Ignore:
File:
1 edited

Legend:

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

    re9c0b4c r2fab24e3  
    3232        extern "C" {
    3333                #include <sys/syscall.h>
    34                 #include <sys/eventfd.h>
    3534
    3635                #include <linux/io_uring.h>
     
    4039        #include "kernel.hfa"
    4140        #include "kernel/fwd.hfa"
    42         #include "kernel_private.hfa"
    4341        #include "io/types.hfa"
    4442
     
    8179        };
    8280
    83         static $io_context * __ioarbiter_allocate( $io_arbiter & this, __u32 idxs[], __u32 want );
    84         static void __ioarbiter_submit( $io_context * , __u32 idxs[], __u32 have, bool lazy );
    85         static void __ioarbiter_flush ( $io_context & );
    86         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
    87195//=============================================================================================
    88196// I/O Polling
    89197//=============================================================================================
    90         static inline unsigned __flush( struct $io_context & );
    91         static inline __u32 __release_sqes( struct $io_context & );
    92         extern void __kernel_unpark( $thread * thrd );
    93 
    94         bool __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 ) {
    95212                /* paranoid */ verify( ! __preemption_enabled() );
    96                 /* paranoid */ verify( ready_schedule_islocked() );
    97                 /* paranoid */ verify( proc );
    98                 /* 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 );
    99240
    100241                // Drain the queue
    101                 $io_context * ctx = proc->io.ctx;
    102                 unsigned head = *ctx->cq.head;
    103                 unsigned tail = *ctx->cq.tail;
    104                 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                }
    105250
    106251                __u32 count = tail - head;
    107                 __STATS__( false, io.calls.drain++; io.calls.completed += count; )
    108 
    109                 if(count == 0) return false;
    110 
     252                /* paranoid */ verify( count != 0 );
    111253                for(i; count) {
    112254                        unsigned idx = (head + i) & mask;
    113                         volatile struct io_uring_cqe & cqe = ctx->cq.cqes[idx];
     255                        volatile struct io_uring_cqe & cqe = ring.completion_q.cqes[idx];
    114256
    115257                        /* paranoid */ verify(&cqe);
    116258
    117                         struct io_future_t * future = (struct io_future_t *)(uintptr_t)cqe.user_data;
    118                         __cfadbg_print_safe( io, "Kernel I/O : Syscall completed : cqe %p, result %d for %p\n", &cqe, cqe.res, future );
    119 
    120                         __kernel_unpark( fulfil( *future, cqe.res, false ) );
    121                 }
    122 
    123                 __cfadbg_print_safe(io, "Kernel I/O : %u completed\n", count);
     259                        process( cqe );
     260                }
    124261
    125262                // Mark to the kernel that the cqe has been seen
    126263                // Ensure that the kernel only sees the new value of the head index after the CQEs have been read.
    127                 __atomic_store_n( ctx->cq.head, head + count, __ATOMIC_SEQ_CST );
    128 
    129                 /* paranoid */ verify( ready_schedule_islocked() );
    130                 /* paranoid */ verify( ! __preemption_enabled() );
    131 
    132                 return true;
    133         }
    134 
    135         void __cfa_io_flush( processor * proc ) {
    136                 /* paranoid */ verify( ! __preemption_enabled() );
    137                 /* paranoid */ verify( proc );
    138                 /* paranoid */ verify( proc->io.ctx );
    139 
    140                 $io_context & ctx = *proc->io.ctx;
    141 
    142                 __ioarbiter_flush( ctx );
    143 
    144                 __STATS__( true, io.calls.flush++; )
    145                 int ret = syscall( __NR_io_uring_enter, ctx.fd, ctx.sq.to_submit, 0, 0, (sigset_t *)0p, _NSIG / 8);
    146                 if( ret < 0 ) {
    147                         switch((int)errno) {
    148                         case EAGAIN:
    149                         case EINTR:
    150                         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
    151287                                // Update statistics
    152                                 __STATS__( false, io.calls.errors.busy ++; )
    153                                 return;
    154                         default:
    155                                 abort( "KERNEL ERROR: IO_URING SYSCALL - (%d) %s\n", (int)errno, strerror(errno) );
    156                         }
    157                 }
    158 
    159                 __cfadbg_print_safe(io, "Kernel I/O : %u submitted to io_uring %d\n", ret, ctx.fd);
    160                 __STATS__( true, io.calls.submitted += ret; )
    161                 /* paranoid */ verify( ctx.sq.to_submit <= *ctx.sq.num );
    162                 /* paranoid */ verify( ctx.sq.to_submit >= ret );
    163 
    164                 ctx.sq.to_submit -= ret;
    165 
    166                 /* paranoid */ verify( ctx.sq.to_submit <= *ctx.sq.num );
    167 
    168                 // Release the consumed SQEs
    169                 __release_sqes( ctx );
    170 
    171                 /* paranoid */ verify( ! __preemption_enabled() );
    172 
    173                 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 );
    174325        }
    175326
     
