sock api: add infra for bootstrapping shm clients
[vpp.git] / src / vlibmemory / memory_shared.c
1 /*
2  *------------------------------------------------------------------
3  * memclnt_shared.c - API message handling, common code for both clients
4  * and the vlib process itself.
5  *
6  *
7  * Copyright (c) 2009 Cisco and/or its affiliates.
8  * Licensed under the Apache License, Version 2.0 (the "License");
9  * you may not use this file except in compliance with the License.
10  * You may obtain a copy of the License at:
11  *
12  *     http://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0
13  *
14  * Unless required by applicable law or agreed to in writing, software
15  * distributed under the License is distributed on an "AS IS" BASIS,
16  * WITHOUT WARRANTIES OR CONDITIONS OF ANY KIND, either express or implied.
17  * See the License for the specific language governing permissions and
18  * limitations under the License.
19  *------------------------------------------------------------------
20  */
21
22 #include <stdio.h>
23 #include <stdlib.h>
24 #include <stddef.h>
25 #include <string.h>
26 #include <unistd.h>
27 #include <signal.h>
28 #include <vppinfra/format.h>
29 #include <vppinfra/byte_order.h>
30 #include <vppinfra/error.h>
31 #include <vlib/vlib.h>
32 #include <vlib/unix/unix.h>
33 #include <vlibmemory/api.h>
34 #include <vlibmemory/unix_shared_memory_queue.h>
35
36 #include <vlibmemory/vl_memory_msg_enum.h>
37
38 #define vl_typedefs
39 #include <vlibmemory/vl_memory_api_h.h>
40 #undef vl_typedefs
41
42 socket_main_t socket_main;
43
44 #define DEBUG_MESSAGE_BUFFER_OVERRUN 0
45
46 static inline void *
47 vl_msg_api_alloc_internal (int nbytes, int pool, int may_return_null)
48 {
49   int i;
50   msgbuf_t *rv;
51   ring_alloc_t *ap;
52   unix_shared_memory_queue_t *q;
53   void *oldheap;
54   vl_shmem_hdr_t *shmem_hdr;
55   api_main_t *am = &api_main;
56
57   shmem_hdr = am->shmem_hdr;
58
59 #if DEBUG_MESSAGE_BUFFER_OVERRUN > 0
60   nbytes += 4;
61 #endif
62
63   ASSERT (pool == 0 || vlib_get_thread_index () == 0);
64
65   if (shmem_hdr == 0)
66     {
67       clib_warning ("shared memory header NULL");
68       return 0;
69     }
70
71   /* account for the msgbuf_t header */
72   nbytes += sizeof (msgbuf_t);
73
74   if (shmem_hdr->vl_rings == 0)
75     {
76       clib_warning ("vl_rings NULL");
77       ASSERT (0);
78       abort ();
79     }
80
81   if (shmem_hdr->client_rings == 0)
82     {
83       clib_warning ("client_rings NULL");
84       ASSERT (0);
85       abort ();
86     }
87
88   ap = pool ? shmem_hdr->vl_rings : shmem_hdr->client_rings;
89   for (i = 0; i < vec_len (ap); i++)
90     {
91       /* Too big? */
92       if (nbytes > ap[i].size)
93         {
94           continue;
95         }
96
97       q = ap[i].rp;
98       if (pool == 0)
99         {
100           pthread_mutex_lock (&q->mutex);
101         }
102       rv = (msgbuf_t *) (&q->data[0] + q->head * q->elsize);
103       /*
104        * Is this item still in use?
105        */
106       if (rv->q)
107         {
108           u32 now = (u32) time (0);
109
110           if (PREDICT_TRUE (rv->gc_mark_timestamp == 0))
111             rv->gc_mark_timestamp = now;
112           else
113             {
114               if (now - rv->gc_mark_timestamp > 10)
115                 {
116                   if (CLIB_DEBUG > 0)
117                     {
118                       u16 *msg_idp, msg_id;
119                       clib_warning
120                         ("garbage collect pool %d ring %d index %d", pool, i,
121                          q->head);
122                       msg_idp = (u16 *) (rv->data);
123                       msg_id = clib_net_to_host_u16 (*msg_idp);
124                       if (msg_id < vec_len (api_main.msg_names))
125                         clib_warning ("msg id %d name %s", (u32) msg_id,
126                                       api_main.msg_names[msg_id]);
127                     }
128                   shmem_hdr->garbage_collects++;
129                   goto collected;
130                 }
131             }
132
133
134           /* yes, loser; try next larger pool */
135           ap[i].misses++;
136           if (pool == 0)
137             pthread_mutex_unlock (&q->mutex);
138           continue;
139         }
140     collected:
141
142       /* OK, we have a winner */
143       ap[i].hits++;
144       /*
145        * Remember the source queue, although we
146        * don't need to know the queue to free the item.
