0da8febd5a8c8ac8f72770bbb5785b10857810de
[openssl.git] / include / internal / quic_stream.h
1 /*
2 * Copyright 2022-2023 The OpenSSL Project Authors. All Rights Reserved.
3 *
4 * Licensed under the Apache License 2.0 (the "License").  You may not use
5 * this file except in compliance with the License.  You can obtain a copy
6 * in the file LICENSE in the source distribution or at
7 * https://www.openssl.org/source/license.html
8 */
9
10 #ifndef OSSL_INTERNAL_QUIC_STREAM_H
11 # define OSSL_INTERNAL_QUIC_STREAM_H
12 # pragma once
13
14 #include "internal/e_os.h"
15 #include "internal/time.h"
16 #include "internal/quic_types.h"
17 #include "internal/quic_wire.h"
18 #include "internal/quic_record_tx.h"
19 #include "internal/quic_record_rx.h"
20 #include "internal/quic_fc.h"
21 #include "internal/quic_statm.h"
22
23 # ifndef OPENSSL_NO_QUIC
24
25 /*
26  * QUIC Send Stream
27  * ================
28  *
29  * The QUIC Send Stream Manager (QUIC_SSTREAM) is responsible for:
30  *
31  *   - accepting octet strings of stream data;
32  *
33  *   - generating corresponding STREAM frames;
34  *
35  *   - receiving notifications of lost frames, in order to generate new STREAM
36  *     frames for the lost data;
37  *
38  *   - receiving notifications of acknowledged frames, in order to internally
39  *     reuse memory used to store acknowledged stream data;
40  *
41  *   - informing the caller of how much more stream data it can accept into
42  *     its internal buffers, so as to ensure that the amount of unacknowledged
43  *     data which can be written to a stream is not infinite and to allow the
44  *     caller to manifest backpressure conditions to the user.
45  *
46  * The QUIC_SSTREAM is instantiated once for every stream with a send component
47  * (i.e., for a unidirectional send stream or for the send component of a
48  * bidirectional stream).
49  *
50  * Note: The terms 'TX' and 'RX' are used when referring to frames, packets and
51  * datagrams. The terms 'send' and 'receive' are used when referring to the
52  * stream abstraction. Applications send; we transmit.
53  */
54 typedef struct quic_sstream_st QUIC_SSTREAM;
55
56 /*
57  * Instantiates a new QUIC_SSTREAM. init_buf_size specifies the initial size of
58  * the stream data buffer in bytes, which must be positive.
59  */
60 QUIC_SSTREAM *ossl_quic_sstream_new(size_t init_buf_size);
61
62 /*
63  * Frees a QUIC_SSTREAM and associated stream data storage.
64  *
65  * Any iovecs returned by ossl_quic_sstream_get_stream_frame cease to be valid after
66  * calling this function.
67  */
68 void ossl_quic_sstream_free(QUIC_SSTREAM *qss);
69
70 /*
71  * (For TX packetizer use.) Retrieves information about application stream data
72  * which is ready for transmission.
73  *
74  * *hdr is filled with the logical offset, maximum possible length of stream
75  * data which can be transmitted, and a pointer to the stream data to be
76  * transmitted. is_fin is set to 1 if hdr->offset + hdr->len is the final size
77  * of the stream and 0 otherwise. hdr->stream_id is not set; the caller must set
78  * it.
79  *
80  * The caller is not obligated to send all of the data. If the caller does not
81  * send all of the data, the caller must reduce hdr->len before serializing the
82  * header structure and must ensure that hdr->is_fin is cleared.
83  *
84  * hdr->has_explicit_len is always set. It is the caller's responsibility to
85  * clear this if it wants to use the optimization of omitting the length field,
86  * as only the caller can know when this optimization can be performed.
87  *
88  * *num_iov must be set to the size of the iov array at call time. When this
89  * function returns successfully, it is updated to the number of iov entries
90  * which have been written.
