doc: make RTE_NEXT_ABI optional in guidelines
[dpdk.git] / doc / guides / contributing / versioning.rst
1 ..  SPDX-License-Identifier: BSD-3-Clause
2     Copyright 2018 The DPDK contributors
3
4 DPDK ABI/API policy
5 ===================
6
7 Description
8 -----------
9
10 This document details some methods for handling ABI management in the DPDK.
11
12 General Guidelines
13 ------------------
14
15 #. Whenever possible, ABI should be preserved
16 #. ABI/API may be changed with a deprecation process
17 #. The modification of symbols can generally be managed with versioning
18 #. Libraries or APIs marked in ``experimental`` state may change without constraint
19 #. New APIs will be marked as ``experimental`` for at least one release to allow
20    any issues found by users of the new API to be fixed quickly
21 #. The addition of symbols is generally not problematic
22 #. The removal of symbols generally is an ABI break and requires bumping of the
23    LIBABIVER macro
24 #. Updates to the minimum hardware requirements, which drop support for hardware which
25    was previously supported, should be treated as an ABI change.
26
27 What is an ABI
28 ~~~~~~~~~~~~~~
29
30 An ABI (Application Binary Interface) is the set of runtime interfaces exposed
31 by a library. It is similar to an API (Application Programming Interface) but
32 is the result of compilation.  It is also effectively cloned when applications
33 link to dynamic libraries.  That is to say when an application is compiled to
34 link against dynamic libraries, it is assumed that the ABI remains constant
35 between the time the application is compiled/linked, and the time that it runs.
36 Therefore, in the case of dynamic linking, it is critical that an ABI is
37 preserved, or (when modified), done in such a way that the application is unable
38 to behave improperly or in an unexpected fashion.
39
40
41 ABI/API Deprecation
42 -------------------
43
44 The DPDK ABI policy
45 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
46
47 ABI versions are set at the time of major release labeling, and the ABI may
48 change multiple times, without warning, between the last release label and the
49 HEAD label of the git tree.
50
51 ABI versions, once released, are available until such time as their
52 deprecation has been noted in the Release Notes for at least one major release
53 cycle. For example consider the case where the ABI for DPDK 2.0 has been
54 shipped and then a decision is made to modify it during the development of
55 DPDK 2.1. The decision will be recorded in the Release Notes for the DPDK 2.1
56 release and the modification will be made available in the DPDK 2.2 release.
57
58 ABI versions may be deprecated in whole or in part as needed by a given
59 update.
60
61 Some ABI changes may be too significant to reasonably maintain multiple
62 versions. In those cases ABI's may be updated without backward compatibility
63 being provided. The requirements for doing so are:
64
65 #. At least 3 acknowledgments of the need to do so must be made on the
66    dpdk.org mailing list.
67
68    - The acknowledgment of the maintainer of the component is mandatory, or if
69      no maintainer is available for the component, the tree/sub-tree maintainer
70      for that component must acknowledge the ABI change instead.
71
72    - It is also recommended that acknowledgments from different "areas of
73      interest" be sought for each deprecation, for example: from NIC vendors,
74      CPU vendors, end-users, etc.
75
76 #. The changes (including an alternative map file) can be included with
77    deprecation notice, in wrapped way by the ``RTE_NEXT_ABI`` option,
78    to provide more details about oncoming changes.
79    ``RTE_NEXT_ABI`` wrapper will be removed when it become the default ABI.
80    More preferred way to provide this information is sending the feature
81    as a separate patch and reference it in deprecation notice.
82
83 #. A full deprecation cycle, as explained above, must be made to offer
84    downstream consumers sufficient warning of the change.
85
86 Note that the above process for ABI deprecation should not be undertaken
87 lightly. ABI stability is extremely important for downstream consumers of the
88 DPDK, especially when distributed in shared object form. Every effort should
89 be made to preserve the ABI whenever possible. The ABI should only be changed
90 for significant reasons, such as performance enhancements. ABI breakage due to
91 changes such as reorganizing public structure fields for aesthetic or
92 readability purposes should be avoided.
93
94 .. note::
95
96    Updates to the minimum hardware requirements, which drop support for hardware
97    which was previously supported, should be treated as an ABI change, and
98    follow the relevant deprecation policy procedures as above: 3 acks and
99    announcement at least one release in advance.
