Documentation updates
[senf.git] / Scheduler / Scheduler.hh
index 421325d..3329426 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>
+// 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
 #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 <boost/integer.hpp>
-#include "ClockService.hh"
-#include "../Utils/Logger.hh"
+#include "../Utils/Logger/SenfLog.hh"
+#include "FdEvent.hh"
+#include "TimerEvent.hh"
+#include "SignalEvent.hh"
 
 //#include "scheduler.mpp"
 ///////////////////////////////hh.p////////////////////////////////////////
 
-/** \brief SENF Project namespace */
 namespace senf {
 
-    /** \brief Singleton class to manage the event loop
+/** \brief The Scheduler interface
 
-        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 API is comprised of two parts:
 
-        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.
+    \li Specific event classes, one for each type of event.
+    \li Some generic functions implemented in the \ref senf::scheduler namespace.
 
-        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).
+    Events are registered via the respective event class. The (global) functions are used to enter
+    the application main-loop or query for global information.
 
+    \autotoc
 
-        \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. 
+    \section sched_objects Event classes
 
-        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)
+    Every event registration is represented by a class instance of an event specific class:
 
+    \li senf::scheduler::FdEvent for file descriptor events
+    \li senf::scheduler::TimerEvent for single-shot deadline timer events
+    \li senf::scheduler::SignalEvent for UNIX signal events
 
-        \section sched_timers Registering timers
+    These instance are owned and managed by the user of the scheduler \e not by the scheduler so the
+    RAII concept can be used.
 
-        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
+    \code
+    class SomeServer
     {
-    public:
-
-        SENF_LOG_CLASS_AREA();
-
-        ///////////////////////////////////////////////////////////////////////////
-        // Types
-
-        /** \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 };
-
-        /** \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.
-        template <class Handle>
-        struct GenericCallback {
-            typedef boost::function<void (typename boost::call_traits<Handle>::param_type,
-                                          EventId) > Callback;
-        };
-         */
-
-        typedef boost::function<void (EventId)> FdCallback;
-
-        /** \brief Callback type for timer events */
-        typedef boost::function<void ()> SimpleCallback;
-
-        ///////////////////////////////////////////////////////////////////////////
-        ///\name Structors and default members
-        ///@{
-
-        // private default constructor
-        // no copy constructor
-        // no copy assignment
-        // 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 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
-        ///\{
-
-        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 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, FdCallback const & cb, int eventMask = EV_ALL);
-        void do_remove(int fd, int eventMask = EV_ALL);
+        SomeSocketHandle handle_;
+        senf::scheduler::FdEvent event_;
 
-        void registerSigHandlers();
-        static void sigHandler(int signal, ::siginfo_t * siginfo, void *);
-
-#       ifndef DOXYGEN
-
-        /** \brief Descriptor event specification
-            \internal */
-        struct EventSpec
-        {
-            FdCallback cb_read;
-            FdCallback cb_prio;
-            FdCallback cb_write;
-
-            EventSpec() : file(false) {}
-
-            int epollMask() const;
-
-            bool file;
-        };
-
-        /** \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::map<unsigned,TimerSpec> TimerMap; // sorted by id
-        typedef std::vector<unsigned> FdEraseList;
-
-#       ifndef DOXYGEN
+    public:
+        SomeServer(SomeSocketHandle handle)
+            : handle_ (handle), 
+              event_ ("SomeServer handler", senf::membind(&SomeServer::readData, this),
+                      handle, senf::scheduler::FdEvent::EV_READ)
+        {}
 