    193344//         head and tail must be fully filled and shouldn't ever be touched again.
    194345//
    195         //=============================================================================================
    196         // Allocation
    197         // for user's convenience fill the sqes from the indexes
    198         static inline void __fill(struct io_uring_sqe * out_sqes[], __u32 want, __u32 idxs[], struct $io_context * ctx)  {
    199                 struct io_uring_sqe * sqes = ctx->sq.sqes;
    200                 for(i; want) {
    201                         __cfadbg_print_safe(io, "Kernel I/O : filling loop\n");
    202                         out_sqes[i] = &sqes[idxs[i]];
    203                 }
    204         }
    205 
    206         // Try to directly allocate from the a given context
    207         // Not thread-safe
    208         static inline bool __alloc(struct $io_context * ctx, __u32 idxs[], __u32 want) {
    209                 __sub_ring_t & sq = ctx->sq;
    210                 const __u32 mask  = *sq.mask;
    211                 __u32 fhead = sq.free_ring.head;    // get the current head of the queue
    212                 __u32 ftail = sq.free_ring.tail;    // get the current tail of the queue
    213 
    214                 // If we don't have enough sqes, fail
    215                 if((ftail - fhead) < want) { return false; }
    216 
    217                 // copy all the indexes we want from the available list
    218                 for(i; want) {
    219                         __cfadbg_print_safe(io, "Kernel I/O : allocating loop\n");
    220                         idxs[i] = sq.free_ring.array[(fhead + i) & mask];
    221                 }
    222 
    223                 // Advance the head to mark the indexes as consumed
    224                 __atomic_store_n(&sq.free_ring.head, fhead + want, __ATOMIC_RELEASE);
    225 
    226                 // return success
    227                 return true;
    228         }
    229346
    230347        // Allocate an submit queue entry.
     
