engines/libaio.c

   1 /*
   2  * libaio engine
   3  *
   4  * IO engine using the Linux native aio interface.
   5  *
   6  */
   7 #include <stdio.h>
   8 #include <stdlib.h>
   9 #include <unistd.h>
  10 #include <errno.h>
  11 #include <assert.h>
  12 #include <libaio.h>
  13
  14 #include "../fio.h"
  15 #include "../lib/pow2.h"
  16
  17 static int fio_libaio_commit(struct thread_data *td);
  18
  19 struct libaio_data {
  20         io_context_t aio_ctx;
  21         struct io_event *aio_events;
  22         struct iocb **iocbs;
  23         struct io_u **io_us;
  24
  25         /*
  26          * Basic ring buffer. 'head' is incremented in _queue(), and
  27          * 'tail' is incremented in _commit(). We keep 'queued' so
  28          * that we know if the ring is full or empty, when
  29          * 'head' == 'tail'. 'entries' is the ring size, and
  30          * 'is_pow2' is just an optimization to use AND instead of
  31          * modulus to get the remainder on ring increment.
  32          */
  33         int is_pow2;
  34         unsigned int entries;
  35         unsigned int queued;
  36         unsigned int head;
  37         unsigned int tail;
  38 };
  39
  40 struct libaio_options {
  41         void *pad;
  42         unsigned int userspace_reap;
  43 };
  44
  45 static struct fio_option options[] = {
  46         {
  47                 .name   = "userspace_reap",
  48                 .lname  = "Libaio userspace reaping",
  49                 .type   = FIO_OPT_STR_SET,
  50                 .off1   = offsetof(struct libaio_options, userspace_reap),
  51                 .help   = "Use alternative user-space reap implementation",
  52                 .category = FIO_OPT_C_ENGINE,
  53                 .group  = FIO_OPT_G_LIBAIO,
  54         },
  55         {
  56                 .name   = NULL,
  57         },
  58 };
  59
  60 static inline void ring_inc(struct libaio_data *ld, unsigned int *val,
  61                             unsigned int add)
  62 {
  63         if (ld->is_pow2)
  64                 *val = (*val + add) & (ld->entries - 1);
  65         else
  66                 *val = (*val + add) % ld->entries;
  67 }
  68
  69 static int fio_libaio_prep(struct thread_data fio_unused *td, struct io_u *io_u)
  70 {
  71         struct fio_file *f = io_u->file;
  72
  73         if (io_u->ddir == DDIR_READ)
  74                 io_prep_pread(&io_u->iocb, f->fd, io_u->xfer_buf, io_u->xfer_buflen, io_u->offset);
  75         else if (io_u->ddir == DDIR_WRITE)
  76                 io_prep_pwrite(&io_u->iocb, f->fd, io_u->xfer_buf, io_u->xfer_buflen, io_u->offset);
  77         else if (ddir_sync(io_u->ddir))
  78                 io_prep_fsync(&io_u->iocb, f->fd);
  79
  80         return 0;
  81 }
  82
  83 static struct io_u *fio_libaio_event(struct thread_data *td, int event)
  84 {
  85         struct libaio_data *ld = td->io_ops->data;
  86         struct io_event *ev;
  87         struct io_u *io_u;
  88
  89         ev = ld->aio_events + event;
  90         io_u = container_of(ev->obj, struct io_u, iocb);
  91
  92         if (ev->res != io_u->xfer_buflen) {
  93                 if (ev->res > io_u->xfer_buflen)
  94                         io_u->error = -ev->res;
  95                 else
  96                         io_u->resid = io_u->xfer_buflen - ev->res;
  97         } else
  98                 io_u->error = 0;
  99
 100         return io_u;
 101 }
 102
 103 struct aio_ring {
 104         unsigned id;             /** kernel internal index number */
 105         unsigned nr;             /** number of io_events */
 106         unsigned head;
 107         unsigned tail;
 108
 109         unsigned magic;
 110         unsigned compat_features;
 111         unsigned incompat_features;
 112         unsigned header_length; /** size of aio_ring */
 113
 114         struct io_event events[0];
 115 };
 116
 117 #define AIO_RING_MAGIC  0xa10a10a1
 118
 119 static int user_io_getevents(io_context_t aio_ctx, unsigned int max,
 120                              struct io_event *events)
 121 {
 122         long i = 0;
 123         unsigned head;
 124         struct aio_ring *ring = (struct aio_ring*) aio_ctx;
 125
 126         while (i < max) {
 127                 head = ring->head;
 128
 129                 if (head == ring->tail) {
 130                         /* There are no more completions */
 131                         break;
 132                 } else {
 133                         /* There is another completion to reap */
 134                         events[i] = ring->events[head];
 135                         read_barrier();
 136                         ring->head = (head + 1) % ring->nr;
 137                         i++;
 138                 }
 139         }
 140
 141         return i;
 142 }
 143
 144 static int fio_libaio_getevents(struct thread_data *td, unsigned int min,
 145                                 unsigned int max, const struct timespec *t)
