ring: introduce RTS ring mode
[dpdk.git] / lib / librte_ring / rte_ring.c
index 08a3c80..222eec0 100644 (file)
@@ -1,68 +1,11 @@
-/*-
- *   BSD LICENSE
- * 
- *   Copyright(c) 2010-2012 Intel Corporation. All rights reserved.
- *   All rights reserved.
- * 
- *   Redistribution and use in source and binary forms, with or without 
- *   modification, are permitted provided that the following conditions 
- *   are met:
- * 
- *     * Redistributions of source code must retain the above copyright 
- *       notice, this list of conditions and the following disclaimer.
- *     * Redistributions in binary form must reproduce the above copyright 
- *       notice, this list of conditions and the following disclaimer in 
- *       the documentation and/or other materials provided with the 
- *       distribution.
- *     * Neither the name of Intel Corporation nor the names of its 
- *       contributors may be used to endorse or promote products derived 
- *       from this software without specific prior written permission.
- * 
- *   THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE COPYRIGHT HOLDERS AND CONTRIBUTORS 
- *   "AS IS" AND ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT 
- *   LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR 
- *   A PARTICULAR PURPOSE ARE DISCLAIMED. IN NO EVENT SHALL THE COPYRIGHT 
- *   OWNER OR CONTRIBUTORS BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, 
- *   SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT 
- *   LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES; LOSS OF USE, 
- *   DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED AND ON ANY 
- *   THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT LIABILITY, OR TORT 
- *   (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE 
- *   OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
- * 
- */
-
-/*
- * Derived from FreeBSD's bufring.c
- *
- **************************************************************************
+/* SPDX-License-Identifier: BSD-3-Clause
  *
+ * Copyright (c) 2010-2015 Intel Corporation
  * Copyright (c) 2007,2008 Kip Macy kmacy@freebsd.org
  * All rights reserved.
- *
- * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
- * modification, are permitted provided that the following conditions are met:
- *
- * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright notice,
- *    this list of conditions and the following disclaimer.
- *
- * 2. The name of Kip Macy nor the names of other
- *    contributors may be used to endorse or promote products derived from
- *    this software without specific prior written permission.
- *
- * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE COPYRIGHT HOLDERS AND CONTRIBUTORS "AS IS"
- * AND ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
- * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
- * ARE DISCLAIMED. IN NO EVENT SHALL THE COPYRIGHT OWNER OR CONTRIBUTORS BE
- * LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR
- * CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF
- * SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS
- * INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN
- * CONTRACT, STRICT LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE)
- * ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE
- * POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
- *
- ***************************************************************************/
+ * Derived from FreeBSD's bufring.h
+ * Used as BSD-3 Licensed with permission from Kip Macy.
+ */
 
 #include <stdio.h>
 #include <stdarg.h>
 #include <rte_log.h>
 #include <rte_memory.h>
 #include <rte_memzone.h>
+#include <rte_malloc.h>
 #include <rte_launch.h>
-#include <rte_tailq.h>
 #include <rte_eal.h>
+#include <rte_eal_memconfig.h>
 #include <rte_atomic.h>
 #include <rte_per_lcore.h>
 #include <rte_lcore.h>
 #include <rte_branch_prediction.h>
 #include <rte_errno.h>
 #include <rte_string_fns.h>
+#include <rte_spinlock.h>
+#include <rte_tailq.h>
 
 #include "rte_ring.h"
+#include "rte_ring_elem.h"
 
-TAILQ_HEAD(rte_ring_list, rte_ring);
+TAILQ_HEAD(rte_ring_list, rte_tailq_entry);
 
-/* global list of ring (used for debug/dump) */
-static struct rte_ring_list *ring_list = NULL;
+static struct rte_tailq_elem rte_ring_tailq = {
+       .name = RTE_TAILQ_RING_NAME,
+};
+EAL_REGISTER_TAILQ(rte_ring_tailq)
 
