Horizontal (nSessions) scaling draft
[vpp.git] / src / vnet / session / node.c
1 /*
2  * Copyright (c) 2017 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 <math.h>
17 #include <vlib/vlib.h>
18 #include <vnet/vnet.h>
19 #include <vnet/tcp/tcp.h>
20 #include <vppinfra/elog.h>
21 #include <vnet/session/application.h>
22 #include <vnet/session/session_debug.h>
23 #include <vlibmemory/unix_shared_memory_queue.h>
24
25 vlib_node_registration_t session_queue_node;
26
27 typedef struct
28 {
29   u32 session_index;
30   u32 server_thread_index;
31 } session_queue_trace_t;
32
33 /* packet trace format function */
34 static u8 *
35 format_session_queue_trace (u8 * s, va_list * args)
36 {
37   CLIB_UNUSED (vlib_main_t * vm) = va_arg (*args, vlib_main_t *);
38   CLIB_UNUSED (vlib_node_t * node) = va_arg (*args, vlib_node_t *);
39   session_queue_trace_t *t = va_arg (*args, session_queue_trace_t *);
40
41   s = format (s, "SESSION_QUEUE: session index %d, server thread index %d",
42               t->session_index, t->server_thread_index);
43   return s;
44 }
45
46 vlib_node_registration_t session_queue_node;
47
48 #define foreach_session_queue_error             \
49 _(TX, "Packets transmitted")                    \
50 _(TIMER, "Timer events")                        \
51 _(NO_BUFFER, "Out of buffers")
52
53 typedef enum
54 {
55 #define _(sym,str) SESSION_QUEUE_ERROR_##sym,
56   foreach_session_queue_error
57 #undef _
58     SESSION_QUEUE_N_ERROR,
59 } session_queue_error_t;
60
61 static char *session_queue_error_strings[] = {
62 #define _(sym,string) string,
63   foreach_session_queue_error
64 #undef _
65 };
66
67 static u32 session_type_to_next[] = {
68   SESSION_QUEUE_NEXT_TCP_IP4_OUTPUT,
69   SESSION_QUEUE_NEXT_IP4_LOOKUP,
70   SESSION_QUEUE_NEXT_TCP_IP6_OUTPUT,
71   SESSION_QUEUE_NEXT_IP6_LOOKUP,
72 };
73
74 always_inline void
75 session_tx_fifo_chain_tail (session_manager_main_t * smm, vlib_main_t * vm,
76                             u8 thread_index, svm_fifo_t * fifo,
77                             vlib_buffer_t * b0, u32 bi0, u8 n_bufs_per_seg,
78                             u32 * left_to_snd0, u16 * n_bufs, u32 * rx_offset,
79                             u16 deq_per_buf, u8 peek_data)
80 {
81   vlib_buffer_t *chain_b0, *prev_b0;
82   u32 chain_bi0;
83   u16 len_to_deq0, n_bytes_read;
84   u8 *data0, j;
85
86   chain_bi0 = bi0;
87   chain_b0 = b0;
88   for (j = 1; j < n_bufs_per_seg; j++)
89     {
90       prev_b0 = chain_b0;
91       len_to_deq0 = clib_min (*left_to_snd0, deq_per_buf);
92
93       *n_bufs -= 1;
94       chain_bi0 = smm->tx_buffers[thread_index][*n_bufs];
95       _vec_len (smm->tx_buffers[thread_index]) = *n_bufs;
96
97       chain_b0 = vlib_get_buffer (vm, chain_bi0);
98       chain_b0->current_data = 0;
99       data0 = vlib_buffer_get_current (chain_b0);
100       if (peek_data)
101         {
102           n_bytes_read = svm_fifo_peek (fifo, *rx_offset, len_to_deq0, data0);
