source: libcfa/src/concurrency/io/setup.cfa @ 594e1db

ADTast-experimentalpthread-emulation
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[3e2b9c9]1//
2// Cforall Version 1.0.0 Copyright (C) 2020 University of Waterloo
3//
4// The contents of this file are covered under the licence agreement in the
5// file "LICENCE" distributed with Cforall.
6//
7// io/setup.cfa --
8//
9// Author           : Thierry Delisle
10// Created On       : Fri Jul 31 16:25:51 2020
11// Last Modified By :
12// Last Modified On :
13// Update Count     :
14//
15
16#define __cforall_thread__
[43784ac]17#define _GNU_SOURCE
[3e2b9c9]18
[80444bb]19#if defined(__CFA_DEBUG__)
20        // #define __CFA_DEBUG_PRINT_IO__
21        // #define __CFA_DEBUG_PRINT_IO_CORE__
22#endif
23
[3e2b9c9]24#include "io/types.hfa"
[c44d652]25#include "kernel.hfa"
[3e2b9c9]26
27#if !defined(CFA_HAVE_LINUX_IO_URING_H)
[108345a]28        void ?{}(io_context_params & this) libcfa_public {}
[f277633e]29
[8bee858]30        void  ?{}(io_context$ & this, struct cluster & cl) {}
31        void ^?{}(io_context$ & this) {}
[3e2b9c9]32
[f815c46]33        void __cfa_io_start( processor * proc ) {}
[18f7858]34        bool __cfa_io_flush( processor * proc ) { return false; }
[7425720]35        bool __cfa_io_drain( processor * proc ) __attribute__((nonnull (1))) { return false; }
36        void __cfa_io_idle ( processor * ) __attribute__((nonnull (1))) {}
[f815c46]37        void __cfa_io_stop ( processor * proc ) {}
38
[8bee858]39        io_arbiter$ * create(void) { return 0p; }
40        void destroy(io_arbiter$ *) {}
[b7664a03]41
[3e2b9c9]42#else
[bfb9bf5]43#pragma GCC diagnostic push
44#pragma GCC diagnostic ignored "-Waddress-of-packed-member"
[3e2b9c9]45        #include <errno.h>
46        #include <stdint.h>
47        #include <string.h>
48        #include <signal.h>
49        #include <unistd.h>
50
51        extern "C" {
52                #include <pthread.h>
53                #include <sys/epoll.h>
[426f60c]54                #include <sys/eventfd.h>
[3e2b9c9]55                #include <sys/mman.h>
56                #include <sys/syscall.h>
57
58                #include <linux/io_uring.h>
59        }
60
61        #include "bitmanip.hfa"
[b0d0285]62        #include "fstream.hfa"
[708ae38]63        #include "kernel/private.hfa"
[78a580d]64        #include "limits.hfa"
[3e2b9c9]65        #include "thread.hfa"
[bfb9bf5]66#pragma GCC diagnostic pop
[3e2b9c9]67
[108345a]68        void ?{}(io_context_params & this) libcfa_public {
[3e2b9c9]69                this.num_entries = 256;
70        }
71
72        static void * __io_poller_slow( void * arg );
73
74        // Weirdly, some systems that do support io_uring don't actually define these
75        #ifdef __alpha__
76                /*
77                * alpha is the only exception, all other architectures
78                * have common numbers for new system calls.
