]> Git Repo - linux.git/blob - tools/lib/bpf/ringbuf.c
Linux 6.14-rc3
[linux.git] / tools / lib / bpf / ringbuf.c
1 // SPDX-License-Identifier: (LGPL-2.1 OR BSD-2-Clause)
2 /*
3  * Ring buffer operations.
4  *
5  * Copyright (C) 2020 Facebook, Inc.
6  */
7 #ifndef _GNU_SOURCE
8 #define _GNU_SOURCE
9 #endif
10 #include <stdlib.h>
11 #include <stdio.h>
12 #include <errno.h>
13 #include <unistd.h>
14 #include <linux/err.h>
15 #include <linux/bpf.h>
16 #include <asm/barrier.h>
17 #include <sys/mman.h>
18 #include <sys/epoll.h>
19 #include <time.h>
20
21 #include "libbpf.h"
22 #include "libbpf_internal.h"
23 #include "bpf.h"
24 #include "str_error.h"
25
26 struct ring {
27         ring_buffer_sample_fn sample_cb;
28         void *ctx;
29         void *data;
30         unsigned long *consumer_pos;
31         unsigned long *producer_pos;
32         unsigned long mask;
33         int map_fd;
34 };
35
36 struct ring_buffer {
37         struct epoll_event *events;
38         struct ring **rings;
39         size_t page_size;
40         int epoll_fd;
41         int ring_cnt;
42 };
43
44 struct user_ring_buffer {
45         struct epoll_event event;
46         unsigned long *consumer_pos;
47         unsigned long *producer_pos;
48         void *data;
49         unsigned long mask;
50         size_t page_size;
51         int map_fd;
52         int epoll_fd;
53 };
54
55 /* 8-byte ring buffer header structure */
56 struct ringbuf_hdr {
57         __u32 len;
58         __u32 pad;
59 };
60
61 static void ringbuf_free_ring(struct ring_buffer *rb, struct ring *r)
62 {
63         if (r->consumer_pos) {
64                 munmap(r->consumer_pos, rb->page_size);
65                 r->consumer_pos = NULL;
66         }
67         if (r->producer_pos) {
68                 munmap(r->producer_pos, rb->page_size + 2 * (r->mask + 1));
69                 r->producer_pos = NULL;
70         }
71
72         free(r);
73 }
74
75 /* Add extra RINGBUF maps to this ring buffer manager */
76 int ring_buffer__add(struct ring_buffer *rb, int map_fd,
77                      ring_buffer_sample_fn sample_cb, void *ctx)
78 {
79         struct bpf_map_info info;
80         __u32 len = sizeof(info);
81         struct epoll_event *e;
82         struct ring *r;
83         __u64 mmap_sz;
84         void *tmp;
85         int err;
86
87         memset(&info, 0, sizeof(info));
88
89         err = bpf_map_get_info_by_fd(map_fd, &info, &len);
90         if (err) {
91                 err = -errno;
92                 pr_warn("ringbuf: failed to get map info for fd=%d: %s\n",
93                         map_fd, errstr(err));
94                 return libbpf_err(err);
95         }
96
97         if (info.type != BPF_MAP_TYPE_RINGBUF) {
98                 pr_warn("ringbuf: map fd=%d is not BPF_MAP_TYPE_RINGBUF\n",
99                         map_fd);
100                 return libbpf_err(-EINVAL);
101         }
102
103         tmp = libbpf_reallocarray(rb->rings, rb->ring_cnt + 1, sizeof(*rb->rings));
104         if (!tmp)
105                 return libbpf_err(-ENOMEM);
106         rb->rings = tmp;
107
108         tmp = libbpf_reallocarray(rb->events, rb->ring_cnt + 1, sizeof(*rb->events));
109         if (!tmp)
110                 return libbpf_err(-ENOMEM);
111         rb->events = tmp;
112
113         r = calloc(1, sizeof(*r));
114         if (!r)
115                 return libbpf_err(-ENOMEM);
116         rb->rings[rb->ring_cnt] = r;
117
118         r->map_fd = map_fd;
119         r->sample_cb = sample_cb;
120         r->ctx = ctx;
121         r->mask = info.max_entries - 1;
122
123         /* Map writable consumer page */
124         tmp = mmap(NULL, rb->page_size, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, map_fd, 0);
125         if (tmp == MAP_FAILED) {
126                 err = -errno;
127                 pr_warn("ringbuf: failed to mmap consumer page for map fd=%d: %s\n",
128                         map_fd, errstr(err));
129                 goto err_out;
130         }
131         r->consumer_pos = tmp;
132
133         /* Map read-only producer page and data pages. We map twice as big
134          * data size to allow simple reading of samples that wrap around the
135          * end of a ring buffer. See kernel implementation for details.
