lib/pvector.h

   1 /*
   2  * Copyright (c) 2014 Nicira, Inc.
   3  *
   4  * Licensed under the Apache License, Version 2.0 (the "License");
   5  * you may not use this file except in compliance with the License.
   6  * You may obtain a copy of the License at:
   7  *
   8  *     http://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0
   9  *
  10  * Unless required by applicable law or agreed to in writing, software
  11  * distributed under the License is distributed on an "AS IS" BASIS,
  12  * WITHOUT WARRANTIES OR CONDITIONS OF ANY KIND, either express or implied.
  13  * See the License for the specific language governing permissions and
  14  * limitations under the License.
  15  */
  16
  17 #ifndef PVECTOR_H
  18 #define PVECTOR_H 1
  19
  20 #include <stdbool.h>
  21 #include <stdint.h>
  22 #include "ovs-rcu.h"
  23 #include "util.h"
  24
  25 /* Concurrent Priority Vector
  26  * ==========================
  27  *
  28  * Concurrent priority vector holds non-NULL pointers to objects in an
  29  * increasing priority order and allows readers to traverse the vector without
  30  * being concerned about writers modifying the vector as they are traversing
  31  * it.
  32  *
  33  * The priority order is maintained as a linear vector of elements to allow
  34  * for efficient memory prefetching.
  35  *
  36  * Concurrency is implemented with OVS RCU so that the readers can assume
  37  * that once they have taken a pointer to the vector with
  38  * pvector_cursor_init(), the 'size' member will not decrease, so that
  39  * they can safely read 'size' entries from 'vector', and find that each
  40  * entry has a valid, non-NULL 'ptr', and the vector is in order from highest
  41  * to lowest 'priority'.  The 'priority' values can change any time, but only
  42  * so that the order of the entries does not change, so readers can use
  43  * 'priority' values read at any time after acquisition of the vector pointer.
  44  *
  45  * Writers can concurrently add entries to the end of the vector, incrementing
  46  * 'size', or update the 'priority' value of an entry, but only if that does
  47  * not change the ordering of the entries.  Writers will never change the 'ptr'
  48  * values, or decrement the 'size' on a copy that readers have access to.
  49  *
  50  * Clients should not use priority INT_MIN.
  51  */
  52
  53 struct pvector_entry {
  54     int priority;
  55     void *ptr;
  56 };
  57
  58 /* Writers will preallocate space for some entries at the end to avoid future
  59  * reallocations. */
  60 enum { PVECTOR_EXTRA_ALLOC = 4 };
  61
  62 struct pvector_impl {
  63     size_t size;       /* Number of entries in the vector. */
  64     size_t allocated;  /* Number of allocated entries. */
  65     struct pvector_entry vector[];
  66 };
  67
  68 /* Concurrent priority vector. */
  69 struct pvector {
  70     OVSRCU_TYPE(struct pvector_impl *) impl;
  71 };
  72
  73 /* Initialization. */
  74 void pvector_init(struct pvector *);
  75 void pvector_destroy(struct pvector *);
  76
  77 /* Count. */
  78 static inline size_t pvector_count(const struct pvector *);
  79 static inline bool pvector_is_empty(const struct pvector *);
  80
  81 /* Insertion and deletion. */
  82 void pvector_insert(struct pvector *, void *, int priority);
  83 void pvector_change_priority(struct pvector *, void *, int priority);
  84 void pvector_remove(struct pvector *, void *);
  85
  86 /* Iteration.
  87  *
  88  *
  89  * Thread-safety
  90  * =============
  91  *
  92  * Iteration is safe even in a pvector that is changing concurrently.
  93  * Multiple writers must exclude each other via e.g., a mutex.
  94  *
  95  * Example
  96  * =======
  97  *
  98  *     struct my_node {
  99  *         int data;
 100  *     };
 101  *
 102  *     struct my_node elem1, elem2, *iter;
 103  *     struct pvector my_pvector;
 104  *
 105  *     pvector_init(&my_pvector);
 106  *     ...add data...
 107  *     pvector_insert(&my_pvector, &elem1, 1);
 108  *     pvector_insert(&my_pvector, &elem2, 2);
 109  *     ...
 110  *     PVECTOR_FOR_EACH (iter, &my_pvector) {
 111  *         ...operate on '*iter'...
 112  *         ...elem2 to be seen before elem1...
 113  *     }
 114  *     ...
 115  *     pvector_destroy(&my_pvector);
 116  *
 117  * There is no PVECTOR_FOR_EACH_SAFE variant as iteration is performed on RCU
 118  * protected instance of the priority vector.  Any concurrent modifications
 119  * that would be disruptive for readers (such as deletions), will be performed
 120  * on a new instance.  To see any of the modifications, a new iteration loop
 121  * has to be started.
