Upstream version 10.39.225.0
[platform/framework/web/crosswalk.git] / src / chrome / browser / net / network_stats.h
1 // Copyright 2012 The Chromium Authors. All rights reserved.
2 // Use of this source code is governed by a BSD-style license that can be
3 // found in the LICENSE file.
4
5 #ifndef CHROME_BROWSER_NET_NETWORK_STATS_H_
6 #define CHROME_BROWSER_NET_NETWORK_STATS_H_
7
8 #include <bitset>
9 #include <string>
10 #include <vector>
11
12 #include "base/memory/scoped_ptr.h"
13 #include "base/metrics/histogram.h"
14 #include "base/time/time.h"
15 #include "chrome/browser/io_thread.h"
16 #include "chrome/browser/net/probe_message.h"
17 #include "net/base/address_list.h"
18 #include "net/base/completion_callback.h"
19 #include "net/base/host_port_pair.h"
20 #include "net/base/io_buffer.h"
21 #include "net/proxy/proxy_info.h"
22
23 namespace net {
24 class ClientSocketFactory;
25 class DatagramClientSocket;
26 class HostResolver;
27 class SingleRequestHostResolver;
28 }
29
30 namespace chrome_browser_net {
31
32 // This class is used for live experiment of network connectivity (for UDP)
33 // metrics. A small percentage of users participate in this experiment. All
34 // users (who are in the experiment) must have enabled "UMA upload".
35 // In the experiments, clients request the server to send some probing packets,
36 // collect some stats, and send back the results via UMA reports.
37 //
38 // This class collects the following stats from users who have opted in.
39 // a) RTT.
40 // b) packet inter-arrival time.
41 // c) packet losses for correlation and FEC experiments.
42 // d) packet losses for NAT binding test after idling for a certain period.
43 //
44 // There are three tests in one experiment. Right before each test, a
45 // HelloRequest is sent to get an updated token.
46 // 1. |START_PACKET_TEST|: 21 packets are sent from the server to the client
47 //    without pacing.
48 // 2. |PACED_PACKET_TEST| or |NON_PACED_PACKET_TEST|: After the first test,
49 //    21 packets are sent from the server to the client with or without pacing.
50 //    If pacing, the pacing rate is computed from the first test.
51 // 3. |NAT_BIND_TEST|: 2 packets are sent from the server to the client with
52 //    a randomly generated delay of 1~300 seconds.
53 // At the end of these tests, we send another HelloRequest to test whether
54 // the network is still connected and has not changed (e.g. from Wifi to 3g).
55
56 class NetworkStats {
57  public:
58   enum Status {            // Used in UMA_HISTOGRAM_ENUMERATION.
59     SUCCESS,               // Successfully received bytes from the server.
60     SOCKET_CREATE_FAILED,  // Socket creation failed.
61     RESOLVE_FAILED,        // Host resolution failed.
62     CONNECT_FAILED,        // Connection to the server failed.
63     WRITE_FAILED,          // Sending a message to the server failed.
64     READ_TIMED_OUT,        // Reading the reply from the server timed out.
65     READ_FAILED,           // Reading the reply from the server failed.
66     STATUS_MAX,            // Bounding value.
67   };
68
69   enum ReadState {         // Used to track if |socket_| has a pending read.
70     READ_STATE_IDLE,
71     READ_STATE_READ_PENDING,
72   };
73
74   enum WriteState {        // Used to track if |socket_| has a pending write.
75     WRITE_STATE_IDLE,
76     WRITE_STATE_WRITE_PENDING,
77   };
78
79   // |TestType| specifies the possible tests we may run
80   // (except for the first and the last serving as boundaries).
81   enum TestType {
82     // The first one is for requesting token, not a probe test. Put it here
83     // because we use it as a symbol for sending the HelloRequest packet to
84     // acquire the token.
85     TOKEN_REQUEST,
86     START_PACKET_TEST,      // First packet loss test (no pacing).
87     NON_PACED_PACKET_TEST,  // Packet loss test with no pacing.
88     PACED_PACKET_TEST,      // Packet loss test with pacing.
89     // Test whether NAT binding expires after some idle period.
