src/ats/gnunet-service-ats_addresses.h

   1 /*
   2  This file is part of GNUnet.
   3  (C) 2011 Christian Grothoff (and other contributing authors)
   4
   5  GNUnet is free software; you can redistribute it and/or modify
   6  it under the terms of the GNU General Public License as published
   7  by the Free Software Foundation; either version 3, or (at your
   8  option) any later version.
   9
  10  GNUnet is distributed in the hope that it will be useful, but
  11  WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  12  MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  13  General Public License for more details.
  14
  15  You should have received a copy of the GNU General Public License
  16  along with GNUnet; see the file COPYING.  If not, write to the
  17  Free Software Foundation, Inc., 59 Temple Place - Suite 330,
  18  Boston, MA 02111-1307, USA.
  19  */
  20
  21 /**
  22  * @file ats/gnunet-service-ats_addresses.h
  23  * @brief ats service address management
  24  * @author Matthias Wachs
  25  * @author Christian Grothoff
  26  */
  27 #ifndef GNUNET_SERVICE_ATS_ADDRESSES_H
  28 #define GNUNET_SERVICE_ATS_ADDRESSES_H
  29
  30 #include "gnunet_util_lib.h"
  31 #include "gnunet_ats_service.h"
  32 #include "gnunet-service-ats.h"
  33 #include "gnunet_statistics_service.h"
  34 #include "ats.h"
  35
  36 /**
  37  * NOTE: Do not change this documentation. This documentation is based on
  38  * gnunet.org:/vcs/fsnsg/ats-paper.git/tech-doku/ats-tech-guide.tex
  39  * use build_txt.sh to generate plaintext output
  40  *
  41  *   1 ATS addresses : ATS address management
  42  *
  43  *    This ATS addresses ("addresses") component manages the addresses known to
  44  *    ATS service and suggests addresses to transport service when it is
  45  *    interested in address suggestion for a peer. ATS addresses also
  46  *    instantiates the bandwidth assignment mechanism (solver), notifies it
  47  *    about changes to addresses and forwards changes to bandwidth assignments
  48  *    to transport, depending if transport is interested in this change.
  49  *
  50  *     1.1 Input data
  51  *
  52  *       1.1.1 Addresses
  53  *
  54  *    Addresses are added by specifying peer ID, plugin, address, address length
  55  *    and session, if available. ATS information can be specified if available.
  56  *
  57  *       1.1.2 Networks
  58  *
  59  *    ATS specifies a fix set of networks an address can belong to. For each
  60  *    network an inbound and outbound quota will be specified. The available
  61  *    networks and addtional helper varaibles are defined in
  62  *    gnunet_ats_service.h. At the moment 5 networks are defined:
  63  *      * GNUNET_ATS_NET_UNSPECIFIED
  64  *      * GNUNET_ATS_NET_LOOPBACK
  65  *      * GNUNET_ATS_NET_LAN
  66  *      * GNUNET_ATS_NET_WAN
  67  *      * GNUNET_ATS_NET_WLAN
  68  *
  69  *    The total number of networks defined is stored in
  70  *    GNUNET_ATS_NetworkTypeCount GNUNET_ATS_NetworkType can be used array
  71  *    initializer for an int array, while GNUNET_ATS_NetworkType is an
  72  *    initializer for a char array containing a string description of all
  73  *    networks
  74  *
  75  *       1.1.3 Quotas
  76  *
  77  *    An inbound and outbound quota for each of the networks mentioned in 1.1.2
  78  *    is loaded from ats configuration during initialization. This quota defines
  79  *    to total amount of inbound and outbound traffic allowed for a specific
  80  *    network. The configuration values used are in section ats:
  81  *      * "NETWORK"_QUOTA_IN = <value>
  82  *      * "NETWORK"_QUOTA_IN = <value>
  83  *
  84  *    You can specify quotas by setting the <value> to a:
  85  *      * unrestricted: unlimited
  86  *      * number of bytes: e.g. 10240
  87  *      * fancy value: e.g. 64 Kib
  88  *
  89  *    unlimited is defined as GNUNET_ATS_MaxBandwidthString and equivalent to
  90  *    the value GNUNET_ATS_MaxBandwidth Important predefined values for quotas
  91  *    are:
  92  *      * GNUNET_ATS_DefaultBandwidth: 65536
  93  *      * GNUNET_ATS_MaxBandwidth: UINT32_MAX
  94  *      * GNUNET_CONSTANTS_DEFAULT_BW_IN_OUT: 1024
  95  *
  96  *    Details of loading quotas and default values will be described on
  97  *
  98  *       1.1.4 Preference values
  99  *
 100  *     1.2 Data structures used
 101  *
 102  *    Addresse uses struct ATS_Address for each address. The structs are stored
 103  *    in a linked list and provides a pointer void *solver_information for the
 104  *    solver to store address specific information. It provides the int values
 105  *    active which is set to GNUNET_YES if the address is select for transport
 106  *    use and used, representing that transport service is actively using this
 107  *    address. Address information are stored in peer, addr, addr_len, plugin.
