Overall tcp performance improvements (VPP-846)
[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           b0 = vlib_get_buffer (vm, bi0);
252           b0->error = 0;
253           b0->flags = VLIB_BUFFER_TOTAL_LENGTH_VALID
254             | VNET_BUFFER_LOCALLY_ORIGINATED;
255           b0->current_data = 0;
256           b0->total_length_not_including_first_buffer = 0;
257
258           /* RX on the local interface. tx in default fib */
259           vnet_buffer (b0)->sw_if_index[VLIB_RX] = 0;
260           vnet_buffer (b0)->sw_if_index[VLIB_TX] = (u32) ~ 0;
261
262           len_to_deq0 = clib_min (left_to_snd0, deq_per_buf);
263
264           data0 = vlib_buffer_make_headroom (b0, MAX_HDRS_LEN);
265           if (peek_data)
266             {
267               n_bytes_read = svm_fifo_peek (s0->server_tx_fifo, rx_offset,
268                                             len_to_deq0, data0);
269               /* Keep track of progress locally, transport is also supposed to
270                * increment it independently when pushing the header */
271               rx_offset += n_bytes_read;
272             }
273           else
274             {
275               n_bytes_read = svm_fifo_dequeue_nowait (s0->server_tx_fifo,
276                                                       len_to_deq0, data0);
277             }
278
279           if (n_bytes_read <= 0)
280             goto dequeue_fail;
281
282           b0->current_length = n_bytes_read;
283
284           left_to_snd0 -= n_bytes_read;
285           *n_tx_packets = *n_tx_packets + 1;
286
287           /*
288            * Fill in the remaining buffers in the chain, if any
289            */
290           if (PREDICT_FALSE (n_bufs_per_seg > 1))
291             session_tx_fifo_chain_tail (smm, vm, thread_index,
292                                         s0->server_tx_fifo, b0, bi0,
293                                         n_bufs_per_seg, &left_to_snd0,
294                                         &n_bufs, &rx_offset, deq_per_buf,
295                                         peek_data);
296
297           /* Ask transport to push header after current_length and
298            * total_length_not_including_first_buffer are updated */
299           transport_vft->push_header (tc0, b0);
300
301           /* *INDENT-OFF* */
302           SESSION_EVT_DBG(SESSION_EVT_DEQ, s0, ({
303               ed->data[0] = e0->event_id;
304               ed->data[1] = max_dequeue0;
305               ed->data[2] = len_to_deq0;
306               ed->data[3] = left_to_snd0;
307           }));
308           /* *INDENT-ON* */
309
310           /* usual speculation, or the enqueue_x1 macro will barf */
311           to_next[0] = bi0;
312           to_next += 1;
313           n_left_to_next -= 1;
314
315           VLIB_BUFFER_TRACE_TRAJECTORY_INIT (b0);
316           if (PREDICT_FALSE (n_trace > 0))
317             {
318               session_queue_trace_t *t0;
319               vlib_trace_buffer (vm, node, next_index, b0,
320                                  1 /* follow_chain */ );
321               vlib_set_trace_count (vm, node, --n_trace);
322               t0 = vlib_add_trace (vm, node, b0, sizeof (*t0));
323               t0->session_index = s0->session_index;
324               t0->server_thread_index = s0->thread_index;
325             }
326
327           vlib_validate_buffer_enqueue_x1 (vm, node, next_index,
328                                            to_next, n_left_to_next,
329                                            bi0, next0);
330         }
331       vlib_put_next_frame (vm, node, next_index, n_left_to_next);
332     }
333
334   /* If we couldn't dequeue all bytes mark as partially read */
335   if (max_len_to_snd0 < max_dequeue0)
336     {
337       /* If we don't already have new event */
338       if (svm_fifo_set_event (s0->server_tx_fifo))
339         {
340           vec_add1 (smm->pending_event_vector[thread_index], *e0);
341         }
342     }
343   return 0;
344
345 dequeue_fail:
346   /*
347    * Can't read from fifo. If we don't already have an event, save as partially
348    * read, return buff to free list and return
349    */
350   clib_warning ("dequeue fail");
351
352   if (svm_fifo_set_event (s0->server_tx_fifo))
353     {
354       vec_add1 (smm->pending_event_vector[thread_index], *e0);
355     }
356   vlib_put_next_frame (vm, node, next_index, n_left_to_next + 1);
357   _vec_len (smm->tx_buffers[thread_index]) += 1;
358
359   return 0;
360 }
361
362 int
363 session_tx_fifo_peek_and_snd (vlib_main_t * vm, vlib_node_runtime_t * node,
364                               session_manager_main_t * smm,
