xref: /linux/tools/virtio/ringtest/virtio_ring_0_9.c (revision 75bf465f0bc33e9b776a46d6a1b9b990f5fb7c37)
1*7a338472SThomas Gleixner // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-only
2481eaec3SMichael S. Tsirkin /*
3481eaec3SMichael S. Tsirkin  * Copyright (C) 2016 Red Hat, Inc.
4481eaec3SMichael S. Tsirkin  * Author: Michael S. Tsirkin <mst@redhat.com>
5481eaec3SMichael S. Tsirkin  *
6481eaec3SMichael S. Tsirkin  * Partial implementation of virtio 0.9. event index is used for signalling,
7481eaec3SMichael S. Tsirkin  * unconditionally. Design roughly follows linux kernel implementation in order
8481eaec3SMichael S. Tsirkin  * to be able to judge its performance.
9481eaec3SMichael S. Tsirkin  */
10481eaec3SMichael S. Tsirkin #define _GNU_SOURCE
11481eaec3SMichael S. Tsirkin #include "main.h"
12481eaec3SMichael S. Tsirkin #include <stdlib.h>
13481eaec3SMichael S. Tsirkin #include <stdio.h>
14481eaec3SMichael S. Tsirkin #include <assert.h>
15481eaec3SMichael S. Tsirkin #include <string.h>
16481eaec3SMichael S. Tsirkin #include <linux/virtio_ring.h>
17481eaec3SMichael S. Tsirkin 
18481eaec3SMichael S. Tsirkin struct data {
19481eaec3SMichael S. Tsirkin 	void *data;
20481eaec3SMichael S. Tsirkin } *data;
21481eaec3SMichael S. Tsirkin 
22481eaec3SMichael S. Tsirkin struct vring ring;
23481eaec3SMichael S. Tsirkin 
24481eaec3SMichael S. Tsirkin /* enabling the below activates experimental ring polling code
25481eaec3SMichael S. Tsirkin  * (which skips index reads on consumer in favor of looking at
26481eaec3SMichael S. Tsirkin  * high bits of ring id ^ 0x8000).
27481eaec3SMichael S. Tsirkin  */
28481eaec3SMichael S. Tsirkin /* #ifdef RING_POLL */
29ce10c1b9SMichael S. Tsirkin /* enabling the below activates experimental in-order code
30ce10c1b9SMichael S. Tsirkin  * (which skips ring updates and reads and writes len in descriptor).
31ce10c1b9SMichael S. Tsirkin  */
32ce10c1b9SMichael S. Tsirkin /* #ifdef INORDER */
33ce10c1b9SMichael S. Tsirkin 
34ce10c1b9SMichael S. Tsirkin #if defined(RING_POLL) && defined(INORDER)
35ce10c1b9SMichael S. Tsirkin #error "RING_POLL and INORDER are mutually exclusive"
36ce10c1b9SMichael S. Tsirkin #endif
37481eaec3SMichael S. Tsirkin 
38481eaec3SMichael S. Tsirkin /* how much padding is needed to avoid false cache sharing */
39481eaec3SMichael S. Tsirkin #define HOST_GUEST_PADDING 0x80
40481eaec3SMichael S. Tsirkin 
41481eaec3SMichael S. Tsirkin struct guest {
42481eaec3SMichael S. Tsirkin 	unsigned short avail_idx;
43481eaec3SMichael S. Tsirkin 	unsigned short last_used_idx;
44481eaec3SMichael S. Tsirkin 	unsigned short num_free;
45481eaec3SMichael S. Tsirkin 	unsigned short kicked_avail_idx;
46ce10c1b9SMichael S. Tsirkin #ifndef INORDER
47481eaec3SMichael S. Tsirkin 	unsigned short free_head;
48ce10c1b9SMichael S. Tsirkin #else
49ce10c1b9SMichael S. Tsirkin 	unsigned short reserved_free_head;
50ce10c1b9SMichael S. Tsirkin #endif
51481eaec3SMichael S. Tsirkin 	unsigned char reserved[HOST_GUEST_PADDING - 10];
52481eaec3SMichael S. Tsirkin } guest;
53481eaec3SMichael S. Tsirkin 
54481eaec3SMichael S. Tsirkin struct host {
55481eaec3SMichael S. Tsirkin 	/* we do not need to track last avail index
56481eaec3SMichael S. Tsirkin 	 * unless we have more than one in flight.
