removed some useless spaces; not very important, I know :)
[senf.git] / Scheduler / Scheduler.hh
index a54bed8..0f16fce 100644 (file)
@@ -1,9 +1,9 @@
 // $Id$
 //
-// Copyright (C) 2006 
-// Fraunhofer Institut fuer offene Kommunikationssysteme (FOKUS)
-// Kompetenzzentrum fuer Satelitenkommunikation (SatCom)
-//     Stefan Bund <stefan.bund@fokus.fraunhofer.de>
+// Copyright (C) 2006
+// Fraunhofer Institute for Open Communication Systems (FOKUS)
+// Competence Center NETwork research (NET), St. Augustin, GERMANY
+//     Stefan Bund <g0dil@berlios.de>
 //
 // This program is free software; you can redistribute it and/or modify
 // it under the terms of the GNU General Public License as published by
 // Free Software Foundation, Inc.,
 // 59 Temple Place - Suite 330, Boston, MA  02111-1307, USA.
 
-// TODO: Fix EventId parameter (probably to int) to allow |-ing without casting ...
-
-
-/** \mainpage The SENF Scheduler library
-
+/** \file
+    \brief Scheduler public header
  */
 
 #ifndef HH_Scheduler_
 #define HH_Scheduler_ 1
 
 // Custom includes
+#include <signal.h>
+#include <setjmp.h>
 #include <map>
 #include <queue>
 #include <boost/function.hpp>
 #include <boost/utility.hpp>
 #include <boost/call_traits.hpp>
-
-#include "Utils/MicroTime.hh"
+#include <boost/integer.hpp>
+#include "ClockService.hh"
+#include "../Utils/Logger/SenfLog.hh"
 
 //#include "scheduler.mpp"
 ///////////////////////////////hh.p////////////////////////////////////////
@@ -47,30 +47,150 @@ namespace senf {
 