365                               session_fifo_event_t * e0,
366                               stream_session_t * s0, u32 thread_index,
367                               int *n_tx_pkts)
368 {
369   return session_tx_fifo_read_and_snd_i (vm, node, smm, e0, s0, thread_index,
370                                          n_tx_pkts, 1);
371 }
372
373 int
374 session_tx_fifo_dequeue_and_snd (vlib_main_t * vm, vlib_node_runtime_t * node,
375                                  session_manager_main_t * smm,
376                                  session_fifo_event_t * e0,
377                                  stream_session_t * s0, u32 thread_index,
378                                  int *n_tx_pkts)
379 {
380   return session_tx_fifo_read_and_snd_i (vm, node, smm, e0, s0, thread_index,
381                                          n_tx_pkts, 0);
382 }
383
384 stream_session_t *
385 session_event_get_session (session_fifo_event_t * e0, u8 thread_index)
386 {
387   svm_fifo_t *f0;
388   stream_session_t *s0;
389   u32 session_index0;
390
391   f0 = e0->fifo;
392   session_index0 = f0->master_session_index;
393
394   /* $$$ add multiple event queues, per vpp worker thread */
395   ASSERT (f0->master_thread_index == thread_index);
396
397   s0 = stream_session_get_if_valid (session_index0, thread_index);
398
399   ASSERT (s0 == 0 || s0->thread_index == thread_index);
400
401   return s0;
402 }
403
404 void
405 dump_thread_0_event_queue (void)
406 {
407   session_manager_main_t *smm = vnet_get_session_manager_main ();
408   vlib_main_t *vm = &vlib_global_main;
409   u32 my_thread_index = vm->thread_index;
410   session_fifo_event_t _e, *e = &_e;
411   stream_session_t *s0;
412   int i, index;
413   i8 *headp;
414
415   unix_shared_memory_queue_t *q;
416   q = smm->vpp_event_queues[my_thread_index];
417
418   index = q->head;
419
420   for (i = 0; i < q->cursize; i++)
421     {
422       headp = (i8 *) (&q->data[0] + q->elsize * index);
423       clib_memcpy (e, headp, q->elsize);
424
425       switch (e->event_type)
426         {
427         case FIFO_EVENT_APP_TX:
428           s0 = session_event_get_session (e, my_thread_index);
429           fformat (stdout, "[%04d] TX session %d\n", i, s0->session_index);
430           break;
431
432         case FIFO_EVENT_DISCONNECT:
433           s0 = stream_session_get_from_handle (e->session_handle);
434           fformat (stdout, "[%04d] disconnect session %d\n", i,
435                    s0->session_index);
436           break;
437
438         case FIFO_EVENT_BUILTIN_RX:
439           s0 = session_event_get_session (e, my_thread_index);
440           fformat (stdout, "[%04d] builtin_rx %d\n", i, s0->session_index);
441           break;
442
443         case FIFO_EVENT_RPC:
444           fformat (stdout, "[%04d] RPC call %llx with %llx\n",
445                    i, (u64) (e->rpc_args.fp), (u64) (e->rpc_args.arg));
446           break;
447
448         default:
449           fformat (stdout, "[%04d] unhandled event type %d\n",
450                    i, e->event_type);
451           break;
452         }
453
454       index++;
455
456       if (index == q->maxsize)
457         index = 0;
458     }
459 }
460
461 static uword
462 session_queue_node_fn (vlib_main_t * vm, vlib_node_runtime_t * node,
463                        vlib_frame_t * frame)
464 {
465   session_manager_main_t *smm = vnet_get_session_manager_main ();
466   session_fifo_event_t *my_pending_event_vector, *e;
467   session_fifo_event_t *my_fifo_events;
468   u32 n_to_dequeue, n_events;
469   unix_shared_memory_queue_t *q;
470   application_t *app;
471   int n_tx_packets = 0;
472   u32 my_thread_index = vm->thread_index;
473   int i, rv;
474   f64 now = vlib_time_now (vm);
475   void (*fp) (void *);
476
477   SESSION_EVT_DBG (SESSION_EVT_POLL_GAP_TRACK, smm, my_thread_index);
478
479   /*
480    *  Update TCP time
481    */
482   tcp_update_time (now, my_thread_index);
483
484   /*
485    * Get vpp queue events
486    */
487   q = smm->vpp_event_queues[my_thread_index];
488   if (PREDICT_FALSE (q == 0))
489     return 0;
490
491   my_fifo_events = smm->free_event_vector[my_thread_index];
492
493   /* min number of events we can dequeue without blocking */
494   n_to_dequeue = q->cursize;
495   my_pending_event_vector = smm->pending_event_vector[my_thread_index];
496
497   if (n_to_dequeue == 0 && vec_len (my_pending_event_vector) == 0)
498     return 0;
499
500   SESSION_EVT_DBG (SESSION_EVT_DEQ_NODE, 0);
501
502   /*
503    * If we didn't manage to process previous events try going
504    * over them again without dequeuing new ones.
