engines/windowsaio.c

   1 /*
   2  * Native Windows async IO engine
   3  * Copyright (C) 2011 Bruce Cran <bruce@cran.org.uk>
   4  */
   5
   6 #include <stdio.h>
   7 #include <stdlib.h>
   8 #include <unistd.h>
   9 #include <signal.h>
  10 #include <errno.h>
  11 #include <windows.h>
  12
  13 #include "../fio.h"
  14
  15 typedef BOOL (WINAPI *CANCELIOEX)(HANDLE hFile, LPOVERLAPPED lpOverlapped);
  16
  17 typedef struct {
  18  OVERLAPPED o;
  19  struct io_u *io_u;
  20 } FIO_OVERLAPPED;
  21
  22 struct windowsaio_data {
  23         HANDLE *io_handles;
  24         unsigned int io_index;
  25         FIO_OVERLAPPED *ovls;
  26
  27         HANDLE iothread;
  28         HANDLE iothread_stopped;
  29         BOOL iothread_running;
  30
  31         struct io_u **aio_events;
  32         HANDLE iocomplete_event;
  33         CANCELIOEX pCancelIoEx;
  34         BOOL useIOCP;
  35 };
  36
  37 struct thread_ctx {
  38         HANDLE iocp;
  39         struct windowsaio_data *wd;
  40 };
  41
  42 static void PrintError(LPCSTR lpszFunction);
  43 static int fio_windowsaio_cancel(struct thread_data *td,
  44                                struct io_u *io_u);
  45 static BOOL TimedOut(DWORD start_count, DWORD end_count);
  46 static int fio_windowsaio_getevents(struct thread_data *td, unsigned int min,
  47                                     unsigned int max, struct timespec *t);
  48 static struct io_u *fio_windowsaio_event(struct thread_data *td, int event);
  49 static int fio_windowsaio_queue(struct thread_data *td,
  50                               struct io_u *io_u);
  51 static void fio_windowsaio_cleanup(struct thread_data *td);
  52 static DWORD WINAPI IoCompletionRoutine(LPVOID lpParameter);
  53 static int fio_windowsaio_init(struct thread_data *td);
  54 static int fio_windowsaio_open_file(struct thread_data *td, struct fio_file *f);
  55 static int fio_windowsaio_close_file(struct thread_data fio_unused *td, struct fio_file *f);
  56
  57 int sync_file_range(int fd, off64_t offset, off64_t nbytes,
  58                            unsigned int flags)
  59 {
  60         errno = ENOSYS;
  61         return -1;
  62 }
  63
  64 static void PrintError(LPCSTR lpszFunction)
  65 {
  66         // Retrieve the system error message for the last-error code
  67
  68         LPSTR lpMsgBuf;
  69         DWORD dw = GetLastError();
  70
  71         FormatMessage(
  72                 FORMAT_MESSAGE_ALLOCATE_BUFFER |
  73                 FORMAT_MESSAGE_FROM_SYSTEM |
  74                 FORMAT_MESSAGE_IGNORE_INSERTS,
  75                 NULL,
  76                 dw,
  77                 MAKELANGID(LANG_NEUTRAL, SUBLANG_DEFAULT),
  78                 (LPTSTR)&lpMsgBuf,
  79                 0, NULL );
  80
  81         log_err("%s - %s", lpszFunction, lpMsgBuf);
  82         LocalFree(lpMsgBuf);
  83 }
  84
  85 static int fio_windowsaio_cancel(struct thread_data *td,
  86                                struct io_u *io_u)
  87 {
  88         int rc = 0;
  89
  90         struct windowsaio_data *wd = td->io_ops->data;
  91
  92         /* If we're running on Vista or newer, we can cancel individual IO requests */
  93         if (wd->pCancelIoEx != NULL) {
  94                 FIO_OVERLAPPED *ovl = io_u->engine_data;
  95                 if (!wd->pCancelIoEx(io_u->file->hFile, &ovl->o))
  96                         rc = 1;
  97         } else
  98                 rc = 1;
  99
 100         return rc;
 101 }
 102
 103 static BOOL TimedOut(DWORD start_count, DWORD end_count)
 104 {
 105         BOOL expired = FALSE;
 106         DWORD current_time;
 107
 108         current_time = GetTickCount();
