ac6ee8ac22f448c64c6d33cc7bf4bdfd485e1953
[dpdk.git] / doc / guides / sample_app_ug / performance_thread.rst
1 ..  SPDX-License-Identifier: BSD-3-Clause
2     Copyright(c) 2015 Intel Corporation.
3
4 Performance Thread Sample Application
5 =====================================
6
7 The performance thread sample application is a derivative of the standard L3
8 forwarding application that demonstrates different threading models.
9
10 Overview
11 --------
12 For a general description of the L3 forwarding applications capabilities
13 please refer to the documentation of the standard application in
14 :doc:`l3_forward`.
15
16 The performance thread sample application differs from the standard L3
17 forwarding example in that it divides the TX and RX processing between
18 different threads, and makes it possible to assign individual threads to
19 different cores.
20
21 Three threading models are considered:
22
23 #. When there is one EAL thread per physical core.
24 #. When there are multiple EAL threads per physical core.
25 #. When there are multiple lightweight threads per EAL thread.
26
27 Since DPDK release 2.0 it is possible to launch applications using the
28 ``--lcores`` EAL parameter, specifying cpu-sets for a physical core. With the
29 performance thread sample application its is now also possible to assign
30 individual RX and TX functions to different cores.
31
32 As an alternative to dividing the L3 forwarding work between different EAL
33 threads the performance thread sample introduces the possibility to run the
34 application threads as lightweight threads (L-threads) within one or
35 more EAL threads.
36
37 In order to facilitate this threading model the example includes a primitive
38 cooperative scheduler (L-thread) subsystem. More details of the L-thread
39 subsystem can be found in :ref:`lthread_subsystem`.
40
41 **Note:** Whilst theoretically possible it is not anticipated that multiple
42 L-thread schedulers would be run on the same physical core, this mode of
43 operation should not be expected to yield useful performance and is considered
44 invalid.
45
46 Compiling the Application
47 -------------------------
48
49 To compile the sample application see :doc:`compiling`.
50
51 The application is located in the `performance-thread/l3fwd-thread` sub-directory.
52
53 Running the Application
54 -----------------------
55
56 The application has a number of command line options::
57
58     ./build/l3fwd-thread [EAL options] --
59         -p PORTMASK [-P]
60         --rx(port,queue,lcore,thread)[,(port,queue,lcore,thread)]
61         --tx(lcore,thread)[,(lcore,thread)]
62         [--enable-jumbo] [--max-pkt-len PKTLEN]]  [--no-numa]
63         [--hash-entry-num] [--ipv6] [--no-lthreads] [--stat-lcore lcore]
64         [--parse-ptype]
65
66 Where:
67
68 * ``-p PORTMASK``: Hexadecimal bitmask of ports to configure.
69
70 * ``-P``: optional, sets all ports to promiscuous mode so that packets are
71   accepted regardless of the packet's Ethernet MAC destination address.
72   Without this option, only packets with the Ethernet MAC destination address
73   set to the Ethernet address of the port are accepted.
74
75 * ``--rx (port,queue,lcore,thread)[,(port,queue,lcore,thread)]``: the list of
76   NIC RX ports and queues handled by the RX lcores and threads. The parameters
77   are explained below.
78
79 * ``--tx (lcore,thread)[,(lcore,thread)]``: the list of TX threads identifying
80   the lcore the thread runs on, and the id of RX thread with which it is
81   associated. The parameters are explained below.
82
83 * ``--enable-jumbo``: optional, enables jumbo frames.
84
85 * ``--max-pkt-len``: optional, maximum packet length in decimal (64-9600).
86
87 * ``--no-numa``: optional, disables numa awareness.
88
89 * ``--hash-entry-num``: optional, specifies the hash entry number in hex to be
90   setup.
91
92 * ``--ipv6``: optional, set it if running ipv6 packets.
93
94 * ``--no-lthreads``: optional, disables l-thread model and uses EAL threading
95   model. See below.
96
97 * ``--stat-lcore``: optional, run CPU load stats collector on the specified
98   lcore.
99
100 * ``--parse-ptype:`` optional, set to use software to analyze packet type.
101   Without this option, hardware will check the packet type.
102
103 The parameters of the ``--rx`` and ``--tx`` options are:
104
105 * ``--rx`` parameters
106
107    .. _table_l3fwd_rx_parameters:
108
109    +--------+------------------------------------------------------+
110    | port   | RX port                                              |
111    +--------+------------------------------------------------------+
112    | queue  | RX queue that will be read on the specified RX port  |
113    +--------+------------------------------------------------------+
114    | lcore  | Core to use for the thread                           |
115    +--------+------------------------------------------------------+
116    | thread | Thread id (continuously from 0 to N)                 |
117    +--------+------------------------------------------------------+
118
119
120 * ``--tx`` parameters
121
122    .. _table_l3fwd_tx_parameters:
123
124    +--------+------------------------------------------------------+
125    | lcore  | Core to use for L3 route match and transmit          |
126    +--------+------------------------------------------------------+
127    | thread | Id of RX thread to be associated with this TX thread |
128    +--------+------------------------------------------------------+
129
130 The ``l3fwd-thread`` application allows you to start packet processing in two
131 threading models: L-Threads (default) and EAL Threads (when the
132 ``--no-lthreads`` parameter is used). For consistency all parameters are used
133 in the same way for both models.
134
135
136 Running with L-threads
137 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
138
139 When the L-thread model is used (default option), lcore and thread parameters
140 in ``--rx/--tx`` are used to affinitize threads to the selected scheduler.
141
142 For example, the following places every l-thread on different lcores::
143
144    l3fwd-thread -l 0-7 -n 2 -- -P -p 3 \
145                 --rx="(0,0,0,0)(1,0,1,1)" \
146                 --tx="(2,0)(3,1)"
147
148 The following places RX l-threads on lcore 0 and TX l-threads on lcore 1 and 2
149 and so on::
150
151    l3fwd-thread -l 0-7 -n 2 -- -P -p 3 \
152                 --rx="(0,0,0,0)(1,0,0,1)" \
153                 --tx="(1,0)(2,1)"
154
155
156 Running with EAL threads
157 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
158
159 When the ``--no-lthreads`` parameter is used, the L-threading model is turned
160 off and EAL threads are used for all processing. EAL threads are enumerated in
161 the same way as L-threads, but the ``--lcores`` EAL parameter is used to
162 affinitize threads to the selected cpu-set (scheduler). Thus it is possible to
163 place every RX and TX thread on different lcores.
