Quelle  bench_sockmap.c   Sprache: C

// SPDX-License-Identifier: GPL-2.0

#include <error.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <sys/sendfile.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <fcntl.h>
#include <argp.h>
#include "bench.h"
#include "bench_sockmap_prog.skel.h"
#include "bpf_util.h"

#define FILE_SIZE (128 * 1024)
#define DATA_REPEAT_SIZE 10

static const char snd_data[DATA_REPEAT_SIZE] = {0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9};

/* c1 <-> [p1, p2] <-> c2
 * RX bench(BPF_SK_SKB_STREAM_VERDICT):
 * ARG_FW_RX_PASS:
 * send(p2) -> recv(c2) -> bpf skb passthrough -> recv(c2)
 * ARG_FW_RX_VERDICT_EGRESS:
 * send(c1) -> verdict skb to tx queuec of p2 -> recv(c2)
 * ARG_FW_RX_VERDICT_INGRESS:
 * send(c1) -> verdict skb to rx queuec of c2 -> recv(c2)
 *
 * TX bench(BPF_SK_MSG_VERDIC):
 * ARG_FW_TX_PASS:
 * send(p2) -> bpf msg passthrough -> send(p2) -> recv(c2)
 * ARG_FW_TX_VERDICT_INGRESS:
 * send(p2) -> verdict msg to rx queue of c2 -> recv(c2)
 * ARG_FW_TX_VERDICT_EGRESS:
 * send(p1) -> verdict msg to tx queue of p2 -> recv(c2)
 */
enum SOCKMAP_ARG_FLAG {
 ARG_FW_RX_NORMAL = 11000,
 ARG_FW_RX_PASS,
 ARG_FW_RX_VERDICT_EGRESS,
 ARG_FW_RX_VERDICT_INGRESS,
 ARG_FW_TX_NORMAL,
 ARG_FW_TX_PASS,
 ARG_FW_TX_VERDICT_INGRESS,
 ARG_FW_TX_VERDICT_EGRESS,
 ARG_CTL_RX_STRP,
 ARG_CONSUMER_DELAY_TIME,
 ARG_PRODUCER_DURATION,
};

#define TXMODE_NORMAL()    \
 ((ctx.mode) == ARG_FW_TX_NORMAL)

#define TXMODE_BPF_INGRESS()   \
 ((ctx.mode) == ARG_FW_TX_VERDICT_INGRESS)

#define TXMODE_BPF_EGRESS()   \
 ((ctx.mode) == ARG_FW_TX_VERDICT_EGRESS)

#define TXMODE_BPF_PASS()   \
 ((ctx.mode) == ARG_FW_TX_PASS)

#define TXMODE_BPF() (    \
 TXMODE_BPF_PASS() ||   \
 TXMODE_BPF_INGRESS() ||   \
 TXMODE_BPF_EGRESS())

#define TXMODE() (    \
 TXMODE_NORMAL() ||   \
 TXMODE_BPF())

#define RXMODE_NORMAL()    \
 ((ctx.mode) == ARG_FW_RX_NORMAL)

#define RXMODE_BPF_PASS()   \
 ((ctx.mode) == ARG_FW_RX_PASS)

#define RXMODE_BPF_VERDICT_EGRESS()  \
 ((ctx.mode) == ARG_FW_RX_VERDICT_EGRESS)

#define RXMODE_BPF_VERDICT_INGRESS()  \
 ((ctx.mode) == ARG_FW_RX_VERDICT_INGRESS)

#define RXMODE_BPF_VERDICT() (   \
 RXMODE_BPF_VERDICT_INGRESS() ||  \
 RXMODE_BPF_VERDICT_EGRESS())

#define RXMODE_BPF() (    \
 RXMODE_BPF_PASS() ||   \
 RXMODE_BPF_VERDICT())

