ucw/fastbuf.h

   1 /*
   2  *      UCW Library -- Fast Buffered I/O
   3  *
   4  *      (c) 1997--2007 Martin Mares <mj@ucw.cz>
   5  *      (c) 2004 Robert Spalek <robert@ucw.cz>
   6  *
   7  *      This software may be freely distributed and used according to the terms
   8  *      of the GNU Lesser General Public License.
   9  */
  10
  11 #ifndef _UCW_FASTBUF_H
  12 #define _UCW_FASTBUF_H
  13
  14 #include <string.h>
  15 #include <alloca.h>
  16
  17 /*
  18  *  Generic buffered I/O. You supply hooks to be called for low-level operations
  19  *  (swapping of buffers, seeking and closing), we do the rest.
  20  *
  21  *  Buffer layout when reading:
  22  *
  23  *  +----------------+---------------------------+
  24  *  | read data      | free space                |
  25  *  +----------------+---------------------------+
  26  *  ^        ^        ^                           ^
  27  *  buffer   bptr     bstop                       bufend
  28  *
  29  *  After the last character is read, bptr == bstop and buffer refill
  30  *  is deferred to the next read attempt. This gives us an easy way
  31  *  how to implement bungetc().
  32  *
  33  *  When writing:
  34  *
  35  *  +--------+--------------+--------------------+
  36  *  | unused | written data | free space         |
  37  *  +--------+--------------+--------------------+
  38  *  ^         ^              ^                    ^
  39  *  buffer    bstop          bptr                 bufend
  40  *
  41  *  Dirty tricks:
  42  *
  43  *    - You can mix reads and writes on the same stream, but you must
  44  *      call bflush() in between and remember that the file position
  45  *      points after the flushed buffer which is not necessarily the same
  46  *      as after the data you've read.
  47  *    - The spout/refill hooks can change not only bptr and bstop, but also
  48  *      the location of the buffer; fb-mem.c takes advantage of it.
  49  *    - In some cases, the user of the bdirect interface can be allowed to modify
  50  *      the data in the buffer to avoid unnecessary copying. If the back-end
  51  *      allows such modifications, it can set can_overwrite_buffer accordingly:
  52  *              *  0 if no modification is allowed,
  53  *              *  1 if the user can modify the buffer on the condition that
  54  *                   the modifications will be undone before calling the next
  55  *                   fastbuf operation
  56  *              *  2 if the user is allowed to overwrite the data in the buffer
  57  *                   if bdirect_read_commit_modified() is called afterwards.
  58  *                   In this case, the back-end must be prepared for trimming
  59  *                   of the buffer which is done by the commit function.
  60  */
  61
  62 struct fastbuf {
  63   byte is_fastbuf[0];                   /* Dummy field for checking of type casts */
  64   byte *bptr, *bstop;                   /* Access pointers */
  65   byte *buffer, *bufend;                /* Start and end of the buffer */
  66   char *name;                           /* File name for error messages */
  67   sh_off_t pos;                         /* Position of bstop in the file */
  68   int (*refill)(struct fastbuf *);      /* Get a buffer with new data */
  69   void (*spout)(struct fastbuf *);      /* Write buffer data to the file */
  70   int (*seek)(struct fastbuf *, sh_off_t, int);  /* Slow path for bseek(), buffer already flushed; returns success */
  71   void (*close)(struct fastbuf *);      /* Close the stream */
  72   int (*config)(struct fastbuf *, uns, int);    /* Configure the stream */
  73   int can_overwrite_buffer;             /* Can the buffer be altered? (see discussion above) 0=never, 1=temporarily, 2=permanently */
  74 };
  75
  76 /* FastIO on files with several configurable back-ends */
  77