79                */
80                #ifndef __NR_io_uring_setup
81                        #define __NR_io_uring_setup           535
82                #endif
83                #ifndef __NR_io_uring_enter
84                        #define __NR_io_uring_enter           536
85                #endif
86                #ifndef __NR_io_uring_register
87                        #define __NR_io_uring_register        537
88                #endif
89        #else /* !__alpha__ */
90                #ifndef __NR_io_uring_setup
91                        #define __NR_io_uring_setup           425
92                #endif
93                #ifndef __NR_io_uring_enter
94                        #define __NR_io_uring_enter           426
95                #endif
96                #ifndef __NR_io_uring_register
97                        #define __NR_io_uring_register        427
98                #endif
99        #endif
100
101//=============================================================================================
[dddb3dd0]102// I/O Context Constrution/Destruction
[3e2b9c9]103//=============================================================================================
104
105
106
[8bee858]107        static void __io_uring_setup ( io_context$ & this, const io_context_params & params_in, int procfd );
108        static void __io_uring_teardown( io_context$ & this );
109        static void __epoll_register(io_context$ & ctx);
110        static void __epoll_unregister(io_context$ & ctx);
111        void __ioarbiter_register( io_arbiter$ & mutex, io_context$ & ctx );
112        void __ioarbiter_unregister( io_arbiter$ & mutex, io_context$ & ctx );
[3e2b9c9]113
[8bee858]114        void ?{}(io_context$ & this, processor * proc, struct cluster & cl) {
[dddb3dd0]115                /* paranoid */ verify( cl.io.arbiter );
116                this.proc = proc;
117                this.arbiter = cl.io.arbiter;
[78da4ab]118                this.ext_sq.empty = true;
[11054eb]119                (this.ext_sq.queue){};
[22226e4]120                __io_uring_setup( this, cl.io.params, proc->idle_wctx.evfd );
[78da4ab]121                __cfadbg_print_safe(io_core, "Kernel I/O : Created ring for io_context %u (%p)\n", this.fd, &this);
[3e2b9c9]122        }
123
[8bee858]124        void ^?{}(io_context$ & this) {
[78da4ab]125                __cfadbg_print_safe(io_core, "Kernel I/O : tearing down io_context %u\n", this.fd);
[3e2b9c9]126
[78da4ab]127                __io_uring_teardown( this );
128                __cfadbg_print_safe(io_core, "Kernel I/O : Destroyed ring for io_context %u\n", this.fd);
129        }
[3e2b9c9]130
[8bee858]131        static void __io_uring_setup( io_context$ & this, const io_context_params & params_in, int procfd ) {
[3e2b9c9]132                // Step 1 : call to setup
133                struct io_uring_params params;
134                memset(&params, 0, sizeof(params));
[78da4ab]135                // if( params_in.poll_submit   ) params.flags |= IORING_SETUP_SQPOLL;
136                // if( params_in.poll_complete ) params.flags |= IORING_SETUP_IOPOLL;
[3e2b9c9]137
[4998155]138                __u32 nentries = params_in.num_entries != 0 ? params_in.num_entries : 256;
[63fe427c]139                if( !is_pow2(nentries) ) {
[bf0263c]140                        abort("ERROR: I/O setup 'num_entries' must be a power of 2, was %u\n", nentries);
[63fe427c]141                }
[3e2b9c9]142
143                int fd = syscall(__NR_io_uring_setup, nentries, &params );
144                if(fd < 0) {
145                        abort("KERNEL ERROR: IO_URING SETUP - %s\n", strerror(errno));
146                }
147
148                // Step 2 : mmap result
[78da4ab]149                struct __sub_ring_t & sq = this.sq;
150                struct __cmp_ring_t & cq = this.cq;
[3e2b9c9]151
152                // calculate the right ring size
153                sq.ring_sz = params.sq_off.array + (params.sq_entries * sizeof(unsigned)           );
154                cq.ring_sz = params.cq_off.cqes  + (params.cq_entries * sizeof(struct io_uring_cqe));
155
156                // Requires features
157                #if defined(IORING_FEAT_SINGLE_MMAP)
158                        // adjust the size according to the parameters
159                        if ((params.features & IORING_FEAT_SINGLE_MMAP) != 0) {
160                                cq.ring_sz = sq.ring_sz = max(cq.ring_sz, sq.ring_sz);
161                        }
162                #endif
163
164                // mmap the Submit Queue into existence
165                sq.ring_ptr = mmap(0, sq.ring_sz, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED | MAP_POPULATE, fd, IORING_OFF_SQ_RING);
166                if (sq.ring_ptr == (void*)MAP_FAILED) {