 108  *
 109  *     1.3 Initialization
 110  *
 111  *    During initialization a hashmap to store addresses is created. The quotas
 112  *    for all networks defined for ATS are loaded from configuration. For each
 113  *    network first the logic will check if the string
 114  *    GNUNET_ATS_MaxBandwidthString is configured, if not it will try to convert
 115  *    the configured value as a fancy size and if this fails it will try to use
 116  *    it as a value_number. If no configuration value is found it will assign
 117  *    GNUNET_ATS_DefaultBandwidth. The most important step is to load the
 118  *    configured solver using configuration "[ats]:MODE". Current solvers are
 119  *    MODE_PROPORTIONAL, MODE_MLP. Interaction is done using a solver API
 120  *
 121  *     1.4 Solver API
 122  *
 123  *    Solver functions:
 124  *      * s_init: init the solver with required information
 125  *      * s_add: add a new address
 126  *      * s_update: update ATS values or session for an address
 127  *      * s_get: get prefered address for a peer
 128  *      * s_del: delete an address
 129  *      * s_pref: change preference value for a peer
 130  *      * s_done: shutdown solver
 131  *
 132  *    Callbacks: addresses provides a bandwidth_changed_cb callback to the
 133  *    solver which is called when bandwidth assigned to peer has changed
 134  *
 135  *     1.5 Shutdown
 136  *
 137  *    During shutdown all addresses are freed and the solver told to shutdown
 138  *
 139  *     1.6 Addresses and sessions
 140  *
 141  *    Addresses consist of the address itself and a numerical session. When a
 142  *    new address without a session is added it has no session, so it gets
 143  *    session 0 assigned. When an address with a session is added and an address
 144  *    object with session 0 is found, this object is updated with the session
 145  *    otherwise a new address object with this session assigned is created.
 146  *
 147  *       1.6.1 Terminology
 148  *
 149  *    Addresses a1,a2 with session s1, s2 are "exact" if:
 150  *    (a1 == a2)&&(s1 == s2)
 151  *    Addresses a1,a2 with session s1, s2 are "equivalent" if:
 152  *    (a1 == a2)&&((s1 == s2)||(s1 == 0)||(s2 == 0)
 153  *
 154  *     1.7 Address management
 155  *
 156  *    Transport service notifies ATS about changes to the addresses known to
 157  *    him.
 158  *
 159  *       1.7.1 Adding an address
 160  *
 161  *    When transport learns a new address it tells ATS and ATS is telling
 162  *    addresses about it using GAS_address_add. If not known to addresses it
 163  *    creates a new address object and calls solver's s_add. ATS information are
 164  *    deserialized and solver is notified about the session and ATS information
 165  *    using s_update.
 166  *
 167  *       1.7.2 Updating an address
 168  *
 169  *    Addresses does an lookup up for the existing address with the given
 170  *    session. If disassembles included ATS information and notifies the solver
 171  *    using s_update about the update.
 172  *
 173  *       1.7.3 Deleting an address
 174  *
 175  *    Addresses does an lookup for the exact address and session and if removes
 176  *    this address. If session != 0 the session is set to 0 and the address is
 177  *    kept. If session == 0, the addresses is removed.
