// SPDX-License-Identifier: (LGPL-2.1 OR BSD-2-Clause)
/*
 * Ring buffer operations.
 *
 * Copyright (C) 2020 Facebook, Inc.
 */
#ifndef _GNU_SOURCE
#define _GNU_SOURCE
#endif
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <errno.h>
#include <unistd.h>
#include <linux/err.h>
#include <linux/bpf.h>
#include <asm/barrier.h>
#include <sys/mman.h>
#include <sys/epoll.h>
#include <time.h>

#include "libbpf.h"
#include "libbpf_internal.h"
#include "bpf.h"
#include "str_error.h"

struct ring {
 ring_buffer_sample_fn sample_cb;
 void *ctx;
 void *data;
 unsigned long *consumer_pos;
 unsigned long *producer_pos;
 unsigned long mask;
 int map_fd;
};

struct ring_buffer {
 struct epoll_event *events;
 struct ring **rings;
 size_t page_size;
 int epoll_fd;
 int ring_cnt;
};

struct user_ring_buffer {
 struct epoll_event event;
 unsigned long *consumer_pos;
 unsigned long *producer_pos;
 void *data;
 unsigned long mask;
 size_t page_size;
 int map_fd;
 int epoll_fd;
};

/* 8-byte ring buffer header structure */
struct ringbuf_hdr {
 __u32 len;
 __u32 pad;
};

static void ringbuf_free_ring(struct ring_buffer *rb, struct ring *r)
{
 if (r->consumer_pos) {
  munmap(r->consumer_pos, rb->page_size);
  r->consumer_pos = NULL;
 }
 if (r->producer_pos) {
  munmap(r->producer_pos, rb->page_size + 2 * (r->mask + 1));
  r->producer_pos = NULL;
 }

 free(r);
}

/* Add extra RINGBUF maps to this ring buffer manager */
int ring_buffer__add(struct ring_buffer *rb, int map_fd,
       ring_buffer_sample_fn sample_cb, void *ctx)
{
 struct bpf_map_info info;
 __u32 len = sizeof(info);
 struct epoll_event *e;
 struct ring *r;
 __u64 mmap_sz;
 void *tmp;
 int err;

 memset(&info, 0, sizeof(info));

 err = bpf_map_get_info_by_fd(map_fd, &info, &len);
 if (err) {
  err = -errno;
  pr_warn("ringbuf: failed to get map info for fd=%d: %s\n",
   map_fd, errstr(err));
  return libbpf_err(err);
 }

 if (info.type != BPF_MAP_TYPE_RINGBUF) {
  pr_warn("ringbuf: map fd=%d is not BPF_MAP_TYPE_RINGBUF\n",
   map_fd);
  return libbpf_err(-EINVAL);
 }

 tmp = libbpf_reallocarray(rb->rings, rb->ring_cnt + 1, sizeof(*rb->rings));
 if (!tmp)
  return libbpf_err(-ENOMEM);
 rb->rings = tmp;

 tmp = libbpf_reallocarray(rb->events, rb->ring_cnt + 1, sizeof(*rb->events));
 if (!tmp)
  return libbpf_err(-ENOMEM);
 rb->events = tmp;

 r = calloc(1, sizeof(*r));
 if (!r)
  return libbpf_err(-ENOMEM);
 rb->rings[rb->ring_cnt] = r;

 r->map_fd = map_fd;
 r->sample_cb = sample_cb;
 r->ctx = ctx;
 r->mask = info.max_entries - 1;

 /* Map writable consumer page */
 tmp = mmap(NULL, rb->page_size, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, map_fd, 0);
 if (tmp == MAP_FAILED) {
  err = -errno;
  pr_warn("ringbuf: failed to mmap consumer page for map fd=%d: %s\n",
   map_fd, errstr(err));
  goto err_out;
 }
 r->consumer_pos = tmp;

