]> mj.ucw.cz Git - libucw.git/blob - ucw/mainloop.h
Main: Proofreading docs
[libucw.git] / ucw / mainloop.h
1 /*
2  *      UCW Library -- Main Loop
3  *
4  *      (c) 2004--2011 Martin Mares <mj@ucw.cz>
5  *
6  *      This software may be freely distributed and used according to the terms
7  *      of the GNU Lesser General Public License.
8  */
9
10 #ifndef _UCW_MAINLOOP_H
11 #define _UCW_MAINLOOP_H
12
13 #include "ucw/clists.h"
14
15 #include <signal.h>
16
17 /***
18  * [[basic]]
19  * Basic operations
20  * ----------------
21  *
22  * First of all, let us take a look at the basic operations with main loop contexts.
23  ***/
24
25 /** The main loop context **/
26 struct main_context {
27   timestamp_t now;                      /** [*] Current time in milliseconds since the UNIX epoch. See @main_get_time(). **/
28   ucw_time_t now_seconds;               /** [*] Current time in seconds since the epoch. **/
29   timestamp_t idle_time;                /** [*] Total time in milliseconds spent by waiting for events. **/
30   uns shutdown;                         /** [*] Setting this to nonzero forces the @main_loop() function to terminate. **/
31   clist file_list;
32   clist file_active_list;
33   clist hook_list;
34   clist hook_done_list;
35   clist process_list;
36   clist signal_list;
37   uns file_cnt;
38 #ifdef CONFIG_UCW_EPOLL
39   int epoll_fd;                         /* File descriptor used for epoll */
40   struct epoll_event *epoll_events;
41   clist file_recalc_list;
42 #else
43   uns poll_table_obsolete;
44   struct pollfd *poll_table;
45   struct main_file **poll_file_table;
46 #endif
47   struct main_timer **timer_table;      /* Growing array containing the heap of timers */
48   sigset_t want_signals;
49   int sig_pipe_send;
50   int sig_pipe_recv;
51   struct main_file *sig_pipe_file;
52   struct main_signal *sigchld_handler;
53 };
54
55 struct main_context *main_new(void);            /** Create a new context. **/
56
57 /**
58  * Delete a context, assuming it does have any event handlers attached. Does nothing if @m is NULL.
59  * It is allowed to call @main_delete() from a hook function of the same context, but you must
60  * never return to the main loop -- e.g., you can exit() the process instead.
61  **/
62 void main_delete(struct main_context *m);
63
64 /**
65  * Delete a context. If there are any event handlers attached, they are deactivated
66  * (but the responsibility to free the memory there were allocated from lies upon you).
67  * If there are any file handlers, the corresponding file descriptors are closed.
68  **/
69 void main_destroy(struct main_context *m);
70
71 /** Switch the current context of the calling thread. Returns the previous current context. **/
72 struct main_context *main_switch_context(struct main_context *m);
73
74 /** Return the current context. Dies if there is none or if the context has been deleted. **/
75 struct main_context *main_current(void);
76
77 /** Initialize the main loop module and create a top-level context. **/
78 void main_init(void);
79
80 /** Deinitialize the main loop module, calling @main_delete() on the top-level context. **/
81 void main_cleanup(void);
82
83 /**
84  * Deinitialize the main loop module, calling @main_destroy() on the top-level context.
85  * This is especially useful in a freshly forked-off child process.
86  **/
87 void main_teardown(void);
88
89 /**
90  * Start the event loop on the current context.
91  * It will watch the provided objects and call callbacks.
92  * Terminates when someone calls @main_shut_down(),
93  * or when all <<hook,hooks>> return <<enum_main_hook_return,`HOOK_DONE`>>
94  * or at last one <<hook,hook>> returns <<enum_main_hook_return,`HOOK_SHUTDOWN`>>.
95  **/
96 void main_loop(void);
97
98 /** Ask the main loop to terminate at the nearest occasion. **/
99 static inline void main_shut_down(void)
100 {
101   main_current()->shutdown = 1;
102 }
103
104 /** Show the current state of a given context (use @main_debug() for the current context). **/
105 void main_debug_context(struct main_context *m);
106
107 static inline void
108 main_debug(void)
109 {
110   main_debug_context(main_current());
111 }
112
113 /***
114  * [[time]]
115  * Timers
116  * ------
117  *
118  * The event loop provides the current time, measured as a 64-bit number
119  * of milliseconds since the system epoch (represented in the type `timestamp_t`).
120  *
121  * You can also register timers, which call a handler function at a given moment.
