src/vppinfra/bihash_template.h

   1 /*
   2   Copyright (c) 2014 Cisco and/or its affiliates.
   3
   4   * Licensed under the Apache License, Version 2.0 (the "License");
   5  * you may not use this file except in compliance with the License.
   6  * You may obtain a copy of the License at:
   7  *
   8  *     http://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0
   9  *
  10  * Unless required by applicable law or agreed to in writing, software
  11  * distributed under the License is distributed on an "AS IS" BASIS,
  12  * WITHOUT WARRANTIES OR CONDITIONS OF ANY KIND, either express or implied.
  13  * See the License for the specific language governing permissions and
  14  * limitations under the License.
  15 */
  16
  17 /** @cond DOCUMENTATION_IS_IN_BIHASH_DOC_H */
  18
  19 /*
  20  * Note: to instantiate the template multiple times in a single file,
  21  * #undef __included_bihash_template_h__...
  22  */
  23 #ifndef __included_bihash_template_h__
  24 #define __included_bihash_template_h__
  25
  26 #include <vppinfra/heap.h>
  27 #include <vppinfra/format.h>
  28 #include <vppinfra/pool.h>
  29 #include <vppinfra/cache.h>
  30 #include <vppinfra/lock.h>
  31
  32 #ifndef BIHASH_TYPE
  33 #error BIHASH_TYPE not defined
  34 #endif
  35
  36 #ifdef BIHASH_32_64_SVM
  37 #undef HAVE_MEMFD_CREATE
  38 #include <vppinfra/linux/syscall.h>
  39 #include <fcntl.h>
  40 #define F_LINUX_SPECIFIC_BASE 1024
  41 #define F_ADD_SEALS (F_LINUX_SPECIFIC_BASE + 9)
  42 #define F_SEAL_SHRINK (2)
  43 /* Max page size 2**16 due to refcount width  */
  44 #define BIHASH_FREELIST_LENGTH 17
  45 #endif
  46
  47 #define _bv(a,b) a##b
  48 #define __bv(a,b) _bv(a,b)
  49 #define BV(a) __bv(a,BIHASH_TYPE)
  50
  51 #define _bvt(a,b) a##b##_t
  52 #define __bvt(a,b) _bvt(a,b)
  53 #define BVT(a) __bvt(a,BIHASH_TYPE)
  54
  55 #if _LP64 == 0
  56 #define OVERFLOW_ASSERT(x) ASSERT(((x) & 0xFFFFFFFF00000000ULL) == 0)
  57 #define u64_to_pointer(x) (void *)(u32)((x))
  58 #define pointer_to_u64(x) (u64)(u32)((x))
  59 #else
  60 #define OVERFLOW_ASSERT(x)
  61 #define u64_to_pointer(x) (void *)((x))
  62 #define pointer_to_u64(x) (u64)((x))
  63 #endif
  64
  65 typedef struct BV (clib_bihash_value)
  66 {
  67   union
  68   {
  69     BVT (clib_bihash_kv) kvp[BIHASH_KVP_PER_PAGE];
  70     u64 next_free_as_u64;
  71   };
  72 } BVT (clib_bihash_value);
  73
  74 #define BIHASH_BUCKET_OFFSET_BITS 36
  75
  76 typedef struct
  77 {
  78   union
  79   {
  80     struct
  81     {
  82       u64 offset:BIHASH_BUCKET_OFFSET_BITS;
  83       u64 lock:1;
  84       u64 linear_search:1;
  85       u64 log2_pages:8;
  86       u64 refcnt:16;
  87     };
  88     u64 as_u64;
  89   };
  90 } BVT (clib_bihash_bucket);
  91
  92 STATIC_ASSERT_SIZEOF (BVT (clib_bihash_bucket), sizeof (u64));
  93
  94 /* *INDENT-OFF* */
  95 typedef CLIB_PACKED (struct {
  96   /*
  97    * Backing store allocation. Since bihash manages its own
  98    * freelists, we simple dole out memory at alloc_arena_next.