147        */
148       rv->q = q;
149       rv->gc_mark_timestamp = 0;
150       q->head++;
151       if (q->head == q->maxsize)
152         q->head = 0;
153
154       if (pool == 0)
155         pthread_mutex_unlock (&q->mutex);
156       goto out;
157     }
158
159   /*
160    * Request too big, or head element of all size-compatible rings
161    * still in use. Fall back to shared-memory malloc.
162    */
163   am->ring_misses++;
164
165   pthread_mutex_lock (&am->vlib_rp->mutex);
166   oldheap = svm_push_data_heap (am->vlib_rp);
167   if (may_return_null)
168     {
169       rv = clib_mem_alloc_or_null (nbytes);
170       if (PREDICT_FALSE (rv == 0))
171         {
172           svm_pop_heap (oldheap);
173           pthread_mutex_unlock (&am->vlib_rp->mutex);
174           return 0;
175         }
176     }
177   else
178     rv = clib_mem_alloc (nbytes);
179
180   rv->q = 0;
181   svm_pop_heap (oldheap);
182   pthread_mutex_unlock (&am->vlib_rp->mutex);
183
184 out:
185 #if DEBUG_MESSAGE_BUFFER_OVERRUN > 0
186   {
187     nbytes -= 4;
188     u32 *overrun;
189     overrun = (u32 *) (rv->data + nbytes - sizeof (msgbuf_t));
190     *overrun = 0x1badbabe;
191   }
192 #endif
193   rv->data_len = htonl (nbytes - sizeof (msgbuf_t));
194
195   return (rv->data);
196 }
197
198 void *
199 vl_msg_api_alloc (int nbytes)
200 {
201   int pool;
202   api_main_t *am = &api_main;
203   vl_shmem_hdr_t *shmem_hdr = am->shmem_hdr;
204
205   /*
206    * Clients use pool-0, vlib proc uses pool 1
207    */
208   pool = (am->our_pid == shmem_hdr->vl_pid);
209   return vl_msg_api_alloc_internal (nbytes, pool, 0 /* may_return_null */ );
210 }
211
212 void *
213 vl_msg_api_alloc_or_null (int nbytes)
214 {
215   int pool;
216   api_main_t *am = &api_main;
217   vl_shmem_hdr_t *shmem_hdr = am->shmem_hdr;
218
219   pool = (am->our_pid == shmem_hdr->vl_pid);
220   return vl_msg_api_alloc_internal (nbytes, pool, 1 /* may_return_null */ );
221 }
222
223 void *
224 vl_msg_api_alloc_as_if_client (int nbytes)
225 {
226   return vl_msg_api_alloc_internal (nbytes, 0, 0 /* may_return_null */ );
227 }
228
229 void *
230 vl_msg_api_alloc_as_if_client_or_null (int nbytes)
231 {
232   return vl_msg_api_alloc_internal (nbytes, 0, 1 /* may_return_null */ );
233 }
234
235 void
236 vl_msg_api_free (void *a)
237 {
238   msgbuf_t *rv;
239   void *oldheap;
240   api_main_t *am = &api_main;
241
242   rv = (msgbuf_t *) (((u8 *) a) - offsetof (msgbuf_t, data));
243
244   /*
245    * Here's the beauty of the scheme.  Only one proc/thread has
246    * control of a given message buffer. To free a buffer, we just clear the
247    * queue field, and leave. No locks, no hits, no errors...