91  *
92  * The stream data may be split across up to two IOVs due to internal ring
93  * buffer organisation. The sum of the lengths of the IOVs and the value written
94  * to hdr->len will always match. If the caller decides to send less than
95  * hdr->len of stream data, it must adjust the IOVs accordingly. This may be
96  * done by updating hdr->len and then calling the utility function
97  * ossl_quic_sstream_adjust_iov().
98  *
99  * After committing one or more bytes returned by ossl_quic_sstream_get_stream_frame to a
100  * packet, call ossl_quic_sstream_mark_transmitted with the inclusive range of logical
101  * byte numbers of the transmitted bytes (i.e., hdr->offset, hdr->offset +
102  * hdr->len - 1). If you do not call ossl_quic_sstream_mark_transmitted, the next call to
103  * ossl_quic_sstream_get_stream_frame will return the same data (or potentially the same
104  * and more, if more data has been appended by the application).
105  *
106  * It is the caller's responsibility to clamp the length of data which this
107  * function indicates is available according to other concerns, such as
108  * stream-level flow control, connection-level flow control, or the applicable
109  * maximum datagram payload length (MDPL) for a packet under construction.
110  *
111  * The skip argument can usually be given as zero. If it is non-zero, this
112  * function outputs a range which would be output if it were called again after
113  * calling ossl_quic_sstream_mark_transmitted() with the returned range, repeated 'skip'
114  * times, and so on. This may be useful for callers which wish to enumerate
115  * available stream frames and batch their calls to ossl_quic_sstream_mark_transmitted at
116  * a later time.
117  *
118  * On success, this function will never write *num_iov with a value other than
119  * 0, 1 or 2. A *num_iov value of 0 can only occurs when hdr->is_fin is set (for
120  * example, when a stream is closed after all existing data has been sent, and
121  * without sending any more data); otherwise the function returns 0 as there is
122  * nothing useful to report.
123  *
124  * Returns 1 on success and 0 if there is no stream data available for
125  * transmission, or on other error (such as if the caller provides fewer
126  * than two IOVs.)
127  */
128 int ossl_quic_sstream_get_stream_frame(QUIC_SSTREAM *qss,
129                                        size_t skip,
130                                        OSSL_QUIC_FRAME_STREAM *hdr,
131                                        OSSL_QTX_IOVEC *iov,
132                                        size_t *num_iov);
133
134 /*
135  * Returns 1 if there is data pending transmission. Equivalent to calling
136  * ossl_quic_sstream_get_stream_frame and seeing if it succeeds.
137  */
138 int ossl_quic_sstream_has_pending(QUIC_SSTREAM *qss);
139
140 /*
141  * Returns the current size of the stream; i.e., the number of bytes which have
142  * been appended to the stream so far.
143  */
144 uint64_t ossl_quic_sstream_get_cur_size(QUIC_SSTREAM *qss);
145
146 /*
147  * (For TX packetizer use.) Marks a logical range of the send stream as having
148  * been transmitted.
149  *
150  * 0 denotes the first byte ever sent on the stream. The start and end values
151  * are both inclusive, therefore all calls to this function always mark at least
152  * one byte as being transmitted; if no bytes have been transmitted, do not call
153  * this function.
154  *
155  * If the STREAM frame sent had the FIN bit set, you must also call
156  * ossl_quic_sstream_mark_transmitted_fin() after calling this function.
157  *
158  * If you sent a zero-length STREAM frame with the FIN bit set, you need only
159  * call ossl_quic_sstream_mark_transmitted_fin() and must not call this function.
160  *
161  * Returns 1 on success and 0 on error (e.g. if end < start).
162  */
163 int ossl_quic_sstream_mark_transmitted(QUIC_SSTREAM *qss,
164                                        uint64_t start,
165                                        uint64_t end);
166
167 /*
168  * (For TX packetizer use.) Marks a STREAM frame with the FIN bit set as having
169  * been transmitted. final_size is the final size of the stream (i.e., the value
170  * offset + len of the transmitted STREAM frame).