100
101 Examples of Deprecation Notices
102 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
103
104 The following are some examples of ABI deprecation notices which would be
105 added to the Release Notes:
106
107 * The Macro ``#RTE_FOO`` is deprecated and will be removed with version 2.0,
108   to be replaced with the inline function ``rte_foo()``.
109
110 * The function ``rte_mbuf_grok()`` has been updated to include a new parameter
111   in version 2.0. Backwards compatibility will be maintained for this function
112   until the release of version 2.1
113
114 * The members of ``struct rte_foo`` have been reorganized in release 2.0 for
115   performance reasons. Existing binary applications will have backwards
116   compatibility in release 2.0, while newly built binaries will need to
117   reference the new structure variant ``struct rte_foo2``. Compatibility will
118   be removed in release 2.2, and all applications will require updating and
119   rebuilding to the new structure at that time, which will be renamed to the
120   original ``struct rte_foo``.
121
122 * Significant ABI changes are planned for the ``librte_dostuff`` library. The
123   upcoming release 2.0 will not contain these changes, but release 2.1 will,
124   and no backwards compatibility is planned due to the extensive nature of
125   these changes. Binaries using this library built prior to version 2.1 will
126   require updating and recompilation.
127
128
129 Experimental APIs
130 -----------------
131
132 APIs marked as ``experimental`` are not considered part of the ABI and may
133 change without warning at any time.  Since changes to APIs are most likely
134 immediately after their introduction, as users begin to take advantage of
135 those new APIs and start finding issues with them, new DPDK APIs will be
136 automatically marked as ``experimental`` to allow for a period of stabilization
137 before they become part of a tracked ABI.
138
139 Note that marking an API as experimental is a multi step process.
140 To mark an API as experimental, the symbols which are desired to be exported
141 must be placed in an EXPERIMENTAL version block in the corresponding libraries'
142 version map script.
143 Secondly, the corresponding definitions of those exported functions, and
144 their forward declarations (in the development header files), must be marked
145 with the ``__rte_experimental`` tag (see ``rte_compat.h``).
146 The DPDK build makefiles perform a check to ensure that the map file and the
147 C code reflect the same list of symbols.
148 This check can be circumvented by defining ``ALLOW_EXPERIMENTAL_API``
149 during compilation in the corresponding library Makefile.
150
151 In addition to tagging the code with ``__rte_experimental``,
152 the doxygen markup must also contain the EXPERIMENTAL string,
153 and the MAINTAINERS file should note the EXPERIMENTAL libraries.
154
155 For removing the experimental tag associated with an API, deprecation notice
156 is not required. Though, an API should remain in experimental state for at least
157 one release. Thereafter, normal process of posting patch for review to mailing
158 list can be followed.
159
160
161 Library versioning
162 ------------------
163
164 Downstreams might want to provide different DPDK releases at the same time to
165 support multiple consumers of DPDK linked against older and newer sonames.
166
167 Also due to the interdependencies that DPDK libraries can have applications
168 might end up with an executable space in which multiple versions of a library
169 are mapped by ld.so.
170
171 Think of LibA that got an ABI bump and LibB that did not get an ABI bump but is
172 depending on LibA.
173
174 .. note::
175
176     Application
177     \-> LibA.old
178     \-> LibB.new -> LibA.new
179
180 That is a conflict which can be avoided by setting ``CONFIG_RTE_MAJOR_ABI``.
181 If set, the value of ``CONFIG_RTE_MAJOR_ABI`` overwrites all - otherwise per
182 library - versions defined in the libraries ``LIBABIVER``.
183 An example might be ``CONFIG_RTE_MAJOR_ABI=16.11`` which will make all libraries
184 ``librte<?>.so.16.11`` instead of ``librte<?>.so.<LIBABIVER>``.
185
186
187 ABI versioning
188 --------------
189
190 Versioning Macros
191 ~~~~~~~~~~~~~~~~~
192
193 When a symbol is exported from a library to provide an API, it also provides a
194 calling convention (ABI) that is embodied in its name, return type and
195 arguments. Occasionally that function may need to change to accommodate new
196 functionality or behavior. When that occurs, it is desirable to allow for
197 backward compatibility for a time with older binaries that are dynamically
198 linked to the DPDK.
199
200 To support backward compatibility the ``rte_compat.h``
201 header file provides macros to use when updating exported functions. These
202 macros are used in conjunction with the ``rte_<library>_version.map`` file for
203 a given library to allow multiple versions of a symbol to exist in a shared
204 library so that older binaries need not be immediately recompiled.