90     NAT_BIND_TEST,
91     PACKET_SIZE_TEST,
92     TEST_TYPE_MAX,
93   };
94
95   // Pointer |socket_factory| is NOT deleted by this class.
96   explicit NetworkStats(net::ClientSocketFactory* socket_factory);
97   // NetworkStats is deleted in TestPhaseComplete() when all tests are done.
98   ~NetworkStats();
99
100   // Start the client and connect to |server|.
101   // A client will request a token and then perform several tests.
102   // When the client finishes all tests, or when an error occurs causing the
103   // client to stop, |TestPhaseComplete| will be called with a net status code.
104   // |TestPhaseComplete| will collect histogram stats.
105   // Return true if successful in starting the client.
106   bool Start(net::HostResolver* host_resolver,
107              const net::HostPortPair& server,
108              uint16 histogram_port,
109              bool has_proxy_server,
110              uint32 probe_bytes,
111              uint32 bytes_for_packet_size_test,
112              const net::CompletionCallback& callback);
113
114  private:
115   friend class NetworkStatsTest;
116
117   // Start the test specified by the current_test_index_. It also resets all
118   // the book keeping data, before starting the new test.
119   void StartOneTest();
120
121   // Reset all the counters and the collected stats.
122   void ResetData();
123
124   // Callback that is called when host resolution is completed.
125   void OnResolveComplete(int result);
126
127   // Called after host is resolved. Creates UDPClientSocket and connects to the
128   // server. If successfully connected, then calls ConnectComplete() to start
129   // the network connectivity tests. Returns |false| if there is any error.
130   bool DoConnect(int result);
131
132   // This method is called after socket connection is completed. It will start
133   // the process of sending packets to |server| by calling SendHelloPacket().
134   // Return false if connection is not established (result is less than 0).
135   bool ConnectComplete(int result);
136
137   // Send a HelloRequest packet which asks for a token from the server. If
138   // a token is received, it will will add |START_PACKET_TEST| to the test
139   // queue.
140   void SendHelloRequest();
141
142   // Send a ProbeRequest packet which requests the server to send a set
143   // of Probing packets.
144   void SendProbeRequest();
145
146   // Read and process the data. Called from OnReadComplete() or ReadData().
147   // This function calls TestPhaseComplete() if there is a significant network
148   // error or if all packets in the current test are received.
149   // Return true if TestPhaseComplete() is called otherwise return false.
150   bool ReadComplete(int result);
151
152   // Callbacks when an internal IO (Read or Write) is completed.
153   void OnReadComplete(int result);
154   void OnWriteComplete(int result);
155
156   // Read data from server until an error or IO blocking occurs or reading is
157   // complete. Return the result value from socket reading and 0 if |socket_|
158   // is Null.
159   int ReadData();
160
161   // Send data contained in |str| to server.
162   // Return a negative value if IO blocking occurs or there is an error.
163   // Otherwise return net::OK.
164   int SendData(const std::string& str);
165
166   // Update the send buffer (telling it that |bytes_sent| has been sent).
167   // And reset |write_buffer_|.
168   void UpdateSendBuffer(int bytes_sent);
169
170   // Start a timer (with value |milliseconds|) for responses from the probe
171   // servers.  |test_index| is the index of the test at vector |test_sequence_|
172   // and it is used as a parameter of the timer callback.
173   void StartReadDataTimer(uint32 milliseconds, uint32 test_index);
174
175   // Called when the StartReadDataTimer fires. |test_index| specifies
176   // the index of the test. If |current_test_index_| has changed to a
177   // different value, it indicates |test_index| has completed, then
178   // this method is a no-op.
179   void OnReadDataTimeout(uint32 test_index);
180
181   // Collect network connectivity stats. This is called when all the data from
182   // server is read or when there is a failure during connect/read/write. It
183   // will either start the next phase of the test, or it will self destruct
184   // at the end of this method. Returns true if a new test wasn't started and it
185   // was self destructed.
186   bool TestPhaseComplete(Status status, int result);
187
188   // This method is called from TestPhaseComplete() and calls
189   // |finished_callback_| callback to indicate that the test has finished.
190   void DoFinishCallback(int result);
191
192   // Update counters/metrics for the given |probe_packet|.