 /* true if x is a power of 2 */
 #define POWEROF2(x) ((((x)-1) & (x)) == 0)
 
-/* create the ring */
-struct rte_ring *
-rte_ring_create(const char *name, unsigned count, int socket_id,
-               unsigned flags)
+/* by default set head/tail distance as 1/8 of ring capacity */
+#define HTD_MAX_DEF    8
+
+/* return the size of memory occupied by a ring */
+ssize_t
+rte_ring_get_memsize_elem(unsigned int esize, unsigned int count)
 {
-       char mz_name[RTE_MEMZONE_NAMESIZE];
-       struct rte_ring *r;
-       const struct rte_memzone *mz;
-       size_t ring_size;
-       int mz_flags = 0;
+       ssize_t sz;
+
+       /* Check if element size is a multiple of 4B */
+       if (esize % 4 != 0) {
+               RTE_LOG(ERR, RING, "element size is not a multiple of 4\n");
+
+               return -EINVAL;
+       }
+
+       /* count must be a power of 2 */
+       if ((!POWEROF2(count)) || (count > RTE_RING_SZ_MASK )) {
+               RTE_LOG(ERR, RING,
+                       "Requested number of elements is invalid, must be power of 2, and not exceed %u\n",
+                       RTE_RING_SZ_MASK);
+
+               return -EINVAL;
+       }
+
+       sz = sizeof(struct rte_ring) + count * esize;
+       sz = RTE_ALIGN(sz, RTE_CACHE_LINE_SIZE);
+       return sz;
+}
+
+/* return the size of memory occupied by a ring */
+ssize_t
+rte_ring_get_memsize(unsigned int count)
+{
+       return rte_ring_get_memsize_elem(sizeof(void *), count);
+}
+
+/*
+ * internal helper function to reset prod/cons head-tail values.
+ */
+static void
+reset_headtail(void *p)
+{
+       struct rte_ring_headtail *ht;
+       struct rte_ring_rts_headtail *ht_rts;
+
+       ht = p;
+       ht_rts = p;
+
+       switch (ht->sync_type) {
+       case RTE_RING_SYNC_MT:
+       case RTE_RING_SYNC_ST:
+               ht->head = 0;
+               ht->tail = 0;
+               break;
+       case RTE_RING_SYNC_MT_RTS:
+               ht_rts->head.raw = 0;
+               ht_rts->tail.raw = 0;
+               break;
+       default:
+               /* unknown sync mode */
+               RTE_ASSERT(0);
+       }
+}
+
+void
+rte_ring_reset(struct rte_ring *r)
+{
+       reset_headtail(&r->prod);
+       reset_headtail(&r->cons);
+}
+
+/*
+ * helper function, calculates sync_type values for prod and cons
+ * based on input flags. Returns zero at success or negative
+ * errno value otherwise.
+ */
+static int
+get_sync_type(uint32_t flags, enum rte_ring_sync_type *prod_st,
+       enum rte_ring_sync_type *cons_st)
+{
+       static const uint32_t prod_st_flags =
+               (RING_F_SP_ENQ | RING_F_MP_RTS_ENQ);
+       static const uint32_t cons_st_flags =
+               (RING_F_SC_DEQ | RING_F_MC_RTS_DEQ);
+
+       switch (flags & prod_st_flags) {
+       case 0:
+               *prod_st = RTE_RING_SYNC_MT;
+               break;
+       case RING_F_SP_ENQ:
+               *prod_st = RTE_RING_SYNC_ST;
+               break;
+       case RING_F_MP_RTS_ENQ:
+               *prod_st = RTE_RING_SYNC_MT_RTS;
+               break;
+       default:
+               return -EINVAL;
+       }
+
+       switch (flags & cons_st_flags) {
+       case 0:
+               *cons_st = RTE_RING_SYNC_MT;
+               break;
+       case RING_F_SC_DEQ:
+               *cons_st = RTE_RING_SYNC_ST;
+               break;
+       case RING_F_MC_RTS_DEQ:
+               *cons_st = RTE_RING_SYNC_MT_RTS;
+               break;
+       default:
+               return -EINVAL;
+       }
+
+       return 0;
+}
+
+int
+rte_ring_init(struct rte_ring *r, const char *name, unsigned count,
+       unsigned flags)
+{
+       int ret;
 
