param conn - memif conenction handle
553     @param qid - number indentifying queue
554     @param bufs - memif buffers
555     @param count - number of memif buffers to allocate
556     @param count_out - returns number of allocated buffers
557     @param size - buffer size, may return chained buffers if size > buffer_size
558
559     \return memif_err_t
560 */
561 int memif_buffer_alloc (memif_conn_handle_t conn, uint16_t qid,
562                         memif_buffer_t * bufs, uint16_t count,
563                         uint16_t * count_out, uint16_t size);
564
565 /** \brief Memif refill ring
566     @param conn - memif conenction handle
567     @param qid - number indentifying queue
568     @param count - number of buffers to be placed on ring
569     @param headroom - offset the buffer by headroom
570
571     \return memif_err_t
572 */
573 int memif_refill_queue (memif_conn_handle_t conn, uint16_t qid,
574                         uint16_t count, uint16_t headroom);
575
576 /** \brief Memif transmit buffer burst
577     @param conn - memif conenction handle
578     @param qid - number indentifying queue
579     @param bufs - memif buffers
580     @param count - number of memif buffers to transmit
581     @param tx - returns number of transmitted buffers
582
583     \return memif_err_t
584 */
585 int memif_tx_burst (memif_conn_handle_t conn, uint16_t qid,
586                     memif_buffer_t * bufs, uint16_t count, uint16_t * tx);
587
588 /** \brief Memif receive buffer burst
589     @param conn - memif conenction handle
590     @param qid - number indentifying queue
591     @param bufs - memif buffers
592     @param count - number of memif buffers to receive
593     @param rx - returns number of received buffers
594
595     \return memif_err_t
596 */
597 int memif_rx_burst (memif_conn_handle_t conn, uint16_t qid,
598                     memif_buffer_t * bufs, uint16_t count, uint16_t * rx);
599
600 /** \brief Memif poll event
601     @param timeout - timeout in seconds
602
603     Passive event polling -
604     timeout = 0 - dont wait for event, check event queue if there is an event and return.
605     timeout = -1 - wait until event
606
607     \return memif_err_t
608 */
609 int memif_poll_event (int timeout);
610
611 /** \brief Send signal to stop concurrently running memif_poll_event().
612
613     The function, however, does not wait for memif_poll_event() to stop.
614     memif_poll_event() may still return simply because an event has occured
615     or the timeout has elapsed, but if called repeatedly in an infinite loop,
616     a canceled memif_poll_event() is guaranted to return MEMIF_ERR_POLL_CANCEL
617     in the shortest possible time.
618     This feature was not available in the first release.
619     Use macro MEMIF_HAVE_CANCEL_POLL_EVENT to check if the feature is present.
620
621     \return memif_err_t
622 */
623 #define MEMIF_HAVE_CANCEL_POLL_EVENT 1
624 int memif_cancel_poll_event ();
625
626 /** \brief Set connection request timer value
627     @param timer - new timer value
628
629     Timer on which all disconnected slaves request connection.
630     See system call 'timer_settime' man-page.
631
632     \return memif_err_t
633 */
634 int memif_set_connection_request_timer (struct itimerspec timer);
635
636 /** \brief Send connection request
637     @param conn - memif connection handle
638
639     Only slave interface can request connection.
640
641     \return memif_err_t
642 */
643 int memif_request_connection (memif_conn_handle_t conn);
644
645 /** \brief Create memif socket
646     @param sock - socket handle for client app
647     @param filename - path to socket file
648     @param private_ctx - private context
649
650     The first time an interface is assigned a socket, its type is determined.
651     For master role it's 'listener', for slave role it's 'client'. Each interface
652     requires socket of its respective type. Default socket is creted if no
653     socket handle is passed to memif_create(). It's private context is NULL.
654     If all interfaces using this socket are deleted, the socket returns
655     to its default state.
656
657     \return memif_err_t
658 */
659 int memif_create_socket (memif_socket_handle_t * sock, const char * filename,
660                          void * private_ctx);
661
662 /** \brief Delete memif socket
663     @param sock - socket handle for client app
664
665     When trying to free socket in use, socket will not be freed and
666     MEMIF_ERR_INVAL_ARG is returned.
667
668     \return memif_err_t
669 */
670 int memif_delete_socket (memif_socket_handle_t * sock);
671
672 /** @} */
673
674 #endif /* _LIBMEMIF_H_ */