248    */
249   if (rv->q)
250     {
251       rv->q = 0;
252       rv->gc_mark_timestamp = 0;
253 #if DEBUG_MESSAGE_BUFFER_OVERRUN > 0
254       {
255         u32 *overrun;
256         overrun = (u32 *) (rv->data + ntohl (rv->data_len));
257         ASSERT (*overrun == 0x1badbabe);
258       }
259 #endif
260       return;
261     }
262
263   pthread_mutex_lock (&am->vlib_rp->mutex);
264   oldheap = svm_push_data_heap (am->vlib_rp);
265
266 #if DEBUG_MESSAGE_BUFFER_OVERRUN > 0
267   {
268     u32 *overrun;
269     overrun = (u32 *) (rv->data + ntohl (rv->data_len));
270     ASSERT (*overrun == 0x1badbabe);
271   }
272 #endif
273
274   clib_mem_free (rv);
275   svm_pop_heap (oldheap);
276   pthread_mutex_unlock (&am->vlib_rp->mutex);
277 }
278
279 static void
280 vl_msg_api_free_nolock (void *a)
281 {
282   msgbuf_t *rv;
283   void *oldheap;
284   api_main_t *am = &api_main;
285
286   rv = (msgbuf_t *) (((u8 *) a) - offsetof (msgbuf_t, data));
287   /*
288    * Here's the beauty of the scheme.  Only one proc/thread has
289    * control of a given message buffer. To free a buffer, we just clear the
290    * queue field, and leave. No locks, no hits, no errors...
291    */
292   if (rv->q)
293     {
294       rv->q = 0;
295       return;
296     }
297
298   oldheap = svm_push_data_heap (am->vlib_rp);
299   clib_mem_free (rv);
300   svm_pop_heap (oldheap);
301 }
302
303 void
304 vl_set_memory_root_path (const char *name)
305 {
306   api_main_t *am = &api_main;
307
308   am->root_path = name;
309 }
310
311 void
312 vl_set_memory_uid (int uid)
313 {
314   api_main_t *am = &api_main;
315
316   am->api_uid = uid;
317 }
318
319 void
320 vl_set_memory_gid (int gid)
321 {
322   api_main_t *am = &api_main;
323
324   am->api_gid = gid;
325 }
326
327 void
328 vl_set_global_memory_baseva (u64 baseva)
329 {
330   api_main_t *am = &api_main;
331
332   am->global_baseva = baseva;
333 }
334
335 void
336 vl_set_global_memory_size (u64 size)
337 {
338   api_main_t *am = &api_main;
339
340   am->global_size = size;
341 }
342
343 void
344 vl_set_api_memory_size (u64 size)
345 {
346   api_main_t *am = &api_main;
347
348   am->api_size = size;
349 }
350
351 void
352 vl_set_global_pvt_heap_size (u64 size)
353 {
354   api_main_t *am = &api_main;
355
356   am->global_pvt_heap_size = size;
357 }
358
359 void
360 vl_set_api_pvt_heap_size (u64 size)
361 {
362   api_main_t *am = &api_main;
363
364   am->api_pvt_heap_size = size;
365 }
366
367 static void
368 vl_api_default_mem_config (vl_shmem_hdr_t * shmem_hdr)
369 {
370   api_main_t *am = &api_main;
371   u32 vlib_input_queue_length;
372
373   /* vlib main input queue */
374   vlib_input_queue_length = 1024;
375   if (am->vlib_input_queue_length)
376     vlib_input_queue_length = am->vlib_input_queue_length;
377
378   shmem_hdr->vl_input_queue =
379     unix_shared_memory_queue_init (vlib_input_queue_length, sizeof (uword),
380                                    getpid (), am->vlib_signal);
381
382 #define _(sz,n)                                                 \
383     do {                                                        \
384         ring_alloc_t _rp;                                       \
385         _rp.rp = unix_shared_memory_queue_init ((n), (sz), 0, 0); \
386         _rp.size = (sz);                                        \
387         _rp.nitems = n;                                         \
388         _rp.hits = 0;                                           \
389         _rp.misses = 0;                                         \
390         vec_add1(shmem_hdr->vl_rings, _rp);                     \
391     } while (0);
392
393   foreach_vl_aring_size;
394 #undef _
395
396 #define _(sz,n)                                                 \
397     do {                                                        \
