src/fragmentation/fragmentation.c

   1 /*
   2      This file is part of GNUnet
   3      (C) 2009, 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  * @file src/fragmentation/fragmentation.c
  22  * @brief library to help fragment messages
  23  * @author Christian Grothoff
  24  */
  25 #include "platform.h"
  26 #include "gnunet_fragmentation_lib.h"
  27 #include "gnunet_protocols.h"
  28 #include "fragmentation.h"
  29
  30
  31 /**
  32  * Fragmentation context.
  33  */
  34 struct GNUNET_FRAGMENT_Context
  35 {
  36   /**
  37    * Statistics to use.
  38    */
  39   struct GNUNET_STATISTICS_Handle *stats;
  40
  41   /**
  42    * Tracker for flow control.
  43    */
  44   struct GNUNET_BANDWIDTH_Tracker *tracker;
  45
  46   /**
  47    * Current expected delay for ACKs.
  48    */
  49   struct GNUNET_TIME_Relative delay;
  50
  51   /**
  52    * Next allowed transmission time.
  53    */
  54   struct GNUNET_TIME_Absolute delay_until;
  55
  56   /**
  57    * Time we transmitted the last message of the last round.
  58    */
  59   struct GNUNET_TIME_Absolute last_round;
  60
  61   /**
  62    * Message to fragment (allocated at the end of this struct).
  63    */
  64   const struct GNUNET_MessageHeader *msg;
  65
  66   /**
  67    * Function to call for transmissions.
  68    */
  69   GNUNET_FRAGMENT_MessageProcessor proc;
  70
  71   /**
  72    * Closure for 'proc'.
  73    */
  74   void *proc_cls;
  75
  76   /**
  77    * Bitfield, set to 1 for each unacknowledged fragment.
  78    */
  79   uint64_t acks;
  80
  81   /**
  82    * Bitfield with all possible bits for 'acks' (used to mask the
  83    * ack we get back).
  84    */
  85   uint64_t acks_mask;
  86
  87   /**
  88    * Task performing work for the fragmenter.
  89    */
  90   GNUNET_SCHEDULER_TaskIdentifier task;
  91
  92   /**
  93    * Our fragmentation ID. (chosen at random)
  94    */
  95   uint32_t fragment_id;
  96
  97   /**
  98    * Round-robin selector for the next transmission.
  99    */
 100   unsigned int next_transmission;
 101
 102   /**
 103    * How many rounds of transmission have we completed so far?
 104    */
 105   unsigned int num_rounds;
 106
 107   /**
 108    * GNUNET_YES if we called 'proc' and are now waiting for 'GNUNET_FRAGMENT_transmission_done'
 109    */
 110   int8_t proc_busy;
 111
 112   /**
 113    * GNUNET_YES if we are waiting for an ACK.
 114    */
 115   int8_t wack;
 116
 117   /**
 118    * Target fragment size.
 119    */
 120   uint16_t mtu;
 121
 122 };
 123
 124
 125 /**
 126  * Transmit the next fragment to the other peer.
