Linux-libre 5.4.49-gnu
[librecmc/linux-libre.git] / tools / testing / selftests / net / tcp_mmap.c
1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-only
2 /*
3  * Copyright 2018 Google Inc.
4  * Author: Eric Dumazet (edumazet@google.com)
5  *
6  * Reference program demonstrating tcp mmap() usage,
7  * and SO_RCVLOWAT hints for receiver.
8  *
9  * Note : NIC with header split is needed to use mmap() on TCP :
10  * Each incoming frame must be a multiple of PAGE_SIZE bytes of TCP payload.
11  *
12  * How to use on loopback interface :
13  *
14  *  ifconfig lo mtu 61512  # 15*4096 + 40 (ipv6 header) + 32 (TCP with TS option header)
15  *  tcp_mmap -s -z &
16  *  tcp_mmap -H ::1 -z
17  *
18  *  Or leave default lo mtu, but use -M option to set TCP_MAXSEG option to (4096 + 12)
19  *      (4096 : page size on x86, 12: TCP TS option length)
20  *  tcp_mmap -s -z -M $((4096+12)) &
21  *  tcp_mmap -H ::1 -z -M $((4096+12))
22  *
23  * Note: -z option on sender uses MSG_ZEROCOPY, which forces a copy when packets go through loopback interface.
24  *       We might use sendfile() instead, but really this test program is about mmap(), for receivers ;)
25  *
26  * $ ./tcp_mmap -s &                                 # Without mmap()
27  * $ for i in {1..4}; do ./tcp_mmap -H ::1 -z ; done
28  * received 32768 MB (0 % mmap'ed) in 14.1157 s, 19.4732 Gbit
29  *   cpu usage user:0.057 sys:7.815, 240.234 usec per MB, 65531 c-switches
30  * received 32768 MB (0 % mmap'ed) in 14.6833 s, 18.7204 Gbit
31  *  cpu usage user:0.043 sys:8.103, 248.596 usec per MB, 65524 c-switches
32  * received 32768 MB (0 % mmap'ed) in 11.143 s, 24.6682 Gbit
33  *   cpu usage user:0.044 sys:6.576, 202.026 usec per MB, 65519 c-switches
34  * received 32768 MB (0 % mmap'ed) in 14.9056 s, 18.4413 Gbit
35  *   cpu usage user:0.036 sys:8.193, 251.129 usec per MB, 65530 c-switches
36  * $ kill %1   # kill tcp_mmap server
37  *
38  * $ ./tcp_mmap -s -z &                              # With mmap()
39  * $ for i in {1..4}; do ./tcp_mmap -H ::1 -z ; done
40  * received 32768 MB (99.9939 % mmap'ed) in 6.73792 s, 40.7956 Gbit
41  *   cpu usage user:0.045 sys:2.827, 87.6465 usec per MB, 65532 c-switches
42  * received 32768 MB (99.9939 % mmap'ed) in 7.26732 s, 37.8238 Gbit
43  *   cpu usage user:0.037 sys:3.087, 95.3369 usec per MB, 65532 c-switches
44  * received 32768 MB (99.9939 % mmap'ed) in 7.61661 s, 36.0893 Gbit
45  *   cpu usage user:0.046 sys:3.559, 110.016 usec per MB, 65529 c-switches
46  * received 32768 MB (99.9939 % mmap'ed) in 7.43764 s, 36.9577 Gbit
47  *   cpu usage user:0.035 sys:3.467, 106.873 usec per MB, 65530 c-switches
48  */
49 #define _GNU_SOURCE
50 #include <pthread.h>
51 #include <sys/types.h>
52 #include <fcntl.h>
53 #include <error.h>
54 #include <sys/socket.h>
55 #include <sys/mman.h>
56 #include <sys/resource.h>
57 #include <unistd.h>
58 #include <string.h>
59 #include <stdlib.h>
60 #include <stdio.h>
61 #include <errno.h>
62 #include <time.h>
63 #include <sys/time.h>
64 #include <netinet/in.h>
65 #include <arpa/inet.h>
66 #include <poll.h>
67 #include <linux/tcp.h>
68 #include <assert.h>
69
70 #ifndef MSG_ZEROCOPY
71 #define MSG_ZEROCOPY    0x4000000
72 #endif
73
74 #define FILE_SZ (1UL << 35)
75 static int cfg_family = AF_INET6;
76 static socklen_t cfg_alen = sizeof(struct sockaddr_in6);
77 static int cfg_port = 8787;
78
79 static int rcvbuf; /* Default: autotuning.  Can be set with -r <integer> option */
80 static int sndbuf; /* Default: autotuning.  Can be set with -w <integer> option */
81 static int zflg; /* zero copy option. (MSG_ZEROCOPY for sender, mmap() for receiver */
82 static int xflg; /* hash received data (simple xor) (-h option) */
83 static int keepflag; /* -k option: receiver shall keep all received file in memory (no munmap() calls) */
84
85 static int chunk_size  = 512*1024;
86
87 unsigned long htotal;
88
89 static inline void prefetch(const void *x)
90 {
91 #if defined(__x86_64__)
92         asm volatile("prefetcht0 %P0" : : "m" (*(const char *)x));
93 #endif
94 }
95
96 void hash_zone(void *zone, unsigned int length)
97 {
98         unsigned long temp = htotal;
99
100         while (length >= 8*sizeof(long)) {
101                 prefetch(zone + 384);
102                 temp ^= *(unsigned long *)zone;
103                 temp ^= *(unsigned long *)(zone + sizeof(long));