 178  *
 179  *       1.7.4 Requesting an address suggestion
 180  *
 181  *    The address client issues a request address message to be notified about
 182  *    address suggestions for a specific peer. Addresses asks the solver with
 183  *    s_get. If no address is available, it will not send a response, otherwise
 184  *    it will respond with the choosen address.
 185  *
 186  *       1.7.5 Address suggestions
 187  *
 188  *    Addresses will notify the client automatically on any bandwidth_changed_cb
 189  *    by the solver if a address suggestion request is pending. If no address is
 190  *    available it will not respond at all If the client is not interested
 191  *    anymore, it has to cancel the address suggestion request.
 192  *
 193  *       1.7.6 Suggestions blocks and reset
 194  *
 195  *    After suggesting an address it is blocked for ATS_BLOCKING_DELTA sec. to
 196  *    prevent the client from being thrashed. If the client requires immediately
 197  *    it can reset this block using GAS_addresses_handle_backoff_reset.
 198  *
 199  *       1.7.7 Marking address in use
 200  *
 201  *    The client can notify addresses that it successfully uses an address and
 202  *    wants this address to be kept by calling GSA_address_in_use. Adresses will
 203  *    mark the address as used an notify the solver about the use.
 204  *
 205  *       1.7.8 Address lifecycle
 206  *
 207  *      * (add address)
 208  *      * (updated address) || (address in use)
 209  *      * (delete address)
 210  *
 211  *     1.8 Bandwidth assignment
 212  *
 213  *    The addresses are used to perform resource allocation operations. ATS
 214  *    addresses takes care of instantiating the solver configured and notifies
 215  *    the respective solver about address changes and receives changes to the
 216  *    bandwidth assignment from the solver. The current bandwidth assignment is
 217  *    sent to transport. The specific solvers will be described in the specific
 218  *    section.
 219  *
 220  *     1.9 Changing peer preferences
 221  *
 222  *    The bandwidth assigned to a peer can be influenced by setting a preference
 223  *    for a peer. The prefernce will be given to to the solver with s_pref which
 224  *    has to take care of the preference value
 225
 226  */
 227
 228 /**
 229  * Available ressource assignment modes
 230  */
 231 enum ATS_Mode
 232 {
 233   /*
 234    * proportional mode:
 235    *
 236    * Assign each peer an equal amount of bandwidth (bw)
 237    *
 238    * bw_per_peer = bw_total / #active addresses
 239    */
 240   MODE_PROPORTIONAL,
 241
 242   /*
 243    * MLP mode:
 244    *
 245    * Solve ressource assignment as an optimization problem
 246    * Uses an mixed integer programming solver
 247    */
 248   MODE_MLP,
 249
 250   /*
 251    * Reinforcement Learning mode:
 252    *
 253    * Solve resource assignment using a learning agent
 254    */
 255   MODE_RIL
 256 };
 257
 258
 259 /*
 260  * How long will address suggestions blocked after a suggestion
 261  */
 262 #define ATS_BLOCKING_DELTA GNUNET_TIME_relative_multiply(GNUNET_TIME_UNIT_MILLISECONDS, 100)
 263
 264 /**
 265  * Information provided by ATS normalization
 266  */
 267 struct GAS_NormalizationInfo
 268 {
 269   /**
 270    * Next index to use in averaging queue
 271    */
 272   unsigned int avg_queue_index;
 273
 274   /**
 275    * Averaging queue
 276    */
 277   uint32_t atsi_abs[GAS_normalization_queue_length];
 278
 279   /**
 280    * Averaged ATSI values from queue
 281    */
 282   uint32_t avg;
 283
 284   /**
 285    * Normalized values from queue to a range of values [1.0...2.0]
 286    */
 287   double norm;
 288 };
 289
 290 /**
 291  * Address with additional information
 292  */
 293 struct ATS_Address
 294 {
 295   /**
 296    * Next element in DLL
 297    */
 298   struct ATS_Address *next;
 299
 300   /**
 301    * Previous element in DLL
 302    */
 303   struct ATS_Address *prev;
 304
 305   /**
 306    * Peer ID