  78 enum fb_type {                          /* Which back-end you want to use */
  79   FB_STD,                               /* Standard buffered I/O */
  80   FB_DIRECT,                            /* Direct I/O bypassing system caches (see fb-direct.c for a description) */
  81   FB_MMAP                               /* Memory mapped files */
  82 };
  83
  84 struct fb_params {
  85   enum fb_type type;
  86   uns buffer_size;                      /* 0 for default size */
  87   uns keep_back_buf;                    /* FB_STD: optimize for bi-directional access */
  88   uns read_ahead;                       /* FB_DIRECT options */
  89   uns write_back;
  90   struct asio_queue *asio;
  91 };
  92
  93 struct cf_section;
  94 extern struct cf_section fbpar_cf;
  95 extern struct fb_params fbpar_def;
  96
  97 struct fastbuf *bopen_file(const char *name, int mode, struct fb_params *params);       /* Use params==NULL for defaults */
  98 struct fastbuf *bopen_file_try(const char *name, int mode, struct fb_params *params);
  99 struct fastbuf *bopen_tmp_file(struct fb_params *params);
 100 struct fastbuf *bopen_fd_name(int fd, struct fb_params *params, const char *name);
 101 static inline struct fastbuf *bopen_fd(int fd, struct fb_params *params)
 102 {
 103   return bopen_fd_name(fd, params, NULL);
 104 }
 105
 106 /* FastIO on standard files (shortcuts for FB_STD) */
 107
 108 struct fastbuf *bopen(const char *name, uns mode, uns buflen);
 109 struct fastbuf *bopen_try(const char *name, uns mode, uns buflen);
 110 struct fastbuf *bopen_tmp(uns buflen);
 111 struct fastbuf *bfdopen(int fd, uns buflen);
 112 struct fastbuf *bfdopen_shared(int fd, uns buflen);
 113 void bfilesync(struct fastbuf *b);
 114
 115 /* Temporary files */
 116
 117 #define TEMP_FILE_NAME_LEN 256
 118 void temp_file_name(char *name);
 119 void bfix_tmp_file(struct fastbuf *fb, const char *name);
 120
 121 /* Internal functions of some file back-ends */
 122
 123 struct fastbuf *bfdopen_internal(int fd, const char *name, uns buflen);
 124 struct fastbuf *bfmmopen_internal(int fd, const char *name, uns mode);
 125
 126 extern uns fbdir_cheat;
 127 struct asio_queue;
 128 struct fastbuf *fbdir_open_fd_internal(int fd, const char *name, struct asio_queue *io_queue, uns buffer_size, uns read_ahead, uns write_back);
 129
 130 void bclose_file_helper(struct fastbuf *f, int fd, int is_temp_file);
 131
 132 /* FastIO on in-memory streams */
 133
 134 struct fastbuf *fbmem_create(uns blocksize);            /* Create stream and return its writing fastbuf */
 135 struct fastbuf *fbmem_clone_read(struct fastbuf *);     /* Create reading fastbuf */
 136
 137 /* FastI on file descriptors with limit */
 138
 139 struct fastbuf *bopen_limited_fd(int fd, uns bufsize, uns limit);
 140
 141 /* FastIO on static buffers */
 142
 143 void fbbuf_init_read(struct fastbuf *f, byte *buffer, uns size, uns can_overwrite);
 144 void fbbuf_init_write(struct fastbuf *f, byte *buffer, uns size);
 145 static inline uns
 146 fbbuf_count_written(struct fastbuf *f)
 147 {
 148   return f->bptr - f->bstop;
 149 }
 150
 151 /* FastIO on recyclable growing buffers */
 152
 153 struct fastbuf *fbgrow_create(unsigned basic_size);
 154 void fbgrow_reset(struct fastbuf *b);                   /* Reset stream and prepare for writing */
 155 void fbgrow_rewind(struct fastbuf *b);                  /* Prepare for reading */
 156
 157 /* FastO on memory pools */
 158
 159 struct mempool;
 160 struct fbpool {
 161   struct fastbuf fb;
 162   struct mempool *mp;
 163 };
 164
 165 void fbpool_init(struct fbpool *fb);    /* Initialize a new fastbuf */
 166 void fbpool_start(struct fbpool *fb, struct mempool *mp, uns init_size);
 167                                         /* Start a new continuous block and prepare for writing (see mp_start()) */
 168 void *fbpool_end(struct fbpool *fb);    /* Close the block and return its address (see mp_end()).