164
165 For example, the following places every EAL thread on different lcores::
166
167    l3fwd-thread -l 0-7 -n 2 -- -P -p 3 \
168                 --rx="(0,0,0,0)(1,0,1,1)" \
169                 --tx="(2,0)(3,1)" \
170                 --no-lthreads
171
172
173 To affinitize two or more EAL threads to one cpu-set, the EAL ``--lcores``
174 parameter is used.
175
176 The following places RX EAL threads on lcore 0 and TX EAL threads on lcore 1
177 and 2 and so on::
178
179    l3fwd-thread -l 0-7 -n 2 --lcores="(0,1)@0,(2,3)@1" -- -P -p 3 \
180                 --rx="(0,0,0,0)(1,0,1,1)" \
181                 --tx="(2,0)(3,1)" \
182                 --no-lthreads
183
184
185 Examples
186 ~~~~~~~~
187
188 For selected scenarios the command line configuration of the application for L-threads
189 and its corresponding EAL threads command line can be realized as follows:
190
191 a) Start every thread on different scheduler (1:1)::
192
193       l3fwd-thread -l 0-7 -n 2 -- -P -p 3 \
194                    --rx="(0,0,0,0)(1,0,1,1)" \
195                    --tx="(2,0)(3,1)"
196
197    EAL thread equivalent::
198
199       l3fwd-thread -l 0-7 -n 2 -- -P -p 3 \
200                    --rx="(0,0,0,0)(1,0,1,1)" \
201                    --tx="(2,0)(3,1)" \
202                    --no-lthreads
203
204 b) Start all threads on one core (N:1).
205
206    Start 4 L-threads on lcore 0::
207
208       l3fwd-thread -l 0-7 -n 2 -- -P -p 3 \
209                    --rx="(0,0,0,0)(1,0,0,1)" \
210                    --tx="(0,0)(0,1)"
211
212    Start 4 EAL threads on cpu-set 0::
213
214       l3fwd-thread -l 0-7 -n 2 --lcores="(0-3)@0" -- -P -p 3 \
215                    --rx="(0,0,0,0)(1,0,0,1)" \
216                    --tx="(2,0)(3,1)" \
217                    --no-lthreads
218
219 c) Start threads on different cores (N:M).
220
221    Start 2 L-threads for RX on lcore 0, and 2 L-threads for TX on lcore 1::
222
223       l3fwd-thread -l 0-7 -n 2 -- -P -p 3 \
224                    --rx="(0,0,0,0)(1,0,0,1)" \
225                    --tx="(1,0)(1,1)"
226
227    Start 2 EAL threads for RX on cpu-set 0, and 2 EAL threads for TX on
228    cpu-set 1::
229
230       l3fwd-thread -l 0-7 -n 2 --lcores="(0-1)@0,(2-3)@1" -- -P -p 3 \
231                    --rx="(0,0,0,0)(1,0,1,1)" \
232                    --tx="(2,0)(3,1)" \
233                    --no-lthreads
234
235 Explanation
236 -----------
237
238 To a great extent the sample application differs little from the standard L3
239 forwarding application, and readers are advised to familiarize themselves with
240 the material covered in the :doc:`l3_forward` documentation before proceeding.
241
242 The following explanation is focused on the way threading is handled in the
243 performance thread example.
244
245
246 Mode of operation with EAL threads
247 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
248
249 The performance thread sample application has split the RX and TX functionality
250 into two different threads, and the RX and TX threads are
251 interconnected via software rings. With respect to these rings the RX threads
252 are producers and the TX threads are consumers.
253
254 On initialization the TX and RX threads are started according to the command
255 line parameters.
256
257 The RX threads poll the network interface queues and post received packets to a
258 TX thread via a corresponding software ring.
259
260 The TX threads poll software rings, perform the L3 forwarding hash/LPM match,
261 and assemble packet bursts before performing burst transmit on the network
262 interface.
263
264 As with the standard L3 forward application, burst draining of residual packets
265 is performed periodically with the period calculated from elapsed time using
266 the timestamps counter.
267
268 The diagram below illustrates a case with two RX threads and three TX threads.
269
270 .. _figure_performance_thread_1:
271
272 .. figure:: img/performance_thread_1.*
273
274
275 Mode of operation with L-threads
276 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
277
278 Like the EAL thread configuration the application has split the RX and TX
279 functionality into different threads, and the pairs of RX and TX threads are
280 interconnected via software rings.
281
282 On initialization an L-thread scheduler is started on every EAL thread. On all
283 but the master EAL thread only a a dummy L-thread is initially started.
284 The L-thread started on the master EAL thread then spawns other L-threads on
285 different L-thread schedulers according the command line parameters.
286
287 The RX threads poll the network interface queues and post received packets
288 to a TX thread via the corresponding software ring.
289
290 The ring interface is augmented by means of an L-thread condition variable that
291 enables the TX thread to be suspended when the TX ring is empty. The RX thread
292 signals the condition whenever it posts to the TX ring, causing the TX thread
293 to be resumed.
294
295 Additionally the TX L-thread spawns a worker L-thread to take care of
296 polling the software rings, whilst it handles burst draining of the transmit
297 buffer.
298
299 The worker threads poll the software rings, perform L3 route lookup and
300 assemble packet bursts. If the TX ring is empty the worker thread suspends
301 itself by waiting on the condition variable associated with the ring.
302
303 Burst draining of residual packets, less than the burst size, is performed by
304 the TX thread which sleeps (using an L-thread sleep function) and resumes
305 periodically to flush the TX buffer.
306
307 This design means that L-threads that have no work, can yield the CPU to other
308 L-threads and avoid having to constantly poll the software rings.
309
310 The diagram below illustrates a case with two RX threads and three TX functions
311 (each comprising a thread that processes forwarding and a thread that
312 periodically drains the output buffer of residual packets).
313
314 .. _figure_performance_thread_2:
315
316 .. figure:: img/performance_thread_2.*
317
318
319 CPU load statistics
320 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
321
322 It is possible to display statistics showing estimated CPU load on each core.
323 The statistics indicate the percentage of CPU time spent: processing
324 received packets (forwarding), polling queues/rings (waiting for work),
325 and doing any other processing (context switch and other overhead).
326
327 When enabled statistics are gathered by having the application threads set and
328 clear flags when they enter and exit pertinent code sections. The flags are
329 then sampled in real time by a statistics collector thread running on another
330 core. This thread displays the data in real time on the console.
