include/socketengine.h

   1 /*
   2  * InspIRCd -- Internet Relay Chat Daemon
   3  *
   4  *   Copyright (C) 2009 Daniel De Graaf <danieldg@inspircd.org>
   5  *   Copyright (C) 2007-2008 Robin Burchell <robin+git@viroteck.net>
   6  *   Copyright (C) 2005-2007 Craig Edwards <craigedwards@brainbox.cc>
   7  *   Copyright (C) 2007 Dennis Friis <peavey@inspircd.org>
   8  *
   9  * This file is part of InspIRCd.  InspIRCd is free software: you can
  10  * redistribute it and/or modify it under the terms of the GNU General Public
  11  * License as published by the Free Software Foundation, version 2.
  12  *
  13  * This program is distributed in the hope that it will be useful, but WITHOUT
  14  * ANY WARRANTY; without even the implied warranty of MERCHANTABILITY or FITNESS
  15  * FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU General Public License for more
  16  * details.
  17  *
  18  * You should have received a copy of the GNU General Public License
  19  * along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
  20  */
  21
  22
  23 #pragma once
  24
  25 #include <vector>
  26 #include <string>
  27 #include <map>
  28 #include "config.h"
  29 #include "socket.h"
  30 #include "base.h"
  31
  32 #ifndef _WIN32
  33 #include <sys/uio.h>
  34 #endif
  35
  36 #ifndef IOV_MAX
  37 #define IOV_MAX 1024
  38 #endif
  39
  40 /**
  41  * Event mask for SocketEngine events
  42  */
  43 enum EventMask
  44 {
  45         /** Do not test this socket for readability
  46          */
  47         FD_WANT_NO_READ = 0x1,
  48         /** Give a read event at all times when reads will not block.
  49          */
  50         FD_WANT_POLL_READ = 0x2,
  51         /** Give a read event when there is new data to read.
  52          *
  53          * An event MUST be sent if there is new data to be read, and the most
  54          * recent read/recv() on this FD returned EAGAIN. An event MAY be sent
  55          * at any time there is data to be read on the socket.
  56          */
  57         FD_WANT_FAST_READ = 0x4,
  58         /** Give an optional read event when reads begin to unblock
  59          *
  60          * This state is useful if you want to leave data in the OS receive
  61          * queue but not get continuous event notifications about it, because
  62          * it may not require a system call to transition from FD_WANT_FAST_READ
  63          */
  64         FD_WANT_EDGE_READ = 0x8,
  65
  66         /** Mask for all read events */
  67         FD_WANT_READ_MASK = 0x0F,
  68
  69         /** Do not test this socket for writeability
  70          */
  71         FD_WANT_NO_WRITE = 0x10,
  72         /** Give a write event at all times when writes will not block.
  73          *
  74          * You probably shouldn't use this state; if it's likely that the write
  75          * will not block, try it first, then use FD_WANT_FAST_WRITE if it
  76          * fails. If it's likely to block (or you are using polling-style reads)
  77          * then use FD_WANT_SINGLE_WRITE.
  78          */
  79         FD_WANT_POLL_WRITE = 0x20,
  80         /** Give a write event when writes don't block any more
  81          *
  82          * An event MUST be sent if writes will not block, and the most recent
  83          * write/send() on this FD returned EAGAIN, or connect() returned
  84          * EINPROGRESS. An event MAY be sent at any time that writes will not
  85          * block.
  86          *
  87          * Before calling OnEventHandler*(), a socket engine MAY change the state of
  88          * the FD back to FD_WANT_EDGE_WRITE if it is simpler (for example, if a
  89          * one-shot notification was registered). If further writes are needed,
  90          * it is the responsibility of the event handler to change the state to
  91          * one that will generate the required notifications
  92          */
  93         FD_WANT_FAST_WRITE = 0x40,
  94         /** Give an optional write event on edge-triggered write unblock.
  95          *
  96          * This state is useful to avoid system calls when moving to/from
  97          * FD_WANT_FAST_WRITE when writing data to a mostly-unblocked socket.