136          */
137         mmap_sz = rb->page_size + 2 * (__u64)info.max_entries;
138         if (mmap_sz != (__u64)(size_t)mmap_sz) {
139                 err = -E2BIG;
140                 pr_warn("ringbuf: ring buffer size (%u) is too big\n", info.max_entries);
141                 goto err_out;
142         }
143         tmp = mmap(NULL, (size_t)mmap_sz, PROT_READ, MAP_SHARED, map_fd, rb->page_size);
144         if (tmp == MAP_FAILED) {
145                 err = -errno;
146                 pr_warn("ringbuf: failed to mmap data pages for map fd=%d: %s\n",
147                         map_fd, errstr(err));
148                 goto err_out;
149         }
150         r->producer_pos = tmp;
151         r->data = tmp + rb->page_size;
152
153         e = &rb->events[rb->ring_cnt];
154         memset(e, 0, sizeof(*e));
155
156         e->events = EPOLLIN;
157         e->data.fd = rb->ring_cnt;
158         if (epoll_ctl(rb->epoll_fd, EPOLL_CTL_ADD, map_fd, e) < 0) {
159                 err = -errno;
160                 pr_warn("ringbuf: failed to epoll add map fd=%d: %s\n",
161                         map_fd, errstr(err));
162                 goto err_out;
163         }
164
165         rb->ring_cnt++;
166         return 0;
167
168 err_out:
169         ringbuf_free_ring(rb, r);
170         return libbpf_err(err);
171 }
172
173 void ring_buffer__free(struct ring_buffer *rb)
174 {
175         int i;
176
177         if (!rb)
178                 return;
179
180         for (i = 0; i < rb->ring_cnt; ++i)
181                 ringbuf_free_ring(rb, rb->rings[i]);
182         if (rb->epoll_fd >= 0)
183                 close(rb->epoll_fd);
184
185         free(rb->events);
186         free(rb->rings);
187         free(rb);
188 }
189
190 struct ring_buffer *
191 ring_buffer__new(int map_fd, ring_buffer_sample_fn sample_cb, void *ctx,
192                  const struct ring_buffer_opts *opts)
193 {
194         struct ring_buffer *rb;
195         int err;
196
197         if (!OPTS_VALID(opts, ring_buffer_opts))
198                 return errno = EINVAL, NULL;
199
200         rb = calloc(1, sizeof(*rb));
201         if (!rb)
202                 return errno = ENOMEM, NULL;
203
204         rb->page_size = getpagesize();
205
206         rb->epoll_fd = epoll_create1(EPOLL_CLOEXEC);
207         if (rb->epoll_fd < 0) {
208                 err = -errno;
209                 pr_warn("ringbuf: failed to create epoll instance: %s\n", errstr(err));
210                 goto err_out;
211         }
212
213         err = ring_buffer__add(rb, map_fd, sample_cb, ctx);
214         if (err)
215                 goto err_out;
216
217         return rb;
218
219 err_out:
220         ring_buffer__free(rb);
221         return errno = -err, NULL;
222 }
223
224 static inline int roundup_len(__u32 len)
225 {
226         /* clear out top 2 bits (discard and busy, if set) */
227         len <<= 2;
228         len >>= 2;
229         /* add length prefix */
230         len += BPF_RINGBUF_HDR_SZ;
231         /* round up to 8 byte alignment */
232         return (len + 7) / 8 * 8;
233 }
234
235 static int64_t ringbuf_process_ring(struct ring *r, size_t n)
236 {
237         int *len_ptr, len, err;
238         /* 64-bit to avoid overflow in case of extreme application behavior */
239         int64_t cnt = 0;
240         unsigned long cons_pos, prod_pos;
241         bool got_new_data;
242         void *sample;
243
244         cons_pos = smp_load_acquire(r->consumer_pos);
245         do {