 146 {
 147         struct libaio_data *ld = td->io_ops->data;
 148         struct libaio_options *o = td->eo;
 149         unsigned actual_min = td->o.iodepth_batch_complete == 0 ? 0 : min;
 150         struct timespec __lt, *lt = NULL;
 151         int r, events = 0;
 152
 153         if (t) {
 154                 __lt = *t;
 155                 lt = &__lt;
 156         }
 157
 158         do {
 159                 if (o->userspace_reap == 1
 160                     && actual_min == 0
 161                     && ((struct aio_ring *)(ld->aio_ctx))->magic
 162                                 == AIO_RING_MAGIC) {
 163                         r = user_io_getevents(ld->aio_ctx, max,
 164                                 ld->aio_events + events);
 165                 } else {
 166                         r = io_getevents(ld->aio_ctx, actual_min,
 167                                 max, ld->aio_events + events, lt);
 168                 }
 169                 if (r > 0)
 170                         events += r;
 171                 else if ((min && r == 0) || r == -EAGAIN) {
 172                         fio_libaio_commit(td);
 173                         usleep(100);
 174                 } else if (r != -EINTR)
 175                         break;
 176         } while (events < min);
 177
 178         return r < 0 ? r : events;
 179 }
 180
 181 static int fio_libaio_queue(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
 182 {
 183         struct libaio_data *ld = td->io_ops->data;
 184
 185         fio_ro_check(td, io_u);
 186
 187         if (ld->queued == td->o.iodepth)
 188                 return FIO_Q_BUSY;
 189
 190         /*
 191          * fsync is tricky, since it can fail and we need to do it
 192          * serialized with other io. the reason is that linux doesn't
 193          * support aio fsync yet. So return busy for the case where we
 194          * have pending io, to let fio complete those first.
 195          */
 196         if (ddir_sync(io_u->ddir)) {
 197                 if (ld->queued)
 198                         return FIO_Q_BUSY;
 199
 200                 do_io_u_sync(td, io_u);
 201                 return FIO_Q_COMPLETED;
 202         }
 203
 204         if (io_u->ddir == DDIR_TRIM) {
 205                 if (ld->queued)
 206                         return FIO_Q_BUSY;
 207
 208                 do_io_u_trim(td, io_u);
 209                 return FIO_Q_COMPLETED;
 210         }
 211
 212         ld->iocbs[ld->head] = &io_u->iocb;
 213         ld->io_us[ld->head] = io_u;
 214         ring_inc(ld, &ld->head, 1);
 215         ld->queued++;
 216         return FIO_Q_QUEUED;
 217 }
 218
 219 static void fio_libaio_queued(struct thread_data *td, struct io_u **io_us,
 220                               unsigned int nr)
 221 {
 222         struct timeval now;
 223         unsigned int i;
 224
 225         if (!fio_fill_issue_time(td))
 226                 return;
 227
 228         fio_gettime(&now, NULL);
 229
 230         for (i = 0; i < nr; i++) {
 231                 struct io_u *io_u = io_us[i];
 232
 233                 memcpy(&io_u->issue_time, &now, sizeof(now));
 234                 io_u_queued(td, io_u);
 235         }
 236 }
 237
 238 static int fio_libaio_commit(struct thread_data *td)
 239 {
 240         struct libaio_data *ld = td->io_ops->data;
 241         struct iocb **iocbs;
 242         struct io_u **io_us;
 243         struct timeval tv;
 244         int ret, wait_start = 0;
 245
 246         if (!ld->queued)
 247                 return 0;
 248
 249         do {
 250                 long nr = ld->queued;
 251
 252                 nr = min((unsigned int) nr, ld->entries - ld->tail);
 253                 io_us = ld->io_us + ld->tail;
 254                 iocbs = ld->iocbs + ld->tail;
 255
 256                 ret = io_submit(ld->aio_ctx, nr, iocbs);
 257                 if (ret > 0) {
 258                         fio_libaio_queued(td, io_us, ret);
 259                         io_u_mark_submit(td, ret);
 260
 261                         ld->queued -= ret;
 262                         ring_inc(ld, &ld->tail, ret);
 263                         ret = 0;
 264                         wait_start = 0;
 265                 } else if (ret == -EINTR || !ret) {
 266                         if (!ret)
 267                                 io_u_mark_submit(td, ret);
 268                         wait_start = 0;
 269                         continue;
 270                 } else if (ret == -EAGAIN) {
 271                         /*
 272                          * If we get EAGAIN, we should break out without
 273                          * error and let the upper layer reap some
 274                          * events for us. If we have no queued IO, we
 275                          * must loop here. If we loop for more than 30s,
 276                          * just error out, something must be buggy in the
 277                          * IO path.