     /** \brief Singleton class to manage the event loop
 
-        This class manages a single select() type event loop. A
-        customer of this class may register any number of file
-        descriptiors with this class and pass callback functions to be
-        called on input, output or error. This functions are specified
-        using boost::function objects
+        The Scheduler singleton manages the central event loop. It manages and dispatches all types
+        of events managed by the scheduler library:
+        \li File descriptor notifications
+        \li Timeouts
+        \li UNIX Signals
+
+        The scheduler is entered by calling it's process() member. This call will continue to run as
+        long as there is something to do, or until one of the handlers calls terminate(). The
+        Scheduler has 'something to do' as long as there is any file descriptor or timeout active.
+
+        The Scheduler only provides low level primitive scheduling capability. Additional helpers
+        are defined on top of this functionality (e.g. ReadHelper or WriteHelper or the interval
+        timers of the PPI).
+
+
+        \section sched_handlers Specifying handlers
+
+        All handlers are passed as generic <a
+        href="http://www.boost.org/doc/html/function.html">Boost.Function</a> objects. This allows
+        to pass any callable as a handler. Depending on the type of handler, some additional
+        arguments may be passed to the handler by the scheduler. 
+
+        If you need to pass additional information to your handler, use <a
+        href="http://www.boost.org/libs/bind/bind.html">Boost.Bind</a>:
+        \code
+        // Pass 'handle' as additional first argument to callback()
+        Scheduler::instance().add(handle, boost::bind(&callback, handle, _1))
+        // Call timeout() handler with argument 'n'
+        Scheduler::instance().timeout(boost::bind(&timeout, n))
+        \endcode
+
+        To use member-functions as callbacks, use either <a
+        href="http://www.boost.org/libs/bind/bind.html">Boost.Bind</a> or senf::membind()
+        \code
+        // e.g. in Foo::Foo() constructor:
+        Scheduler::instance().add(handle_, senf::membind(&Foo::callback, this))
+        \endcode
+        
+
+        \section sched_fd Registering file descriptors
+        
+        File descriptors are managed using add() or remove()
+        \code
+        Scheduler::instance().add(handle, &callback);
+        Scheduler::instance().remove(handle);
+        \endcode 
+
+        The callback will be called with one additional argument. This argument is the event mask of
+        type EventId. This mask will tell, which of the registered events are signaled. The
+        additional flags EV_HUP or EV_ERR (on hangup or error condition) may be set additionally.
+
+        Only a single handler may be registered for any combination of file descriptor and event
+        (registering multiple callbacks for a single fd and event does not make sense).
+
+        The scheduler will accept any object as \a handle argument as long as retrieve_filehandle()
+        may be called on that object
+        \code
+        int fd = retrieve_filehandle(handle);
+        \endcode 
+        to fetch the file handle given some abstract handle type. retrieve_filehandle() will be
+        found using ADL depending on the argument namespace. A default implementation is provided
+        for \c int arguments (file descriptors)
+
+
+        \section sched_timers Registering timers
+
+        The Scheduler has very simple timer support. There is only one type of timer: A single-shot
+        deadline timer. More complex timers are built based on this. Timers are managed using
+        timeout() and cancelTimeout()
+        \code
+        int id = Scheduler::instance().timeout(Scheduler::instance().eventTime() + ClockService::milliseconds(100),
+                                               &callback);
+        Scheduler::instance().cancelTimeout(id);
+        \endcode 
+        Timing is based on the ClockService, which provides a high resolution and strictly
+        monotonous time source. Registering a timeout will fire the callback when the target time is
+        reached. The timer may be canceled by passing the returned \a id to cancelTimeout().
+
+        There are two parameters which adjust the exact: \a timeoutEarly and \a timeoutAdjust. \a
+        timeoutEarly is the time, a callback may be called before the deadline time is
+        reached. Setting this value below the scheduling granularity of the kernel will have the
+        scheduler go into a <em>busy wait</em> (that is, an endless loop consuming 100% of CPU
+        recources) until the deadline time is reached! This is seldom desired. The default setting
+        of 11ms is adequate in most cases (it's slightly above the lowest linux scheduling
+        granularity). 
+
+        The other timeout scheduling parameter is \a timeoutAdjust. This value will be added to the
+        timeout value before calculating the next delay value thereby compensating for \a
+        timeoutEarly. By default, this value is set to 0 but may be changed if needed.
+
+
+        \section sched_signals Registering POSIX/UNIX signals
+
+        The Scheduler also incorporates standard POSIX/UNIX signals. Signals registered with the
+        scheduler will be handled \e synchronously within the event loop.
+        \code
+        Scheduler::instance().registerSignal(SIGUSR1, &callback);
+        Scheduler::instance().unregisterSignal(SIGUSR1);
+        \endcode
+        When registering a signal with the scheduler, that signal will automatically be blocked so
+        it can be handled within the scheduler. 
+
+        A registered signal does \e not count as 'something to do'. It is therefore not possible to
+        wait for signals \e only.
+
+        \todo Fix EventId parameter (probably to int) to allow |-ing without casting ...
+        
+        \todo Fix the file support to use threads (?) fork (?) and a pipe so it works reliably even
+            over e.g. NFS.
       */
     class Scheduler
         : boost::noncopyable
     {
     public:
+
+        SENF_LOG_CLASS_AREA();
+
         ///////////////////////////////////////////////////////////////////////////
         // Types
 
-        enum EventId { EV_NONE=0, 
-                       EV_READ=1, EV_PRIO=2, EV_WRITE=4, EV_HUP=8, EV_ERR=16, 
-                       EV_ALL=31 };
+        /** \brief Types of file descriptor events */
+        enum EventId { EV_NONE=0,
+                       EV_READ=1, EV_PRIO=2, EV_WRITE=4, 
+                       EV_ALL=7,
+                       EV_HUP=8, EV_ERR=16 };
 
-        template <class Handle>
-        struct GenericCallback {
-            typedef boost::function<void (typename boost::call_traits<Handle>::param_type,
-                                          EventId) > Callback;
-        };
-       typedef boost::function<void (EventId)> SimpleCallback;
-       typedef boost::function<void ()> TimerCallback;
+        /** \brief Template typedef for Callback type
+
+            This is a template typedef (which does not exist in C++) that is, a template class whose
+            sole member is a typedef symbol defining the callback type given the handle type.
+
+            The Callback is any callable object taking a \c Handle and an \c EventId as argument.
+            \code
+            template <class Handle>
+            struct GenericCallback {
+                typedef boost::function<void (typename boost::call_traits<Handle>::param_type,
+                                              EventId) > Callback;
+            };
+            \endcode
+         */
+        typedef boost::function<void (EventId)> FdCallback;
+
+        /** \brief Callback type for timer events */
+        typedef boost::function<void ()> SimpleCallback;
 
         ///////////////////////////////////////////////////////////////////////////
         ///\name Structors and default members
@@ -82,76 +202,231 @@ namespace senf {
         // default destructor
         // no conversion constructors
 
