7ff18f4f7478096d2a3ecb5f00d180791f8d97b3
[dpdk.git] / doc / guides / contributing / abi_versioning.rst
1 ..  SPDX-License-Identifier: BSD-3-Clause
2     Copyright 2018 The DPDK contributors
3
4 .. _abi_versioning:
5
6 ABI Versioning
7 ==============
8
9 This document details the mechanics of ABI version management in DPDK.
10
11 .. _what_is_soname:
12
13 What is a library's soname?
14 ---------------------------
15
16 System libraries usually adopt the familiar major and minor version naming
17 convention, where major versions (e.g. ``librte_eal 21.x, 22.x``) are presumed
18 to be ABI incompatible with each other and minor versions (e.g. ``librte_eal
19 21.1, 21.2``) are presumed to be ABI compatible. A library's `soname
20 <https://en.wikipedia.org/wiki/Soname>`_. is typically used to provide backward
21 compatibility information about a given library, describing the lowest common
22 denominator ABI supported by the library. The soname or logical name for the
23 library, is typically comprised of the library's name and major version e.g.
24 ``librte_eal.so.21``.
25
26 During an application's build process, a library's soname is noted as a runtime
27 dependency of the application. This information is then used by the `dynamic
28 linker <https://en.wikipedia.org/wiki/Dynamic_linker>`_ when resolving the
29 applications dependencies at runtime, to load a library supporting the correct
30 ABI version. The library loaded at runtime therefore, may be a minor revision
31 supporting the same major ABI version (e.g. ``librte_eal.21.2``), as the library
32 used to link the application (e.g ``librte_eal.21.0``).
33
34 .. _major_abi_versions:
35
36 Major ABI versions
37 ------------------
38
39 An ABI version change to a given library, especially in core libraries such as
40 ``librte_mbuf``, may cause an implicit ripple effect on the ABI of it's
41 consuming libraries, causing ABI breakages. There may however be no explicit
42 reason to bump a dependent library's ABI version, as there may have been no
43 obvious change to the dependent library's API, even though the library's ABI
44 compatibility will have been broken.
45
46 This interdependence of DPDK libraries, means that ABI versioning of libraries
47 is more manageable at a project level, with all project libraries sharing a
48 **single ABI version**. In addition, the need to maintain a stable ABI for some
49 number of releases as described in the section :doc:`abi_policy`, means
50 that ABI version increments need to carefully planned and managed at a project
51 level.
52
53 Major ABI versions are therefore declared typically aligned with an LTS release
54 and is then supported some number of subsequent releases, shared across all
55 libraries. This means that a single project level ABI version, reflected in all
56 individual library's soname, library filenames and associated version maps
57 persists over multiple releases.
58
59 .. code-block:: none
60
61  $ head ./lib/acl/version.map
62  DPDK_21 {
63         global:
64  ...
65
66  $ head ./lib/eal/version.map
67  DPDK_21 {
68         global:
69  ...
70
71 When an ABI change is made between major ABI versions to a given library, a new
72 section is added to that library's version map describing the impending new ABI
73 version, as described in the section :ref:`example_abi_macro_usage`. The
74 library's soname and filename however do not change, e.g. ``libacl.so.21``, as
75 ABI compatibility with the last major ABI version continues to be preserved for
76 that library.
77
78 .. code-block:: none
79
80  $ head ./lib/acl/version.map
81  DPDK_21 {
82         global:
83  ...
84
85  DPDK_22 {
86         global:
87
88  } DPDK_21;
89  ...
90
91  $ head ./lib/eal/version.map
92  DPDK_21 {
93         global:
94  ...
95
96 However when a new ABI version is declared, for example DPDK ``22``, old
97 depreciated functions may be safely removed at this point and the entire old
98 major ABI version removed, see the section :ref:`deprecating_entire_abi` on
99 how this may be done.
100
101 .. code-block:: none
102
103  $ head ./lib/acl/version.map
104  DPDK_22 {
105         global:
106  ...
107
108  $ head ./lib/eal/version.map
109  DPDK_22 {
110         global:
111  ...
112
113 At the same time, the major ABI version is changed atomically across all
114 libraries by incrementing the major version in the ABI_VERSION file. This is
115 done globally for all libraries.
116
117 Minor ABI versions
118 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~
119
120 Each non-LTS release will also increment minor ABI version, to permit multiple
121 DPDK versions being installed alongside each other. Both stable and
122 experimental ABI's are versioned using the global version file that is updated
123 at the start of each release cycle, and are managed at the project level.
124
125 Versioning Macros
126 -----------------
127
128 When a symbol is exported from a library to provide an API, it also provides a
129 calling convention (ABI) that is embodied in its name, return type and
130 arguments. Occasionally that function may need to change to accommodate new
131 functionality or behavior. When that occurs, it is may be required to allow for
132 backward compatibility for a time with older binaries that are dynamically
133 linked to the DPDK.
134
135 To support backward compatibility the ``rte_function_versioning.h``
136 header file provides macros to use when updating exported functions. These
137 macros are used in conjunction with the ``version.map`` file for
138 a given library to allow multiple versions of a symbol to exist in a shared
139 library so that older binaries need not be immediately recompiled.
140
141 The macros exported are:
142
143 * ``VERSION_SYMBOL(b, e, n)``: Creates a symbol version table entry binding
144   versioned symbol ``b@DPDK_n`` to the internal function ``be``.
145
146 * ``BIND_DEFAULT_SYMBOL(b, e, n)``: Creates a symbol version entry instructing
147   the linker to bind references to symbol ``b`` to the internal symbol
148   ``be``.
149
150 * ``MAP_STATIC_SYMBOL(f, p)``: Declare the prototype ``f``, and map it to the
151   fully qualified function ``p``, so that if a symbol becomes versioned, it
152   can still be mapped back to the public symbol name.
153
154 * ``__vsym``:  Annotation to be used in a declaration of the internal symbol
155   ``be`` to signal that it is being used as an implementation of a particular
156   version of symbol ``b``.
157
158 * ``VERSION_SYMBOL_EXPERIMENTAL(b, e)``: Creates a symbol version table entry
159   binding versioned symbol ``b@EXPERIMENTAL`` to the internal function ``be``.
160   The macro is used when a symbol matures to become part of the stable ABI, to
161   provide an alias to experimental until the next major ABI version.
162
163 .. _example_abi_macro_usage:
164
165 Examples of ABI Macro use
166 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
167
168 Updating a public API
169 _____________________
170
171 Assume we have a function as follows
172
173 .. code-block:: c
174
175  /*
176   * Create an acl context object for apps to
177   * manipulate
178   */
179  struct rte_acl_ctx *
180  rte_acl_create(const struct rte_acl_param *param)
181  {
182         ...
183  }
184
185
186 Assume that struct rte_acl_ctx is a private structure, and that a developer
187 wishes to enhance the acl api so that a debugging flag can be enabled on a
188 per-context basis.  This requires an addition to the structure (which, being
189 private, is safe), but it also requires modifying the code as follows
190
191 .. code-block:: c
192
193  /*
194   * Create an acl context object for apps to
195   * manipulate
196   */
197  struct rte_acl_ctx *
198  rte_acl_create(const struct rte_acl_param *param, int debug)
199  {
200         ...
201  }
202
203
204 Note also that, being a public function, the header file prototype must also be
205 changed, as must all the call sites, to reflect the new ABI footprint.  We will
206 maintain previous ABI versions that are accessible only to previously compiled
207 binaries.
208
209 The addition of a parameter to the function is ABI breaking as the function is
210 public, and existing application may use it in its current form. However, the
211 compatibility macros in DPDK allow a developer to use symbol versioning so that
212 multiple functions can be mapped to the same public symbol based on when an
213 application was linked to it. To see how this is done, we start with the
214 requisite libraries version map file. Initially the version map file for the acl
215 library looks like this
216
217 .. code-block:: none
218
219    DPDK_21 {
220         global:
221
222         rte_acl_add_rules;
223         rte_acl_build;
224         rte_acl_classify;
225         rte_acl_classify_alg;
226         rte_acl_classify_scalar;
227         rte_acl_create;
228         rte_acl_dump;
229         rte_acl_find_existing;
230         rte_acl_free;
231         rte_acl_ipv4vlan_add_rules;
232         rte_acl_ipv4vlan_build;
233         rte_acl_list_dump;
234         rte_acl_reset;
235         rte_acl_reset_rules;
236         rte_acl_set_ctx_classify;
237
238         local: *;
239    };
240
241 This file needs to be modified as follows
242
243 .. code-block:: none
244
245    DPDK_21 {
246         global:
247
248         rte_acl_add_rules;
249         rte_acl_build;
250         rte_acl_classify;
251         rte_acl_classify_alg;
252         rte_acl_classify_scalar;
253         rte_acl_create;
254         rte_acl_dump;
255         rte_acl_find_existing;
256         rte_acl_free;
257         rte_acl_ipv4vlan_add_rules;
258         rte_acl_ipv4vlan_build;
259         rte_acl_list_dump;
260         rte_acl_reset;
261         rte_acl_reset_rules;
262         rte_acl_set_ctx_classify;
263
264         local: *;
265    };
266
267    DPDK_22 {
268         global:
269         rte_acl_create;
270
271    } DPDK_21;
272
273 The addition of the new block tells the linker that a new version node
274 ``DPDK_22`` is available, which contains the symbol rte_acl_create, and inherits
275 the symbols from the DPDK_21 node. This list is directly translated into a
276 list of exported symbols when DPDK is compiled as a shared library.
277
278 Next, we need to specify in the code which function maps to the rte_acl_create
279 symbol at which versions.  First, at the site of the initial symbol definition,
280 we need to update the function so that it is uniquely named, and not in conflict
281 with the public symbol name
282
283 .. code-block:: c
284
285  -struct rte_acl_ctx *
286  -rte_acl_create(const struct rte_acl_param *param)
287  +struct rte_acl_ctx * __vsym
288  +rte_acl_create_v21(const struct rte_acl_param *param)
289  {
290         size_t sz;
291         struct rte_acl_ctx *ctx;
292         ...
293
294 Note that the base name of the symbol was kept intact, as this is conducive to
295 the macros used for versioning symbols and we have annotated the function as
296 ``__vsym``, an implementation of a versioned symbol . That is our next step,
297 mapping this new symbol name to the initial symbol name at version node 21.
298 Immediately after the function, we add the VERSION_SYMBOL macro.
299
300 .. code-block:: c
301
302    #include <rte_function_versioning.h>
303
304    ...
305    VERSION_SYMBOL(rte_acl_create, _v21, 21);
306
307 Remembering to also add the rte_function_versioning.h header to the requisite c
308 file where these changes are being made. The macro instructs the linker to
309 create a new symbol ``rte_acl_create@DPDK_21``, which matches the symbol created
310 in older builds, but now points to the above newly named function. We have now
311 mapped the original rte_acl_create symbol to the original function (but with a
312 new name).
313
314 Please see the section :ref:`Enabling versioning macros
315 <enabling_versioning_macros>` to enable this macro in the meson/ninja build.
316 Next, we need to create the new ``v22`` version of the symbol. We create a new
317 function name, with the ``v22`` suffix, and implement it appropriately.
318
319 .. code-block:: c
320
321    struct rte_acl_ctx * __vsym
322    rte_acl_create_v22(const struct rte_acl_param *param, int debug);
323    {
324         struct rte_acl_ctx *ctx = rte_acl_create_v21(param);
325
326         ctx->debug = debug;
327
328         return ctx;
329    }
330
331 This code serves as our new API call. Its the same as our old call, but adds the
332 new parameter in place. Next we need to map this function to the new default
333 symbol ``rte_acl_create@DPDK_22``. To do this, immediately after the function,
334 we add the BIND_DEFAULT_SYMBOL macro.
