senf/PPI/Connectors.hh

   1 // $Id$
   2 //
   3 // Copyright (C) 2007
   4 // Fraunhofer Institute for Open Communication Systems (FOKUS)
   5 // Competence Center NETwork research (NET), St. Augustin, GERMANY
   6 //     Stefan Bund <g0dil@berlios.de>
   7 //
   8 // This program is free software; you can redistribute it and/or modify
   9 // it under the terms of the GNU General Public License as published by
  10 // the Free Software Foundation; either version 2 of the License, or
  11 // (at your option) any later version.
  12 //
  13 // This program is distributed in the hope that it will be useful,
  14 // but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  15 // MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
  16 // GNU General Public License for more details.
  17 //
  18 // You should have received a copy of the GNU General Public License
  19 // along with this program; if not, write to the
  20 // Free Software Foundation, Inc.,
  21 // 59 Temple Place - Suite 330, Boston, MA  02111-1307, USA.
  22
  23 /** \file
  24     \brief Connectors public header */
  25
  26 #ifndef HH_SENF_PPI_Connectors_
  27 #define HH_SENF_PPI_Connectors_ 1
  28
  29 // Custom includes
  30 #include <deque>
  31 #include <boost/utility.hpp>
  32 #include <boost/scoped_ptr.hpp>
  33 #include <senf/Utils/safe_bool.hh>
  34 #include <senf/Utils/Exception.hh>
  35 #include <senf/Packets/Packets.hh>
  36 #include "predecl.hh"
  37 #include "detail/Callback.hh"
  38 #include "Queueing.hh"
  39 #include "ModuleManager.hh"
  40
  41 //#include "Connectors.mpp"
  42 ///////////////////////////////hh.p////////////////////////////////////////
  43
  44 namespace senf {
  45 namespace ppi {
  46 namespace connector {
  47
  48     /** \namespace senf::ppi::connector
  49         \brief Connector classes
  50
  51         A connector has three independent properties
  52         \li it may be \e active or \e passive
  53         \li it may be an \e input or an \e output
  54         \li it has an (optional) packet type
  55
  56         \e Active connectors are activated from within the module, \e passive connectors are
  57         signaled by the external framework. \e Input connectors receive packets, \e output
  58         connectors send packets.
  59
  60         All passive connectors call some onRequest callback whenever I/O needs to be performed. All
  61         input connectors possess a packet queue.
  62
  63         We therefore have 4 connector types each of which is parameterized by the type of packet
  64         traversing the connector:
  65         \li senf::ppi::connector::ActiveInput
  66         \li senf::ppi::connector::ActiveOutput
  67         \li senf::ppi::connector::PassiveInput
  68         \li senf::ppi::connector::PassiveOutput.
  69
  70         Connectors are declared as module data members and are then externally connected to other
  71         modules.
  72
  73         The connectors each take an optional template argument. If this argument is specified, it
  74         must be the type of packet expected or sent on this connector. If it is not specified,
  75         packets will be passed using the generic Packet handle.
  76
  77         \code
  78         class IpFilter : public senf::ppi::module::Module
  79         {
  80             SENF_PPI_MODULE(SomeModule);
  81
  82         public:
  83             senf::ppi::connector::ActiveInput<senf::EthernetPacket> input;
  84             senf::ppi::connector::PassiveOutput<senf::IpPacket> output;
  85
  86             IpFilter() {
  87                 route(input, output);
  88                 input.onRequest(&IpFilter::onRequest);
  89             }
  90
  91         private:
  92             void onRequest() {
  93                 // 'input()' will return a senf::EthernetPacket packet handle
  94                 try { output( input().find<senf::IpPacket>() ); }
  95                 catch (senf::InvalidPacketChainException & ex) { ; }
  96             }
  97         };
  98         \endcode
  99
 100
 101         \section ppi_jacks Jacks
 102
 103         A Jack is a packet type aware and possibly packet type converting reference to an arbitrary
 104         connector of the same type. Jacks are used in groups to indirectly declare the input's and
 105         output's
 106
 107         \code
 108         class MyGroup
 109         {
 110         private:
 111             senf::ppi::module::PassiveQueue queue;
 112             senf::ppi::module::RateAnalyzer analyzer;
 113
 114         public:
 115             senf::ppi::connector::ActiveInputJack<senf::EthernetPacket> input;
 116             senf::ppi::connector::ActiveOutputJack<senf::EthernetPacket> output;
 117
 118             MyGroup()
 119                 : queue (), analyzer (), input (queue.input), output (analyzer.output)
 120             {
 121                 senf::ppi::connect(queue, analyzer);
 122             }
 123         };
 124         \endcode
 125
 126         The jacks are initialized by passing an arbitrary compatible connector to the jack
 127         constructor. A connector is compatible, if
 128         \li It has the same input/output active/passive specification
 129         \li Either the Jack or the Connector are generic (senf::Packet) or Jack and Connector have
 130             the same packet type
 131
 132         Jacks can be used wherever connectors may be used. Jacks may be defined anywhere, not only
 133         in modules. It is however important to ensure that the lifetime of the jack does not exceed
 134         the lifetime of the referenced connector.