        /* compilation-time checks */
        RTE_BUILD_BUG_ON((sizeof(struct rte_ring) &
-                         CACHE_LINE_MASK) != 0);
+                         RTE_CACHE_LINE_MASK) != 0);
        RTE_BUILD_BUG_ON((offsetof(struct rte_ring, cons) &
-                         CACHE_LINE_MASK) != 0);
+                         RTE_CACHE_LINE_MASK) != 0);
        RTE_BUILD_BUG_ON((offsetof(struct rte_ring, prod) &
-                         CACHE_LINE_MASK) != 0);
-#ifdef RTE_LIBRTE_RING_DEBUG
-       RTE_BUILD_BUG_ON((sizeof(struct rte_ring_debug_stats) &
-                         CACHE_LINE_MASK) != 0);
-       RTE_BUILD_BUG_ON((offsetof(struct rte_ring, stats) &
-                         CACHE_LINE_MASK) != 0);
-#endif
-
-       /* check that we have an initialised tail queue */
-       if (ring_list == NULL)
-               if ((ring_list = RTE_TAILQ_RESERVE("RTE_RING", rte_ring_list)) == NULL){
-                       rte_errno = E_RTE_NO_TAILQ;
-                       return NULL;
+                         RTE_CACHE_LINE_MASK) != 0);
+
+       RTE_BUILD_BUG_ON(offsetof(struct rte_ring_headtail, sync_type) !=
+               offsetof(struct rte_ring_rts_headtail, sync_type));
+       RTE_BUILD_BUG_ON(offsetof(struct rte_ring_headtail, tail) !=
+               offsetof(struct rte_ring_rts_headtail, tail.val.pos));
+
+       /* init the ring structure */
+       memset(r, 0, sizeof(*r));
+       ret = strlcpy(r->name, name, sizeof(r->name));
+       if (ret < 0 || ret >= (int)sizeof(r->name))
+               return -ENAMETOOLONG;
+       r->flags = flags;
+       ret = get_sync_type(flags, &r->prod.sync_type, &r->cons.sync_type);
+       if (ret != 0)
+               return ret;
+
+       if (flags & RING_F_EXACT_SZ) {
+               r->size = rte_align32pow2(count + 1);
+               r->mask = r->size - 1;
+               r->capacity = count;
+       } else {
+               if ((!POWEROF2(count)) || (count > RTE_RING_SZ_MASK)) {
+                       RTE_LOG(ERR, RING,
+                               "Requested size is invalid, must be power of 2, and not exceed the size limit %u\n",
+                               RTE_RING_SZ_MASK);
+                       return -EINVAL;
                }
+               r->size = count;
+               r->mask = count - 1;
+               r->capacity = r->mask;
+       }
 
-       /* count must be a power of 2 */
-       if (!POWEROF2(count)) {
-               rte_errno = EINVAL;
-               RTE_LOG(ERR, RING, "Requested size is not a power of 2\n");
+       /* set default values for head-tail distance */
+       if (flags & RING_F_MP_RTS_ENQ)
+               rte_ring_set_prod_htd_max(r, r->capacity / HTD_MAX_DEF);
+       if (flags & RING_F_MC_RTS_DEQ)
+               rte_ring_set_cons_htd_max(r, r->capacity / HTD_MAX_DEF);
+
+       return 0;
+}
+
+/* create the ring for a given element size */
+struct rte_ring *
+rte_ring_create_elem(const char *name, unsigned int esize, unsigned int count,
+               int socket_id, unsigned int flags)
+{
+       char mz_name[RTE_MEMZONE_NAMESIZE];
+       struct rte_ring *r;
+       struct rte_tailq_entry *te;
+       const struct rte_memzone *mz;
+       ssize_t ring_size;
+       int mz_flags = 0;
+       struct rte_ring_list* ring_list = NULL;
+       const unsigned int requested_count = count;
+       int ret;
+
+       ring_list = RTE_TAILQ_CAST(rte_ring_tailq.head, rte_ring_list);
+
+       /* for an exact size ring, round up from count to a power of two */
+       if (flags & RING_F_EXACT_SZ)
+               count = rte_align32pow2(count + 1);
+
+       ring_size = rte_ring_get_memsize_elem(esize, count);
+       if (ring_size < 0) {
+               rte_errno = ring_size;
                return NULL;
        }
 
