source: libcfa/src/concurrency/io/setup.cfa @ bf8b77e

ADTast-experimentalenumpthread-emulationqualifiedEnum
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kernel now aborts if a ring is closed with unsubmitted entries.

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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 :
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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, int ) { return false; }
35        void __cfa_io_stop ( processor * proc ) {}
36
37        $io_arbiter * create(void) { return 0p; }
38        void destroy($io_arbiter *) {}
39
40#else
41        #include <errno.h>
42        #include <stdint.h>
43        #include <string.h>
44        #include <signal.h>
45        #include <unistd.h>
46
47        extern "C" {
48                #include <pthread.h>
49                #include <sys/epoll.h>
50                #include <sys/eventfd.h>
51                #include <sys/mman.h>
52                #include <sys/syscall.h>
53
54                #include <linux/io_uring.h>
55        }
56
57        #include "bitmanip.hfa"
58        #include "fstream.hfa"
59        #include "kernel_private.hfa"
60        #include "thread.hfa"
61
62        void ?{}(io_context_params & this) {
63                this.num_entries = 256;
64        }
65
66        static void * __io_poller_slow( void * arg );
67
68        // Weirdly, some systems that do support io_uring don't actually define these
69        #ifdef __alpha__
70                /*
71                * alpha is the only exception, all other architectures
72                * have common numbers for new system calls.
73                */
74                #ifndef __NR_io_uring_setup
75                        #define __NR_io_uring_setup           535
76                #endif
77                #ifndef __NR_io_uring_enter
78                        #define __NR_io_uring_enter           536
79                #endif
80                #ifndef __NR_io_uring_register
81                        #define __NR_io_uring_register        537
82                #endif
83        #else /* !__alpha__ */
84                #ifndef __NR_io_uring_setup
85                        #define __NR_io_uring_setup           425
86                #endif
87                #ifndef __NR_io_uring_enter
88                        #define __NR_io_uring_enter           426
89                #endif
90                #ifndef __NR_io_uring_register
91                        #define __NR_io_uring_register        427
92                #endif
93        #endif
94
95//=============================================================================================
96// I/O Context Constrution/Destruction
97//=============================================================================================
98
99
100
101        static void __io_uring_setup ( $io_context & this, const io_context_params & params_in, int procfd );
102        static void __io_uring_teardown( $io_context & this );
103        static void __epoll_register($io_context & ctx);
104        static void __epoll_unregister($io_context & ctx);
105        void __ioarbiter_register( $io_arbiter & mutex, $io_context & ctx );
106        void __ioarbiter_unregister( $io_arbiter & mutex, $io_context & ctx );
107
108        void ?{}($io_context & this, processor * proc, struct cluster & cl) {
109                /* paranoid */ verify( cl.io.arbiter );
110                this.proc = proc;
111                this.arbiter = cl.io.arbiter;
112                this.ext_sq.empty = true;
113                (this.ext_sq.queue){};
114                __io_uring_setup( this, cl.io.params, proc->idle_fd );
115                __cfadbg_print_safe(io_core, "Kernel I/O : Created ring for io_context %u (%p)\n", this.fd, &this);
116        }
117
118        void ^?{}($io_context & this) {
119                __cfadbg_print_safe(io_core, "Kernel I/O : tearing down io_context %u\n", this.fd);
120
121                __io_uring_teardown( this );
122                __cfadbg_print_safe(io_core, "Kernel I/O : Destroyed ring for io_context %u\n", this.fd);
123        }
124
125        extern void __disable_interrupts_hard();
126        extern void __enable_interrupts_hard();
127
128        static void __io_uring_setup( $io_context & this, const io_context_params & params_in, int procfd ) {
129                // Step 1 : call to setup
130                struct io_uring_params params;
131                memset(&params, 0, sizeof(params));
132                // if( params_in.poll_submit   ) params.flags |= IORING_SETUP_SQPOLL;
133                // if( params_in.poll_complete ) params.flags |= IORING_SETUP_IOPOLL;
134
135                __u32 nentries = params_in.num_entries != 0 ? params_in.num_entries : 256;
136                if( !is_pow2(nentries) ) {
137                        abort("ERROR: I/O setup 'num_entries' must be a power of 2\n");
138                }
139
140                int fd = syscall(__NR_io_uring_setup, nentries, &params );
141                if(fd < 0) {
142                        abort("KERNEL ERROR: IO_URING SETUP - %s\n", strerror(errno));
143                }
144
145                // Step 2 : mmap result
146                struct __sub_ring_t & sq = this.sq;
147                struct __cmp_ring_t & cq = this.cq;
148
149                // calculate the right ring size
150                sq.ring_sz = params.sq_off.array + (params.sq_entries * sizeof(unsigned)           );