  98          */
  99         FD_WANT_EDGE_WRITE = 0x80,
 100         /** Request a one-shot poll-style write notification. The socket will
 101          * return to the FD_WANT_NO_WRITE state before OnEventHandler*() is called.
 102          */
 103         FD_WANT_SINGLE_WRITE = 0x100,
 104
 105         /** Mask for all write events */
 106         FD_WANT_WRITE_MASK = 0x1F0,
 107
 108         /** Add a trial read. During the next DispatchEvents invocation, this
 109          * will call OnEventHandlerRead() unless reads are known to be
 110          * blocking.
 111          */
 112         FD_ADD_TRIAL_READ  = 0x1000,
 113         /** Assert that reads are known to block. This cancels FD_ADD_TRIAL_READ.
 114          * Reset by SE before running OnEventHandlerRead().
 115          */
 116         FD_READ_WILL_BLOCK = 0x2000,
 117
 118         /** Add a trial write. During the next DispatchEvents invocation, this
 119          * will call OnEventHandlerWrite() unless writes are known to be
 120          * blocking.
 121          *
 122          * This could be used to group several writes together into a single
 123          * send() syscall, or to ensure that writes are blocking when attempting
 124          * to use FD_WANT_FAST_WRITE.
 125          */
 126         FD_ADD_TRIAL_WRITE = 0x4000,
 127         /** Assert that writes are known to block. This cancels FD_ADD_TRIAL_WRITE.
 128          * Reset by SE before running OnEventHandlerWrite().
 129          */
 130         FD_WRITE_WILL_BLOCK = 0x8000,
 131
 132         /** Mask for trial read/trial write */
 133         FD_TRIAL_NOTE_MASK = 0x5000
 134 };
 135
 136 /** This class is a basic I/O handler class.
 137  * Any object which wishes to receive basic I/O events
 138  * from the socketengine must derive from this class and
 139  * implement the OnEventHandler*() methods. The derived class
 140  * must then be added to SocketEngine using the method
 141  * SocketEngine::AddFd(), after which point the derived
 142  * class will receive events to its OnEventHandler*() methods.
 143  * The event mask passed to SocketEngine::AddFd() determines
 144  * what events the EventHandler gets notified about and with
 145  * what semantics. SocketEngine::ChangeEventMask() can be
 146  * called to update the event mask later. The only
 147  * requirement beyond this for an event handler is that it
 148  * must have a file descriptor. What this file descriptor
 149  * is actually attached to is completely up to you.
 150  */
 151 class CoreExport EventHandler : public classbase
 152 {
 153  private:
 154         /** Private state maintained by socket engine */
 155         int event_mask;
 156
 157         void SetEventMask(int mask) { event_mask = mask; }
 158
 159  protected:
 160         /** File descriptor.
 161          * All events which can be handled must have a file descriptor.  This
 162          * allows you to add events for sockets, fifo's, pipes, and various
 163          * other forms of IPC.  Do not change this while the object is
 164          * registered with the SocketEngine
 165          */
 166         int fd;
 167  public:
 168         /** Get the current file descriptor
 169          * @return The file descriptor of this handler
 170          */
 171         inline int GetFd() const { return fd; }
 172
 173         inline int GetEventMask() const { return event_mask; }
 174
 175         /** Set a new file desciptor
 176          * @param FD The new file descriptor. Do not call this method without
 177          * first deleting the object from the SocketEngine if you have
 178          * added it to a SocketEngine instance.
 179          */
 180         void SetFd(int FD);
 181
 182         /** Constructor
 183          */
 184         EventHandler();
 185
 186         /** Destructor
 187          */
 188         virtual ~EventHandler() {}
 189
 190         /** Called by the socket engine in case of a read event
 191          */
 192         virtual void OnEventHandlerRead() = 0;
 193
 194         /** Called by the socket engine in case of a write event.
 195          * The default implementation does nothing.