-        struct TimerSpecCompare
+        void readData(int events)
         {
-            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
+            // read data from handle_, check for eof and so on.
+        }
+    };
+    \endcode
+
+    The event is defined as a class member variable. When the event member is initialized in the
+    constructor, the event is automatically registered (except if the optional \a initiallyEnabled
+    flag argument is set to \c false). The Destructor will automatically remove the event from the
+    scheduler and ensure, that no dead code is called accidentally.
+
+    The process is the same for the other event types or when registering multiple events. For
+    detailed information on the constructor arguments and other features see the event class
+    documentation referenced below.
+
+
+    \section sched_handlers Specifying handlers
+
+    All handlers are specified 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
+    // Handle callback function
+    void callback(UDPv4ClientSocketHandle handle, senf::Scheduler::EventId event) {..}
+    // Pass 'handle' as additional first argument to callback()
+    senf::scheduler::FdEvent event ("name", boost::bind(&callback, handle, _1), 
+                                    handle, senf::scheduler::FdEvent::EV_READ);
+     // Timeout function
+    void timeout( int n) {..}
+    // Call timeout() handler with argument 'n'
+    senf::scheduler::TimerEvent timer ("name", boost::bind(&timeout, n),
+                                       senf::ClockService::now() + senf::ClockService::seconds(1));
+    \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:
+    Foo::Foo()
+        : handle_ (...),
+          readevent_ ("Foo read", senf::membind(&Foo::callback, this), 
+                      handle_, senf::scheduler::FdEvent::EV_READ)
+    { ... }
+    \endcode
+
+    The handler is identified by an arbitrary, user specified name. This name is used in error
+    messages to identify the failing handler.
+
+    \todo Fix the file support to use threads (?) fork (?) and a pipe so it works reliably even
+        over e.g. NFS.
+  */
+namespace scheduler {
+
+    /** \brief 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 if
+        \li a callback calls terminate()
+        \li the run queue becomes empty. 
+     */    
+    void process();                     
 
-        typedef std::priority_queue<TimerMap::iterator, std::vector<TimerMap::iterator>, 
-                                    TimerSpecCompare> TimerQueue; // sorted by time
+    /** \brief Called by callbacks to terminate the main loop
 
-        typedef std::vector<SimpleCallback> SigHandlers;
+        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. 
+     */
+    void terminate(); 
 
-        FdTable fdTable_;
-        FdEraseList fdErase_;
-        unsigned files_;
+    /** \brief Return date/time of last event
 
-        unsigned timerIdCounter_;
-        TimerQueue timerQueue_;
-        TimerMap timerMap_;
+        This is the timestamp, the last event has been signaled. This is the real time at which the
+        event is delivered \e not the time it should have been delivered (in the case of timers). 
+     */
+    ClockService::clock_type eventTime(); 
 
-        SigHandlers sigHandlers_;
-        ::sigset_t sigset_;
-        int sigpipe_[2];
+    /** \brief Set task watchdog timeout */
+    void taskTimeout(unsigned ms); 
 
-        int epollFd_;
-        bool terminate_;
-        ClockService::clock_type eventTime_;
-        ClockService::clock_type eventEarly_;
-        ClockService::clock_type eventAdjust_;
-    };
+    /** \brief Current task watchdog timeout */
+    unsigned taskTimeout(); 
 
-    /** \brief Default file descriptor accessor
+    /** \brief Number of watchdog events */
+    unsigned hangCount(); 
 
-        retrieve_filehandle() provides the Scheduler with support for explicit file descriptors as
-        file handle argument.
-
-        \relates Scheduler
+    /** \brief Restart scheduler
+        
+        This call will restart all scheduler dispatchers (timers, signals, file descriptors). This
+        is necessary after a fork().
+        \warning This call will \e remove all registered events from the scheduler
      */
-    int retrieve_filehandle(int fd);
+    void restart(); 
 
-    /** \brief Scheduler specific time source for Utils/Logger framework
+    /** \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.
+
+        \code
+        senf::log::timeSource<senf::scheduler::LogTimeSource>();
+        \endcode
+
+        Using this information reduces the number of necessary ClockService::now() calls and thus
+        the number of system calls.
      */
-    struct SchedulerLogTimeSource : public senf::log::TimeSource
+    struct LogTimeSource : public senf::log::TimeSource
     {
-        boost::posix_time::ptime operator()() const;
+        senf::log::time_type operator()() const;
     };
 
-}
+}}
 
 ///////////////////////////////hh.e////////////////////////////////////////
 #include "Scheduler.cci"
 //#include "Scheduler.ct"
-#include "Scheduler.cti"
+//#include "Scheduler.cti"
 #endif
 
 \f