246                 got_new_data = false;
247                 prod_pos = smp_load_acquire(r->producer_pos);
248                 while (cons_pos < prod_pos) {
249                         len_ptr = r->data + (cons_pos & r->mask);
250                         len = smp_load_acquire(len_ptr);
251
252                         /* sample not committed yet, bail out for now */
253                         if (len & BPF_RINGBUF_BUSY_BIT)
254                                 goto done;
255
256                         got_new_data = true;
257                         cons_pos += roundup_len(len);
258
259                         if ((len & BPF_RINGBUF_DISCARD_BIT) == 0) {
260                                 sample = (void *)len_ptr + BPF_RINGBUF_HDR_SZ;
261                                 err = r->sample_cb(r->ctx, sample, len);
262                                 if (err < 0) {
263                                         /* update consumer pos and bail out */
264                                         smp_store_release(r->consumer_pos,
265                                                           cons_pos);
266                                         return err;
267                                 }
268                                 cnt++;
269                         }
270
271                         smp_store_release(r->consumer_pos, cons_pos);
272
273                         if (cnt >= n)
274                                 goto done;
275                 }
276         } while (got_new_data);
277 done:
278         return cnt;
279 }
280
281 /* Consume available ring buffer(s) data without event polling, up to n
282  * records.
283  *
284  * Returns number of records consumed across all registered ring buffers (or
285  * n, whichever is less), or negative number if any of the callbacks return
286  * error.
287  */
288 int ring_buffer__consume_n(struct ring_buffer *rb, size_t n)
289 {
290         int64_t err, res = 0;
291         int i;
292
293         for (i = 0; i < rb->ring_cnt; i++) {
294                 struct ring *ring = rb->rings[i];
295
296                 err = ringbuf_process_ring(ring, n);
297                 if (err < 0)
298                         return libbpf_err(err);
299                 res += err;
300                 n -= err;
301
302                 if (n == 0)
303                         break;
304         }
305         return res > INT_MAX ? INT_MAX : res;
306 }
307
308 /* Consume available ring buffer(s) data without event polling.
309  * Returns number of records consumed across all registered ring buffers (or
310  * INT_MAX, whichever is less), or negative number if any of the callbacks
311  * return error.
312  */
313 int ring_buffer__consume(struct ring_buffer *rb)
314 {
315         int64_t err, res = 0;
316         int i;
317
318         for (i = 0; i < rb->ring_cnt; i++) {
319                 struct ring *ring = rb->rings[i];
320
321                 err = ringbuf_process_ring(ring, INT_MAX);
322                 if (err < 0)
323                         return libbpf_err(err);
324                 res += err;
325                 if (res > INT_MAX) {
326                         res = INT_MAX;
327                         break;
328                 }
329         }
330         return res;
331 }
332
333 /* Poll for available data and consume records, if any are available.
334  * Returns number of records consumed (or INT_MAX, whichever is less), or
335  * negative number, if any of the registered callbacks returned error.
