src/svm/svm_fifo.c

   1 /*
   2  * Copyright (c) 2016 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 #include <svm/svm_fifo.h>
  17
  18 /** create an svm fifo, in the current heap. Fails vs blow up the process */
  19 svm_fifo_t *
  20 svm_fifo_create (u32 data_size_in_bytes)
  21 {
  22   svm_fifo_t *f;
  23   pthread_mutexattr_t attr;
  24   pthread_condattr_t cattr;
  25
  26   f = clib_mem_alloc_aligned_or_null (sizeof (*f) + data_size_in_bytes,
  27                                       CLIB_CACHE_LINE_BYTES);
  28   if (f == 0)
  29     return 0;
  30
  31   memset (f, 0, sizeof (*f) + data_size_in_bytes);
  32   f->nitems = data_size_in_bytes;
  33   f->ooos_list_head = OOO_SEGMENT_INVALID_INDEX;
  34
  35   memset (&attr, 0, sizeof (attr));
  36   memset (&cattr, 0, sizeof (cattr));
  37
  38   if (pthread_mutexattr_init (&attr))
  39     clib_unix_warning ("mutexattr_init");
  40   if (pthread_mutexattr_setpshared (&attr, PTHREAD_PROCESS_SHARED))
  41     clib_unix_warning ("pthread_mutexattr_setpshared");
  42   if (pthread_mutex_init (&f->mutex, &attr))
  43     clib_unix_warning ("mutex_init");
  44   if (pthread_mutexattr_destroy (&attr))
  45     clib_unix_warning ("mutexattr_destroy");
  46   if (pthread_condattr_init (&cattr))
  47     clib_unix_warning ("condattr_init");
  48   if (pthread_condattr_setpshared (&cattr, PTHREAD_PROCESS_SHARED))
  49     clib_unix_warning ("condattr_setpshared");
  50   if (pthread_cond_init (&f->condvar, &cattr))
  51     clib_unix_warning ("cond_init1");
  52   if (pthread_condattr_destroy (&cattr))
  53     clib_unix_warning ("cond_init2");
  54
  55   return (f);
  56 }
  57
  58 always_inline ooo_segment_t *
  59 ooo_segment_new (svm_fifo_t * f, u32 start, u32 length)
  60 {
  61   ooo_segment_t *s;
  62
  63   pool_get (f->ooo_segments, s);
  64
  65   s->fifo_position = start;
  66   s->length = length;
  67
  68   s->prev = s->next = OOO_SEGMENT_INVALID_INDEX;
  69
  70   return s;
  71 }
  72
  73 always_inline void
  74 ooo_segment_del (svm_fifo_t * f, u32 index)
  75 {
  76   ooo_segment_t *cur, *prev = 0, *next = 0;
  77   cur = pool_elt_at_index (f->ooo_segments, index);
  78
  79   if (cur->next != OOO_SEGMENT_INVALID_INDEX)
  80     {
  81       next = pool_elt_at_index (f->ooo_segments, cur->next);
  82       next->prev = cur->prev;
  83     }
  84
  85   if (cur->prev != OOO_SEGMENT_INVALID_INDEX)
  86     {
  87       prev = pool_elt_at_index (f->ooo_segments, cur->prev);
  88       prev->next = cur->next;
  89     }
  90   else
  91     {
  92       f->ooos_list_head = cur->next;
  93     }
  94
  95   pool_put (f->ooo_segments, cur);
  96 }
  97
  98 /**
  99  * Add segment to fifo's out-of-order segment list. Takes care of merging
 100  * adjacent segments and removing overlapping ones.