167                        abort("KERNEL ERROR: IO_URING MMAP1 - %s\n", strerror(errno));
168                }
169
170                // Requires features
171                #if defined(IORING_FEAT_SINGLE_MMAP)
172                        // mmap the Completion Queue into existence (may or may not be needed)
173                        if ((params.features & IORING_FEAT_SINGLE_MMAP) != 0) {
174                                cq.ring_ptr = sq.ring_ptr;
175                        }
176                        else
177                #endif
178                {
179                        // We need multiple call to MMAP
180                        cq.ring_ptr = mmap(0, cq.ring_sz, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED | MAP_POPULATE, fd, IORING_OFF_CQ_RING);
181                        if (cq.ring_ptr == (void*)MAP_FAILED) {
182                                munmap(sq.ring_ptr, sq.ring_sz);
183                                abort("KERNEL ERROR: IO_URING MMAP2 - %s\n", strerror(errno));
184                        }
185                }
186
187                // mmap the submit queue entries
188                size_t size = params.sq_entries * sizeof(struct io_uring_sqe);
189                sq.sqes = (struct io_uring_sqe *)mmap(0, size, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED | MAP_POPULATE, fd, IORING_OFF_SQES);
190                if (sq.sqes == (struct io_uring_sqe *)MAP_FAILED) {
191                        munmap(sq.ring_ptr, sq.ring_sz);
192                        if (cq.ring_ptr != sq.ring_ptr) munmap(cq.ring_ptr, cq.ring_sz);
193                        abort("KERNEL ERROR: IO_URING MMAP3 - %s\n", strerror(errno));
194                }
195
[426f60c]196                // Step 3 : Initialize the data structure
[3e2b9c9]197                // Get the pointers from the kernel to fill the structure
198                // submit queue
[78da4ab]199                sq.kring.head  = (volatile __u32 *)(((intptr_t)sq.ring_ptr) + params.sq_off.head);
200                sq.kring.tail  = (volatile __u32 *)(((intptr_t)sq.ring_ptr) + params.sq_off.tail);
201                sq.kring.array = (         __u32 *)(((intptr_t)sq.ring_ptr) + params.sq_off.array);
202                sq.mask        = (   const __u32 *)(((intptr_t)sq.ring_ptr) + params.sq_off.ring_mask);
203                sq.num         = (   const __u32 *)(((intptr_t)sq.ring_ptr) + params.sq_off.ring_entries);
204                sq.flags       = (         __u32 *)(((intptr_t)sq.ring_ptr) + params.sq_off.flags);
205                sq.dropped     = (         __u32 *)(((intptr_t)sq.ring_ptr) + params.sq_off.dropped);
206
207                sq.kring.released = 0;
208
209                sq.free_ring.head = 0;
210                sq.free_ring.tail = *sq.num;
211                sq.free_ring.array = alloc( *sq.num, 128`align );
212                for(i; (__u32)*sq.num) {
213                        sq.free_ring.array[i] = i;
[3e2b9c9]214                }
215
[78da4ab]216                sq.to_submit = 0;
[3e2b9c9]217
218                // completion queue
[18f7858]219                cq.lock      = false;
[78a580d]220                cq.id        = MAX;
221                cq.ts        = rdtscl();
[4998155]222                cq.head      = (volatile __u32 *)(((intptr_t)cq.ring_ptr) + params.cq_off.head);
223                cq.tail      = (volatile __u32 *)(((intptr_t)cq.ring_ptr) + params.cq_off.tail);
224                cq.mask      = (   const __u32 *)(((intptr_t)cq.ring_ptr) + params.cq_off.ring_mask);
225                cq.num       = (   const __u32 *)(((intptr_t)cq.ring_ptr) + params.cq_off.ring_entries);
226                cq.overflow  = (         __u32 *)(((intptr_t)cq.ring_ptr) + params.cq_off.overflow);
227                cq.cqes = (struct io_uring_cqe *)(((intptr_t)cq.ring_ptr) + params.cq_off.cqes);
[3e2b9c9]228
[d3605f8]229                #if !defined(CFA_WITH_IO_URING_IDLE)
[19cb0cb]230                {
[7ef162b2]231                        // Step 4 : eventfd
232                        __cfadbg_print_safe(io_core, "Kernel I/O : registering %d for completion with ring %d\n", procfd, fd);
[bb58825]233
[7ef162b2]234                        int ret = syscall( __NR_io_uring_register, fd, IORING_REGISTER_EVENTFD, &procfd, 1);
235                        if (ret < 0) {
236                                abort("KERNEL ERROR: IO_URING EVENTFD REGISTER - %s\n", strerror(errno));
237                        }
[426f60c]238
[7ef162b2]239                        __cfadbg_print_safe(io_core, "Kernel I/O : registered %d for completion with ring %d\n", procfd, fd);
[19cb0cb]240                }
[7ef162b2]241                #endif
[dddb3dd0]242
[19cb0cb]243                // TODO: implement a proper version of this.
