Ignore:
File:
1 edited

Legend:

Unmodified
Added
Removed
  • libcfa/src/concurrency/io.cfa

    rdddb3dd0 r2fab24e3  
    3232        extern "C" {
    3333                #include <sys/syscall.h>
    34                 #include <sys/eventfd.h>
    3534
    3635                #include <linux/io_uring.h>
     
    8079        };
    8180
    82         static $io_context * __ioarbiter_allocate( $io_arbiter & mutex this, processor *, __u32 idxs[], __u32 want );
    83         static void __ioarbiter_submit( $io_arbiter & mutex this, $io_context * , __u32 idxs[], __u32 have, bool lazy );
    84         static void __ioarbiter_flush ( $io_arbiter & mutex this, $io_context * );
    85         static inline void __ioarbiter_notify( $io_context & ctx );
     81        // returns true of acquired as leader or second leader
     82        static inline bool try_lock( __leaderlock_t & this ) {
     83                const uintptr_t thrd = 1z | (uintptr_t)active_thread();
     84                bool block;
     85                disable_interrupts();
     86                for() {
     87                        struct $thread * expected = this.value;
     88                        if( 1p != expected && 0p != expected ) {
     89                                /* paranoid */ verify( thrd != (uintptr_t)expected ); // We better not already be the next leader
     90                                enable_interrupts( __cfaabi_dbg_ctx );
     91                                return false;
     92                        }
     93                        struct $thread * desired;
     94                        if( 0p == expected ) {
     95                                // If the lock isn't locked acquire it, no need to block
     96                                desired = 1p;
     97                                block = false;
     98                        }
     99                        else {
     100                                // If the lock is already locked try becomming the next leader
     101                                desired = (struct $thread *)thrd;
     102                                block = true;
     103                        }
     104                        if( __atomic_compare_exchange_n(&this.value, &expected, desired, false, __ATOMIC_SEQ_CST, __ATOMIC_SEQ_CST) ) break;
     105                }
     106                if( block ) {
     107                        enable_interrupts( __cfaabi_dbg_ctx );
     108                        park();
     109                        disable_interrupts();
     110                }
     111                return true;
     112        }
     113
     114        static inline bool next( __leaderlock_t & this ) {
     115                /* paranoid */ verify( ! __preemption_enabled() );
     116                struct $thread * nextt;
     117                for() {
     118                        struct $thread * expected = this.value;
     119                        /* paranoid */ verify( (1 & (uintptr_t)expected) == 1 ); // The lock better be locked
     120
     121                        struct $thread * desired;
     122                        if( 1p == expected ) {
     123                                // No next leader, just unlock
     124                                desired = 0p;
     125                                nextt   = 0p;
     126                        }
     127                        else {
     128                                // There is a next leader, remove but keep locked
     129                                desired = 1p;
     130                                nextt   = (struct $thread *)(~1z & (uintptr_t)expected);
     131                        }
     132                        if( __atomic_compare_exchange_n(&this.value, &expected, desired, false, __ATOMIC_SEQ_CST, __ATOMIC_SEQ_CST) ) break;
     133                }
     134
     135                if(nextt) {
     136                        unpark( nextt );
     137                        enable_interrupts( __cfaabi_dbg_ctx );
     138                        return true;
     139                }
     140                enable_interrupts( __cfaabi_dbg_ctx );
     141                return false;
     142        }
     143
     144//=============================================================================================
     145// I/O Syscall
     146//=============================================================================================
     147        static int __io_uring_enter( struct __io_data & ring, unsigned to_submit, bool get ) {
     148                bool need_sys_to_submit = false;
     149                bool need_sys_to_complete = false;
     150                unsigned flags = 0;
     151
     152                TO_SUBMIT:
     153                if( to_submit > 0 ) {
     154                        if( !(ring.ring_flags & IORING_SETUP_SQPOLL) ) {
     155                                need_sys_to_submit = true;
     156                                break TO_SUBMIT;
     157                        }
     158                        if( (*ring.submit_q.flags) & IORING_SQ_NEED_WAKEUP ) {
     159                                need_sys_to_submit = true;
     160                                flags |= IORING_ENTER_SQ_WAKEUP;
     161                        }
     162                }
     163
     164                if( get && !(ring.ring_flags & IORING_SETUP_SQPOLL) ) {
     165                        flags |= IORING_ENTER_GETEVENTS;
     166                        if( (ring.ring_flags & IORING_SETUP_IOPOLL) ) {
     167                                need_sys_to_complete = true;
     168                        }
     169                }
     170
     171                int ret = 0;
     172                if( need_sys_to_submit || need_sys_to_complete ) {
     173                        __cfadbg_print_safe(io_core, "Kernel I/O : IO_URING enter %d %u %u\n", ring.fd, to_submit, flags);