-       rte_snprintf(mz_name, sizeof(mz_name), "RG_%s", name);
-       ring_size = count * sizeof(void *) + sizeof(struct rte_ring);
+       ret = snprintf(mz_name, sizeof(mz_name), "%s%s",
+               RTE_RING_MZ_PREFIX, name);
+       if (ret < 0 || ret >= (int)sizeof(mz_name)) {
+               rte_errno = ENAMETOOLONG;
+               return NULL;
+       }
+
+       te = rte_zmalloc("RING_TAILQ_ENTRY", sizeof(*te), 0);
+       if (te == NULL) {
+               RTE_LOG(ERR, RING, "Cannot reserve memory for tailq\n");
+               rte_errno = ENOMEM;
+               return NULL;
+       }
+
+       rte_mcfg_tailq_write_lock();
 
        /* reserve a memory zone for this ring. If we can't get rte_config or
         * we are secondary process, the memzone_reserve function will set
         * rte_errno for us appropriately - hence no check in this this function */
-       mz = rte_memzone_reserve(mz_name, ring_size, socket_id, mz_flags);
-       if (mz == NULL) {
+       mz = rte_memzone_reserve_aligned(mz_name, ring_size, socket_id,
+                                        mz_flags, __alignof__(*r));
+       if (mz != NULL) {
+               r = mz->addr;
+               /* no need to check return value here, we already checked the
+                * arguments above */
+               rte_ring_init(r, name, requested_count, flags);
+
+               te->data = (void *) r;
+               r->memzone = mz;
+
+               TAILQ_INSERT_TAIL(ring_list, te, next);
+       } else {
+               r = NULL;
                RTE_LOG(ERR, RING, "Cannot reserve memory\n");
-               return NULL;
+               rte_free(te);
        }
+       rte_mcfg_tailq_write_unlock();
 
-       r = mz->addr;
-
-       /* init the ring structure */
-       memset(r, 0, sizeof(*r));
-       rte_snprintf(r->name, sizeof(r->name), "%s", name);
-       r->flags = flags;
-       r->prod.bulk_default = r->cons.bulk_default = 1;
-       r->prod.watermark = count;
-       r->prod.sp_enqueue = !!(flags & RING_F_SP_ENQ);
-       r->cons.sc_dequeue = !!(flags & RING_F_SC_DEQ);
-       r->prod.size = r->cons.size = count;
-       r->prod.mask = r->cons.mask = count-1;
-       r->prod.head = r->cons.head = 0;
-       r->prod.tail = r->cons.tail = 0;
-
-       TAILQ_INSERT_TAIL(ring_list, r, next);
        return r;
 }
 
-/*
- * change the high water mark. If *count* is 0, water marking is
- * disabled
- */
-int
-rte_ring_set_water_mark(struct rte_ring *r, unsigned count)
+/* create the ring */
+struct rte_ring *
+rte_ring_create(const char *name, unsigned int count, int socket_id,
+               unsigned int flags)
 {
-       if (count >= r->prod.size)
-               return -EINVAL;
+       return rte_ring_create_elem(name, sizeof(void *), count, socket_id,
+               flags);
+}
 