398         ring_alloc_t _rp;                                       \
399         _rp.rp = unix_shared_memory_queue_init ((n), (sz), 0, 0); \
400         _rp.size = (sz);                                        \
401         _rp.nitems = n;                                         \
402         _rp.hits = 0;                                           \
403         _rp.misses = 0;                                         \
404         vec_add1(shmem_hdr->client_rings, _rp);                 \
405     } while (0);
406
407   foreach_clnt_aring_size;
408 #undef _
409 }
410
411 void
412 vl_api_mem_config (vl_shmem_hdr_t * hdr, vl_api_shm_elem_config_t * config)
413 {
414   api_main_t *am = &api_main;
415   vl_api_shm_elem_config_t *c;
416   ring_alloc_t *rp;
417   u32 size;
418
419   if (!config)
420     {
421       vl_api_default_mem_config (hdr);
422       return;
423     }
424
425   vec_foreach (c, config)
426   {
427     switch (c->type)
428       {
429       case VL_API_QUEUE:
430         hdr->vl_input_queue = unix_shared_memory_queue_init (c->count,
431                                                              c->size,
432                                                              getpid (),
433                                                              am->vlib_signal);
434         continue;
435       case VL_API_VLIB_RING:
436         vec_add2 (hdr->vl_rings, rp, 1);
437         break;
438       case VL_API_CLIENT_RING:
439         vec_add2 (hdr->client_rings, rp, 1);
440         break;
441       default:
442         clib_warning ("unknown config type: %d", c->type);
443         continue;
444       }
445
446     size = sizeof (ring_alloc_t) + c->size;
447     rp->rp = unix_shared_memory_queue_init (c->count, size, 0, 0);
448     rp->size = size;
449     rp->nitems = c->count;
450     rp->hits = 0;
451     rp->misses = 0;
452   }
453 }
454
455 void
456 vl_init_shmem (svm_region_t * vlib_rp, vl_api_shm_elem_config_t * config,
457                int is_vlib, int is_private_region)
458 {
459   api_main_t *am = &api_main;
460   vl_shmem_hdr_t *shmem_hdr = 0;
461   void *oldheap;
462   ASSERT (vlib_rp);
463
464   /* $$$$ need private region config parameters */
465
466   oldheap = svm_push_data_heap (vlib_rp);
467
468   vec_validate (shmem_hdr, 0);
469   shmem_hdr->version = VL_SHM_VERSION;
470
471   /* Set up the queue and msg ring allocator */
472   vl_api_mem_config (shmem_hdr, config);
473
474   if (is_private_region == 0)
475     {
476       am->shmem_hdr = shmem_hdr;
477       am->vlib_rp = vlib_rp;
478       am->our_pid = getpid ();
479       if (is_vlib)
480         am->shmem_hdr->vl_pid = am->our_pid;
481     }
482   else
483     shmem_hdr->vl_pid = am->our_pid;
484
485   svm_pop_heap (oldheap);
486
487   /*
488    * After absolutely everything that a client might see is set up,
489    * declare the shmem region valid
490    */
491   vlib_rp->user_ctx = shmem_hdr;
492
493   pthread_mutex_unlock (&vlib_rp->mutex);
494 }
495
496
497 int
498 vl_map_shmem (const char *region_name, int is_vlib)
499 {
500   svm_map_region_args_t _a, *a = &_a;
501   svm_region_t *vlib_rp, *root_rp;
502   api_main_t *am = &api_main;
503   int i, rv;
504   struct timespec ts, tsrem;
505   char *vpe_api_region_suffix = "-vpe-api";
506
507   memset (a, 0, sizeof (*a));
508
509   if (strstr (region_name, vpe_api_region_suffix))
510     {
511       u8 *root_path = format (0, "%s", region_name);
512       _vec_len (root_path) = (vec_len (root_path) -
513                               strlen (vpe_api_region_suffix));
514       vec_terminate_c_string (root_path);
515       a->root_path = (const char *) root_path;
516       am->root_path = (const char *) root_path;
517     }
518
519   if (is_vlib == 0)
520     {
521       rv = svm_region_init_chroot (am->root_path);