 /* Map read-only producer page and data pages. We map twice as big
  * data size to allow simple reading of samples that wrap around the
  * end of a ring buffer. See kernel implementation for details.
 */
 mmap_sz = rb->page_size + 2 * (__u64)info.max_entries;
 if (mmap_sz != (__u64)(size_t)mmap_sz) {
  err = -E2BIG;
  pr_warn("ringbuf: ring buffer size (%u) is too big\n", info.max_entries);
  goto err_out;
 }
 tmp = mmap(NULL, (size_t)mmap_sz, PROT_READ, MAP_SHARED, map_fd, rb->page_size);
 if (tmp == MAP_FAILED) {
  err = -errno;
  pr_warn("ringbuf: failed to mmap data pages for map fd=%d: %s\n",
   map_fd, errstr(err));
  goto err_out;
 }
 r->producer_pos = tmp;
 r->data = tmp + rb->page_size;

 e = &rb->events[rb->ring_cnt];
 memset(e, 0, sizeof(*e));

 e->events = EPOLLIN;
 e->data.fd = rb->ring_cnt;
 if (epoll_ctl(rb->epoll_fd, EPOLL_CTL_ADD, map_fd, e) < 0) {
  err = -errno;
  pr_warn("ringbuf: failed to epoll add map fd=%d: %s\n",
   map_fd, errstr(err));
  goto err_out;
 }

 rb->ring_cnt++;
 return 0;

err_out:
 ringbuf_free_ring(rb, r);
 return libbpf_err(err);
}

void ring_buffer__free(struct ring_buffer *rb)
{
 int i;

 if (!rb)
  return;

 for (i = 0; i < rb->ring_cnt; ++i)
  ringbuf_free_ring(rb, rb->rings[i]);
 if (rb->epoll_fd >= 0)
  close(rb->epoll_fd);

 free(rb->events);
 free(rb->rings);
 free(rb);
}

struct ring_buffer *
ring_buffer__new(int map_fd, ring_buffer_sample_fn sample_cb, void *ctx,
   const struct ring_buffer_opts *opts)
{
 struct ring_buffer *rb;
 int err;

 if (!OPTS_VALID(opts, ring_buffer_opts))
  return errno = EINVAL, NULL;

 rb = calloc(1, sizeof(*rb));
 if (!rb)
  return errno = ENOMEM, NULL;

 rb->page_size = getpagesize();

 rb->epoll_fd = epoll_create1(EPOLL_CLOEXEC);
 if (rb->epoll_fd < 0) {
  err = -errno;
  pr_warn("ringbuf: failed to create epoll instance: %s\n", errstr(err));
  goto err_out;
 }

 err = ring_buffer__add(rb, map_fd, sample_cb, ctx);
 if (err)
  goto err_out;

 return rb;

err_out:
 ring_buffer__free(rb);
 return errno = -err, NULL;
}

static inline int roundup_len(__u32 len)
{
 /* clear out top 2 bits (discard and busy, if set) */
 len <<= 2;
 len >>= 2;
 /* add length prefix */
 len += BPF_RINGBUF_HDR_SZ;
 /* round up to 8 byte alignment */
 return (len + 7) / 8 * 8;
}

static int64_t ringbuf_process_ring(struct ring *r, size_t n)
{
 int *len_ptr, len, err;
 /* 64-bit to avoid overflow in case of extreme application behavior */
 int64_t cnt = 0;
 unsigned long cons_pos, prod_pos;
 bool got_new_data;
 void *sample;

 cons_pos = smp_load_acquire(r->consumer_pos);
 do {
  got_new_data = false;
  prod_pos = smp_load_acquire(r->producer_pos);
  while (cons_pos < prod_pos) {
   len_ptr = r->data + (cons_pos & r->mask);
   len = smp_load_acquire(len_ptr);

   /* sample not committed yet, bail out for now */
   if (len & BPF_RINGBUF_BUSY_BIT)
    goto done;

   got_new_data = true;
   cons_pos += roundup_len(len);

   if ((len & BPF_RINGBUF_DISCARD_BIT) == 0) {
    sample = (void *)len_ptr + BPF_RINGBUF_HDR_SZ;
    err = r->sample_cb(r->ctx, sample, len);
    if (err < 0) {
     /* update consumer pos and bail out */
     smp_store_release(r->consumer_pos,
         cons_pos);
     return err;
    }
    cnt++;
   }

   smp_store_release(r->consumer_pos, cons_pos);

   if (cnt >= n)
    goto done;
  }
 } while (got_new_data);
done:
 return cnt;
}

/* Consume available ring buffer(s) data without event polling, up to n
 * records.
 *
 * Returns number of records consumed across all registered ring buffers (or
 * n, whichever is less), or negative number if any of the callbacks return
 * error.
 */
int ring_buffer__consume_n(struct ring_buffer *rb, size_t n)
{
 int64_t err, res = 0;
 int i;

