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*1024U)
  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(void)
 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         unsigned int i;
 125         int pipefd[2];
 126         loff_t off = 0;
 127
 128         r1 = r2 = r3 = r4 = r5 = 0;
 129
 130         sk = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);
 131         if (!sk)
 132                 return error("socket");
 133         hp = gethostbyname (TARGET_HOSTNAME);
 134         BUG_ON(!hp);
 135         bzero ((char *) &s_to, sizeof (s_to));
 136         bcopy ((char *) hp->h_addr, (char *) &(s_to.sin_addr), hp->h_length);
 137         s_to.sin_family = hp->h_addrtype;
 138         s_to.sin_port = htons(1111);
 139
 140         calibrate_loops();
 141
 142         fprintf(stdout, "BUFSIZE = %d\n", BUFSIZE);
 143         fflush(stdout);
 144
 145         if (connect(sk, (struct sockaddr *)&s_to, sizeof(s_to)) < 0)
 146                 return error("connect");
 147
 148         start_timing("Empty buffer");
 149         for (i = 0; i < NR; i++)
 150                 write(sk, buffer, BUFSIZE);
 151         end_timing(NR*BUFSIZE, &r1);
 152
 153         fd = open("largefile", O_RDONLY);
 154         if (fd < 0)
 155                 return error("largefile");
 156
 157         start_timing("Read/write loop");
 158         for (i = 0; i < NR; i++) {
 159                 if (read(fd, buffer, BUFSIZE) != BUFSIZE)
 160                         return error("largefile read");
 161                 write(sk, buffer, BUFSIZE);
 162         }
 163         end_timing(NR*BUFSIZE, &r2);
 164         close(fd);
 165         close(sk);
 166
 167         start_timing("sendfile");
 168 sendfile_again:
 169         sk = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);
 170         if (connect(sk, (struct sockaddr *)&s_to, sizeof(s_to)) < 0)
 171                 return error("connect");
 172
 173         fd = open("largefile", O_RDONLY);
 174         if (fd < 0)
 175                 return error("largefile");
 176
 177         i = NR*BUFSIZE;
 178         do {
 179                 int ret = sendfile(sk, fd, NULL, i);
 180                 i -= ret;
 181         } while (i);
 182
 183         close(fd);
 184         close(sk);
 185         if (--sendfile_loops)
 186                 goto sendfile_again;
 187         c1 = end_timing(NR*BUFSIZE*SENDFILE_LOOPS, &r3);
 188
 189         start_timing("splice-pipe");
 190 splice_pipe_again:
 191         sk = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);
 192         if (connect(sk, (struct sockaddr *)&s_to, sizeof(s_to)) < 0)
 193                 return error("connect");
 194
 195         fd = open("largefile", O_RDONLY);
 196         if (fd < 0)
 197                 return error("largefile");
 198         if (pipe(pipefd) < 0)
 199                 return error("pipe");
 200
 201         i = NR*BUFSIZE;
 202         off = 0;
 203         do {
 204                 int ret = splice(fd, &off, pipefd[1], NULL, min(i, BUFSIZE), SPLICE_F_NONBLOCK);
 205                 if (ret <= 0)
 206                         return error("splice-pipe-in");
 207                 i -= ret;
 208                 while (ret > 0) {
 209                         int flags = i ? SPLICE_F_MORE : 0;
 210                         int written = splice(pipefd[0], NULL, sk, NULL, ret, flags);
 211                         if (written <= 0)
 212                                 return error("splice-pipe-out");
 213                         ret -= written;
 214                 }
 215         } while (i);
 216
 217         close(fd);
 218         close(sk);
 219         close(pipefd[0]);
 220         close(pipefd[1]);
 221         if (--splice_pipe_loops)
 222                 goto splice_pipe_again;
 223         c2 = end_timing(NR*BUFSIZE*SPLICE_LOOPS, &r4);
 224
 225         /*
 226          * Direct splicing was disabled as being immediately available,
 227          * it's reserved for sendfile emulation now.