171  *
172  * This function fails returning 0 if ossl_quic_sstream_fin() has not been called or if
173  * final_size is not correct. The final_size argument is not strictly needed by
174  * the QUIC_SSTREAM but is required as a sanity check.
175  */
176 int ossl_quic_sstream_mark_transmitted_fin(QUIC_SSTREAM *qss,
177                                            uint64_t final_size);
178
179 /*
180  * (RX/ACKM use.) Marks a logical range of the send stream as having been lost.
181  * The send stream will return the lost data for retransmission on a future call
182  * to ossl_quic_sstream_get_stream_frame. The start and end values denote logical byte
183  * numbers and are inclusive.
184  *
185  * If the lost frame had the FIN bit set, you must also call
186  * ossl_quic_sstream_mark_lost_fin() after calling this function.
187  *
188  * Returns 1 on success and 0 on error (e.g. if end < start).
189  */
190 int ossl_quic_sstream_mark_lost(QUIC_SSTREAM *qss,
191                                 uint64_t start,
192                                 uint64_t end);
193
194 /*
195  * (RX/ACKM use.) Informs the QUIC_SSTREAM that a STREAM frame with the FIN bit
196  * set was lost.
197  *
198  * Returns 1 on success and 0 on error.
199  */
200 int ossl_quic_sstream_mark_lost_fin(QUIC_SSTREAM *qss);
201
202 /*
203  * (RX/ACKM use.) Marks a logical range of the send stream as having been
204  * acknowledged, meaning that the storage for the data in that range of the
205  * stream can be now recycled and neither that logical range of the stream nor
206  * any subset of it can be retransmitted again. The start and end values are
207  * inclusive.
208  *
209  * If the acknowledged frame had the FIN bit set, you must also call
210  * ossl_quic_sstream_mark_acked_fin() after calling this function.
211  *
212  * Returns 1 on success and 0 on error (e.g. if end < start).
213  */
214 int ossl_quic_sstream_mark_acked(QUIC_SSTREAM *qss,
215                                  uint64_t start,
216                                  uint64_t end);
217
218 /*
219  * (RX/ACKM use.) Informs the QUIC_SSTREAM that a STREAM frame with the FIN bit
220  * set was acknowledged.
221  *
222  * Returns 1 on success and 0 on error.
223  */
224 int ossl_quic_sstream_mark_acked_fin(QUIC_SSTREAM *qss);
225
226 /*
227  * (Front end use.) Appends user data to the stream. The data is copied into the
228  * stream. The amount of data consumed from buf is written to *consumed on
229  * success (short writes are possible). The amount of data which can be written
230  * can be determined in advance by calling the ossl_quic_sstream_get_buffer_avail()
231  * function; data is copied into an internal ring buffer of finite size.
232  *
233  * If the buffer is full, this should be materialised as a backpressure
234  * condition by the front end. This is not considered a failure condition;
235  * *consumed is written as 0 and the function returns 1.
236  *
237  * Returns 1 on success or 0 on failure.
238  */
239 int ossl_quic_sstream_append(QUIC_SSTREAM *qss,
240                              const unsigned char *buf,
241                              size_t buf_len,
242                              size_t *consumed);
243
244 /*
245  * Marks a stream as finished. ossl_quic_sstream_append() may not be called anymore
246  * after calling this.
247  */
248 void ossl_quic_sstream_fin(QUIC_SSTREAM *qss);
249
250 /*
251  * If the stream has had ossl_quic_sstream_fin() called, returns 1 and writes
252  * the final size to *final_size. Otherwise, returns 0.
253  */
254 int ossl_quic_sstream_get_final_size(QUIC_SSTREAM *qss, uint64_t *final_size);
255
256 /*
257  * Returns 1 iff all bytes (and any FIN, if any) which have been appended to the
258  * QUIC_SSTREAM so far, and any FIN (if any), have been both sent and acked.
