source: libcfa/src/concurrency/io/setup.cfa @ 5b7fea7

ADTast-experimentalenumpthread-emulationqualifiedEnum
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Line 
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//
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16#define __cforall_thread__
17#define _GNU_SOURCE
18
19#if defined(__CFA_DEBUG__)
20        // #define __CFA_DEBUG_PRINT_IO__
21        // #define __CFA_DEBUG_PRINT_IO_CORE__
22#endif
23
24#include "io/types.hfa"
25#include "kernel.hfa"
26
27#if !defined(CFA_HAVE_LINUX_IO_URING_H)
28        void ?{}(io_context_params & this) {}
29
30        void  ?{}($io_context & this, struct cluster & cl) {}
31        void ^?{}($io_context & this) {}
32
33        void __cfa_io_start( processor * proc ) {}
34        bool __cfa_io_flush( processor * proc ) { return false; }
35        bool __cfa_io_drain( processor * proc ) __attribute__((nonnull (1))) { return false; }
36        void __cfa_io_idle ( processor * ) __attribute__((nonnull (1))) {}
37        void __cfa_io_stop ( processor * proc ) {}
38
39        $io_arbiter * create(void) { return 0p; }
40        void destroy($io_arbiter *) {}
41
42#else
43#pragma GCC diagnostic push
44#pragma GCC diagnostic ignored "-Waddress-of-packed-member"
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>
54                #include <sys/eventfd.h>
55                #include <sys/mman.h>
56                #include <sys/syscall.h>
57
58                #include <linux/io_uring.h>
59        }
60
61        #include "bitmanip.hfa"
62        #include "fstream.hfa"
63        #include "kernel/private.hfa"
64        #include "limits.hfa"
65        #include "thread.hfa"
66#pragma GCC diagnostic pop
67
68        void ?{}(io_context_params & this) {
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//=============================================================================================
102// I/O Context Constrution/Destruction
103//=============================================================================================
104
105
106
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, $io_context & ctx );
113
114        void ?{}($io_context & this, processor * proc, struct cluster & cl) {
115                /* paranoid */ verify( cl.io.arbiter );
116                this.proc = proc;
117                this.arbiter = cl.io.arbiter;
118                this.ext_sq.empty = true;
119                (this.ext_sq.queue){};
120                __io_uring_setup( this, cl.io.params, proc->idle_wctx.evfd );
121                __cfadbg_print_safe(io_core, "Kernel I/O : Created ring for io_context %u (%p)\n", this.fd, &this);
122        }
123
124        void ^?{}($io_context & this) {
125                __cfadbg_print_safe(io_core, "Kernel I/O : tearing down io_context %u\n", this.fd);
126
127                __io_uring_teardown( this );
128                __cfadbg_print_safe(io_core, "Kernel I/O : Destroyed ring for io_context %u\n", this.fd);
129        }
130
131        static void __io_uring_setup( $io_context & this, const io_context_params & params_in, int procfd ) {
132                // Step 1 : call to setup
133                struct io_uring_params params;
134                memset(&params, 0, sizeof(params));
135                // if( params_in.poll_submit   ) params.flags |= IORING_SETUP_SQPOLL;
136                // if( params_in.poll_complete ) params.flags |= IORING_SETUP_IOPOLL;
137
138                __u32 nentries = params_in.num_entries != 0 ? params_in.num_entries : 256;
139                if( !is_pow2(nentries) ) {
140                        abort("ERROR: I/O setup 'num_entries' must be a power of 2\n");
141                }
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
149                struct __sub_ring_t & sq = this.sq;
150                struct __cmp_ring_t & cq = this.cq;
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
196                // Step 3 : Initialize the data structure
197                // Get the pointers from the kernel to fill the structure
198                // submit queue
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;
214                }
215
216                sq.to_submit = 0;
217
218                // completion queue
219                cq.lock      = false;
220                cq.id        = MAX;
221                cq.ts        = rdtscl();
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);
228
229                #if !defined(CFA_WITH_IO_URING_IDLE)
230                        // Step 4 : eventfd
231                        // io_uring_register is so f*cking slow on some machine that it
232                        // will never succeed if preemption isn't hard blocked
233                        __cfadbg_print_safe(io_core, "Kernel I/O : registering %d for completion with ring %d\n", procfd, fd);
234
235                        int ret = syscall( __NR_io_uring_register, fd, IORING_REGISTER_EVENTFD, &procfd, 1);
236                        if (ret < 0) {
237                                abort("KERNEL ERROR: IO_URING EVENTFD REGISTER - %s\n", strerror(errno));
238                        }
239
240                        __cfadbg_print_safe(io_core, "Kernel I/O : registered %d for completion with ring %d\n", procfd, fd);
241                #endif
242
243                // some paranoid checks
244                /* 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  );