 109
 110         if ((end_count > start_count) && current_time >= end_count)
 111                 expired = TRUE;
 112         else if (current_time < start_count && current_time > end_count)
 113                 expired = TRUE;
 114
 115         return expired;
 116 }
 117
 118 static int fio_windowsaio_getevents(struct thread_data *td, unsigned int min,
 119                                     unsigned int max, struct timespec *t)
 120 {
 121         struct windowsaio_data *wd = td->io_ops->data;
 122         struct flist_head *entry;
 123         unsigned int dequeued = 0;
 124         struct io_u *io_u;
 125         DWORD start_count = 0, end_count = 0;
 126         BOOL timedout = FALSE;
 127         unsigned int mswait = 100;
 128
 129         if (t != NULL) {
 130                 mswait = (t->tv_sec * 1000) + (t->tv_nsec / 1000000);
 131                 start_count = GetTickCount();
 132                 end_count = start_count + (t->tv_sec * 1000) + (t->tv_nsec / 1000000);
 133         }
 134
 135         while (dequeued < min && !timedout) {
 136                 flist_for_each(entry, &td->io_u_busylist) {
 137                         io_u = flist_entry(entry, struct io_u, list);
 138
 139                         if (io_u->seen == 0) {
 140                                 io_u->seen = 1;
 141                                 wd->aio_events[dequeued] = io_u;
 142                                 dequeued++;
 143                         }
 144
 145                         if (dequeued == max)
 146                                 break;
 147                 }
 148
 149                 if (dequeued < min)
 150                         WaitForSingleObject(wd->iocomplete_event, mswait);
 151
 152                 if (t != NULL && TimedOut(start_count, end_count))
 153                         timedout = TRUE;
 154         }
 155
 156         return dequeued;
 157 }
 158
 159 static struct io_u *fio_windowsaio_event(struct thread_data *td, int event)
 160 {
 161         struct windowsaio_data *wd = td->io_ops->data;
 162         return wd->aio_events[event];
 163 }
 164
 165 static int fio_windowsaio_queue(struct thread_data *td,
 166                               struct io_u *io_u)
 167 {
 168         struct windowsaio_data *wd;
 169         LPOVERLAPPED lpOvl;
 170         DWORD iobytes;
 171         BOOL success = TRUE;
 172         int ind;
 173         int rc;
 174
 175         fio_ro_check(td, io_u);
 176
 177         wd = td->io_ops->data;
 178         ind = wd->io_index;
 179
 180         ResetEvent(wd->io_handles[ind]);
 181
 182         if (wd->useIOCP) {
 183             lpOvl = &wd->ovls[ind].o;
 184
 185         lpOvl->Internal = STATUS_PENDING;
 186         lpOvl->InternalHigh = 0;
 187         lpOvl->Offset = io_u->offset & 0xFFFFFFFF;
 188         lpOvl->OffsetHigh = io_u->offset >> 32;
 189         lpOvl->hEvent = wd->io_handles[ind];
 190         lpOvl->Pointer = NULL;
 191         wd->ovls[ind].io_u = io_u;
 192         } else {
 193             lpOvl = NULL;
 194     }
 195
 196         io_u->engine_data = &wd->ovls[ind];
 197         io_u->seen = 0;
 198
 199         if (io_u->ddir == DDIR_WRITE) {
 200                 success = WriteFile(io_u->file->hFile, io_u->xfer_buf, io_u->xfer_buflen, &iobytes, lpOvl);
 201         } else if (io_u->ddir == DDIR_READ) {
 202                 success = ReadFile(io_u->file->hFile, io_u->xfer_buf, io_u->xfer_buflen, &iobytes, lpOvl);
 203         } else if (io_u->ddir == DDIR_SYNC     ||
 204                            io_u->ddir == DDIR_DATASYNC ||
 205                            io_u->ddir == DDIR_SYNC_FILE_RANGE)