57481eaec3SMichael S. Tsirkin 	 */
58481eaec3SMichael S. Tsirkin 	unsigned short used_idx;
59481eaec3SMichael S. Tsirkin 	unsigned short called_used_idx;
60481eaec3SMichael S. Tsirkin 	unsigned char reserved[HOST_GUEST_PADDING - 4];
61481eaec3SMichael S. Tsirkin } host;
62481eaec3SMichael S. Tsirkin 
63481eaec3SMichael S. Tsirkin /* implemented by ring */
alloc_ring(void)64481eaec3SMichael S. Tsirkin void alloc_ring(void)
65481eaec3SMichael S. Tsirkin {
66481eaec3SMichael S. Tsirkin 	int ret;
67481eaec3SMichael S. Tsirkin 	int i;
68481eaec3SMichael S. Tsirkin 	void *p;
69481eaec3SMichael S. Tsirkin 
70481eaec3SMichael S. Tsirkin 	ret = posix_memalign(&p, 0x1000, vring_size(ring_size, 0x1000));
71481eaec3SMichael S. Tsirkin 	if (ret) {
72481eaec3SMichael S. Tsirkin 		perror("Unable to allocate ring buffer.\n");
73481eaec3SMichael S. Tsirkin 		exit(3);
74481eaec3SMichael S. Tsirkin 	}
75481eaec3SMichael S. Tsirkin 	memset(p, 0, vring_size(ring_size, 0x1000));
76481eaec3SMichael S. Tsirkin 	vring_init(&ring, ring_size, p, 0x1000);
77481eaec3SMichael S. Tsirkin 
78481eaec3SMichael S. Tsirkin 	guest.avail_idx = 0;
79481eaec3SMichael S. Tsirkin 	guest.kicked_avail_idx = -1;
80481eaec3SMichael S. Tsirkin 	guest.last_used_idx = 0;
81ce10c1b9SMichael S. Tsirkin #ifndef INORDER
82481eaec3SMichael S. Tsirkin 	/* Put everything in free lists. */
83481eaec3SMichael S. Tsirkin 	guest.free_head = 0;
84ce10c1b9SMichael S. Tsirkin #endif
85481eaec3SMichael S. Tsirkin 	for (i = 0; i < ring_size - 1; i++)
86481eaec3SMichael S. Tsirkin 		ring.desc[i].next = i + 1;
87481eaec3SMichael S. Tsirkin 	host.used_idx = 0;
88481eaec3SMichael S. Tsirkin 	host.called_used_idx = -1;
89481eaec3SMichael S. Tsirkin 	guest.num_free = ring_size;
90481eaec3SMichael S. Tsirkin 	data = malloc(ring_size * sizeof *data);
91481eaec3SMichael S. Tsirkin 	if (!data) {
92481eaec3SMichael S. Tsirkin 		perror("Unable to allocate data buffer.\n");
93481eaec3SMichael S. Tsirkin 		exit(3);
94481eaec3SMichael S. Tsirkin 	}
95481eaec3SMichael S. Tsirkin 	memset(data, 0, ring_size * sizeof *data);
96481eaec3SMichael S. Tsirkin }
97481eaec3SMichael S. Tsirkin 
98481eaec3SMichael S. Tsirkin /* guest side */
add_inbuf(unsigned len,void * buf,void * datap)99481eaec3SMichael S. Tsirkin int add_inbuf(unsigned len, void *buf, void *datap)
100481eaec3SMichael S. Tsirkin {
101ce10c1b9SMichael S. Tsirkin 	unsigned head;
102ce10c1b9SMichael S. Tsirkin #ifndef INORDER
103ce10c1b9SMichael S. Tsirkin 	unsigned avail;
104ce10c1b9SMichael S. Tsirkin #endif
105481eaec3SMichael S. Tsirkin 	struct vring_desc *desc;
106481eaec3SMichael S. Tsirkin 
107481eaec3SMichael S. Tsirkin 	if (!guest.num_free)
108481eaec3SMichael S. Tsirkin 		return -1;
109481eaec3SMichael S. Tsirkin 
110ce10c1b9SMichael S. Tsirkin #ifdef INORDER
111ce10c1b9SMichael S. Tsirkin 	head = (ring_size - 1) & (guest.avail_idx++);
112ce10c1b9SMichael S. Tsirkin #else
113481eaec3SMichael S. Tsirkin 	head = guest.free_head;
114ce10c1b9SMichael S. Tsirkin #endif
115481eaec3SMichael S. Tsirkin 	guest.num_free--;
116481eaec3SMichael S. Tsirkin 
117481eaec3SMichael S. Tsirkin 	desc = ring.desc;
118481eaec3SMichael S. Tsirkin 	desc[head].flags = VRING_DESC_F_NEXT;
119481eaec3SMichael S. Tsirkin 	desc[head].addr = (unsigned long)(void *)buf;
120481eaec3SMichael S. Tsirkin 	desc[head].len = len;
121481eaec3SMichael S. Tsirkin 	/* We do it like this to simulate the way
122481eaec3SMichael S. Tsirkin 	 * we'd have to flip it if we had multiple
123481eaec3SMichael S. Tsirkin 	 * descriptors.