193   // Return true if all packets for the current test are received and
194   // false otherwise.
195   bool UpdateReception(const ProbePacket& probe_packet);
196
197   // Record all histograms for current test phase, which is assumed to be
198   // complete (i.e., we are no longer waiting for packets in this phase).
199   // |test_type| is the current test_type to be recorded. |status| is the
200   // status of the current test.
201   void RecordHistograms(TestType test_type);
202
203   // Collect the following network connectivity stats when
204   // kMaximumSequentialPackets (21) packets are sent from the server.
205   // a) Client received at least one packet.
206   // b) Client received the nth packet.
207   // c) The number of packets received for each subsequence of packets 1...n.
208   void RecordPacketsReceivedHistograms(TestType test_type);
209
210   // Collect the following network connectivity stats for the first
211   // kMaximumCorrelationPackets (6) packets in a test.
212   // Success/failure of each packet, to estimate reachability for users,
213   // and to estimate if there is a probabalistic dependency in packet loss when
214   // kMaximumCorrelationPackets packets are sent consecutively.
215   void RecordPacketLossSeriesHistograms(TestType test_type);
216
217   // Collect the average inter-arrival time (scaled up by 20 times because the
218   // minimum time value in a histogram is 1ms) of a sequence of probing packets.
219   void RecordInterArrivalHistograms(TestType test_type);
220
221   // Collect the RTT for the packet specified by the |index| in the current
222   // test.
223   void RecordRTTHistograms(TestType test_type, uint32 index);
224
225   // Collect whether the second packet in the NAT test is received for the
226   // given idle time.
227   void RecordNATTestReceivedHistograms(Status status);
228
229   // Collect whether we have the requested packet size was received or not in
230   // the PACKET_SIZE_TEST test.
231   void RecordPacketSizeTestReceivedHistograms(Status status);
232
233   // Record the time duration between sending the probe request and receiving
234   // the last probe packet excluding the pacing time requested by the client.
235   // This applies to both NAT bind test and paced/non-paced packet test.
236   void RecordSendToLastRecvDelayHistograms(TestType test_type);
237
238   // Return the next test type (internally increment |current_test_index_|)
239   // in |test_sequence_|;
240   TestType GetNextTest();
241
242   // These static variables are defined so that they can be changed in testing.
243   // Maximum number of tests in one activation of the experiment.
244   static uint32 maximum_tests_;
245   // Maximum number of packets for START/PACED/NON_PACED tests.
246   static uint32 maximum_sequential_packets_;
247   // Maximum number of packets for NAT binding test.
248   static uint32 maximum_NAT_packets_;
249   // Maximum time duration between the two packets for NAT Bind testing.
250   static uint32 maximum_NAT_idle_seconds_;
251   // Whether to start the probe test immediately after connect success.
252   // Used for unittest.
253   static bool start_test_after_connect_;
254
255   // The socket handler for this session.
256   scoped_ptr<net::DatagramClientSocket> socket_;
257
258   net::ClientSocketFactory* socket_factory_;
259
260   // The read buffer used to read data from the socket.
261   scoped_refptr<net::IOBuffer> read_buffer_;
262
263   // The write buffer used to write data to the socket.
264   scoped_refptr<net::DrainableIOBuffer> write_buffer_;
265
266   // Specify the port for which we are testing the network connectivity.
267   uint16 histogram_port_;
268
269   // Specify if there is a proxy server or not.
270   bool has_proxy_server_;
271
272   // HostResolver used to find the IP addresses.
273   scoped_ptr<net::SingleRequestHostResolver> resolver_;
274
275   // Addresses filled out by HostResolver after host resolution is completed.
276   net::AddressList addresses_;
277
278   // Callback to call when test is successefully finished or whenever
279   // there is an error (this will be used by unittests to check the result).
280   net::CompletionCallback finished_callback_;
281
282   // RTTs for each packet.
283   std::vector<base::TimeDelta> packet_rtt_;
284
285   // Time when sending probe_request, used for computing RTT.
286   base::TimeTicks probe_request_time_;
287
288   // Size of the probe packets requested to be sent from servers. We don't use
289   // |probe_packet_bytes_| during PACKET_SIZE_TEST.