 122  *
 123  * The PVECTOR_FOR_EACH_PRIORITY limits the iteration to entries with higher
 124  * than given priority and allows for object lookahead.
 125  *
 126  * The iteration loop must be completed without entering the OVS RCU quiescent
 127  * period.  That is, an old iteration loop must not be continued after any
 128  * blocking IO (VLOG is non-blocking, so that is OK).
 129  */
 130 struct pvector_cursor {
 131     size_t size;        /* Number of entries in the vector. */
 132     size_t entry_idx;   /* Current index. */
 133     const struct pvector_entry *vector;
 134 };
 135
 136 static inline struct pvector_cursor pvector_cursor_init(const struct pvector *,
 137                                                         size_t n_ahead,
 138                                                         size_t obj_size);
 139 static inline void *pvector_cursor_next(struct pvector_cursor *,
 140                                         int stop_at_priority,
 141                                         size_t n_ahead, size_t obj_size);
 142 static inline void pvector_cursor_lookahead(const struct pvector_cursor *,
 143                                             int n, size_t size);
 144
 145 #define PVECTOR_FOR_EACH(PTR, PVECTOR)                                  \
 146     for (struct pvector_cursor cursor__ = pvector_cursor_init(PVECTOR, 0, 0); \
 147          ((PTR) = pvector_cursor_next(&cursor__, INT_MIN, 0, 0)) != NULL; )
 148
 149 /* Loop while priority is higher than 'PRIORITY' and prefetch objects
 150  * of size 'SZ' 'N' objects ahead from the current object. */
 151 #define PVECTOR_FOR_EACH_PRIORITY(PTR, PRIORITY, N, SZ, PVECTOR)        \
 152     for (struct pvector_cursor cursor__ = pvector_cursor_init(PVECTOR, N, SZ); \
 153          ((PTR) = pvector_cursor_next(&cursor__, PRIORITY, N, SZ)) != NULL; )
 154
 155 #define PVECTOR_CURSOR_FOR_EACH(PTR, CURSOR, PVECTOR)                \
 156     for (*(CURSOR) = pvector_cursor_init(PVECTOR, 0, 0);             \
 157          ((PTR) = pvector_cursor_next(CURSOR, INT_MIN, 0, 0)) != NULL; )
 158
 159 #define PVECTOR_CURSOR_FOR_EACH_CONTINUE(PTR, CURSOR)                   \
 160     for (; ((PTR) = pvector_cursor_next(CURSOR, INT_MIN, 0, 0)) != NULL; )
 161
 162 \f
 163 /* Inline implementations. */
 164
 165 static inline struct pvector_cursor
 166 pvector_cursor_init(const struct pvector *pvec,
 167                     size_t n_ahead, size_t obj_size)
 168 {
 169     const struct pvector_impl *impl;
 170     struct pvector_cursor cursor;
 171
 172     impl = ovsrcu_get(struct pvector_impl *, &pvec->impl);
 173
 174     ovs_prefetch_range(impl->vector, impl->size * sizeof impl->vector[0]);
 175
 176     cursor.size = impl->size;
 177     cursor.vector = impl->vector;
 178     cursor.entry_idx = -1;
 179
 180     for (size_t i = 0; i < n_ahead; i++) {
 181         /* Prefetch the first objects. */
 182         pvector_cursor_lookahead(&cursor, i, obj_size);
 183     }
 184     return cursor;
 185 }
 186
 187 static inline void *pvector_cursor_next(struct pvector_cursor *cursor,
 188                                         int stop_at_priority,
 189                                         size_t n_ahead, size_t obj_size)
 190 {
 191     if (++cursor->entry_idx < cursor->size &&
 192         cursor->vector[cursor->entry_idx].priority > stop_at_priority) {
 193         if (n_ahead) {
 194             pvector_cursor_lookahead(cursor, n_ahead, obj_size);
 195         }
 196         return cursor->vector[cursor->entry_idx].ptr;
 197     }
 198     return NULL;
 199 }
 200
 201 static inline void pvector_cursor_lookahead(const struct pvector_cursor *cursor,
 202                                             int n, size_t size)
 203 {
 204     if (cursor->entry_idx + n < cursor->size) {
 205         ovs_prefetch_range(cursor->vector[cursor->entry_idx + n].ptr, size);
 206     }
 207 }
 208
 209 static inline size_t pvector_count(const struct pvector *pvec)
 210 {
 211     return ovsrcu_get(struct pvector_impl *, &pvec->impl)->size;
 212 }
 213
 214 static inline bool pvector_is_empty(const struct pvector *pvec)
 215 {
 216     return pvector_count(pvec) == 0;
 217 }
 218
 219 #endif /* pvector.h */