     174                        ret = syscall( __NR_io_uring_enter, ring.fd, to_submit, 0, flags, (sigset_t *)0p, _NSIG / 8);
     175                        __cfadbg_print_safe(io_core, "Kernel I/O : IO_URING %d returned %d\n", ring.fd, ret);
     176
     177                        if( ret < 0 ) {
     178                                switch((int)errno) {
     179                                case EAGAIN:
     180                                case EINTR:
     181                                case EBUSY:
     182                                        ret = -1;
     183                                        break;
     184                                default:
     185                                        abort( "KERNEL ERROR: IO_URING SYSCALL - (%d) %s\n", (int)errno, strerror(errno) );
     186                                }
     187                        }
     188                }
     189
     190                // Memory barrier
     191                __atomic_thread_fence( __ATOMIC_SEQ_CST );
     192                return ret;
     193        }
     194
    86195//=============================================================================================
    87196// I/O Polling
    88197//=============================================================================================
    89         static inline unsigned __flush( struct $io_context & );
    90         static inline __u32 __release_sqes( struct $io_context & );
    91 
    92         void __cfa_io_drain( processor * proc ) {
     198        static unsigned __collect_submitions( struct __io_data & ring );
     199        static __u32 __release_consumed_submission( struct __io_data & ring );
     200        static inline void __clean( volatile struct io_uring_sqe * sqe );
     201
     202        // Process a single completion message from the io_uring
     203        // This is NOT thread-safe
     204        static inline void process( volatile struct io_uring_cqe & cqe ) {
     205                struct io_future_t * future = (struct io_future_t *)(uintptr_t)cqe.user_data;
     206                __cfadbg_print_safe( io, "Kernel I/O : Syscall completed : cqe %p, result %d for %p\n", &cqe, cqe.res, future );
     207
     208                fulfil( *future, cqe.res );
     209        }
     210
     211        static [int, bool] __drain_io( & struct __io_data ring ) {
    93212                /* paranoid */ verify( ! __preemption_enabled() );
    94                 /* paranoid */ verify( proc );
    95                 /* paranoid */ verify( proc->io.ctx );
     213
     214                unsigned to_submit = 0;
     215                if( ring.poller_submits ) {
     216                        // If the poller thread also submits, then we need to aggregate the submissions which are ready
     217                        to_submit = __collect_submitions( ring );
     218                }
     219
     220                int ret = __io_uring_enter(ring, to_submit, true);
     221                if( ret < 0 ) {
     222                        return [0, true];
     223                }
     224
     225                // update statistics
     226                if (to_submit > 0) {
     227                        __STATS__( true,
     228                                if( to_submit > 0 ) {
     229                                        io.submit_q.submit_avg.rdy += to_submit;
     230                                        io.submit_q.submit_avg.csm += ret;
     231                                        io.submit_q.submit_avg.cnt += 1;
     232                                }
     233                        )
     234                }
     235
     236                __atomic_thread_fence( __ATOMIC_SEQ_CST );
     237
     238                // Release the consumed SQEs
     239                __release_consumed_submission( ring );
    96240
    97241                // Drain the queue
    98                 $io_context * ctx = proc->io.ctx;
    99                 unsigned head = *ctx->cq.head;
    100                 unsigned tail = *ctx->cq.tail;
    101                 const __u32 mask = *ctx->cq.mask;
     242                unsigned head = *ring.completion_q.head;
     243                unsigned tail = *ring.completion_q.tail;
     244                const __u32 mask = *ring.completion_q.mask;
     245
     246                // Nothing was new return 0
     247                if (head == tail) {
     248                        return [0, to_submit > 0];
     249                }
    102250
    103251                __u32 count = tail - head;
    104                 __STATS__( false, io.calls.drain++; io.calls.completed += count; )
    105 
     252                /* paranoid */ verify( count != 0 );
    106253                for(i; count) {
    107254                        unsigned idx = (head + i) & mask;
    108                         volatile struct io_uring_cqe & cqe = ctx->cq.cqes[idx];
     255                        volatile struct io_uring_cqe & cqe = ring.completion_q.cqes[idx];
    109256
    110257                        /* paranoid */ verify(&cqe);
    111258
    112                         struct io_future_t * future = (struct io_future_t *)(uintptr_t)cqe.user_data;
    113                         __cfadbg_print_safe( io, "Kernel I/O : Syscall completed : cqe %p, result %d for %p\n", &cqe, cqe.res, future );
    114 
    115                         fulfil( *future, cqe.res );
    116                 }
    117 
    118                 __cfadbg_print_safe(io, "Kernel I/O : %u completed\n", count);
     259                        process( cqe );
     260                }
    119261
    120262                // Mark to the kernel that the cqe has been seen
    121263                // Ensure that the kernel only sees the new value of the head index after the CQEs have been read.