104                 temp ^= *(unsigned long *)(zone + 2*sizeof(long));
105                 temp ^= *(unsigned long *)(zone + 3*sizeof(long));
106                 temp ^= *(unsigned long *)(zone + 4*sizeof(long));
107                 temp ^= *(unsigned long *)(zone + 5*sizeof(long));
108                 temp ^= *(unsigned long *)(zone + 6*sizeof(long));
109                 temp ^= *(unsigned long *)(zone + 7*sizeof(long));
110                 zone += 8*sizeof(long);
111                 length -= 8*sizeof(long);
112         }
113         while (length >= 1) {
114                 temp ^= *(unsigned char *)zone;
115                 zone += 1;
116                 length--;
117         }
118         htotal = temp;
119 }
120
121 void *child_thread(void *arg)
122 {
123         unsigned long total_mmap = 0, total = 0;
124         struct tcp_zerocopy_receive zc;
125         unsigned long delta_usec;
126         int flags = MAP_SHARED;
127         struct timeval t0, t1;
128         char *buffer = NULL;
129         void *addr = NULL;
130         double throughput;
131         struct rusage ru;
132         int lu, fd;
133
134         fd = (int)(unsigned long)arg;
135
136         gettimeofday(&t0, NULL);
137
138         fcntl(fd, F_SETFL, O_NDELAY);
139         buffer = malloc(chunk_size);
140         if (!buffer) {
141                 perror("malloc");
142                 goto error;
143         }
144         if (zflg) {
145                 addr = mmap(NULL, chunk_size, PROT_READ, flags, fd, 0);
146                 if (addr == (void *)-1)
147                         zflg = 0;
148         }
149         while (1) {
150                 struct pollfd pfd = { .fd = fd, .events = POLLIN, };
151                 int sub;
152
153                 poll(&pfd, 1, 10000);
154                 if (zflg) {
155                         socklen_t zc_len = sizeof(zc);
156                         int res;
157
158                         zc.address = (__u64)addr;
159                         zc.length = chunk_size;
160                         zc.recv_skip_hint = 0;
161                         res = getsockopt(fd, IPPROTO_TCP, TCP_ZEROCOPY_RECEIVE,
162                                          &zc, &zc_len);
163                         if (res == -1)
164                                 break;
165
166                         if (zc.length) {
167                                 assert(zc.length <= chunk_size);
168                                 total_mmap += zc.length;
169                                 if (xflg)
170                                         hash_zone(addr, zc.length);
171                                 total += zc.length;
172                         }
173                         if (zc.recv_skip_hint) {
174                                 assert(zc.recv_skip_hint <= chunk_size);
175                                 lu = read(fd, buffer, zc.recv_skip_hint);
176                                 if (lu > 0) {
177                                         if (xflg)
178                                                 hash_zone(buffer, lu);
179                                         total += lu;
180                                 }
181                         }
182                         continue;
183                 }
184                 sub = 0;
185                 while (sub < chunk_size) {
186                         lu = read(fd, buffer + sub, chunk_size - sub);
187                         if (lu == 0)
188                                 goto end;
189                         if (lu < 0)
190                                 break;
191                         if (xflg)
192                                 hash_zone(buffer + sub, lu);
193                         total += lu;
194                         sub += lu;
195                 }
196         }
197 end:
198         gettimeofday(&t1, NULL);
199         delta_usec = (t1.tv_sec - t0.tv_sec) * 1000000 + t1.tv_usec - t0.tv_usec;
200
201         throughput = 0;
202         if (delta_usec)
203                 throughput = total * 8.0 / (double)delta_usec / 1000.0;
204         getrusage(RUSAGE_THREAD, &ru);
205         if (total > 1024*1024) {
206                 unsigned long total_usec;
207                 unsigned long mb = total >> 20;
208                 total_usec = 1000000*ru.ru_utime.tv_sec + ru.ru_utime.tv_usec +
209                              1000000*ru.ru_stime.tv_sec + ru.ru_stime.tv_usec;
