lichao
2021-05-06 7ecd6323ffedbfef92c87c02b2a8680dd53b772c
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
101
102
103
104
105
106
107
108
109
110
111
112
113
114
115
116
117
118
119
120
121
122
123
124
125
126
127
128
129
130
131
132
133
134
135
136
137
138
139
140
141
142
143
144
145
146
147
148
149
150
151
152
153
154
155
156
157
158
159
160
161
162
163
164
165
166
167
168
169
170
171
172
173
174
175
176
177
178
179
180
181
182
183
184
185
186
187
188
189
190
191
192
193
194
195
196
197
198
199
200
201
202
203
204
205
206
207
208
209
210
211
212
213
214
215
216
217
218
219
220
221
222
223
224
225
226
227
228
229
230
231
232
233
234
235
236
237
238
239
240
241
242
243
244
245
246
247
248
249
250
251
252
253
254
255
256
257
258
259
260
261
262
263
264
265
266
267
268
269
270
271
272
273
274
275
276
277
278
279
280
281
282
283
284
285
286
287
288
289
290
291
292
293
294
295
296
297
298
299
300
301
302
303
304
305
306
307
308
309
310
311
312
313
314
315
316
317
318
319
320
321
322
323
324
325
326
327
328
329
330
331
332
333
334
335
336
337
338
339
340
341
342
343
344
345
346
347
348
349
350
351
352
353
354
355
/*
 * =====================================================================================
 *
 *       Filename:  robust.h
 *
 *    Description:  
 *
 *        Version:  1.0
 *        Created:  2021年04月27日 10时04分29秒
 *       Revision:  none
 *       Compiler:  gcc
 *
 *         Author:  Li Chao (), lichao@aiotlink.com
 *   Organization:  
 *
 * =====================================================================================
 */
 
#ifndef ROBUST_Q31RCWYU
#define ROBUST_Q31RCWYU
 
#include "log.h"
#include <atomic>
#include <chrono>
#include <memory>
#include <string.h>
#include <string>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
 
namespace robust
{
 
using namespace std::chrono;
using namespace std::chrono_literals;
constexpr uint64_t MaskBits(int nbits) { return (uint64_t(1) << nbits) - 1; }
 
void QuickSleep();
 
class RobustReqRep
{
    typedef uint32_t State;
    typedef std::string Msg;
    typedef std::chrono::steady_clock::duration Duration;
 
public:
    enum ErrorCode {
        eSuccess = 0,
        eTimeout = EAGAIN,
        eSizeError = EINVAL,
    };
 
    explicit RobustReqRep(const uint32_t max_len) :
        capacity_(max_len), state_(eStateInit), timestamp_(Duration(0)), size_(0) {}
 
    void PutReady() { state_.store(eStateReady); }
    bool Ready() const { return state_.load() == eStateReady; }
    uint32_t capacity() const { return capacity_; }
 
    int ClientRequest(const Msg &request, Msg &reply)
    {
        int r = ClientWriteRequest(request);
        if (r == eSuccess) {
            r = ClientReadReply(reply);
        }
        return r;
    }
    int ClientReadReply(Msg &reply);
    int ClientWriteRequest(const Msg &request);
    int ServerReadRequest(Msg &request);
    int ServerWriteReply(const Msg &reply);
 
private:
    RobustReqRep(const RobustReqRep &);
    RobustReqRep(RobustReqRep &&);
    RobustReqRep &operator=(const RobustReqRep &) = delete;
    RobustReqRep &operator=(RobustReqRep &&) = delete;
 
    enum {
        eStateInit = 0,
        eStateReady = 0x19833891,
        eClientWriteBegin,
        eClientWriteEnd,
        eServerReadBegin,
        eServerReadEnd,
        eServerWriteBegin,
        eServerWriteEnd,
        eClientReadBegin,
        eClientReadEnd = eStateReady,
    };
    bool StateCas(State exp, State val);
    void Write(const Msg &msg)
    {
        size_.store(msg.size());
        memcpy(buf, msg.data(), msg.size());
    }
    void Read(Msg &msg) { msg.assign(buf, size_.load()); }
 