    122                 __atomic_store_n( ctx->cq.head, head + count, __ATOMIC_SEQ_CST );
    123 
    124                 /* paranoid */ verify( ! __preemption_enabled() );
    125 
    126                 return;
    127         }
    128 
    129         void __cfa_io_flush( processor * proc ) {
    130                 /* paranoid */ verify( ! __preemption_enabled() );
    131                 /* paranoid */ verify( proc );
    132                 /* paranoid */ verify( proc->io.ctx );
    133 
    134                 $io_context & ctx = *proc->io.ctx;
    135 
    136                 if(!ctx.ext_sq.empty) {
    137                         __ioarbiter_flush( *ctx.arbiter, &ctx );
    138                 }
    139 
    140                 __STATS__( true, io.calls.flush++; )
    141                 int ret = syscall( __NR_io_uring_enter, ctx.fd, ctx.sq.to_submit, 0, 0, (sigset_t *)0p, _NSIG / 8);
    142                 if( ret < 0 ) {
    143                         switch((int)errno) {
    144                         case EAGAIN:
    145                         case EINTR:
    146                         case EBUSY:
     264                __atomic_fetch_add( ring.completion_q.head, count, __ATOMIC_SEQ_CST );
     265
     266                return [count, count > 0 || to_submit > 0];
     267        }
     268
     269        void main( $io_ctx_thread & this ) {
     270                __ioctx_register( this );
     271
     272                __cfadbg_print_safe(io_core, "Kernel I/O : IO poller %d (%p) ready\n", this.ring->fd, &this);
     273
     274                const int reset_cnt = 5;
     275                int reset = reset_cnt;
     276                // Then loop until we need to start
     277                LOOP:
     278                while(!__atomic_load_n(&this.done, __ATOMIC_SEQ_CST)) {
     279                        // Drain the io
     280                        int count;
     281                        bool again;
     282                        disable_interrupts();
     283                                [count, again] = __drain_io( *this.ring );
     284
     285                                if(!again) reset--;
     286
    147287                                // Update statistics
    148                                 __STATS__( false, io.calls.errors.busy ++; )
    149                                 return;
    150                         default:
    151                                 abort( "KERNEL ERROR: IO_URING SYSCALL - (%d) %s\n", (int)errno, strerror(errno) );
    152                         }
    153                 }
    154 
    155                 __cfadbg_print_safe(io, "Kernel I/O : %u submitted to io_uring %d\n", ret, ctx.fd);
    156                 __STATS__( true, io.calls.submitted += ret; )
    157                 /* paranoid */ verify( ctx.sq.to_submit <= *ctx.sq.num );
    158                 /* paranoid */ verify( ctx.sq.to_submit >= ret );
    159 
    160                 ctx.sq.to_submit -= ret;
    161 
    162                 /* paranoid */ verify( ctx.sq.to_submit <= *ctx.sq.num );
    163 
    164                 // Release the consumed SQEs
    165                 __release_sqes( ctx );
    166 
    167                 /* paranoid */ verify( ! __preemption_enabled() );
    168 
    169                 ctx.proc->io.pending = false;
     288                                __STATS__( true,
     289                                        io.complete_q.completed_avg.val += count;
     290                                        io.complete_q.completed_avg.cnt += 1;
     291                                )
     292                        enable_interrupts( __cfaabi_dbg_ctx );
     293
     294                        // If we got something, just yield and check again
     295                        if(reset > 1) {
     296                                yield();
     297                                continue LOOP;
     298                        }
     299
     300                        // We alread failed to find completed entries a few time.
     301                        if(reset == 1) {
     302                                // Rearm the context so it can block
     303                                // but don't block right away
     304                                // we need to retry one last time in case
     305                                // something completed *just now*
     306                                __ioctx_prepare_block( this );
     307                                continue LOOP;
     308                        }
     309
     310                                __STATS__( false,
     311                                        io.complete_q.blocks += 1;
     312                                )
     313                                __cfadbg_print_safe(io_core, "Kernel I/O : Parking io poller %d (%p)\n", this.ring->fd, &this);
     314
     315                                // block this thread
     316                                wait( this.sem );
     317
     318                        // restore counter
     319                        reset = reset_cnt;
     320                }
     321
     322                __cfadbg_print_safe(io_core, "Kernel I/O : Fast poller %d (%p) stopping\n", this.ring->fd, &this);
     323
     324                __ioctx_unregister( this );
    170325        }
    171326
     
    189344//         head and tail must be fully filled and shouldn't ever be touched again.
    190345//
    191         //=============================================================================================
    192         // Allocation
    193         // for user's convenience fill the sqes from the indexes
    194         static inline void __fill(struct io_uring_sqe * out_sqes[], __u32 want, __u32 idxs[], struct $io_context * ctx)  {
    195                 struct io_uring_sqe * sqes = ctx->sq.sqes;
    196                 for(i; want) {
    197                         __cfadbg_print_safe(io, "Kernel I/O : filling loop\n");
    198                         out_sqes[i] = &sqes[idxs[i]];
    199                 }
    200         }
    201 
    202         // Try to directly allocate from the a given context
    203         // Not thread-safe
    204         static inline bool __alloc(struct $io_context * ctx, __u32 idxs[], __u32 want) {
    205                 __sub_ring_t & sq = ctx->sq;
    206                 const __u32 mask  = *sq.mask;
    207                 __u32 fhead = sq.free_ring.head;    // get the current head of the queue
    208                 __u32 ftail = sq.free_ring.tail;    // get the current tail of the queue
    209 
    210                 // If we don't have enough sqes, fail
    211                 if((ftail - fhead) < want) { return false; }
    212 
    213                 // copy all the indexes we want from the available list
    214                 for(i; want) {
    215                         __cfadbg_print_safe(io, "Kernel I/O : allocating loop\n");
    216                         idxs[i] = sq.free_ring.array[(fhead + i) & mask];
    217                 }
    218 
    219                 // Advance the head to mark the indexes as consumed
    220                 __atomic_store_n(&sq.free_ring.head, fhead + want, __ATOMIC_RELEASE);
    221 
    222                 // return success
    223                 return true;
    224         }
    225346
    226347        // Allocate an submit queue entry.