    233350        // for convenience, return both the index and the pointer to the sqe
    234351        // sqe == &sqes[idx]
    235         struct $io_context * cfa_io_allocate(struct io_uring_sqe * sqes[], __u32 idxs[], __u32 want) {
    236                 __cfadbg_print_safe(io, "Kernel I/O : attempting to allocate %u\n", want);
    237 
    238                 disable_interrupts();
    239                 processor * proc = __cfaabi_tls.this_processor;
    240                 $io_context * ctx = proc->io.ctx;
    241                 /* paranoid */ verify( __cfaabi_tls.this_processor );
    242                 /* paranoid */ verify( ctx );
    243 
    244                 __cfadbg_print_safe(io, "Kernel I/O : attempting to fast allocation\n");
    245 
    246                 // We can proceed to the fast path
    247                 if( __alloc(ctx, idxs, want) ) {
    248                         // Allocation was successful
    249                         __STATS__( true, io.alloc.fast += 1; )
    250                         enable_interrupts();
    251 
    252                         __cfadbg_print_safe(io, "Kernel I/O : fast allocation successful from ring %d\n", ctx->fd);
    253 
    254                         __fill( sqes, want, idxs, ctx );
    255                         return ctx;
    256                 }
    257                 // The fast path failed, fallback
    258                 __STATS__( true, io.alloc.fail += 1; )
    259 
    260                 // Fast path failed, fallback on arbitration
    261                 __STATS__( true, io.alloc.slow += 1; )
    262                 enable_interrupts();
    263 
    264                 $io_arbiter * ioarb = proc->cltr->io.arbiter;
    265                 /* paranoid */ verify( ioarb );
    266 
    267                 __cfadbg_print_safe(io, "Kernel I/O : falling back on arbiter for allocation\n");
    268 
    269                 struct $io_context * ret = __ioarbiter_allocate(*ioarb, idxs, want);
    270 
    271                 __cfadbg_print_safe(io, "Kernel I/O : slow allocation completed from ring %d\n", ret->fd);
    272 
    273                 __fill( sqes, want, idxs,ret );
    274                 return ret;
    275         }
    276 
    277 
    278         //=============================================================================================
    279         // submission
    280         static inline void __submit( struct $io_context * ctx, __u32 idxs[], __u32 have, bool lazy) {
    281                 // We can proceed to the fast path
    282                 // Get the right objects
    283                 __sub_ring_t & sq = ctx->sq;
    284                 const __u32 mask  = *sq.mask;
    285                 __u32 tail = *sq.kring.tail;
    286 
    287                 // Add the sqes to the array
    288                 for( i; have ) {
    289                         __cfadbg_print_safe(io, "Kernel I/O : __submit loop\n");
    290                         sq.kring.array[ (tail + i) & mask ] = idxs[i];
    291                 }
    292 
    293                 // Make the sqes visible to the submitter
    294                 __atomic_store_n(sq.kring.tail, tail + have, __ATOMIC_RELEASE);
    295                 sq.to_submit++;
    296 
    297                 ctx->proc->io.pending = true;
    298                 ctx->proc->io.dirty   = true;
    299                 if(sq.to_submit > 30 || !lazy) {
    300                         __cfa_io_flush( ctx->proc );
    301                 }
    302         }
    303 
    304         void cfa_io_submit( struct $io_context * inctx, __u32 idxs[], __u32 have, bool lazy ) __attribute__((nonnull (1))) {
    305                 __cfadbg_print_safe(io, "Kernel I/O : attempting to submit %u (%s)\n", have, lazy ? "lazy" : "eager");
    306 
    307                 disable_interrupts();
    308                 processor * proc = __cfaabi_tls.this_processor;
    309                 $io_context * ctx = proc->io.ctx;
    310                 /* paranoid */ verify( __cfaabi_tls.this_processor );
    311                 /* paranoid */ verify( ctx );
    312 
    313                 // Can we proceed to the fast path
    314                 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
    315446                {
    316                         __submit(ctx, idxs, have, lazy);
    317 
    318                         // Mark the instance as no longer in-use, re-enable interrupts and return
    319                         __STATS__( true, io.submit.fast += 1; )
    320                         enable_interrupts();
    321 
    322                         __cfadbg_print_safe(io, "Kernel I/O : submitted on fast path\n");
    323                         return;
    324                 }
    325 
    326                 // Fast path failed, fallback on arbitration
    327                 __STATS__( true, io.submit.slow += 1; )
    328                 enable_interrupts();
    329 
    330                 __cfadbg_print_safe(io, "Kernel I/O : falling back on arbiter for submission\n");
    331 
    332                 __ioarbiter_submit(inctx, idxs, have, lazy);
    333         }
    334 
    335         //=============================================================================================
    336         // 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
    337705        // Go through the ring's submit queue and release everything that has already been consumed
    338706        // by io_uring
    339         // This cannot be done by multiple threads
    340         static __u32 __release_sqes( struct $io_context & ctx ) {
    341                 const __u32 mask = *ctx.sq.mask;
    342 
     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;
    343712                __attribute__((unused))
    344                 __u32 ctail = *ctx.sq.kring.tail;    // get the current tail of the queue
    345                 __u32 chead = *ctx.sq.kring.head;        // get the current head of the queue
    346                 __u32 phead = ctx.sq.kring.released; // get the head the last time we were here
    347 
    348                 __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);
    349718
    350719                // the 3 fields are organized like this diagram
     