210                 printf("received %lg MB (%lg %% mmap'ed) in %lg s, %lg Gbit\n"
211                        "  cpu usage user:%lg sys:%lg, %lg usec per MB, %lu c-switches\n",
212                                 total / (1024.0 * 1024.0),
213                                 100.0*total_mmap/total,
214                                 (double)delta_usec / 1000000.0,
215                                 throughput,
216                                 (double)ru.ru_utime.tv_sec + (double)ru.ru_utime.tv_usec / 1000000.0,
217                                 (double)ru.ru_stime.tv_sec + (double)ru.ru_stime.tv_usec / 1000000.0,
218                                 (double)total_usec/mb,
219                                 ru.ru_nvcsw);
220         }
221 error:
222         free(buffer);
223         close(fd);
224         if (zflg)
225                 munmap(addr, chunk_size);
226         pthread_exit(0);
227 }
228
229 static void apply_rcvsnd_buf(int fd)
230 {
231         if (rcvbuf && setsockopt(fd, SOL_SOCKET,
232                                  SO_RCVBUF, &rcvbuf, sizeof(rcvbuf)) == -1) {
233                 perror("setsockopt SO_RCVBUF");
234         }
235
236         if (sndbuf && setsockopt(fd, SOL_SOCKET,
237                                  SO_SNDBUF, &sndbuf, sizeof(sndbuf)) == -1) {
238                 perror("setsockopt SO_SNDBUF");
239         }
240 }
241
242
243 static void setup_sockaddr(int domain, const char *str_addr,
244                            struct sockaddr_storage *sockaddr)
245 {
246         struct sockaddr_in6 *addr6 = (void *) sockaddr;
247         struct sockaddr_in *addr4 = (void *) sockaddr;
248
249         switch (domain) {
250         case PF_INET:
251                 memset(addr4, 0, sizeof(*addr4));
252                 addr4->sin_family = AF_INET;
253                 addr4->sin_port = htons(cfg_port);
254                 if (str_addr &&
255                     inet_pton(AF_INET, str_addr, &(addr4->sin_addr)) != 1)
256                         error(1, 0, "ipv4 parse error: %s", str_addr);
257                 break;
258         case PF_INET6:
259                 memset(addr6, 0, sizeof(*addr6));
260                 addr6->sin6_family = AF_INET6;
261                 addr6->sin6_port = htons(cfg_port);
262                 if (str_addr &&
263                     inet_pton(AF_INET6, str_addr, &(addr6->sin6_addr)) != 1)
264                         error(1, 0, "ipv6 parse error: %s", str_addr);
265                 break;
266         default:
267                 error(1, 0, "illegal domain");
268         }
269 }
270
271 static void do_accept(int fdlisten)
272 {
273         if (setsockopt(fdlisten, SOL_SOCKET, SO_RCVLOWAT,
274                        &chunk_size, sizeof(chunk_size)) == -1) {
275                 perror("setsockopt SO_RCVLOWAT");
276         }
277
278         apply_rcvsnd_buf(fdlisten);
279
280         while (1) {
281                 struct sockaddr_in addr;
282                 socklen_t addrlen = sizeof(addr);
283                 pthread_t th;
284                 int fd, res;
285
286                 fd = accept(fdlisten, (struct sockaddr *)&addr, &addrlen);
287                 if (fd == -1) {
288                         perror("accept");
289                         continue;
290                 }
291                 res = pthread_create(&th, NULL, child_thread,
292                                      (void *)(unsigned long)fd);
293                 if (res) {
294                         errno = res;
295                         perror("pthread_create");
296                         close(fd);
297                 }
298         }
299 }
300
301 int main(int argc, char *argv[])
302 {
303         struct sockaddr_storage listenaddr, addr;
304         unsigned int max_pacing_rate = 0;
305         unsigned long total = 0;
306         char *host = NULL;
307         int fd, c, on = 1;
308         char *buffer;
309         int sflg = 0;
310         int mss = 0;
311
312         while ((c = getopt(argc, argv, "46p:svr:w:H:zxkP:M:")) != -1) {
313                 switch (c) {
314                 case '4':
315                         cfg_family = PF_INET;
316                         cfg_alen = sizeof(struct sockaddr_in);
317                         break;
318                 case '6':
319                         cfg_family = PF_INET6;
320                         cfg_alen = sizeof(struct sockaddr_in6);