 for (i = 0; i < rb->ring_cnt; i++) {
  struct ring *ring = rb->rings[i];

  err = ringbuf_process_ring(ring, n);
  if (err < 0)
   return libbpf_err(err);
  res += err;
  n -= err;

  if (n == 0)
   break;
 }
 return res > INT_MAX ? INT_MAX : res;
}

/* Consume available ring buffer(s) data without event polling.
 * Returns number of records consumed across all registered ring buffers (or
 * INT_MAX, whichever is less), or negative number if any of the callbacks
 * return error.
 */
int ring_buffer__consume(struct ring_buffer *rb)
{
 int64_t err, res = 0;
 int i;

 for (i = 0; i < rb->ring_cnt; i++) {
  struct ring *ring = rb->rings[i];

  err = ringbuf_process_ring(ring, INT_MAX);
  if (err < 0)
   return libbpf_err(err);
  res += err;
  if (res > INT_MAX) {
   res = INT_MAX;
   break;
  }
 }
 return res;
}

/* Poll for available data and consume records, if any are available.
 * Returns number of records consumed (or INT_MAX, whichever is less), or
 * negative number, if any of the registered callbacks returned error.
 */
int ring_buffer__poll(struct ring_buffer *rb, int timeout_ms)
{
 int i, cnt;
 int64_t err, res = 0;

 cnt = epoll_wait(rb->epoll_fd, rb->events, rb->ring_cnt, timeout_ms);
 if (cnt < 0)
  return libbpf_err(-errno);

 for (i = 0; i < cnt; i++) {
  __u32 ring_id = rb->events[i].data.fd;
  struct ring *ring = rb->rings[ring_id];

  err = ringbuf_process_ring(ring, INT_MAX);
  if (err < 0)
   return libbpf_err(err);
  res += err;
 }
 if (res > INT_MAX)
  res = INT_MAX;
 return res;
}

/* Get an fd that can be used to sleep until data is available in the ring(s) */
int ring_buffer__epoll_fd(const struct ring_buffer *rb)
{
 return rb->epoll_fd;
}

struct ring *ring_buffer__ring(struct ring_buffer *rb, unsigned int idx)
{
 if (idx >= rb->ring_cnt)
  return errno = ERANGE, NULL;

 return rb->rings[idx];
}

unsigned long ring__consumer_pos(const struct ring *r)
{
 /* Synchronizes with smp_store_release() in ringbuf_process_ring(). */
 return smp_load_acquire(r->consumer_pos);
}

unsigned long ring__producer_pos(const struct ring *r)
{
 /* Synchronizes with smp_store_release() in __bpf_ringbuf_reserve() in
  * the kernel.
 */
 return smp_load_acquire(r->producer_pos);
}

size_t ring__avail_data_size(const struct ring *r)
{
 unsigned long cons_pos, prod_pos;

 cons_pos = ring__consumer_pos(r);
 prod_pos = ring__producer_pos(r);
 return prod_pos - cons_pos;
}

size_t ring__size(const struct ring *r)
{
 return r->mask + 1;
}

int ring__map_fd(const struct ring *r)
{
 return r->map_fd;
}

int ring__consume_n(struct ring *r, size_t n)
{
 int64_t res;

 res = ringbuf_process_ring(r, n);
 if (res < 0)
  return libbpf_err(res);

 return res > INT_MAX ? INT_MAX : res;
}

int ring__consume(struct ring *r)
{
 return ring__consume_n(r, INT_MAX);
}

static void user_ringbuf_unmap_ring(struct user_ring_buffer *rb)
{
 if (rb->consumer_pos) {
  munmap(rb->consumer_pos, rb->page_size);
  rb->consumer_pos = NULL;
 }
 if (rb->producer_pos) {
  munmap(rb->producer_pos, rb->page_size + 2 * (rb->mask + 1));
  rb->producer_pos = NULL;
 }
}

void user_ring_buffer__free(struct user_ring_buffer *rb)
{
 if (!rb)
  return;

 user_ringbuf_unmap_ring(rb);

 if (rb->epoll_fd >= 0)
  close(rb->epoll_fd);