124481eaec3SMichael S. Tsirkin 	 */
125481eaec3SMichael S. Tsirkin 	desc[head].flags &= ~VRING_DESC_F_NEXT;
126ce10c1b9SMichael S. Tsirkin #ifndef INORDER
127481eaec3SMichael S. Tsirkin 	guest.free_head = desc[head].next;
128ce10c1b9SMichael S. Tsirkin #endif
129481eaec3SMichael S. Tsirkin 
130481eaec3SMichael S. Tsirkin 	data[head].data = datap;
131481eaec3SMichael S. Tsirkin 
132481eaec3SMichael S. Tsirkin #ifdef RING_POLL
133481eaec3SMichael S. Tsirkin 	/* Barrier A (for pairing) */
134481eaec3SMichael S. Tsirkin 	smp_release();
135481eaec3SMichael S. Tsirkin 	avail = guest.avail_idx++;
136481eaec3SMichael S. Tsirkin 	ring.avail->ring[avail & (ring_size - 1)] =
137481eaec3SMichael S. Tsirkin 		(head | (avail & ~(ring_size - 1))) ^ 0x8000;
138481eaec3SMichael S. Tsirkin #else
139ce10c1b9SMichael S. Tsirkin #ifndef INORDER
140ce10c1b9SMichael S. Tsirkin 	/* Barrier A (for pairing) */
141ce10c1b9SMichael S. Tsirkin 	smp_release();
142481eaec3SMichael S. Tsirkin 	avail = (ring_size - 1) & (guest.avail_idx++);
143481eaec3SMichael S. Tsirkin 	ring.avail->ring[avail] = head;
144ce10c1b9SMichael S. Tsirkin #endif
145481eaec3SMichael S. Tsirkin 	/* Barrier A (for pairing) */
146481eaec3SMichael S. Tsirkin 	smp_release();
147481eaec3SMichael S. Tsirkin #endif
148481eaec3SMichael S. Tsirkin 	ring.avail->idx = guest.avail_idx;
149481eaec3SMichael S. Tsirkin 	return 0;
150481eaec3SMichael S. Tsirkin }
151481eaec3SMichael S. Tsirkin 
get_buf(unsigned * lenp,void ** bufp)152481eaec3SMichael S. Tsirkin void *get_buf(unsigned *lenp, void **bufp)
153481eaec3SMichael S. Tsirkin {
154481eaec3SMichael S. Tsirkin 	unsigned head;
155481eaec3SMichael S. Tsirkin 	unsigned index;
156481eaec3SMichael S. Tsirkin 	void *datap;
157481eaec3SMichael S. Tsirkin 
158481eaec3SMichael S. Tsirkin #ifdef RING_POLL
159481eaec3SMichael S. Tsirkin 	head = (ring_size - 1) & guest.last_used_idx;
160481eaec3SMichael S. Tsirkin 	index = ring.used->ring[head].id;
161481eaec3SMichael S. Tsirkin 	if ((index ^ guest.last_used_idx ^ 0x8000) & ~(ring_size - 1))
162481eaec3SMichael S. Tsirkin 		return NULL;
163481eaec3SMichael S. Tsirkin 	/* Barrier B (for pairing) */
164481eaec3SMichael S. Tsirkin 	smp_acquire();
165481eaec3SMichael S. Tsirkin 	index &= ring_size - 1;
166481eaec3SMichael S. Tsirkin #else
167481eaec3SMichael S. Tsirkin 	if (ring.used->idx == guest.last_used_idx)
168481eaec3SMichael S. Tsirkin 		return NULL;