+        /** \brief Return Scheduler instance
+
+            This static member is used to access the singleton instance. This member is save to
+            return a correctly initialized Scheduler instance even if called at global construction
+            time
+
+            \implementation This static member just defines the Scheduler as a static method
+                variable. The C++ standard then provides above guarantee. The instance will be
+                initialized the first time, the code flow passes the variable declaration found in
+                the instance() body.
+         */
         static Scheduler & instance();
 
         ///@}
         ///////////////////////////////////////////////////////////////////////////
 
+        ///\name File Descriptors
+        ///\{
+
+        template <class Handle>
+        void add(Handle const & handle, FdCallback const & cb,
+                 int eventMask = EV_ALL); ///< Add file handle event callback
+                                        /**< add() will add a callback to the Scheduler. The
+                                             callback will be called for the given type of event on
+                                             the given  arbitrary file-descriptor or
+                                             handle-like object. If there already is a Callback
+                                             registered for one of the events requested, the new
+                                             handler will replace the old one.
+                                             \param[in] handle file descriptor or handle providing
+                                                 the Handle interface defined above.
+                                             \param[in] cb callback
+                                             \param[in] eventMask arbitrary combination via '|'
+                                                 operator of EventId designators. */
         template <class Handle>
-        void add(Handle const & handle, 
-                 typename GenericCallback<Handle>::Callback const & cb,
-                 int eventMask = EV_ALL); 
-       template <class Handle>
-        void remove(Handle const & handle, int eventMask = EV_ALL);
+        void remove(Handle const & handle, int eventMask = EV_ALL); ///< Remove event callback
+                                        /**< remove() will remove any callback registered for any of
+                                             the given events on the given file descriptor or handle
+                                             like object.
+                                             \param[in] handle file descriptor or handle providing
+                                                 the Handle interface defined above.
+                                             \param[in] eventMask arbitrary combination via '|'
+                                                 operator of EventId designators. */
+
+        ///\}
+
+        ///\name Timeouts
+        ///\{
 
-       void timeout(unsigned long timeout, TimerCallback const & cb);
+        unsigned timeout(ClockService::clock_type timeout, SimpleCallback const & cb); 
+                                        ///< Add timeout event
+                                        /**< \param[in] timeout timeout in nanoseconds
+                                             \param[in] cb callback to call after \a timeout
+                                                 milliseconds */
 
-        void process();
-        void terminate();
+        void cancelTimeout(unsigned id); ///< Cancel timeout \a id
+
+        ClockService::clock_type timeoutEarly() const;
+                                        ///< Fetch the \a timeoutEarly parameter
+        void timeoutEarly(ClockService::clock_type v);
+                                        ///< Set the \a timeoutEarly parameter
+
+        ClockService::clock_type timeoutAdjust() const;\
+                                        ///< Fetch the \a timeoutAdjust parameter
+        void timeoutAdjust(ClockService::clock_type v);
+                                        ///< Set the \a timeoutAdjust parameter
+
+        ///\}
+
+        ///\name Signal handlers
+        ///\{
+        
+        void registerSignal(unsigned signal, SimpleCallback const & cb);
+                                        ///< Add signal handler
+                                        /**< \param[in] signal signal number to register handler for
+                                             \param[in] cb callback to call whenever \a signal is
+                                                 delivered. */
+
+        void unregisterSignal(unsigned signal);
+                                        ///< Remove signal handler for \a signal
+
+        /// The signal number passed to registerSignal or unregisterSignal is invalid
+        struct InvalidSignalNumberException : public std::exception
+        { virtual char const * what() const throw() 
+                { return "senf::Scheduler::InvalidSignalNumberException"; } };
+
+
+        ///\}
+
+        void process();                 ///< Event handler main loop
+                                        /**< This member must be called at some time to enter the
+                                             event handler main loop. Only while this function is
+                                             running any events are handled. The call will return
+                                             only, if any callback calls terminate(). */
+
+        void terminate();               ///< Called by callbacks to terminate the main loop
+                                        /**< This member may be called by any callback to tell the
+                                             main loop to terminate. The main loop will return to
+                                             it's caller after the currently running callback
+                                             returns. */
+        
+        ClockService::clock_type eventTime() const; ///< Return date/time of last event
 
     protected:
 
     private:
         Scheduler();
-       
-        void do_add(int fd, SimpleCallback const & cb, int eventMask = EV_ALL);
+
+        void do_add(int fd, FdCallback const & cb, int eventMask = EV_ALL);
         void do_remove(int fd, int eventMask = EV_ALL);
 
