splice-test4c.c

   1 #include <assert.h>
   2 #include <ctype.h>
   3 #include <errno.h>
   4 #include <fcntl.h>
   5 #include <malloc.h>
   6 #include <netdb.h>
   7 #include <netinet/in.h>
   8 #include <netinet/tcp.h>
   9 #include <sched.h>
  10 #include <signal.h>
  11 #include <stdio.h>
  12 #include <stdlib.h>
  13 #include <string.h>
  14 #include <sys/mman.h>
  15 #include <sys/sendfile.h>
  16 #include <sys/socket.h>
  17 #include <sys/time.h>
  18 #include <sys/types.h>
  19 #include <sys/wait.h>
  20 #include <time.h>
  21 #include <unistd.h>
  22
  23 #include "splice.h"
  24
  25 #define TARGET_HOSTNAME "localhost"
  26
  27 #define BYTES (128*1024*1024UL)
  28 #define BUFSIZE (64*1024)
  29
  30 #define NR (BYTES/BUFSIZE)
  31
  32 #define SENDFILE_LOOPS 10
  33 #define SPLICE_LOOPS 10
  34 #define SPLICE_PIPE_LOOPS 10
  35
  36 static int sendfile_loops = SENDFILE_LOOPS;
  37 static int splice_pipe_loops = SPLICE_PIPE_LOOPS;
  38 #if 0
  39 static int splice_loops = SPLICE_LOOPS;
  40 #endif
  41
  42 static volatile long long *cycles, cycles_per_sec;
  43
  44 static struct timeval start_time;
  45 static double start_cycles;
  46 static double cpu_pct;
  47
  48 static void start_timing(const char *desc)
  49 {
  50         printf("%-20s: ", desc);
  51         fflush(stdout);
  52         gettimeofday(&start_time, NULL);
  53         /*
  54          * Give the lowprio cycles thread a chance to run and thus
  55          * we get an accurate timestamp:
  56          */
  57         sched_yield();
  58         start_cycles = (double)*cycles;
  59 }
  60
  61 static double end_timing(unsigned long long bytes, double *rate)
  62 {
  63         static long long total;
  64         struct timeval end_time;
  65         double usecs;
  66         double end_cycles, cpu_cycles;
  67
  68         gettimeofday(&end_time, NULL);
  69         end_cycles = (double)*cycles;
  70
  71         usecs = (double) (end_time.tv_sec - start_time.tv_sec);
  72         usecs *= 1000000.0;
  73         usecs += (double) (end_time.tv_usec - start_time.tv_usec);
  74         total += bytes;
  75
  76         cpu_cycles = end_cycles - start_cycles;
  77         cpu_pct = 100.0 -
  78                 cpu_cycles / cycles_per_sec / ( usecs / 1000000.0 ) * 100.0;
  79
  80         *rate = (double) bytes / usecs / (1024*1024) * 1000000;
  81
  82         printf("%.2fMB/s (%.1fMB total, %.2f%% CPU)\n", *rate,
  83                 (double) total / (1024*1024),
  84                 cpu_pct
  85         );
  86
  87         return cpu_pct;
  88 }
  89
  90 static void calibrate_loops(void)
  91 {
  92         long long l0, l1;
  93         int i;
  94
  95         cycles_per_sec = 0;
  96         printf("calibrating cycles: "); fflush(stdout);
  97
  98         /*
  99          * Make sure we start on a precise timer IRQ boundary:
 100          */
 101         usleep(50000);
 102
 103         for (i = 0; i < 10; i++) {
 104                 sched_yield();
 105                 l0 = *cycles;
 106                 usleep(200000);
 107                 l1 = *cycles;
 108                 cycles_per_sec = max(cycles_per_sec, l1-l0);
 109         }
 110         cycles_per_sec *= 5;
 111
 112         printf("%Ld cycles/sec\n", cycles_per_sec);
 113 }
 114
 115 static int child(struct sockaddr *addr, int len)
 116 {
 117         static char buffer[BUFSIZE];
 118         int sk;
 119         double c1, c2, c3;
 120         int fd;
 121         struct sockaddr_in s_to;
 122         struct hostent *hp;
 123         double r1, r2, r3, r4, r5;
 124         int i, pipefd[2];
 125         loff_t off = 0;
 126
 127         r1 = r2 = r3 = r4 = r5 = 0;