331
332 This feature is enabled by designating a statistics collector core, using the
333 ``--stat-lcore`` parameter.
334
335
336 .. _lthread_subsystem:
337
338 The L-thread subsystem
339 ----------------------
340
341 The L-thread subsystem resides in the examples/performance-thread/common
342 directory and is built and linked automatically when building the
343 ``l3fwd-thread`` example.
344
345 The subsystem provides a simple cooperative scheduler to enable arbitrary
346 functions to run as cooperative threads within a single EAL thread.
347 The subsystem provides a pthread like API that is intended to assist in
348 reuse of legacy code written for POSIX pthreads.
349
350 The following sections provide some detail on the features, constraints,
351 performance and porting considerations when using L-threads.
352
353
354 .. _comparison_between_lthreads_and_pthreads:
355
356 Comparison between L-threads and POSIX pthreads
357 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
358
359 The fundamental difference between the L-thread and pthread models is the
360 way in which threads are scheduled. The simplest way to think about this is to
361 consider the case of a processor with a single CPU. To run multiple threads
362 on a single CPU, the scheduler must frequently switch between the threads,
363 in order that each thread is able to make timely progress.
364 This is the basis of any multitasking operating system.
365
366 This section explores the differences between the pthread model and the
367 L-thread model as implemented in the provided L-thread subsystem. If needed a
368 theoretical discussion of preemptive vs cooperative multi-threading can be
369 found in any good text on operating system design.
370
371
372 Scheduling and context switching
373 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
374
375 The POSIX pthread library provides an application programming interface to
376 create and synchronize threads. Scheduling policy is determined by the host OS,
377 and may be configurable. The OS may use sophisticated rules to determine which
378 thread should be run next, threads may suspend themselves or make other threads
379 ready, and the scheduler may employ a time slice giving each thread a maximum
380 time quantum after which it will be preempted in favor of another thread that
381 is ready to run. To complicate matters further threads may be assigned
382 different scheduling priorities.
383
384 By contrast the L-thread subsystem is considerably simpler. Logically the
385 L-thread scheduler performs the same multiplexing function for L-threads
386 within a single pthread as the OS scheduler does for pthreads within an
387 application process. The L-thread scheduler is simply the main loop of a
388 pthread, and in so far as the host OS is concerned it is a regular pthread
389 just like any other. The host OS is oblivious about the existence of and
390 not at all involved in the scheduling of L-threads.
391
392 The other and most significant difference between the two models is that
393 L-threads are scheduled cooperatively. L-threads cannot not preempt each
394 other, nor can the L-thread scheduler preempt a running L-thread (i.e.
395 there is no time slicing). The consequence is that programs implemented with
396 L-threads must possess frequent rescheduling points, meaning that they must
397 explicitly and of their own volition return to the scheduler at frequent
398 intervals, in order to allow other L-threads an opportunity to proceed.
399
400 In both models switching between threads requires that the current CPU
401 context is saved and a new context (belonging to the next thread ready to run)
402 is restored. With pthreads this context switching is handled transparently
403 and the set of CPU registers that must be preserved between context switches
404 is as per an interrupt handler.
405
406 An L-thread context switch is achieved by the thread itself making a function
407 call to the L-thread scheduler. Thus it is only necessary to preserve the
408 callee registers. The caller is responsible to save and restore any other
409 registers it is using before a function call, and restore them on return,
410 and this is handled by the compiler. For ``X86_64`` on both Linux and BSD the
411 System V calling convention is used, this defines registers RSP, RBP, and
412 R12-R15 as callee-save registers (for more detailed discussion a good reference
413 is `X86 Calling Conventions <https://en.wikipedia.org/wiki/X86_calling_conventions>`_).
414
415 Taking advantage of this, and due to the absence of preemption, an L-thread
416 context switch is achieved with less than 20 load/store instructions.
417
418 The scheduling policy for L-threads is fixed, there is no prioritization of
419 L-threads, all L-threads are equal and scheduling is based on a FIFO
420 ready queue.
421
422 An L-thread is a struct containing the CPU context of the thread
423 (saved on context switch) and other useful items. The ready queue contains
424 pointers to threads that are ready to run. The L-thread scheduler is a simple
425 loop that polls the ready queue, reads from it the next thread ready to run,
426 which it resumes by saving the current context (the current position in the
427 scheduler loop) and restoring the context of the next thread from its thread
428 struct. Thus an L-thread is always resumed at the last place it yielded.
429
430 A well behaved L-thread will call the context switch regularly (at least once
431 in its main loop) thus returning to the scheduler's own main loop. Yielding
432 inserts the current thread at the back of the ready queue, and the process of
433 servicing the ready queue is repeated, thus the system runs by flipping back
434 and forth the between L-threads and scheduler loop.
435
436 In the case of pthreads, the preemptive scheduling, time slicing, and support
437 for thread prioritization means that progress is normally possible for any
438 thread that is ready to run. This comes at the price of a relatively heavier
439 context switch and scheduling overhead.
440
441 With L-threads the progress of any particular thread is determined by the
442 frequency of rescheduling opportunities in the other L-threads. This means that
443 an errant L-thread monopolizing the CPU might cause scheduling of other threads
444 to be stalled. Due to the lower cost of context switching, however, voluntary
445 rescheduling to ensure progress of other threads, if managed sensibly, is not
446 a prohibitive overhead, and overall performance can exceed that of an
447 application using pthreads.
448
449
450 Mutual exclusion
451 ^^^^^^^^^^^^^^^^
452
453 With pthreads preemption means that threads that share data must observe
454 some form of mutual exclusion protocol.
455
456 The fact that L-threads cannot preempt each other means that in many cases
457 mutual exclusion devices can be completely avoided.
458
459 Locking to protect shared data can be a significant bottleneck in
460 multi-threaded applications so a carefully designed cooperatively scheduled
461 program can enjoy significant performance advantages.
462
463 So far we have considered only the simplistic case of a single core CPU,
464 when multiple CPUs are considered things are somewhat more complex.
465
466 First of all it is inevitable that there must be multiple L-thread schedulers,
467 one running on each EAL thread. So long as these schedulers remain isolated
468 from each other the above assertions about the potential advantages of
469 cooperative scheduling hold true.
470
471 A configuration with isolated cooperative schedulers is less flexible than the
472 pthread model where threads can be affinitized to run on any CPU. With isolated
473 schedulers scaling of applications to utilize fewer or more CPUs according to
474 system demand is very difficult to achieve.