 228          */
 229 #if 0
 230         start_timing("splice");
 231 splice_again:
 232         sk = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);
 233         if (connect(sk, (struct sockaddr *)&s_to, sizeof(s_to)) < 0)
 234                 return error("connect");
 235
 236         fd = open("largefile", O_RDONLY);
 237         if (fd < 0)
 238                 return error("largefile");
 239
 240         i = NR*BUFSIZE;
 241         off = 0;
 242         do {
 243                 int flags = BUFSIZE < i ? SPLICE_F_MORE : 0;
 244                 int ret;
 245
 246                 ret = splice(fd, &off, sk, NULL, min(i, BUFSIZE), flags);
 247
 248                 if (ret <= 0)
 249                         return error("splice");
 250                 i -= ret;
 251         } while (i);
 252
 253         close(fd);
 254         close(sk);
 255         if (--splice_loops)
 256                 goto splice_again;
 257         c3 = end_timing(NR*BUFSIZE*SPLICE_LOOPS, &r5);
 258 #else
 259         c3 = 0;
 260 #endif
 261
 262         /*
 263          * c1/r3 - sendfile
 264          * c2/r4 - splice-pipe
 265          * c3/r5 - splice
 266          */
 267
 268         if (c1 && c2)
 269                 printf("sendfile is %.2f%% more efficient than splice-pipe.\n",
 270                         (c2 - c1) / c1 * 100.0 );
 271         if (c1 && c3)
 272                 printf("sendfile is %.2f%% more efficient than splice.\n",
 273                         (c3 - c1) / c1 * 100.0 );
 274         if (c2 && c3)
 275                 printf("splice is %.2f%% more efficient splice-pipe.\n",
 276                         (c2 - c3) / c3 * 100.0 );
 277         if (r3 && r4)
 278                 printf("sendfile is %.2f%% faster than splice-pipe.\n",
 279                         (r3 - r4) / r4 * 100.0 );
 280         if (r3 && r5)
 281                 printf("sendfile is %.2f%% faster than splice.\n",
 282                         (r3 - r5) / r5 * 100.0 );
 283         if (r4 && r5)
 284                 printf("splice is %.2f%% faster than splice-pipe.\n",
 285                         (r5 - r4) / r4 * 100.0 );
 286
 287         return 0;
 288 }
 289
 290
 291 static void setup_shared_var(void)
 292 {
 293         char zerobuff [4096] = { 0, };
 294         int ret, fd;
 295
 296         fd = creat(".tmp_mmap", 0700);
 297         BUG_ON(fd == -1);
 298         close(fd);
 299
 300         fd = open(".tmp_mmap", O_RDWR|O_CREAT|O_TRUNC);
 301         BUG_ON(fd == -1);
 302         ret = write(fd, zerobuff, 4096);
 303         BUG_ON(ret != 4096);
 304
 305         cycles = (void *)mmap(0, 4096, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0);
 306         BUG_ON(cycles == (void *)-1);
 307
 308         close(fd);
 309 }
 310
 311 #define SCHED_BATCH 3
 312
 313 #if defined(__i386__)
 314 #define rdtscll(val)                                    \
 315 do {                                                    \
 316         __asm__ __volatile__("rdtsc" : "=A" (val));     \
 317 } while (0)
 318 #elif defined(__x86_64__)
 319 #define rdtscll(val)                                            \
 320 do {                                                            \
 321         uint64_t lo, hi;                                        \
 322         __asm__ __volatile__("rdtsc" : "=a" (lo), "=d" (hi));   \
 323         (val) = (hi << 32) | lo;                                \
 324 } while (0)
 325 #if 0
 326 #elif defined(__ia64__)
 327 #define rdtscll(val)                                    \
 328 do {                                                    \
 329         val = *__mm_clock_dev;                          \
 330 } while (0)
 331 #endif
 332 #else
 333 #define rdtscll(val) \
 334         do { (val) = 0LL; } while (0)
 335 #endif
 336
 337 /*
 338  * Keep lowprio looping - to meausure the number of idle cycles
 339  * available. It's tricky: we do a series of RDTSC calls, and
 340  * if the delay to the last measurement was less than 500 cycles,
 341  * we conclude that only this loop ran.
 342  */
 343 static void lowprio_cycle_soak_loop(void)
 344 {
 345         struct sched_param p = { sched_priority: 0 };
 346         unsigned long long t0, t1, delta;
 347
 348         /*
 349          * We are a nice +19 SCHED_BATCH task:
 350          */
 351         BUG_ON(sched_setscheduler(0, SCHED_BATCH, &p) != 0);
 352         nice(40);
 353
 354         rdtscll(t0);
 355         while (cycles >= 0) {
 356                 rdtscll(t1);
 357                 delta = t1-t0;
 358                 if (delta < 500)
 359                         *cycles += delta;
 360                 t0 = t1;
 361         }
 362 }
 363
 364 int main(__attribute__((__unused__)) int argc, __attribute__((__unused__)) char **argv)
 365 {
 366         pid_t pid;
 367
 368         setup_shared_var();
 369
 370         signal(SIGCHLD, SIG_IGN);
 371
 372         pid = fork();
 373         if (!pid) {
 374                 lowprio_cycle_soak_loop();
 375                 exit(0);
 376         }
 377
 378         nice(-20);
 379         child();
 380         kill(pid, SIGHUP);
 381         exit(0);
 382 }