-       struct EventSpec 
+        void registerSigHandlers();
+        static void sigHandler(int signal, ::siginfo_t * siginfo, void *);
+
+#       ifndef DOXYGEN
+
+        /** \brief Descriptor event specification
+            \internal */
+        struct EventSpec
         {
-            SimpleCallback cb_read;
-            SimpleCallback cb_prio;
-            SimpleCallback cb_write;
-            SimpleCallback cb_hup;
-            SimpleCallback cb_err;
+            FdCallback cb_read;
+            FdCallback cb_prio;
+            FdCallback cb_write;
+
+            EventSpec() : file(false) {}
 
             int epollMask() const;
+
+            bool file;
         };
-       
-       struct TimerSpec
-       {
-           TimerSpec() : timeout(), cb() {}
-            TimerSpec(unsigned long long timeout_, TimerCallback cb_)
-                : timeout(timeout_), cb(cb_) {}
-
-           bool operator< (TimerSpec const & other) const
-               { return timeout > other.timeout; }
-           
-           unsigned long long timeout;
-           TimerCallback cb;
-       };
-        
+
+        /** \brief Timer event specification
+            \internal */
+        struct TimerSpec
+        {
+            TimerSpec() : timeout(), cb() {}
+            TimerSpec(ClockService::clock_type timeout_, SimpleCallback cb_, unsigned id_)
+                : timeout(timeout_), cb(cb_), id(id_), canceled(false) {}
+
+            bool operator< (TimerSpec const & other) const
+                { return timeout > other.timeout; }
+
+            ClockService::clock_type timeout;
+            SimpleCallback cb;
+            unsigned id;
+            bool canceled;
+        };
+
+#       endif 
+
         typedef std::map<int,EventSpec> FdTable;
-       typedef std::priority_queue<TimerSpec> TimerQueue;
+        typedef std::map<unsigned,TimerSpec> TimerMap; // sorted by id
+        typedef std::vector<unsigned> FdEraseList;
+
+#       ifndef DOXYGEN
+
+        struct TimerSpecCompare
+        {
+            typedef TimerMap::iterator first_argument_type;
+            typedef TimerMap::iterator second_argument_type;
+            typedef bool result_type;
+            
+            result_type operator()(first_argument_type a, second_argument_type b);
+        };
+
+#       endif
+
+        typedef std::priority_queue<TimerMap::iterator, std::vector<TimerMap::iterator>, 
+                                    TimerSpecCompare> TimerQueue; // sorted by time
+
+        typedef std::vector<SimpleCallback> SigHandlers;
 
         FdTable fdTable_;
-       TimerQueue timerQueue_;
+        FdEraseList fdErase_;
+        unsigned files_;
+
+        unsigned timerIdCounter_;
+        TimerQueue timerQueue_;
+        TimerMap timerMap_;
+
+        SigHandlers sigHandlers_;
+        ::sigset_t sigset_;
+        int sigpipe_[2];
+
         int epollFd_;
         bool terminate_;
+        ClockService::clock_type eventTime_;
+        ClockService::clock_type eventEarly_;
+        ClockService::clock_type eventAdjust_;
     };
 
+    /** \brief Default file descriptor accessor
+
+        retrieve_filehandle() provides the Scheduler with support for explicit file descriptors as
+        file handle argument.
+
+        \relates Scheduler
+     */
     int retrieve_filehandle(int fd);
 
+    /** \brief Scheduler specific time source for Utils/Logger framework
+
+        This time source may be used to provide timing information for log messages within the
+        Utils/Logger framework. This time source will use Scheduler::eventTime() to provide timing
+        information.
+     */
+    struct SchedulerLogTimeSource : public senf::log::TimeSource
+    {
+        boost::posix_time::ptime operator()() const;
+    };
+
 }
 
 ///////////////////////////////hh.e////////////////////////////////////////
 #include "Scheduler.cci"
-#include "Scheduler.ct"
+//#include "Scheduler.ct"
 #include "Scheduler.cti"
 #endif
 
 \f
 // Local Variables:
 // mode: c++
+// fill-column: 100
 // c-file-style: "senf"
+// indent-tabs-mode: nil
+// ispell-local-dictionary: "american"
+// compile-command: "scons -u test"
+// comment-column: 40
 // End: