lib/rconn.c

   1 /* Copyright (c) 2008 The Board of Trustees of The Leland Stanford
   2  * Junior University
   3  *
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  27  * SOFTWARE.
  28  *
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  31  * derivatives without specific, written prior permission.
  32  */
  33
  34 #include <config.h>
  35 #include "rconn.h"
  36 #include <assert.h>
  37 #include <errno.h>
  38 #include <limits.h>
  39 #include <stdlib.h>
  40 #include <string.h>
  41 #include "buffer.h"
  42 #include "poll-loop.h"
  43 #include "ofp-print.h"
  44 #include "timeval.h"
  45 #include "util.h"
  46 #include "vconn.h"
  47
  48 #define THIS_MODULE VLM_rconn
  49 #include "vlog.h"
  50
  51 #define STATES                                  \
  52     STATE(VOID, 1 << 0)                         \
  53     STATE(BACKOFF, 1 << 1)                      \
  54     STATE(CONNECTING, 1 << 2)                   \
  55     STATE(ACTIVE, 1 << 3)                       \
  56     STATE(IDLE, 1 << 4)
  57 enum state {
  58 #define STATE(NAME, VALUE) S_##NAME = VALUE,
  59     STATES
  60 #undef STATE
  61 };
  62
  63 static const char *
  64 state_name(enum state state)
  65 {
  66     switch (state) {
  67 #define STATE(NAME, VALUE) case S_##NAME: return #NAME;
  68         STATES
  69 #undef STATE
  70     }
  71     return "***ERROR***";
  72 }
  73
  74 /* A reliable connection to an OpenFlow switch or controller.
  75  *
  76  * See the large comment in rconn.h for more information. */
  77 struct rconn {
  78     enum state state;
  79     time_t state_entered;
  80
  81     struct vconn *vconn;
  82     char *name;
  83     bool reliable;
  84
  85     struct queue txq;
  86
  87     int backoff;
  88     int max_backoff;
  89     time_t backoff_deadline;
  90     time_t last_received;
  91     time_t last_connected;
  92
  93     unsigned int packets_sent;
  94
  95     /* If we can't connect to the peer, it could be for any number of reasons.
  96      * Usually, one would assume it is because the peer is not running or
  97      * because the network is partitioned.  But it could also be because the
  98      * network topology has changed, in which case the upper layer will need to
  99      * reassess it (in particular, obtain a new IP address via DHCP and find
 100      * the new location of the controller).  We set this flag when we suspect
 101      * that this could be the case. */
 102     bool questionable_connectivity;
 103     time_t last_questioned;
 104
 105     /* Throughout this file, "probe" is shorthand for "inactivity probe".
 106      * When nothing has been received from the peer for a while, we send out
 107      * an echo request as an inactivity probe packet.  We should receive back
 108      * a response. */
 109     int probe_interval;         /* Secs of inactivity before sending probe. */
 110 };
 111
 112 static unsigned int sat_add(unsigned int x, unsigned int y);
 113 static unsigned int sat_sub(unsigned int x, unsigned int y);
 114 static unsigned int sat_mul(unsigned int x, unsigned int y);
 115 static unsigned int elapsed_in_this_state(const struct rconn *);
 116 static unsigned int timeout(const struct rconn *);
 117 static bool timed_out(const struct rconn *);
 118 static void state_transition(struct rconn *, enum state);
 119 static int try_send(struct rconn *);
 120 static int reconnect(struct rconn *);
 121 static void disconnect(struct rconn *, int error);
 122 static void flush_queue(struct rconn *);
 123 static void question_connectivity(struct rconn *);
 124
 125 /* Creates a new rconn, connects it (reliably) to 'name', and returns it. */
 126 struct rconn *
 127 rconn_new(const char *name, int inactivity_probe_interval, int max_backoff)
 128 {
 129     struct rconn *rc = rconn_create(inactivity_probe_interval, max_backoff);
 130     rconn_connect(rc, name);
 131     return rc;
 132 }
 133
 134 /* Creates a new rconn, connects it (unreliably) to 'vconn', and returns it. */
 135 struct rconn *
 136 rconn_new_from_vconn(const char *name, struct vconn *vconn)
 137 {
 138     struct rconn *rc = rconn_create(60, 0);
 139     rconn_connect_unreliably(rc, name, vconn);
 140     return rc;
 141 }
 142
 143 /* Creates and returns a new rconn.
