src/svm/message_queue.h

   1 /*
   2  * Copyright (c) 2018 Cisco and/or its affiliates.
   3  * Licensed under the Apache License, Version 2.0 (the "License");
   4  * you may not use this file except in compliance with the License.
   5  * You may obtain a copy of the License at:
   6  *
   7  *     http://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0
   8  *
   9  * Unless required by applicable law or agreed to in writing, software
  10  * distributed under the License is distributed on an "AS IS" BASIS,
  11  * WITHOUT WARRANTIES OR CONDITIONS OF ANY KIND, either express or implied.
  12  * See the License for the specific language governing permissions and
  13  * limitations under the License.
  14  */
  15 /**
  16  * @file
  17  * @brief Unidirectional shared-memory multi-ring message queue
  18  */
  19
  20 #ifndef SRC_SVM_MESSAGE_QUEUE_H_
  21 #define SRC_SVM_MESSAGE_QUEUE_H_
  22
  23 #include <vppinfra/clib.h>
  24 #include <vppinfra/error.h>
  25 #include <svm/queue.h>
  26
  27 typedef struct svm_msg_q_ring_
  28 {
  29   volatile u32 cursize;                 /**< current size of the ring */
  30   u32 nitems;                           /**< max size of the ring */
  31   volatile u32 head;                    /**< current head (for dequeue) */
  32   volatile u32 tail;                    /**< current tail (for enqueue) */
  33   u32 elsize;                           /**< size of an element */
  34   u8 *data;                             /**< chunk of memory for msg data */
  35 } __clib_packed svm_msg_q_ring_t;
  36
  37 typedef struct svm_msg_q_
  38 {
  39   svm_queue_t *q;                       /**< queue for exchanging messages */
  40   svm_msg_q_ring_t *rings;              /**< rings with message data*/
  41 } __clib_packed svm_msg_q_t;
  42
  43 typedef struct svm_msg_q_ring_cfg_
  44 {
  45   u32 nitems;
  46   u32 elsize;
  47   void *data;
  48 } svm_msg_q_ring_cfg_t;
  49
  50 typedef struct svm_msg_q_cfg_
  51 {
  52   int consumer_pid;                     /**< pid of msg consumer */
  53   u32 q_nitems;                         /**< msg queue size (not rings) */
  54   u32 n_rings;                          /**< number of msg rings */
  55   svm_msg_q_ring_cfg_t *ring_cfgs;      /**< array of ring cfgs */
  56 } svm_msg_q_cfg_t;
  57
  58 typedef union
  59 {
  60   struct
  61   {
  62     u32 ring_index;                     /**< ring index, could be u8 */
  63     u32 elt_index;                      /**< index in ring */
  64   };
  65   u64 as_u64;
  66 } svm_msg_q_msg_t;
  67
  68 #define SVM_MQ_INVALID_MSG { .as_u64 = ~0 }
  69 /**
  70  * Allocate message queue
  71  *
  72  * Allocates a message queue on the heap. Based on the configuration options,
  73  * apart from the message queue this also allocates (one or multiple)
  74  * shared-memory rings for the messages.
  75  *
  76  * @param cfg           configuration options: queue len, consumer pid,
  77  *                      ring configs
  78  * @return              message queue
  79  */
  80 svm_msg_q_t *svm_msg_q_alloc (svm_msg_q_cfg_t * cfg);
  81
  82 /**
  83  * Free message queue
  84  *
  85  * @param mq            message queue to be freed
  86  */
  87 void svm_msg_q_free (svm_msg_q_t * mq);
  88
  89 /**
  90  * Allocate message buffer
  91  *
  92  * Message is allocated on the first available ring capable of holding
  93  * the requested number of bytes.
  94  *
  95  * @param mq            message queue
  96  * @param nbytes        number of bytes needed for message
  97  * @return              message structure pointing to the ring and position
  98  *                      allocated
  99  */
 100 svm_msg_q_msg_t svm_msg_q_alloc_msg (svm_msg_q_t * mq, u32 nbytes);
 101
 102 /**
 103  * Allocate message buffer on ring
 104  *
 105  * Message is allocated, on requested ring. The caller MUST check that
 106  * the ring is not full.
 107  *
 108  * @param mq            message queue
 109  * @param ring_index    ring on which the allocation should occur
 110  * @return              message structure pointing to the ring and position
 111  *                      allocated
 112  */
 113 svm_msg_q_msg_t svm_msg_q_alloc_msg_w_ring (svm_msg_q_t * mq, u32 ring_index);
 114
 115 /**
 116  * Lock message queue and allocate message buffer on ring
 117  *
 118  * This should be used when multiple writers/readers are expected to
 119  * compete for the rings/queue. Message should be enqueued by calling
 120  * @ref svm_msg_q_add_w_lock and the caller MUST unlock the queue once
 121  * the message in enqueued.
 122  *
 123  * @param mq            message queue
 124  * @param ring_index    ring on which the allocation should occur
 125  * @param noblock       flag that indicates if request should block
 126  * @param msg           pointer to message to be filled in
 127  * @return              0 on success, negative number otherwise
 128  */
 129 int svm_msg_q_lock_and_alloc_msg_w_ring (svm_msg_q_t * mq, u32 ring_index,
 130                                          u8 noblock, svm_msg_q_msg_t * msg);
 131
 132 /**
 133  * Free message buffer
 134  *
 135  * Marks message buffer on ring as free.
 136  *
 137  * @param mq            message queue
 138  * @param msg           message to be freed
 139  */
 140 void svm_msg_q_free_msg (svm_msg_q_t * mq, svm_msg_q_msg_t * msg);
 141
 142 /**
 143  * Producer enqueue one message to queue
 144  *
 145  * Prior to calling this, the producer should've obtained a message buffer
 146  * from one of the rings by calling @ref svm_msg_q_alloc_msg.