  99    */
 100   u64 alloc_arena_next; /* Next VA to allocate, definitely NOT a constant */
 101   u64 alloc_arena_size; /* Size of the arena */
 102   u64 alloc_arena;      /* Base VA of the arena */
 103   /* Two SVM pointers stored as 8-byte integers */
 104   u64 alloc_lock_as_u64;
 105   u64 buckets_as_u64;
 106   /* freelist list-head arrays/vectors */
 107   u64 freelists_as_u64;
 108   u32 nbuckets; /* Number of buckets */
 109   /* Set when header valid */
 110   volatile u32 ready;
 111   u64 pad;
 112 }) BVT (clib_bihash_shared_header);
 113 /* *INDENT-ON* */
 114
 115 STATIC_ASSERT_SIZEOF (BVT (clib_bihash_shared_header), 8 * sizeof (u64));
 116
 117 typedef struct
 118 {
 119   BVT (clib_bihash_bucket) * buckets;
 120   volatile u32 *alloc_lock;
 121
 122     BVT (clib_bihash_value) ** working_copies;
 123   int *working_copy_lengths;
 124     BVT (clib_bihash_bucket) saved_bucket;
 125
 126   u32 nbuckets;
 127   u32 log2_nbuckets;
 128   u8 *name;
 129
 130   u64 *freelists;
 131
 132 #if BIHASH_32_64_SVM
 133     BVT (clib_bihash_shared_header) * sh;
 134   int memfd;
 135 #else
 136     BVT (clib_bihash_shared_header) sh;
 137 #endif
 138
 139   /**
 140     * A custom format function to print the Key and Value of bihash_key instead of default hexdump
 141     */
 142   format_function_t *fmt_fn;
 143
 144 } BVT (clib_bihash);
 145
 146 #if BIHASH_32_64_SVM
 147 #undef alloc_arena_next
 148 #undef alloc_arena_size
 149 #undef alloc_arena
 150 #undef CLIB_BIHASH_READY_MAGIC
 151 #define alloc_arena_next(h) (((h)->sh)->alloc_arena_next)
 152 #define alloc_arena_size(h) (((h)->sh)->alloc_arena_size)
 153 #define alloc_arena(h) (((h)->sh)->alloc_arena)
 154 #define CLIB_BIHASH_READY_MAGIC 0xFEEDFACE
 155 #else
 156 #undef alloc_arena_next
 157 #undef alloc_arena_size
 158 #undef alloc_arena
 159 #undef CLIB_BIHASH_READY_MAGIC
 160 #define alloc_arena_next(h) ((h)->sh.alloc_arena_next)
 161 #define alloc_arena_size(h) ((h)->sh.alloc_arena_size)
 162 #define alloc_arena(h) ((h)->sh.alloc_arena)
 163 #define CLIB_BIHASH_READY_MAGIC 0
 164 #endif
 165
 166 static inline void BV (clib_bihash_alloc_lock) (BVT (clib_bihash) * h)
 167 {
 168   while (__atomic_test_and_set (h->alloc_lock, __ATOMIC_ACQUIRE))
 169     CLIB_PAUSE ();
 170 }
 171
 172 static inline void BV (clib_bihash_alloc_unlock) (BVT (clib_bihash) * h)
 173 {
 174   __atomic_clear (h->alloc_lock, __ATOMIC_RELEASE);
 175 }
 176
 177 static inline void BV (clib_bihash_lock_bucket) (BVT (clib_bihash_bucket) * b)
 178 {
 179   BVT (clib_bihash_bucket) unlocked_bucket, locked_bucket;
 180
 181   do
 182     {
 183       locked_bucket.as_u64 = unlocked_bucket.as_u64 = b->as_u64;
 184       unlocked_bucket.lock = 0;
 185       locked_bucket.lock = 1;
 186       CLIB_PAUSE ();
 187     }
 188   while (__atomic_compare_exchange_n (&b->as_u64, &unlocked_bucket.as_u64,
 189                                       locked_bucket.as_u64, 1 /* weak */ ,
 190                                       __ATOMIC_ACQUIRE,
 191                                       __ATOMIC_ACQUIRE) == 0);
 192 }
 193
 194 static inline void BV (clib_bihash_unlock_bucket)
 195   (BVT (clib_bihash_bucket) * b)
 196 {
 197   CLIB_MEMORY_BARRIER ();
 198   b->lock = 0;
 199 }
 200
 201 static inline void *BV (clib_bihash_get_value) (BVT (clib_bihash) * h,
 202                                                 uword offset)