    365734                __u32 count = chead - phead;
    366735
    367                 if(count == 0) {
    368                         return 0;
    369                 }
    370 
    371736                // We acquired an previous-head/current-head range
    372737                // go through the range and release the sqes
    373738                for( i; count ) {
    374                         __cfadbg_print_safe(io, "Kernel I/O : release loop\n");
    375                         __u32 idx = ctx.sq.kring.array[ (phead + i) & mask ];
    376                         ctx.sq.free_ring.array[ (ftail + i) & mask ] = idx;
    377                 }
    378 
    379                 ctx.sq.kring.released = chead;          // note up to were we processed
    380                 __atomic_store_n(&ctx.sq.free_ring.tail, ftail + count, __ATOMIC_SEQ_CST);
    381 
    382                 __ioarbiter_notify(ctx);
    383 
     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                }
    384744                return count;
    385745        }
    386746
    387 //=============================================================================================
    388 // I/O Arbiter
    389 //=============================================================================================
    390         static inline void block(__outstanding_io_queue & queue, __outstanding_io & item) {
    391                 // Lock the list, it's not thread safe
    392                 lock( queue.lock __cfaabi_dbg_ctx2 );
    393                 {
    394                         // Add our request to the list
    395                         add( queue.queue, item );
    396 
    397                         // Mark as pending
    398                         __atomic_store_n( &queue.empty, false, __ATOMIC_SEQ_CST );
    399                 }
    400                 unlock( queue.lock );
    401 
    402                 wait( item.sem );
    403         }
    404 
    405         static inline bool empty(__outstanding_io_queue & queue ) {
    406                 return __atomic_load_n( &queue.empty, __ATOMIC_SEQ_CST);
    407         }
    408 
    409         static $io_context * __ioarbiter_allocate( $io_arbiter & this, __u32 idxs[], __u32 want ) {
    410                 __cfadbg_print_safe(io, "Kernel I/O : arbiter allocating\n");
    411 
    412                 __STATS__( false, io.alloc.block += 1; )
    413 
    414                 // No one has any resources left, wait for something to finish
    415                 // We need to add ourself to a list of pending allocs and wait for an answer
    416                 __pending_alloc pa;
    417                 pa.idxs = idxs;
    418                 pa.want = want;
    419 
    420                 block(this.pending, (__outstanding_io&)pa);
    421 
    422                 return pa.ctx;
    423 
    424         }
    425 
    426         static void __ioarbiter_notify( $io_arbiter & this, $io_context * ctx ) {
    427                 /* paranoid */ verify( !empty(this.pending.queue) );
    428 
    429                 lock( this.pending.lock __cfaabi_dbg_ctx2 );
    430                 {
    431                         while( !empty(this.pending.queue) ) {
    432                                 __cfadbg_print_safe(io, "Kernel I/O : notifying\n");
    433                                 __u32 have = ctx->sq.free_ring.tail - ctx->sq.free_ring.head;
    434                                 __pending_alloc & pa = (__pending_alloc&)head( this.pending.queue );
    435 
    436                                 if( have > pa.want ) goto DONE;
    437                                 drop( this.pending.queue );
    438 
    439                                 /* paranoid */__attribute__((unused)) bool ret =
    440 
    441                                 __alloc(ctx, pa.idxs, pa.want);
    442 
    443                                 /* paranoid */ verify( ret );
    444 
    445                                 pa.ctx = ctx;
    446 
    447                                 post( pa.sem );
    448                         }
    449 
    450                         this.pending.empty = true;
    451                         DONE:;
    452                 }
    453                 unlock( this.pending.lock );
    454         }
    455 
    456         static void __ioarbiter_notify( $io_context & ctx ) {
    457                 if(!empty( ctx.arbiter->pending )) {
    458                         __ioarbiter_notify( *ctx.arbiter, &ctx );
    459                 }
    460         }
    461 
    462         // Simply append to the pending
    463         static void __ioarbiter_submit( $io_context * ctx, __u32 idxs[], __u32 have, bool lazy ) {
    464                 __cfadbg_print_safe(io, "Kernel I/O : submitting %u from the arbiter to context %u\n", have, ctx->fd);
    465 
    466                 __cfadbg_print_safe(io, "Kernel I/O : waiting to submit %u\n", have);
    467 
    468                 __external_io ei;
    469                 ei.idxs = idxs;
    470                 ei.have = have;
    471                 ei.lazy = lazy;
    472 
    473                 block(ctx->ext_sq, (__outstanding_io&)ei);
    474 
    475                 __cfadbg_print_safe(io, "Kernel I/O : %u submitted from arbiter\n", have);
    476         }
    477 
    478         static void __ioarbiter_flush( $io_context & ctx ) {
    479                 if(!empty( ctx.ext_sq )) {
    480                         __STATS__( false, io.flush.external += 1; )
    481 
    482                         __cfadbg_print_safe(io, "Kernel I/O : arbiter flushing\n");
    483 
    484                         lock( ctx.ext_sq.lock __cfaabi_dbg_ctx2 );
    485                         {
    486                                 while( !empty(ctx.ext_sq.queue) ) {
    487                                         __external_io & ei = (__external_io&)drop( ctx.ext_sq.queue );
    488 
    489                                         __submit(&ctx, ei.idxs, ei.have, ei.lazy);
    490 
    491                                         post( ei.sem );
    492                                 }
    493 
    494                                 ctx.ext_sq.empty = true;
    495                         }
    496                         unlock(ctx.ext_sq.lock );
    497                 }
     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);
    498760        }
    499761#endif
Note: See TracChangeset for help on using the changeset viewer.