-       /* if count is 0, disable the watermarking */
-       if (count == 0)
-               count = r->prod.size;
+/* free the ring */
+void
+rte_ring_free(struct rte_ring *r)
+{
+       struct rte_ring_list *ring_list = NULL;
+       struct rte_tailq_entry *te;
 
-       r->prod.watermark = count;
-       return 0;
+       if (r == NULL)
+               return;
+
+       /*
+        * Ring was not created with rte_ring_create,
+        * therefore, there is no memzone to free.
+        */
+       if (r->memzone == NULL) {
+               RTE_LOG(ERR, RING,
+                       "Cannot free ring, not created with rte_ring_create()\n");
+               return;
+       }
+
+       if (rte_memzone_free(r->memzone) != 0) {
+               RTE_LOG(ERR, RING, "Cannot free memory\n");
+               return;
+       }
+
+       ring_list = RTE_TAILQ_CAST(rte_ring_tailq.head, rte_ring_list);
+       rte_mcfg_tailq_write_lock();
+
+       /* find out tailq entry */
+       TAILQ_FOREACH(te, ring_list, next) {
+               if (te->data == (void *) r)
+                       break;
+       }
+
+       if (te == NULL) {
+               rte_mcfg_tailq_write_unlock();
+               return;
+       }
+
+       TAILQ_REMOVE(ring_list, te, next);
+
+       rte_mcfg_tailq_write_unlock();
+
+       rte_free(te);
 }
 
 /* dump the status of the ring on the console */
 void
-rte_ring_dump(const struct rte_ring *r)
+rte_ring_dump(FILE *f, const struct rte_ring *r)
 {
-#ifdef RTE_LIBRTE_RING_DEBUG
-       struct rte_ring_debug_stats sum;
-       unsigned lcore_id;
-#endif
-
-       printf("ring <%s>@%p\n", r->name, r);
-       printf("  flags=%x\n", r->flags);
-       printf("  size=%"PRIu32"\n", r->prod.size);
-       printf("  ct=%"PRIu32"\n", r->cons.tail);
-       printf("  ch=%"PRIu32"\n", r->cons.head);
-       printf("  pt=%"PRIu32"\n", r->prod.tail);
-       printf("  ph=%"PRIu32"\n", r->prod.head);
-       printf("  used=%u\n", rte_ring_count(r));
-       printf("  avail=%u\n", rte_ring_free_count(r));
-       if (r->prod.watermark == r->prod.size)
-               printf("  watermark=0\n");
-       else
-               printf("  watermark=%"PRIu32"\n", r->prod.watermark);
-       printf("  bulk_default=%"PRIu32"\n", r->prod.bulk_default);
-
-       /* sum and dump statistics */
-#ifdef RTE_LIBRTE_RING_DEBUG
-       memset(&sum, 0, sizeof(sum));
-       for (lcore_id = 0; lcore_id < RTE_MAX_LCORE; lcore_id++) {
-               sum.enq_success_bulk += r->stats[lcore_id].enq_success_bulk;
-               sum.enq_success_objs += r->stats[lcore_id].enq_success_objs;
-               sum.enq_quota_bulk += r->stats[lcore_id].enq_quota_bulk;
-               sum.enq_quota_objs += r->stats[lcore_id].enq_quota_objs;
-               sum.enq_fail_bulk += r->stats[lcore_id].enq_fail_bulk;
-               sum.enq_fail_objs += r->stats[lcore_id].enq_fail_objs;
-               sum.deq_success_bulk += r->stats[lcore_id].deq_success_bulk;
-               sum.deq_success_objs += r->stats[lcore_id].deq_success_objs;
-               sum.deq_fail_bulk += r->stats[lcore_id].deq_fail_bulk;
-               sum.deq_fail_objs += r->stats[lcore_id].deq_fail_objs;
-       }
-       printf("  size=%"PRIu32"\n", r->prod.size);
-       printf("  enq_success_bulk=%"PRIu64"\n", sum.enq_success_bulk);
-       printf("  enq_success_objs=%"PRIu64"\n", sum.enq_success_objs);
-       printf("  enq_quota_bulk=%"PRIu64"\n", sum.enq_quota_bulk);
-       printf("  enq_quota_objs=%"PRIu64"\n", sum.enq_quota_objs);
-       printf("  enq_fail_bulk=%"PRIu64"\n", sum.enq_fail_bulk);
-       printf("  enq_fail_objs=%"PRIu64"\n", sum.enq_fail_objs);
-       printf("  deq_success_bulk=%"PRIu64"\n", sum.deq_success_bulk);
-       printf("  deq_success_objs=%"PRIu64"\n", sum.deq_success_objs);
-       printf("  deq_fail_bulk=%"PRIu64"\n", sum.deq_fail_bulk);
-       printf("  deq_fail_objs=%"PRIu64"\n", sum.deq_fail_objs);
-#else
-       printf("  no statistics available\n");
-#endif
+       fprintf(f, "ring <%s>@%p\n", r->name, r);
+       fprintf(f, "  flags=%x\n", r->flags);
+       fprintf(f, "  size=%"PRIu32"\n", r->size);
+       fprintf(f, "  capacity=%"PRIu32"\n", r->capacity);
+       fprintf(f, "  ct=%"PRIu32"\n", r->cons.tail);
+       fprintf(f, "  ch=%"PRIu32"\n", r->cons.head);
+       fprintf(f, "  pt=%"PRIu32"\n", r->prod.tail);
+       fprintf(f, "  ph=%"PRIu32"\n", r->prod.head);
+       fprintf(f, "  used=%u\n", rte_ring_count(r));
+       fprintf(f, "  avail=%u\n", rte_ring_free_count(r));
 }
 