505    */
506   /* XXX: Block senders to sessions that can't keep up */
507   if (0 && vec_len (my_pending_event_vector) >= 100)
508     {
509       clib_warning ("too many fifo events unsolved");
510       goto skip_dequeue;
511     }
512
513   /* See you in the next life, don't be late */
514   if (pthread_mutex_trylock (&q->mutex))
515     return 0;
516
517   for (i = 0; i < n_to_dequeue; i++)
518     {
519       vec_add2 (my_fifo_events, e, 1);
520       unix_shared_memory_queue_sub_raw (q, (u8 *) e);
521     }
522
523   /* The other side of the connection is not polling */
524   if (q->cursize < (q->maxsize / 8))
525     (void) pthread_cond_broadcast (&q->condvar);
526   pthread_mutex_unlock (&q->mutex);
527
528   vec_append (my_fifo_events, my_pending_event_vector);
529
530   _vec_len (my_pending_event_vector) = 0;
531   smm->pending_event_vector[my_thread_index] = my_pending_event_vector;
532
533 skip_dequeue:
534   n_events = vec_len (my_fifo_events);
535   for (i = 0; i < n_events; i++)
536     {
537       stream_session_t *s0;     /* $$$ prefetch 1 ahead maybe */
538       session_fifo_event_t *e0;
539
540       e0 = &my_fifo_events[i];
541
542       switch (e0->event_type)
543         {
544         case FIFO_EVENT_APP_TX:
545           s0 = session_event_get_session (e0, my_thread_index);
546
547           if (CLIB_DEBUG && !s0)
548             {
549               clib_warning ("It's dead, Jim!");
550               continue;
551             }
552
553           if (PREDICT_FALSE (s0->session_state == SESSION_STATE_CLOSED))
554             continue;
555           /* Spray packets in per session type frames, since they go to
556            * different nodes */
557           rv = (smm->session_tx_fns[s0->session_type]) (vm, node, smm, e0, s0,
558                                                         my_thread_index,
559                                                         &n_tx_packets);
560           /* Out of buffers */
561           if (PREDICT_FALSE (rv < 0))
562             {
563               vlib_node_increment_counter (vm, node->node_index,
564                                            SESSION_QUEUE_ERROR_NO_BUFFER, 1);
565               continue;
566             }
567           break;
568         case FIFO_EVENT_DISCONNECT:
569           s0 = stream_session_get_from_handle (e0->session_handle);
570           stream_session_disconnect (s0);
571           break;
572         case FIFO_EVENT_BUILTIN_RX:
573           s0 = session_event_get_session (e0, my_thread_index);
574           svm_fifo_unset_event (s0->server_rx_fifo);
575           /* Get session's server */
576           app = application_get (s0->app_index);
577           app->cb_fns.builtin_server_rx_callback (s0);
578           break;
579         case FIFO_EVENT_RPC:
580           fp = e0->rpc_args.fp;
581           (*fp) (e0->rpc_args.arg);
582           break;
583
584         default:
585           clib_warning ("unhandled event type %d", e0->event_type);
586         }
587     }
588
589   _vec_len (my_fifo_events) = 0;
590   smm->free_event_vector[my_thread_index] = my_fifo_events;
591
592   vlib_node_increment_counter (vm, session_queue_node.index,
593                                SESSION_QUEUE_ERROR_TX, n_tx_packets);
594
595   SESSION_EVT_DBG (SESSION_EVT_DEQ_NODE, 1);
596
597   return n_tx_packets;
598 }
599
600 /* *INDENT-OFF* */
601 VLIB_REGISTER_NODE (session_queue_node) =
602 {
603   .function = session_queue_node_fn,
604   .name = "session-queue",
605   .format_trace = format_session_queue_trace,
606   .type = VLIB_NODE_TYPE_INPUT,
607   .n_errors = ARRAY_LEN (session_queue_error_strings),
608   .error_strings = session_queue_error_strings,
609   .n_next_nodes = SESSION_QUEUE_N_NEXT,
610   .state = VLIB_NODE_STATE_DISABLED,
611   .next_nodes =
612   {
613       [SESSION_QUEUE_NEXT_DROP] = "error-drop",
614       [SESSION_QUEUE_NEXT_IP4_LOOKUP] = "ip4-lookup",
615       [SESSION_QUEUE_NEXT_IP6_LOOKUP] = "ip6-lookup",
616       [SESSION_QUEUE_NEXT_TCP_IP4_OUTPUT] = "tcp4-output",
617       [SESSION_QUEUE_NEXT_TCP_IP6_OUTPUT] = "tcp6-output",
618   },
619 };
620 /* *INDENT-ON* */
621
622 /*
623  * fd.io coding-style-patch-verification: ON
624  *
625  * Local Variables:
626  * eval: (c-set-style "gnu")
627  * End:
628  */