     
    229350        // for convenience, return both the index and the pointer to the sqe
    230351        // sqe == &sqes[idx]
    231         struct $io_context * cfa_io_allocate(struct io_uring_sqe * sqes[], __u32 idxs[], __u32 want) {
    232                 __cfadbg_print_safe(io, "Kernel I/O : attempting to allocate %u\n", want);
    233 
    234                 disable_interrupts();
    235                 processor * proc = __cfaabi_tls.this_processor;
    236                 $io_context * ctx = proc->io.ctx;
    237                 /* paranoid */ verify( __cfaabi_tls.this_processor );
    238                 /* paranoid */ verify( ctx );
    239 
    240                 __cfadbg_print_safe(io, "Kernel I/O : attempting to fast allocation\n");
    241 
    242                 // We can proceed to the fast path
    243                 if( __alloc(ctx, idxs, want) ) {
    244                         // Allocation was successful
    245                         __STATS__( true, io.alloc.fast += 1; )
    246                         enable_interrupts( __cfaabi_dbg_ctx );
    247 
    248                         __cfadbg_print_safe(io, "Kernel I/O : fast allocation successful from ring %d\n", ctx->fd);
    249 
    250                         __fill( sqes, want, idxs, ctx );
    251                         return ctx;
    252                 }
    253                 // The fast path failed, fallback
    254                 __STATS__( true, io.alloc.fail += 1; )
    255 
    256                 // Fast path failed, fallback on arbitration
    257                 __STATS__( true, io.alloc.slow += 1; )
    258                 enable_interrupts( __cfaabi_dbg_ctx );
    259 
    260                 $io_arbiter * ioarb = proc->cltr->io.arbiter;
    261                 /* paranoid */ verify( ioarb );
    262 
    263                 __cfadbg_print_safe(io, "Kernel I/O : falling back on arbiter for allocation\n");
    264 
    265                 struct $io_context * ret = __ioarbiter_allocate(*ioarb, proc, idxs, want);
    266 
    267                 __cfadbg_print_safe(io, "Kernel I/O : slow allocation completed from ring %d\n", ret->fd);
    268 
    269                 __fill( sqes, want, idxs,ret );
    270                 return ret;
    271         }
    272 
    273 
    274         //=============================================================================================
    275         // submission
    276         static inline void __submit( struct $io_context * ctx, __u32 idxs[], __u32 have, bool lazy) {
    277                 // We can proceed to the fast path
    278                 // Get the right objects
    279                 __sub_ring_t & sq = ctx->sq;
    280                 const __u32 mask  = *sq.mask;
    281                 __u32 tail = *sq.kring.tail;
    282 
    283                 // Add the sqes to the array
    284                 for( i; have ) {
    285                         __cfadbg_print_safe(io, "Kernel I/O : __submit loop\n");
    286                         sq.kring.array[ (tail + i) & mask ] = idxs[i];
    287                 }
    288 
    289                 // Make the sqes visible to the submitter
    290                 __atomic_store_n(sq.kring.tail, tail + have, __ATOMIC_RELEASE);
    291                 sq.to_submit++;
    292 
    293                 ctx->proc->io.pending = true;
    294                 ctx->proc->io.dirty   = true;
    295                 if(sq.to_submit > 30 || !lazy) {
    296                         __cfa_io_flush( ctx->proc );
    297                 }
    298         }
    299 
    300         void cfa_io_submit( struct $io_context * inctx, __u32 idxs[], __u32 have, bool lazy ) __attribute__((nonnull (1))) {
    301                 __cfadbg_print_safe(io, "Kernel I/O : attempting to submit %u (%s)\n", have, lazy ? "lazy" : "eager");
    302 
    303                 disable_interrupts();
    304                 processor * proc = __cfaabi_tls.this_processor;
    305                 $io_context * ctx = proc->io.ctx;
    306                 /* paranoid */ verify( __cfaabi_tls.this_processor );
    307                 /* paranoid */ verify( ctx );
    308 
    309                 // Can we proceed to the fast path
    310                 if( ctx == inctx )              // We have the right instance?