 196          */
 197         virtual void OnEventHandlerWrite();
 198
 199         /** Called by the socket engine in case of an error event.
 200          * The default implementation does nothing.
 201          * @param errornum Error code
 202          */
 203         virtual void OnEventHandlerError(int errornum);
 204
 205         friend class SocketEngine;
 206 };
 207
 208 /** Provides basic file-descriptor-based I/O support.
 209  * The actual socketengine class presents the
 210  * same interface on all operating systems, but
 211  * its private members and internal behaviour
 212  * should be treated as blackboxed, and vary
 213  * from system to system and upon the config
 214  * settings chosen by the server admin.
 215  */
 216 class CoreExport SocketEngine
 217 {
 218  public:
 219         /** Socket engine statistics: count of various events, bandwidth usage
 220          */
 221         class Statistics
 222         {
 223                 mutable size_t indata;
 224                 mutable size_t outdata;
 225                 mutable time_t lastempty;
 226
 227                 /** Reset the byte counters and lastempty if there wasn't a reset in this second.
 228                  */
 229                 void CheckFlush() const;
 230
 231          public:
 232                 /** Constructor, initializes member vars except indata and outdata because those are set to 0
 233                  * in CheckFlush() the first time Update() or GetBandwidth() is called.
 234                  */
 235                 Statistics() : lastempty(0), TotalEvents(0), ReadEvents(0), WriteEvents(0), ErrorEvents(0) { }
 236
 237                 /** Update counters for network data received.
 238                  * This should be called after every read-type syscall.
 239                  * @param len_in Number of bytes received, or -1 for error, as typically
 240                  * returned by a read-style syscall.
 241                  */
 242                 void UpdateReadCounters(int len_in);
 243
 244                 /** Update counters for network data sent.
 245                  * This should be called after every write-type syscall.
 246                  * @param len_out Number of bytes sent, or -1 for error, as typically
 247                  * returned by a read-style syscall.
 248                  */
 249                 void UpdateWriteCounters(int len_out);
 250
 251                 /** Get data transfer statistics.
 252                  * @param kbitpersec_in Filled with incoming traffic in this second in kbit/s.
 253                  * @param kbitpersec_out Filled with outgoing traffic in this second in kbit/s.
 254                  * @param kbitpersec_total Filled with total traffic in this second in kbit/s.
 255                  */
 256                 void CoreExport GetBandwidth(float& kbitpersec_in, float& kbitpersec_out, float& kbitpersec_total) const;
 257
 258                 unsigned long TotalEvents;
 259                 unsigned long ReadEvents;
 260                 unsigned long WriteEvents;
 261                 unsigned long ErrorEvents;
 262         };
 263
 264  private:
 265         /** Reference table, contains all current handlers
 266          **/
 267         static std::vector<EventHandler*> ref;
 268
 269         /** Current number of descriptors in the engine. */
 270         static size_t CurrentSetSize;
 271
 272         /** The maximum number of descriptors in the engine. */
 273         static size_t MaxSetSize;
 274
 275         /** List of handlers that want a trial read/write
 276          */
 277         static std::set<int> trials;
 278
 279         /** Socket engine statistics: count of various events, bandwidth usage
 280          */
 281         static Statistics stats;
 282
 283         /** Look up the fd limit using rlimit. */
 284         static void LookupMaxFds();
 285
 286         /** Terminates the program when the socket engine fails to initialize. */
 287         static void InitError();
 288
 289         static void OnSetEvent(EventHandler* eh, int old_mask, int new_mask);
 290
 291         /** Add an event handler to the base socket engine. AddFd(EventHandler*, int) should call this.
 292          */
 293         static bool AddFdRef(EventHandler* eh);
 294
 295         static void DelFdRef(EventHandler* eh);
 296
 297         template <typename T>
 298         static void ResizeDouble(std::vector<T>& vect)
 299         {
 300                 if (SocketEngine::CurrentSetSize > vect.size())
 301                         vect.resize(vect.size() * 2);
 302         }
 303
 304 public:
 305 #ifndef _WIN32
 306         typedef iovec IOVector;
 307 #else
 308         typedef WindowsIOVec IOVector;
 309 #endif
 310
 311         /** Constructor.