335
336 .. code-block:: c
337
338    #include <rte_function_versioning.h>
339
340    ...
341    BIND_DEFAULT_SYMBOL(rte_acl_create, _v22, 22);
342
343 The macro instructs the linker to create the new default symbol
344 ``rte_acl_create@DPDK_22``, which points to the above newly named function.
345
346 We finally modify the prototype of the call in the public header file,
347 such that it contains both versions of the symbol and the public API.
348
349 .. code-block:: c
350
351    struct rte_acl_ctx *
352    rte_acl_create(const struct rte_acl_param *param);
353
354    struct rte_acl_ctx * __vsym
355    rte_acl_create_v21(const struct rte_acl_param *param);
356
357    struct rte_acl_ctx * __vsym
358    rte_acl_create_v22(const struct rte_acl_param *param, int debug);
359
360
361 And that's it, on the next shared library rebuild, there will be two versions of
362 rte_acl_create, an old DPDK_21 version, used by previously built applications,
363 and a new DPDK_22 version, used by future built applications.
364
365 .. note::
366
367    **Before you leave**, please take care reviewing the sections on
368    :ref:`mapping static symbols <mapping_static_symbols>`,
369    :ref:`enabling versioning macros <enabling_versioning_macros>`,
370    and :ref:`ABI deprecation <abi_deprecation>`.
371
372
373 .. _mapping_static_symbols:
374
375 Mapping static symbols
376 ______________________
377
378 Now we've taken what was a public symbol, and duplicated it into two uniquely
379 and differently named symbols. We've then mapped each of those back to the
380 public symbol ``rte_acl_create`` with different version tags. This only applies
381 to dynamic linking, as static linking has no notion of versioning. That leaves
382 this code in a position of no longer having a symbol simply named
383 ``rte_acl_create`` and a static build will fail on that missing symbol.
384
385 To correct this, we can simply map a function of our choosing back to the public
386 symbol in the static build with the ``MAP_STATIC_SYMBOL`` macro.  Generally the
387 assumption is that the most recent version of the symbol is the one you want to
388 map.  So, back in the C file where, immediately after ``rte_acl_create_v22`` is
389 defined, we add this
390
391
392 .. code-block:: c
393
394    struct rte_acl_ctx * __vsym
395    rte_acl_create_v22(const struct rte_acl_param *param, int debug)
396    {
397         ...
398    }
399    MAP_STATIC_SYMBOL(struct rte_acl_ctx *rte_acl_create(const struct rte_acl_param *param, int debug), rte_acl_create_v22);
400
401 That tells the compiler that, when building a static library, any calls to the
402 symbol ``rte_acl_create`` should be linked to ``rte_acl_create_v22``
403
404
405 .. _enabling_versioning_macros:
406
407 Enabling versioning macros
408 __________________________
409
410 Finally, we need to indicate to the :doc:`meson/ninja build system
411 <../prog_guide/build-sdk-meson>` to enable versioning macros when building the
412 library or driver. In the libraries or driver where we have added symbol
413 versioning, in the ``meson.build`` file we add the following
414
415 .. code-block:: none
416
417    use_function_versioning = true
418
419 at the start of the head of the file. This will indicate to the tool-chain to
420 enable the function version macros when building. There is no corresponding
421 directive required for the ``make`` build system.
422
423
424 .. _aliasing_experimental_symbols:
425
426 Aliasing experimental symbols
427 _____________________________
428
429 In situations in which an ``experimental`` symbol has been stable for some time,
430 and it becomes a candidate for promotion to the stable ABI. At this time, when
431 promoting the symbol, the maintainer may choose to provide an alias to the
432 ``experimental`` symbol version, so as not to break consuming applications.