475
476 The L-thread subsystem makes it possible for L-threads to migrate between
477 schedulers running on different CPUs. Needless to say if the migration means
478 that threads that share data end up running on different CPUs then this will
479 introduce the need for some kind of mutual exclusion system.
480
481 Of course ``rte_ring`` software rings can always be used to interconnect
482 threads running on different cores, however to protect other kinds of shared
483 data structures, lock free constructs or else explicit locking will be
484 required. This is a consideration for the application design.
485
486 In support of this extended functionality, the L-thread subsystem implements
487 thread safe mutexes and condition variables.
488
489 The cost of affinitizing and of condition variable signaling is significantly
490 lower than the equivalent pthread operations, and so applications using these
491 features will see a performance benefit.
492
493
494 Thread local storage
495 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
496
497 As with applications written for pthreads an application written for L-threads
498 can take advantage of thread local storage, in this case local to an L-thread.
499 An application may save and retrieve a single pointer to application data in
500 the L-thread struct.
501
502 For legacy and backward compatibility reasons two alternative methods are also
503 offered, the first is modeled directly on the pthread get/set specific APIs,
504 the second approach is modeled on the ``RTE_PER_LCORE`` macros, whereby
505 ``PER_LTHREAD`` macros are introduced, in both cases the storage is local to
506 the L-thread.
507
508
509 .. _constraints_and_performance_implications:
510
511 Constraints and performance implications when using L-threads
512 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
513
514
515 .. _API_compatibility:
516
517 API compatibility
518 ^^^^^^^^^^^^^^^^^
519
520 The L-thread subsystem provides a set of functions that are logically equivalent
521 to the corresponding functions offered by the POSIX pthread library, however not
522 all pthread functions have a corresponding L-thread equivalent, and not all
523 features available to pthreads are implemented for L-threads.
524
525 The pthread library offers considerable flexibility via programmable attributes
526 that can be associated with threads, mutexes, and condition variables.
527
528 By contrast the L-thread subsystem has fixed functionality, the scheduler policy
529 cannot be varied, and L-threads cannot be prioritized. There are no variable
530 attributes associated with any L-thread objects. L-threads, mutexes and
531 conditional variables, all have fixed functionality. (Note: reserved parameters
532 are included in the APIs to facilitate possible future support for attributes).
533
534 The table below lists the pthread and equivalent L-thread APIs with notes on
535 differences and/or constraints. Where there is no L-thread entry in the table,
536 then the L-thread subsystem provides no equivalent function.
537
538 .. _table_lthread_pthread:
539
540 .. table:: Pthread and equivalent L-thread APIs.
541
542    +----------------------------+------------------------+-------------------+
543    | **Pthread function**       | **L-thread function**  | **Notes**         |
544    +============================+========================+===================+
545    | pthread_barrier_destroy    |                        |                   |
546    +----------------------------+------------------------+-------------------+
547    | pthread_barrier_init       |                        |                   |
548    +----------------------------+------------------------+-------------------+
549    | pthread_barrier_wait       |                        |                   |
550    +----------------------------+------------------------+-------------------+
551    | pthread_cond_broadcast     | lthread_cond_broadcast | See note 1        |
552    +----------------------------+------------------------+-------------------+
553    | pthread_cond_destroy       | lthread_cond_destroy   |                   |
554    +----------------------------+------------------------+-------------------+
555    | pthread_cond_init          | lthread_cond_init      |                   |
556    +----------------------------+------------------------+-------------------+
557    | pthread_cond_signal        | lthread_cond_signal    | See note 1        |
558    +----------------------------+------------------------+-------------------+
559    | pthread_cond_timedwait     |                        |                   |
560    +----------------------------+------------------------+-------------------+
561    | pthread_cond_wait          | lthread_cond_wait      | See note 5        |
562    +----------------------------+------------------------+-------------------+
563    | pthread_create             | lthread_create         | See notes 2, 3    |
564    +----------------------------+------------------------+-------------------+
565    | pthread_detach             | lthread_detach         | See note 4        |
566    +----------------------------+------------------------+-------------------+
567    | pthread_equal              |                        |                   |
568    +----------------------------+------------------------+-------------------+
569    | pthread_exit               | lthread_exit           |                   |
570    +----------------------------+------------------------+-------------------+
571    | pthread_getspecific        | lthread_getspecific    |                   |
572    +----------------------------+------------------------+-------------------+
573    | pthread_getcpuclockid      |                        |                   |
574    +----------------------------+------------------------+-------------------+
575    | pthread_join               | lthread_join           |                   |
576    +----------------------------+------------------------+-------------------+
577    | pthread_key_create         | lthread_key_create     |                   |
578    +----------------------------+------------------------+-------------------+
579    | pthread_key_delete         | lthread_key_delete     |                   |
580    +----------------------------+------------------------+-------------------+
581    | pthread_mutex_destroy      | lthread_mutex_destroy  |                   |
582    +----------------------------+------------------------+-------------------+
583    | pthread_mutex_init         | lthread_mutex_init     |                   |
584    +----------------------------+------------------------+-------------------+
585    | pthread_mutex_lock         | lthread_mutex_lock     | See note 6        |
586    +----------------------------+------------------------+-------------------+
587    | pthread_mutex_trylock      | lthread_mutex_trylock  | See note 6        |
588    +----------------------------+------------------------+-------------------+
589    | pthread_mutex_timedlock    |                        |                   |
590    +----------------------------+------------------------+-------------------+
591    | pthread_mutex_unlock       | lthread_mutex_unlock   |                   |
592    +----------------------------+------------------------+-------------------+
593    | pthread_once               |                        |                   |
594    +----------------------------+------------------------+-------------------+
595    | pthread_rwlock_destroy     |                        |                   |
596    +----------------------------+------------------------+-------------------+
597    | pthread_rwlock_init        |                        |                   |
598    +----------------------------+------------------------+-------------------+
599    | pthread_rwlock_rdlock      |                        |                   |
600    +----------------------------+------------------------+-------------------+
601    | pthread_rwlock_timedrdlock |                        |                   |
602    +----------------------------+------------------------+-------------------+
603    | pthread_rwlock_timedwrlock |                        |                   |