103           *rx_offset += n_bytes_read;
104         }
105       else
106         {
107           n_bytes_read = svm_fifo_dequeue_nowait (fifo, len_to_deq0, data0);
108         }
109       ASSERT (n_bytes_read == len_to_deq0);
110       chain_b0->current_length = n_bytes_read;
111       b0->total_length_not_including_first_buffer += chain_b0->current_length;
112
113       /* update previous buffer */
114       prev_b0->next_buffer = chain_bi0;
115       prev_b0->flags |= VLIB_BUFFER_NEXT_PRESENT;
116
117       /* update current buffer */
118       chain_b0->next_buffer = 0;
119
120       *left_to_snd0 -= n_bytes_read;
121       if (*left_to_snd0 == 0)
122         break;
123     }
124 }
125
126 always_inline int
127 session_tx_fifo_read_and_snd_i (vlib_main_t * vm, vlib_node_runtime_t * node,
128                                 session_manager_main_t * smm,
129                                 session_fifo_event_t * e0,
130                                 stream_session_t * s0, u32 thread_index,
131                                 int *n_tx_packets, u8 peek_data)
132 {
133   u32 n_trace = vlib_get_trace_count (vm, node);
134   u32 left_to_snd0, max_len_to_snd0, len_to_deq0, snd_space0;
135   u32 n_bufs_per_evt, n_frames_per_evt;
136   transport_connection_t *tc0;
137   transport_proto_vft_t *transport_vft;
138   u32 next_index, next0, *to_next, n_left_to_next, bi0;
139   vlib_buffer_t *b0;
140   u32 rx_offset = 0, max_dequeue0, n_bytes_per_seg;
141   u16 snd_mss0, n_bufs_per_seg, n_bufs;
142   u8 *data0;
143   int i, n_bytes_read;
144   u32 n_bytes_per_buf, deq_per_buf;
145   u32 buffers_allocated, buffers_allocated_this_call;
146
147   next_index = next0 = session_type_to_next[s0->session_type];
148
149   transport_vft = session_get_transport_vft (s0->session_type);
150   tc0 = transport_vft->get_connection (s0->connection_index, thread_index);
151
152   /* Make sure we have space to send and there's something to dequeue */
153   snd_mss0 = transport_vft->send_mss (tc0);
154   snd_space0 = transport_vft->send_space (tc0);
155
156   /* Can't make any progress */
157   if (snd_space0 == 0 || snd_mss0 == 0)
158     {
159       vec_add1 (smm->pending_event_vector[thread_index], *e0);
160       return 0;
161     }
162
163   if (peek_data)
164     {
165       /* Offset in rx fifo from where to peek data  */
166       rx_offset = transport_vft->tx_fifo_offset (tc0);
167     }
168
169   /* Check how much we can pull. If buffering, subtract the offset */
170   max_dequeue0 = svm_fifo_max_dequeue (s0->server_tx_fifo) - rx_offset;
171
172   /* Nothing to read return */
173   if (max_dequeue0 == 0)
174     {
175       svm_fifo_unset_event (s0->server_tx_fifo);
176       return 0;
177     }
178
179   /* Ensure we're not writing more than transport window allows */
180   if (max_dequeue0 < snd_space0)
181     {
182       /* Constrained by tx queue. Try to send only fully formed segments */
183       max_len_to_snd0 = (max_dequeue0 > snd_mss0) ?