151                cq.ring_sz = params.cq_off.cqes  + (params.cq_entries * sizeof(struct io_uring_cqe));
152
153                // Requires features
154                #if defined(IORING_FEAT_SINGLE_MMAP)
155                        // adjust the size according to the parameters
156                        if ((params.features & IORING_FEAT_SINGLE_MMAP) != 0) {
157                                cq.ring_sz = sq.ring_sz = max(cq.ring_sz, sq.ring_sz);
158                        }
159                #endif
160
161                // mmap the Submit Queue into existence
162                sq.ring_ptr = mmap(0, sq.ring_sz, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED | MAP_POPULATE, fd, IORING_OFF_SQ_RING);
163                if (sq.ring_ptr == (void*)MAP_FAILED) {
164                        abort("KERNEL ERROR: IO_URING MMAP1 - %s\n", strerror(errno));
165                }
166
167                // Requires features
168                #if defined(IORING_FEAT_SINGLE_MMAP)
169                        // mmap the Completion Queue into existence (may or may not be needed)
170                        if ((params.features & IORING_FEAT_SINGLE_MMAP) != 0) {
171                                cq.ring_ptr = sq.ring_ptr;
172                        }
173                        else
174                #endif
175                {
176                        // We need multiple call to MMAP
177                        cq.ring_ptr = mmap(0, cq.ring_sz, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED | MAP_POPULATE, fd, IORING_OFF_CQ_RING);
178                        if (cq.ring_ptr == (void*)MAP_FAILED) {
179                                munmap(sq.ring_ptr, sq.ring_sz);
180                                abort("KERNEL ERROR: IO_URING MMAP2 - %s\n", strerror(errno));
181                        }
182                }
183
184                // mmap the submit queue entries
185                size_t size = params.sq_entries * sizeof(struct io_uring_sqe);
186                sq.sqes = (struct io_uring_sqe *)mmap(0, size, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED | MAP_POPULATE, fd, IORING_OFF_SQES);
187                if (sq.sqes == (struct io_uring_sqe *)MAP_FAILED) {
188                        munmap(sq.ring_ptr, sq.ring_sz);
189                        if (cq.ring_ptr != sq.ring_ptr) munmap(cq.ring_ptr, cq.ring_sz);
190                        abort("KERNEL ERROR: IO_URING MMAP3 - %s\n", strerror(errno));
191                }
192
193                // Step 3 : Initialize the data structure
194                // Get the pointers from the kernel to fill the structure
195                // submit queue
196                sq.kring.head  = (volatile __u32 *)(((intptr_t)sq.ring_ptr) + params.sq_off.head);
197                sq.kring.tail  = (volatile __u32 *)(((intptr_t)sq.ring_ptr) + params.sq_off.tail);
198                sq.kring.array = (         __u32 *)(((intptr_t)sq.ring_ptr) + params.sq_off.array);
199                sq.mask        = (   const __u32 *)(((intptr_t)sq.ring_ptr) + params.sq_off.ring_mask);
200                sq.num         = (   const __u32 *)(((intptr_t)sq.ring_ptr) + params.sq_off.ring_entries);
201                sq.flags       = (         __u32 *)(((intptr_t)sq.ring_ptr) + params.sq_off.flags);
202                sq.dropped     = (         __u32 *)(((intptr_t)sq.ring_ptr) + params.sq_off.dropped);
203
204                sq.kring.released = 0;
205
206                sq.free_ring.head = 0;
207                sq.free_ring.tail = *sq.num;
208                sq.free_ring.array = alloc( *sq.num, 128`align );
209                for(i; (__u32)*sq.num) {
210                        sq.free_ring.array[i] = i;
211                }
212
213                sq.to_submit = 0;
214
215                // completion queue
216                cq.head      = (volatile __u32 *)(((intptr_t)cq.ring_ptr) + params.cq_off.head);
217                cq.tail      = (volatile __u32 *)(((intptr_t)cq.ring_ptr) + params.cq_off.tail);
218                cq.mask      = (   const __u32 *)(((intptr_t)cq.ring_ptr) + params.cq_off.ring_mask);
219                cq.num       = (   const __u32 *)(((intptr_t)cq.ring_ptr) + params.cq_off.ring_entries);
220                cq.overflow  = (         __u32 *)(((intptr_t)cq.ring_ptr) + params.cq_off.overflow);
221                cq.cqes = (struct io_uring_cqe *)(((intptr_t)cq.ring_ptr) + params.cq_off.cqes);
222
223                #if !defined(CFA_WITH_IO_URING_IDLE)
224                        // Step 4 : eventfd
225                        // io_uring_register is so f*cking slow on some machine that it
226                        // will never succeed if preemption isn't hard blocked
227                        __cfadbg_print_safe(io_core, "Kernel I/O : registering %d for completion with ring %d\n", procfd, fd);
228
229                        __disable_interrupts_hard();
230
231                        int ret = syscall( __NR_io_uring_register, fd, IORING_REGISTER_EVENTFD, &procfd, 1);
232                        if (ret < 0) {
233                                abort("KERNEL ERROR: IO_URING EVENTFD REGISTER - %s\n", strerror(errno));
234                        }
235
236                        __enable_interrupts_hard();
237
238                        __cfadbg_print_safe(io_core, "Kernel I/O : registered %d for completion with ring %d\n", procfd, fd);
239                #endif
240
241                // some paranoid checks