604    +----------------------------+------------------------+-------------------+
605    | pthread_rwlock_tryrdlock   |                        |                   |
606    +----------------------------+------------------------+-------------------+
607    | pthread_rwlock_trywrlock   |                        |                   |
608    +----------------------------+------------------------+-------------------+
609    | pthread_rwlock_unlock      |                        |                   |
610    +----------------------------+------------------------+-------------------+
611    | pthread_rwlock_wrlock      |                        |                   |
612    +----------------------------+------------------------+-------------------+
613    | pthread_self               | lthread_current        |                   |
614    +----------------------------+------------------------+-------------------+
615    | pthread_setspecific        | lthread_setspecific    |                   |
616    +----------------------------+------------------------+-------------------+
617    | pthread_spin_init          |                        | See note 10       |
618    +----------------------------+------------------------+-------------------+
619    | pthread_spin_destroy       |                        | See note 10       |
620    +----------------------------+------------------------+-------------------+
621    | pthread_spin_lock          |                        | See note 10       |
622    +----------------------------+------------------------+-------------------+
623    | pthread_spin_trylock       |                        | See note 10       |
624    +----------------------------+------------------------+-------------------+
625    | pthread_spin_unlock        |                        | See note 10       |
626    +----------------------------+------------------------+-------------------+
627    | pthread_cancel             | lthread_cancel         |                   |
628    +----------------------------+------------------------+-------------------+
629    | pthread_setcancelstate     |                        |                   |
630    +----------------------------+------------------------+-------------------+
631    | pthread_setcanceltype      |                        |                   |
632    +----------------------------+------------------------+-------------------+
633    | pthread_testcancel         |                        |                   |
634    +----------------------------+------------------------+-------------------+
635    | pthread_getschedparam      |                        |                   |
636    +----------------------------+------------------------+-------------------+
637    | pthread_setschedparam      |                        |                   |
638    +----------------------------+------------------------+-------------------+
639    | pthread_yield              | lthread_yield          | See note 7        |
640    +----------------------------+------------------------+-------------------+
641    | pthread_setaffinity_np     | lthread_set_affinity   | See notes 2, 3, 8 |
642    +----------------------------+------------------------+-------------------+
643    |                            | lthread_sleep          | See note 9        |
644    +----------------------------+------------------------+-------------------+
645    |                            | lthread_sleep_clks     | See note 9        |
646    +----------------------------+------------------------+-------------------+
647
648
649 **Note 1**:
650
651 Neither lthread signal nor broadcast may be called concurrently by L-threads
652 running on different schedulers, although multiple L-threads running in the
653 same scheduler may freely perform signal or broadcast operations. L-threads
654 running on the same or different schedulers may always safely wait on a
655 condition variable.
656
657
658 **Note 2**:
659
660 Pthread attributes may be used to affinitize a pthread with a cpu-set. The
661 L-thread subsystem does not support a cpu-set. An L-thread may be affinitized
662 only with a single CPU at any time.
663
664
665 **Note 3**:
666
667 If an L-thread is intended to run on a different NUMA node than the node that
668 creates the thread then, when calling ``lthread_create()`` it is advantageous
669 to specify the destination core as a parameter of ``lthread_create()``. See
670 :ref:`memory_allocation_and_NUMA_awareness` for details.
671
672
673 **Note 4**:
674
675 An L-thread can only detach itself, and cannot detach other L-threads.
676
677
678 **Note 5**:
679
680 A wait operation on a pthread condition variable is always associated with and
681 protected by a mutex which must be owned by the thread at the time it invokes
682 ``pthread_wait()``. By contrast L-thread condition variables are thread safe
683 (for waiters) and do not use an associated mutex. Multiple L-threads (including
684 L-threads running on other schedulers) can safely wait on a L-thread condition
685 variable. As a consequence the performance of an L-thread condition variables
686 is typically an order of magnitude faster than its pthread counterpart.
687
688
689 **Note 6**:
690
691 Recursive locking is not supported with L-threads, attempts to take a lock
692 recursively will be detected and rejected.
693
694
695 **Note 7**:
696
697 ``lthread_yield()`` will save the current context, insert the current thread
698 to the back of the ready queue, and resume the next ready thread. Yielding
699 increases ready queue backlog, see :ref:`ready_queue_backlog` for more details
700 about the implications of this.
701
702
703 N.B. The context switch time as measured from immediately before the call to
704 ``lthread_yield()`` to the point at which the next ready thread is resumed,
705 can be an order of magnitude faster that the same measurement for
706 pthread_yield.
707
708
709 **Note 8**:
710
711 ``lthread_set_affinity()`` is similar to a yield apart from the fact that the
712 yielding thread is inserted into a peer ready queue of another scheduler.
713 The peer ready queue is actually a separate thread safe queue, which means that
714 threads appearing in the peer ready queue can jump any backlog in the local
715 ready queue on the destination scheduler.
716
717 The context switch time as measured from the time just before the call to
718 ``lthread_set_affinity()`` to just after the same thread is resumed on the new
719 scheduler can be orders of magnitude faster than the same measurement for
720 ``pthread_setaffinity_np()``.
721
722
723 **Note 9**:
724
725 Although there is no ``pthread_sleep()`` function, ``lthread_sleep()`` and
726 ``lthread_sleep_clks()`` can be used wherever ``sleep()``, ``usleep()`` or
727 ``nanosleep()`` might ordinarily be used. The L-thread sleep functions suspend
728 the current thread, start an ``rte_timer`` and resume the thread when the
729 timer matures. The ``rte_timer_manage()`` entry point is called on every pass
730 of the scheduler loop. This means that the worst case jitter on timer expiry
731 is determined by the longest period between context switches of any running
732 L-threads.
733
734 In a synthetic test with many threads sleeping and resuming then the measured
735 jitter is typically orders of magnitude lower than the same measurement made
736 for ``nanosleep()``.
737
738
739 **Note 10**:
740
741 Spin locks are not provided because they are problematical in a cooperative
742 environment, see :ref:`porting_locks_and_spinlocks` for a more detailed
743 discussion on how to avoid spin locks.
744
745
746 .. _Thread_local_storage_performance:
747
748 Thread local storage
749 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
750
751 Of the three L-thread local storage options the simplest and most efficient is
752 storing a single application data pointer in the L-thread struct.
753
754 The ``PER_LTHREAD`` macros involve a run time computation to obtain the address
755 of the variable being saved/retrieved and also require that the accesses are
756 de-referenced  via a pointer. This means that code that has used
757 ``RTE_PER_LCORE`` macros being ported to L-threads might need some slight
758 adjustment (see :ref:`porting_thread_local_storage` for hints about porting
759 code that makes use of thread local storage).