522       if (rv)
523         return rv;
524     }
525
526   if (a->root_path != NULL)
527     {
528       a->name = "/vpe-api";
529     }
530   else
531     a->name = region_name;
532   a->size = am->api_size ? am->api_size : (16 << 20);
533   a->flags = SVM_FLAGS_MHEAP;
534   a->uid = am->api_uid;
535   a->gid = am->api_gid;
536   a->pvt_heap_size = am->api_pvt_heap_size;
537
538   vlib_rp = svm_region_find_or_create (a);
539
540   if (vlib_rp == 0)
541     return (-2);
542
543   pthread_mutex_lock (&vlib_rp->mutex);
544   /* Has someone else set up the shared-memory variable table? */
545   if (vlib_rp->user_ctx)
546     {
547       am->shmem_hdr = (void *) vlib_rp->user_ctx;
548       am->our_pid = getpid ();
549       if (is_vlib)
550         {
551           unix_shared_memory_queue_t *q;
552           uword old_msg;
553           /*
554            * application restart. Reset cached pids, API message
555            * rings, list of clients; otherwise, various things
556            * fail. (e.g. queue non-empty notification)
557            */
558
559           /* ghosts keep the region from disappearing properly */
560           svm_client_scan_this_region_nolock (vlib_rp);
561           am->shmem_hdr->application_restarts++;
562           q = am->shmem_hdr->vl_input_queue;
563           am->shmem_hdr->vl_pid = getpid ();
564           q->consumer_pid = am->shmem_hdr->vl_pid;
565           /* Drain the input queue, freeing msgs */
566           for (i = 0; i < 10; i++)
567             {
568               if (pthread_mutex_trylock (&q->mutex) == 0)
569                 {
570                   pthread_mutex_unlock (&q->mutex);
571                   goto mutex_ok;
572                 }
573               ts.tv_sec = 0;
574               ts.tv_nsec = 10000 * 1000;        /* 10 ms */
575               while (nanosleep (&ts, &tsrem) < 0)
576                 ts = tsrem;
577             }
578           /* Mutex buggered, "fix" it */
579           memset (&q->mutex, 0, sizeof (q->mutex));
580           clib_warning ("forcibly release main input queue mutex");
581
582         mutex_ok:
583           am->vlib_rp = vlib_rp;
584           while (unix_shared_memory_queue_sub (q,
585                                                (u8 *) & old_msg,
586                                                1 /* nowait */ )
587                  != -2 /* queue underflow */ )
588             {
589               vl_msg_api_free_nolock ((void *) old_msg);
590               am->shmem_hdr->restart_reclaims++;
591             }
592           pthread_mutex_unlock (&vlib_rp->mutex);
593           root_rp = svm_get_root_rp ();
594           ASSERT (root_rp);
595           /* Clean up the root region client list */
596           pthread_mutex_lock (&root_rp->mutex);
597           svm_client_scan_this_region_nolock (root_rp);
598           pthread_mutex_unlock (&root_rp->mutex);
599         }
600       else
601         {
602           pthread_mutex_unlock (&vlib_rp->mutex);
603         }
604       am->vlib_rp = vlib_rp;
605       vec_add1 (am->mapped_shmem_regions, vlib_rp);
606       return 0;
607     }
608   /* Clients simply have to wait... */
609   if (!is_vlib)
610     {
611       pthread_mutex_unlock (&vlib_rp->mutex);
612
613       /* Wait up to 100 seconds... */
614       for (i = 0; i < 10000; i++)
615         {
616           ts.tv_sec = 0;
617           ts.tv_nsec = 10000 * 1000;    /* 10 ms */
618           while (nanosleep (&ts, &tsrem) < 0)
619             ts = tsrem;
620           if (vlib_rp->user_ctx)
621             goto ready;
622         }
623       /* Clean up and leave... */
624       svm_region_unmap (vlib_rp);
625       clib_warning ("region init fail");
626       return (-2);
627
628     ready:
629       am->shmem_hdr = (void *) vlib_rp->user_ctx;