 127  *
 128  * @param cls the 'struct GNUNET_FRAGMENT_Context'
 129  * @param tc scheduler context
 130  */
 131 static void
 132 transmit_next (void *cls, const struct GNUNET_SCHEDULER_TaskContext *tc)
 133 {
 134   struct GNUNET_FRAGMENT_Context *fc = cls;
 135   char msg[fc->mtu];
 136   const char *mbuf;
 137   struct FragmentHeader *fh;
 138   struct GNUNET_TIME_Relative delay;
 139   unsigned int bit;
 140   size_t size;
 141   size_t fsize;
 142   int wrap;
 143
 144   fc->task = GNUNET_SCHEDULER_NO_TASK;
 145   GNUNET_assert (GNUNET_NO == fc->proc_busy);
 146   if (0 == fc->acks)
 147     return;                     /* all done */
 148
 149   /* calculate delay */
 150   wrap = 0;
 151   while (0 == (fc->acks & (1LL << fc->next_transmission)))
 152   {
 153     fc->next_transmission = (fc->next_transmission + 1) % 64;
 154     wrap |= (fc->next_transmission == 0);
 155   }
 156   bit = fc->next_transmission;
 157   size = ntohs (fc->msg->size);
 158   if (bit == size / (fc->mtu - sizeof (struct FragmentHeader)))
 159     fsize =
 160         (size % (fc->mtu - sizeof (struct FragmentHeader))) +
 161         sizeof (struct FragmentHeader);
 162   else
 163     fsize = fc->mtu;
 164   if (fc->tracker != NULL)
 165     delay = GNUNET_BANDWIDTH_tracker_get_delay (fc->tracker, fsize);
 166   else
 167     delay = GNUNET_TIME_UNIT_ZERO;
 168   if (delay.rel_value > 0)
 169   {
 170     fc->task = GNUNET_SCHEDULER_add_delayed (delay, &transmit_next, fc);
 171     return;
 172   }
 173   fc->next_transmission = (fc->next_transmission + 1) % 64;
 174   wrap |= (fc->next_transmission == 0);
 175
 176   /* assemble fragmentation message */
 177   mbuf = (const char *) &fc[1];
 178   fh = (struct FragmentHeader *) msg;
 179   fh->header.size = htons (fsize);
 180   fh->header.type = htons (GNUNET_MESSAGE_TYPE_FRAGMENT);
 181   fh->fragment_id = htonl (fc->fragment_id);
 182   fh->total_size = fc->msg->size;       /* already in big-endian */
 183   fh->offset = htons ((fc->mtu - sizeof (struct FragmentHeader)) * bit);
 184   memcpy (&fh[1], &mbuf[bit * (fc->mtu - sizeof (struct FragmentHeader))],
 185           fsize - sizeof (struct FragmentHeader));
 186   if (NULL != fc->tracker)
 187     GNUNET_BANDWIDTH_tracker_consume (fc->tracker, fsize);
 188   GNUNET_STATISTICS_update (fc->stats, _("# fragments transmitted"), 1,
 189                             GNUNET_NO);
 190   if (0 != fc->last_round.abs_value)
 191     GNUNET_STATISTICS_update (fc->stats, _("# fragments retransmitted"), 1,
 192                               GNUNET_NO);
 193
 194   /* select next message to calculate delay */
 195   bit = fc->next_transmission;
 196   size = ntohs (fc->msg->size);
 197   if (bit == size / (fc->mtu - sizeof (struct FragmentHeader)))
 198     fsize = size % (fc->mtu - sizeof (struct FragmentHeader));
 199   else
 200     fsize = fc->mtu;
 201   if (NULL != fc->tracker)
 202     delay = GNUNET_BANDWIDTH_tracker_get_delay (fc->tracker, fsize);
 203   else
 204     delay = GNUNET_TIME_UNIT_ZERO;
 205   if (wrap)
 206   {
 207     /* full round transmitted wait 2x delay for ACK before going again */
 208     fc->num_rounds++;
 209     delay =
 210         GNUNET_TIME_relative_max (GNUNET_TIME_relative_multiply (delay, 2),
 211                                   GNUNET_TIME_relative_multiply (fc->delay, fc->num_rounds));
 212     /* never use zero, need some time for ACK always */
 213     delay = GNUNET_TIME_relative_max (GNUNET_TIME_UNIT_MILLISECONDS, delay);
 214     fc->last_round = GNUNET_TIME_absolute_get ();
 215     fc->wack = GNUNET_YES;
 216   }
 217   fc->proc_busy = GNUNET_YES;
 218   fc->delay_until = GNUNET_TIME_relative_to_absolute (delay);
 219   fc->proc (fc->proc_cls, &fh->header);
 220 }
 221
 222
 223 /**
 224  * Create a fragmentation context for the given message.
 225  * Fragments the message into fragments of size "mtu" or
 226  * less.  Calls 'proc' on each un-acknowledged fragment,
 227  * using both the expected 'delay' between messages and
 228  * acknowledgements and the given 'tracker' to guide the
 229  * frequency of calls to 'proc'.