 free(rb);
}

static int user_ringbuf_map(struct user_ring_buffer *rb, int map_fd)
{
 struct bpf_map_info info;
 __u32 len = sizeof(info);
 __u64 mmap_sz;
 void *tmp;
 struct epoll_event *rb_epoll;
 int err;

 memset(&info, 0, sizeof(info));

 err = bpf_map_get_info_by_fd(map_fd, &info, &len);
 if (err) {
  err = -errno;
  pr_warn("user ringbuf: failed to get map info for fd=%d: %s\n",
   map_fd, errstr(err));
  return err;
 }

 if (info.type != BPF_MAP_TYPE_USER_RINGBUF) {
  pr_warn("user ringbuf: map fd=%d is not BPF_MAP_TYPE_USER_RINGBUF\n", map_fd);
  return -EINVAL;
 }

 rb->map_fd = map_fd;
 rb->mask = info.max_entries - 1;

 /* Map read-only consumer page */
 tmp = mmap(NULL, rb->page_size, PROT_READ, MAP_SHARED, map_fd, 0);
 if (tmp == MAP_FAILED) {
  err = -errno;
  pr_warn("user ringbuf: failed to mmap consumer page for map fd=%d: %s\n",
   map_fd, errstr(err));
  return err;
 }
 rb->consumer_pos = tmp;

 /* Map read-write the producer page and data pages. We map the data
  * region as twice the total size of the ring buffer to allow the
  * simple reading and writing of samples that wrap around the end of
  * the buffer.  See the kernel implementation for details.
 */
 mmap_sz = rb->page_size + 2 * (__u64)info.max_entries;
 if (mmap_sz != (__u64)(size_t)mmap_sz) {
  pr_warn("user ringbuf: ring buf size (%u) is too big\n", info.max_entries);
  return -E2BIG;
 }
 tmp = mmap(NULL, (size_t)mmap_sz, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED,
     map_fd, rb->page_size);
 if (tmp == MAP_FAILED) {
  err = -errno;
  pr_warn("user ringbuf: failed to mmap data pages for map fd=%d: %s\n",
   map_fd, errstr(err));
  return err;
 }

 rb->producer_pos = tmp;
 rb->data = tmp + rb->page_size;

 rb_epoll = &rb->event;
 rb_epoll->events = EPOLLOUT;
 if (epoll_ctl(rb->epoll_fd, EPOLL_CTL_ADD, map_fd, rb_epoll) < 0) {
  err = -errno;
  pr_warn("user ringbuf: failed to epoll add map fd=%d: %s\n", map_fd, errstr(err));
  return err;
 }

 return 0;
}

struct user_ring_buffer *
user_ring_buffer__new(int map_fd, const struct user_ring_buffer_opts *opts)
{
 struct user_ring_buffer *rb;
 int err;

 if (!OPTS_VALID(opts, user_ring_buffer_opts))
  return errno = EINVAL, NULL;

 rb = calloc(1, sizeof(*rb));
 if (!rb)
  return errno = ENOMEM, NULL;

 rb->page_size = getpagesize();

 rb->epoll_fd = epoll_create1(EPOLL_CLOEXEC);
 if (rb->epoll_fd < 0) {
  err = -errno;
  pr_warn("user ringbuf: failed to create epoll instance: %s\n", errstr(err));
  goto err_out;
 }

 err = user_ringbuf_map(rb, map_fd);
 if (err)
  goto err_out;

 return rb;

err_out:
 user_ring_buffer__free(rb);
 return errno = -err, NULL;
}

static void user_ringbuf_commit(struct user_ring_buffer *rb, void *sample, bool discard)
{
 __u32 new_len;
 struct ringbuf_hdr *hdr;
 uintptr_t hdr_offset;

 hdr_offset = rb->mask + 1 + (sample - rb->data) - BPF_RINGBUF_HDR_SZ;
 hdr = rb->data + (hdr_offset & rb->mask);

 new_len = hdr->len & ~BPF_RINGBUF_BUSY_BIT;
 if (discard)
  new_len |= BPF_RINGBUF_DISCARD_BIT;