 312          * The constructor transparently initializes
 313          * the socket engine which the ircd is using.
 314          * Please note that if there is a catastrophic
 315          * failure (for example, you try and enable
 316          * epoll on a 2.4 linux kernel) then this
 317          * function may bail back to the shell.
 318          * @return void, but it is acceptable for this function to bail back to
 319          * the shell or operating system on fatal error.
 320          */
 321         static void Init();
 322
 323         /** Destructor.
 324          * The destructor transparently tidies up
 325          * any resources used by the socket engine.
 326          */
 327         static void Deinit();
 328
 329         /** Add an EventHandler object to the engine.  Use AddFd to add a file
 330          * descriptor to the engine and have the socket engine monitor it. You
 331          * must provide an object derived from EventHandler which implements
 332          * the required OnEventHandler*() methods.
 333          * @param eh An event handling object to add
 334          * @param event_mask The initial event mask for the object
 335          */
 336         static bool AddFd(EventHandler* eh, int event_mask);
 337
 338         /** If you call this function and pass it an
 339          * event handler, that event handler will
 340          * receive the next available write event,
 341          * even if the socket is a readable socket only.
 342          * Developers should avoid constantly keeping
 343          * an eventhandler in the writeable state,
 344          * as this will consume large amounts of
 345          * CPU time.
 346          * @param eh The event handler to change
 347          * @param event_mask The changes to make to the wait state
 348          */
 349         static void ChangeEventMask(EventHandler* eh, int event_mask);
 350
 351         /** Returns the number of file descriptors reported by the system this program may use
 352          * when it was started.
 353          * @return If non-zero the number of file descriptors that the system reported that we
 354          * may use.
 355          */
 356         static size_t GetMaxFds() { return MaxSetSize; }
 357
 358         /** Returns the number of file descriptors being queried
 359          * @return The set size
 360          */
 361         static size_t GetUsedFds() { return CurrentSetSize; }
 362
 363         /** Delete an event handler from the engine.
 364          * This function call deletes an EventHandler
 365          * from the engine, returning true if it succeeded
 366          * and false if it failed. This does not free the
 367          * EventHandler pointer using delete, if this is
 368          * required you must do this yourself.
 369          * @param eh The event handler object to remove
 370          */
 371         static void DelFd(EventHandler* eh);
 372
 373         /** Returns true if a file descriptor exists in
 374          * the socket engine's list.
 375          * @param fd The event handler to look for
 376          * @return True if this fd has an event handler
 377          */
 378         static bool HasFd(int fd);
 379
 380         /** Returns the EventHandler attached to a specific fd.
 381          * If the fd isnt in the socketengine, returns NULL.
 382          * @param fd The event handler to look for
 383          * @return A pointer to the event handler, or NULL
 384          */
 385         static EventHandler* GetRef(int fd);
 386
 387         /** Waits for events and dispatches them to handlers.  Please note that
 388          * this doesn't wait long, only a couple of milliseconds. It returns the
 389          * number of events which occurred during this call.  This method will
 390          * dispatch events to their handlers by calling their
 391          * EventHandler::OnEventHandler*() methods.
 392          * @return The number of events which have occured.
 393          */
 394         static int DispatchEvents();
 395
 396         /** Dispatch trial reads and writes. This causes the actual socket I/O
 397          * to happen when writes have been pre-buffered.
 398          */
 399         static void DispatchTrialWrites();
 400
 401         /** Returns true if the file descriptors in the given event handler are
 402          * within sensible ranges which can be handled by the socket engine.
 403          */
 404         static bool BoundsCheckFd(EventHandler* eh);
 405
 406         /** Abstraction for BSD sockets accept(2).
 407          * This function should emulate its namesake system call exactly.