244                // I have not found a better maximum that works in general but users should be able to configure it
245                // the same way they configure other I/O options
[7ce8873]246                // #if defined(CFA_HAVE_IORING_REGISTER_IOWQ_MAX_WORKERS)
[19cb0cb]247                // {
[7ce8873]248                //      // Step 5 : max worker count
249                //      __cfadbg_print_safe(io_core, "Kernel I/O : lmiting max workers for ring %d\n", fd);
250
251                //      unsigned int maxes[2];
252                //      maxes[0] = 64; // max number of bounded workers (Regular files / block)
253                //      maxes[1] = 64;  // max number of unbounded workers (IOSQE_ASYNC)
254                //      int ret = syscall( __NR_io_uring_register, fd, IORING_REGISTER_IOWQ_MAX_WORKERS, maxes, 2);
255                //      if (ret < 0) {
256                //              abort("KERNEL ERROR: IO_URING MAX WORKER REGISTER - %s\n", strerror(errno));
257                //      }
258
259                //      __cfadbg_print_safe(io_core, "Kernel I/O : lmited max workers for ring %d\n", fd);
[19cb0cb]260                // }
[7ce8873]261                // #endif
262
[3e2b9c9]263                // some paranoid checks
264                /* paranoid */ verifyf( (*cq.mask) == ((*cq.num) - 1ul32), "IO_URING Expected mask to be %u (%u entries), was %u", (*cq.num) - 1ul32, *cq.num, *cq.mask  );
265                /* paranoid */ verifyf( (*cq.num)  >= nentries, "IO_URING Expected %u entries, got %u", nentries, *cq.num );
266                /* paranoid */ verifyf( (*cq.head) == 0, "IO_URING Expected head to be 0, got %u", *cq.head );
267                /* paranoid */ verifyf( (*cq.tail) == 0, "IO_URING Expected tail to be 0, got %u", *cq.tail );
268
269                /* paranoid */ verifyf( (*sq.mask) == ((*sq.num) - 1ul32), "IO_URING Expected mask to be %u (%u entries), was %u", (*sq.num) - 1ul32, *sq.num, *sq.mask );
270                /* paranoid */ verifyf( (*sq.num) >= nentries, "IO_URING Expected %u entries, got %u", nentries, *sq.num );
[78da4ab]271                /* paranoid */ verifyf( (*sq.kring.head) == 0, "IO_URING Expected head to be 0, got %u", *sq.kring.head );
272                /* paranoid */ verifyf( (*sq.kring.tail) == 0, "IO_URING Expected tail to be 0, got %u", *sq.kring.tail );
[3e2b9c9]273
274                // Update the global ring info
[78da4ab]275                this.ring_flags = 0;
[3e2b9c9]276                this.fd         = fd;
277        }
278
[8bee858]279        static void __io_uring_teardown( io_context$ & this ) {
[3e2b9c9]280                // Shutdown the io rings
[78da4ab]281                struct __sub_ring_t & sq = this.sq;
282                struct __cmp_ring_t & cq = this.cq;
[b0d0285]283                {
284                        __u32 fhead = sq.free_ring.head;
285                        __u32 ftail = sq.free_ring.tail;
286
287                        __u32 total = *sq.num;
288                        __u32 avail = ftail - fhead;
289
290                        if(avail != total) abort | "Processor (" | (void*)this.proc | ") tearing down ring with" | (total - avail) | "entries allocated but not submitted, out of" | total;
291                }
[3e2b9c9]292
293                // unmap the submit queue entries
294                munmap(sq.sqes, (*sq.num) * sizeof(struct io_uring_sqe));
295
296                // unmap the Submit Queue ring
297                munmap(sq.ring_ptr, sq.ring_sz);
298
299                // unmap the Completion Queue ring, if it is different
300                if (cq.ring_ptr != sq.ring_ptr) {
301                        munmap(cq.ring_ptr, cq.ring_sz);