 135
 136         \see
 137             senf::ppi::module::Module \n
 138             senf::ppi::connect() \n
 139             \ref ppi_connectors
 140      */
 141
 142     /** \brief Incompatible connectors connected
 143
 144         This exception is thrown, when two incompatible connectors are connected. This happens if
 145         both connectors of a senf::ppi::connect() statement declare a packet type (the connector
 146         template argument) but they don't declare the same packet type.
 147
 148         You need to ensure, that both connectors use the same packet type.
 149
 150         \see senf::ppi::connect()
 151      */
 152     struct IncompatibleConnectorsException : public senf::Exception
 153     { IncompatibleConnectorsException() : senf::Exception("Incompatible connectors") {} };
 154
 155     /** \brief Connector base-class
 156
 157         This connector provides access to the generic connector facilities. This includes the
 158         connection management (access to the connected peer) and the containment management (access
 159         to the containing module)
 160      */
 161     class Connector
 162         : ModuleManager::Initializable, boost::noncopyable
 163     {
 164         SENF_LOG_CLASS_AREA();
 165         SENF_LOG_DEFAULT_LEVEL(senf::log::NOTICE);
 166     public:
 167         Connector & peer() const;       ///< Get peer connected to this connector
 168         module::Module & module() const; ///< Get this connectors containing module
 169
 170         bool connected() const;         ///< \c true, if connector connected, \c false otherwise
 171
 172         void disconnect();              ///< Disconnect connector from peer
 173
 174         enum TraceState { NO_TRACING, TRACE_IDS, TRACE_CONTENTS };
 175
 176         static void tracing(TraceState state);
 177         static TraceState tracing();
 178
 179     protected:
 180         Connector();
 181         virtual ~Connector();
 182
 183         void connect(Connector & target);
 184
 185         void trace(Packet const & p, char const * label);
 186         void throttleTrace(char const * label, char const * type);
 187
 188         void unregisterConnector();
 189
 190     private:
 191         virtual std::type_info const & packetTypeID();
 192
 193         virtual void v_disconnected() const;
 194
 195         void setModule(module::Module & module);
 196
 197         Connector * peer_;
 198         module::Module * module_;
 199
 200         static TraceState traceState_;
 201
 202         friend class module::Module;
 203     };
 204
 205     /** \brief Passive connector base-class
 206
 207         A passive connector is a connector which is activated externally whenever an I/O request
 208         occurs. Passive connectors are the origin of throttling notifications. Depending on the type
 209         of connector (output or input) the respective throttling is called forward or backward
 210         throttling.
 211
 212         Passive connectors always handle two throttling states:
 213
 214         - The \e native throttling state is set manually by the module. It is the throttling state
 215             originating in the current module
 216         - The \e forwarded throttling state is the state as it is received by throttling
 217             notifications
 218
 219         The accumulative throttling state is generated by combining all sub-states.
 220      */
 221     class PassiveConnector
 222         : public virtual Connector
 223     {
 224     public:
 225         ~PassiveConnector();
 226
 227         template <class Handler>
 228         void onRequest(Handler handler);///< Register I/O event handler
 229                                         /**< The registered handler will be called, whenever packets
 230                                              arrive or should be generated by the module depending
 231                                              on the connector type (input or output). The \a handler
 232                                              argument is either an arbitrary callable object or it
 233                                              is a pointer-to-member to a member of the class which
 234                                              holds this input. In the second case, the pointer will
 235                                              automatically be bound to the containing instance.