205
206 The macros exported are:
207
208 * ``VERSION_SYMBOL(b, e, n)``: Creates a symbol version table entry binding
209   versioned symbol ``b@DPDK_n`` to the internal function ``b_e``.
210
211 * ``BIND_DEFAULT_SYMBOL(b, e, n)``: Creates a symbol version entry instructing
212   the linker to bind references to symbol ``b`` to the internal symbol
213   ``b_e``.
214
215 * ``MAP_STATIC_SYMBOL(f, p)``: Declare the prototype ``f``, and map it to the
216   fully qualified function ``p``, so that if a symbol becomes versioned, it
217   can still be mapped back to the public symbol name.
218
219 Examples of ABI Macro use
220 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
221
222 Updating a public API
223 _____________________
224
225 Assume we have a function as follows
226
227 .. code-block:: c
228
229  /*
230   * Create an acl context object for apps to
231   * manipulate
232   */
233  struct rte_acl_ctx *
234  rte_acl_create(const struct rte_acl_param *param)
235  {
236         ...
237  }
238
239
240 Assume that struct rte_acl_ctx is a private structure, and that a developer
241 wishes to enhance the acl api so that a debugging flag can be enabled on a
242 per-context basis.  This requires an addition to the structure (which, being
243 private, is safe), but it also requires modifying the code as follows
244
245 .. code-block:: c
246
247  /*
248   * Create an acl context object for apps to
249   * manipulate
250   */
251  struct rte_acl_ctx *
252  rte_acl_create(const struct rte_acl_param *param, int debug)
253  {
254         ...
255  }
256
257
258 Note also that, being a public function, the header file prototype must also be
259 changed, as must all the call sites, to reflect the new ABI footprint.  We will
260 maintain previous ABI versions that are accessible only to previously compiled
261 binaries
262
263 The addition of a parameter to the function is ABI breaking as the function is
264 public, and existing application may use it in its current form.  However, the
265 compatibility macros in DPDK allow a developer to use symbol versioning so that
266 multiple functions can be mapped to the same public symbol based on when an
267 application was linked to it.  To see how this is done, we start with the
268 requisite libraries version map file.  Initially the version map file for the
269 acl library looks like this
270
271 .. code-block:: none
272
273    DPDK_2.0 {
274         global:
275
276         rte_acl_add_rules;
277         rte_acl_build;
278         rte_acl_classify;
279         rte_acl_classify_alg;
280         rte_acl_classify_scalar;
281         rte_acl_create;
282         rte_acl_dump;
283         rte_acl_find_existing;
284         rte_acl_free;
285         rte_acl_ipv4vlan_add_rules;
286         rte_acl_ipv4vlan_build;
287         rte_acl_list_dump;
288         rte_acl_reset;
289         rte_acl_reset_rules;
290         rte_acl_set_ctx_classify;
291
292         local: *;
293    };
294
295 This file needs to be modified as follows
296
297 .. code-block:: none
298
299    DPDK_2.0 {
300         global:
301
302         rte_acl_add_rules;
303         rte_acl_build;
304         rte_acl_classify;
305         rte_acl_classify_alg;
306         rte_acl_classify_scalar;
307         rte_acl_create;
308         rte_acl_dump;
309         rte_acl_find_existing;
310         rte_acl_free;
311         rte_acl_ipv4vlan_add_rules;
312         rte_acl_ipv4vlan_build;
313         rte_acl_list_dump;
314         rte_acl_reset;
315         rte_acl_reset_rules;
316         rte_acl_set_ctx_classify;
317
318         local: *;
319    };
320
321    DPDK_2.1 {
322         global:
323         rte_acl_create;
324
325    } DPDK_2.0;
326
327 The addition of the new block tells the linker that a new version node is
328 available (DPDK_2.1), which contains the symbol rte_acl_create, and inherits the
329 symbols from the DPDK_2.0 node.  This list is directly translated into a list of
330 exported symbols when DPDK is compiled as a shared library
331
332 Next, we need to specify in the code which function map to the rte_acl_create
333 symbol at which versions.  First, at the site of the initial symbol definition,
334 we need to update the function so that it is uniquely named, and not in conflict
335 with the public symbol name
336
337 .. code-block:: c
338
339   struct rte_acl_ctx *
340  -rte_acl_create(const struct rte_acl_param *param)
341  +rte_acl_create_v20(const struct rte_acl_param *param)
342  {
343         size_t sz;
344         struct rte_acl_ctx *ctx;
345         ...