 128
 129         sk = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);
 130         if (!sk)
 131                 return error("socket");
 132         hp = gethostbyname (TARGET_HOSTNAME);
 133         BUG_ON(!hp);
 134         bzero ((char *) &s_to, sizeof (s_to));
 135         bcopy ((char *) hp->h_addr, (char *) &(s_to.sin_addr), hp->h_length);
 136         s_to.sin_family = hp->h_addrtype;
 137         s_to.sin_port = htons(1111);
 138
 139         calibrate_loops();
 140
 141         fprintf(stdout, "BUFSIZE = %d\n", BUFSIZE);
 142         fflush(stdout);
 143
 144         if (connect(sk, (struct sockaddr *)&s_to, len) < 0)
 145                 return error("connect");
 146
 147         start_timing("Empty buffer");
 148         for (i = 0; i < NR; i++)
 149                 write(sk, buffer, BUFSIZE);
 150         end_timing(NR*BUFSIZE, &r1);
 151
 152         fd = open("largefile", O_RDONLY);
 153         if (fd < 0)
 154                 return error("largefile");
 155
 156         start_timing("Read/write loop");
 157         for (i = 0; i < NR; i++) {
 158                 if (read(fd, buffer, BUFSIZE) != BUFSIZE)
 159                         return error("largefile read");
 160                 write(sk, buffer, BUFSIZE);
 161         }
 162         end_timing(NR*BUFSIZE, &r2);
 163         close(fd);
 164         close(sk);
 165
 166         start_timing("sendfile");
 167 sendfile_again:
 168         sk = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);
 169         if (connect(sk, (struct sockaddr *)&s_to, len) < 0)
 170                 return error("connect");
 171
 172         fd = open("largefile", O_RDONLY);
 173         if (fd < 0)
 174                 return error("largefile");
 175
 176         i = NR*BUFSIZE;
 177         do {
 178                 int ret = sendfile(sk, fd, NULL, i);
 179                 i -= ret;
 180         } while (i);
 181
 182         close(fd);
 183         close(sk);
 184         if (--sendfile_loops)
 185                 goto sendfile_again;
 186         c1 = end_timing(NR*BUFSIZE*SENDFILE_LOOPS, &r3);
 187
 188         start_timing("splice-pipe");
 189 splice_pipe_again:
 190         sk = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);
 191         if (connect(sk, (struct sockaddr *)&s_to, len) < 0)
 192                 return error("connect");
 193
 194         fd = open("largefile", O_RDONLY);
 195         if (fd < 0)
 196                 return error("largefile");
 197         if (pipe(pipefd) < 0)
 198                 return error("pipe");
 199
 200         i = NR*BUFSIZE;
 201         off = 0;
 202         do {
 203                 int ret = splice(fd, &off, pipefd[1], NULL, min(i, BUFSIZE), SPLICE_F_NONBLOCK);
 204                 if (ret <= 0)
 205                         return error("splice-pipe-in");
 206                 i -= ret;
 207                 while (ret > 0) {
 208                         int flags = i ? SPLICE_F_MORE : 0;
 209                         int written = splice(pipefd[0], NULL, sk, NULL, ret, flags);
 210                         if (written <= 0)
 211                                 return error("splice-pipe-out");
 212                         ret -= written;
 213                 }
 214         } while (i);
 215
 216         close(fd);
 217         close(sk);
 218         close(pipefd[0]);
 219         close(pipefd[1]);
 220         if (--splice_pipe_loops)
 221                 goto splice_pipe_again;
 222         c2 = end_timing(NR*BUFSIZE*SPLICE_LOOPS, &r4);
 223
 224         /*
 225          * Direct splicing was disabled as being immediately available,
 226          * it's reserved for sendfile emulation now.