184         max_dequeue0 - max_dequeue0 % snd_mss0 : max_dequeue0;
185       /* TODO Nagle ? */
186     }
187   else
188     {
189       max_len_to_snd0 = snd_space0;
190     }
191
192   n_bytes_per_buf = vlib_buffer_free_list_buffer_size
193     (vm, VLIB_BUFFER_DEFAULT_FREE_LIST_INDEX);
194   n_bytes_per_seg = MAX_HDRS_LEN + snd_mss0;
195   n_bufs_per_seg = ceil ((double) n_bytes_per_seg / n_bytes_per_buf);
196   n_bufs_per_evt = (ceil ((double) max_len_to_snd0 / n_bytes_per_seg))
197     * n_bufs_per_seg;
198   n_frames_per_evt = ceil ((double) n_bufs_per_evt / VLIB_FRAME_SIZE);
199
200   deq_per_buf = clib_min (snd_mss0, n_bytes_per_buf);
201
202   n_bufs = vec_len (smm->tx_buffers[thread_index]);
203   left_to_snd0 = max_len_to_snd0;
204   for (i = 0; i < n_frames_per_evt; i++)
205     {
206       /* Make sure we have at least one full frame of buffers ready */
207       if (PREDICT_FALSE (n_bufs < VLIB_FRAME_SIZE))
208         {
209           vec_validate (smm->tx_buffers[thread_index],
210                         n_bufs + 2 * VLIB_FRAME_SIZE - 1);
211
212           buffers_allocated = 0;
213           do
214             {
215               buffers_allocated_this_call =
216                 vlib_buffer_alloc
217                 (vm,
218                  &smm->tx_buffers[thread_index][n_bufs + buffers_allocated],
219                  2 * VLIB_FRAME_SIZE - buffers_allocated);
220               buffers_allocated += buffers_allocated_this_call;
221             }
222           while (buffers_allocated_this_call > 0
223                  && ((buffers_allocated + n_bufs < VLIB_FRAME_SIZE)));
224
225           n_bufs += buffers_allocated;
226
227           _vec_len (smm->tx_buffers[thread_index]) = n_bufs;
228
229           if (PREDICT_FALSE (n_bufs < VLIB_FRAME_SIZE))
230             {
231               vec_add1 (smm->pending_event_vector[thread_index], *e0);
232               return -1;
233             }
234         }
235       /* Allow enqueuing of a new event */
236       svm_fifo_unset_event (s0->server_tx_fifo);
237
238       vlib_get_next_frame (vm, node, next_index, to_next, n_left_to_next);
239       while (left_to_snd0 && n_left_to_next >= n_bufs_per_seg)
240         {
241           /*
242            * Handle first buffer in chain separately
243            */
244
245           /* Get free buffer */
246           ASSERT (n_bufs >= 1);
247           bi0 = smm->tx_buffers[thread_index][--n_bufs];
248           ASSERT (bi0);
249           _vec_len (smm->tx_buffers[thread_index]) = n_bufs;
250
251           /* usual speculation, or the enqueue_x1 macro will barf */
252           to_next[0] = bi0;
253           to_next += 1;
254           n_left_to_next -= 1;
255
256           b0 = vlib_get_buffer (vm, bi0);
257           b0->error = 0;
258           b0->flags = VLIB_BUFFER_TOTAL_LENGTH_VALID
259             | VNET_BUFFER_LOCALLY_ORIGINATED;
260           b0->current_data = 0;
261           b0->total_length_not_including_first_buffer = 0;
262
263           len_to_deq0 = clib_min (left_to_snd0, deq_per_buf);
264
265           data0 = vlib_buffer_make_headroom (b0, MAX_HDRS_LEN);
266           if (peek_data)
267             {
268               n_bytes_read = svm_fifo_peek (s0->server_tx_fifo, rx_offset,
269                                             len_to_deq0, data0);
270               /* Keep track of progress locally, transport is also supposed to
271                * increment it independently when pushing the header */
272               rx_offset += n_bytes_read;
273             }
274           else
275             {
276               n_bytes_read = svm_fifo_dequeue_nowait (s0->server_tx_fifo,
277                                                       len_to_deq0, data0);
278             }