     352        [* volatile struct io_uring_sqe, __u32] __submit_alloc( struct __io_data & ring, __u64 data ) {
     353                /* paranoid */ verify( data != 0 );
     354
     355                // Prepare the data we need
     356                __attribute((unused)) int len   = 0;
     357                __attribute((unused)) int block = 0;
     358                __u32 cnt = *ring.submit_q.num;
     359                __u32 mask = *ring.submit_q.mask;
     360
     361                __u32 off = thread_rand();
     362
     363                // Loop around looking for an available spot
     364                for() {
     365                        // Look through the list starting at some offset
     366                        for(i; cnt) {
     367                                __u64 expected = 3;
     368                                __u32 idx = (i + off) & mask; // Get an index from a random
     369                                volatile struct io_uring_sqe * sqe = &ring.submit_q.sqes[idx];
     370                                volatile __u64 * udata = &sqe->user_data;
     371
     372                                // Allocate the entry by CASing the user_data field from 0 to the future address
     373                                if( *udata == expected &&
     374                                        __atomic_compare_exchange_n( udata, &expected, data, true, __ATOMIC_SEQ_CST, __ATOMIC_RELAXED ) )
     375                                {
     376                                        // update statistics
     377                                        __STATS__( false,
     378                                                io.submit_q.alloc_avg.val   += len;
     379                                                io.submit_q.alloc_avg.block += block;
     380                                                io.submit_q.alloc_avg.cnt   += 1;
     381                                        )
     382
     383                                        // debug log
     384                                        __cfadbg_print_safe( io, "Kernel I/O : allocated [%p, %u] for %p (%p)\n", sqe, idx, active_thread(), (void*)data );
     385
     386                                        // Success return the data
     387                                        return [sqe, idx];
     388                                }
     389                                verify(expected != data);
     390
     391                                // This one was used
     392                                len ++;
     393                        }
     394
     395                        block++;
     396
     397                        yield();
     398                }
     399        }
     400
     401        static inline __u32 __submit_to_ready_array( struct __io_data & ring, __u32 idx, const __u32 mask ) {
     402                /* paranoid */ verify( idx <= mask   );
     403                /* paranoid */ verify( idx != -1ul32 );
     404
     405                // We need to find a spot in the ready array
     406                __attribute((unused)) int len   = 0;
     407                __attribute((unused)) int block = 0;
     408                __u32 ready_mask = ring.submit_q.ready_cnt - 1;
     409
     410                __u32 off = thread_rand();
     411
     412                __u32 picked;
     413                LOOKING: for() {
     414                        for(i; ring.submit_q.ready_cnt) {
     415                                picked = (i + off) & ready_mask;
     416                                __u32 expected = -1ul32;
     417                                if( __atomic_compare_exchange_n( &ring.submit_q.ready[picked], &expected, idx, true, __ATOMIC_SEQ_CST, __ATOMIC_RELAXED ) ) {
     418                                        break LOOKING;
     419                                }
     420                                verify(expected != idx);
     421
     422                                len ++;
     423                        }
     424
     425                        block++;
     426
     427                        __u32 released = __release_consumed_submission( ring );
     428                        if( released == 0 ) {
     429                                yield();
     430                        }
     431                }
     432
     433                // update statistics
     434                __STATS__( false,
     435                        io.submit_q.look_avg.val   += len;
     436                        io.submit_q.look_avg.block += block;
     437                        io.submit_q.look_avg.cnt   += 1;
     438                )
     439
     440                return picked;
     441        }
     442
     443        void __submit( struct io_context * ctx, __u32 idx ) __attribute__((nonnull (1))) {
     444                __io_data & ring = *ctx->thrd.ring;
     445
    311446                {
    312                         __submit(ctx, idxs, have, lazy);
    313 
    314                         // Mark the instance as no longer in-use, re-enable interrupts and return
    315                         __STATS__( true, io.submit.fast += 1; )
    316                         enable_interrupts( __cfaabi_dbg_ctx );
    317 
    318                         __cfadbg_print_safe(io, "Kernel I/O : submitted on fast path\n");
    319                         return;
    320                 }
    321 
    322                 // Fast path failed, fallback on arbitration
    323                 __STATS__( true, io.submit.slow += 1; )
    324                 enable_interrupts( __cfaabi_dbg_ctx );
    325 
    326                 __cfadbg_print_safe(io, "Kernel I/O : falling back on arbiter for submission\n");
    327 
    328                 __ioarbiter_submit(*inctx->arbiter, inctx, idxs, have, lazy);
    329         }
    330 
    331         //=============================================================================================
    332         // Flushing
     447                        __attribute__((unused)) volatile struct io_uring_sqe * sqe = &ring.submit_q.sqes[idx];
     448                        __cfadbg_print_safe( io,
     449                                "Kernel I/O : submitting %u (%p) for %p\n"
     450                                "    data: %p\n"
     451                                "    opcode: %s\n"
     452                                "    fd: %d\n"
     453                                "    flags: %d\n"
     454                                "    prio: %d\n"
     455                                "    off: %p\n"
     456                                "    addr: %p\n"
     457                                "    len: %d\n"
     458                                "    other flags: %d\n"
     459                                "    splice fd: %d\n"
     460                                "    pad[0]: %llu\n"
     461                                "    pad[1]: %llu\n"
     462                                "    pad[2]: %llu\n",
     463                                idx, sqe,
     464                                active_thread(),