169481eaec3SMichael S. Tsirkin 	/* Barrier B (for pairing) */
170481eaec3SMichael S. Tsirkin 	smp_acquire();
171ce10c1b9SMichael S. Tsirkin #ifdef INORDER
172ce10c1b9SMichael S. Tsirkin 	head = (ring_size - 1) & guest.last_used_idx;
173ce10c1b9SMichael S. Tsirkin 	index = head;
174ce10c1b9SMichael S. Tsirkin #else
175481eaec3SMichael S. Tsirkin 	head = (ring_size - 1) & guest.last_used_idx;
176481eaec3SMichael S. Tsirkin 	index = ring.used->ring[head].id;
177481eaec3SMichael S. Tsirkin #endif
178ce10c1b9SMichael S. Tsirkin 
179ce10c1b9SMichael S. Tsirkin #endif
180ce10c1b9SMichael S. Tsirkin #ifdef INORDER
181ce10c1b9SMichael S. Tsirkin 	*lenp = ring.desc[index].len;
182ce10c1b9SMichael S. Tsirkin #else
183481eaec3SMichael S. Tsirkin 	*lenp = ring.used->ring[head].len;
184ce10c1b9SMichael S. Tsirkin #endif
185481eaec3SMichael S. Tsirkin 	datap = data[index].data;
186481eaec3SMichael S. Tsirkin 	*bufp = (void*)(unsigned long)ring.desc[index].addr;
187481eaec3SMichael S. Tsirkin 	data[index].data = NULL;
188ce10c1b9SMichael S. Tsirkin #ifndef INORDER
189481eaec3SMichael S. Tsirkin 	ring.desc[index].next = guest.free_head;
190481eaec3SMichael S. Tsirkin 	guest.free_head = index;
191ce10c1b9SMichael S. Tsirkin #endif
192481eaec3SMichael S. Tsirkin 	guest.num_free++;
193481eaec3SMichael S. Tsirkin 	guest.last_used_idx++;
194481eaec3SMichael S. Tsirkin 	return datap;
195481eaec3SMichael S. Tsirkin }
196481eaec3SMichael S. Tsirkin 
used_empty()197d3c3589bSPaolo Bonzini bool used_empty()
198481eaec3SMichael S. Tsirkin {
199d3c3589bSPaolo Bonzini 	unsigned short last_used_idx = guest.last_used_idx;
200481eaec3SMichael S. Tsirkin #ifdef RING_POLL
201d3c3589bSPaolo Bonzini 	unsigned short head = last_used_idx & (ring_size - 1);
202481eaec3SMichael S. Tsirkin 	unsigned index = ring.used->ring[head].id;
203481eaec3SMichael S. Tsirkin 
204d3c3589bSPaolo Bonzini 	return (index ^ last_used_idx ^ 0x8000) & ~(ring_size - 1);
205481eaec3SMichael S. Tsirkin #else
206d3c3589bSPaolo Bonzini 	return ring.used->idx == last_used_idx;
207481eaec3SMichael S. Tsirkin #endif
208481eaec3SMichael S. Tsirkin }
209481eaec3SMichael S. Tsirkin 
disable_call()210481eaec3SMichael S. Tsirkin void disable_call()
211481eaec3SMichael S. Tsirkin {
212481eaec3SMichael S. Tsirkin 	/* Doing nothing to disable calls might cause
213481eaec3SMichael S. Tsirkin 	 * extra interrupts, but reduces the number of cache misses.