336  */
337 int ring_buffer__poll(struct ring_buffer *rb, int timeout_ms)
338 {
339         int i, cnt;
340         int64_t err, res = 0;
341
342         cnt = epoll_wait(rb->epoll_fd, rb->events, rb->ring_cnt, timeout_ms);
343         if (cnt < 0)
344                 return libbpf_err(-errno);
345
346         for (i = 0; i < cnt; i++) {
347                 __u32 ring_id = rb->events[i].data.fd;
348                 struct ring *ring = rb->rings[ring_id];
349
350                 err = ringbuf_process_ring(ring, INT_MAX);
351                 if (err < 0)
352                         return libbpf_err(err);
353                 res += err;
354         }
355         if (res > INT_MAX)
356                 res = INT_MAX;
357         return res;
358 }
359
360 /* Get an fd that can be used to sleep until data is available in the ring(s) */
361 int ring_buffer__epoll_fd(const struct ring_buffer *rb)
362 {
363         return rb->epoll_fd;
364 }
365
366 struct ring *ring_buffer__ring(struct ring_buffer *rb, unsigned int idx)
367 {
368         if (idx >= rb->ring_cnt)
369                 return errno = ERANGE, NULL;
370
371         return rb->rings[idx];
372 }
373
374 unsigned long ring__consumer_pos(const struct ring *r)
375 {
376         /* Synchronizes with smp_store_release() in ringbuf_process_ring(). */
377         return smp_load_acquire(r->consumer_pos);
378 }
379
380 unsigned long ring__producer_pos(const struct ring *r)
381 {
382         /* Synchronizes with smp_store_release() in __bpf_ringbuf_reserve() in
383          * the kernel.
384          */
385         return smp_load_acquire(r->producer_pos);
386 }
387
388 size_t ring__avail_data_size(const struct ring *r)
389 {
390         unsigned long cons_pos, prod_pos;
391
392         cons_pos = ring__consumer_pos(r);
393         prod_pos = ring__producer_pos(r);
394         return prod_pos - cons_pos;
395 }
396
397 size_t ring__size(const struct ring *r)
398 {
399         return r->mask + 1;
400 }
401
402 int ring__map_fd(const struct ring *r)
403 {
404         return r->map_fd;
405 }
406
407 int ring__consume_n(struct ring *r, size_t n)
408 {
409         int64_t res;
410
411         res = ringbuf_process_ring(r, n);
412         if (res < 0)
413                 return libbpf_err(res);
414
415         return res > INT_MAX ? INT_MAX : res;
416 }
417
418 int ring__consume(struct ring *r)
419 {
420         return ring__consume_n(r, INT_MAX);
421 }
422
423 static void user_ringbuf_unmap_ring(struct user_ring_buffer *rb)
424 {
425         if (rb->consumer_pos) {
426                 munmap(rb->consumer_pos, rb->page_size);
427                 rb->consumer_pos = NULL;
428         }
429         if (rb->producer_pos) {
430                 munmap(rb->producer_pos, rb->page_size + 2 * (rb->mask + 1));
431                 rb->producer_pos = NULL;
432         }
433 }
434
435 void user_ring_buffer__free(struct user_ring_buffer *rb)
436 {
437         if (!rb)
438                 return;
439
440         user_ringbuf_unmap_ring(rb);
441
442         if (rb->epoll_fd >= 0)
443                 close(rb->epoll_fd);
444
445         free(rb);
446 }
447
448 static int user_ringbuf_map(struct user_ring_buffer *rb, int map_fd)
449 {
450         struct bpf_map_info info;
451         __u32 len = sizeof(info);
452         __u64 mmap_sz;
453         void *tmp;
454         struct epoll_event *rb_epoll;
455         int err;
456
457         memset(&info, 0, sizeof(info));
458
459         err = bpf_map_get_info_by_fd(map_fd, &info, &len);
460         if (err) {
461                 err = -errno;
462                 pr_warn("user ringbuf: failed to get map info for fd=%d: %s\n",
463                         map_fd, errstr(err));
464                 return err;
465         }
466
467         if (info.type != BPF_MAP_TYPE_USER_RINGBUF) {
468                 pr_warn("user ringbuf: map fd=%d is not BPF_MAP_TYPE_USER_RINGBUF\n", map_fd);
469                 return -EINVAL;
470         }
471
472         rb->map_fd = map_fd;
473         rb->mask = info.max_entries - 1;
474
475         /* Map read-only consumer page */
476         tmp = mmap(NULL, rb->page_size, PROT_READ, MAP_SHARED, map_fd, 0);
477         if (tmp == MAP_FAILED) {
478                 err = -errno;
479                 pr_warn("user ringbuf: failed to mmap consumer page for map fd=%d: %s\n",
480                         map_fd, errstr(err));
481                 return err;
482         }
483         rb->consumer_pos = tmp;
484
485         /* Map read-write the producer page and data pages. We map the data
486          * region as twice the total size of the ring buffer to allow the
487          * simple reading and writing of samples that wrap around the end of
488          * the buffer.  See the kernel implementation for details.