 101  */
 102 static void
 103 ooo_segment_add (svm_fifo_t * f, u32 offset, u32 length)
 104 {
 105   ooo_segment_t *s, *new_s, *prev, *next, *it;
 106   u32 new_index, position, end_offset, s_sof, s_eof, s_index;
 107
 108   position = (f->tail + offset) % f->nitems;
 109   end_offset = offset + length;
 110
 111   if (f->ooos_list_head == OOO_SEGMENT_INVALID_INDEX)
 112     {
 113       s = ooo_segment_new (f, position, length);
 114       f->ooos_list_head = s - f->ooo_segments;
 115       f->ooos_newest = f->ooos_list_head;
 116       return;
 117     }
 118
 119   /* Find first segment that starts after new segment */
 120   s = pool_elt_at_index (f->ooo_segments, f->ooos_list_head);
 121   while (s->next != OOO_SEGMENT_INVALID_INDEX
 122          && ooo_segment_offset (f, s) <= offset)
 123     s = pool_elt_at_index (f->ooo_segments, s->next);
 124
 125   s_index = s - f->ooo_segments;
 126   s_sof = ooo_segment_offset (f, s);
 127   s_eof = ooo_segment_end_offset (f, s);
 128
 129   /* No overlap, add before current segment */
 130   if (end_offset < s_sof)
 131     {
 132       new_s = ooo_segment_new (f, position, length);
 133       new_index = new_s - f->ooo_segments;
 134
 135       /* Pool might've moved, get segment again */
 136       s = pool_elt_at_index (f->ooo_segments, s_index);
 137
 138       if (s->prev != OOO_SEGMENT_INVALID_INDEX)
 139         {
 140           new_s->prev = s->prev;
 141
 142           prev = pool_elt_at_index (f->ooo_segments, new_s->prev);
 143           prev->next = new_index;
 144         }
 145       else
 146         {
 147           /* New head */
 148           f->ooos_list_head = new_index;
 149         }
 150
 151       new_s->next = s - f->ooo_segments;
 152       s->prev = new_index;
 153       f->ooos_newest = new_index;
 154       return;
 155     }
 156   /* No overlap, add after current segment */
 157   else if (s_eof < offset)
 158     {
 159       new_s = ooo_segment_new (f, position, length);
 160       new_index = new_s - f->ooo_segments;
 161
 162       /* Pool might've moved, get segment again */
 163       s = pool_elt_at_index (f->ooo_segments, s_index);
 164
 165       if (s->next != OOO_SEGMENT_INVALID_INDEX)
 166         {
 167           new_s->next = s->next;
 168
 169           next = pool_elt_at_index (f->ooo_segments, new_s->next);
 170           next->prev = new_index;
 171         }
 172
 173       new_s->prev = s - f->ooo_segments;
 174       s->next = new_index;
 175       f->ooos_newest = new_index;
 176
 177       return;
 178     }
 179
 180   /*
 181    * Merge needed
 182    */
 183
 184   /* Merge at head */
 185   if (offset <= s_sof)
 186     {
 187       /* If we have a previous, check if we overlap */
 188       if (s->prev != OOO_SEGMENT_INVALID_INDEX)
 189         {
 190           prev = pool_elt_at_index (f->ooo_segments, s->prev);
 191
 192           /* New segment merges prev and current. Remove previous and
 193            * update position of current. */
 194           if (ooo_segment_end_offset (f, prev) >= offset)
 195             {
 196               s->fifo_position = prev->fifo_position;
 197               s->length = s_eof - ooo_segment_offset (f, prev);
 198               ooo_segment_del (f, s->prev);
 199             }
 200         }
 201       else
 202         {
 203           s->fifo_position = position;
 204           s->length = s_eof - ooo_segment_offset (f, s);
 205         }
 206
 207       /* The new segment's tail may cover multiple smaller ones */
 208       if (s_eof < end_offset)
 209         {
 210           /* Remove segments completely covered */
 211           it = (s->next != OOO_SEGMENT_INVALID_INDEX) ?
 212             pool_elt_at_index (f->ooo_segments, s->next) : 0;
 213           while (it && ooo_segment_end_offset (f, it) < end_offset)
 214             {
 215               next = (it->next != OOO_SEGMENT_INVALID_INDEX) ?
 216                 pool_elt_at_index (f->ooo_segments, it->next) : 0;
 217               ooo_segment_del (f, it - f->ooo_segments);
 218               it = next;
 219             }
 220
 221           /* Update length. Segment's start might have changed. */
 222           s->length = end_offset - ooo_segment_offset (f, s);
 223
 224           /* If partial overlap with last, merge */
 225           if (it && ooo_segment_offset (f, it) < end_offset)
 226             {
 227               s->length +=
 228                 it->length - (ooo_segment_offset (f, it) - end_offset);
 229               ooo_segment_del (f, it - f->ooo_segments);
 230             }
 231         }
 232     }
 233   /* Last but overlapping previous */
 234   else if (s_eof <= end_offset)
 235     {
 236       s->length = end_offset - ooo_segment_offset (f, s);
 237     }
 238   /* New segment completely covered by current one */
 239   else
 240     {
 241       /* Do Nothing */
 242     }
 243
 244   /* Most recently updated segment */
 245   f->ooos_newest = s - f->ooo_segments;
 246 }
 247
 248 /**
 249  * Removes segments that can now be enqueued because the fifo's tail has
 250  * advanced. Returns the number of bytes added to tail.