346
347 Note that the base name of the symbol was kept intact, as this is conducive to
348 the macros used for versioning symbols.  That is our next step, mapping this new
349 symbol name to the initial symbol name at version node 2.0.  Immediately after
350 the function, we add this line of code
351
352 .. code-block:: c
353
354    VERSION_SYMBOL(rte_acl_create, _v20, 2.0);
355
356 Remembering to also add the rte_compat.h header to the requisite c file where
357 these changes are being made.  The above macro instructs the linker to create a
358 new symbol ``rte_acl_create@DPDK_2.0``, which matches the symbol created in older
359 builds, but now points to the above newly named function.  We have now mapped
360 the original rte_acl_create symbol to the original function (but with a new
361 name)
362
363 Next, we need to create the 2.1 version of the symbol.  We create a new function
364 name, with a different suffix, and  implement it appropriately
365
366 .. code-block:: c
367
368    struct rte_acl_ctx *
369    rte_acl_create_v21(const struct rte_acl_param *param, int debug);
370    {
371         struct rte_acl_ctx *ctx = rte_acl_create_v20(param);
372
373         ctx->debug = debug;
374
375         return ctx;
376    }
377
378 This code serves as our new API call.  Its the same as our old call, but adds
379 the new parameter in place.  Next we need to map this function to the symbol
380 ``rte_acl_create@DPDK_2.1``.  To do this, we modify the public prototype of the call
381 in the header file, adding the macro there to inform all including applications,
382 that on re-link, the default rte_acl_create symbol should point to this
383 function.  Note that we could do this by simply naming the function above
384 rte_acl_create, and the linker would chose the most recent version tag to apply
385 in the version script, but we can also do this in the header file
386
387 .. code-block:: c
388
389    struct rte_acl_ctx *
390    -rte_acl_create(const struct rte_acl_param *param);
391    +rte_acl_create(const struct rte_acl_param *param, int debug);
392    +BIND_DEFAULT_SYMBOL(rte_acl_create, _v21, 2.1);
393
394 The BIND_DEFAULT_SYMBOL macro explicitly tells applications that include this
395 header, to link to the rte_acl_create_v21 function and apply the DPDK_2.1
396 version node to it.  This method is more explicit and flexible than just
397 re-implementing the exact symbol name, and allows for other features (such as
398 linking to the old symbol version by default, when the new ABI is to be opt-in
399 for a period.
400
401 One last thing we need to do.  Note that we've taken what was a public symbol,
402 and duplicated it into two uniquely and differently named symbols.  We've then
403 mapped each of those back to the public symbol ``rte_acl_create`` with different
404 version tags.  This only applies to dynamic linking, as static linking has no
405 notion of versioning.  That leaves this code in a position of no longer having a
406 symbol simply named ``rte_acl_create`` and a static build will fail on that
407 missing symbol.
408
409 To correct this, we can simply map a function of our choosing back to the public
410 symbol in the static build with the ``MAP_STATIC_SYMBOL`` macro.  Generally the
411 assumption is that the most recent version of the symbol is the one you want to
412 map.  So, back in the C file where, immediately after ``rte_acl_create_v21`` is
413 defined, we add this
414
415 .. code-block:: c
416
417    struct rte_acl_ctx *
418    rte_acl_create_v21(const struct rte_acl_param *param, int debug)
419    {
420         ...
421    }
422    MAP_STATIC_SYMBOL(struct rte_acl_ctx *rte_acl_create(const struct rte_acl_param *param, int debug), rte_acl_create_v21);
423
424 That tells the compiler that, when building a static library, any calls to the
425 symbol ``rte_acl_create`` should be linked to ``rte_acl_create_v21``
426
427 That's it, on the next shared library rebuild, there will be two versions of
428 rte_acl_create, an old DPDK_2.0 version, used by previously built applications,
429 and a new DPDK_2.1 version, used by future built applications.
430
431
432 Deprecating part of a public API
433 ________________________________
434
435 Lets assume that you've done the above update, and after a few releases have
436 passed you decide you would like to retire the old version of the function.