290   uint32 probe_packet_bytes_;
291
292   // Size of the packet requested to be sent from servers for PACKET_SIZE_TEST.
293   uint32 bytes_for_packet_size_test_;
294
295   // bitmask indicating which packets are received.
296   std::bitset<21> packets_received_mask_;
297
298   // Arrival time of the first packet in the current test.
299   base::TimeTicks first_arrival_time_;
300   // Arrival time of the most recently received packet in the current test.
301   base::TimeTicks last_arrival_time_;
302   // Average time between two consecutive packets. It is updated when either all
303   // packets are received or timeout happens in the current test.
304   base::TimeDelta inter_arrival_time_;
305   // Target time duration for sending two consecutive packets at the server.
306   // It should be 0 for StartPacket test or NonPacedPacket test. For
307   // PacedPacket test, it is derived from the inter_arrival_time_ in the
308   // previous (StartPacket) test. For NATBind test, it is randomly generated
309   // between 1 second and |maximum_NAT_idle_seconds_| seconds.
310   base::TimeDelta pacing_interval_;
311   // A list of tests that will be performed in sequence.
312   std::vector<TestType> test_sequence_;
313   uint32 current_test_index_;  // Index of the current test.
314
315   ProbeMessage probe_message_;
316
317   // Token received from server for authentication.
318   ProbePacket_Token token_;
319
320   // The state variables to track pending reads/writes.
321   ReadState read_state_;
322   WriteState write_state_;
323
324   // We use this factory to create timeout tasks for socket's ReadData.
325   base::WeakPtrFactory<NetworkStats> weak_factory_;
326
327   DISALLOW_COPY_AND_ASSIGN(NetworkStats);
328 };
329
330 class ProxyDetector {
331  public:
332   // Used for the callback that is called from |OnResolveProxyComplete|.
333   typedef base::Callback<void(bool)> OnResolvedCallback;
334
335   // Construct a ProxyDetector object that finds out if access to
336   // |server_address| goes through a proxy server or not. Calls the |callback|
337   // after proxy resolution is completed by currying the proxy resolution
338   // status.
339   ProxyDetector(net::ProxyService* proxy_service,
340                 const net::HostPortPair& server_address,
341                 OnResolvedCallback callback);
342
343   // This method uses |proxy_service_| to resolve the proxy for
344   // |server_address_|.
345   void StartResolveProxy();
346
347  private:
348   // This object is deleted from |OnResolveProxyComplete|.
349   ~ProxyDetector();
350
351   // Call the |callback_| by currying the proxy resolution status.
352   void OnResolveProxyComplete(int result);
353
354   // |proxy_service_| specifies the proxy service that is to be used to find
355   // if access to |server_address_| goes through proxy server or not.
356   net::ProxyService* proxy_service_;
357
358   // |server_address_| specifies the server host and port pair for which we are
359   // trying to see if access to it, goes through proxy or not.
360   net::HostPortPair server_address_;
361
362   // |callback_| will be called after proxy resolution is completed.
363   OnResolvedCallback callback_;
364
365   // |proxy_info_| holds proxy information returned by ResolveProxy.
366   net::ProxyInfo proxy_info_;
367
368   // Indicate if there is a pending a proxy resolution. We use this to assert
369   // that there is no in-progress proxy resolution request.
370   bool has_pending_proxy_resolution_;
371   DISALLOW_COPY_AND_ASSIGN(ProxyDetector);
372 };
373
374 // This collects the network connectivity stats for UDP protocol for small
375 // percentage of users who are participating in the experiment (by enabling
376 // "UMA upload"). This method gets called only if UMA upload to the
377 // server has succeeded.
378 void CollectNetworkStats(const std::string& network_stats_server_url,
379                          IOThread* io_thread);
380
381 // This starts a series of tests randomly selected among one of the three
382 // choices of probe packet sizes: 100 Bytes, 500 Bytes, 1200 Bytes.
383 void StartNetworkStatsTest(net::HostResolver* host_resolver,
384                            const net::HostPortPair& server_address,
385                            uint16 histogram_port,
386                            bool has_proxy_server);
387
388 }  // namespace chrome_browser_net
389
390 #endif  // CHROME_BROWSER_NET_NETWORK_STATS_H_