279
280           if (n_bytes_read <= 0)
281             goto dequeue_fail;
282
283           b0->current_length = n_bytes_read;
284
285           left_to_snd0 -= n_bytes_read;
286           *n_tx_packets = *n_tx_packets + 1;
287
288           /*
289            * Fill in the remaining buffers in the chain, if any
290            */
291           if (PREDICT_FALSE (n_bufs_per_seg > 1))
292             session_tx_fifo_chain_tail (smm, vm, thread_index,
293                                         s0->server_tx_fifo, b0, bi0,
294                                         n_bufs_per_seg, &left_to_snd0,
295                                         &n_bufs, &rx_offset, deq_per_buf,
296                                         peek_data);
297
298           /* Ask transport to push header after current_length and
299            * total_length_not_including_first_buffer are updated */
300           transport_vft->push_header (tc0, b0);
301
302           /* *INDENT-OFF* */
303           SESSION_EVT_DBG(SESSION_EVT_DEQ, s0, ({
304               ed->data[0] = e0->event_id;
305               ed->data[1] = max_dequeue0;
306               ed->data[2] = len_to_deq0;
307               ed->data[3] = left_to_snd0;
308           }));
309           /* *INDENT-ON* */
310
311
312           VLIB_BUFFER_TRACE_TRAJECTORY_INIT (b0);
313           if (PREDICT_FALSE (n_trace > 0))
314             {
315               session_queue_trace_t *t0;
316               vlib_trace_buffer (vm, node, next_index, b0,
317                                  1 /* follow_chain */ );
318               vlib_set_trace_count (vm, node, --n_trace);
319               t0 = vlib_add_trace (vm, node, b0, sizeof (*t0));
320               t0->session_index = s0->session_index;
321               t0->server_thread_index = s0->thread_index;
322             }
323
324           vlib_validate_buffer_enqueue_x1 (vm, node, next_index,
325                                            to_next, n_left_to_next,
326                                            bi0, next0);
327         }
328       vlib_put_next_frame (vm, node, next_index, n_left_to_next);
329     }
330
331   /* If we couldn't dequeue all bytes mark as partially read */
332   if (max_len_to_snd0 < max_dequeue0)
333     {
334       /* If we don't already have new event */
335       if (svm_fifo_set_event (s0->server_tx_fifo))
336         {
337           vec_add1 (smm->pending_event_vector[thread_index], *e0);
338         }
339     }
340   return 0;
341
342 dequeue_fail:
343   /*
344    * Can't read from fifo. If we don't already have an event, save as partially
345    * read, return buff to free list and return
346    */
347   clib_warning ("dequeue fail");
348
349   if (svm_fifo_set_event (s0->server_tx_fifo))
350     {
351       vec_add1 (smm->pending_event_vector[thread_index], *e0);
352     }
353   vlib_put_next_frame (vm, node, next_index, n_left_to_next + 1);
354   _vec_len (smm->tx_buffers[thread_index]) += 1;
355
356   return 0;
357 }
358
359 int
360 session_tx_fifo_peek_and_snd (vlib_main_t * vm, vlib_node_runtime_t * node,
361                               session_manager_main_t * smm,
362                               session_fifo_event_t * e0,
363                               stream_session_t * s0, u32 thread_index,
364                               int *n_tx_pkts)
365 {
366   return session_tx_fifo_read_and_snd_i (vm, node, smm, e0, s0, thread_index,
367                                          n_tx_pkts, 1);
368 }
369
370 int
371 session_tx_fifo_dequeue_and_snd (vlib_main_t * vm, vlib_node_runtime_t * node,
372                                  session_manager_main_t * smm,
373                                  session_fifo_event_t * e0,
374                                  stream_session_t * s0, u32 thread_index,