 /* dump the status of all rings on the console */
 void
-rte_ring_list_dump(void)
+rte_ring_list_dump(FILE *f)
 {
-       const struct rte_ring *mp;
+       const struct rte_tailq_entry *te;
+       struct rte_ring_list *ring_list;
 
-       /* check that we have an initialised tail queue */
-       if (ring_list == NULL)
-               if ((ring_list = RTE_TAILQ_RESERVE("RTE_RING", rte_ring_list)) == NULL){
-                       rte_errno = E_RTE_NO_TAILQ;
-                       return;
-               }
+       ring_list = RTE_TAILQ_CAST(rte_ring_tailq.head, rte_ring_list);
+
+       rte_mcfg_tailq_read_lock();
 
-       TAILQ_FOREACH(mp, ring_list, next) {
-               rte_ring_dump(mp);
+       TAILQ_FOREACH(te, ring_list, next) {
+               rte_ring_dump(f, (struct rte_ring *) te->data);
        }
+
+       rte_mcfg_tailq_read_unlock();
 }
 
 /* search a ring from its name */
 struct rte_ring *
 rte_ring_lookup(const char *name)
 {
-       struct rte_ring *r;
+       struct rte_tailq_entry *te;
+       struct rte_ring *r = NULL;
+       struct rte_ring_list *ring_list;
 
-       /* check that we have an initialised tail queue */
-       if (ring_list == NULL)
-               if ((ring_list = RTE_TAILQ_RESERVE("RTE_RING", rte_ring_list)) == NULL){
-                       rte_errno = E_RTE_NO_TAILQ;
-                       return NULL;
-               }
+       ring_list = RTE_TAILQ_CAST(rte_ring_tailq.head, rte_ring_list);
+
+       rte_mcfg_tailq_read_lock();
 
-       TAILQ_FOREACH(r, ring_list, next) {
+       TAILQ_FOREACH(te, ring_list, next) {
+               r = (struct rte_ring *) te->data;
                if (strncmp(name, r->name, RTE_RING_NAMESIZE) == 0)
                        break;
        }
 
-       if (r == NULL)
+       rte_mcfg_tailq_read_unlock();
+
+       if (te == NULL) {
                rte_errno = ENOENT;
+               return NULL;
+       }
 
        return r;
 }