122  * The handler function must either call @timer_del() to delete the timer, or call
123  * @timer_add() with a different expiration time.
124  ***/
125
126 /**
127  * Get the current timestamp cached in the current context. It is refreshed in every
128  * iteration of the event loop, or explicitly by calling @main_get_time().
129  **/
130 static inline timestamp_t main_get_now(void)
131 {
132   return main_current()->now;
133 }
134
135 /** An analog of @main_get_now() returning the number of seconds since the system epoch. **/
136 static inline ucw_time_t main_get_now_seconds(void)
137 {
138   return main_current()->now_seconds;
139 }
140
141 /**
142  * This is a description of a timer.
143  * You define the handler function and possibly user-defined data you wish
144  * to pass to the handler, and then you invoke @timer_add().
145  **/
146 struct main_timer {
147   cnode n;
148   timestamp_t expires;
149   uns index;
150   void (*handler)(struct main_timer *tm);       /* [*] Function to be called when the timer expires. */
151   void *data;                                   /* [*] Data for use by the handler */
152 };
153
154 /**
155  * Add a new timer into the main loop to be watched and called
156  * when it expires. It can also be used to modify an already running
157  * timer. It is permitted (and usual) to call this function from the
158  * timer's handler itself if you want the timer to trigger again.
159  *
160  * The @expire parameter is absolute, use @timer_add_rel() for a relative version.
161  **/
162 void timer_add(struct main_timer *tm, timestamp_t expires);
163
164 /** Like @timer_add(), but the expiration time is relative to the current time. **/
165 void timer_add_rel(struct main_timer *tm, timestamp_t expires_delta);
166
167 /**
168  * Removes a timer from the active ones. It is permitted (and common) to call
169  * this function from the timer's handler itself if you want to deactivate
170  * the timer.
171  **/
172 void timer_del(struct main_timer *tm);
173
174 /**
175  * Forces refresh of the current timestamp cached in the active context.
176  * You usually do not need to call this, since it is called every time the
177  * loop polls for events. It is here if you need extra precision or some of the
178  * hooks takes a long time.
179  **/
180 void main_get_time(void);
181
182 /***
183  * [[file]]
184  * Activity on file descriptors
185  * ----------------------------
186  *
187  * You can ask the main loop to watch a set of file descriptors for activity.
188  * (This is a generalization of the select() and poll() system calls. Internally,
189  * it uses either poll() or the more efficient epoll().)
190  *
191  * You create a <<struct_main_file,`struct main_file`>>, fill in a file descriptor
192  * and pointers to handler functions to be called when the descriptor becomes
193  * ready for reading and/or writing, and call @file_add(). When you need to
194  * modify the handlers (e.g., to set them to NULL if you are no longer interested
195  * in a given event), you should call @file_chg() to notify the main loop about
196  * the changes.
197  *
198  * From within the handler functions, you are allowed to call @file_chg() and even
199  * @file_del().
200  *
201  * The return value of a handler function should be either <<enum_main_hook_return,`HOOK_RETRY`>>
202  * or <<enum_main_hook_return,`HOOK_IDLE`>>. <<enum_main_hook_return,`HOOK_RETRY`>>
203  * signals that the function would like to consume more data immediately
204  * (i.e., it wants to be called again soon, but the event loop can postpone it after
205  * processing other events to avoid starvation). <<enum_main_hook_return,`HOOK_IDLE`>>
206  * tells that the handler wants to be called when the descriptor becomes ready again.
207  *
208  * For backward compatibility, 0 can be used instead of <<enum_main_hook_return,`HOOK_IDLE`>>
209  * and 1 for <<enum_main_hook_return,`HOOK_RETRY`>>.
210  *
211  * If you want to read/write fixed-size blocks of data asynchronously, the
212  * <<blockio,Asynchronous block I/O>> interface could be more convenient.
213  ***/
214
215 /**
216  * This structure describes a file descriptor to be watched and the handlers
217  * to be called when the descriptor is ready for reading and/or writing.
218  **/
219 struct main_file {
220   cnode n;
221   int fd;                                       /* [*] File descriptor */
222   int (*read_handler)(struct main_file *fi);    /* [*] To be called when ready for reading/writing; must call file_chg() afterwards */
223   int (*write_handler)(struct main_file *fi);
224   void *data;                                   /* [*] Data for use by the handlers */
225   uns events;
226 #ifdef CONFIG_UCW_EPOLL
227   uns last_want_events;
228 #else
229   struct pollfd *pollfd;
230 #endif
231 };
232
233 /**
234  * Insert a <<struct_main_file,`main_file`>> structure into the main loop to be
235  * watched for activity. You can call this at any time, even inside a handler
236  * (of course for a different file descriptor than the one of the handler).