630       am->our_pid = getpid ();
631       am->vlib_rp = vlib_rp;
632       vec_add1 (am->mapped_shmem_regions, vlib_rp);
633       return 0;
634     }
635
636   /* Nope, it's our problem... */
637   vl_init_shmem (vlib_rp, 0 /* default config */ , 1 /* is vlib */ ,
638                  0 /* is_private_region */ );
639
640   vec_add1 (am->mapped_shmem_regions, vlib_rp);
641   return 0;
642 }
643
644 void
645 vl_register_mapped_shmem_region (svm_region_t * rp)
646 {
647   api_main_t *am = &api_main;
648
649   vec_add1 (am->mapped_shmem_regions, rp);
650 }
651
652 void
653 vl_unmap_shmem (void)
654 {
655   svm_region_t *rp;
656   int i;
657   api_main_t *am = &api_main;
658
659   if (!svm_get_root_rp ())
660     return;
661
662   for (i = 0; i < vec_len (am->mapped_shmem_regions); i++)
663     {
664       rp = am->mapped_shmem_regions[i];
665       svm_region_unmap (rp);
666     }
667
668   vec_free (am->mapped_shmem_regions);
669   am->shmem_hdr = 0;
670
671   svm_region_exit ();
672   /* $$$ more careful cleanup, valgrind run... */
673   vec_free (am->msg_handlers);
674   vec_free (am->msg_endian_handlers);
675   vec_free (am->msg_print_handlers);
676 }
677
678 void
679 vl_msg_api_send_shmem (unix_shared_memory_queue_t * q, u8 * elem)
680 {
681   api_main_t *am = &api_main;
682   uword *trace = (uword *) elem;
683
684   if (am->tx_trace && am->tx_trace->enabled)
685     vl_msg_api_trace (am, am->tx_trace, (void *) trace[0]);
686
687   (void) unix_shared_memory_queue_add (q, elem, 0 /* nowait */ );
688 }
689
690 void
691 vl_msg_api_send_shmem_nolock (unix_shared_memory_queue_t * q, u8 * elem)
692 {
693   api_main_t *am = &api_main;
694   uword *trace = (uword *) elem;
695
696   if (am->tx_trace && am->tx_trace->enabled)
697     vl_msg_api_trace (am, am->tx_trace, (void *) trace[0]);
698
699   (void) unix_shared_memory_queue_add_nolock (q, elem);
700 }
701
702 u32
703 vl_api_get_msg_index (u8 * name_and_crc)
704 {
705   api_main_t *am = &api_main;
706   uword *p;
707
708   if (am->msg_index_by_name_and_crc)
709     {
710       p = hash_get_mem (am->msg_index_by_name_and_crc, name_and_crc);
711       if (p)
712         return p[0];
713     }
714   return ~0;
715 }
716
717 static inline vl_api_registration_t *
718 vl_api_client_index_to_registration_internal (u32 handle)
719 {
720   vl_api_registration_t **regpp;
721   vl_api_registration_t *regp;
722   api_main_t *am = &api_main;
723   u32 index;
724
725   index = vl_msg_api_handle_get_index (handle);
726   if ((am->shmem_hdr->application_restarts & VL_API_EPOCH_MASK)
727       != vl_msg_api_handle_get_epoch (handle))
728     {
729       vl_msg_api_increment_missing_client_counter ();
730       return 0;
731     }
732
733   regpp = am->vl_clients + index;
734
735   if (pool_is_free (am->vl_clients, regpp))
736     {
737       vl_msg_api_increment_missing_client_counter ();
738       return 0;
739     }
740   regp = *regpp;
741   return (regp);
742 }
743
744 vl_api_registration_t *
745 vl_api_client_index_to_registration (u32 index)
746 {
747   if (PREDICT_FALSE (socket_main.current_rp != 0))
748     return socket_main.current_rp;
749
750   return (vl_api_client_index_to_registration_internal (index));
751 }
752
753 unix_shared_memory_queue_t *
754 vl_api_client_index_to_input_queue (u32 index)
755 {
756   vl_api_registration_t *regp;
757   api_main_t *am = &api_main;
758
759   /* Special case: vlib trying to send itself a message */
760   if (index == (u32) ~ 0)
761     return (am->shmem_hdr->vl_input_queue);
762
763   regp = vl_api_client_index_to_registration_internal (index);
764   if (!regp)
765     return 0;
766   return (regp->vl_input_queue);
767 }
768
769 /*
770  * fd.io coding-style-patch-verification: ON
771  *
772  * Local Variables:
773  * eval: (c-set-style "gnu")
774  * End:
775  */