 147  *
 148  * @param mq            message queue
 149  * @param msg           message (pointer to ring position) to be enqueued
 150  * @param nowait        flag to indicate if request is blocking or not
 151  * @return              success status
 152  */
 153 int svm_msg_q_add (svm_msg_q_t * mq, svm_msg_q_msg_t * msg, int nowait);
 154
 155 /**
 156  * Producer enqueue one message to queue with mutex held
 157  *
 158  * Prior to calling this, the producer should've obtained a message buffer
 159  * from one of the rings by calling @ref svm_msg_q_alloc_msg. It assumes
 160  * the queue mutex is held.
 161  *
 162  * @param mq            message queue
 163  * @param msg           message (pointer to ring position) to be enqueued
 164  * @return              success status
 165  */
 166 void svm_msg_q_add_and_unlock (svm_msg_q_t * mq, svm_msg_q_msg_t * msg);
 167
 168 /**
 169  * Consumer dequeue one message from queue
 170  *
 171  * This returns the message pointing to the data in the message rings.
 172  * The consumer is expected to call @ref svm_msg_q_free_msg once it
 173  * finishes processing/copies the message data.
 174  *
 175  * @param mq            message queue
 176  * @param msg           pointer to structure where message is to be received
 177  * @param cond          flag that indicates if request should block or not
 178  * @param time          time to wait if condition it SVM_Q_TIMEDWAIT
 179  * @return              success status
 180  */
 181 int svm_msg_q_sub (svm_msg_q_t * mq, svm_msg_q_msg_t * msg,
 182                    svm_q_conditional_wait_t cond, u32 time);
 183
 184 /**
 185  * Consumer dequeue one message from queue with mutex held
 186  *
 187  * Returns the message pointing to the data in the message rings under the
 188  * assumption that the message queue lock is already held. The consumer is
 189  * expected to call @ref svm_msg_q_free_msg once it finishes
 190  * processing/copies the message data.
 191  *
 192  * @param mq            message queue
 193  * @param msg           pointer to structure where message is to be received
 194  * @return              success status
 195  */
 196 void svm_msg_q_sub_w_lock (svm_msg_q_t * mq, svm_msg_q_msg_t * msg);
 197
 198 /**
 199  * Get data for message in queue
 200  *
 201  * @param mq            message queue
 202  * @param msg           message for which the data is requested
 203  * @return              pointer to data
 204  */
 205 void *svm_msg_q_msg_data (svm_msg_q_t * mq, svm_msg_q_msg_t * msg);
 206
 207 /**
 208  * Get message queue ring
 209  *
 210  * @param mq            message queue
 211  * @param ring_index    index of ring
 212  * @return              pointer to ring
 213  */
 214 svm_msg_q_ring_t *svm_msg_q_ring (svm_msg_q_t * mq, u32 ring_index);
 215
 216 /**
 217  * Check if message queue is full
 218  */
 219 static inline u8
 220 svm_msg_q_is_full (svm_msg_q_t * mq)
 221 {
 222   return (mq->q->cursize == mq->q->maxsize);
 223 }
 224
 225 static inline u8
 226 svm_msg_q_ring_is_full (svm_msg_q_t * mq, u32 ring_index)
 227 {
 228   ASSERT (ring_index < vec_len (mq->rings));
 229   return (mq->rings[ring_index].cursize == mq->rings[ring_index].nitems);
 230 }
 231
 232 /**
 233  * Check if message queue is empty
 234  */
 235 static inline u8
 236 svm_msg_q_is_empty (svm_msg_q_t * mq)
 237 {
 238   return (mq->q->cursize == 0);
 239 }
 240
 241 /**
 242  * Check length of message queue
 243  */
 244 static inline u32
 245 svm_msg_q_size (svm_msg_q_t * mq)
 246 {
 247   return mq->q->cursize;
 248 }
 249
 250 /**
 251  * Check if message is invalid
 252  */
 253 static inline u8
 254 svm_msg_q_msg_is_invalid (svm_msg_q_msg_t * msg)
 255 {
 256   return (msg->as_u64 == (u64) ~ 0);
 257 }
 258
 259 /**
 260  * Try locking message queue
 261  */
 262 static inline int
 263 svm_msg_q_try_lock (svm_msg_q_t * mq)
 264 {
 265   return pthread_mutex_trylock (&mq->q->mutex);
 266 }
 267
 268 /**
 269  * Lock, or block trying, the message queue
 270  */
 271 static inline int
 272 svm_msg_q_lock (svm_msg_q_t * mq)
 273 {
 274   return pthread_mutex_lock (&mq->q->mutex);
 275 }
 276
 277 static inline void
 278 svm_msg_q_wait (svm_msg_q_t * mq)
 279 {
 280   pthread_cond_wait (&mq->q->condvar, &mq->q->mutex);
 281 }
 282
 283 /**
 284  * Unlock message queue
 285  */
 286 static inline void
 287 svm_msg_q_unlock (svm_msg_q_t * mq)
 288 {
 289   /* The other side of the connection is not polling */
 290   if (mq->q->cursize < (mq->q->maxsize / 8))
 291     (void) pthread_cond_broadcast (&mq->q->condvar);
 292   pthread_mutex_unlock (&mq->q->mutex);
 293 }
 294
 295 #endif /* SRC_SVM_MESSAGE_QUEUE_H_ */
 296
 297 /*
 298  * fd.io coding-style-patch-verification: ON
 299  *
 300  * Local Variables:
 301  * eval: (c-set-style "gnu")
 302  * End:
 303  */