    const uint32_t capacity_;
    std::atomic<State> state_;
    static_assert(sizeof(State) == sizeof(state_), "atomic should has no extra data.");
    std::atomic<Duration> timestamp_;
    std::atomic<int32_t> size_;
    char buf[4];
};
 
class PidLocker
{
public:
    typedef int locker_t;
    enum { eLockerBits = sizeof(locker_t) * 8 };
    static locker_t this_locker()
    {
        static locker_t val = getpid();
        return val;
    }
    static bool is_alive(locker_t locker) { return true; }
};
 
class RobustPidLocker
{
public:
    typedef int locker_t;
    enum { eLockerBits = sizeof(locker_t) * 8 };
    static locker_t this_locker()
    {
        static locker_t val = getpid();
        return val;
    }
    static bool is_alive(locker_t locker)
    {
        char buf[64] = {0};
        snprintf(buf, sizeof(buf) - 1, "/proc/%d/stat", locker);
        return access(buf, F_OK) == 0;
    }
};
 
class ExpiredLocker
{
public:
    typedef int64_t locker_t;
    enum { eLockerBits = 63 };
    static locker_t this_locker() { return Now(); }
    static bool is_alive(locker_t locker)
    {
        return Now() < locker + steady_clock::duration(10s).count();
    }
 
private:
    static locker_t Now() { return steady_clock::now().time_since_epoch().count(); }
};
 
template <class LockerT>
class CasMutex
{
    typedef typename LockerT::locker_t locker_t;
    static inline locker_t this_locker() { return LockerT::this_locker(); }
    static inline bool is_alive(locker_t locker) { return LockerT::is_alive(locker); }
    static const uint64_t kLockerMask = MaskBits(LockerT::eLockerBits);
    static_assert(LockerT::eLockerBits < 64, "locker size must be smaller than 64 bit!");
 
public:
    CasMutex() :
        meta_(0) {}
    int try_lock()
    {
        const auto t = steady_clock::now().time_since_epoch().count();
        auto old = meta_.load();
        int r = 0;
        if (!Locked(old)) {
            r = MetaCas(old, Meta(1, this_locker()));
        } else if (!is_alive(Locker(old))) {
            r = static_cast<int>(MetaCas(old, Meta(1, this_locker()))) << 1;
            if (r) {
                LOG_DEBUG() << "captured locker " << int64_t(Locker(old)) << " -> " << int64_t(this_locker()) << ", locker = " << r;
            }
        }
        return r;
    }
    int lock()
    {
        int r = 0;
        do {
            r = try_lock();
        } while (r == 0);
        return r;
    }
    void unlock()
    {
        auto old = meta_.load();
        if (Locked(old) && Locker(old) == this_locker()) {
            MetaCas(old, Meta(0, this_locker()));
        }
    }
 
private:
    std::atomic<uint64_t> meta_;
    bool Locked(uint64_t meta) { return (meta >> 63) == 1; }
    locker_t Locker(uint64_t meta) { return meta & kLockerMask; }
    uint64_t Meta(uint64_t lk, locker_t lid) { return (lk << 63) | lid; }
    bool MetaCas(uint64_t exp, uint64_t val) { return meta_.compare_exchange_strong(exp, val); }
};
 
typedef CasMutex<RobustPidLocker> Mutex;
 
template <class Lock>
class Guard
{
public:
    Guard(Lock &l) :
        l_(l) { l_.lock(); }
    ~Guard() { l_.unlock(); }
 
private:
    Guard(const Guard &);
    Guard(Guard &&);
    Lock &l_;
};
 
template <class D, class Alloc = std::allocator<D>>
class CircularBuffer
{
    typedef uint32_t size_type;
    typedef uint32_t count_type;
    typedef uint64_t meta_type;
    static size_type Pos(meta_type meta) { return meta & 0xFFFFFFFF; }
    static count_type Count(meta_type meta) { return meta >> 32; }
    static meta_type Meta(meta_type count, size_type pos) { return (count << 32) | pos; }
 
public:
    typedef D Data;
 
