8a739dd72b7adb81f3c1975e61d7e06f628a59a0
[dpdk.git] / doc / guides / guidelines / versioning.rst
1 Managing ABI updates
2 ====================
3
4 Description
5 -----------
6
7 This document details some methods for handling ABI management in the DPDK.
8 Note this document is not exhaustive, in that C library versioning is flexible
9 allowing multiple methods to achieve various goals, but it will provide the user
10 with some introductory methods
11
12 General Guidelines
13 ------------------
14
15 #. Whenever possible, ABI should be preserved
16 #. The addition of symbols is generally not problematic
17 #. The modification of symbols can generally be managed with versioning
18 #. The removal of symbols generally is an ABI break and requires bumping of the
19    LIBABIVER macro
20
21 What is an ABI
22 --------------
23
24 An ABI (Application Binary Interface) is the set of runtime interfaces exposed
25 by a library. It is similar to an API (Application Programming Interface) but
26 is the result of compilation.  It is also effectively cloned when applications
27 link to dynamic libraries.  That is to say when an application is compiled to
28 link against dynamic libraries, it is assumed that the ABI remains constant
29 between the time the application is compiled/linked, and the time that it runs.
30 Therefore, in the case of dynamic linking, it is critical that an ABI is
31 preserved, or (when modified), done in such a way that the application is unable
32 to behave improperly or in an unexpected fashion.
33
34 The DPDK ABI policy
35 -------------------
36
37 ABI versions are set at the time of major release labeling, and the ABI may
38 change multiple times, without warning, between the last release label and the
39 HEAD label of the git tree.
40
41 ABI versions, once released, are available until such time as their
42 deprecation has been noted in the Release Notes for at least one major release
43 cycle. For example consider the case where the ABI for DPDK 2.0 has been
44 shipped and then a decision is made to modify it during the development of
45 DPDK 2.1. The decision will be recorded in the Release Notes for the DPDK 2.1
46 release and the modification will be made available in the DPDK 2.2 release.
47
48 ABI versions may be deprecated in whole or in part as needed by a given
49 update.
50
51 Some ABI changes may be too significant to reasonably maintain multiple
52 versions. In those cases ABI's may be updated without backward compatibility
53 being provided. The requirements for doing so are:
54
55 #. At least 3 acknowledgments of the need to do so must be made on the
56    dpdk.org mailing list.
57
58 #. The changes (including an alternative map file) must be gated with
59    the ``RTE_NEXT_ABI`` option, and provided with a deprecation notice at the
60    same time.
61    It will become the default ABI in the next release.
62
63 #. A full deprecation cycle, as explained above, must be made to offer
64    downstream consumers sufficient warning of the change.
65
66 #. At the beginning of the next release cycle, every ``RTE_NEXT_ABI``
67    conditions will be removed, the ``LIBABIVER`` variable in the makefile(s)
68    where the ABI is changed will be incremented, and the map files will
69    be updated.
70
71 Note that the above process for ABI deprecation should not be undertaken
72 lightly. ABI stability is extremely important for downstream consumers of the
73 DPDK, especially when distributed in shared object form. Every effort should
74 be made to preserve the ABI whenever possible. The ABI should only be changed
75 for significant reasons, such as performance enhancements. ABI breakage due to
76 changes such as reorganizing public structure fields for aesthetic or
77 readability purposes should be avoided.
78
79 Examples of Deprecation Notices
80 -------------------------------
81
82 The following are some examples of ABI deprecation notices which would be
83 added to the Release Notes:
84
85 * The Macro ``#RTE_FOO`` is deprecated and will be removed with version 2.0,
86   to be replaced with the inline function ``rte_foo()``.
87
88 * The function ``rte_mbuf_grok()`` has been updated to include a new parameter
89   in version 2.0. Backwards compatibility will be maintained for this function
90   until the release of version 2.1
91
92 * The members of ``struct rte_foo`` have been reorganized in release 2.0 for
93   performance reasons. Existing binary applications will have backwards
94   compatibility in release 2.0, while newly built binaries will need to
95   reference the new structure variant ``struct rte_foo2``. Compatibility will
96   be removed in release 2.2, and all applications will require updating and
97   rebuilding to the new structure at that time, which will be renamed to the
98   original ``struct rte_foo``.
99
100 * Significant ABI changes are planned for the ``librte_dostuff`` library. The
101   upcoming release 2.0 will not contain these changes, but release 2.1 will,
102   and no backwards compatibility is planned due to the extensive nature of
103   these changes. Binaries using this library built prior to version 2.1 will
104   require updating and recompilation.
105
106 Versioning Macros
107 -----------------
108
109 When a symbol is exported from a library to provide an API, it also provides a
110 calling convention (ABI) that is embodied in its name, return type and
111 arguments. Occasionally that function may need to change to accommodate new
112 functionality or behavior. When that occurs, it is desirable to allow for
113 backward compatibility for a time with older binaries that are dynamically
114 linked to the DPDK.
115
116 To support backward compatibility the ``lib/librte_compat/rte_compat.h``
117 header file provides macros to use when updating exported functions. These
118 macros are used in conjunction with the ``rte_<library>_version.map`` file for
119 a given library to allow multiple versions of a symbol to exist in a shared
120 library so that older binaries need not be immediately recompiled.
121
122 The macros exported are:
123
124 * ``VERSION_SYMBOL(b, e, n)``: Creates a symbol version table entry binding
125   versioned symbol ``b@DPDK_n`` to the internal function ``b_e``.
126
127 * ``BIND_DEFAULT_SYMBOL(b, e, n)``: Creates a symbol version entry instructing
128   the linker to bind references to symbol ``b`` to the internal symbol
129   ``b_e``.
130
131 * ``MAP_STATIC_SYMBOL(f, p)``: Declare the prototype ``f``, and map it to the
132   fully qualified function ``p``, so that if a symbol becomes versioned, it
133   can still be mapped back to the public symbol name.
134
135 Examples of ABI Macro use
136 -------------------------
137
138 Updating a public API
139 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
140
141 Assume we have a function as follows
142
143 .. code-block:: c
144
145  /*
146   * Create an acl context object for apps to
147   * manipulate
148   */
149  struct rte_acl_ctx *
150  rte_acl_create(const struct rte_acl_param *param)
151  {
152         ...
153  }
154
155
156 Assume that struct rte_acl_ctx is a private structure, and that a developer
157 wishes to enhance the acl api so that a debugging flag can be enabled on a
158 per-context basis.  This requires an addition to the structure (which, being
159 private, is safe), but it also requires modifying the code as follows
160
161 .. code-block:: c
162
163  /*
164   * Create an acl context object for apps to
165   * manipulate
166   */
167  struct rte_acl_ctx *
168  rte_acl_create(const struct rte_acl_param *param, int debug)
169  {
170         ...
171  }
172
173
174 Note also that, being a public function, the header file prototype must also be
175 changed, as must all the call sites, to reflect the new ABI footprint.  We will
176 maintain previous ABI versions that are accessible only to previously compiled
177 binaries
178
179 The addition of a parameter to the function is ABI breaking as the function is
180 public, and existing application may use it in its current form.  However, the
181 compatibility macros in DPDK allow a developer to use symbol versioning so that
182 multiple functions can be mapped to the same public symbol based on when an
183 application was linked to it.  To see how this is done, we start with the
184 requisite libraries version map file.  Initially the version map file for the
185 acl library looks like this
186
187 .. code-block:: none
188
189    DPDK_2.0 {
190         global:
191
192         rte_acl_add_rules;
193         rte_acl_build;
194         rte_acl_classify;
195         rte_acl_classify_alg;
196         rte_acl_classify_scalar;
197         rte_acl_create;
198         rte_acl_dump;
199         rte_acl_find_existing;
200         rte_acl_free;
201         rte_acl_ipv4vlan_add_rules;
202         rte_acl_ipv4vlan_build;
203         rte_acl_list_dump;
204         rte_acl_reset;
205         rte_acl_reset_rules;
206         rte_acl_set_ctx_classify;
207
208         local: *;
209    };
210
211 This file needs to be modified as follows
212
213 .. code-block:: none
214
215    DPDK_2.0 {
216         global:
217
218         rte_acl_add_rules;
219         rte_acl_build;
220         rte_acl_classify;
221         rte_acl_classify_alg;
222         rte_acl_classify_scalar;
223         rte_acl_create;
224         rte_acl_dump;
225         rte_acl_find_existing;
226         rte_acl_free;
227         rte_acl_ipv4vlan_add_rules;
228         rte_acl_ipv4vlan_build;
229         rte_acl_list_dump;
230         rte_acl_reset;
231         rte_acl_reset_rules;
232         rte_acl_set_ctx_classify;
233
234         local: *;
235    };
236
237    DPDK_2.1 {
238         global:
239         rte_acl_create;
240
241    } DPDK_2.0;
242
243 The addition of the new block tells the linker that a new version node is
244 available (DPDK_2.1), which contains the symbol rte_acl_create, and inherits the
245 symbols from the DPDK_2.0 node.  This list is directly translated into a list of
246 exported symbols when DPDK is compiled as a shared library
247
248 Next, we need to specify in the code which function map to the rte_acl_create
249 symbol at which versions.  First, at the site of the initial symbol definition,
250 we need to update the function so that it is uniquely named, and not in conflict
251 with the public symbol name
252
253 .. code-block:: c
254
255   struct rte_acl_ctx *
256  -rte_acl_create(const struct rte_acl_param *param)
257  +rte_acl_create_v20(const struct rte_acl_param *param)
258  {
259         size_t sz;
260         struct rte_acl_ctx *ctx;
261         ...
262
263 Note that the base name of the symbol was kept intact, as this is condusive to
264 the macros used for versioning symbols.  That is our next step, mapping this new
265 symbol name to the initial symbol name at version node 2.0.  Immediately after
266 the function, we add this line of code
267
268 .. code-block:: c
269
270    VERSION_SYMBOL(rte_acl_create, _v20, 2.0);
271
272 Remembering to also add the rte_compat.h header to the requisite c file where
273 these changes are being made.  The above macro instructs the linker to create a
274 new symbol ``rte_acl_create@DPDK_2.0``, which matches the symbol created in older
275 builds, but now points to the above newly named function.  We have now mapped
276 the original rte_acl_create symbol to the original function (but with a new
277 name)
278
279 Next, we need to create the 2.1 version of the symbol.  We create a new function
280 name, with a different suffix, and  implement it appropriately
281
282 .. code-block:: c
283
284    struct rte_acl_ctx *
285    rte_acl_create_v21(const struct rte_acl_param *param, int debug);
286    {
287         struct rte_acl_ctx *ctx = rte_acl_create_v20(param);
288
289         ctx->debug = debug;
290
291         return ctx;
292    }
293
294 This code serves as our new API call.  Its the same as our old call, but adds
295 the new parameter in place.  Next we need to map this function to the symbol
296 ``rte_acl_create@DPDK_2.1``.  To do this, we modify the public prototype of the call
297 in the header file, adding the macro there to inform all including applications,
298 that on re-link, the default rte_acl_create symbol should point to this
299 function.  Note that we could do this by simply naming the function above
300 rte_acl_create, and the linker would chose the most recent version tag to apply
301 in the version script, but we can also do this in the header file
302
303 .. code-block:: c
304
305    struct rte_acl_ctx *
306    -rte_acl_create(const struct rte_acl_param *param);
307    +rte_acl_create(const struct rte_acl_param *param, int debug);
308    +BIND_DEFAULT_SYMBOL(rte_acl_create, _v21, 2.1);
309
310 The BIND_DEFAULT_SYMBOL macro explicitly tells applications that include this
311 header, to link to the rte_acl_create_v21 function and apply the DPDK_2.1
312 version node to it.  This method is more explicit and flexible than just
313 re-implementing the exact symbol name, and allows for other features (such as
314 linking to the old symbol version by default, when the new ABI is to be opt-in
315 for a period.
316
317 One last thing we need to do.  Note that we've taken what was a public symbol,
318 and duplicated it into two uniquely and differently named symbols.  We've then
319 mapped each of those back to the public symbol ``rte_acl_create`` with different
320 version tags.  This only applies to dynamic linking, as static linking has no
321 notion of versioning.  That leaves this code in a position of no longer having a
322 symbol simply named ``rte_acl_create`` and a static build will fail on that
323 missing symbol.
324
325 To correct this, we can simply map a function of our choosing back to the public
326 symbol in the static build with the ``MAP_STATIC_SYMBOL`` macro.  Generally the
327 assumption is that the most recent version of the symbol is the one you want to
328 map.  So, back in the C file where, immediately after ``rte_acl_create_v21`` is
329 defined, we add this
330
331 .. code-block:: c
332
333    struct rte_acl_create_v21(const struct rte_acl_param *param, int debug)
334    {
335         ...
336    }
337    MAP_STATIC_SYMBOL(struct rte_acl_create(const struct rte_acl_param *param, int debug), rte_acl_create_v21);
338
339 That tells the compiler that, when building a static library, any calls to the
340 symbol ``rte_acl_create`` should be linked to ``rte_acl_create_v21``
341
342 That's it, on the next shared library rebuild, there will be two versions of
343 rte_acl_create, an old DPDK_2.0 version, used by previously built applications,
344 and a new DPDK_2.1 version, used by future built applications.
345
346
347 Deprecating part of a public API
348 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
349
350 Lets assume that you've done the above update, and after a few releases have
351 passed you decide you would like to retire the old version of the function.