760
761 The get/set specific APIs are consistent with their pthread counterparts both
762 in use and in performance.
763
764
765 .. _memory_allocation_and_NUMA_awareness:
766
767 Memory allocation and NUMA awareness
768 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
769
770 All memory allocation is from DPDK huge pages, and is NUMA aware. Each
771 scheduler maintains its own caches of objects: lthreads, their stacks, TLS,
772 mutexes and condition variables. These caches are implemented as unbounded lock
773 free MPSC queues. When objects are created they are always allocated from the
774 caches on the local core (current EAL thread).
775
776 If an L-thread has been affinitized to a different scheduler, then it can
777 always safely free resources to the caches from which they originated (because
778 the caches are MPSC queues).
779
780 If the L-thread has been affinitized to a different NUMA node then the memory
781 resources associated with it may incur longer access latency.
782
783 The commonly used pattern of setting affinity on entry to a thread after it has
784 started, means that memory allocation for both the stack and TLS will have been
785 made from caches on the NUMA node on which the threads creator is running.
786 This has the side effect that access latency will be sub-optimal after
787 affinitizing.
788
789 This side effect can be mitigated to some extent (although not completely) by
790 specifying the destination CPU as a parameter of ``lthread_create()`` this
791 causes the L-thread's stack and TLS to be allocated when it is first scheduled
792 on the destination scheduler, if the destination is a on another NUMA node it
793 results in a more optimal memory allocation.
794
795 Note that the lthread struct itself remains allocated from memory on the
796 creating node, this is unavoidable because an L-thread is known everywhere by
797 the address of this struct.
798
799
800 .. _object_cache_sizing:
801
802 Object cache sizing
803 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
804
805 The per lcore object caches pre-allocate objects in bulk whenever a request to
806 allocate an object finds a cache empty. By default 100 objects are
807 pre-allocated, this is defined by ``LTHREAD_PREALLOC`` in the public API
808 header file lthread_api.h. This means that the caches constantly grow to meet
809 system demand.
810
811 In the present implementation there is no mechanism to reduce the cache sizes
812 if system demand reduces. Thus the caches will remain at their maximum extent
813 indefinitely.
814
815 A consequence of the bulk pre-allocation of objects is that every 100 (default
816 value) additional new object create operations results in a call to
817 ``rte_malloc()``. For creation of objects such as L-threads, which trigger the
818 allocation of even more objects (i.e. their stacks and TLS) then this can
819 cause outliers in scheduling performance.
820
821 If this is a problem the simplest mitigation strategy is to dimension the
822 system, by setting the bulk object pre-allocation size to some large number
823 that you do not expect to be exceeded. This means the caches will be populated
824 once only, the very first time a thread is created.
825
826
827 .. _Ready_queue_backlog:
828
829 Ready queue backlog
830 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
831
832 One of the more subtle performance considerations is managing the ready queue
833 backlog. The fewer threads that are waiting in the ready queue then the faster
834 any particular thread will get serviced.
835
836 In a naive L-thread application with N L-threads simply looping and yielding,
837 this backlog will always be equal to the number of L-threads, thus the cost of
838 a yield to a particular L-thread will be N times the context switch time.
839
840 This side effect can be mitigated by arranging for threads to be suspended and
841 wait to be resumed, rather than polling for work by constantly yielding.
842 Blocking on a mutex or condition variable or even more obviously having a
843 thread sleep if it has a low frequency workload are all mechanisms by which a
844 thread can be excluded from the ready queue until it really does need to be
845 run. This can have a significant positive impact on performance.
846
847
848 .. _Initialization_and_shutdown_dependencies:
849
850 Initialization, shutdown and dependencies
851 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
852
853 The L-thread subsystem depends on DPDK for huge page allocation and depends on
854 the ``rte_timer subsystem``. The DPDK EAL initialization and
855 ``rte_timer_subsystem_init()`` **MUST** be completed before the L-thread sub
856 system can be used.
857
858 Thereafter initialization of the L-thread subsystem is largely transparent to
859 the application. Constructor functions ensure that global variables are properly
860 initialized. Other than global variables each scheduler is initialized
861 independently the first time that an L-thread is created by a particular EAL
862 thread.
863
864 If the schedulers are to be run as isolated and independent schedulers, with
865 no intention that L-threads running on different schedulers will migrate between
866 schedulers or synchronize with L-threads running on other schedulers, then
867 initialization consists simply of creating an L-thread, and then running the
868 L-thread scheduler.
869
870 If there will be interaction between L-threads running on different schedulers,
871 then it is important that the starting of schedulers on different EAL threads
872 is synchronized.
873
874 To achieve this an additional initialization step is necessary, this is simply
875 to set the number of schedulers by calling the API function
876 ``lthread_num_schedulers_set(n)``, where ``n`` is the number of EAL threads
877 that will run L-thread schedulers. Setting the number of schedulers to a
878 number greater than 0 will cause all schedulers to wait until the others have
879 started before beginning to schedule L-threads.
880
881 The L-thread scheduler is started by calling the function ``lthread_run()``
882 and should be called from the EAL thread and thus become the main loop of the
883 EAL thread.
884
885 The function ``lthread_run()``, will not return until all threads running on
886 the scheduler have exited, and the scheduler has been explicitly stopped by
887 calling ``lthread_scheduler_shutdown(lcore)`` or
888 ``lthread_scheduler_shutdown_all()``.
889
890 All these function do is tell the scheduler that it can exit when there are no
891 longer any running L-threads, neither function forces any running L-thread to
892 terminate. Any desired application shutdown behavior must be designed and
893 built into the application to ensure that L-threads complete in a timely
894 manner.
895
896 **Important Note:** It is assumed when the scheduler exits that the application
897 is terminating for good, the scheduler does not free resources before exiting
898 and running the scheduler a subsequent time will result in undefined behavior.
899
900
901 .. _porting_legacy_code_to_run_on_lthreads:
902
903 Porting legacy code to run on L-threads
904 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
905
906 Legacy code originally written for a pthread environment may be ported to
907 L-threads if the considerations about differences in scheduling policy, and
908 constraints discussed in the previous sections can be accommodated.
909
910 This section looks in more detail at some of the issues that may have to be
911 resolved when porting code.