489          */
490         mmap_sz = rb->page_size + 2 * (__u64)info.max_entries;
491         if (mmap_sz != (__u64)(size_t)mmap_sz) {
492                 pr_warn("user ringbuf: ring buf size (%u) is too big\n", info.max_entries);
493                 return -E2BIG;
494         }
495         tmp = mmap(NULL, (size_t)mmap_sz, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED,
496                    map_fd, rb->page_size);
497         if (tmp == MAP_FAILED) {
498                 err = -errno;
499                 pr_warn("user ringbuf: failed to mmap data pages for map fd=%d: %s\n",
500                         map_fd, errstr(err));
501                 return err;
502         }
503
504         rb->producer_pos = tmp;
505         rb->data = tmp + rb->page_size;
506
507         rb_epoll = &rb->event;
508         rb_epoll->events = EPOLLOUT;
509         if (epoll_ctl(rb->epoll_fd, EPOLL_CTL_ADD, map_fd, rb_epoll) < 0) {
510                 err = -errno;
511                 pr_warn("user ringbuf: failed to epoll add map fd=%d: %s\n", map_fd, errstr(err));
512                 return err;
513         }
514
515         return 0;
516 }
517
518 struct user_ring_buffer *
519 user_ring_buffer__new(int map_fd, const struct user_ring_buffer_opts *opts)
520 {
521         struct user_ring_buffer *rb;
522         int err;
523
524         if (!OPTS_VALID(opts, user_ring_buffer_opts))
525                 return errno = EINVAL, NULL;
526
527         rb = calloc(1, sizeof(*rb));
528         if (!rb)
529                 return errno = ENOMEM, NULL;
530
531         rb->page_size = getpagesize();
532
533         rb->epoll_fd = epoll_create1(EPOLL_CLOEXEC);
534         if (rb->epoll_fd < 0) {
535                 err = -errno;
536                 pr_warn("user ringbuf: failed to create epoll instance: %s\n", errstr(err));
537                 goto err_out;
538         }
539
540         err = user_ringbuf_map(rb, map_fd);
541         if (err)
542                 goto err_out;
543
544         return rb;
545
546 err_out:
547         user_ring_buffer__free(rb);
548         return errno = -err, NULL;
549 }
550
551 static void user_ringbuf_commit(struct user_ring_buffer *rb, void *sample, bool discard)
552 {
553         __u32 new_len;
554         struct ringbuf_hdr *hdr;
555         uintptr_t hdr_offset;
556
557         hdr_offset = rb->mask + 1 + (sample - rb->data) - BPF_RINGBUF_HDR_SZ;
558         hdr = rb->data + (hdr_offset & rb->mask);
559
560         new_len = hdr->len & ~BPF_RINGBUF_BUSY_BIT;
561         if (discard)
562                 new_len |= BPF_RINGBUF_DISCARD_BIT;
563
564         /* Synchronizes with smp_load_acquire() in __bpf_user_ringbuf_peek() in
565          * the kernel.
566          */
567         __atomic_exchange_n(&hdr->len, new_len, __ATOMIC_ACQ_REL);
568 }
569
570 void user_ring_buffer__discard(struct user_ring_buffer *rb, void *sample)
571 {
572         user_ringbuf_commit(rb, sample, true);
573 }
574
575 void user_ring_buffer__submit(struct user_ring_buffer *rb, void *sample)
576 {
577         user_ringbuf_commit(rb, sample, false);
578 }
579
580 void *user_ring_buffer__reserve(struct user_ring_buffer *rb, __u32 size)
581 {
582         __u32 avail_size, total_size, max_size;
583         /* 64-bit to avoid overflow in case of extreme application behavior */
584         __u64 cons_pos, prod_pos;
585         struct ringbuf_hdr *hdr;
586
587         /* The top two bits are used as special flags */
588         if (size & (BPF_RINGBUF_BUSY_BIT | BPF_RINGBUF_DISCARD_BIT))
589                 return errno = E2BIG, NULL;
590
591         /* Synchronizes with smp_store_release() in __bpf_user_ringbuf_peek() in
592          * the kernel.