 408          * @param fd This version of the call takes an EventHandler instead of a bare file descriptor.
 409          * @param addr The client IP address and port
 410          * @param addrlen The size of the sockaddr parameter.
 411          * @return This method should return exactly the same values as the system call it emulates.
 412          */
 413         static int Accept(EventHandler* fd, sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);
 414
 415         /** Close the underlying fd of an event handler, remove it from the socket engine and set the fd to -1.
 416          * @param eh The EventHandler to close.
 417          * @return 0 on success, a negative value on error
 418          */
 419         static int Close(EventHandler* eh);
 420
 421         /** Abstraction for BSD sockets close(2).
 422          * This function should emulate its namesake system call exactly.
 423          * This function should emulate its namesake system call exactly.
 424          * @return This method should return exactly the same values as the system call it emulates.
 425          */
 426         static int Close(int fd);
 427
 428         /** Abstraction for BSD sockets send(2).
 429          * This function should emulate its namesake system call exactly.
 430          * @param fd This version of the call takes an EventHandler instead of a bare file descriptor.
 431          * @param buf The buffer in which the data that is sent is stored.
 432          * @param len The size of the buffer.
 433          * @param flags A flag value that controls the sending of the data.
 434          * @return This method should return exactly the same values as the system call it emulates.
 435          */
 436         static int Send(EventHandler* fd, const void *buf, size_t len, int flags);
 437
 438         /** Abstraction for vector write function writev().
 439          * This function should emulate its namesake system call exactly.
 440          * @param fd EventHandler to send data with
 441          * @param iov Array of IOVectors containing the buffers to send and their lengths in the platform's
 442          * native format.
 443          * @param count Number of elements in iov.
 444          * @return This method should return exactly the same values as the system call it emulates.
 445          */
 446         static int WriteV(EventHandler* fd, const IOVector* iov, int count);
 447
 448 #ifdef _WIN32
 449         /** Abstraction for vector write function writev() that accepts a POSIX format iovec.
 450          * This function should emulate its namesake system call exactly.
 451          * @param fd EventHandler to send data with
 452          * @param iov Array of iovecs containing the buffers to send and their lengths in POSIX format.
 453          * @param count Number of elements in iov.
 454          * @return This method should return exactly the same values as the system call it emulates.
 455          */
 456         static int WriteV(EventHandler* fd, const iovec* iov, int count);
 457 #endif
 458
 459         /** Abstraction for BSD sockets recv(2).
 460          * This function should emulate its namesake system call exactly.
 461          * @param fd This version of the call takes an EventHandler instead of a bare file descriptor.
 462          * @param buf The buffer in which the data that is read is stored.
 463          * @param len The size of the buffer.
 464          * @param flags A flag value that controls the reception of the data.
 465          * @return This method should return exactly the same values as the system call it emulates.
 466          */
 467         static int Recv(EventHandler* fd, void *buf, size_t len, int flags);
 468
 469         /** Abstraction for BSD sockets recvfrom(2).
 470          * This function should emulate its namesake system call exactly.
 471          * @param fd This version of the call takes an EventHandler instead of a bare file descriptor.
 472          * @param buf The buffer in which the data that is read is stored.
 473          * @param len The size of the buffer.
 474          * @param flags A flag value that controls the reception of the data.
 475          * @param from The remote IP address and port.
 476          * @param fromlen The size of the from parameter.
 477          * @return This method should return exactly the same values as the system call it emulates.
 478          */
 479         static int RecvFrom(EventHandler* fd, void *buf, size_t len, int flags, sockaddr *from, socklen_t *fromlen);
 480
 481         /** Abstraction for BSD sockets sendto(2).
 482          * This function should emulate its namesake system call exactly.
 483          * @param fd This version of the call takes an EventHandler instead of a bare file descriptor.
 484          * @param buf The buffer in which the data that is sent is stored.
 485          * @param len The size of the buffer.
 486          * @param flags A flag value that controls the sending of the data.
 487          * @param to The remote IP address and port.