437 After having gone through the ABI deprecation announcement process, removal is
438 easy.  Start by removing the symbol from the requisite version map file:
439
440 .. code-block:: none
441
442    DPDK_2.0 {
443         global:
444
445         rte_acl_add_rules;
446         rte_acl_build;
447         rte_acl_classify;
448         rte_acl_classify_alg;
449         rte_acl_classify_scalar;
450         rte_acl_dump;
451  -      rte_acl_create
452         rte_acl_find_existing;
453         rte_acl_free;
454         rte_acl_ipv4vlan_add_rules;
455         rte_acl_ipv4vlan_build;
456         rte_acl_list_dump;
457         rte_acl_reset;
458         rte_acl_reset_rules;
459         rte_acl_set_ctx_classify;
460
461         local: *;
462    };
463
464    DPDK_2.1 {
465         global:
466         rte_acl_create;
467    } DPDK_2.0;
468
469
470 Next remove the corresponding versioned export.
471
472 .. code-block:: c
473
474  -VERSION_SYMBOL(rte_acl_create, _v20, 2.0);
475
476
477 Note that the internal function definition could also be removed, but its used
478 in our example by the newer version _v21, so we leave it in place.  This is a
479 coding style choice.
480
481 Lastly, we need to bump the LIBABIVER number for this library in the Makefile to
482 indicate to applications doing dynamic linking that this is a later, and
483 possibly incompatible library version:
484
485 .. code-block:: c
486
487    -LIBABIVER := 1
488    +LIBABIVER := 2
489
490 Deprecating an entire ABI version
491 _________________________________
492
493 While removing a symbol from and ABI may be useful, it is often more practical
494 to remove an entire version node at once.  If a version node completely
495 specifies an API, then removing part of it, typically makes it incomplete.  In
496 those cases it is better to remove the entire node
497
498 To do this, start by modifying the version map file, such that all symbols from
499 the node to be removed are merged into the next node in the map
500
501 In the case of our map above, it would transform to look as follows
502
503 .. code-block:: none
504
505    DPDK_2.1 {
506         global:
507
508         rte_acl_add_rules;
509         rte_acl_build;
510         rte_acl_classify;
511         rte_acl_classify_alg;
512         rte_acl_classify_scalar;
513         rte_acl_dump;
514         rte_acl_create
515         rte_acl_find_existing;
516         rte_acl_free;
517         rte_acl_ipv4vlan_add_rules;
518         rte_acl_ipv4vlan_build;
519         rte_acl_list_dump;
520         rte_acl_reset;
521         rte_acl_reset_rules;
522         rte_acl_set_ctx_classify;
523
524         local: *;
525  };
526
527 Then any uses of BIND_DEFAULT_SYMBOL that pointed to the old node should be
528 updated to point to the new version node in any header files for all affected
529 symbols.
530
531 .. code-block:: c
532
533  -BIND_DEFAULT_SYMBOL(rte_acl_create, _v20, 2.0);
534  +BIND_DEFAULT_SYMBOL(rte_acl_create, _v21, 2.1);
535
536 Lastly, any VERSION_SYMBOL macros that point to the old version node should be
537 removed, taking care to keep, where need old code in place to support newer
538 versions of the symbol.
539
540
541 Running the ABI Validator
542 -------------------------
543
544 The ``devtools`` directory in the DPDK source tree contains a utility program,
545 ``validate-abi.sh``, for validating the DPDK ABI based on the Linux `ABI
546 Compliance Checker
547 <http://ispras.linuxbase.org/index.php/ABI_compliance_checker>`_.
548
549 This has a dependency on the ``abi-compliance-checker`` and ``and abi-dumper``
550 utilities which can be installed via a package manager. For example::
551
552    sudo yum install abi-compliance-checker
553    sudo yum install abi-dumper
554
555 The syntax of the ``validate-abi.sh`` utility is::
556
557    ./devtools/validate-abi.sh <REV1> <REV2> <TARGET>
558
559 Where ``REV1`` and ``REV2`` are valid gitrevisions(7)
560 https://www.kernel.org/pub/software/scm/git/docs/gitrevisions.html
561 on the local repo and target is the usual DPDK compilation target.
562
563 For example::
564
565    # Check between the previous and latest commit:
566    ./devtools/validate-abi.sh HEAD~1 HEAD x86_64-native-linux-gcc
567
568    # Check between two tags:
569    ./devtools/validate-abi.sh v2.0.0 v2.1.0 x86_64-native-linux-gcc
570
571    # Check between git master and local topic-branch "vhost-hacking":
572    ./devtools/validate-abi.sh master vhost-hacking x86_64-native-linux-gcc
573
574 After the validation script completes (it can take a while since it need to
575 compile both tags) it will create compatibility reports in the
576 ``./compat_report`` directory. Listed incompatibilities can be found as
577 follows::
578
579   grep -lr Incompatible compat_reports/