 144  *
 145  * 'probe_interval' is a number of seconds.  If the interval passes once
 146  * without an OpenFlow message being received from the peer, the rconn sends
 147  * out an "echo request" message.  If the interval passes again without a
 148  * message being received, the rconn disconnects and re-connects to the peer.
 149  * Setting 'probe_interval' to 0 disables this behavior.
 150  *
 151  * 'max_backoff' is the maximum number of seconds between attempts to connect
 152  * to the peer.  The actual interval starts at 1 second and doubles on each
 153  * failure until it reaches 'max_backoff'.  If 0 is specified, the default of
 154  * 60 seconds is used. */
 155 struct rconn *
 156 rconn_create(int probe_interval, int max_backoff)
 157 {
 158     struct rconn *rc = xcalloc(1, sizeof *rc);
 159
 160     rc->state = S_VOID;
 161     rc->state_entered = time_now();
 162
 163     rc->vconn = NULL;
 164     rc->name = xstrdup("void");
 165     rc->reliable = false;
 166
 167     queue_init(&rc->txq);
 168
 169     rc->backoff = 0;
 170     rc->max_backoff = max_backoff ? max_backoff : 60;
 171     rc->backoff_deadline = TIME_MIN;
 172     rc->last_received = time_now();
 173     rc->last_connected = time_now();
 174
 175     rc->packets_sent = 0;
 176
 177     rc->questionable_connectivity = false;
 178     rc->last_questioned = time_now();
 179
 180     rc->probe_interval = probe_interval ? MAX(5, probe_interval) : 0;
 181
 182     return rc;
 183 }
 184
 185 int
 186 rconn_connect(struct rconn *rc, const char *name)
 187 {
 188     rconn_disconnect(rc);
 189     free(rc->name);
 190     rc->name = xstrdup(name);
 191     rc->reliable = true;
 192     return reconnect(rc);
 193 }
 194
 195 void
 196 rconn_connect_unreliably(struct rconn *rc,
 197                          const char *name, struct vconn *vconn)
 198 {
 199     assert(vconn != NULL);
 200     rconn_disconnect(rc);
 201     free(rc->name);
 202     rc->name = xstrdup(name);
 203     rc->reliable = false;
 204     rc->vconn = vconn;
 205     rc->last_connected = time_now();
 206     state_transition(rc, S_ACTIVE);
 207 }
 208
 209 void
 210 rconn_disconnect(struct rconn *rc)
 211 {
 212     if (rc->vconn) {
 213         vconn_close(rc->vconn);
 214         rc->vconn = NULL;
 215     }
 216     free(rc->name);
 217     rc->name = xstrdup("void");
 218     rc->reliable = false;
 219
 220     rc->backoff = 0;
 221     rc->backoff_deadline = TIME_MIN;
 222
 223     state_transition(rc, S_VOID);
 224 }
 225
 226 /* Disconnects 'rc' and frees the underlying storage. */
 227 void
 228 rconn_destroy(struct rconn *rc)
 229 {
 230     if (rc) {
 231         free(rc->name);
 232         vconn_close(rc->vconn);
 233         flush_queue(rc);
 234         queue_destroy(&rc->txq);
 235         free(rc);
 236     }
 237 }
 238
 239 static unsigned int
 240 timeout_VOID(const struct rconn *rc)
 241 {
 242     return UINT_MAX;
 243 }
 244
 245 static void
 246 run_VOID(struct rconn *rc)
 247 {
 248     /* Nothing to do. */
 249 }
 250
 251 static int
 252 reconnect(struct rconn *rc)
 253 {
 254     int retval;
 255
 256     VLOG_WARN("%s: connecting...", rc->name);
 257     retval = vconn_open(rc->name, &rc->vconn);
 258     if (!retval) {
 259         rc->backoff_deadline = time_now() + rc->backoff;
 260         state_transition(rc, S_CONNECTING);
 261     } else {
 262         VLOG_WARN("%s: connection failed (%s)", rc->name, strerror(retval));