 488          * @param tolen The size of the to parameter.
 489          * @return This method should return exactly the same values as the system call it emulates.
 490          */
 491         static int SendTo(EventHandler* fd, const void *buf, size_t len, int flags, const sockaddr *to, socklen_t tolen);
 492
 493         /** Abstraction for BSD sockets connect(2).
 494          * This function should emulate its namesake system call exactly.
 495          * @param fd This version of the call takes an EventHandler instead of a bare file descriptor.
 496          * @param serv_addr The server IP address and port.
 497          * @param addrlen The size of the sockaddr parameter.
 498          * @return This method should return exactly the same values as the system call it emulates.
 499          */
 500         static int Connect(EventHandler* fd, const sockaddr *serv_addr, socklen_t addrlen);
 501
 502         /** Make a file descriptor blocking.
 503          * @param fd a file descriptor to set to blocking mode
 504          * @return 0 on success, -1 on failure, errno is set appropriately.
 505          */
 506         static int Blocking(int fd);
 507
 508         /** Make a file descriptor nonblocking.
 509          * @param fd A file descriptor to set to nonblocking mode
 510          * @return 0 on success, -1 on failure, errno is set appropriately.
 511          */
 512         static int NonBlocking(int fd);
 513
 514         /** Abstraction for BSD sockets shutdown(2).
 515          * This function should emulate its namesake system call exactly.
 516          * @param fd This version of the call takes an EventHandler instead of a bare file descriptor.
 517          * @param how What part of the socket to shut down
 518          * @return This method should return exactly the same values as the system call it emulates.
 519          */
 520         static int Shutdown(EventHandler* fd, int how);
 521
 522         /** Abstraction for BSD sockets shutdown(2).
 523          * This function should emulate its namesake system call exactly.
 524          * @return This method should return exactly the same values as the system call it emulates.
 525          */
 526         static int Shutdown(int fd, int how);
 527
 528         /** Abstraction for BSD sockets bind(2).
 529          * This function should emulate its namesake system call exactly.
 530          * @return This method should return exactly the same values as the system call it emulates.
 531          */
 532         static int Bind(int fd, const irc::sockets::sockaddrs& addr);
 533
 534         /** Abstraction for BSD sockets listen(2).
 535          * This function should emulate its namesake system call exactly.
 536          * @return This method should return exactly the same values as the system call it emulates.
 537          */
 538         static int Listen(int sockfd, int backlog);
 539
 540         /** Set SO_REUSEADDR and SO_LINGER on this file descriptor
 541          */
 542         static void SetReuse(int sockfd);
 543
 544         /** This function is called immediately after fork().
 545          * Some socket engines (notably kqueue) cannot have their
 546          * handles inherited by forked processes. This method
 547          * allows for the socket engine to re-create its handle
 548          * after the daemon forks as the socket engine is created
 549          * long BEFORE the daemon forks.
 550          * @return void, but it is acceptable for this function to bail back to
 551          * the shell or operating system on fatal error.
 552          */
 553         static void RecoverFromFork();
 554
 555         /** Get data transfer and event statistics
 556          */
 557         static const Statistics& GetStats() { return stats; }
 558
 559         /** Should we ignore the error in errno?
 560          * Checks EAGAIN and WSAEWOULDBLOCK
 561          */
 562         static bool IgnoreError();
 563
 564         /** Return the last socket related error. strrerror(errno) on *nix
 565          */
 566         static std::string LastError();
 567
 568         /** Returns the error for the given error num, strerror(errnum) on *nix
 569          */
 570         static std::string GetError(int errnum);
 571 };
 572
 573 inline bool SocketEngine::IgnoreError()
 574 {
 575         if ((errno == EAGAIN) || (errno == EWOULDBLOCK))
 576                 return true;
 577
 578 #ifdef _WIN32
 579         if (WSAGetLastError() == WSAEWOULDBLOCK)
 580                 return true;
 581 #endif
 582
 583         return false;
 584 }