 169                                            The length can be determined with mp_size(mp, ptr). */
 170
 171 /* FastO with atomic writes for multi-threaded programs */
 172
 173 struct fb_atomic {
 174   struct fastbuf fb;
 175   struct fb_atomic_file *af;
 176   byte *expected_max_bptr;
 177   uns slack_size;
 178 };
 179 #define FB_ATOMIC(f) ((struct fb_atomic *)(f)->is_fastbuf)
 180
 181 struct fastbuf *fbatomic_open(const char *name, struct fastbuf *master, uns bufsize, int record_len);
 182 void fbatomic_internal_write(struct fastbuf *b);
 183
 184 static inline void
 185 fbatomic_commit(struct fastbuf *b)
 186 {
 187   if (b->bptr >= ((struct fb_atomic *)b)->expected_max_bptr)
 188     fbatomic_internal_write(b);
 189 }
 190
 191 /* Configuring stream parameters */
 192
 193 enum bconfig_type {
 194   BCONFIG_IS_TEMP_FILE,                 /* 0=normal file, 1=temporary file, 2=shared fd */
 195   BCONFIG_KEEP_BACK_BUF,                /* Optimize for bi-directional access */
 196 };
 197
 198 int bconfig(struct fastbuf *f, uns type, int data);
 199
 200 /* Universal functions working on all fastbuf's */
 201
 202 void bclose(struct fastbuf *f);
 203 void bflush(struct fastbuf *f);
 204 void bseek(struct fastbuf *f, sh_off_t pos, int whence);
 205 void bsetpos(struct fastbuf *f, sh_off_t pos);
 206 void brewind(struct fastbuf *f);
 207 sh_off_t bfilesize(struct fastbuf *f);          /* -1 if not seekable */
 208
 209 static inline sh_off_t btell(struct fastbuf *f)
 210 {
 211   return f->pos + (f->bptr - f->bstop);
 212 }
 213
 214 int bgetc_slow(struct fastbuf *f);
 215 static inline int bgetc(struct fastbuf *f)
 216 {
 217   return (f->bptr < f->bstop) ? (int) *f->bptr++ : bgetc_slow(f);
 218 }
 219
 220 int bpeekc_slow(struct fastbuf *f);
 221 static inline int bpeekc(struct fastbuf *f)
 222 {
 223   return (f->bptr < f->bstop) ? (int) *f->bptr : bpeekc_slow(f);
 224 }
 225
 226 static inline void bungetc(struct fastbuf *f)
 227 {
 228   f->bptr--;
 229 }
 230
 231 void bputc_slow(struct fastbuf *f, uns c);
 232 static inline void bputc(struct fastbuf *f, uns c)
 233 {
 234   if (f->bptr < f->bufend)
 235     *f->bptr++ = c;
 236   else
 237     bputc_slow(f, c);
 238 }
 239
 240 static inline uns
 241 bavailr(struct fastbuf *f)
 242 {
 243   return f->bstop - f->bptr;
 244 }
 245
 246 static inline uns
 247 bavailw(struct fastbuf *f)
 248 {
 249   return f->bufend - f->bptr;
 250 }
 251
 252 uns bread_slow(struct fastbuf *f, void *b, uns l, uns check);
 253 static inline uns bread(struct fastbuf *f, void *b, uns l)
 254 {
 255   if (bavailr(f) >= l)
 256     {
 257       memcpy(b, f->bptr, l);
 258       f->bptr += l;
 259       return l;
 260     }
 261   else
 262     return bread_slow(f, b, l, 0);
 263 }
 264
 265 static inline uns breadb(struct fastbuf *f, void *b, uns l)
 266 {
 267   if (bavailr(f) >= l)
 268     {
 269       memcpy(b, f->bptr, l);
 270       f->bptr += l;
 271       return l;
 272     }
 273   else
 274     return bread_slow(f, b, l, 1);
 275 }
 276
 277 void bwrite_slow(struct fastbuf *f, const void *b, uns l);
 278 static inline void bwrite(struct fastbuf *f, const void *b, uns l)
 279 {
 280   if (bavailw(f) >= l)
 281     {
 282       memcpy(f->bptr, b, l);
 283       f->bptr += l;
 284     }
 285   else
 286     bwrite_slow(f, b, l);
 287 }
 288
 289 /*
 290  *  Functions for reading of strings:
 291  *
 292  *     bgets()          reads a line, strip the trailing '\n' and return a pointer
 293  *                      to the terminating 0 or NULL on EOF. Dies if the line is too long.
 294  *     bgets0()         does the same for 0-terminated strings.
 295  *     bgets_nodie()    a variant of bgets() which returns either the length of the
 296  *                      string (excluding the terminator) or -1 if the line does not fit
 297  *                      in the buffer. In such cases, it returns after reading exactly `l'
 298  *                      bytes of input.