 /* Synchronizes with smp_load_acquire() in __bpf_user_ringbuf_peek() in
  * the kernel.
 */
 __atomic_exchange_n(&hdr->len, new_len, __ATOMIC_ACQ_REL);
}

void user_ring_buffer__discard(struct user_ring_buffer *rb, void *sample)
{
 user_ringbuf_commit(rb, sample, true);
}

void user_ring_buffer__submit(struct user_ring_buffer *rb, void *sample)
{
 user_ringbuf_commit(rb, sample, false);
}

void *user_ring_buffer__reserve(struct user_ring_buffer *rb, __u32 size)
{
 __u32 avail_size, total_size, max_size;
 /* 64-bit to avoid overflow in case of extreme application behavior */
 __u64 cons_pos, prod_pos;
 struct ringbuf_hdr *hdr;

 /* The top two bits are used as special flags */
 if (size & (BPF_RINGBUF_BUSY_BIT | BPF_RINGBUF_DISCARD_BIT))
  return errno = E2BIG, NULL;

 /* Synchronizes with smp_store_release() in __bpf_user_ringbuf_peek() in
  * the kernel.
 */
 cons_pos = smp_load_acquire(rb->consumer_pos);
 /* Synchronizes with smp_store_release() in user_ringbuf_commit() */
 prod_pos = smp_load_acquire(rb->producer_pos);

 max_size = rb->mask + 1;
 avail_size = max_size - (prod_pos - cons_pos);
 /* Round up total size to a multiple of 8. */
 total_size = (size + BPF_RINGBUF_HDR_SZ + 7) / 8 * 8;

 if (total_size > max_size)
  return errno = E2BIG, NULL;

 if (avail_size < total_size)
  return errno = ENOSPC, NULL;

 hdr = rb->data + (prod_pos & rb->mask);
 hdr->len = size | BPF_RINGBUF_BUSY_BIT;
 hdr->pad = 0;

 /* Synchronizes with smp_load_acquire() in __bpf_user_ringbuf_peek() in
  * the kernel.
 */
 smp_store_release(rb->producer_pos, prod_pos + total_size);

 return (void *)rb->data + ((prod_pos + BPF_RINGBUF_HDR_SZ) & rb->mask);
}

static __u64 ns_elapsed_timespec(const struct timespec *start, const struct timespec *end)
{
 __u64 start_ns, end_ns, ns_per_s = 1000000000;

 start_ns = (__u64)start->tv_sec * ns_per_s + start->tv_nsec;
 end_ns = (__u64)end->tv_sec * ns_per_s + end->tv_nsec;

 return end_ns - start_ns;
}

void *user_ring_buffer__reserve_blocking(struct user_ring_buffer *rb, __u32 size, int timeout_ms)
{
 void *sample;
 int err, ms_remaining = timeout_ms;
 struct timespec start;

 if (timeout_ms < 0 && timeout_ms != -1)
  return errno = EINVAL, NULL;

 if (timeout_ms != -1) {
  err = clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC, &start);
  if (err)
   return NULL;
 }

 do {
  int cnt, ms_elapsed;
  struct timespec curr;
  __u64 ns_per_ms = 1000000;

  sample = user_ring_buffer__reserve(rb, size);
  if (sample)
   return sample;
  else if (errno != ENOSPC)
   return NULL;

  /* The kernel guarantees at least one event notification
   * delivery whenever at least one sample is drained from the
   * ring buffer in an invocation to bpf_ringbuf_drain(). Other
   * additional events may be delivered at any time, but only one
   * event is guaranteed per bpf_ringbuf_drain() invocation,
   * provided that a sample is drained, and the BPF program did
   * not pass BPF_RB_NO_WAKEUP to bpf_ringbuf_drain(). If
   * BPF_RB_FORCE_WAKEUP is passed to bpf_ringbuf_drain(), a
   * wakeup event will be delivered even if no samples are
   * drained.
 */
  cnt = epoll_wait(rb->epoll_fd, &rb->event, 1, ms_remaining);
  if (cnt < 0)
   return NULL;

  if (timeout_ms == -1)
   continue;

  err = clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC, &curr);
  if (err)
   return NULL;

  ms_elapsed = ns_elapsed_timespec(&start, &curr) / ns_per_ms;
  ms_remaining = timeout_ms - ms_elapsed;
 } while (ms_remaining > 0);

 /* Try one more time to reserve a sample after the specified timeout has elapsed. */
 return user_ring_buffer__reserve(rb, size);
}