242                /* 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  );
243                /* paranoid */ verifyf( (*cq.num)  >= nentries, "IO_URING Expected %u entries, got %u", nentries, *cq.num );
244                /* paranoid */ verifyf( (*cq.head) == 0, "IO_URING Expected head to be 0, got %u", *cq.head );
245                /* paranoid */ verifyf( (*cq.tail) == 0, "IO_URING Expected tail to be 0, got %u", *cq.tail );
246
247                /* 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 );
248                /* paranoid */ verifyf( (*sq.num) >= nentries, "IO_URING Expected %u entries, got %u", nentries, *sq.num );
249                /* paranoid */ verifyf( (*sq.kring.head) == 0, "IO_URING Expected head to be 0, got %u", *sq.kring.head );
250                /* paranoid */ verifyf( (*sq.kring.tail) == 0, "IO_URING Expected tail to be 0, got %u", *sq.kring.tail );
251
252                // Update the global ring info
253                this.ring_flags = 0;
254                this.fd         = fd;
255        }
256
257        static void __io_uring_teardown( $io_context & this ) {
258                // Shutdown the io rings
259                struct __sub_ring_t & sq = this.sq;
260                struct __cmp_ring_t & cq = this.cq;
261                {
262                        __u32 fhead = sq.free_ring.head;
263                        __u32 ftail = sq.free_ring.tail;
264
265                        __u32 total = *sq.num;
266                        __u32 avail = ftail - fhead;
267
268                        if(avail != total) abort | "Processor (" | (void*)this.proc | ") tearing down ring with" | (total - avail) | "entries allocated but not submitted, out of" | total;
269                }
270
271                // unmap the submit queue entries
272                munmap(sq.sqes, (*sq.num) * sizeof(struct io_uring_sqe));
273
274                // unmap the Submit Queue ring
275                munmap(sq.ring_ptr, sq.ring_sz);
276
277                // unmap the Completion Queue ring, if it is different
278                if (cq.ring_ptr != sq.ring_ptr) {
279                        munmap(cq.ring_ptr, cq.ring_sz);
280                }
281
282                // close the file descriptor
283                close(this.fd);
284
285                free( this.sq.free_ring.array ); // Maybe null, doesn't matter
286        }
287
288        void __cfa_io_start( processor * proc ) {
289                proc->io.ctx = alloc();
290                (*proc->io.ctx){proc, *proc->cltr};
291        }
292        void __cfa_io_stop ( processor * proc ) {
293                ^(*proc->io.ctx){};
294                free(proc->io.ctx);
295        }
296
297//=============================================================================================
298// I/O Context Sleep
299//=============================================================================================
300        // static inline void __epoll_ctl($io_context & ctx, int op, const char * error) {
301        //      struct epoll_event ev;
302        //      ev.events = EPOLLIN | EPOLLONESHOT;
303        //      ev.data.u64 = (__u64)&ctx;
304        //      int ret = epoll_ctl(iopoll.epollfd, op, ctx.efd, &ev);
305        //      if (ret < 0) {
306        //              abort( "KERNEL ERROR: EPOLL %s - (%d) %s\n", error, (int)errno, strerror(errno) );
307        //      }
308        // }
309
310        // static void __epoll_register($io_context & ctx) {
311        //      __epoll_ctl(ctx, EPOLL_CTL_ADD, "ADD");
312        // }
313
314        // static void __epoll_unregister($io_context & ctx) {
315        //      // Read the current epoch so we know when to stop
316        //      size_t curr = __atomic_load_n(&iopoll.epoch, __ATOMIC_SEQ_CST);
317
318        //      // Remove the fd from the iopoller
319        //      __epoll_ctl(ctx, EPOLL_CTL_DEL, "REMOVE");
320
321        //      // Notify the io poller thread of the shutdown
322        //      iopoll.run = false;
323        //      sigval val = { 1 };
324        //      pthread_sigqueue( iopoll.thrd, SIGUSR1, val );
325
326        //      // Make sure all this is done
327        //      __atomic_thread_fence(__ATOMIC_SEQ_CST);
328
329        //      // Wait for the next epoch
330        //      while(curr == iopoll.epoch && !iopoll.stopped) Pause();
331        // }
332
333        // void __ioctx_prepare_block($io_context & ctx) {
334        //      __cfadbg_print_safe(io_core, "Kernel I/O - epoll : Re-arming io poller %d (%p)\n", ctx.fd, &ctx);
335        //      __epoll_ctl(ctx, EPOLL_CTL_MOD, "REARM");
336        // }
337
338
339//=============================================================================================
340// I/O Context Misc Setup
341//=============================================================================================
342        void ?{}( $io_arbiter & this ) {
343                this.pending.empty = true;
344        }
345
346        void ^?{}( $io_arbiter & this ) {}
347
348        $io_arbiter * create(void) {
349                return new();
350        }
351        void destroy($io_arbiter * arbiter) {
352                delete(arbiter);
353        }
354
355//=============================================================================================
356// I/O Context Misc Setup
357//=============================================================================================
358
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