 206         {
 207                 FlushFileBuffers(io_u->file->hFile);
 208                 return FIO_Q_COMPLETED;
 209         } else if (io_u->ddir == DDIR_TRIM) {
 210                 log_info("Manual TRIM isn't supported on Windows");
 211                 return FIO_Q_COMPLETED;
 212         } else
 213                 assert(0);
 214
 215     if (wd->useIOCP && (success || GetLastError() == ERROR_IO_PENDING)) {
 216         wd->io_index = (wd->io_index + 1) % td->o.iodepth;
 217                 rc = FIO_Q_QUEUED;
 218         } else if (success && !wd->useIOCP) {
 219                 io_u->resid = io_u->xfer_buflen - iobytes;
 220                 io_u->error = 0;
 221                 rc = FIO_Q_COMPLETED;
 222         } else {
 223                 PrintError(__func__);
 224                 io_u->error = GetLastError();
 225                 io_u->resid = io_u->xfer_buflen;
 226                 rc = FIO_Q_COMPLETED;
 227         }
 228
 229         return rc;
 230 }
 231
 232 static void fio_windowsaio_cleanup(struct thread_data *td)
 233 {
 234         int i;
 235         struct windowsaio_data *wd;
 236
 237         wd = td->io_ops->data;
 238
 239         WaitForSingleObject(wd->iothread_stopped, INFINITE);
 240
 241         if (wd != NULL) {
 242                 CloseHandle(wd->iothread);
 243                 CloseHandle(wd->iothread_stopped);
 244                 CloseHandle(wd->iocomplete_event);
 245
 246                 for (i = 0; i < td->o.iodepth; i++) {
 247                         CloseHandle(wd->io_handles[i]);
 248                 }
 249
 250                 free(wd->aio_events);
 251                 free(wd->io_handles);
 252                 free(wd->ovls);
 253                 free(wd);
 254
 255                 td->io_ops->data = NULL;
 256         }
 257 }
 258
 259 /* Runs as a thread and waits for queued IO to complete */
 260 static DWORD WINAPI IoCompletionRoutine(LPVOID lpParameter)
 261 {
 262         OVERLAPPED *ovl;
 263         FIO_OVERLAPPED *fov;
 264         struct io_u *io_u;
 265         struct windowsaio_data *wd;
 266         struct thread_ctx *ctx;
 267         ULONG_PTR ulKey = 0;
 268         DWORD bytes;
 269
 270         ctx = (struct thread_ctx*)lpParameter;
 271         wd = ctx->wd;
 272
 273         do {
 274                 if (!GetQueuedCompletionStatus(ctx->iocp, &bytes, &ulKey, &ovl, 250))
 275                         continue;
 276
 277                 fov = CONTAINING_RECORD(ovl, FIO_OVERLAPPED, o);
 278                 io_u = fov->io_u;
 279
 280         /* We sometimes get an IO request that hasn't completed yet. Ignore it. */
 281         if (ovl->Internal == STATUS_PENDING)
 282             continue;
 283
 284                 if (ovl->Internal == ERROR_SUCCESS) {
 285                         io_u->resid = io_u->xfer_buflen - ovl->InternalHigh;
 286                         io_u->error = 0;
 287                 } else {
 288                         io_u->resid = io_u->xfer_buflen;
 289                         io_u->error = ovl->Internal;
 290                 }
 291
 292                 SetEvent(wd->iocomplete_event);
 293         } while (ctx->wd->iothread_running);
 294
 295         CloseHandle(ctx->iocp);
 296         SetEvent(ctx->wd->iothread_stopped);
 297         free(ctx);
 298
 299         return 0;
 300 }
 301
 302 static int fio_windowsaio_init(struct thread_data *td)
 303 {
 304         struct windowsaio_data *wd;
 305         HANDLE hKernel32Dll;
 306         int rc = 0;
 307
 308         wd = malloc(sizeof(struct windowsaio_data));
 309         if (wd != NULL)
 310                 ZeroMemory(wd, sizeof(struct windowsaio_data));