     465                                (void*)sqe->user_data,
     466                                opcodes[sqe->opcode],
     467                                sqe->fd,
     468                                sqe->flags,
     469                                sqe->ioprio,
     470                                (void*)sqe->off,
     471                                (void*)sqe->addr,
     472                                sqe->len,
     473                                sqe->accept_flags,
     474                                sqe->splice_fd_in,
     475                                sqe->__pad2[0],
     476                                sqe->__pad2[1],
     477                                sqe->__pad2[2]
     478                        );
     479                }
     480
     481
     482                // Get now the data we definetely need
     483                volatile __u32 * const tail = ring.submit_q.tail;
     484                const __u32 mask  = *ring.submit_q.mask;
     485
     486                // There are 2 submission schemes, check which one we are using
     487                if( ring.poller_submits ) {
     488                        // If the poller thread submits, then we just need to add this to the ready array
     489                        __submit_to_ready_array( ring, idx, mask );
     490
     491                        post( ctx->thrd.sem );
     492
     493                        __cfadbg_print_safe( io, "Kernel I/O : Added %u to ready for %p\n", idx, active_thread() );
     494                }
     495                else if( ring.eager_submits ) {
     496                        __attribute__((unused)) __u32 picked = __submit_to_ready_array( ring, idx, mask );
     497
     498                        #if defined(LEADER_LOCK)
     499                                if( !try_lock(ring.submit_q.submit_lock) ) {
     500                                        __STATS__( false,
     501                                                io.submit_q.helped += 1;
     502                                        )
     503                                        return;
     504                                }
     505                                /* paranoid */ verify( ! __preemption_enabled() );
     506                                __STATS__( true,
     507                                        io.submit_q.leader += 1;
     508                                )
     509                        #else
     510                                for() {
     511                                        yield();
     512
     513                                        if( try_lock(ring.submit_q.submit_lock __cfaabi_dbg_ctx2) ) {
     514                                                __STATS__( false,
     515                                                        io.submit_q.leader += 1;
     516                                                )
     517                                                break;
     518                                        }
     519
     520                                        // If some one else collected our index, we are done
     521                                        #warning ABA problem
     522                                        if( ring.submit_q.ready[picked] != idx ) {
     523                                                __STATS__( false,
     524                                                        io.submit_q.helped += 1;
     525                                                )
     526                                                return;
     527                                        }
     528
     529                                        __STATS__( false,
     530                                                io.submit_q.busy += 1;
     531                                        )
     532                                }
     533                        #endif
     534
     535                        // We got the lock
     536                        // Collect the submissions
     537                        unsigned to_submit = __collect_submitions( ring );
     538
     539                        // Actually submit
     540                        int ret = __io_uring_enter( ring, to_submit, false );
     541
     542                        #if defined(LEADER_LOCK)
     543                                /* paranoid */ verify( ! __preemption_enabled() );
     544                                next(ring.submit_q.submit_lock);
     545                        #else
     546                                unlock(ring.submit_q.submit_lock);
     547                        #endif
     548                        if( ret < 0 ) {
     549                                return;
     550                        }
     551
     552                        // Release the consumed SQEs
     553                        __release_consumed_submission( ring );
     554
     555                        // update statistics
     556                        __STATS__( false,
     557                                io.submit_q.submit_avg.rdy += to_submit;
     558                                io.submit_q.submit_avg.csm += ret;
     559                                io.submit_q.submit_avg.cnt += 1;
     560                        )
     561
     562                        __cfadbg_print_safe( io, "Kernel I/O : submitted %u (among %u) for %p\n", idx, ret, active_thread() );
     563                }
     564                else
     565                {
     566                        // get mutual exclusion
     567                        #if defined(LEADER_LOCK)
     568                                while(!try_lock(ring.submit_q.submit_lock));
     569                        #else
     570                                lock(ring.submit_q.submit_lock __cfaabi_dbg_ctx2);
     571                        #endif
     572
     573                        /* paranoid */ verifyf( ring.submit_q.sqes[ idx ].user_data != 3ul64,
     574                        /* paranoid */  "index %u already reclaimed\n"
     575                        /* paranoid */  "head %u, prev %u, tail %u\n"
     576                        /* paranoid */  "[-0: %u,-1: %u,-2: %u,-3: %u]\n",
     577                        /* paranoid */  idx,
     578                        /* paranoid */  *ring.submit_q.head, ring.submit_q.prev_head, *tail
     579                        /* paranoid */  ,ring.submit_q.array[ ((*ring.submit_q.head) - 0) & (*ring.submit_q.mask) ]
     580                        /* paranoid */  ,ring.submit_q.array[ ((*ring.submit_q.head) - 1) & (*ring.submit_q.mask) ]
     581                        /* paranoid */  ,ring.submit_q.array[ ((*ring.submit_q.head) - 2) & (*ring.submit_q.mask) ]
     582                        /* paranoid */  ,ring.submit_q.array[ ((*ring.submit_q.head) - 3) & (*ring.submit_q.mask) ]
     583                        /* paranoid */ );
     584
     585                        // Append to the list of ready entries
     586
     587                        /* paranoid */ verify( idx <= mask );
     588                        ring.submit_q.array[ (*tail) & mask ] = idx;