#define RXMODE() (    \
 RXMODE_NORMAL() ||   \
 RXMODE_BPF())

static struct socmap_ctx {
 struct bench_sockmap_prog *skel;
 enum SOCKMAP_ARG_FLAG mode;
 #define c1 fds[0]
 #define p1 fds[1]
 #define c2 fds[2]
 #define p2 fds[3]
 #define sfd fds[4]
 int  fds[5];
 long  send_calls;
 long  read_calls;
 long  prod_send;
 long  user_read;
 int  file_size;
 int  delay_consumer;
 int  prod_run_time;
 int  strp_size;
} ctx = {
 .prod_send = 0,
 .user_read = 0,
 .file_size = FILE_SIZE,
 .mode  = ARG_FW_RX_VERDICT_EGRESS,
 .fds  = {0},
 .delay_consumer = 0,
 .prod_run_time = 0,
 .strp_size = 0,
};

static void bench_sockmap_prog_destroy(void)
{
 int i;

 for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(ctx.fds); i++) {
  if (ctx.fds[i] > 0)
   close(ctx.fds[i]);
 }

 bench_sockmap_prog__destroy(ctx.skel);
}

static void init_addr(struct sockaddr_storage *ss,
        socklen_t *len)
{
 struct sockaddr_in *addr4 = memset(ss, 0, sizeof(*ss));

 addr4->sin_family = AF_INET;
 addr4->sin_port = 0;
 addr4->sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_LOOPBACK);
 *len = sizeof(*addr4);
}

static bool set_non_block(int fd, bool blocking)
{
 int flags = fcntl(fd, F_GETFL, 0);

 if (flags == -1)
  return false;
 flags = blocking ? (flags | O_NONBLOCK) : (flags & ~O_NONBLOCK);
 return (fcntl(fd, F_SETFL, flags) == 0);
}

static int create_pair(int *c, int *p, int type)
{
 struct sockaddr_storage addr;
 int err, cfd, pfd;
 socklen_t addr_len = sizeof(struct sockaddr_storage);

 err = getsockname(ctx.sfd, (struct sockaddr *)&addr, &addr_len);
 if (err) {
  fprintf(stderr, "getsockname error %d\n", errno);
  return err;
 }
 cfd = socket(AF_INET, type, 0);
 if (cfd < 0) {
  fprintf(stderr, "socket error %d\n", errno);
  return err;
 }

 err = connect(cfd, (struct sockaddr *)&addr, addr_len);
 if (err && errno != EINPROGRESS) {
  fprintf(stderr, "connect error %d\n", errno);
  return err;
 }

 pfd = accept(ctx.sfd, NULL, NULL);
 if (pfd < 0) {
  fprintf(stderr, "accept error %d\n", errno);
  return err;
 }
 *c = cfd;
 *p = pfd;
 return 0;
}

static int create_sockets(void)
{
 struct sockaddr_storage addr;
 int err, one = 1;
 socklen_t addr_len;

 init_addr(&addr, &addr_len);
 ctx.sfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
 if (ctx.sfd < 0) {
  fprintf(stderr, "socket error:%d\n", errno);
  return ctx.sfd;
 }
 err = setsockopt(ctx.sfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEPORT, &one, sizeof(one));
 if (err) {
  fprintf(stderr, "setsockopt error:%d\n", errno);
  return err;
 }

 err = bind(ctx.sfd, (struct sockaddr *)&addr, addr_len);
 if (err) {
  fprintf(stderr, "bind error:%d\n", errno);
  return err;
 }

 err = listen(ctx.sfd, SOMAXCONN);
 if (err) {
  fprintf(stderr, "listen error:%d\n", errno);
  return err;
 }

 err = create_pair(&ctx.c1, &ctx.p1, SOCK_STREAM);
 if (err) {
  fprintf(stderr, "create_pair 1 error\n");
  return err;
 }

 err = create_pair(&ctx.c2, &ctx.p2, SOCK_STREAM);
 if (err) {
  fprintf(stderr, "create_pair 2 error\n");
  return err;
 }
 printf("create socket fd c1:%d p1:%d c2:%d p2:%d\n",
        ctx.c1, ctx.p1, ctx.c2, ctx.p2);
 return 0;
}

static void validate(void)
{
 if (env.consumer_cnt != 2 || env.producer_cnt != 1 ||
     !env.affinity)
  goto err;
 return;
err:
 fprintf(stderr, "argument '-c 2 -p 1 -a' is necessary");
 exit(1);
}