375                                  int *n_tx_pkts)
376 {
377   return session_tx_fifo_read_and_snd_i (vm, node, smm, e0, s0, thread_index,
378                                          n_tx_pkts, 0);
379 }
380
381 always_inline stream_session_t *
382 session_event_get_session (session_fifo_event_t * e, u8 thread_index)
383 {
384   ASSERT (e->fifo->master_thread_index == thread_index);
385   return stream_session_get_if_valid (e->fifo->master_session_index,
386                                       thread_index);
387 }
388
389 void
390 dump_thread_0_event_queue (void)
391 {
392   session_manager_main_t *smm = vnet_get_session_manager_main ();
393   vlib_main_t *vm = &vlib_global_main;
394   u32 my_thread_index = vm->thread_index;
395   session_fifo_event_t _e, *e = &_e;
396   stream_session_t *s0;
397   int i, index;
398   i8 *headp;
399
400   unix_shared_memory_queue_t *q;
401   q = smm->vpp_event_queues[my_thread_index];
402
403   index = q->head;
404
405   for (i = 0; i < q->cursize; i++)
406     {
407       headp = (i8 *) (&q->data[0] + q->elsize * index);
408       clib_memcpy (e, headp, q->elsize);
409
410       switch (e->event_type)
411         {
412         case FIFO_EVENT_APP_TX:
413           s0 = session_event_get_session (e, my_thread_index);
414           fformat (stdout, "[%04d] TX session %d\n", i, s0->session_index);
415           break;
416
417         case FIFO_EVENT_DISCONNECT:
418           s0 = stream_session_get_from_handle (e->session_handle);
419           fformat (stdout, "[%04d] disconnect session %d\n", i,
420                    s0->session_index);
421           break;
422
423         case FIFO_EVENT_BUILTIN_RX:
424           s0 = session_event_get_session (e, my_thread_index);
425           fformat (stdout, "[%04d] builtin_rx %d\n", i, s0->session_index);
426           break;
427
428         case FIFO_EVENT_RPC:
429           fformat (stdout, "[%04d] RPC call %llx with %llx\n",
430                    i, (u64) (e->rpc_args.fp), (u64) (e->rpc_args.arg));
431           break;
432
433         default:
434           fformat (stdout, "[%04d] unhandled event type %d\n",
435                    i, e->event_type);
436           break;
437         }
438
439       index++;
440
441       if (index == q->maxsize)
442         index = 0;
443     }
444 }
445
446 static uword
447 session_queue_node_fn (vlib_main_t * vm, vlib_node_runtime_t * node,
448                        vlib_frame_t * frame)
449 {
450   session_manager_main_t *smm = vnet_get_session_manager_main ();
451   session_fifo_event_t *my_pending_event_vector, *e;
452   session_fifo_event_t *my_fifo_events;
453   u32 n_to_dequeue, n_events;
454   unix_shared_memory_queue_t *q;
455   application_t *app;
456   int n_tx_packets = 0;
457   u32 my_thread_index = vm->thread_index;
458   int i, rv;
459   f64 now = vlib_time_now (vm);
460   void (*fp) (void *);
461
462   SESSION_EVT_DBG (SESSION_EVT_POLL_GAP_TRACK, smm, my_thread_index);
463
464   /*
465    *  Update TCP time
466    */
467   tcp_update_time (now, my_thread_index);
468
469   /*
470    * Get vpp queue events
471    */
472   q = smm->vpp_event_queues[my_thread_index];
473   if (PREDICT_FALSE (q == 0))
474     return 0;
475
476   my_fifo_events = smm->free_event_vector[my_thread_index];
477
478   /* min number of events we can dequeue without blocking */
479   n_to_dequeue = q->cursize;
480   my_pending_event_vector = smm->pending_event_vector[my_thread_index];
481
482   if (n_to_dequeue == 0 && vec_len (my_pending_event_vector) == 0)
483     return 0;
484
485   SESSION_EVT_DBG (SESSION_EVT_DEQ_NODE, 0);
486
487   /*
488    * If we didn't manage to process previous events try going
489    * over them again without dequeuing new ones.