259  */
260 int ossl_quic_sstream_is_totally_acked(QUIC_SSTREAM *qss);
261
262 /*
263  * Resizes the internal ring buffer. All stream data is preserved safely.
264  *
265  * This can be used to expand or contract the ring buffer, but not to contract
266  * the ring buffer below the amount of stream data currently stored in it.
267  * Returns 1 on success and 0 on failure.
268  *
269  * IMPORTANT: Any buffers referenced by iovecs output by
270  * ossl_quic_sstream_get_stream_frame() cease to be valid after calling this function.
271  */
272 int ossl_quic_sstream_set_buffer_size(QUIC_SSTREAM *qss, size_t num_bytes);
273
274 /*
275  * Gets the internal ring buffer size in bytes.
276  */
277 size_t ossl_quic_sstream_get_buffer_size(QUIC_SSTREAM *qss);
278
279 /*
280  * Gets the number of bytes used in the internal ring buffer.
281  */
282 size_t ossl_quic_sstream_get_buffer_used(QUIC_SSTREAM *qss);
283
284 /*
285  * Gets the number of bytes free in the internal ring buffer.
286  */
287 size_t ossl_quic_sstream_get_buffer_avail(QUIC_SSTREAM *qss);
288
289 /*
290  * Utility function to ensure the length of an array of iovecs matches the
291  * length given as len. Trailing iovecs have their length values reduced or set
292  * to 0 as necessary.
293  */
294 void ossl_quic_sstream_adjust_iov(size_t len,
295                                   OSSL_QTX_IOVEC *iov,
296                                   size_t num_iov);
297
298 /*
299  * Sets flag to cleanse the buffered data when it is acked.
300  */
301 void ossl_quic_sstream_set_cleanse(QUIC_SSTREAM *qss, int cleanse);
302
303 /*
304  * QUIC Receive Stream Manager
305  * ===========================
306  *
307  * The QUIC Receive Stream Manager (QUIC_RSTREAM) is responsible for
308  * storing the received stream data frames until the application
309  * is able to read the data.
310  *
311  * The QUIC_RSTREAM is instantiated once for every stream that can receive data.
312  * (i.e., for a unidirectional receiving stream or for the receiving component
313  * of a bidirectional stream).
314  */
315 typedef struct quic_rstream_st QUIC_RSTREAM;
316
317 /*
318  * Create a new instance of QUIC_RSTREAM with pointers to the flow
319  * controller and statistics module. They can be NULL for unit testing.
320  * If they are non-NULL, the `rxfc` is called when receive stream data
321  * is read by application. `statm` is queried for current rtt.
322  * `rbuf_size` is the initial size of the ring buffer to be used
323  * when ossl_quic_rstream_move_to_rbuf() is called.
324  */
325 QUIC_RSTREAM *ossl_quic_rstream_new(QUIC_RXFC *rxfc,
326                                     OSSL_STATM *statm, size_t rbuf_size);
327
328 /*
329  * Frees a QUIC_RSTREAM and any associated storage.
330  */
331 void ossl_quic_rstream_free(QUIC_RSTREAM *qrs);
332
333 /*
334  * Adds received stream frame data to `qrs`. The `pkt_wrap` refcount is
335  * incremented if the `data` is queued directly without copying.
336  * It can be NULL for unit-testing purposes, i.e. if `data` is static or
337  * never released before calling ossl_quic_rstream_free().
338  * The `offset` is the absolute offset of the data in the stream.
339  * `data_len` can be 0 - can be useful for indicating `fin` for empty stream.
340  * Or to indicate `fin` without any further data added to the stream.
341  */
342
343 int ossl_quic_rstream_queue_data(QUIC_RSTREAM *qrs, OSSL_QRX_PKT *pkt,
344                                  uint64_t offset,
345                                  const unsigned char *data, uint64_t data_len,
346                                  int fin);
347
348 /*
349  * Copies the data from the stream storage to buffer `buf` of size `size`.