static int setup_rx_sockmap(void)
{
 int verdict, pass, parser, map;
 int zero = 0, one = 1;
 int err;

 parser = bpf_program__fd(ctx.skel->progs.prog_skb_parser);
 verdict = bpf_program__fd(ctx.skel->progs.prog_skb_verdict);
 pass = bpf_program__fd(ctx.skel->progs.prog_skb_pass);
 map = bpf_map__fd(ctx.skel->maps.sock_map_rx);

 if (ctx.strp_size != 0) {
  ctx.skel->bss->pkt_size = ctx.strp_size;
  err = bpf_prog_attach(parser, map, BPF_SK_SKB_STREAM_PARSER, 0);
  if (err)
   return err;
 }

 if (RXMODE_BPF_VERDICT())
  err = bpf_prog_attach(verdict, map, BPF_SK_SKB_STREAM_VERDICT, 0);
 else if (RXMODE_BPF_PASS())
  err = bpf_prog_attach(pass, map, BPF_SK_SKB_STREAM_VERDICT, 0);
 if (err)
  return err;

 if (RXMODE_BPF_PASS())
  return bpf_map_update_elem(map, &zero, &ctx.c2, BPF_NOEXIST);

 err = bpf_map_update_elem(map, &zero, &ctx.p1, BPF_NOEXIST);
 if (err < 0)
  return err;

 if (RXMODE_BPF_VERDICT_INGRESS()) {
  ctx.skel->bss->verdict_dir = BPF_F_INGRESS;
  err = bpf_map_update_elem(map, &one, &ctx.c2, BPF_NOEXIST);
 } else {
  err = bpf_map_update_elem(map, &one, &ctx.p2, BPF_NOEXIST);
 }
 if (err < 0)
  return err;

 return 0;
}

static int setup_tx_sockmap(void)
{
 int zero = 0, one = 1;
 int prog, map;
 int err;

 map = bpf_map__fd(ctx.skel->maps.sock_map_tx);
 prog = TXMODE_BPF_PASS() ?
  bpf_program__fd(ctx.skel->progs.prog_skmsg_pass) :
  bpf_program__fd(ctx.skel->progs.prog_skmsg_verdict);

 err = bpf_prog_attach(prog, map, BPF_SK_MSG_VERDICT, 0);
 if (err)
  return err;

 if (TXMODE_BPF_EGRESS()) {
  err = bpf_map_update_elem(map, &zero, &ctx.p1, BPF_NOEXIST);
  err |= bpf_map_update_elem(map, &one, &ctx.p2, BPF_NOEXIST);
 } else {
  ctx.skel->bss->verdict_dir = BPF_F_INGRESS;
  err = bpf_map_update_elem(map, &zero, &ctx.p2, BPF_NOEXIST);
  err |= bpf_map_update_elem(map, &one, &ctx.c2, BPF_NOEXIST);
 }

 if (err < 0)
  return err;

 return 0;
}

static void setup(void)
{
 int err;

 ctx.skel = bench_sockmap_prog__open_and_load();
 if (!ctx.skel) {
  fprintf(stderr, "error loading skel\n");
  exit(1);
 }

 if (create_sockets()) {
  fprintf(stderr, "create_net_mode error\n");
  goto err;
 }

 if (RXMODE_BPF()) {
  err = setup_rx_sockmap();
  if (err) {
   fprintf(stderr, "setup_rx_sockmap error:%d\n", err);
   goto err;
  }
 } else if (TXMODE_BPF()) {
  err = setup_tx_sockmap();
  if (err) {
   fprintf(stderr, "setup_tx_sockmap error:%d\n", err);
   goto err;
  }
 } else {
  fprintf(stderr, "unknown sockmap bench mode: %d\n", ctx.mode);
  goto err;
 }

 return;

err:
 bench_sockmap_prog_destroy();
 exit(1);
}

static void measure(struct bench_res *res)
{
 res->drops = atomic_swap(&ctx.prod_send, 0);
 res->hits = atomic_swap(&ctx.skel->bss->process_byte, 0);
 res->false_hits = atomic_swap(&ctx.user_read, 0);
 res->important_hits = atomic_swap(&ctx.send_calls, 0);
 res->important_hits |= atomic_swap(&ctx.read_calls, 0) << 32;
}