 203 {
 204   u8 *hp = (u8 *) (uword) alloc_arena (h);
 205   u8 *vp = hp + offset;
 206
 207   return (void *) vp;
 208 }
 209
 210 static inline int BV (clib_bihash_bucket_is_empty)
 211   (BVT (clib_bihash_bucket) * b)
 212 {
 213   /* Note: applied to locked buckets, test offset */
 214   return b->offset == 0;
 215 }
 216
 217 static inline uword BV (clib_bihash_get_offset) (BVT (clib_bihash) * h,
 218                                                  void *v)
 219 {
 220   u8 *hp, *vp;
 221
 222   hp = (u8 *) (uword) alloc_arena (h);
 223   vp = (u8 *) v;
 224
 225   return vp - hp;
 226 }
 227
 228 void BV (clib_bihash_init)
 229   (BVT (clib_bihash) * h, char *name, u32 nbuckets, uword memory_size);
 230
 231 #if BIHASH_32_64_SVM
 232 void BV (clib_bihash_master_init_svm)
 233   (BVT (clib_bihash) * h, char *name, u32 nbuckets,
 234    u64 base_address, u64 memory_size);
 235 void BV (clib_bihash_slave_init_svm)
 236   (BVT (clib_bihash) * h, char *name, int fd);
 237 #endif
 238
 239 void BV (clib_bihash_set_kvp_format_fn) (BVT (clib_bihash) * h,
 240                                          format_function_t * fmt_fn);
 241
 242 void BV (clib_bihash_free) (BVT (clib_bihash) * h);
 243
 244 int BV (clib_bihash_add_del) (BVT (clib_bihash) * h,
 245                               BVT (clib_bihash_kv) * add_v, int is_add);
 246 int BV (clib_bihash_add_or_overwrite_stale) (BVT (clib_bihash) * h,
 247                                              BVT (clib_bihash_kv) * add_v,
 248                                              int (*is_stale_cb) (BVT
 249                                                                  (clib_bihash_kv)
 250                                                                  *, void *),
 251                                              void *arg);
 252 int BV (clib_bihash_search) (BVT (clib_bihash) * h,
 253                              BVT (clib_bihash_kv) * search_v,
 254                              BVT (clib_bihash_kv) * return_v);
 255
 256 void BV (clib_bihash_foreach_key_value_pair) (BVT (clib_bihash) * h,
 257                                               void *callback, void *arg);
 258
 259 format_function_t BV (format_bihash);
 260 format_function_t BV (format_bihash_kvp);
 261 format_function_t BV (format_bihash_lru);
 262
 263 static inline int BV (clib_bihash_search_inline_with_hash)
 264   (BVT (clib_bihash) * h, u64 hash, BVT (clib_bihash_kv) * key_result)
 265 {
 266   u32 bucket_index;
 267   BVT (clib_bihash_value) * v;
 268   BVT (clib_bihash_bucket) * b;
 269   int i, limit;
 270
 271   bucket_index = hash & (h->nbuckets - 1);
 272   b = &h->buckets[bucket_index];
 273
 274   if (PREDICT_FALSE (BV (clib_bihash_bucket_is_empty) (b)))
 275     return -1;
 276
 277   if (PREDICT_FALSE (b->lock))
 278     {
 279       volatile BVT (clib_bihash_bucket) * bv = b;
 280       while (bv->lock)
 281         CLIB_PAUSE ();
 282     }
 283
 284   hash >>= h->log2_nbuckets;
 285
 286   v = BV (clib_bihash_get_value) (h, b->offset);
 287
 288   /* If the bucket has unresolvable collisions, use linear search */
 289   limit = BIHASH_KVP_PER_PAGE;
 290   v += (b->linear_search == 0) ? hash & ((1 << b->log2_pages) - 1) : 0;
 291   if (PREDICT_FALSE (b->linear_search))
 292     limit <<= b->log2_pages;
 293
 294   for (i = 0; i < limit; i++)
 295     {