352 After having gone through the ABI deprecation announcement process, removal is
353 easy.  Start by removing the symbol from the requisite version map file:
354
355 .. code-block:: none
356
357    DPDK_2.0 {
358         global:
359
360         rte_acl_add_rules;
361         rte_acl_build;
362         rte_acl_classify;
363         rte_acl_classify_alg;
364         rte_acl_classify_scalar;
365         rte_acl_dump;
366  -      rte_acl_create
367         rte_acl_find_existing;
368         rte_acl_free;
369         rte_acl_ipv4vlan_add_rules;
370         rte_acl_ipv4vlan_build;
371         rte_acl_list_dump;
372         rte_acl_reset;
373         rte_acl_reset_rules;
374         rte_acl_set_ctx_classify;
375
376         local: *;
377    };
378
379    DPDK_2.1 {
380         global:
381         rte_acl_create;
382    } DPDK_2.0;
383
384
385 Next remove the corresponding versioned export
386 .. code-block:: c
387
388  -VERSION_SYMBOL(rte_acl_create, _v20, 2.0);
389
390
391 Note that the internal function definition could also be removed, but its used
392 in our example by the newer version _v21, so we leave it in place.  This is a
393 coding style choice.
394
395 Lastly, we need to bump the LIBABIVER number for this library in the Makefile to
396 indicate to applications doing dynamic linking that this is a later, and
397 possibly incompatible library version:
398
399 .. code-block:: c
400
401    -LIBABIVER := 1
402    +LIBABIVER := 2
403
404 Deprecating an entire ABI version
405 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
406
407 While removing a symbol from and ABI may be useful, it is often more practical
408 to remove an entire version node at once.  If a version node completely
409 specifies an API, then removing part of it, typically makes it incomplete.  In
410 those cases it is better to remove the entire node
411
412 To do this, start by modifying the version map file, such that all symbols from
413 the node to be removed are merged into the next node in the map
414
415 In the case of our map above, it would transform to look as follows
416
417 .. code-block:: none
418
419    DPDK_2.1 {
420         global:
421
422         rte_acl_add_rules;
423         rte_acl_build;
424         rte_acl_classify;
425         rte_acl_classify_alg;
426         rte_acl_classify_scalar;
427         rte_acl_dump;
428         rte_acl_create
429         rte_acl_find_existing;
430         rte_acl_free;
431         rte_acl_ipv4vlan_add_rules;
432         rte_acl_ipv4vlan_build;
433         rte_acl_list_dump;
434         rte_acl_reset;
435         rte_acl_reset_rules;
436         rte_acl_set_ctx_classify;
437
438         local: *;
439  };
440
441 Then any uses of BIND_DEFAULT_SYMBOL that pointed to the old node should be
442 updated to point to the new version node in any header files for all affected
443 symbols.
444
445 .. code-block:: c
446
447  -BIND_DEFAULT_SYMBOL(rte_acl_create, _v20, 2.0);
448  +BIND_DEFAULT_SYMBOL(rte_acl_create, _v21, 2.1);
449
450 Lastly, any VERSION_SYMBOL macros that point to the old version node should be
451 removed, taking care to keep, where need old code in place to support newer
452 versions of the symbol.
453
454 Running the ABI Validator
455 -------------------------
456
457 The ``scripts`` directory in the DPDK source tree contains a utility program,
458 ``validate-abi.sh``, for validating the DPDK ABI based on the Linux `ABI
459 Compliance Checker
460 <http://ispras.linuxbase.org/index.php/ABI_compliance_checker>`_.
461
462 This has a dependency on the ``abi-compliance-checker`` and ``and abi-dumper``
463 utilities which can be installed via a package manager. For example::
464
465    sudo yum install abi-compliance-checker
466    sudo yum install abi-dumper
467
468 The syntax of the ``validate-abi.sh`` utility is::
469
470    ./scripts/validate-abi.sh <TAG1> <TAG2> <TARGET>
471
472 Where ``TAG1`` and ``TAG2`` are valid git tags on the local repo and target is
473 the usual DPDK compilation target.
474
475 For example to test the current committed HEAD against a previous release tag
476 we could add a temporary tag and run the utility as follows::
477
478    git tag MY_TEMP_TAG
479    ./scripts/validate-abi.sh v2.0.0 MY_TEMP_TAG x86_64-native-linuxapp-gcc
480
481 After the validation script completes (it can take a while since it need to
482 compile both tags) it will create compatibility reports in the
483 ``./compat_report`` directory. Listed incompatibilities can be found as
484 follows::
485
486   grep -lr Incompatible compat_reports/