     589                        __atomic_fetch_add(tail, 1ul32, __ATOMIC_SEQ_CST);
     590
     591                        // Submit however, many entries need to be submitted
     592                        int ret = __io_uring_enter( ring, 1, false );
     593                        if( ret < 0 ) {
     594                                switch((int)errno) {
     595                                default:
     596                                        abort( "KERNEL ERROR: IO_URING SUBMIT - %s\n", strerror(errno) );
     597                                }
     598                        }
     599
     600                        /* paranoid */ verify(ret == 1);
     601
     602                        // update statistics
     603                        __STATS__( false,
     604                                io.submit_q.submit_avg.csm += 1;
     605                                io.submit_q.submit_avg.cnt += 1;
     606                        )
     607
     608                        {
     609                                __attribute__((unused)) volatile __u32 * const head = ring.submit_q.head;
     610                                __attribute__((unused)) __u32 last_idx = ring.submit_q.array[ ((*head) - 1) & mask ];
     611                                __attribute__((unused)) volatile struct io_uring_sqe * sqe = &ring.submit_q.sqes[last_idx];
     612
     613                                __cfadbg_print_safe( io,
     614                                        "Kernel I/O : last submitted is %u (%p)\n"
     615                                        "    data: %p\n"
     616                                        "    opcode: %s\n"
     617                                        "    fd: %d\n"
     618                                        "    flags: %d\n"
     619                                        "    prio: %d\n"
     620                                        "    off: %p\n"
     621                                        "    addr: %p\n"
     622                                        "    len: %d\n"
     623                                        "    other flags: %d\n"
     624                                        "    splice fd: %d\n"
     625                                        "    pad[0]: %llu\n"
     626                                        "    pad[1]: %llu\n"
     627                                        "    pad[2]: %llu\n",
     628                                        last_idx, sqe,
     629                                        (void*)sqe->user_data,
     630                                        opcodes[sqe->opcode],
     631                                        sqe->fd,
     632                                        sqe->flags,
     633                                        sqe->ioprio,
     634                                        (void*)sqe->off,
     635                                        (void*)sqe->addr,
     636                                        sqe->len,
     637                                        sqe->accept_flags,
     638                                        sqe->splice_fd_in,
     639                                        sqe->__pad2[0],
     640                                        sqe->__pad2[1],
     641                                        sqe->__pad2[2]
     642                                );
     643                        }
     644
     645                        __atomic_thread_fence( __ATOMIC_SEQ_CST );
     646                        // Release the consumed SQEs
     647
     648                        __release_consumed_submission( ring );
     649                        // ring.submit_q.sqes[idx].user_data = 3ul64;
     650
     651                        #if defined(LEADER_LOCK)
     652                                next(ring.submit_q.submit_lock);
     653                        #else
     654                                unlock(ring.submit_q.submit_lock);
     655                        #endif
     656
     657                        __cfadbg_print_safe( io, "Kernel I/O : submitted %u for %p\n", idx, active_thread() );
     658                }
     659        }
     660
     661        // #define PARTIAL_SUBMIT 32
     662
     663        // go through the list of submissions in the ready array and moved them into
     664        // the ring's submit queue
     665        static unsigned __collect_submitions( struct __io_data & ring ) {
     666                /* paranoid */ verify( ring.submit_q.ready != 0p );
     667                /* paranoid */ verify( ring.submit_q.ready_cnt > 0 );
     668
     669                unsigned to_submit = 0;
     670                __u32 tail = *ring.submit_q.tail;
     671                const __u32 mask = *ring.submit_q.mask;
     672                #if defined(PARTIAL_SUBMIT)
     673                        #if defined(LEADER_LOCK)
     674                                #error PARTIAL_SUBMIT and LEADER_LOCK cannot co-exist
     675                        #endif
     676                        const __u32 cnt = ring.submit_q.ready_cnt > PARTIAL_SUBMIT ? PARTIAL_SUBMIT : ring.submit_q.ready_cnt;
     677                        const __u32 offset = ring.submit_q.prev_ready;
     678                        ring.submit_q.prev_ready += cnt;
     679                #else
     680                        const __u32 cnt = ring.submit_q.ready_cnt;
     681                        const __u32 offset = 0;
     682                #endif
     683
     684                // Go through the list of ready submissions
     685                for( c; cnt ) {
     686                        __u32 i = (offset + c) % ring.submit_q.ready_cnt;
     687
     688                        // replace any submission with the sentinel, to consume it.
     689                        __u32 idx = __atomic_exchange_n( &ring.submit_q.ready[i], -1ul32, __ATOMIC_RELAXED);
     690
     691                        // If it was already the sentinel, then we are done
     692                        if( idx == -1ul32 ) continue;
     693
     694                        // If we got a real submission, append it to the list
     695                        ring.submit_q.array[ (tail + to_submit) & mask ] = idx & mask;
     696                        to_submit++;
     697                }
     698
     699                // Increment the tail based on how many we are ready to submit
     700                __atomic_fetch_add(ring.submit_q.tail, to_submit, __ATOMIC_SEQ_CST);
     701
     702                return to_submit;
     703        }
     704
    333705        // Go through the ring's submit queue and release everything that has already been consumed
    334706        // by io_uring
    335         // This cannot be done by multiple threads
    336         static __u32 __release_sqes( struct $io_context & ctx ) {
    337                 const __u32 mask = *ctx.sq.mask;
    338 
     707        static __u32 __release_consumed_submission( struct __io_data & ring ) {
     708                const __u32 smask = *ring.submit_q.mask;
     709
     710                // We need to get the lock to copy the old head and new head