237  *
238  * The file descriptor is automatically set to the non-blocking mode.
239  **/
240 void file_add(struct main_file *fi);
241 /**
242  * Tell the main loop that the file structure has changed. Call it whenever you
243  * change any of the handlers.
244  *
245  * Can be called only on active files (only the ones added by @file_add()).
246  **/
247 void file_chg(struct main_file *fi);
248 /**
249  * Removes a file from the watched set. If you want to close a descriptor,
250  * please use this function first.
251  *
252  * Can be called from a handler.
253  **/
254 void file_del(struct main_file *fi);
255
256 /***
257  * [[blockio]]
258  * Asynchronous block I/O
259  * ----------------------
260  *
261  * If you are reading or writing fixed-size blocks of data, you can let the
262  * block I/O interface handle the boring routine of handling partial reads
263  * and writes for you.
264  *
265  * You just create <<struct_main_block_io,`struct main_block_io`>> and call
266  * @block_io_add() on it, which sets up some <<struct_main_file,`main_file`>>s internally.
267  * Then you can just call @block_io_read() or @block_io_write() to ask for
268  * reading or writing of a given block. When the operation is finished,
269  * your handler function is called.
270  *
271  * Additionally, the block I/O is equipped with a timer, which can be used
272  * to detect communication timeouts. The timer is not touched internally
273  * (except that it gets added and deleted at the right places), feel free
274  * to adjust it from your handler functions by @block_io_set_timeout().
275  * When the timer expires, the error handler is automatically called with
276  * <<enum_block_io_err_cause,`BIO_ERR_TIMEOUT`>>.
277  ***/
278
279 /** The block I/O structure. **/
280 struct main_block_io {
281   struct main_file file;
282   byte *rbuf;                                   /* Read/write pointers for use by file_read/write */
283   uns rpos, rlen;
284   byte *wbuf;
285   uns wpos, wlen;
286   void (*read_done)(struct main_block_io *bio); /* [*] Called when file_read is finished; rpos < rlen if EOF */
287   void (*write_done)(struct main_block_io *bio);        /* [*] Called when file_write is finished */
288   void (*error_handler)(struct main_block_io *bio, int cause);  /* [*] Handler to call on errors */
289   struct main_timer timer;
290   void *data;                                   /* [*] Data for use by the handlers */
291 };
292
293 /** Activate a block I/O structure. **/
294 void block_io_add(struct main_block_io *bio, int fd);
295
296 /** Deactivate a block I/O structure. **/
297 void block_io_del(struct main_block_io *bio);
298
299 /**
300  * Specifies when or why an error happened. This is passed to the error handler.
301  * `errno` is still set to the original source of error. The only exception
302  * is `BIO_ERR_TIMEOUT`, in which case `errno` is not set and the only possible
303  * cause of it is timeout of the timer associated with the block_io
304  * (see @block_io_set_timeout()).
305  **/
306 enum block_io_err_cause {
307   BIO_ERR_READ,
308   BIO_ERR_WRITE,
309   BIO_ERR_TIMEOUT
310 };
311
312 /**
313  * Ask the main loop to read @len bytes of data from @bio into @buf.
314  * It cancels any previous unfinished read requested in this way.
315  *
316  * When the read is done, the read_done() handler is called. If an EOF occurred,
317  * `rpos < rlen` (eg. not all data were read).
318  *
319  * Can be called from a handler.
320  *
321  * You can use a call with zero @len to cancel the current read, but all read data
322  * will be thrown away.
323  **/
324 void block_io_read(struct main_block_io *bio, void *buf, uns len);
325
326 /**
327  * Request that the main loop writes @len bytes of data from @buf to @bio.
328  * Cancels any previous unfinished write and overwrites `write_handler`.
329  *
330  * When it is written, the write_done() handler is called.
331  *
332  * Can be called from a handler.
333  *
334  * If you call it with zero @len, it will cancel the previous write, but note
335  * that some data may already be written.
336  **/
337 void block_io_write(struct main_block_io *bio, void *buf, uns len);
338
339 /**
340  * Sets a timer for a file @bio. If the timer is not overwritten or disabled
341  * until @expires_delta milliseconds, the file timeouts and error_handler() is called with
342  * <<enum_block_io_err_cause,`BIO_ERR_TIMEOUT`>>. A value of `0` stops the timer.