214481eaec3SMichael S. Tsirkin 	 */
215481eaec3SMichael S. Tsirkin }
216481eaec3SMichael S. Tsirkin 
enable_call()217481eaec3SMichael S. Tsirkin bool enable_call()
218481eaec3SMichael S. Tsirkin {
219d3c3589bSPaolo Bonzini 	vring_used_event(&ring) = guest.last_used_idx;
220481eaec3SMichael S. Tsirkin 	/* Flush call index write */
221481eaec3SMichael S. Tsirkin 	/* Barrier D (for pairing) */
222481eaec3SMichael S. Tsirkin 	smp_mb();
223d3c3589bSPaolo Bonzini 	return used_empty();
224481eaec3SMichael S. Tsirkin }
225481eaec3SMichael S. Tsirkin 
kick_available(void)226481eaec3SMichael S. Tsirkin void kick_available(void)
227481eaec3SMichael S. Tsirkin {
228a311650aSMichael S. Tsirkin 	bool need;
229a311650aSMichael S. Tsirkin 
230481eaec3SMichael S. Tsirkin 	/* Flush in previous flags write */
231481eaec3SMichael S. Tsirkin 	/* Barrier C (for pairing) */
232481eaec3SMichael S. Tsirkin 	smp_mb();
233a311650aSMichael S. Tsirkin 	need = vring_need_event(vring_avail_event(&ring),
234481eaec3SMichael S. Tsirkin 				guest.avail_idx,
235a311650aSMichael S. Tsirkin 				guest.kicked_avail_idx);
236481eaec3SMichael S. Tsirkin 
237481eaec3SMichael S. Tsirkin 	guest.kicked_avail_idx = guest.avail_idx;
238a311650aSMichael S. Tsirkin 	if (need)
239481eaec3SMichael S. Tsirkin 		kick();
240481eaec3SMichael S. Tsirkin }
241481eaec3SMichael S. Tsirkin 
242481eaec3SMichael S. Tsirkin /* host side */
disable_kick()243481eaec3SMichael S. Tsirkin void disable_kick()
244481eaec3SMichael S. Tsirkin {
245481eaec3SMichael S. Tsirkin 	/* Doing nothing to disable kicks might cause
246481eaec3SMichael S. Tsirkin 	 * extra interrupts, but reduces the number of cache misses.
247481eaec3SMichael S. Tsirkin 	 */
248481eaec3SMichael S. Tsirkin }
249481eaec3SMichael S. Tsirkin 
enable_kick()250481eaec3SMichael S. Tsirkin bool enable_kick()
251481eaec3SMichael S. Tsirkin {
252d3c3589bSPaolo Bonzini 	vring_avail_event(&ring) = host.used_idx;
253481eaec3SMichael S. Tsirkin 	/* Barrier C (for pairing) */
254481eaec3SMichael S. Tsirkin 	smp_mb();
255d3c3589bSPaolo Bonzini 	return avail_empty();
256481eaec3SMichael S. Tsirkin }
257481eaec3SMichael S. Tsirkin 
avail_empty()258d3c3589bSPaolo Bonzini bool avail_empty()
259481eaec3SMichael S. Tsirkin {
260481eaec3SMichael S. Tsirkin 	unsigned head = host.used_idx;
261481eaec3SMichael S. Tsirkin #ifdef RING_POLL
262481eaec3SMichael S. Tsirkin 	unsigned index = ring.avail->ring[head & (ring_size - 1)];
263d3c3589bSPaolo Bonzini 
264d3c3589bSPaolo Bonzini 	return ((index ^ head ^ 0x8000) & ~(ring_size - 1));
265481eaec3SMichael S. Tsirkin #else
266d3c3589bSPaolo Bonzini 	return head == ring.avail->idx;
267481eaec3SMichael S. Tsirkin #endif
268481eaec3SMichael S. Tsirkin }
269481eaec3SMichael S. Tsirkin 
use_buf(unsigned * lenp,void ** bufp)270481eaec3SMichael S. Tsirkin bool use_buf(unsigned *lenp, void **bufp)
271481eaec3SMichael S. Tsirkin {
272481eaec3SMichael S. Tsirkin 	unsigned used_idx = host.used_idx;
273481eaec3SMichael S. Tsirkin 	struct vring_desc *desc;