 296       if (BV (clib_bihash_key_compare) (v->kvp[i].key, key_result->key))
 297         {
 298           *key_result = v->kvp[i];
 299           return 0;
 300         }
 301     }
 302   return -1;
 303 }
 304
 305 static inline int BV (clib_bihash_search_inline)
 306   (BVT (clib_bihash) * h, BVT (clib_bihash_kv) * key_result)
 307 {
 308   u64 hash;
 309
 310   hash = BV (clib_bihash_hash) (key_result);
 311
 312   return BV (clib_bihash_search_inline_with_hash) (h, hash, key_result);
 313 }
 314
 315 static inline void BV (clib_bihash_prefetch_bucket)
 316   (BVT (clib_bihash) * h, u64 hash)
 317 {
 318   u32 bucket_index;
 319   BVT (clib_bihash_bucket) * b;
 320
 321   bucket_index = hash & (h->nbuckets - 1);
 322   b = &h->buckets[bucket_index];
 323
 324   CLIB_PREFETCH (b, CLIB_CACHE_LINE_BYTES, READ);
 325 }
 326
 327 static inline void BV (clib_bihash_prefetch_data)
 328   (BVT (clib_bihash) * h, u64 hash)
 329 {
 330   u32 bucket_index;
 331   BVT (clib_bihash_value) * v;
 332   BVT (clib_bihash_bucket) * b;
 333
 334   bucket_index = hash & (h->nbuckets - 1);
 335   b = &h->buckets[bucket_index];
 336
 337   if (PREDICT_FALSE (BV (clib_bihash_bucket_is_empty) (b)))
 338     return;
 339
 340   hash >>= h->log2_nbuckets;
 341   v = BV (clib_bihash_get_value) (h, b->offset);
 342
 343   v += (b->linear_search == 0) ? hash & ((1 << b->log2_pages) - 1) : 0;
 344
 345   CLIB_PREFETCH (v, CLIB_CACHE_LINE_BYTES, READ);
 346 }
 347
 348 static inline int BV (clib_bihash_search_inline_2_with_hash)
 349   (BVT (clib_bihash) * h,
 350    u64 hash, BVT (clib_bihash_kv) * search_key, BVT (clib_bihash_kv) * valuep)
 351 {
 352   u32 bucket_index;
 353   BVT (clib_bihash_value) * v;
 354   BVT (clib_bihash_bucket) * b;
 355   int i, limit;
 356
 357   ASSERT (valuep);
 358
 359   bucket_index = hash & (h->nbuckets - 1);
 360   b = &h->buckets[bucket_index];
 361
 362   if (PREDICT_FALSE (BV (clib_bihash_bucket_is_empty) (b)))
 363     return -1;
 364
 365   if (PREDICT_FALSE (b->lock))
 366     {
 367       volatile BVT (clib_bihash_bucket) * bv = b;
 368       while (bv->lock)
 369         CLIB_PAUSE ();
 370     }
 371
 372   hash >>= h->log2_nbuckets;
 373   v = BV (clib_bihash_get_value) (h, b->offset);
 374
 375   /* If the bucket has unresolvable collisions, use linear search */
 376   limit = BIHASH_KVP_PER_PAGE;
 377   v += (b->linear_search == 0) ? hash & ((1 << b->log2_pages) - 1) : 0;
 378   if (PREDICT_FALSE (b->linear_search))
 379     limit <<= b->log2_pages;
 380
 381   for (i = 0; i < limit; i++)
 382     {
 383       if (BV (clib_bihash_key_compare) (v->kvp[i].key, search_key->key))
 384         {
 385           *valuep = v->kvp[i];
 386           return 0;
 387         }
 388     }
 389   return -1;
 390 }
 391
 392 static inline int BV (clib_bihash_search_inline_2)
 393   (BVT (clib_bihash) * h,
 394    BVT (clib_bihash_kv) * search_key, BVT (clib_bihash_kv) * valuep)
 395 {
 396   u64 hash;
 397
 398   hash = BV (clib_bihash_hash) (search_key);
 399
 400   return BV (clib_bihash_search_inline_2_with_hash) (h, hash, search_key,
 401                                                      valuep);
 402 }
 403
 404
 405 #endif /* __included_bihash_template_h__ */
 406
 407 /** @endcond */
 408
 409 /*
 410  * fd.io coding-style-patch-verification: ON
 411  *
 412  * Local Variables:
 413  * eval: (c-set-style "gnu")
 414  * End:
 415  */