 236
 237                                              \param[in] handler Handler to call, whenever an I/O
 238                                                  operation is to be performed. */
 239
 240
 241         bool throttled() const;         ///< Get accumulative throttling state
 242         bool nativeThrottled() const;   ///< Get native throttling state
 243
 244         void throttle();                ///< Set native throttling
 245         void unthrottle();              ///< Revoke native throttling
 246
 247         ActiveConnector & peer() const;
 248
 249     protected:
 250         PassiveConnector();
 251
 252         void emit();
 253
 254     private:
 255         virtual void v_init();
 256
 257         // Called by the routing to change the throttling state from forwarding routes
 258         void notifyThrottle();          ///< Forward a throttle notification to this connector
 259         void notifyUnthrottle();        ///< Forward an unthrottle notification to this connector
 260
 261         // Internal members to emit throttling notifications to the connected peer
 262         void emitThrottle();
 263         void emitUnthrottle();
 264
 265         // Called after unthrottling the connector
 266         virtual void v_unthrottleEvent();
 267
 268         // called by ForwardingRoute to register a new route
 269         void registerRoute(ForwardingRoute & route);
 270         void unregisterRoute(ForwardingRoute & route);
 271
 272         typedef ppi::detail::Callback<>::type Callback;
 273         Callback callback_;
 274
 275         bool remoteThrottled_;
 276         bool nativeThrottled_;
 277
 278         typedef std::vector<ForwardingRoute*> Routes;
 279         Routes routes_;
 280
 281         friend class senf::ppi::ForwardingRoute;
 282     };
 283
 284     /** \brief Active connector base-class
 285
 286         An active connector is a connector which emits I/O requests. Active connectors receive
 287         throttling notifications. Depending on the type of connector (input or output) the
 288         respective throttling is called forward or backward throttling.
 289
 290         Active connectors do not handle any throttling state, they just receive the
 291         notifications. These notifications should then either be processed by the module or be
 292         forwarded to other connectors.
 293      */
 294     class ActiveConnector
 295         : public virtual Connector
 296     {
 297         typedef ppi::detail::Callback<>::type Callback;
 298     public:
 299         ~ActiveConnector();
 300
 301         template <class Handler>
 302         void onThrottle(Handler handler); ///< Register throttle notification handler
 303                                         /**< The handler register here will be called, whenever a
 304                                              throttle notification comes in. The \a handler argument
 305                                              is either an arbitrary callable object or it is a
 306                                              pointer-to-member to a member of the class which holds
 307                                              this input. In the second case, the pointer will
 308                                              automatically be bound to the containing instance.
 309
 310                                              \param[in] handler Handler to call on throttle
 311                                                  notifications. */
 312         void onThrottle();              ///< Clear throttle notification handler
 313
 314         template <class Handler>
 315         void onUnthrottle(Handler handler); ///< Register unthrottle notification handler
 316                                         /**< The handler register here will be called, whenever an
 317                                              unthrottle notification comes in. The \a handler
 318                                              argument is either an arbitrary callable object or it
 319                                              is a pointer-to-member to a member of the class which
 320                                              holds this input. In the second case, the pointer will
 321                                              automatically be bound to the containing instance.