 311         else
 312                 rc = 1;
 313
 314         if (!rc) {
 315                 wd->aio_events = malloc(td->o.iodepth * sizeof(struct io_u*));
 316                 if (wd->aio_events == NULL)
 317                         rc = 1;
 318         }
 319
 320         if (!rc) {
 321                 wd->io_handles = malloc(td->o.iodepth * sizeof(HANDLE));
 322                 if (wd->io_handles == NULL)
 323                         rc = 1;
 324         }
 325
 326         if (!rc) {
 327                 wd->ovls = malloc(td->o.iodepth * sizeof(FIO_OVERLAPPED));
 328                 if (wd->ovls == NULL)
 329                         rc = 1;
 330         }
 331
 332         if (!rc) {
 333                 /* Create an auto-reset event */
 334                 wd->iocomplete_event = CreateEvent(NULL, FALSE, FALSE, NULL);
 335                 if (wd->iocomplete_event == NULL)
 336                         rc = 1;
 337         }
 338
 339         if (rc) {
 340                 PrintError(__func__);
 341                 if (wd != NULL) {
 342                         if (wd->ovls != NULL)
 343                                 free(wd->ovls);
 344                         if (wd->io_handles != NULL)
 345                                 free(wd->io_handles);
 346                         if (wd->aio_events != NULL)
 347                                 free(wd->aio_events);
 348
 349                         free(wd);
 350                 }
 351         }
 352
 353         hKernel32Dll = GetModuleHandle("kernel32.dll");
 354         wd->pCancelIoEx = GetProcAddress(hKernel32Dll, "CancelIoEx");
 355
 356         td->io_ops->data = wd;
 357         return 0;
 358 }
 359
 360 static int fio_windowsaio_open_file(struct thread_data *td, struct fio_file *f)
 361 {
 362         int rc = 0;
 363         HANDLE hFile;
 364         DWORD flags = FILE_FLAG_POSIX_SEMANTICS;
 365         DWORD sharemode = FILE_SHARE_READ | FILE_SHARE_WRITE;
 366         DWORD openmode = OPEN_ALWAYS;
 367         DWORD access;
 368         int i;
 369
 370         dprint(FD_FILE, "fd open %s\n", f->file_name);
 371
 372         if (f->filetype == FIO_TYPE_PIPE) {
 373                 log_err("fio: windowsaio doesn't support pipes\n");
 374                 return 1;
 375         }
 376
 377         if (!strcmp(f->file_name, "-")) {
 378                 log_err("fio: can't read/write to stdin/out\n");
 379                 return 1;
 380         }
 381
 382     if (!td->o.odirect && !td->o.sync_io && td->io_ops->data != NULL)
 383             flags |= FILE_FLAG_OVERLAPPED;
 384
 385         if (td->o.odirect)
 386                 flags |= FILE_FLAG_NO_BUFFERING;
 387         if (td->o.sync_io)
 388                 flags |= FILE_FLAG_WRITE_THROUGH;
 389
 390
 391         if (td->o.td_ddir == TD_DDIR_READ  ||
 392                 td->o.td_ddir == TD_DDIR_WRITE)
 393                 flags |= FILE_FLAG_SEQUENTIAL_SCAN;
 394         else
 395                 flags |= FILE_FLAG_RANDOM_ACCESS;
 396
 397         if (!td_write(td) || read_only)
 398                 access = GENERIC_READ;
 399         else
 400                 access = (GENERIC_READ | GENERIC_WRITE);
 401
 402         if (td->o.create_on_open > 0)
 403                 openmode = OPEN_ALWAYS;
 404         else
 405                 openmode = OPEN_EXISTING;
 406
 407         f->hFile = CreateFile(f->file_name, access, sharemode,
 408                 NULL, openmode, flags, NULL);
 409
 410         if (f->hFile == INVALID_HANDLE_VALUE) {
 411                 PrintError(__func__);
 412                 rc = 1;
 413         }
 414
 415         /* Only set up the competion port and thread if we're not just
 416          * querying the device size */
 417     if (!rc && td->io_ops->data != NULL && !td->o.odirect && !td->o.sync_io) {
 418                 struct thread_ctx *ctx;
 419         struct windowsaio_data *wd;
 420                 hFile = CreateIoCompletionPort(f->hFile, NULL, 0, 0);
 421
 422
 423         wd = td->io_ops->data;
 424
 425         if (!td->o.odirect && !td->o.sync_io)
 426             wd->useIOCP = 1;
 427         else
 428             wd->useIOCP = 0;
 429
 430                 wd->io_index = 0;
 431                 wd->iothread_running = TRUE;
 432                 /* Create a manual-reset event */
 433                 wd->iothread_stopped = CreateEvent(NULL, TRUE, FALSE, NULL);
 434
 435                 if (wd->iothread_stopped == NULL)
 436                         rc = 1;
 437
 438                 if (!rc) {
 439                         for (i = 0; i < td->o.iodepth; i++) {
 440                                 /* Create a manual-reset event for putting in OVERLAPPED */
 441                                 wd->io_handles[i] = CreateEvent(NULL, TRUE, FALSE, NULL);
 442                                 if (wd->io_handles[i] == NULL) {
 443                                         PrintError(__func__);
 444                                         rc = 1;
 445                                         break;
 446                                 }
 447                         }
 448                 }
 449
 450                 if (!rc) {
 451                         ctx = malloc(sizeof(struct thread_ctx));
 452                         ctx->iocp = hFile;
 453                         ctx->wd = wd;
 454
 455                         wd->iothread = CreateThread(NULL, 0, IoCompletionRoutine, ctx, 0, NULL);
 456                 }
 457
 458                 if (rc || wd->iothread == NULL) {
 459                         PrintError(__func__);
 460                         rc = 1;
 461                 }
 462         }
 463
 464         return rc;
 465 }
 466
 467 static int fio_windowsaio_close_file(struct thread_data fio_unused *td, struct fio_file *f)
 468 {
 469         struct windowsaio_data *wd;
 470
 471         dprint(FD_FILE, "fd close %s\n", f->file_name);
 472
 473         if (td->io_ops->data != NULL) {
 474                 wd = td->io_ops->data;
 475                 wd->iothread_running = FALSE;
 476                 WaitForSingleObject(wd->iothread_stopped, INFINITE);
 477         }
 478
 479         if (f->hFile != INVALID_HANDLE_VALUE) {
 480                 if (!CloseHandle(f->hFile))
 481                         PrintError(__func__);
 482         }
 483
 484         f->hFile = INVALID_HANDLE_VALUE;
 485         return 0;
 486 }
 487
 488 static struct ioengine_ops ioengine = {
 489         .name           = "windowsaio",
 490         .version        = FIO_IOOPS_VERSION,
 491         .init           = fio_windowsaio_init,
 492         .queue          = fio_windowsaio_queue,
 493         .cancel         = fio_windowsaio_cancel,
 494         .getevents      = fio_windowsaio_getevents,
 495         .event          = fio_windowsaio_event,
 496         .cleanup        = fio_windowsaio_cleanup,
 497         .open_file      = fio_windowsaio_open_file,
 498         .close_file     = fio_windowsaio_close_file,
 499         .get_file_size  = generic_get_file_size
 500 };
 501
 502 static void fio_init fio_posixaio_register(void)
 503 {
 504         register_ioengine(&ioengine);
 505 }
 506
 507 static void fio_exit fio_posixaio_unregister(void)
 508 {
 509         unregister_ioengine(&ioengine);
 510 }