490    */
491   /* XXX: Block senders to sessions that can't keep up */
492   if (0 && vec_len (my_pending_event_vector) >= 100)
493     {
494       clib_warning ("too many fifo events unsolved");
495       goto skip_dequeue;
496     }
497
498   /* See you in the next life, don't be late */
499   if (pthread_mutex_trylock (&q->mutex))
500     return 0;
501
502   for (i = 0; i < n_to_dequeue; i++)
503     {
504       vec_add2 (my_fifo_events, e, 1);
505       unix_shared_memory_queue_sub_raw (q, (u8 *) e);
506     }
507
508   /* The other side of the connection is not polling */
509   if (q->cursize < (q->maxsize / 8))
510     (void) pthread_cond_broadcast (&q->condvar);
511   pthread_mutex_unlock (&q->mutex);
512
513   vec_append (my_fifo_events, my_pending_event_vector);
514
515   _vec_len (my_pending_event_vector) = 0;
516   smm->pending_event_vector[my_thread_index] = my_pending_event_vector;
517
518 skip_dequeue:
519   n_events = vec_len (my_fifo_events);
520   for (i = 0; i < n_events; i++)
521     {
522       stream_session_t *s0;     /* $$$ prefetch 1 ahead maybe */
523       session_fifo_event_t *e0;
524
525       e0 = &my_fifo_events[i];
526
527       switch (e0->event_type)
528         {
529         case FIFO_EVENT_APP_TX:
530           s0 = session_event_get_session (e0, my_thread_index);
531
532           if (CLIB_DEBUG && !s0)
533             {
534               clib_warning ("It's dead, Jim!");
535               continue;
536             }
537
538           if (PREDICT_FALSE (s0->session_state == SESSION_STATE_CLOSED))
539             continue;
540           /* Spray packets in per session type frames, since they go to
541            * different nodes */
542           rv = (smm->session_tx_fns[s0->session_type]) (vm, node, smm, e0, s0,
543                                                         my_thread_index,
544                                                         &n_tx_packets);
545           /* Out of buffers */
546           if (PREDICT_FALSE (rv < 0))
547             {
548               vlib_node_increment_counter (vm, node->node_index,
549                                            SESSION_QUEUE_ERROR_NO_BUFFER, 1);
550               continue;
551             }
552           break;
553         case FIFO_EVENT_DISCONNECT:
554           s0 = stream_session_get_from_handle (e0->session_handle);
555           stream_session_disconnect (s0);
556           break;
557         case FIFO_EVENT_BUILTIN_RX:
558           s0 = session_event_get_session (e0, my_thread_index);
559           svm_fifo_unset_event (s0->server_rx_fifo);
560           app = application_get (s0->app_index);
561           app->cb_fns.builtin_server_rx_callback (s0);
562           break;
563         case FIFO_EVENT_RPC:
564           fp = e0->rpc_args.fp;
565           (*fp) (e0->rpc_args.arg);
566           break;
567
568         default:
569           clib_warning ("unhandled event type %d", e0->event_type);
570         }
571     }
572
573   _vec_len (my_fifo_events) = 0;
574   smm->free_event_vector[my_thread_index] = my_fifo_events;
575
576   vlib_node_increment_counter (vm, session_queue_node.index,
577                                SESSION_QUEUE_ERROR_TX, n_tx_packets);
578
579   SESSION_EVT_DBG (SESSION_EVT_DEQ_NODE, 1);
580
581   return n_tx_packets;
582 }
583
584 /* *INDENT-OFF* */
585 VLIB_REGISTER_NODE (session_queue_node) =
586 {
587   .function = session_queue_node_fn,
588   .name = "session-queue",
589   .format_trace = format_session_queue_trace,
590   .type = VLIB_NODE_TYPE_INPUT,
591   .n_errors = ARRAY_LEN (session_queue_error_strings),
592   .error_strings = session_queue_error_strings,
593   .n_next_nodes = SESSION_QUEUE_N_NEXT,
594   .state = VLIB_NODE_STATE_DISABLED,
595   .next_nodes =
596   {
597       [SESSION_QUEUE_NEXT_DROP] = "error-drop",
598       [SESSION_QUEUE_NEXT_IP4_LOOKUP] = "ip4-lookup",
599       [SESSION_QUEUE_NEXT_IP6_LOOKUP] = "ip6-lookup",
600       [SESSION_QUEUE_NEXT_TCP_IP4_OUTPUT] = "tcp4-output",
601       [SESSION_QUEUE_NEXT_TCP_IP6_OUTPUT] = "tcp6-output",
602   },
603 };
604 /* *INDENT-ON* */
605
606 /*
607  * fd.io coding-style-patch-verification: ON
608  *
609  * Local Variables:
610  * eval: (c-set-style "gnu")
611  * End:
612  */