 322
 323                                              \param[in] handler Handler to call on unthrottle
 324                                                  notifications. */
 325         void onUnthrottle();            ///< Clear unthrottle notification handler
 326
 327         bool throttled() const;         ///< \c true, if peer() is throttled
 328
 329         PassiveConnector & peer() const;
 330
 331     protected:
 332         ActiveConnector();
 333
 334     private:
 335         virtual void v_init();
 336
 337         // called by the peer() to forward throttling notifications
 338         void notifyThrottle();
 339         void notifyUnthrottle();
 340
 341         // called by ForwardingRoute to register a new route
 342         void registerRoute(ForwardingRoute & route);
 343         void unregisterRoute(ForwardingRoute & route);
 344
 345         Callback throttleCallback_;
 346         Callback unthrottleCallback_;
 347
 348         typedef std::vector<ForwardingRoute*> NotifyRoutes;
 349         NotifyRoutes notifyRoutes_;
 350
 351         bool throttled_;
 352
 353         friend class senf::ppi::ForwardingRoute;
 354         friend class PassiveConnector;
 355     };
 356
 357     /** \brief Input connector base-class
 358
 359         An input connector receives packets. It may be either an ActiveConnector or a
 360         PassiveConnector. An input connector contains a packet queue. This queue enables processing
 361         packets in batches or generating multiple output packets from a single input packet. The
 362         queues have the potential to greatly simplify the module implementations.
 363
 364         \implementation Which container to use?
 365             \li list has good insertion and deletion properties on both ends but it costs a dynamic
 366                 memory allocation for every insertion. A very good property is, that iterators stay
 367                 valid across insertions/deletions
 368             \li vector is fast and has good amortized dynamic allocation properties. However, it is
 369                 quite unusable as a queue
 370             \li deque has comparable dynamic allocation properties as vector but also has good
 371                 insertion/removal properties on both ends.
 372
 373             So probably we will use a deque. I'd like a container which keeps iterators intact on
 374             insertion/deletion but I believe that list is just to expensive since every packet will
 375             be added to the queue before it can be processed.
 376      */
 377     class InputConnector
 378         : public virtual Connector
 379     {
 380         typedef std::deque<Packet> Queue;
 381     public:
 382         typedef Queue::const_iterator queue_iterator; ///< Iterator type of the embedded queue
 383         typedef Queue::size_type size_type; ///< Unsigned type for counting queue elements
 384
 385
 386         Packet operator()();            ///< Get a packet
 387                                         /**< This member is the primary method to access received
 388                                              data. On passive connectors, this operator will just
 389                                              dequeue a packet from the packet queue. If the
 390                                              connector is active, the connector will request new
 391                                              packets from the connected module. If the packet
 392                                              request cannot be fulfilled an in-valid Packet is
 393                                              returned. */
 394
 395         Packet read();                  ///< Alias for operator()()
 396
 397         OutputConnector & peer() const;
 398
 399         queue_iterator begin() const;   ///< Access queue begin (head)
 400         queue_iterator end() const;     ///< Access queue past-the-end (tail)
 401         Packet peek() const;            ///< Return head element from the queue
 402
 403         size_type queueSize() const;    ///< Return number of elements in the queue
 404         bool empty() const;             ///< Return queueSize() == 0
 405
 406     protected:
 407         InputConnector();
 408
 409     private:
 410         void enqueue(Packet const & p);
 411
 412         virtual void v_requestEvent();
 413         virtual void v_enqueueEvent();
 414         virtual void v_dequeueEvent();
 415
 416         Queue queue_;
 417
 418         friend class OutputConnector;
 419     };
 420
 421     /** \brief Output connector base-class
 422
 423         An output connector sends out packets. It may be either an ActiveConnector or a
 424         PassiveConnector. An output connector does \e not have an built-in queueing, it relies on
 425         the queueing of the connected input.
 426      */
 427     class OutputConnector
 428         : public virtual Connector
 429     {
 430     public:
 431         void operator()(Packet const & p);      ///< Send out a packet
 432
 433         void write(Packet const & p);           ///< Alias for operator()(Packet p)
 434
 435         InputConnector & peer() const;
 436
 437     protected:
 438         OutputConnector();
 439     };
 440
 441     /** \brief Combination of PassiveConnector and InputConnector
 442
 443         The GenericPassiveInput automatically controls the connectors throttling state using a
 444         queueing discipline. The standard queueing discipline is ThresholdQueueing, which throttles
 445         the connection whenever the queue length reaches the high threshold and unthrottles the
 446         connection when the queue reaches the low threshold. The default queueing discipline is
 447         <tt>ThresholdQueueing(1,0)</tt> which will throttle the input whenever the queue is
 448         non-empty.