321                         break;
322                 case 'p':
323                         cfg_port = atoi(optarg);
324                         break;
325                 case 'H':
326                         host = optarg;
327                         break;
328                 case 's': /* server : listen for incoming connections */
329                         sflg++;
330                         break;
331                 case 'r':
332                         rcvbuf = atoi(optarg);
333                         break;
334                 case 'w':
335                         sndbuf = atoi(optarg);
336                         break;
337                 case 'z':
338                         zflg = 1;
339                         break;
340                 case 'M':
341                         mss = atoi(optarg);
342                         break;
343                 case 'x':
344                         xflg = 1;
345                         break;
346                 case 'k':
347                         keepflag = 1;
348                         break;
349                 case 'P':
350                         max_pacing_rate = atoi(optarg) ;
351                         break;
352                 default:
353                         exit(1);
354                 }
355         }
356         if (sflg) {
357                 int fdlisten = socket(cfg_family, SOCK_STREAM, 0);
358
359                 if (fdlisten == -1) {
360                         perror("socket");
361                         exit(1);
362                 }
363                 apply_rcvsnd_buf(fdlisten);
364                 setsockopt(fdlisten, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on));
365
366                 setup_sockaddr(cfg_family, host, &listenaddr);
367
368                 if (mss &&
369                     setsockopt(fdlisten, IPPROTO_TCP, TCP_MAXSEG,
370                                &mss, sizeof(mss)) == -1) {
371                         perror("setsockopt TCP_MAXSEG");
372                         exit(1);
373                 }
374                 if (bind(fdlisten, (const struct sockaddr *)&listenaddr, cfg_alen) == -1) {
375                         perror("bind");
376                         exit(1);
377                 }
378                 if (listen(fdlisten, 128) == -1) {
379                         perror("listen");
380                         exit(1);
381                 }
382                 do_accept(fdlisten);
383         }
384         buffer = mmap(NULL, chunk_size, PROT_READ | PROT_WRITE,
385                               MAP_PRIVATE | MAP_ANONYMOUS, -1, 0);
386         if (buffer == (char *)-1) {
387                 perror("mmap");
388                 exit(1);
389         }
390
391         fd = socket(cfg_family, SOCK_STREAM, 0);
392         if (fd == -1) {
393                 perror("socket");
394                 exit(1);
395         }
396         apply_rcvsnd_buf(fd);
397
398         setup_sockaddr(cfg_family, host, &addr);
399
400         if (mss &&
401             setsockopt(fd, IPPROTO_TCP, TCP_MAXSEG, &mss, sizeof(mss)) == -1) {
402                 perror("setsockopt TCP_MAXSEG");
403                 exit(1);
404         }
405         if (connect(fd, (const struct sockaddr *)&addr, cfg_alen) == -1) {
406                 perror("connect");
407                 exit(1);
408         }
409         if (max_pacing_rate &&
410             setsockopt(fd, SOL_SOCKET, SO_MAX_PACING_RATE,
411                        &max_pacing_rate, sizeof(max_pacing_rate)) == -1)
412                 perror("setsockopt SO_MAX_PACING_RATE");
413
414         if (zflg && setsockopt(fd, SOL_SOCKET, SO_ZEROCOPY,
415                                &on, sizeof(on)) == -1) {
416                 perror("setsockopt SO_ZEROCOPY, (-z option disabled)");
417                 zflg = 0;
418         }
419         while (total < FILE_SZ) {
420                 long wr = FILE_SZ - total;
421
422                 if (wr > chunk_size)
423                         wr = chunk_size;
424                 /* Note : we just want to fill the pipe with 0 bytes */
425                 wr = send(fd, buffer, wr, zflg ? MSG_ZEROCOPY : 0);
426                 if (wr <= 0)
427                         break;
428                 total += wr;
429         }
430         close(fd);
431         munmap(buffer, chunk_size);
432         return 0;
433 }