 278                          */
 279                         if (ld->queued) {
 280                                 ret = 0;
 281                                 break;
 282                         }
 283                         if (!wait_start) {
 284                                 fio_gettime(&tv, NULL);
 285                                 wait_start = 1;
 286                         } else if (mtime_since_now(&tv) > 30000) {
 287                                 log_err("fio: aio appears to be stalled, giving up\n");
 288                                 break;
 289                         }
 290                         usleep(1);
 291                         continue;
 292                 } else if (ret == -ENOMEM) {
 293                         /*
 294                          * If we get -ENOMEM, reap events if we can. If
 295                          * we cannot, treat it as a fatal event since there's
 296                          * nothing we can do about it.
 297                          */
 298                         if (ld->queued)
 299                                 ret = 0;
 300                         break;
 301                 } else
 302                         break;
 303         } while (ld->queued);
 304
 305         return ret;
 306 }
 307
 308 static int fio_libaio_cancel(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
 309 {
 310         struct libaio_data *ld = td->io_ops->data;
 311
 312         return io_cancel(ld->aio_ctx, &io_u->iocb, ld->aio_events);
 313 }
 314
 315 static void fio_libaio_cleanup(struct thread_data *td)
 316 {
 317         struct libaio_data *ld = td->io_ops->data;
 318
 319         if (ld) {
 320                 /*
 321                  * Work-around to avoid huge RCU stalls at exit time. If we
 322                  * don't do this here, then it'll be torn down by exit_aio().
 323                  * But for that case we can parallellize the freeing, thus
 324                  * speeding it up a lot.
 325                  */
 326                 if (!(td->flags & TD_F_CHILD))
 327                         io_destroy(ld->aio_ctx);
 328                 free(ld->aio_events);
 329                 free(ld->iocbs);
 330                 free(ld->io_us);
 331                 free(ld);
 332         }
 333 }
 334
 335 static int fio_libaio_init(struct thread_data *td)
 336 {
 337         struct libaio_options *o = td->eo;
 338         struct libaio_data *ld;
 339         int err = 0;
 340
 341         ld = calloc(1, sizeof(*ld));
 342
 343         /*
 344          * First try passing in 0 for queue depth, since we don't
 345          * care about the user ring. If that fails, the kernel is too old
 346          * and we need the right depth.
 347          */
 348         if (!o->userspace_reap)
 349                 err = io_queue_init(INT_MAX, &ld->aio_ctx);
 350         if (o->userspace_reap || err == -EINVAL)
 351                 err = io_queue_init(td->o.iodepth, &ld->aio_ctx);
 352         if (err) {
 353                 td_verror(td, -err, "io_queue_init");
 354                 log_err("fio: check /proc/sys/fs/aio-max-nr\n");
 355                 free(ld);
 356                 return 1;
 357         }
 358
 359         ld->entries = td->o.iodepth;
 360         ld->is_pow2 = is_power_of_2(ld->entries);
 361         ld->aio_events = calloc(ld->entries, sizeof(struct io_event));
 362         ld->iocbs = calloc(ld->entries, sizeof(struct iocb *));
 363         ld->io_us = calloc(ld->entries, sizeof(struct io_u *));
 364
 365         td->io_ops->data = ld;
 366         return 0;
 367 }
 368
 369 static struct ioengine_ops ioengine = {
 370         .name                   = "libaio",
 371         .version                = FIO_IOOPS_VERSION,
 372         .init                   = fio_libaio_init,
 373         .prep                   = fio_libaio_prep,
 374         .queue                  = fio_libaio_queue,
 375         .commit                 = fio_libaio_commit,
 376         .cancel                 = fio_libaio_cancel,
 377         .getevents              = fio_libaio_getevents,
 378         .event                  = fio_libaio_event,
 379         .cleanup                = fio_libaio_cleanup,
 380         .open_file              = generic_open_file,
 381         .close_file             = generic_close_file,
 382         .get_file_size          = generic_get_file_size,
 383         .options                = options,
 384         .option_struct_size     = sizeof(struct libaio_options),
 385 };
 386
 387 static void fio_init fio_libaio_register(void)
 388 {
 389         register_ioengine(&ioengine);
 390 }
 391
 392 static void fio_exit fio_libaio_unregister(void)
 393 {
 394         unregister_ioengine(&ioengine);
 395 }