274481eaec3SMichael S. Tsirkin 	unsigned head;
275481eaec3SMichael S. Tsirkin 
276481eaec3SMichael S. Tsirkin #ifdef RING_POLL
277481eaec3SMichael S. Tsirkin 	head = ring.avail->ring[used_idx & (ring_size - 1)];
278481eaec3SMichael S. Tsirkin 	if ((used_idx ^ head ^ 0x8000) & ~(ring_size - 1))
279481eaec3SMichael S. Tsirkin 		return false;
280481eaec3SMichael S. Tsirkin 	/* Barrier A (for pairing) */
281481eaec3SMichael S. Tsirkin 	smp_acquire();
282481eaec3SMichael S. Tsirkin 
283481eaec3SMichael S. Tsirkin 	used_idx &= ring_size - 1;
284481eaec3SMichael S. Tsirkin 	desc = &ring.desc[head & (ring_size - 1)];
285481eaec3SMichael S. Tsirkin #else
286481eaec3SMichael S. Tsirkin 	if (used_idx == ring.avail->idx)
287481eaec3SMichael S. Tsirkin 		return false;
288481eaec3SMichael S. Tsirkin 
289481eaec3SMichael S. Tsirkin 	/* Barrier A (for pairing) */
290481eaec3SMichael S. Tsirkin 	smp_acquire();
291481eaec3SMichael S. Tsirkin 
292481eaec3SMichael S. Tsirkin 	used_idx &= ring_size - 1;
293ce10c1b9SMichael S. Tsirkin #ifdef INORDER
294ce10c1b9SMichael S. Tsirkin 	head = used_idx;
295ce10c1b9SMichael S. Tsirkin #else
296481eaec3SMichael S. Tsirkin 	head = ring.avail->ring[used_idx];
297ce10c1b9SMichael S. Tsirkin #endif
298481eaec3SMichael S. Tsirkin 	desc = &ring.desc[head];
299481eaec3SMichael S. Tsirkin #endif
300481eaec3SMichael S. Tsirkin 
301481eaec3SMichael S. Tsirkin 	*lenp = desc->len;
302481eaec3SMichael S. Tsirkin 	*bufp = (void *)(unsigned long)desc->addr;
303481eaec3SMichael S. Tsirkin 
304ce10c1b9SMichael S. Tsirkin #ifdef INORDER
305ce10c1b9SMichael S. Tsirkin 	desc->len = desc->len - 1;
306ce10c1b9SMichael S. Tsirkin #else
307481eaec3SMichael S. Tsirkin 	/* now update used ring */
308481eaec3SMichael S. Tsirkin 	ring.used->ring[used_idx].id = head;
309481eaec3SMichael S. Tsirkin 	ring.used->ring[used_idx].len = desc->len - 1;
310ce10c1b9SMichael S. Tsirkin #endif
311481eaec3SMichael S. Tsirkin 	/* Barrier B (for pairing) */
312481eaec3SMichael S. Tsirkin 	smp_release();
313481eaec3SMichael S. Tsirkin 	host.used_idx++;
314481eaec3SMichael S. Tsirkin 	ring.used->idx = host.used_idx;
315481eaec3SMichael S. Tsirkin 
316481eaec3SMichael S. Tsirkin 	return true;
317481eaec3SMichael S. Tsirkin }
318481eaec3SMichael S. Tsirkin 
call_used(void)319481eaec3SMichael S. Tsirkin void call_used(void)
320481eaec3SMichael S. Tsirkin {
321a311650aSMichael S. Tsirkin 	bool need;
322a311650aSMichael S. Tsirkin 
323481eaec3SMichael S. Tsirkin 	/* Flush in previous flags write */
324481eaec3SMichael S. Tsirkin 	/* Barrier D (for pairing) */
325481eaec3SMichael S. Tsirkin 	smp_mb();
326a311650aSMichael S. Tsirkin 	need = vring_need_event(vring_used_event(&ring),
327481eaec3SMichael S. Tsirkin 				host.used_idx,
328a311650aSMichael S. Tsirkin 				host.called_used_idx);
329481eaec3SMichael S. Tsirkin 
330481eaec3SMichael S. Tsirkin 	host.called_used_idx = host.used_idx;
331a311650aSMichael S. Tsirkin 	if (need)
332481eaec3SMichael S. Tsirkin 		call();
333481eaec3SMichael S. Tsirkin }
334