 307    */
 308   struct GNUNET_PeerIdentity peer;
 309
 310   /**
 311    * Session ID, 0 if no session is given
 312    */
 313   uint32_t session_id;
 314
 315   uint32_t local_address_info;
 316
 317   /**
 318    * Address
 319    */
 320   const void *addr;
 321
 322   /**
 323    * Address length
 324    */
 325   size_t addr_len;
 326
 327   /**
 328    * Plugin name
 329    */
 330   char *plugin;
 331
 332   /**
 333    * Solver specific information for this address
 334    */
 335   void *solver_information;
 336
 337   /**
 338    * ATS performance information for this address
 339    */
 340   struct GNUNET_ATS_Information *atsi;
 341
 342   /**
 343    * ATS performance information for this address
 344    */
 345   uint32_t atsi_count;
 346
 347   /**
 348    * Inbound bandwidth assigned by solver in NBO
 349    */
 350   struct GNUNET_BANDWIDTH_Value32NBO assigned_bw_in;
 351
 352   /**
 353    * Outbound bandwidth assigned by solver in NBO
 354    */
 355   struct GNUNET_BANDWIDTH_Value32NBO assigned_bw_out;
 356
 357   /**
 358    * Blocking interval
 359    */
 360   struct GNUNET_TIME_Relative block_interval;
 361
 362   /**
 363    * Time when address can be suggested again
 364    */
 365   struct GNUNET_TIME_Absolute blocked_until;
 366
 367   /**
 368    * Time when address had last activity (update, in uses)
 369    */
 370   struct GNUNET_TIME_Absolute t_last_activity;
 371
 372   /**
 373    * Time when address was added
 374    */
 375   struct GNUNET_TIME_Absolute t_added;
 376
 377   /**
 378    * Is this the active address for this peer?
 379    */
 380   int active;
 381
 382   /**
 383    * Is this the address for this peer in use?
 384    */
 385   int used;
 386
 387   /**
 388    * Normalized ATS performance information for this address
 389    * Each entry can be accessed using the GNUNET_ATS_QualityProperties avg_queue_index
 390    */
 391   struct GAS_NormalizationInfo atsin[GNUNET_ATS_QualityPropertiesCount];
 392 };
 393
 394
 395 /**
 396  * Handle for ATS address component
 397  */
 398 struct GAS_Addresses_Handle;
 399
 400 /**
 401  * Initialize address subsystem. The addresses subsystem manages the addresses
 402  * known and current performance information. It has a solver component
 403  * responsible for the resource allocation. It tells the solver about changes
 404  * and receives updates when the solver changes the ressource allocation.
 405  *
 406  * @param cfg configuration to use
 407  * @param stats the statistics handle to use
 408  * @return an address handle
 409  */
 410 struct GAS_Addresses_Handle *
 411 GAS_addresses_init (const struct GNUNET_CONFIGURATION_Handle *cfg,
 412     const struct GNUNET_STATISTICS_Handle *stats);
 413
 414 /**
 415  * Shutdown address subsystem.
 416  *
 417  * @param handle the address handle to shutdown
 418  */
 419 void
 420 GAS_addresses_done (struct GAS_Addresses_Handle *handle);
 421
 422 /**
 423  * Add a new address for a peer.
 424  *
 425  * @param handle the address handle to use
 426  * @param peer peer
 427  * @param plugin_name transport plugin name
 428  * @param plugin_addr plugin address
 429  * @param plugin_addr_len length of the plugin address
 430  * @param local_address_info the local address for the address
 431  * @param session_id session id, can be 0
 432  * @param atsi performance information for this address
 433  * @param atsi_count number of performance information contained
 434  */
 435 void
 436 GAS_addresses_add (struct GAS_Addresses_Handle *handle,
 437     const struct GNUNET_PeerIdentity *peer,
 438     const char *plugin_name,
 439     const void *plugin_addr,
 440     size_t plugin_addr_len,
 441     uint32_t local_address_info,
 442     uint32_t session_id,
 443     const struct GNUNET_ATS_Information *atsi,
 444     uint32_t atsi_count);
 445
 446 /**
 447  * Notification about active use of an address.
 448  * in_use == GNUNET_YES:
 449  *      This address is used to maintain an active connection with a peer.