     711                if( !try_lock(ring.submit_q.release_lock __cfaabi_dbg_ctx2) ) return 0;
    339712                __attribute__((unused))
    340                 __u32 ctail = *ctx.sq.kring.tail;    // get the current tail of the queue
    341                 __u32 chead = *ctx.sq.kring.head;        // get the current head of the queue
    342                 __u32 phead = ctx.sq.kring.released; // get the head the last time we were here
    343 
    344                 __u32 ftail = ctx.sq.free_ring.tail;  // get the current tail of the queue
     713                __u32 ctail = *ring.submit_q.tail;        // get the current tail of the queue
     714                __u32 chead = *ring.submit_q.head;              // get the current head of the queue
     715                __u32 phead = ring.submit_q.prev_head;  // get the head the last time we were here
     716                ring.submit_q.prev_head = chead;                // note up to were we processed
     717                unlock(ring.submit_q.release_lock);
    345718
    346719                // the 3 fields are organized like this diagram
     
    361734                __u32 count = chead - phead;
    362735
    363                 if(count == 0) {
    364                         return 0;
    365                 }
    366 
    367736                // We acquired an previous-head/current-head range
    368737                // go through the range and release the sqes
    369738                for( i; count ) {
    370                         __cfadbg_print_safe(io, "Kernel I/O : release loop\n");
    371                         __u32 idx = ctx.sq.kring.array[ (phead + i) & mask ];
    372                         ctx.sq.free_ring.array[ (ftail + i) & mask ] = idx;
    373                 }
    374 
    375                 ctx.sq.kring.released = chead;          // note up to were we processed
    376                 __atomic_store_n(&ctx.sq.free_ring.tail, ftail + count, __ATOMIC_SEQ_CST);
    377 
    378                 __ioarbiter_notify(ctx);
    379 
     739                        __u32 idx = ring.submit_q.array[ (phead + i) & smask ];
     740
     741                        /* paranoid */ verify( 0 != ring.submit_q.sqes[ idx ].user_data );
     742                        __clean( &ring.submit_q.sqes[ idx ] );
     743                }
    380744                return count;
    381745        }
    382746
    383 //=============================================================================================
    384 // I/O Arbiter
    385 //=============================================================================================
    386         static $io_context * __ioarbiter_allocate( $io_arbiter & mutex this, processor * proc, __u32 idxs[], __u32 want ) {
    387                 __cfadbg_print_safe(io, "Kernel I/O : arbiter allocating\n");
    388 
    389                 __STATS__( false, io.alloc.block += 1; )
    390 
    391                 // No one has any resources left, wait for something to finish
    392                 // Mark as pending
    393                 __atomic_store_n( &this.pending.flag, true, __ATOMIC_SEQ_CST );
    394 
    395                 // Wait for our turn to submit
    396                 wait( this.pending.blocked, want );
    397 
    398                 __attribute((unused)) bool ret =
    399                 __alloc( this.pending.ctx, idxs, want);
    400                 /* paranoid */ verify( ret );
    401 
    402                 return this.pending.ctx;
    403 
    404         }
    405 
    406         static void __ioarbiter_notify( $io_arbiter & mutex this, $io_context * ctx ) {
    407                 /* paranoid */ verify( !is_empty(this.pending.blocked) );
    408                 this.pending.ctx = ctx;
    409 
    410                 while( !is_empty(this.pending.blocked) ) {
    411                         __cfadbg_print_safe(io, "Kernel I/O : notifying\n");
    412                         __u32 have = ctx->sq.free_ring.tail - ctx->sq.free_ring.head;
    413                         __u32 want = front( this.pending.blocked );
    414 
    415                         if( have > want ) return;
    416 
    417                         signal_block( this.pending.blocked );
    418                 }
    419 
    420                 this.pending.flag = false;
    421         }
    422 
    423         static void __ioarbiter_notify( $io_context & ctx ) {
    424                 if(__atomic_load_n( &ctx.arbiter->pending.flag, __ATOMIC_SEQ_CST)) {
    425                         __ioarbiter_notify( *ctx.arbiter, &ctx );
    426                 }
    427         }
    428 
    429         // Simply append to the pending
    430         static void __ioarbiter_submit( $io_arbiter & mutex this, $io_context * ctx, __u32 idxs[], __u32 have, bool lazy ) {
    431                 __cfadbg_print_safe(io, "Kernel I/O : submitting %u from the arbiter to context %u\n", have, ctx->fd);
    432 
    433                 /* paranoid */ verify( &this == ctx->arbiter );
    434 
    435                 // Mark as pending
    436                 __atomic_store_n( &ctx->ext_sq.empty, false, __ATOMIC_SEQ_CST );
    437 
    438                 __cfadbg_print_safe(io, "Kernel I/O : waiting to submit %u\n", have);
    439 
    440                 // Wait for our turn to submit
    441                 wait( ctx->ext_sq.blocked );
    442 
    443                 // Submit our indexes
    444                 __submit(ctx, idxs, have, lazy);
    445 
    446                 __cfadbg_print_safe(io, "Kernel I/O : %u submitted from arbiter\n", have);
    447         }
    448 
    449         static void __ioarbiter_flush( $io_arbiter & mutex this, $io_context * ctx ) {
    450                 /* paranoid */ verify( &this == ctx->arbiter );
    451 
    452                 __STATS__( false, io.flush.external += 1; )
    453 
    454                 __cfadbg_print_safe(io, "Kernel I/O : arbiter flushing\n");
    455 
    456                 condition & blcked = ctx->ext_sq.blocked;
    457                 /* paranoid */ verify( ctx->ext_sq.empty == is_empty( blcked ) );
    458                 while(!is_empty( blcked )) {
    459                         signal_block( blcked );
    460                 }
    461 
    462                 ctx->ext_sq.empty = true;
     747        void __sqe_clean( volatile struct io_uring_sqe * sqe ) {
     748                __clean( sqe );
     749        }
     750
     751        static inline void __clean( volatile struct io_uring_sqe * sqe ) {
     752                // If we are in debug mode, thrash the fields to make sure we catch reclamation errors
     753                __cfaabi_dbg_debug_do(
     754                        memset(sqe, 0xde, sizeof(*sqe));
     755                        sqe->opcode = (sizeof(opcodes) / sizeof(const char *)) - 1;
     756                );
     757
     758                // Mark the entry as unused
     759                __atomic_store_n(&sqe->user_data, 3ul64, __ATOMIC_SEQ_CST);
    463760        }
    464761#endif
Note: See TracChangeset for help on using the changeset viewer.