245                /* paranoid */ verifyf( (*cq.num)  >= nentries, "IO_URING Expected %u entries, got %u", nentries, *cq.num );
246                /* paranoid */ verifyf( (*cq.head) == 0, "IO_URING Expected head to be 0, got %u", *cq.head );
247                /* paranoid */ verifyf( (*cq.tail) == 0, "IO_URING Expected tail to be 0, got %u", *cq.tail );
248
249                /* 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 );
250                /* paranoid */ verifyf( (*sq.num) >= nentries, "IO_URING Expected %u entries, got %u", nentries, *sq.num );
251                /* paranoid */ verifyf( (*sq.kring.head) == 0, "IO_URING Expected head to be 0, got %u", *sq.kring.head );
252                /* paranoid */ verifyf( (*sq.kring.tail) == 0, "IO_URING Expected tail to be 0, got %u", *sq.kring.tail );
253
254                // Update the global ring info
255                this.ring_flags = 0;
256                this.fd         = fd;
257        }
258
259        static void __io_uring_teardown( $io_context & this ) {
260                // Shutdown the io rings
261                struct __sub_ring_t & sq = this.sq;
262                struct __cmp_ring_t & cq = this.cq;
263                {
264                        __u32 fhead = sq.free_ring.head;
265                        __u32 ftail = sq.free_ring.tail;
266
267                        __u32 total = *sq.num;
268                        __u32 avail = ftail - fhead;
269
270                        if(avail != total) abort | "Processor (" | (void*)this.proc | ") tearing down ring with" | (total - avail) | "entries allocated but not submitted, out of" | total;
271                }
272
273                // unmap the submit queue entries
274                munmap(sq.sqes, (*sq.num) * sizeof(struct io_uring_sqe));
275
276                // unmap the Submit Queue ring
277                munmap(sq.ring_ptr, sq.ring_sz);
278
279                // unmap the Completion Queue ring, if it is different
280                if (cq.ring_ptr != sq.ring_ptr) {
281                        munmap(cq.ring_ptr, cq.ring_sz);
282                }
283
284                // close the file descriptor
285                close(this.fd);
286
287                free( this.sq.free_ring.array ); // Maybe null, doesn't matter
288        }
289
290        void __cfa_io_start( processor * proc ) {
291                proc->io.ctx = alloc();
292                (*proc->io.ctx){proc, *proc->cltr};
293        }
294        void __cfa_io_stop ( processor * proc ) {
295                ^(*proc->io.ctx){};
296                free(proc->io.ctx);
297        }
298
299//=============================================================================================
300// I/O Context Sleep
301//=============================================================================================
302        // static inline void __epoll_ctl($io_context & ctx, int op, const char * error) {
303        //      struct epoll_event ev;
304        //      ev.events = EPOLLIN | EPOLLONESHOT;
305        //      ev.data.u64 = (__u64)&ctx;
306        //      int ret = epoll_ctl(iopoll.epollfd, op, ctx.efd, &ev);
307        //      if (ret < 0) {
308        //              abort( "KERNEL ERROR: EPOLL %s - (%d) %s\n", error, (int)errno, strerror(errno) );
309        //      }
310        // }
311
312        // static void __epoll_register($io_context & ctx) {
313        //      __epoll_ctl(ctx, EPOLL_CTL_ADD, "ADD");
314        // }
315
316        // static void __epoll_unregister($io_context & ctx) {
317        //      // Read the current epoch so we know when to stop
318        //      size_t curr = __atomic_load_n(&iopoll.epoch, __ATOMIC_SEQ_CST);
319
320        //      // Remove the fd from the iopoller
321        //      __epoll_ctl(ctx, EPOLL_CTL_DEL, "REMOVE");
322
323        //      // Notify the io poller thread of the shutdown
324        //      iopoll.run = false;
325        //      sigval val = { 1 };
326        //      pthread_sigqueue( iopoll.thrd, SIGUSR1, val );
327
328        //      // Make sure all this is done
329        //      __atomic_thread_fence(__ATOMIC_SEQ_CST);
330
331        //      // Wait for the next epoch
332        //      while(curr == iopoll.epoch && !iopoll.stopped) Pause();
333        // }
334
335        // void __ioctx_prepare_block($io_context & ctx) {
336        //      __cfadbg_print_safe(io_core, "Kernel I/O - epoll : Re-arming io poller %d (%p)\n", ctx.fd, &ctx);
337        //      __epoll_ctl(ctx, EPOLL_CTL_MOD, "REARM");
338        // }
339
340
341//=============================================================================================
342// I/O Context Misc Setup
343//=============================================================================================
344        void ?{}( $io_arbiter & this ) {
345                this.pending.empty = true;
346        }
347
348        void ^?{}( $io_arbiter & this ) {}
349
350        $io_arbiter * create(void) {
351                return new();
352        }
353        void destroy($io_arbiter * arbiter) {
354                delete(arbiter);
355        }
356
357//=============================================================================================
358// I/O Context Misc Setup
359//=============================================================================================
360
361#endif
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.