 450  * in_use == GNUNET_NO:
 451  *      This address is no longer used to maintain an active connection with a peer.
 452  *
 453  * Note: can only be called with in_use == GNUNET_NO if called with GNUNET_YES
 454  * before
 455  *
 456  * @param handle the address handle to use
 457  * @param peer peer
 458  * @param plugin_name transport plugin name
 459  * @param plugin_addr plugin address
 460  * @param plugin_addr_len length of the plugin address
 461  * @param local_address_info the local address for the address
 462  * @param session_id session id, can be 0
 463  * @param in_use GNUNET_YES if GNUNET_NO
 464  * @return GNUNET_SYSERR on failure (address unknown ...)
 465  */
 466 int
 467 GAS_addresses_in_use (struct GAS_Addresses_Handle *handle,
 468     const struct GNUNET_PeerIdentity *peer, const char *plugin_name,
 469     const void *plugin_addr, size_t plugin_addr_len,
 470     uint32_t local_address_info,
 471     uint32_t session_id,
 472     int in_use);
 473
 474 /**
 475  * Update an address with a session or performance information for a peer.
 476  *
 477  * If an address was added without a session it will be updated with the
 478  * session
 479  *
 480  * @param handle the address handle to use
 481  * @param peer peer
 482  * @param plugin_name transport plugin name
 483  * @param plugin_addr plugin address
 484  * @param plugin_addr_len length of the plugin address
 485  * @param local_address_info the local address for the address
 486  * @param session_id session id, can be 0
 487  * @param atsi performance information for this address
 488  * @param atsi_count number of performance information contained
 489  */
 490 void
 491 GAS_addresses_update (struct GAS_Addresses_Handle *handle,
 492     const struct GNUNET_PeerIdentity *peer, const char *plugin_name,
 493     const void *plugin_addr, size_t plugin_addr_len,
 494     uint32_t local_address_info, uint32_t session_id,
 495     const struct GNUNET_ATS_Information *atsi, uint32_t atsi_count);
 496
 497 /**
 498  * Remove an address or just a session for a peer.
 499  *
 500  * @param handle the address handle to use
 501  * @param peer peer
 502  * @param plugin_name transport plugin name
 503  * @param plugin_addr plugin address
 504  * @param plugin_addr_len length of the plugin address
 505  * @param session_id session id, can be 0
 506  * @param local_address_info the local address for the address
 507  */
 508 void
 509 GAS_addresses_destroy (struct GAS_Addresses_Handle *handle,
 510     const struct GNUNET_PeerIdentity *peer, const char *plugin_name,
 511     const void *plugin_addr, size_t plugin_addr_len,
 512     uint32_t local_address_info, uint32_t session_id);
 513
 514 /**
 515  * Remove all addresses
 516  *
 517  * @param handle the address handle to use
 518  */
 519 void
 520 GAS_addresses_destroy_all (struct GAS_Addresses_Handle *handle);
 521
 522 /**
 523  * Request address suggestions for a peer
 524  *
 525  * @param handle the address handle
 526  * @param peer the peer id
 527  */
 528 void
 529 GAS_addresses_request_address (struct GAS_Addresses_Handle *handle,
 530     const struct GNUNET_PeerIdentity *peer);
 531
 532 /**
 533  * Cancel address suggestions for a peer
 534  *
 535  * @param handle the address handle
 536  * @param peer the peer id
 537  */
 538 void
 539 GAS_addresses_request_address_cancel (struct GAS_Addresses_Handle *handle,
 540     const struct GNUNET_PeerIdentity *peer);
 541
 542 /**
 543  * Reset suggestion backoff for a peer
 544  *
 545  * Suggesting addresses is blocked for ATS_BLOCKING_DELTA. Blocking can be
 546  * reset using this function
 547  *
 548  * @param handle the address handle
 549  * @param peer the peer id
 550  */
 551 void
 552 GAS_addresses_handle_backoff_reset (struct GAS_Addresses_Handle *handle,
 553     const struct GNUNET_PeerIdentity *peer);
 554
 555
 556 /**
 557  * A performance client disconnected
 558  *
 559  * @param handle address handle
 560  * @param client the client
 561  */
 562
 563 void
 564 GAS_addresses_preference_client_disconnect (struct GAS_Addresses_Handle *handle,
 565     void *client);
 566
 567 /**
 568  * Change the preference for a peer
 569  *
 570  * @param handle the address handle
 571  * @param client the client sending this request
 572  * @param peer the peer id
 573  * @param kind the preference kind to change
 574  * @param score_abs the new preference score
 575  */
 576 void
 577 GAS_addresses_preference_change (struct GAS_Addresses_Handle *handle,
 578     void *client, const struct GNUNET_PeerIdentity *peer,
 579     enum GNUNET_ATS_PreferenceKind kind, float score_abs);
 580
 581 /**
 582  * Application feedback on how good preference requirements are fulfilled
 583  * for a specific preference in the given time scope [now - scope .. now]
 584  *
 585  * An application notifies ATS if (and only if) it has feedback information
 586  * for a specific property. This value is valid until the feedback score is
 587  * updated by the application.