 230  *
 231  * @param stats statistics context
 232  * @param mtu the maximum message size for each fragment
 233  * @param tracker bandwidth tracker to use for flow control (can be NULL)
 234  * @param delay expected delay between fragment transmission
 235  *              and ACK based on previous messages
 236  * @param msg the message to fragment
 237  * @param proc function to call for each fragment to transmit
 238  * @param proc_cls closure for proc
 239  * @return the fragmentation context
 240  */
 241 struct GNUNET_FRAGMENT_Context *
 242 GNUNET_FRAGMENT_context_create (struct GNUNET_STATISTICS_Handle *stats,
 243                                 uint16_t mtu,
 244                                 struct GNUNET_BANDWIDTH_Tracker *tracker,
 245                                 struct GNUNET_TIME_Relative delay,
 246                                 const struct GNUNET_MessageHeader *msg,
 247                                 GNUNET_FRAGMENT_MessageProcessor proc,
 248                                 void *proc_cls)
 249 {
 250   struct GNUNET_FRAGMENT_Context *fc;
 251   size_t size;
 252   uint64_t bits;
 253
 254   GNUNET_STATISTICS_update (stats, _("# messages fragmented"), 1, GNUNET_NO);
 255   GNUNET_assert (mtu >= 1024 + sizeof (struct FragmentHeader));
 256   size = ntohs (msg->size);
 257   GNUNET_STATISTICS_update (stats, _("# total size of fragmented messages"),
 258                             size, GNUNET_NO);
 259   GNUNET_assert (size >= sizeof (struct GNUNET_MessageHeader));
 260   fc = GNUNET_malloc (sizeof (struct GNUNET_FRAGMENT_Context) + size);
 261   fc->stats = stats;
 262   fc->mtu = mtu;
 263   fc->tracker = tracker;
 264   fc->delay = delay;
 265   fc->msg = (const struct GNUNET_MessageHeader *) &fc[1];
 266   fc->proc = proc;
 267   fc->proc_cls = proc_cls;
 268   fc->fragment_id =
 269       GNUNET_CRYPTO_random_u32 (GNUNET_CRYPTO_QUALITY_WEAK, UINT32_MAX);
 270   memcpy (&fc[1], msg, size);
 271   bits =
 272       (size + mtu - sizeof (struct FragmentHeader) - 1) / (mtu -
 273                                                            sizeof (struct
 274                                                                    FragmentHeader));
 275   GNUNET_assert (bits <= 64);
 276   if (bits == 64)
 277     fc->acks_mask = UINT64_MAX; /* set all 64 bit */
 278   else
 279     fc->acks_mask = (1LL << bits) - 1;  /* set lowest 'bits' bit */
 280   fc->acks = fc->acks_mask;
 281   fc->task = GNUNET_SCHEDULER_add_now (&transmit_next, fc);
 282   return fc;
 283 }
 284
 285
 286 /**
 287  * Continuation to call from the 'proc' function after the fragment
 288  * has been transmitted (and hence the next fragment can now be
 289  * given to proc).
 290  *
 291  * @param fc fragmentation context
 292  */
 293 void
 294 GNUNET_FRAGMENT_context_transmission_done (struct GNUNET_FRAGMENT_Context *fc)
 295 {
 296   GNUNET_assert (fc->proc_busy == GNUNET_YES);
 297   fc->proc_busy = GNUNET_NO;
 298   GNUNET_assert (fc->task == GNUNET_SCHEDULER_NO_TASK);
 299   fc->task =
 300       GNUNET_SCHEDULER_add_delayed (GNUNET_TIME_absolute_get_remaining
 301                                     (fc->delay_until), &transmit_next, fc);
 302 }
 303
 304
 305 /**
 306  * Process an acknowledgement message we got from the other
 307  * side (to control re-transmits).
