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