 588  *
 589  * If the application has no feedback for this preference kind the application
 590  * will not explicitly call.
 591  *
 592  * @param handle the address handle
 593  * @param application the application sending this request
 594  * @param peer the peer id
 595  * @param scope the time interval this valid for: [now - scope .. now]
 596  * @param kind the preference kind this feedback is intended for
 597  * @param score_abs the new preference score
 598  */
 599 void
 600 GAS_addresses_preference_feedback (struct GAS_Addresses_Handle *handle,
 601     void *application, const struct GNUNET_PeerIdentity *peer,
 602     const struct GNUNET_TIME_Relative scope,
 603     enum GNUNET_ATS_PreferenceKind kind, float score_abs);
 604
 605 /**
 606  * Iterator for GAS_addresses_iterate_peers
 607  *
 608  * @param p_it_cls closure
 609  * @param id the peer id
 610  */
 611 typedef void
 612 (*GNUNET_ATS_Peer_Iterator) (void *p_it_cls,
 613     const struct GNUNET_PeerIdentity *id);
 614
 615 /**
 616  * Return all peers currently known to ATS
 617  *
 618  * @param handle the address handle to use
 619  * @param p_it the iterator to call for every peer
 620  * @param p_it_cls the closure for the iterator
 621  */
 622 void
 623 GAS_addresses_iterate_peers (struct GAS_Addresses_Handle *handle,
 624     GNUNET_ATS_Peer_Iterator p_it, void *p_it_cls);
 625
 626 /**
 627  * Iterator for GAS_addresses_get_peer_info
 628  *
 629  * @param p_it_cls closure closure
 630  * @param id the peer id
 631  * @param plugin_name plugin name
 632  * @param plugin_addr address
 633  * @param plugin_addr_len address length
 634  * @param address_active is address actively used
 635  * @param atsi ats performance information
 636  * @param atsi_count number of ats performance elements
 637  * @param bandwidth_out current outbound bandwidth assigned to address
 638  * @param bandwidth_in current inbound bandwidth assigned to address
 639  */
 640 typedef void
 641 (*GNUNET_ATS_PeerInfo_Iterator) (void *p_it_cls,
 642     const struct GNUNET_PeerIdentity *id, const char *plugin_name,
 643     const void *plugin_addr, size_t plugin_addr_len, const int address_active,
 644     const struct GNUNET_ATS_Information *atsi, uint32_t atsi_count,
 645     struct GNUNET_BANDWIDTH_Value32NBO bandwidth_out,
 646     struct GNUNET_BANDWIDTH_Value32NBO bandwidth_in);
 647
 648 /**
 649  * Return information all peers currently known to ATS
 650  *
 651  * @param handle the address handle to use
 652  * @param peer the respective peer
 653  * @param pi_it the iterator to call for every peer
 654  * @param pi_it_cls the closure for the iterator
 655  */
 656 void
 657 GAS_addresses_get_peer_info (struct GAS_Addresses_Handle *handle,
 658     const struct GNUNET_PeerIdentity *peer, GNUNET_ATS_PeerInfo_Iterator pi_it,
 659     void *pi_it_cls);
 660
 661 #endif
 662
 663 /* end of gnunet-service-ats_addresses.h */