    CircularBuffer(const size_type cap) :
        CircularBuffer(cap, Alloc()) {}
    CircularBuffer(const size_type cap, Alloc const &al) :
        capacity_(cap + 1), mhead_(0), mtail_(0), al_(al), buf(al_.allocate(capacity_))
    {
        if (!buf) {
            throw("robust CircularBuffer allocate error: alloc buffer failed, out of mem!");
        } else {
            memset(&buf[0], 0, sizeof(D) * capacity_);
        }
    }
    ~CircularBuffer() { al_.deallocate(buf, capacity_); }
 
    bool push_back(const Data d)
    {
        Guard<Mutex> guard(mutex_);
        auto old = mtail();
        auto pos = Pos(old);
        auto full = ((capacity_ + pos + 1 - head()) % capacity_ == 0);
        if (!full) {
            buf[pos] = d;
            return mtail_.compare_exchange_strong(old, next(old));
        }
        return false;
    }
    bool pop_front(Data &d)
    {
        Guard<Mutex> guard(mutex_);
        auto old = mhead();
        auto pos = Pos(old);
        if (!(pos == tail())) {
            d = buf[pos];
            return mhead_.compare_exchange_strong(old, next(old));
        } else {
            return false;
        }
    }
 
private:
    CircularBuffer(const CircularBuffer &);
    CircularBuffer(CircularBuffer &&);
    CircularBuffer &operator=(const CircularBuffer &) = delete;
    CircularBuffer &operator=(CircularBuffer &&) = delete;
 
    meta_type next(meta_type meta) const { return Meta(Count(meta) + 1, (Pos(meta) + 1) % capacity_); }
    size_type head() const { return Pos(mhead()); }
    size_type tail() const { return Pos(mtail()); }
    meta_type mhead() const { return mhead_.load(); }
    meta_type mtail() const { return mtail_.load(); }
    // data
    const size_type capacity_;
    Mutex mutex_;
    std::atomic<meta_type> mhead_;
    std::atomic<meta_type> mtail_;
    Alloc al_;
    typename Alloc::pointer buf = nullptr;
};
 
template <unsigned PowerSize = 4, class Int = int64_t>
class AtomicQueue
{
public:
    typedef uint32_t size_type;
    typedef Int Data;
    typedef std::atomic<Data> AData;
    static_assert(sizeof(Data) == sizeof(AData));
    enum {
        power = PowerSize,
        capacity = (1 << power),
        mask = capacity - 1,
    };
 
    AtomicQueue() { memset(this, 0, sizeof(*this)); }
    size_type head() const { return head_.load(); }
    size_type tail() const { return tail_.load(); }
    bool like_empty() const { return head() == tail() && Empty(buf[head()]); }
    bool like_full() const { return head() == tail() && !Empty(buf[head()]); }
    bool push(const Data d, bool try_more = false)
    {
        bool r = false;
        size_type i = 0;
        do {
            auto pos = tail();
            if (tail_.compare_exchange_strong(pos, Next(pos))) {
                auto cur = buf[pos].load();
                r = Empty(cur) && buf[pos].compare_exchange_strong(cur, Enc(d));
            }
        } while (try_more && !r && ++i < capacity);
        return r;
    }
    bool pop(Data &d, bool try_more = false)
    {
        bool r = false;
        Data cur;
        size_type i = 0;
        do {
            auto pos = head();
            if (head_.compare_exchange_strong(pos, Next(pos))) {
                cur = buf[pos].load();
                r = !Empty(cur) && buf[pos].compare_exchange_strong(cur, 0);
            }
        } while (try_more && !r && ++i < capacity);
        if (r) { d = Dec(cur); }
        return r;
    }
 
private:
    static_assert(std::is_integral<Data>::value, "Data must be integral type!");
    static_assert(std::is_signed<Data>::value, "Data must be signed type!");
    static_assert(PowerSize < 10, "RobustQ63 max size is 2^10!");
 
    static inline bool Empty(const Data d) { return (d & 1) == 0; } // lowest bit 1 means data ok.
    static inline Data Enc(const Data d) { return (d << 1) | 1; }   // lowest bit 1 means data ok.
    static inline Data Dec(const Data d) { return d >> 1; }         // lowest bit 1 means data ok.
    static size_type Next(const size_type index) { return (index + 1) & mask; }
 
    std::atomic<size_type> head_;
    std::atomic<size_type> tail_;
    AData buf[capacity];
};
 
} // namespace robust
#endif // end of include guard: ROBUST_Q31RCWYU