 263         disconnect(rc, 0);
 264     }
 265     return retval;
 266 }
 267
 268 static unsigned int
 269 timeout_BACKOFF(const struct rconn *rc)
 270 {
 271     return rc->backoff;
 272 }
 273
 274 static void
 275 run_BACKOFF(struct rconn *rc)
 276 {
 277     if (timed_out(rc)) {
 278         reconnect(rc);
 279     }
 280 }
 281
 282 static unsigned int
 283 timeout_CONNECTING(const struct rconn *rc)
 284 {
 285     return MAX(1, rc->backoff);
 286 }
 287
 288 static void
 289 run_CONNECTING(struct rconn *rc)
 290 {
 291     int retval = vconn_connect(rc->vconn);
 292     if (!retval) {
 293         VLOG_WARN("%s: connected", rc->name);
 294         if (vconn_is_passive(rc->vconn)) {
 295             error(0, "%s: passive vconn not supported", rc->name);
 296             state_transition(rc, S_VOID);
 297         } else {
 298             state_transition(rc, S_ACTIVE);
 299             rc->last_connected = rc->state_entered;
 300         }
 301     } else if (retval != EAGAIN) {
 302         VLOG_WARN("%s: connection failed (%s)", rc->name, strerror(retval));
 303         disconnect(rc, retval);
 304     } else if (timed_out(rc)) {
 305         VLOG_WARN("%s: connection timed out", rc->name);
 306         rc->backoff_deadline = TIME_MAX; /* Prevent resetting backoff. */
 307         disconnect(rc, 0);
 308     }
 309 }
 310
 311 static void
 312 do_tx_work(struct rconn *rc)
 313 {
 314     if (!rc->txq.n) {
 315         return;
 316     }
 317     while (rc->txq.n > 0) {
 318         int error = try_send(rc);
 319         if (error) {
 320             break;
 321         }
 322     }
 323     if (!rc->txq.n) {
 324         poll_immediate_wake();
 325     }
 326 }
 327
 328 static unsigned int
 329 timeout_ACTIVE(const struct rconn *rc)
 330 {
 331     if (rc->probe_interval) {
 332         unsigned int base = MAX(rc->last_received, rc->state_entered);
 333         unsigned int arg = base + rc->probe_interval - rc->state_entered;
 334         return arg;
 335     }
 336     return UINT_MAX;
 337 }
 338
 339 static void
 340 run_ACTIVE(struct rconn *rc)
 341 {
 342     if (timed_out(rc)) {
 343         unsigned int base = MAX(rc->last_received, rc->state_entered);
 344         rconn_send(rc, make_echo_request(), NULL);
 345         VLOG_DBG("%s: idle %u seconds, sending inactivity probe",
 346                  rc->name, (unsigned int) (time_now() - base));
 347         state_transition(rc, S_IDLE);
 348         return;
 349     }
 350
 351     do_tx_work(rc);
 352 }
 353
 354 static unsigned int
 355 timeout_IDLE(const struct rconn *rc)
 356 {
 357     return rc->probe_interval;
 358 }
 359
 360 static void
 361 run_IDLE(struct rconn *rc)
 362 {
 363     if (timed_out(rc)) {
 364         question_connectivity(rc);
 365         VLOG_ERR("%s: no response to inactivity probe after %u "
 366                  "seconds, disconnecting",
 367                  rc->name, elapsed_in_this_state(rc));
 368         disconnect(rc, 0);
 369     } else {
 370         do_tx_work(rc);
 371     }
 372 }
 373
 374 /* Performs whatever activities are necessary to maintain 'rc': if 'rc' is
 375  * disconnected, attempts to (re)connect, backing off as necessary; if 'rc' is
 376  * connected, attempts to send packets in the send queue, if any. */
 377 void
 378 rconn_run(struct rconn *rc)
 379 {
 380     int old_state;
 381     do {
 382         old_state = rc->state;
 383         switch (rc->state) {