912
913
914 .. _pthread_API_compatibility:
915
916 pthread API compatibility
917 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
918
919 The first step is to establish exactly which pthread APIs the legacy
920 application uses, and to understand the requirements of those APIs. If there
921 are corresponding L-lthread APIs, and where the default pthread functionality
922 is used by the application then, notwithstanding the other issues discussed
923 here, it should be feasible to run the application with L-threads. If the
924 legacy code modifies the default behavior using attributes then if may be
925 necessary to make some adjustments to eliminate those requirements.
926
927
928 .. _blocking_system_calls:
929
930 Blocking system API calls
931 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
932
933 It is important to understand what other system services the application may be
934 using, bearing in mind that in a cooperatively scheduled environment a thread
935 cannot block without stalling the scheduler and with it all other cooperative
936 threads. Any kind of blocking system call, for example file or socket IO, is a
937 potential problem, a good tool to analyze the application for this purpose is
938 the ``strace`` utility.
939
940 There are many strategies to resolve these kind of issues, each with it
941 merits. Possible solutions include:
942
943 * Adopting a polled mode of the system API concerned (if available).
944
945 * Arranging for another core to perform the function and synchronizing with
946   that core via constructs that will not block the L-thread.
947
948 * Affinitizing the thread to another scheduler devoted (as a matter of policy)
949   to handling threads wishing to make blocking calls, and then back again when
950   finished.
951
952
953 .. _porting_locks_and_spinlocks:
954
955 Locks and spinlocks
956 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
957
958 Locks and spinlocks are another source of blocking behavior that for the same
959 reasons as system calls will need to be addressed.
960
961 If the application design ensures that the contending L-threads will always
962 run on the same scheduler then it its probably safe to remove locks and spin
963 locks completely.
964
965 The only exception to the above rule is if for some reason the
966 code performs any kind of context switch whilst holding the lock
967 (e.g. yield, sleep, or block on a different lock, or on a condition variable).
968 This will need to determined before deciding to eliminate a lock.
969
970 If a lock cannot be eliminated then an L-thread mutex can be substituted for
971 either kind of lock.
972
973 An L-thread blocking on an L-thread mutex will be suspended and will cause
974 another ready L-thread to be resumed, thus not blocking the scheduler. When
975 default behavior is required, it can be used as a direct replacement for a
976 pthread mutex lock.
977
978 Spin locks are typically used when lock contention is likely to be rare and
979 where the period during which the lock may be held is relatively short.
980 When the contending L-threads are running on the same scheduler then an
981 L-thread blocking on a spin lock will enter an infinite loop stopping the
982 scheduler completely (see :ref:`porting_infinite_loops` below).
983
984 If the application design ensures that contending L-threads will always run
985 on different schedulers then it might be reasonable to leave a short spin lock
986 that rarely experiences contention in place.
987
988 If after all considerations it appears that a spin lock can neither be
989 eliminated completely, replaced with an L-thread mutex, or left in place as
990 is, then an alternative is to loop on a flag, with a call to
991 ``lthread_yield()`` inside the loop (n.b. if the contending L-threads might
992 ever run on different schedulers the flag will need to be manipulated
993 atomically).
994
995 Spinning and yielding is the least preferred solution since it introduces
996 ready queue backlog (see also :ref:`ready_queue_backlog`).
997
998
999 .. _porting_sleeps_and_delays:
1000
1001 Sleeps and delays
1002 ^^^^^^^^^^^^^^^^^
1003
1004 Yet another kind of blocking behavior (albeit momentary) are delay functions
1005 like ``sleep()``, ``usleep()``, ``nanosleep()`` etc. All will have the
1006 consequence of stalling the L-thread scheduler and unless the delay is very
1007 short (e.g. a very short nanosleep) calls to these functions will need to be
1008 eliminated.
1009
1010 The simplest mitigation strategy is to use the L-thread sleep API functions,
1011 of which two variants exist, ``lthread_sleep()`` and ``lthread_sleep_clks()``.
1012 These functions start an rte_timer against the L-thread, suspend the L-thread
1013 and cause another ready L-thread to be resumed. The suspended L-thread is
1014 resumed when the rte_timer matures.
1015
1016
1017 .. _porting_infinite_loops:
1018
1019 Infinite loops
1020 ^^^^^^^^^^^^^^
1021
1022 Some applications have threads with loops that contain no inherent
1023 rescheduling opportunity, and rely solely on the OS time slicing to share
1024 the CPU. In a cooperative environment this will stop everything dead. These
1025 kind of loops are not hard to identify, in a debug session you will find the
1026 debugger is always stopping in the same loop.
1027
1028 The simplest solution to this kind of problem is to insert an explicit
1029 ``lthread_yield()`` or ``lthread_sleep()`` into the loop. Another solution
1030 might be to include the function performed by the loop into the execution path
1031 of some other loop that does in fact yield, if this is possible.
1032
1033
1034 .. _porting_thread_local_storage:
1035
1036 Thread local storage
1037 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1038
1039 If the application uses thread local storage, the use case should be
1040 studied carefully.
1041
1042 In a legacy pthread application either or both the ``__thread`` prefix, or the
1043 pthread set/get specific APIs may have been used to define storage local to a
1044 pthread.
1045
1046 In some applications it may be a reasonable assumption that the data could
1047 or in fact most likely should be placed in L-thread local storage.
1048
1049 If the application (like many DPDK applications) has assumed a certain
1050 relationship between a pthread and the CPU to which it is affinitized, there
1051 is a risk that thread local storage may have been used to save some data items
1052 that are correctly logically associated with the CPU, and others items which
1053 relate to application context for the thread. Only a good understanding of the
1054 application will reveal such cases.
1055
1056 If the application requires an that an L-thread is to be able to move between
1057 schedulers then care should be taken to separate these kinds of data, into per
1058 lcore, and per L-thread storage. In this way a migrating thread will bring with
1059 it the local data it needs, and pick up the new logical core specific values
1060 from pthread local storage at its new home.
1061
1062
1063 .. _pthread_shim:
1064
1065 Pthread shim
1066 ~~~~~~~~~~~~
1067
1068 A convenient way to get something working with legacy code can be to use a
1069 shim that adapts pthread API calls to the corresponding L-thread ones.
1070 This approach will not mitigate any of the porting considerations mentioned
1071 in the previous sections, but it will reduce the amount of code churn that
1072 would otherwise been involved. It is a reasonable approach to evaluate
1073 L-threads, before investing effort in porting to the native L-thread APIs.
1074
1075
1076 Overview
1077 ^^^^^^^^
1078 The L-thread subsystem includes an example pthread shim. This is a partial
1079 implementation but does contain the API stubs needed to get basic applications
1080 running. There is a simple "hello world" application that demonstrates the
1081 use of the pthread shim.