static void verify_data(int *check_pos, char *buf, int rcv)
{
 for (int i = 0 ; i < rcv; i++) {
  if (buf[i] != snd_data[(*check_pos) % DATA_REPEAT_SIZE]) {
   fprintf(stderr, "verify data fail");
   exit(1);
  }
  (*check_pos)++;
  if (*check_pos >= FILE_SIZE)
   *check_pos = 0;
 }
}

static void *consumer(void *input)
{
 int rcv, sent;
 int check_pos = 0;
 int tid = (long)input;
 int recv_buf_size = FILE_SIZE;
 char *buf = malloc(recv_buf_size);
 int delay_read = ctx.delay_consumer;

 if (!buf) {
  fprintf(stderr, "fail to init read buffer");
  return NULL;
 }

 while (true) {
  if (tid == 1) {
   /* consumer 1 is unused for tx test and stream verdict test */
   if (RXMODE_BPF() || TXMODE())
    return NULL;
   /* it's only for RX_NORMAL which service as reserve-proxy mode */
   rcv = read(ctx.p1, buf, recv_buf_size);
   if (rcv < 0) {
    fprintf(stderr, "fail to read p1");
    return NULL;
   }

   sent = send(ctx.p2, buf, recv_buf_size, 0);
   if (sent < 0) {
    fprintf(stderr, "fail to send p2");
    return NULL;
   }
  } else {
   if (delay_read != 0) {
    if (delay_read < 0)
     return NULL;
    sleep(delay_read);
    delay_read = 0;
   }
   /* read real endpoint by consumer 0 */
   atomic_inc(&ctx.read_calls);
   rcv = read(ctx.c2, buf, recv_buf_size);
   if (rcv < 0 && errno != EAGAIN) {
    fprintf(stderr, "%s fail to read c2 %d\n", __func__, errno);
    return NULL;
   }
   verify_data(&check_pos, buf, rcv);
   atomic_add(&ctx.user_read, rcv);
  }
 }

 return NULL;
}

static void *producer(void *input)
{
 int off = 0, fp, need_sent, sent;
 int file_size = ctx.file_size;
 struct timespec ts1, ts2;
 int target;
 FILE *file;

 file = tmpfile();
 if (!file) {
  fprintf(stderr, "create file for sendfile");
  return NULL;
 }

 /* we need simple verify */
 for (int i = 0; i < file_size; i++) {
  if (fwrite(&snd_data[off], sizeof(char), 1, file) != 1) {
   fprintf(stderr, "init tmpfile error");
   return NULL;
  }
  if (++off >= sizeof(snd_data))
   off = 0;
 }
 fflush(file);
 fseek(file, 0, SEEK_SET);

 fp = fileno(file);
 need_sent = file_size;
 clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC, &ts1);

 if (RXMODE_BPF_VERDICT())
  target = ctx.c1;
 else if (TXMODE_BPF_EGRESS())
  target = ctx.p1;
 else
  target = ctx.p2;
 set_non_block(target, true);
 while (true) {
  if (ctx.prod_run_time) {
   clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC, &ts2);
   if (ts2.tv_sec - ts1.tv_sec > ctx.prod_run_time)
    return NULL;
  }

  errno = 0;
  atomic_inc(&ctx.send_calls);
  sent = sendfile(target, fp, NULL, need_sent);
  if (sent < 0) {
   if (errno != EAGAIN && errno != ENOMEM && errno != ENOBUFS) {
    fprintf(stderr, "sendfile return %d, errorno %d:%s\n",
     sent, errno, strerror(errno));
    return NULL;
   }
   continue;
  } else if (sent < need_sent) {
   need_sent -= sent;
   atomic_add(&ctx.prod_send, sent);
   continue;
  }
  atomic_add(&ctx.prod_send, need_sent);
  need_sent = file_size;
  lseek(fp, 0, SEEK_SET);
 }

 return NULL;
}

static void report_progress(int iter, struct bench_res *res, long delta_ns)
{
 double speed_mbs, prod_mbs, bpf_mbs, send_hz, read_hz;