 384 #define STATE(NAME, VALUE) case S_##NAME: run_##NAME(rc); break;
 385             STATES
 386 #undef STATE
 387         default:
 388             NOT_REACHED();
 389         }
 390     } while (rc->state != old_state);
 391 }
 392
 393 /* Causes the next call to poll_block() to wake up when rconn_run() should be
 394  * called on 'rc'. */
 395 void
 396 rconn_run_wait(struct rconn *rc)
 397 {
 398     unsigned int timeo = timeout(rc);
 399     if (timeo != UINT_MAX) {
 400         unsigned int expires = sat_add(rc->state_entered, timeo);
 401         unsigned int remaining = sat_sub(expires, time_now());
 402         poll_timer_wait(sat_mul(remaining, 1000));
 403     }
 404
 405     if ((rc->state & (S_ACTIVE | S_IDLE)) && rc->txq.n) {
 406         vconn_wait(rc->vconn, WAIT_SEND);
 407     }
 408 }
 409
 410 /* Attempts to receive a packet from 'rc'.  If successful, returns the packet;
 411  * otherwise, returns a null pointer.  The caller is responsible for freeing
 412  * the packet (with buffer_delete()). */
 413 struct buffer *
 414 rconn_recv(struct rconn *rc)
 415 {
 416     if (rc->state & (S_ACTIVE | S_IDLE)) {
 417         struct buffer *buffer;
 418         int error = vconn_recv(rc->vconn, &buffer);
 419         if (!error) {
 420             rc->last_received = time_now();
 421             if (rc->state == S_IDLE) {
 422                 state_transition(rc, S_ACTIVE);
 423             }
 424             return buffer;
 425         } else if (error != EAGAIN) {
 426             disconnect(rc, error);
 427         }
 428     }
 429     return NULL;
 430 }
 431
 432 /* Causes the next call to poll_block() to wake up when a packet may be ready
 433  * to be received by vconn_recv() on 'rc'.  */
 434 void
 435 rconn_recv_wait(struct rconn *rc)
 436 {
 437     if (rc->vconn) {
 438         vconn_wait(rc->vconn, WAIT_RECV);
 439     }
 440 }
 441
 442 /* Sends 'b' on 'rc'.  Returns 0 if successful (in which case 'b' is
 443  * destroyed), or ENOTCONN if 'rc' is not currently connected (in which case
 444  * the caller retains ownership of 'b').
 445  *
 446  * If 'n_queued' is non-null, then '*n_queued' will be incremented while the
 447  * packet is in flight, then decremented when it has been sent (or discarded
 448  * due to disconnection).  Because 'b' may be sent (or discarded) before this
 449  * function returns, the caller may not be able to observe any change in
 450  * '*n_queued'.
 451  *
 452  * There is no rconn_send_wait() function: an rconn has a send queue that it
 453  * takes care of sending if you call rconn_run(), which will have the side
 454  * effect of waking up poll_block(). */
 455 int
 456 rconn_send(struct rconn *rc, struct buffer *b, int *n_queued)
 457 {
 458     if (rconn_is_connected(rc)) {
 459         b->private = n_queued;
 460         if (n_queued) {
 461             ++*n_queued;
 462         }
 463         queue_push_tail(&rc->txq, b);
 464         if (rc->txq.n == 1) {
 465             try_send(rc);
 466         }
 467         return 0;
 468     } else {
 469         return ENOTCONN;
 470     }
 471 }
 472
 473 /* Sends 'b' on 'rc'.  Increments '*n_queued' while the packet is in flight; it
 474  * will be decremented when it has been sent (or discarded due to
 475  * disconnection).  Returns 0 if successful, EAGAIN if '*n_queued' is already
 476  * at least as large of 'queue_limit', or ENOTCONN if 'rc' is not currently
 477  * connected.  Regardless of return value, 'b' is destroyed.