 299  *     bgets_bb()       a variant of bgets() which allocates the string in a growing buffer
 300  *     bgets_mp()       the same, but in a mempool
 301  *     bgets_stk()      the same, but on the stack by alloca()
 302  */
 303
 304 char *bgets(struct fastbuf *f, char *b, uns l);
 305 char *bgets0(struct fastbuf *f, char *b, uns l);
 306 int bgets_nodie(struct fastbuf *f, char *b, uns l);
 307
 308 struct mempool;
 309 struct bb_t;
 310 uns bgets_bb(struct fastbuf *f, struct bb_t *b, uns limit);
 311 char *bgets_mp(struct fastbuf *f, struct mempool *mp);
 312
 313 struct bgets_stk_struct {
 314   struct fastbuf *f;
 315   byte *old_buf, *cur_buf, *src;
 316   uns old_len, cur_len, src_len;
 317 };
 318 void bgets_stk_init(struct bgets_stk_struct *s);
 319 void bgets_stk_step(struct bgets_stk_struct *s);
 320 #define bgets_stk(fb) ({ struct bgets_stk_struct _s; _s.f = (fb); for (bgets_stk_init(&_s); _s.cur_len; _s.cur_buf = alloca(_s.cur_len), bgets_stk_step(&_s)); _s.cur_buf; })
 321
 322 static inline void
 323 bputs(struct fastbuf *f, const char *b)
 324 {
 325   bwrite(f, b, strlen(b));
 326 }
 327
 328 static inline void
 329 bputs0(struct fastbuf *f, const char *b)
 330 {
 331   bwrite(f, b, strlen(b)+1);
 332 }
 333
 334 static inline void
 335 bputsn(struct fastbuf *f, const char *b)
 336 {
 337   bputs(f, b);
 338   bputc(f, '\n');
 339 }
 340
 341 void bbcopy_slow(struct fastbuf *f, struct fastbuf *t, uns l);
 342 static inline void
 343 bbcopy(struct fastbuf *f, struct fastbuf *t, uns l)
 344 {
 345   if (bavailr(f) >= l && bavailw(t) >= l)
 346     {
 347       memcpy(t->bptr, f->bptr, l);
 348       t->bptr += l;
 349       f->bptr += l;
 350     }
 351   else
 352     bbcopy_slow(f, t, l);
 353 }
 354
 355 int bskip_slow(struct fastbuf *f, uns len);
 356 static inline int bskip(struct fastbuf *f, uns len)
 357 {
 358   if (bavailr(f) >= len)
 359     {
 360       f->bptr += len;
 361       return 1;
 362     }
 363   else
 364     return bskip_slow(f, len);
 365 }
 366
 367 /* Direct I/O on buffers */
 368
 369 static inline uns
 370 bdirect_read_prepare(struct fastbuf *f, byte **buf)
 371 {
 372   if (f->bptr == f->bstop && !f->refill(f))
 373     {
 374       *buf = NULL;  // This is not needed, but it helps to get rid of spurious warnings
 375       return 0;
 376     }
 377   *buf = f->bptr;
 378   return bavailr(f);
 379 }
 380
 381 static inline void
 382 bdirect_read_commit(struct fastbuf *f, byte *pos)
 383 {
 384   f->bptr = pos;
 385 }
 386
 387 static inline void
 388 bdirect_read_commit_modified(struct fastbuf *f, byte *pos)
 389 {
 390   f->bptr = pos;
 391   f->buffer = pos;      /* Avoid seeking backwards in the buffer */
 392 }
 393
 394 static inline uns
 395 bdirect_write_prepare(struct fastbuf *f, byte **buf)
 396 {
 397   if (f->bptr == f->bufend)
 398     f->spout(f);
 399   *buf = f->bptr;
 400   return bavailw(f);
 401 }
 402
 403 static inline void
 404 bdirect_write_commit(struct fastbuf *f, byte *pos)
 405 {
 406   f->bptr = pos;
 407 }
 408
 409 /* Formatted output */
 410
 411 int bprintf(struct fastbuf *b, const char *msg, ...) FORMAT_CHECK(printf,2,3);
 412 int vbprintf(struct fastbuf *b, const char *msg, va_list args);
 413
 414 #endif