343  *
344  * Previous setting of the timeout on the same file will be overwritten.
345  *
346  * The use-cases for this are mainly sockets or pipes, when:
347  *
348  * - You want to drop inactive connections (no data comes in or out for a given time, not
349  *   incomplete messages).
350  * - You want to enforce answer in a given time (for example authentication).
351  * - Watching maximum time for a whole connection.
352  **/
353 void block_io_set_timeout(struct main_block_io *bio, timestamp_t expires_delta);
354
355 /***
356  * [[hooks]]
357  * Loop hooks
358  * ----------
359  *
360  * The hooks are called whenever the main loop performs an iteration.
361  * You can shutdown the main loop from within them or request an iteration
362  * to happen without sleeping (just poll, no waiting for events).
363  ***/
364
365 /**
366  * A hook. It contains the function to call and some user data.
367  *
368  * The handler() must return one value from
369  * <<enum_main_hook_return,`main_hook_return`>>.
370  *
371  * Fill with the hook and data and pass it to @hook_add().
372  **/
373 struct main_hook {
374   cnode n;
375   int (*handler)(struct main_hook *ho);         /* [*] Hook function; returns HOOK_xxx */
376   void *data;                                   /* [*] For use by the handler */
377 };
378
379 /**
380  * Return value of the hook handler().
381  * Specifies what should happen next.
382  *
383  * - `HOOK_IDLE` -- Let the loop sleep until something happens, call after that.
384  * - `HOOK_RETRY` -- Force the loop to perform another iteration without sleeping.
385  *   This will cause calling of all the hooks again soon.
386  * - `HOOK_DONE` -- The loop will terminate if all hooks return this.
387  * - `HOOK_SHUTDOWN` -- Shuts down the loop.
388  *
389  * The `HOOK_IDLE` and `HOOK_RETRY` constants are also used as return values
390  * of file handlers.
391  **/
392 enum main_hook_return {
393   HOOK_IDLE,
394   HOOK_RETRY,
395   HOOK_DONE = -1,
396   HOOK_SHUTDOWN = -2
397 };
398
399 /**
400  * Inserts a new hook into the loop.
401  * The hook will be scheduled at least once before next sleep.
402  * May be called from inside a hook handler too.
403  **/
404 void hook_add(struct main_hook *ho);
405 /**
406  * Removes an existing hook from the loop.
407  * May be called from inside a hook handler (to delete itself or other hook).
408  **/
409 void hook_del(struct main_hook *ho);
410
411 /***
412  * [[process]]
413  * Child processes
414  * ---------------
415  *
416  * The main loop can watch child processes and notify you,
417  * when some of them terminates.
418  ***/
419
420 /**
421  * Description of a watched process.
422  * You fill in the handler() and `data`.
423  * The rest is set with @process_fork().
424  **/
425 struct main_process {
426   cnode n;
427   int pid;                                      /* Process id (0=not running) */
428   int status;                                   /* Exit status (-1=fork failed) */
429   char status_msg[EXIT_STATUS_MSG_SIZE];
430   void (*handler)(struct main_process *mp);     /* [*] Called when the process exits; process_del done automatically */
431   void *data;                                   /* [*] For use by the handler */
432 };
433
434 /**
435  * Asks the main loop to watch this process.
436  * As it is done automatically in @process_fork(), you need this only
437  * if you removed the process previously by @process_del().
438  **/
439 void process_add(struct main_process *mp);
440 /**
441  * Removes the process from the watched set. This is done
442  * automatically, when the process terminates, so you need it only
443  * when you do not want to watch a running process any more.
444  */
445 void process_del(struct main_process *mp);
446 /**
447  * Forks and fills the @mp with information about the new process.
448  *
449  * If the fork() succeeds, it:
450  *
451  * - Returns 0 in the child.
452  * - Returns 1 in the parent and calls @process_add() on it.
453  *
454  * In the case of unsuccessful fork(), it:
455  *
456  * - Fills in the `status_msg` and sets `status` to -1.
457  * - Calls the handler() as if the process terminated.
458  * - Returns 1.
459  **/
460 int process_fork(struct main_process *mp);
461
462 /* FIXME: Docs */
463
464 struct main_signal {
465   cnode n;
466   int signum;
467   void (*handler)(struct main_signal *ms);
468   void *data;
469 };
470
471 void signal_add(struct main_signal *ms);
472 void signal_del(struct main_signal *ms);
473
474 #endif