433 This alias is then dropped in the next major ABI version.
434
435 The process to provide an alias to ``experimental`` is similar to that, of
436 :ref:`symbol versioning <example_abi_macro_usage>` described above.
437 Assume we have an experimental function ``rte_acl_create`` as follows:
438
439 .. code-block:: c
440
441    #include <rte_compat.h>
442
443    /*
444     * Create an acl context object for apps to
445     * manipulate
446     */
447    __rte_experimental
448    struct rte_acl_ctx *
449    rte_acl_create(const struct rte_acl_param *param)
450    {
451    ...
452    }
453
454 In the map file, experimental symbols are listed as part of the ``EXPERIMENTAL``
455 version node.
456
457 .. code-block:: none
458
459    DPDK_21 {
460         global:
461         ...
462
463         local: *;
464    };
465
466    EXPERIMENTAL {
467         global:
468
469         rte_acl_create;
470    };
471
472 When we promote the symbol to the stable ABI, we simply strip the
473 ``__rte_experimental`` annotation from the function and move the symbol from the
474 ``EXPERIMENTAL`` node, to the node of the next major ABI version as follow.
475
476 .. code-block:: c
477
478    /*
479     * Create an acl context object for apps to
480     * manipulate
481     */
482    struct rte_acl_ctx *
483    rte_acl_create(const struct rte_acl_param *param)
484    {
485           ...
486    }
487
488 We then update the map file, adding the symbol ``rte_acl_create``
489 to the ``DPDK_22`` version node.
490
491 .. code-block:: none
492
493    DPDK_21 {
494         global:
495         ...
496
497         local: *;
498    };
499
500    DPDK_22 {
501         global:
502
503         rte_acl_create;
504    } DPDK_21;
505
506
507 Although there are strictly no guarantees or commitments associated with
508 :ref:`experimental symbols <experimental_apis>`, a maintainer may wish to offer
509 an alias to experimental. The process to add an alias to experimental,
510 is similar to the symbol versioning process. Assuming we have an experimental
511 symbol as before, we now add the symbol to both the ``EXPERIMENTAL``
512 and ``DPDK_22`` version nodes.
513
514 .. code-block:: c
515
516    #include <rte_compat.h>;
517    #include <rte_function_versioning.h>
518
519    /*
520     * Create an acl context object for apps to
521     * manipulate
522     */
523    struct rte_acl_ctx *
524    rte_acl_create(const struct rte_acl_param *param)
525    {
526    ...
527    }
528
529    __rte_experimental
530    struct rte_acl_ctx *
531    rte_acl_create_e(const struct rte_acl_param *param)
532    {
533       return rte_acl_create(param);
534    }
535    VERSION_SYMBOL_EXPERIMENTAL(rte_acl_create, _e);
536
537    struct rte_acl_ctx *
538    rte_acl_create_v22(const struct rte_acl_param *param)
539    {
540       return rte_acl_create(param);
541    }
542    BIND_DEFAULT_SYMBOL(rte_acl_create, _v22, 22);
543
544 In the map file, we map the symbol to both the ``EXPERIMENTAL``
545 and ``DPDK_22`` version nodes.
546
547 .. code-block:: none
548
549    DPDK_21 {
550         global:
551         ...
552
553         local: *;
554    };
555
556    DPDK_22 {
557         global:
558
559         rte_acl_create;
560    } DPDK_21;
561
562    EXPERIMENTAL {
563         global:
564
565         rte_acl_create;
566    };
567
568 .. note::
569
570    Please note, similar to :ref:`symbol versioning <example_abi_macro_usage>`,
571    when aliasing to experimental you will also need to take care of
572    :ref:`mapping static symbols <mapping_static_symbols>`.