 251  */
 252 static int
 253 ooo_segment_try_collect (svm_fifo_t * f, u32 n_bytes_enqueued)
 254 {
 255   ooo_segment_t *s;
 256   u32 index, bytes = 0, diff;
 257   u32 cursize;
 258
 259   /* read cursize, which can only increase while we're working */
 260   cursize = svm_fifo_max_dequeue (f);
 261
 262   s = pool_elt_at_index (f->ooo_segments, f->ooos_list_head);
 263
 264   /* If last tail update overlaps one/multiple ooo segments, remove them */
 265   diff = (f->nitems + f->tail - s->fifo_position) % f->nitems;
 266   while (0 < diff && diff < n_bytes_enqueued)
 267     {
 268       /* Segment end is beyond the tail. Advance tail and be done */
 269       if (diff < s->length)
 270         {
 271           f->tail += s->length - diff;
 272           f->tail %= f->nitems;
 273           break;
 274         }
 275       /* If we have next go on */
 276       else if (s->next != OOO_SEGMENT_INVALID_INDEX)
 277         {
 278           index = s - f->ooo_segments;
 279           s = pool_elt_at_index (f->ooo_segments, s->next);
 280           diff = (f->nitems + f->tail - s->fifo_position) % f->nitems;
 281           ooo_segment_del (f, index);
 282         }
 283       /* End of search */
 284       else
 285         {
 286           break;
 287         }
 288     }
 289
 290   /* If tail is adjacent to an ooo segment, 'consume' it */
 291   if (diff == 0)
 292     {
 293       bytes = ((f->nitems - cursize) >= s->length) ? s->length :
 294         f->nitems - cursize;
 295
 296       f->tail += bytes;
 297       f->tail %= f->nitems;
 298
 299       ooo_segment_del (f, s - f->ooo_segments);
 300     }
 301
 302   return bytes;
 303 }
 304
 305 static int
 306 svm_fifo_enqueue_internal (svm_fifo_t * f,
 307                            int pid, u32 max_bytes, u8 * copy_from_here)
 308 {
 309   u32 total_copy_bytes, first_copy_bytes, second_copy_bytes;
 310   u32 cursize, nitems;
 311
 312   /* read cursize, which can only increase while we're working */
 313   cursize = svm_fifo_max_dequeue (f);
 314
 315   if (PREDICT_FALSE (cursize == f->nitems))
 316     return -2;                  /* fifo stuffed */
 317
 318   nitems = f->nitems;
 319
 320   /* Number of bytes we're going to copy */
 321   total_copy_bytes = (nitems - cursize) < max_bytes ?
 322     (nitems - cursize) : max_bytes;
 323
 324   if (PREDICT_TRUE (copy_from_here != 0))
 325     {
 326       /* Number of bytes in first copy segment */
 327       first_copy_bytes = ((nitems - f->tail) < total_copy_bytes)
 328         ? (nitems - f->tail) : total_copy_bytes;
 329
 330       clib_memcpy (&f->data[f->tail], copy_from_here, first_copy_bytes);
 331       f->tail += first_copy_bytes;
 332       f->tail = (f->tail == nitems) ? 0 : f->tail;
 333
 334       /* Number of bytes in second copy segment, if any */
 335       second_copy_bytes = total_copy_bytes - first_copy_bytes;
 336       if (second_copy_bytes)
 337         {
 338           clib_memcpy (&f->data[f->tail], copy_from_here + first_copy_bytes,
 339                        second_copy_bytes);
 340           f->tail += second_copy_bytes;
 341           f->tail = (f->tail == nitems) ? 0 : f->tail;
 342         }
 343     }
 344   else
 345     {
 346       /* Account for a zero-copy enqueue done elsewhere */
 347       ASSERT (max_bytes <= (nitems - cursize));
 348       f->tail += max_bytes;
 349       f->tail = f->tail % nitems;
 350       total_copy_bytes = max_bytes;
 351     }
 352
 353   /* Any out-of-order segments to collect? */
 354   if (PREDICT_FALSE (f->ooos_list_head != OOO_SEGMENT_INVALID_INDEX))
 355     total_copy_bytes += ooo_segment_try_collect (f, total_copy_bytes);
 356
 357   /* Atomically increase the queue length */
 358   __sync_fetch_and_add (&f->cursize, total_copy_bytes);
 359
 360   return (total_copy_bytes);
 361 }
 362
 363 int
 364 svm_fifo_enqueue_nowait (svm_fifo_t * f,
 365                          int pid, u32 max_bytes, u8 * copy_from_here)
 366 {
 367   return svm_fifo_enqueue_internal (f, pid, max_bytes, copy_from_here);
 368 }
 369
 370 /**
 371  * Enqueue a future segment.