1082
1083 A subtlety of working with a shim is that the application will still need
1084 to make use of the genuine pthread library functions, at the very least in
1085 order to create the EAL threads in which the L-thread schedulers will run.
1086 This is the case with DPDK initialization, and exit.
1087
1088 To deal with the initialization and shutdown scenarios, the shim is capable of
1089 switching on or off its adaptor functionality, an application can control this
1090 behavior by the calling the function ``pt_override_set()``. The default state
1091 is disabled.
1092
1093 The pthread shim uses the dynamic linker loader and saves the loaded addresses
1094 of the genuine pthread API functions in an internal table, when the shim
1095 functionality is enabled it performs the adaptor function, when disabled it
1096 invokes the genuine pthread function.
1097
1098 The function ``pthread_exit()`` has additional special handling. The standard
1099 system header file pthread.h declares ``pthread_exit()`` with
1100 ``__attribute__((noreturn))`` this is an optimization that is possible because
1101 the pthread is terminating and this enables the compiler to omit the normal
1102 handling of stack and protection of registers since the function is not
1103 expected to return, and in fact the thread is being destroyed. These
1104 optimizations are applied in both the callee and the caller of the
1105 ``pthread_exit()`` function.
1106
1107 In our cooperative scheduling environment this behavior is inadmissible. The
1108 pthread is the L-thread scheduler thread, and, although an L-thread is
1109 terminating, there must be a return to the scheduler in order that the system
1110 can continue to run. Further, returning from a function with attribute
1111 ``noreturn`` is invalid and may result in undefined behavior.
1112
1113 The solution is to redefine the ``pthread_exit`` function with a macro,
1114 causing it to be mapped to a stub function in the shim that does not have the
1115 ``noreturn`` attribute. This macro is defined in the file
1116 ``pthread_shim.h``. The stub function is otherwise no different than any of
1117 the other stub functions in the shim, and will switch between the real
1118 ``pthread_exit()`` function or the ``lthread_exit()`` function as
1119 required. The only difference is that the mapping to the stub by macro
1120 substitution.
1121
1122 A consequence of this is that the file ``pthread_shim.h`` must be included in
1123 legacy code wishing to make use of the shim. It also means that dynamic
1124 linkage of a pre-compiled binary that did not include pthread_shim.h is not be
1125 supported.
1126
1127 Given the requirements for porting legacy code outlined in
1128 :ref:`porting_legacy_code_to_run_on_lthreads` most applications will require at
1129 least some minimal adjustment and recompilation to run on L-threads so
1130 pre-compiled binaries are unlikely to be met in practice.
1131
1132 In summary the shim approach adds some overhead but can be a useful tool to help
1133 establish the feasibility of a code reuse project. It is also a fairly
1134 straightforward task to extend the shim if necessary.
1135
1136 **Note:** Bearing in mind the preceding discussions about the impact of making
1137 blocking calls then switching the shim in and out on the fly to invoke any
1138 pthread API this might block is something that should typically be avoided.
1139
1140
1141 Building and running the pthread shim
1142 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1143
1144 The shim example application is located in the sample application
1145 in the performance-thread folder
1146
1147 To build and run the pthread shim example
1148
1149 #. Go to the example applications folder
1150
1151    .. code-block:: console
1152
1153        export RTE_SDK=/path/to/rte_sdk
1154        cd ${RTE_SDK}/examples/performance-thread/pthread_shim
1155
1156
1157 #. Set the target (a default target is used if not specified). For example:
1158
1159    .. code-block:: console
1160
1161        export RTE_TARGET=x86_64-native-linux-gcc
1162
1163    See the DPDK Getting Started Guide for possible RTE_TARGET values.
1164
1165 #. Build the application:
1166
1167    .. code-block:: console
1168
1169        make
1170
1171 #. To run the pthread_shim example
1172
1173    .. code-block:: console
1174
1175        lthread-pthread-shim -c core_mask -n number_of_channels
1176
1177 .. _lthread_diagnostics:
1178
1179 L-thread Diagnostics
1180 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1181
1182 When debugging you must take account of the fact that the L-threads are run in
1183 a single pthread. The current scheduler is defined by
1184 ``RTE_PER_LCORE(this_sched)``, and the current lthread is stored at
1185 ``RTE_PER_LCORE(this_sched)->current_lthread``. Thus on a breakpoint in a GDB
1186 session the current lthread can be obtained by displaying the pthread local
1187 variable ``per_lcore_this_sched->current_lthread``.
1188
1189 Another useful diagnostic feature is the possibility to trace significant
1190 events in the life of an L-thread, this feature is enabled by changing the
1191 value of LTHREAD_DIAG from 0 to 1 in the file ``lthread_diag_api.h``.
1192
1193 Tracing of events can be individually masked, and the mask may be programmed
1194 at run time. An unmasked event results in a callback that provides information
1195 about the event. The default callback simply prints trace information. The
1196 default mask is 0 (all events off) the mask can be modified by calling the
1197 function ``lthread_diagniostic_set_mask()``.
1198
1199 It is possible register a user callback function to implement more
1200 sophisticated diagnostic functions.
1201 Object creation events (lthread, mutex, and condition variable) accept, and
1202 store in the created object, a user supplied reference value returned by the
1203 callback function.
1204
1205 The lthread reference value is passed back in all subsequent event callbacks,
1206 the mutex and APIs are provided to retrieve the reference value from
1207 mutexes and condition variables. This enables a user to monitor, count, or
1208 filter for specific events, on specific objects, for example to monitor for a
1209 specific thread signaling a specific condition variable, or to monitor
1210 on all timer events, the possibilities and combinations are endless.
1211
1212 The callback function can be set by calling the function
1213 ``lthread_diagnostic_enable()`` supplying a callback function pointer and an
1214 event mask.
1215
1216 Setting ``LTHREAD_DIAG`` also enables counting of statistics about cache and
1217 queue usage, and these statistics can be displayed by calling the function
1218 ``lthread_diag_stats_display()``. This function also performs a consistency
1219 check on the caches and queues. The function should only be called from the
1220 master EAL thread after all slave threads have stopped and returned to the C
1221 main program, otherwise the consistency check will fail.