 227          */
 228 #if 0
 229         start_timing("splice");
 230 splice_again:
 231         sk = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);
 232         if (connect(sk, (struct sockaddr *)&s_to, len) < 0)
 233                 return error("connect");
 234
 235         fd = open("largefile", O_RDONLY);
 236         if (fd < 0)
 237                 return error("largefile");
 238
 239         i = NR*BUFSIZE;
 240         off = 0;
 241         do {
 242                 int flags = BUFSIZE < i ? SPLICE_F_MORE : 0;
 243                 int ret;
 244
 245                 ret = splice(fd, &off, sk, NULL, min(i, BUFSIZE), flags);
 246
 247                 if (ret <= 0)
 248                         return error("splice");
 249                 i -= ret;
 250         } while (i);
 251
 252         close(fd);
 253         close(sk);
 254         if (--splice_loops)
 255                 goto splice_again;
 256         c3 = end_timing(NR*BUFSIZE*SPLICE_LOOPS, &r5);
 257 #else
 258         c3 = 0;
 259 #endif
 260
 261         /*
 262          * c1/r3 - sendfile
 263          * c2/r4 - splice-pipe
 264          * c3/r5 - splice
 265          */
 266
 267         if (c1 && c2)
 268                 printf("sendfile is %.2f%% more efficient than splice-pipe.\n",
 269                         (c2 - c1) / c1 * 100.0 );
 270         if (c1 && c3)
 271                 printf("sendfile is %.2f%% more efficient than splice.\n",
 272                         (c3 - c1) / c1 * 100.0 );
 273         if (c2 && c3)
 274                 printf("splice is %.2f%% more efficient splice-pipe.\n",
 275                         (c2 - c3) / c3 * 100.0 );
 276         if (r3 && r4)
 277                 printf("sendfile is %.2f%% faster than splice-pipe.\n",
 278                         (r3 - r4) / r4 * 100.0 );
 279         if (r3 && r5)
 280                 printf("sendfile is %.2f%% faster than splice.\n",
 281                         (r3 - r5) / r5 * 100.0 );
 282         if (r4 && r5)
 283                 printf("splice is %.2f%% faster than splice-pipe.\n",
 284                         (r5 - r4) / r4 * 100.0 );
 285
 286         return 0;
 287 }
 288
 289
 290 static void setup_shared_var(void)
 291 {
 292         char zerobuff [4096] = { 0, };
 293         int ret, fd;
 294
 295         fd = creat(".tmp_mmap", 0700);
 296         BUG_ON(fd == -1);
 297         close(fd);
 298
 299         fd = open(".tmp_mmap", O_RDWR|O_CREAT|O_TRUNC);
 300         BUG_ON(fd == -1);
 301         ret = write(fd, zerobuff, 4096);
 302         BUG_ON(ret != 4096);
 303
 304         cycles = (void *)mmap(0, 4096, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0);
 305         BUG_ON(cycles == (void *)-1);
 306
 307         close(fd);
 308 }
 309
 310 #define SCHED_BATCH 3
 311
 312 #ifdef __ia64__
 313 # define rdtscll(val)                                   \
 314 do {                                                    \
 315         val = *__mm_clock_dev;                          \
 316 } while (0)
 317 #elif defined(__i386__)
 318 # define rdtscll(val)                                   \
 319 do {                                                    \
 320         __asm__ __volatile__("rdtsc" : "=A" (val));     \
 321 } while (0)
 322 #else
 323 # define rdtscll(val) \
 324         do { (val) = 0LL; } while (0)
 325 #endif
 326
 327 /*
 328  * Keep lowprio looping - to meausure the number of idle cycles
 329  * available. It's tricky: we do a series of RDTSC calls, and
 330  * if the delay to the last measurement was less than 500 cycles,
 331  * we conclude that only this loop ran.
 332  */
 333 static void lowprio_cycle_soak_loop(void)
 334 {
 335         struct sched_param p = { sched_priority: 0 };
 336         unsigned long long t0, t1, delta;
 337
 338         /*
 339          * We are a nice +19 SCHED_BATCH task:
 340          */
 341         BUG_ON(sched_setscheduler(0, SCHED_BATCH, &p) != 0);
 342         nice(40);
 343
 344         rdtscll(t0);
 345         while (cycles >= 0) {
 346                 rdtscll(t1);
 347                 delta = t1-t0;
 348                 if (delta < 500)
 349                         *cycles += delta;
 350                 t0 = t1;
 351         }
 352 }
 353
 354 int main(int argc, char **argv)
 355 {
 356         unsigned int sk, len;
 357         struct sockaddr addr;
 358         pid_t pid;
 359
 360         setup_shared_var();
 361
 362         signal(SIGCHLD, SIG_IGN);
 363         sk = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);
 364         if (sk < 0) {
 365                 perror("socket");
 366                 exit(1);
 367         }
 368         if (listen(sk, 1) < 0) {
 369                 perror("listen");
 370                 exit(1);
 371         }
 372         len = sizeof(addr);
 373         if (getsockname(sk, &addr, &len) < 0) {
 374                 perror("getsockname");
 375                 exit(1);
 376         }
 377         pid = fork();
 378         if (!pid) {
 379                 lowprio_cycle_soak_loop();
 380                 exit(0);
 381         }
 382         nice(-20);
 383         child(&addr, len);
 384         kill(pid, SIGHUP);
 385         exit(0);
 386 }