302                }
303
304                // close the file descriptor
305                close(this.fd);
306
[78da4ab]307                free( this.sq.free_ring.array ); // Maybe null, doesn't matter
[3e2b9c9]308        }
309
[dddb3dd0]310        void __cfa_io_start( processor * proc ) {
311                proc->io.ctx = alloc();
312                (*proc->io.ctx){proc, *proc->cltr};
313        }
314        void __cfa_io_stop ( processor * proc ) {
315                ^(*proc->io.ctx){};
316                free(proc->io.ctx);
317        }
318
[3e2b9c9]319//=============================================================================================
320// I/O Context Sleep
321//=============================================================================================
[8bee858]322        // static inline void __epoll_ctl(io_context$ & ctx, int op, const char * error) {
[dddb3dd0]323        //      struct epoll_event ev;
324        //      ev.events = EPOLLIN | EPOLLONESHOT;
325        //      ev.data.u64 = (__u64)&ctx;
326        //      int ret = epoll_ctl(iopoll.epollfd, op, ctx.efd, &ev);
327        //      if (ret < 0) {
328        //              abort( "KERNEL ERROR: EPOLL %s - (%d) %s\n", error, (int)errno, strerror(errno) );
329        //      }
330        // }
[3e2b9c9]331
[8bee858]332        // static void __epoll_register(io_context$ & ctx) {
[dddb3dd0]333        //      __epoll_ctl(ctx, EPOLL_CTL_ADD, "ADD");
334        // }
[3e2b9c9]335
[8bee858]336        // static void __epoll_unregister(io_context$ & ctx) {
[dddb3dd0]337        //      // Read the current epoch so we know when to stop
338        //      size_t curr = __atomic_load_n(&iopoll.epoch, __ATOMIC_SEQ_CST);
[d611995]339
[dddb3dd0]340        //      // Remove the fd from the iopoller
341        //      __epoll_ctl(ctx, EPOLL_CTL_DEL, "REMOVE");
[d611995]342
[dddb3dd0]343        //      // Notify the io poller thread of the shutdown
344        //      iopoll.run = false;
345        //      sigval val = { 1 };
346        //      pthread_sigqueue( iopoll.thrd, SIGUSR1, val );
[d611995]347
[dddb3dd0]348        //      // Make sure all this is done
349        //      __atomic_thread_fence(__ATOMIC_SEQ_CST);
[d611995]350
[dddb3dd0]351        //      // Wait for the next epoch
352        //      while(curr == iopoll.epoch && !iopoll.stopped) Pause();
353        // }
[d611995]354
[8bee858]355        // void __ioctx_prepare_block(io_context$ & ctx) {
[dddb3dd0]356        //      __cfadbg_print_safe(io_core, "Kernel I/O - epoll : Re-arming io poller %d (%p)\n", ctx.fd, &ctx);
357        //      __epoll_ctl(ctx, EPOLL_CTL_MOD, "REARM");
358        // }
[78da4ab]359
360
[3e2b9c9]361//=============================================================================================
362// I/O Context Misc Setup
363//=============================================================================================
[8bee858]364        void ?{}( io_arbiter$ & this ) {
[11054eb]365                this.pending.empty = true;
[78da4ab]366        }
[3e2b9c9]367
[8bee858]368        void ^?{}( io_arbiter$ & mutex this ) {}
[3e2b9c9]369
[8bee858]370        io_arbiter$ * create(void) {
[78da4ab]371                return new();
[3e2b9c9]372        }
[8bee858]373        void destroy(io_arbiter$ * arbiter) {
[78da4ab]374                delete(arbiter);
375        }
376
377//=============================================================================================
378// I/O Context Misc Setup
379//=============================================================================================
380
[c44d652]381#endif
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.