 308  *
 309  * @param fc fragmentation context
 310  * @param msg acknowledgement message we received
 311  * @return GNUNET_OK if this ack completes the work of the 'fc'
 312  *                   (all fragments have been received);
 313  *         GNUNET_NO if more messages are pending
 314  *         GNUNET_SYSERR if this ack is not valid for this fc
 315  */
 316 int
 317 GNUNET_FRAGMENT_process_ack (struct GNUNET_FRAGMENT_Context *fc,
 318                              const struct GNUNET_MessageHeader *msg)
 319 {
 320   const struct FragmentAcknowledgement *fa;
 321   uint64_t abits;
 322   struct GNUNET_TIME_Relative ndelay;
 323
 324   if (sizeof (struct FragmentAcknowledgement) != ntohs (msg->size))
 325   {
 326     GNUNET_break_op (0);
 327     return GNUNET_SYSERR;
 328   }
 329   fa = (const struct FragmentAcknowledgement *) msg;
 330   if (ntohl (fa->fragment_id) != fc->fragment_id)
 331     return GNUNET_SYSERR;       /* not our ACK */
 332   abits = GNUNET_ntohll (fa->bits);
 333   if ( (GNUNET_YES == fc->wack) &&
 334        (abits == (fc->acks & abits)) )
 335   {
 336     /* normal ACK, can update running average of delay... */
 337     fc->wack = GNUNET_NO;
 338     ndelay = GNUNET_TIME_absolute_get_duration (fc->last_round);
 339     fc->delay.rel_value = (ndelay.rel_value * fc->num_rounds + 3 * fc->delay.rel_value) / 4;
 340   }
 341   GNUNET_STATISTICS_update (fc->stats,
 342                             _("# fragment acknowledgements received"), 1,
 343                             GNUNET_NO);
 344   if (abits != (fc->acks & abits))
 345   {
 346     /* ID collission or message reordering, count! This should be rare! */
 347     GNUNET_STATISTICS_update (fc->stats,
 348                               _("# bits removed from fragmentation ACKs"), 1,
 349                               GNUNET_NO);
 350   }
 351   fc->acks = abits & fc->acks_mask;
 352   if (0 != fc->acks)
 353   {
 354     /* more to transmit, do so right now (if tracker permits...) */
 355     if (fc->task != GNUNET_SCHEDULER_NO_TASK)
 356     {
 357       /* schedule next transmission now, no point in waiting... */
 358       GNUNET_SCHEDULER_cancel (fc->task);
 359       fc->task = GNUNET_SCHEDULER_add_now (&transmit_next, fc);
 360     }
 361     else
 362     {
 363       /* only case where there is no task should be if we're waiting
 364        * for the right to transmit again (proc_busy set to YES) */
 365       GNUNET_assert (GNUNET_YES == fc->proc_busy);
 366     }
 367     return GNUNET_NO;
 368   }
 369
 370   /* all done */
 371   GNUNET_STATISTICS_update (fc->stats,
 372                             _("# fragmentation transmissions completed"), 1,
 373                             GNUNET_NO);
 374   if (fc->task != GNUNET_SCHEDULER_NO_TASK)
 375   {
 376     GNUNET_SCHEDULER_cancel (fc->task);
 377     fc->task = GNUNET_SCHEDULER_NO_TASK;
 378   }
 379   return GNUNET_OK;
 380 }
 381
 382
 383 /**
 384  * Destroy the given fragmentation context (stop calling 'proc', free
 385  * resources).
 386  *
 387  * @param fc fragmentation context
 388  * @return average delay between transmission and ACK for the
 389  *         last message, FOREVER if the message was not fully transmitted
 390  */
 391 struct GNUNET_TIME_Relative
 392 GNUNET_FRAGMENT_context_destroy (struct GNUNET_FRAGMENT_Context *fc)
 393 {
 394   struct GNUNET_TIME_Relative ret;
 395
 396   if (fc->task != GNUNET_SCHEDULER_NO_TASK)
 397     GNUNET_SCHEDULER_cancel (fc->task);
 398   ret = fc->delay;
 399   GNUNET_free (fc);
 400   return ret;
 401 }
 402
 403
 404 /* end of fragmentation.c */