 478  *
 479  * Because 'b' may be sent (or discarded) before this function returns, the
 480  * caller may not be able to observe any change in '*n_queued'.
 481  *
 482  * There is no rconn_send_wait() function: an rconn has a send queue that it
 483  * takes care of sending if you call rconn_run(), which will have the side
 484  * effect of waking up poll_block(). */
 485 int
 486 rconn_send_with_limit(struct rconn *rc, struct buffer *b,
 487                       int *n_queued, int queue_limit)
 488 {
 489     int retval;
 490     retval = *n_queued >= queue_limit ? EAGAIN : rconn_send(rc, b, n_queued);
 491     if (retval) {
 492         buffer_delete(b);
 493     }
 494     return retval;
 495 }
 496
 497 /* Returns the total number of packets successfully sent on the underlying
 498  * vconn.  A packet is not counted as sent while it is still queued in the
 499  * rconn, only when it has been successfuly passed to the vconn.  */
 500 unsigned int
 501 rconn_packets_sent(const struct rconn *rc)
 502 {
 503     return rc->packets_sent;
 504 }
 505
 506 /* Returns 'rc''s name (the 'name' argument passed to rconn_new()). */
 507 const char *
 508 rconn_get_name(const struct rconn *rc)
 509 {
 510     return rc->name;
 511 }
 512
 513 /* Returns true if 'rconn' is connected or in the process of reconnecting,
 514  * false if 'rconn' is disconnected and will not reconnect on its own. */
 515 bool
 516 rconn_is_alive(const struct rconn *rconn)
 517 {
 518     return rconn->state != S_VOID;
 519 }
 520
 521 /* Returns true if 'rconn' is connected, false otherwise. */
 522 bool
 523 rconn_is_connected(const struct rconn *rconn)
 524 {
 525     return rconn->state & (S_ACTIVE | S_IDLE);
 526 }
 527
 528 /* Returns 0 if 'rconn' is connected, otherwise the number of seconds that it
 529  * has been disconnected. */
 530 int
 531 rconn_disconnected_duration(const struct rconn *rconn)
 532 {
 533     return rconn_is_connected(rconn) ? 0 : time_now() - rconn->last_received;
 534 }
 535
 536 /* Returns the IP address of the peer, or 0 if the peer is not connected over
 537  * an IP-based protocol or if its IP address is not known. */
 538 uint32_t
 539 rconn_get_ip(const struct rconn *rconn)
 540 {
 541     return rconn->vconn ? vconn_get_ip(rconn->vconn) : 0;
 542 }
 543
 544 /* If 'rconn' can't connect to the peer, it could be for any number of reasons.
 545  * Usually, one would assume it is because the peer is not running or because
 546  * the network is partitioned.  But it could also be because the network
 547  * topology has changed, in which case the upper layer will need to reassess it
 548  * (in particular, obtain a new IP address via DHCP and find the new location
 549  * of the controller).  When this appears that this might be the case, this
 550  * function returns true.  It also clears the questionability flag and prevents
 551  * it from being set again for some time. */
 552 bool
 553 rconn_is_connectivity_questionable(struct rconn *rconn)
 554 {
 555     bool questionable = rconn->questionable_connectivity;
 556     rconn->questionable_connectivity = false;
 557     return questionable;
 558 }
 559 \f
 560 /* Tries to send a packet from 'rc''s send buffer.  Returns 0 if successful,
 561  * otherwise a positive errno value. */
 562 static int
 563 try_send(struct rconn *rc)
 564 {
 565     int retval = 0;
 566     struct buffer *next = rc->txq.head->next;
 567     int *n_queued = rc->txq.head->private;
 568     retval = vconn_send(rc->vconn, rc->txq.head);
 569     if (retval) {
 570         if (retval != EAGAIN) {
 571             disconnect(rc, retval);
 572         }
 573         return retval;
 574     }
 575     rc->packets_sent++;
 576     if (n_queued) {