593          */
594         cons_pos = smp_load_acquire(rb->consumer_pos);
595         /* Synchronizes with smp_store_release() in user_ringbuf_commit() */
596         prod_pos = smp_load_acquire(rb->producer_pos);
597
598         max_size = rb->mask + 1;
599         avail_size = max_size - (prod_pos - cons_pos);
600         /* Round up total size to a multiple of 8. */
601         total_size = (size + BPF_RINGBUF_HDR_SZ + 7) / 8 * 8;
602
603         if (total_size > max_size)
604                 return errno = E2BIG, NULL;
605
606         if (avail_size < total_size)
607                 return errno = ENOSPC, NULL;
608
609         hdr = rb->data + (prod_pos & rb->mask);
610         hdr->len = size | BPF_RINGBUF_BUSY_BIT;
611         hdr->pad = 0;
612
613         /* Synchronizes with smp_load_acquire() in __bpf_user_ringbuf_peek() in
614          * the kernel.
615          */
616         smp_store_release(rb->producer_pos, prod_pos + total_size);
617
618         return (void *)rb->data + ((prod_pos + BPF_RINGBUF_HDR_SZ) & rb->mask);
619 }
620
621 static __u64 ns_elapsed_timespec(const struct timespec *start, const struct timespec *end)
622 {
623         __u64 start_ns, end_ns, ns_per_s = 1000000000;
624
625         start_ns = (__u64)start->tv_sec * ns_per_s + start->tv_nsec;
626         end_ns = (__u64)end->tv_sec * ns_per_s + end->tv_nsec;
627
628         return end_ns - start_ns;
629 }
630
631 void *user_ring_buffer__reserve_blocking(struct user_ring_buffer *rb, __u32 size, int timeout_ms)
632 {
633         void *sample;
634         int err, ms_remaining = timeout_ms;
635         struct timespec start;
636
637         if (timeout_ms < 0 && timeout_ms != -1)
638                 return errno = EINVAL, NULL;
639
640         if (timeout_ms != -1) {
641                 err = clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC, &start);
642                 if (err)
643                         return NULL;
644         }
645
646         do {
647                 int cnt, ms_elapsed;
648                 struct timespec curr;
649                 __u64 ns_per_ms = 1000000;
650
651                 sample = user_ring_buffer__reserve(rb, size);
652                 if (sample)
653                         return sample;
654                 else if (errno != ENOSPC)
655                         return NULL;
656
657                 /* The kernel guarantees at least one event notification
658                  * delivery whenever at least one sample is drained from the
659                  * ring buffer in an invocation to bpf_ringbuf_drain(). Other
660                  * additional events may be delivered at any time, but only one
661                  * event is guaranteed per bpf_ringbuf_drain() invocation,
662                  * provided that a sample is drained, and the BPF program did
663                  * not pass BPF_RB_NO_WAKEUP to bpf_ringbuf_drain(). If
664                  * BPF_RB_FORCE_WAKEUP is passed to bpf_ringbuf_drain(), a
665                  * wakeup event will be delivered even if no samples are
666                  * drained.
667                  */
668                 cnt = epoll_wait(rb->epoll_fd, &rb->event, 1, ms_remaining);
669                 if (cnt < 0)
670                         return NULL;
671
672                 if (timeout_ms == -1)
673                         continue;
674
675                 err = clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC, &curr);
676                 if (err)
677                         return NULL;
678
679                 ms_elapsed = ns_elapsed_timespec(&start, &curr) / ns_per_ms;
680                 ms_remaining = timeout_ms - ms_elapsed;
681         } while (ms_remaining > 0);
682
683         /* Try one more time to reserve a sample after the specified timeout has elapsed. */
684         return user_ring_buffer__reserve(rb, size);
685 }
This page took 0.070648 seconds and 4 git commands to generate.