 prod_mbs = res->drops / 1000000.0 / (delta_ns / 1000000000.0);
 speed_mbs = res->false_hits / 1000000.0 / (delta_ns / 1000000000.0);
 bpf_mbs = res->hits / 1000000.0 / (delta_ns / 1000000000.0);
 send_hz = (res->important_hits & 0xFFFFFFFF) / (delta_ns / 1000000000.0);
 read_hz = (res->important_hits >> 32) / (delta_ns / 1000000000.0);

 printf("Iter %3d (%7.3lfus): ",
        iter, (delta_ns - 1000000000) / 1000.0);
 printf("Send Speed %8.3lf MB/s (%8.3lf calls/s), BPF Speed %8.3lf MB/s, "
        "Rcv Speed %8.3lf MB/s (%8.3lf calls/s)\n",
        prod_mbs, send_hz, bpf_mbs, speed_mbs, read_hz);
}

static void report_final(struct bench_res res[], int res_cnt)
{
 double verdict_mbs_mean = 0.0;
 long verdict_total = 0;
 int i;

 for (i = 0; i < res_cnt; i++) {
  verdict_mbs_mean += res[i].hits / 1000000.0 / (0.0 + res_cnt);
  verdict_total += res[i].hits / 1000000.0;
 }

 printf("Summary: total trans %8.3lu MB \u00B1 %5.3lf MB/s\n",
        verdict_total, verdict_mbs_mean);
}

static const struct argp_option opts[] = {
 { "rx-normal", ARG_FW_RX_NORMAL, NULL, 0,
  "simple reserve-proxy mode, no bfp enabled"},
 { "rx-pass", ARG_FW_RX_PASS, NULL, 0,
  "run bpf prog but no redir applied"},
 { "rx-strp", ARG_CTL_RX_STRP, "Byte", 0,
  "enable strparser and set the encapsulation size"},
 { "rx-verdict-egress", ARG_FW_RX_VERDICT_EGRESS, NULL, 0,
  "forward data with bpf(stream verdict)"},
 { "rx-verdict-ingress", ARG_FW_RX_VERDICT_INGRESS, NULL, 0,
  "forward data with bpf(stream verdict)"},
 { "tx-normal", ARG_FW_TX_NORMAL, NULL, 0,
  "simple c-s mode, no bfp enabled"},
 { "tx-pass", ARG_FW_TX_PASS, NULL, 0,
  "run bpf prog but no redir applied"},
 { "tx-verdict-ingress", ARG_FW_TX_VERDICT_INGRESS, NULL, 0,
  "forward msg to ingress queue of another socket"},
 { "tx-verdict-egress", ARG_FW_TX_VERDICT_EGRESS, NULL, 0,
  "forward msg to egress queue of another socket"},
 { "delay-consumer", ARG_CONSUMER_DELAY_TIME, "SEC", 0,
  "delay consumer start"},
 { "producer-duration", ARG_PRODUCER_DURATION, "SEC", 0,
  "producer duration"},
 {},
};

static error_t parse_arg(int key, char *arg, struct argp_state *state)
{
 switch (key) {
 case ARG_FW_RX_NORMAL...ARG_FW_TX_VERDICT_EGRESS:
  ctx.mode = key;
  break;
 case ARG_CONSUMER_DELAY_TIME:
  ctx.delay_consumer = strtol(arg, NULL, 10);
  break;
 case ARG_PRODUCER_DURATION:
  ctx.prod_run_time = strtol(arg, NULL, 10);
  break;
 case ARG_CTL_RX_STRP:
  ctx.strp_size = strtol(arg, NULL, 10);
  break;
 default:
  return ARGP_ERR_UNKNOWN;
 }

 return 0;
}

/* exported into benchmark runner */
const struct argp bench_sockmap_argp = {
 .options = opts,
 .parser  = parse_arg,
};

/* Benchmark performance of creating bpf local storage  */
const struct bench bench_sockmap = {
 .name   = "sockmap",
 .argp   = &bench_sockmap_argp,
 .validate  = validate,
 .setup   = setup,
 .producer_thread = producer,
 .consumer_thread = consumer,
 .measure  = measure,
 .report_progress = report_progress,
 .report_final  = report_final,
};