 577         --*n_queued;
 578     }
 579     queue_advance_head(&rc->txq, next);
 580     return 0;
 581 }
 582
 583 /* Disconnects 'rc'.  'error' is used only for logging purposes.  If it is
 584  * nonzero, then it should be EOF to indicate the connection was closed by the
 585  * peer in a normal fashion or a positive errno value. */
 586 static void
 587 disconnect(struct rconn *rc, int error)
 588 {
 589     if (rc->reliable) {
 590         time_t now = time_now();
 591
 592         if (rc->state & (S_CONNECTING | S_ACTIVE | S_IDLE)) {
 593             if (error > 0) {
 594                 VLOG_WARN("%s: connection dropped (%s)",
 595                           rc->name, strerror(error));
 596             } else if (error == EOF) {
 597                 if (rc->reliable) {
 598                     VLOG_WARN("%s: connection closed", rc->name);
 599                 }
 600             } else {
 601                 VLOG_WARN("%s: connection dropped", rc->name);
 602             }
 603             vconn_close(rc->vconn);
 604             rc->vconn = NULL;
 605             flush_queue(rc);
 606         }
 607
 608         if (now >= rc->backoff_deadline) {
 609             rc->backoff = 1;
 610         } else {
 611             rc->backoff = MIN(rc->max_backoff, MAX(1, 2 * rc->backoff));
 612             VLOG_WARN("%s: waiting %d seconds before reconnect\n",
 613                       rc->name, rc->backoff);
 614         }
 615         rc->backoff_deadline = now + rc->backoff;
 616         state_transition(rc, S_BACKOFF);
 617         if (now - rc->last_connected > 60) {
 618             question_connectivity(rc);
 619         }
 620     } else {
 621         rconn_disconnect(rc);
 622     }
 623 }
 624
 625 /* Drops all the packets from 'rc''s send queue and decrements their queue
 626  * counts. */
 627 static void
 628 flush_queue(struct rconn *rc)
 629 {
 630     if (!rc->txq.n) {
 631         return;
 632     }
 633     while (rc->txq.n > 0) {
 634         struct buffer *b = queue_pop_head(&rc->txq);
 635         int *n_queued = b->private;
 636         if (n_queued) {
 637             --*n_queued;
 638         }
 639         buffer_delete(b);
 640     }
 641     poll_immediate_wake();
 642 }
 643
 644 static unsigned int
 645 elapsed_in_this_state(const struct rconn *rc)
 646 {
 647     return time_now() - rc->state_entered;
 648 }
 649
 650 static unsigned int
 651 timeout(const struct rconn *rc)
 652 {
 653     switch (rc->state) {
 654 #define STATE(NAME, VALUE) case S_##NAME: return timeout_##NAME(rc);
 655         STATES
 656 #undef STATE
 657     default:
 658         NOT_REACHED();
 659     }
 660 }
 661
 662 static bool
 663 timed_out(const struct rconn *rc)
 664 {
 665     return time_now() >= sat_add(rc->state_entered, timeout(rc));
 666 }
 667
 668 static void
 669 state_transition(struct rconn *rc, enum state state)
 670 {
 671     VLOG_DBG("%s: entering %s", rc->name, state_name(state));
 672     rc->state = state;
 673     rc->state_entered = time_now();
 674 }
 675
 676 static unsigned int
 677 sat_add(unsigned int x, unsigned int y)
 678 {
 679     return x + y >= x ? x + y : UINT_MAX;
 680 }
 681
 682 static unsigned int
 683 sat_sub(unsigned int x, unsigned int y)
 684 {
 685     return x >= y ? x - y : 0;
 686 }
 687
 688 static unsigned int
 689 sat_mul(unsigned int x, unsigned int y)
 690 {
 691     assert(y);
 692     return x <= UINT_MAX / y ? x * y : UINT_MAX;
 693 }
 694
 695 static void
 696 question_connectivity(struct rconn *rc)
 697 {
 698     time_t now = time_now();
 699     if (now - rc->last_questioned > 60) {
 700         rc->questionable_connectivity = true;
 701         rc->last_questioned = now;
 702     }
 703 }