350  * `readbytes` is set to the number of bytes actually copied.
351  * `fin` is set to 1 if all the data from the stream were read so the
352  * stream is finished. It is set to 0 otherwise.
353  */
354 int ossl_quic_rstream_read(QUIC_RSTREAM *qrs, unsigned char *buf, size_t size,
355                            size_t *readbytes, int *fin);
356
357 /*
358  * Peeks at the data in the stream storage. It copies them to buffer `buf`
359  * of size `size` and sets `readbytes` to the number of bytes actually copied.
360  * `fin` is set to 1 if the copied data reach end of the stream.
361  * It is set to 0 otherwise.
362  */
363 int ossl_quic_rstream_peek(QUIC_RSTREAM *qrs, unsigned char *buf, size_t size,
364                            size_t *readbytes, int *fin);
365
366 /*
367  * Returns the size of the data available for reading. `fin` is set to 1 if
368  * after reading all the available data the stream will be finished,
369  * set to 0 otherwise.
370  */
371 int ossl_quic_rstream_available(QUIC_RSTREAM *qrs, size_t *avail, int *fin);
372
373 /*
374  * Sets *record to the beginning of the first readable stream data chunk and
375  * *reclen to the size of the chunk. *fin is set to 1 if the end of the
376  * chunk is the last of the stream data chunks.
377  * If there is no record available *record is set to NULL and *rec_len to 0;
378  * ossl_quic_rstream_release_record() should not be called in that case.
379  * Returns 1 on success (including calls if no record is available, or
380  * after end of the stream - in that case *fin will be set to 1 and
381  * *rec_len to 0), 0 on error.
382  * It is an error to call ossl_quic_rstream_get_record() multiple times
383  * without calling ossl_quic_rstream_release_record() in between.
384  */
385 int ossl_quic_rstream_get_record(QUIC_RSTREAM *qrs,
386                                  const unsigned char **record, size_t *rec_len,
387                                  int *fin);
388
389 /*
390  * Releases (possibly partially) the record returned by
391  * previous ossl_quic_rstream_get_record() call.
392  * read_len between previously returned *rec_len and SIZE_MAX indicates
393  * release of the whole record. Otherwise only part of the record is
394  * released. The remaining part of the record is unlocked, another
395  * call to ossl_quic_rstream_get_record() is needed to obtain further
396  * stream data.
397  * Returns 1 on success, 0 on error.
398  * It is an error to call ossl_quic_rstream_release_record() multiple
399  * times without calling ossl_quic_rstream_get_record() in between.
400  */
401 int ossl_quic_rstream_release_record(QUIC_RSTREAM *qrs, size_t read_len);
402
403 /*
404  * Moves received frame data from decrypted packets to ring buffer.
405  * This should be called when there are too many decrypted packets allocated.
406  * Returns 1 on success, 0 when it was not possible to release all
407  * referenced packets due to an insufficient size of the ring buffer.
408  * Exception is the packet from the record returned previously by
409  * ossl_quic_rstream_get_record() - that one will be always skipped.
410  */
411 int ossl_quic_rstream_move_to_rbuf(QUIC_RSTREAM *qrs);
412
413 /*
414  * Resizes the internal ring buffer to a new `rbuf_size` size.
415  * Returns 1 on success, 0 on error.
416  * Possible error conditions are an allocation failure, trying to resize
417  * the ring buffer when ossl_quic_rstream_get_record() was called and
418  * not yet released, or trying to resize the ring buffer to a smaller size
419  * than currently occupied.
420  */
421 int ossl_quic_rstream_resize_rbuf(QUIC_RSTREAM *qrs, size_t rbuf_size);
422
423 /*
424  * Sets flag to cleanse the buffered data when user reads it.
425  */
426 void ossl_quic_rstream_set_cleanse(QUIC_RSTREAM *qrs, int cleanse);
427 # endif
428
429 #endif