 449      */
 450     class GenericPassiveInput
 451         : public PassiveConnector, public InputConnector,
 452           public safe_bool<GenericPassiveInput>
 453     {
 454     public:
 455         GenericActiveOutput & peer() const;
 456
 457         bool boolean_test() const;      ///< \c true, if ! empty()
 458
 459         template <class QDisc>
 460         void qdisc(QDisc const & disc); ///< Change the queueing discipline
 461                                         /**< The queueing discipline is a class which provides the
 462                                              QueueingDiscipline interface.
 463
 464                                              \param[in] disc New queueing discipline */
 465         void qdisc(QueueingDiscipline::None_t);
 466                                         ///< Disable queueing discipline
 467
 468
 469     protected:
 470         GenericPassiveInput();
 471
 472     private:
 473         void v_enqueueEvent();
 474         void v_dequeueEvent();
 475         void v_unthrottleEvent();
 476
 477         boost::scoped_ptr<QueueingDiscipline> qdisc_;
 478     };
 479
 480     /** \brief Combination of PassiveConnector and OutputConnector
 481      */
 482     class GenericPassiveOutput
 483         : public PassiveConnector, public OutputConnector,
 484           public safe_bool<GenericPassiveOutput>
 485     {
 486     public:
 487         GenericActiveInput & peer() const;
 488
 489         bool boolean_test() const;      ///< Always \c true
 490
 491         void connect(GenericActiveInput & target); ///< Internal: Use senf::ppi::connect() instead
 492
 493         friend class GenericActiveInput;
 494
 495     protected:
 496         GenericPassiveOutput();
 497
 498     };
 499
 500     /** \brief Combination of ActiveConnector and InputConnector
 501      */
 502     class GenericActiveInput
 503         : public ActiveConnector, public InputConnector,
 504           public safe_bool<GenericActiveInput>
 505     {
 506     public:
 507         GenericPassiveOutput & peer() const;
 508
 509         bool boolean_test() const;      ///< \c true, if ! empty() or ! throttled()
 510
 511         void request();                 ///< request more packets without dequeuing any packet
 512
 513     protected:
 514         GenericActiveInput();
 515
 516     private:
 517         void v_requestEvent();
 518     };
 519
 520     /** \brief Combination of ActiveConnector and OutputConnector
 521      */
 522     class GenericActiveOutput
 523         : public ActiveConnector, public OutputConnector,
 524           public safe_bool<GenericActiveOutput>
 525     {
 526     public:
 527         GenericPassiveInput & peer() const;
 528
 529         bool boolean_test() const;      ///< \c true if peer() is ! throttled()
 530
 531         void connect(GenericPassiveInput & target); ///< Internal: Use senf::ppi::connect() instead
 532
 533     protected:
 534         GenericActiveOutput();
 535
 536     };
 537
 538 #ifndef DOXYGEN
 539
 540 #   define TypedConnector_Input read
 541 #   define TypedConnector_Output write
 542 #   define TypedConnector(pType, dir)                                                             \
 543         template <class PacketType>                                                               \
 544         class pType ## dir                                                                        \
 545             : public Generic ## pType ## dir,                                                     \
 546               private detail::Typed ## dir ## Mixin<pType ## dir <PacketType>, PacketType>        \
 547         {                                                                                         \
 548             typedef detail::Typed ## dir ## Mixin<pType ## dir <PacketType>, PacketType> mixin;   \
 549         public:                                                                                   \
 550             using mixin::operator();                                                              \
 551             using mixin::TypedConnector_ ## dir ;                                                 \
 552         private:                                                                                  \
 553             virtual std::type_info const & packetTypeID()                                         \
 554                 { return typeid(typename PacketType::type); }                                     \
 555             friend class detail::Typed ## dir ## Mixin<pType ## dir <PacketType>, PacketType>;    \
 556         };                                                                                        \
 557         template <>                                                                               \
 558         class pType ## dir <Packet> : public Generic ## pType ## dir                              \
 559         {}
 560
 561     TypedConnector( Passive, Input  );
 562     TypedConnector( Passive, Output );
 563     TypedConnector( Active,  Input  );
 564     TypedConnector( Active,  Output );
 565
 566 #   undef TypedConnector
 567 #   undef TypedConnector_Input
 568 #   undef TypedConnector_Output
 569
 570 #else
 571
 572     /** \brief Connector actively reading packets
 573
 574         \tparam PacketType Type of packet to read. Defaults to senf::Packet
 575
 576         The %ActiveInput %connector template reads data actively from a connected %module. This
 577         class is completely implemented via it's base-class, GenericActiveInput, the only
 578         difference is that read packets are returned as \a PacketType instead of generic
 579         senf::Packet references.