 372  *
 373  * Two choices: either copies the entire segment, or copies nothing
 374  * Returns 0 of the entire segment was copied
 375  * Returns -1 if none of the segment was copied due to lack of space
 376  */
 377 static int
 378 svm_fifo_enqueue_with_offset_internal (svm_fifo_t * f,
 379                                        int pid,
 380                                        u32 offset,
 381                                        u32 required_bytes,
 382                                        u8 * copy_from_here)
 383 {
 384   u32 total_copy_bytes, first_copy_bytes, second_copy_bytes;
 385   u32 cursize, nitems;
 386   u32 tail_plus_offset;
 387
 388   ASSERT (offset > 0);
 389
 390   /* read cursize, which can only increase while we're working */
 391   cursize = svm_fifo_max_dequeue (f);
 392   nitems = f->nitems;
 393
 394   /* Will this request fit? */
 395   if ((required_bytes + offset) > (nitems - cursize))
 396     return -1;
 397
 398   ooo_segment_add (f, offset, required_bytes);
 399
 400   /* Number of bytes we're going to copy */
 401   total_copy_bytes = required_bytes;
 402   tail_plus_offset = (f->tail + offset) % nitems;
 403
 404   /* Number of bytes in first copy segment */
 405   first_copy_bytes = ((nitems - tail_plus_offset) < total_copy_bytes)
 406     ? (nitems - tail_plus_offset) : total_copy_bytes;
 407
 408   clib_memcpy (&f->data[tail_plus_offset], copy_from_here, first_copy_bytes);
 409
 410   /* Number of bytes in second copy segment, if any */
 411   second_copy_bytes = total_copy_bytes - first_copy_bytes;
 412   if (second_copy_bytes)
 413     {
 414       tail_plus_offset += first_copy_bytes;
 415       tail_plus_offset %= nitems;
 416
 417       ASSERT (tail_plus_offset == 0);
 418
 419       clib_memcpy (&f->data[tail_plus_offset],
 420                    copy_from_here + first_copy_bytes, second_copy_bytes);
 421     }
 422
 423   return (0);
 424 }
 425
 426
 427 int
 428 svm_fifo_enqueue_with_offset (svm_fifo_t * f,
 429                               int pid,
 430                               u32 offset,
 431                               u32 required_bytes, u8 * copy_from_here)
 432 {
 433   return svm_fifo_enqueue_with_offset_internal
 434     (f, pid, offset, required_bytes, copy_from_here);
 435 }
 436
 437
 438 static int
 439 svm_fifo_dequeue_internal (svm_fifo_t * f,
 440                            int pid, u32 max_bytes, u8 * copy_here)
 441 {
 442   u32 total_copy_bytes, first_copy_bytes, second_copy_bytes;
 443   u32 cursize, nitems;
 444
 445   /* read cursize, which can only increase while we're working */
 446   cursize = svm_fifo_max_dequeue (f);
 447   if (PREDICT_FALSE (cursize == 0))
 448     return -2;                  /* nothing in the fifo */
 449
 450   nitems = f->nitems;
 451
 452   /* Number of bytes we're going to copy */
 453   total_copy_bytes = (cursize < max_bytes) ? cursize : max_bytes;
 454
 455   if (PREDICT_TRUE (copy_here != 0))
 456     {
 457       /* Number of bytes in first copy segment */
 458       first_copy_bytes = ((nitems - f->head) < total_copy_bytes)
 459         ? (nitems - f->head) : total_copy_bytes;
 460       clib_memcpy (copy_here, &f->data[f->head], first_copy_bytes);
 461       f->head += first_copy_bytes;
 462       f->head = (f->head == nitems) ? 0 : f->head;
 463
 464       /* Number of bytes in second copy segment, if any */
 465       second_copy_bytes = total_copy_bytes - first_copy_bytes;
 466       if (second_copy_bytes)
 467         {
 468           clib_memcpy (copy_here + first_copy_bytes,
 469                        &f->data[f->head], second_copy_bytes);
 470           f->head += second_copy_bytes;
 471           f->head = (f->head == nitems) ? 0 : f->head;
 472         }
 473     }
 474   else
 475     {
 476       /* Account for a zero-copy dequeue done elsewhere */
 477       ASSERT (max_bytes <= cursize);
 478       f->head += max_bytes;
 479       f->head = f->head % nitems;
 480       cursize -= max_bytes;
 481       total_copy_bytes = max_bytes;
 482     }
 483
 484   __sync_fetch_and_sub (&f->cursize, total_copy_bytes);
 485
 486   return (total_copy_bytes);
 487 }
 488
 489 int
 490 svm_fifo_dequeue_nowait (svm_fifo_t * f,
 491                          int pid, u32 max_bytes, u8 * copy_here)
 492 {
 493   return svm_fifo_dequeue_internal (f, pid, max_bytes, copy_here);
 494 }
 495
 496 int
 497 svm_fifo_peek (svm_fifo_t * f, int pid, u32 offset, u32 max_bytes,
 498                u8 * copy_here)
 499 {
 500   u32 total_copy_bytes, first_copy_bytes, second_copy_bytes;
 501   u32 cursize, nitems, real_head;
 502
 503   /* read cursize, which can only increase while we're working */
 504   cursize = svm_fifo_max_dequeue (f);
 505   if (PREDICT_FALSE (cursize == 0))
 506     return -2;                  /* nothing in the fifo */
 507
 508   nitems = f->nitems;
 509   real_head = f->head + offset;
 510   real_head = real_head >= nitems ? real_head - nitems : real_head;
 511
 512   /* Number of bytes we're going to copy */
 513   total_copy_bytes = (cursize < max_bytes) ? cursize : max_bytes;
 514
 515   if (PREDICT_TRUE (copy_here != 0))
 516     {
 517       /* Number of bytes in first copy segment */
 518       first_copy_bytes =
 519         ((nitems - real_head) < total_copy_bytes) ?
 520         (nitems - real_head) : total_copy_bytes;
 521       clib_memcpy (copy_here, &f->data[real_head], first_copy_bytes);
 522
 523       /* Number of bytes in second copy segment, if any */
 524       second_copy_bytes = total_copy_bytes - first_copy_bytes;
 525       if (second_copy_bytes)
 526         {
 527           clib_memcpy (copy_here + first_copy_bytes, &f->data[0],
 528                        second_copy_bytes);
 529         }
 530     }
 531   return total_copy_bytes;
 532 }
 533
 534 int
 535 svm_fifo_dequeue_drop (svm_fifo_t * f, int pid, u32 max_bytes)
 536 {
 537   u32 total_drop_bytes, first_drop_bytes, second_drop_bytes;
 538   u32 cursize, nitems;
 539
 540   /* read cursize, which can only increase while we're working */
 541   cursize = svm_fifo_max_dequeue (f);
 542   if (PREDICT_FALSE (cursize == 0))
 543     return -2;                  /* nothing in the fifo */
 544
 545   nitems = f->nitems;
 546
 547   /* Number of bytes we're going to drop */
 548   total_drop_bytes = (cursize < max_bytes) ? cursize : max_bytes;
 549
 550   /* Number of bytes in first copy segment */
 551   first_drop_bytes =
 552     ((nitems - f->head) < total_drop_bytes) ?
 553     (nitems - f->head) : total_drop_bytes;
 554   f->head += first_drop_bytes;
 555   f->head = (f->head == nitems) ? 0 : f->head;
 556
 557   /* Number of bytes in second drop segment, if any */
 558   second_drop_bytes = total_drop_bytes - first_drop_bytes;
 559   if (second_drop_bytes)
 560     {
 561       f->head += second_drop_bytes;
 562       f->head = (f->head == nitems) ? 0 : f->head;
 563     }
 564
 565   __sync_fetch_and_sub (&f->cursize, total_drop_bytes);
 566
 567   return total_drop_bytes;
 568 }
 569
 570 /*
 571  * fd.io coding-style-patch-verification: ON
 572  *
 573  * Local Variables:
 574  * eval: (c-set-style "gnu")
 575  * End:
 576  */