573
574
575 .. _abi_deprecation:
576
577 Deprecating part of a public API
578 ________________________________
579
580 Lets assume that you've done the above updates, and in preparation for the next
581 major ABI version you decide you would like to retire the old version of the
582 function. After having gone through the ABI deprecation announcement process,
583 removal is easy. Start by removing the symbol from the requisite version map
584 file:
585
586 .. code-block:: none
587
588    DPDK_21 {
589         global:
590
591         rte_acl_add_rules;
592         rte_acl_build;
593         rte_acl_classify;
594         rte_acl_classify_alg;
595         rte_acl_classify_scalar;
596         rte_acl_dump;
597  -      rte_acl_create
598         rte_acl_find_existing;
599         rte_acl_free;
600         rte_acl_ipv4vlan_add_rules;
601         rte_acl_ipv4vlan_build;
602         rte_acl_list_dump;
603         rte_acl_reset;
604         rte_acl_reset_rules;
605         rte_acl_set_ctx_classify;
606
607         local: *;
608    };
609
610    DPDK_22 {
611         global:
612         rte_acl_create;
613    } DPDK_21;
614
615
616 Next remove the corresponding versioned export.
617
618 .. code-block:: c
619
620  -VERSION_SYMBOL(rte_acl_create, _v21, 21);
621
622
623 Note that the internal function definition could also be removed, but its used
624 in our example by the newer version ``v22``, so we leave it in place and declare
625 it as static. This is a coding style choice.
626
627 .. _deprecating_entire_abi:
628
629 Deprecating an entire ABI version
630 _________________________________
631
632 While removing a symbol from an ABI may be useful, it is more practical to
633 remove an entire version node at once, as is typically done at the declaration
634 of a major ABI version. If a version node completely specifies an API, then
635 removing part of it, typically makes it incomplete. In those cases it is better
636 to remove the entire node.
637
638 To do this, start by modifying the version map file, such that all symbols from
639 the node to be removed are merged into the next node in the map.
640
641 In the case of our map above, it would transform to look as follows
642
643 .. code-block:: none
644
645    DPDK_22 {
646         global:
647
648         rte_acl_add_rules;
649         rte_acl_build;
650         rte_acl_classify;
651         rte_acl_classify_alg;
652         rte_acl_classify_scalar;
653         rte_acl_dump;
654         rte_acl_create
655         rte_acl_find_existing;
656         rte_acl_free;
657         rte_acl_ipv4vlan_add_rules;
658         rte_acl_ipv4vlan_build;
659         rte_acl_list_dump;
660         rte_acl_reset;
661         rte_acl_reset_rules;
662         rte_acl_set_ctx_classify;
663
664         local: *;
665  };
666
667 Then any uses of BIND_DEFAULT_SYMBOL that pointed to the old node should be
668 updated to point to the new version node in any header files for all affected
669 symbols.
670
671 .. code-block:: c
672
673  -BIND_DEFAULT_SYMBOL(rte_acl_create, _v21, 21);
674  +BIND_DEFAULT_SYMBOL(rte_acl_create, _v22, 22);
675
676 Lastly, any VERSION_SYMBOL macros that point to the old version nodes
677 should be removed, taking care to preserve any code that is shared
678 with the new version node.
679
680
681 Running the ABI Validator
682 -------------------------
683
684 The ``devtools`` directory in the DPDK source tree contains a utility program,
685 ``check-abi.sh``, for validating the DPDK ABI based on the libabigail
686 `abidiff utility <https://sourceware.org/libabigail/manual/abidiff.html>`_.
687
688 The syntax of the ``check-abi.sh`` utility is::
689
690    devtools/check-abi.sh <refdir> <newdir>
691
692 Where <refdir> specifies the directory housing the reference build of DPDK,
693 and <newdir> specifies the DPDK build directory to check the ABI of.
694
695 The ABI compatibility is automatically verified when using a build script
696 from ``devtools``, if the variable ``DPDK_ABI_REF_VERSION`` is set with a tag,
697 as described in :ref:`ABI check recommendations<integrated_abi_check>`.