 580
 581         \see GenericActiveInput \n
 582             senf::ppi::connector
 583      */
 584     template <class PacketType=Packet>
 585     class ActiveInput : public GenericActiveInput
 586     {
 587     public:
 588         PacketType operator()();        ///< Read packet
 589                                         /**< \throws std::bad_cast if the %connector receives a
 590                                              Packet which is not of type \a PacketType.
 591                                              \returns newly read packet reference. */
 592         PacketType read();              ///< Alias for operator()
 593     };
 594
 595     /** \brief Connector passively receiving packets
 596
 597         \tparam PacketType Type of packet to read. Defaults to senf::Packet
 598
 599         The %PassiveInput %connector template receives packets sent to it from a connected
 600         %module. This class is completely implemented via it's base-class, GenericPassiveInput,
 601         the only difference is that read packets are returned as \a PacketType instead of generic
 602         senf::Packet references.
 603
 604         \see GenericPassiveInput \n
 605             senf::ppi::connector
 606      */
 607     template <class PacketType=Packet>
 608     class PassiveInput : public GenericPassiveInput
 609     {
 610     public:
 611         PacketType operator()();        ///< Read packet
 612                                         /**< \throws std::bad_cast if the %connector receives a
 613                                              Packet which is not of type \a PacketType.
 614                                              \returns newly read packet reference. */
 615         PacketType read();              ///< Alias for operator()
 616     };
 617
 618     /** \brief Connector actively sending packets
 619
 620         \tparam PacketType Type of packet to send. Defaults to senf::Packet
 621
 622         The %ActiveOutput %connector template sends data actively to a connected %module. This
 623         class is completely implemented via it's base-class, GenericActiveOutput, the only
 624         difference is that it only sends packets of type \a PacketType.
 625
 626         \see GenericActiveOutput \n
 627             senf::ppi::connector
 628      */
 629     template <class PacketType=Packet>
 630     class ActiveOutput : public GenericActiveOutput
 631     {
 632     public:
 633         operator()(PacketType packet);  ///< Send out a packet
 634         void write(PacketType packet);  ///< Alias for operator()
 635     };
 636
 637     /** \brief Connector passively providing packets
 638
 639         \tparam PacketType Type of packet to send. Defaults to senf::Packet
 640
 641         The %PassiveOutput %connector template provides data passively to a connected %module
 642         whenever signaled. This class is completely implemented via it's base-class,
 643         GenericPassiveOutput, the only difference is that it only sends packets of type
 644         \a PacketType.
 645
 646         \see GenericPassiveOutput \n
 647             senf::ppi::connector
 648      */
 649     template <class PacketType=Packet>
 650     class PassiveOutput : public GenericPassiveOutput
 651     {
 652     public:
 653         operator()(PacketType packet);  ///< Send out a packet
 654         void write(PacketType packet);  ///< Alias for operator()
 655     };
 656
 657 #endif
 658
 659 }}}
 660
 661 ///////////////////////////////hh.e////////////////////////////////////////
 662 #include "Connectors.cci"
 663 #include "Connectors.ct"
 664 #include "Connectors.cti"
 665 #endif
 666
 667 \f
 668 // Local Variables:
 669 // mode: c++
 670 // fill-column: 100
 671 // c-file-style: "senf"
 672 // indent-tabs-mode: nil
 673 // ispell-local-dictionary: "american"
 674 // compile-command: "scons -u test"
 675 // comment-column: 40
 676 // End: