fio.c

   1 /*
   2  * fio - the flexible io tester
   3  *
   4  * Copyright (C) 2005 Jens Axboe <axboe@suse.de>
   5  * Copyright (C) 2006 Jens Axboe <axboe@kernel.dk>
   6  *
   7  *  This program is free software; you can redistribute it and/or modify
   8  *  it under the terms of the GNU General Public License as published by
   9  *  the Free Software Foundation; either version 2 of the License, or
  10  *  (at your option) any later version.
  11  *
  12  *  This program is distributed in the hope that it will be useful,
  13  *  but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  14  *  MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
  15  *  GNU General Public License for more details.
  16  *
  17  *  You should have received a copy of the GNU General Public License
  18  *  along with this program; if not, write to the Free Software
  19  *  Foundation, Inc., 59 Temple Place, Suite 330, Boston, MA  02111-1307  USA
  20  *
  21  */
  22 #include <unistd.h>
  23 #include <fcntl.h>
  24 #include <string.h>
  25 #include <signal.h>
  26 #include <time.h>
  27 #include <assert.h>
  28 #include <sys/stat.h>
  29 #include <sys/wait.h>
  30 #include <sys/ipc.h>
  31 #include <sys/shm.h>
  32 #include <sys/ioctl.h>
  33 #include <sys/mman.h>
  34
  35 #include "fio.h"
  36 #include "os.h"
  37
  38 #define MASK    (4095)
  39
  40 #define ALIGN(buf)      (char *) (((unsigned long) (buf) + MASK) & ~(MASK))
  41
  42 int groupid = 0;
  43 int thread_number = 0;
  44 int shm_id = 0;
  45 int temp_stall_ts;
  46 char *fio_inst_prefix = _INST_PREFIX;
  47
  48 extern unsigned long long mlock_size;
  49
  50 #define should_fsync(td)        ((td_write(td) || td_rw(td)) && (!(td)->odirect || (td)->override_sync))
  51
  52 static volatile int startup_sem;
  53
  54 #define TERMINATE_ALL           (-1)
  55 #define JOB_START_TIMEOUT       (5 * 1000)
  56
  57 static void terminate_threads(int group_id)
  58 {
  59         int i;
  60
  61         for (i = 0; i < thread_number; i++) {
  62                 struct thread_data *td = &threads[i];
  63
  64                 if (group_id == TERMINATE_ALL || groupid == td->groupid) {
  65                         td->terminate = 1;
  66                         td->start_delay = 0;
  67                 }
  68         }
  69 }
  70
  71 static void sig_handler(int sig)
  72 {
  73         switch (sig) {
  74                 case SIGALRM:
  75                         update_io_ticks();
  76                         disk_util_timer_arm();
  77                         print_thread_status();
  78                         break;
  79                 default:
  80                         printf("\nfio: terminating on signal\n");
  81                         fflush(stdout);
  82                         terminate_threads(TERMINATE_ALL);
  83                         break;
  84         }
  85 }
  86
  87 /*
  88  * The ->file_map[] contains a map of blocks we have or have not done io
  89  * to yet. Used to make sure we cover the entire range in a fair fashion.
  90  */
  91 static int random_map_free(struct thread_data *td, struct fio_file *f,
  92                            unsigned long long block)
  93 {
  94         unsigned int idx = RAND_MAP_IDX(td, f, block);
  95         unsigned int bit = RAND_MAP_BIT(td, f, block);
  96
  97         return (f->file_map[idx] & (1UL << bit)) == 0;
  98 }
  99
 100 /*
 101  * Return the next free block in the map.
 102  */
 103 static int get_next_free_block(struct thread_data *td, struct fio_file *f,
 104                                unsigned long long *b)
 105 {
 106         int i;
 107
 108         *b = 0;
 109         i = 0;
 110         while ((*b) * td->min_bs < f->file_size) {
 111                 if (f->file_map[i] != -1UL) {
 112                         *b += ffz(f->file_map[i]);
 113                         return 0;
 114                 }
 115
 116                 *b += BLOCKS_PER_MAP;
 117                 i++;
 118         }
 119
 120         return 1;
 121 }
 122
 123 /*
 124  * Mark a given offset as used in the map.
 125  */
 126 static void mark_random_map(struct thread_data *td, struct fio_file *f,
 127                             struct io_u *io_u)
 128 {
 129         unsigned long long block = io_u->offset / (unsigned long long) td->min_bs;
 130         unsigned int blocks = 0;
 131
 132         while (blocks < (io_u->buflen / td->min_bs)) {
 133                 unsigned int idx, bit;
 134
 135                 if (!random_map_free(td, f, block))
 136                         break;
 137
 138                 idx = RAND_MAP_IDX(td, f, block);
 139                 bit = RAND_MAP_BIT(td, f, block);
 140
 141                 assert(idx < f->num_maps);
 142
 143                 f->file_map[idx] |= (1UL << bit);
 144                 block++;
 145                 blocks++;
 146         }
 147
 148         if ((blocks * td->min_bs) < io_u->buflen)
 149                 io_u->buflen = blocks * td->min_bs;
 150 }
 151
 152 /*
 153  * For random io, generate a random new block and see if it's used. Repeat
 154  * until we find a free one. For sequential io, just return the end of
 155  * the last io issued.
 156  */
 157 static int get_next_offset(struct thread_data *td, struct fio_file *f,
 158                            unsigned long long *offset)
 159 {
 160         unsigned long long b, rb;
 161         long r;
 162
 163         if (!td->sequential) {
 164                 unsigned long long max_blocks = td->io_size / td->min_bs;
 165                 int loops = 50;
 166
 167                 do {
 168                         r = os_random_long(&td->random_state);
 169                         b = ((max_blocks - 1) * r / (unsigned long long) (RAND_MAX+1.0));
 170                         rb = b + (f->file_offset / td->min_bs);
 171                         loops--;
 172                 } while (!random_map_free(td, f, rb) && loops);
 173
 174                 if (!loops) {
 175                         if (get_next_free_block(td, f, &b))
 176                                 return 1;
 177                 }
 178         } else
 179                 b = f->last_pos / td->min_bs;
 180
 181         *offset = (b * td->min_bs) + f->file_offset;
 182         if (*offset > f->file_size)
 183                 return 1;
 184
 185         return 0;
 186 }
 187
 188 static unsigned int get_next_buflen(struct thread_data *td)
 189 {
 190         unsigned int buflen;
 191         long r;
 192
 193         if (td->min_bs == td->max_bs)
 194                 buflen = td->min_bs;
 195         else {
 196                 r = os_random_long(&td->bsrange_state);
 197                 buflen = (1 + (double) (td->max_bs - 1) * r / (RAND_MAX + 1.0));
 198                 buflen = (buflen + td->min_bs - 1) & ~(td->min_bs - 1);
 199         }
 200
 201         if (buflen > td->io_size - td->this_io_bytes[td->ddir]) {
 202                 /*
 203                  * if using direct/raw io, we may not be able to
 204                  * shrink the size. so just fail it.
 205                  */
 206                 if (td->io_ops->flags & FIO_RAWIO)
 207                         return 0;
 208
 209                 buflen = td->io_size - td->this_io_bytes[td->ddir];
 210         }
 211
 212         return buflen;
 213 }
 214
 215 /*
 216  * Check if we are above the minimum rate given.
 217  */
 218 static int check_min_rate(struct thread_data *td, struct timeval *now)
 219 {
 220         unsigned long spent;
 221         unsigned long rate;
 222         int ddir = td->ddir;
 223
 224         /*
 225          * allow a 2 second settle period in the beginning
 226          */
 227         if (mtime_since(&td->start, now) < 2000)
 228                 return 0;
 229
 230         /*
 231          * if rate blocks is set, sample is running
 232          */
 233         if (td->rate_bytes) {
 234                 spent = mtime_since(&td->lastrate, now);
 235                 if (spent < td->ratecycle)
 236                         return 0;
 237
 238                 rate = (td->this_io_bytes[ddir] - td->rate_bytes) / spent;
 239                 if (rate < td->ratemin) {
 240                         fprintf(f_out, "%s: min rate %d not met, got %ldKiB/sec\n", td->name, td->ratemin, rate);
 241                         if (rate_quit)
 242                                 terminate_threads(td->groupid);
 243                         return 1;
 244                 }
 245         }
 246
 247         td->rate_bytes = td->this_io_bytes[ddir];
 248         memcpy(&td->lastrate, now, sizeof(*now));
 249         return 0;
 250 }
 251
 252 static inline int runtime_exceeded(struct thread_data *td, struct timeval *t)
 253 {
 254         if (!td->timeout)
 255                 return 0;
 256         if (mtime_since(&td->epoch, t) >= td->timeout * 1000)
 257                 return 1;
 258
 259         return 0;
 260 }
 261
 262 /*
 263  * Return the data direction for the next io_u. If the job is a
 264  * mixed read/write workload, check the rwmix cycle and switch if
 265  * necessary.
 266  */
 267 static int get_rw_ddir(struct thread_data *td)
 268 {
 269         if (td_rw(td)) {
 270                 struct timeval now;
 271                 unsigned long elapsed;
 272
 273                 gettimeofday(&now, NULL);
 274                 elapsed = mtime_since_now(&td->rwmix_switch);
 275
 276                 /*
 277                  * Check if it's time to seed a new data direction.
 278                  */
 279                 if (elapsed >= td->rwmixcycle) {
 280                         int v;
 281                         long r;
 282
 283                         r = os_random_long(&td->rwmix_state);
 284                         v = 1 + (int) (100.0 * (r / (RAND_MAX + 1.0)));
 285                         if (v < td->rwmixread)
 286                                 td->rwmix_ddir = DDIR_READ;
 287                         else
 288                                 td->rwmix_ddir = DDIR_WRITE;
 289                         memcpy(&td->rwmix_switch, &now, sizeof(now));
 290                 }
 291                 return td->rwmix_ddir;
 292         } else if (td_read(td))
 293                 return DDIR_READ;
 294         else
 295                 return DDIR_WRITE;
 296 }
 297
 298 static int td_io_prep(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
 299 {
 300         if (td->io_ops->prep && td->io_ops->prep(td, io_u))
 301                 return 1;
 302
 303         return 0;
 304 }
 305
 306 void put_io_u(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
 307 {
 308         io_u->file = NULL;
 309         list_del(&io_u->list);
 310         list_add(&io_u->list, &td->io_u_freelist);
 311         td->cur_depth--;
 312 }
 313
 314 static int fill_io_u(struct thread_data *td, struct fio_file *f,
 315                      struct io_u *io_u)
 316 {
 317         /*
 318          * If using an iolog, grab next piece if any available.
 319          */
 320         if (td->read_iolog)
 321                 return read_iolog_get(td, io_u);
 322
 323         /*
 324          * No log, let the seq/rand engine retrieve the next position.
 325          */
 326         if (!get_next_offset(td, f, &io_u->offset)) {
 327                 io_u->buflen = get_next_buflen(td);
 328
 329                 if (io_u->buflen) {
 330                         io_u->ddir = get_rw_ddir(td);
 331
 332                         /*
 333                          * If using a write iolog, store this entry.
 334                          */
 335                         if (td->write_iolog)
 336                                 write_iolog_put(td, io_u);
 337
 338                         io_u->file = f;
 339                         return 0;
 340                 }
 341         }
 342
 343         return 1;
 344 }
 345
 346 #define queue_full(td)  list_empty(&(td)->io_u_freelist)
 347
 348 struct io_u *__get_io_u(struct thread_data *td)
 349 {
 350         struct io_u *io_u = NULL;
 351
 352         if (!queue_full(td)) {
 353                 io_u = list_entry(td->io_u_freelist.next, struct io_u, list);
 354
 355                 io_u->error = 0;
 356                 io_u->resid = 0;
 357                 list_del(&io_u->list);
 358                 list_add(&io_u->list, &td->io_u_busylist);
 359                 td->cur_depth++;
 360         }
 361
 362         return io_u;
 363 }
 364
 365 /*
 366  * Return an io_u to be processed. Gets a buflen and offset, sets direction,
 367  * etc. The returned io_u is fully ready to be prepped and submitted.
 368  */
 369 static struct io_u *get_io_u(struct thread_data *td, struct fio_file *f)
 370 {
 371         struct io_u *io_u;
 372
 373         io_u = __get_io_u(td);
 374         if (!io_u)
 375                 return NULL;
 376
 377         if (td->zone_bytes >= td->zone_size) {
 378                 td->zone_bytes = 0;
 379                 f->last_pos += td->zone_skip;
 380         }
 381
 382         if (fill_io_u(td, f, io_u)) {
 383                 put_io_u(td, io_u);
 384                 return NULL;
 385         }
 386
 387         if (io_u->buflen + io_u->offset > f->file_size) {
 388                 if (td->io_ops->flags & FIO_RAWIO) {
 389                         put_io_u(td, io_u);
 390                         return NULL;
 391                 }
 392
 393                 io_u->buflen = f->file_size - io_u->offset;
 394         }
 395
 396         if (!io_u->buflen) {
 397                 put_io_u(td, io_u);
 398                 return NULL;
 399         }
 400
 401         if (!td->read_iolog && !td->sequential)
 402                 mark_random_map(td, f, io_u);
 403
 404         f->last_pos += io_u->buflen;
 405
 406         if (td->verify != VERIFY_NONE)
 407                 populate_verify_io_u(td, io_u);
 408
 409         if (td_io_prep(td, io_u)) {
 410                 put_io_u(td, io_u);
 411                 return NULL;
 412         }
 413
 414         gettimeofday(&io_u->start_time, NULL);
 415         return io_u;
 416 }
 417
 418 static inline void td_set_runstate(struct thread_data *td, int runstate)
 419 {
 420         td->runstate = runstate;
 421 }
 422
 423 static struct fio_file *get_next_file(struct thread_data *td)
 424 {
 425         int old_next_file = td->next_file;
 426         struct fio_file *f;
 427
 428         do {
 429                 f = &td->files[td->next_file];
 430
 431                 td->next_file++;
 432                 if (td->next_file >= td->nr_files)
 433                         td->next_file = 0;
 434
 435                 if (f->fd != -1)
 436                         break;
 437
 438                 f = NULL;
 439         } while (td->next_file != old_next_file);
 440
 441         return f;
 442 }
 443
 444 static int td_io_sync(struct thread_data *td, struct fio_file *f)
 445 {
 446         if (td->io_ops->sync)
 447                 return td->io_ops->sync(td, f);
 448
 449         return 0;
 450 }
 451
 452 static int td_io_getevents(struct thread_data *td, int min, int max,
 453                           struct timespec *t)
 454 {
 455         return td->io_ops->getevents(td, min, max, t);
 456 }
 457
 458 static int td_io_queue(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
 459 {
 460         gettimeofday(&io_u->issue_time, NULL);
 461
 462         return td->io_ops->queue(td, io_u);
 463 }
 464
 465 #define iocb_time(iocb) ((unsigned long) (iocb)->data)
 466
 467 static void io_completed(struct thread_data *td, struct io_u *io_u,
 468                          struct io_completion_data *icd)
 469 {
 470         struct timeval e;
 471         unsigned long msec;
 472
 473         gettimeofday(&e, NULL);
 474
 475         if (!io_u->error) {
 476                 unsigned int bytes = io_u->buflen - io_u->resid;
 477                 const int idx = io_u->ddir;
 478
 479                 td->io_blocks[idx]++;
 480                 td->io_bytes[idx] += bytes;
 481                 td->zone_bytes += bytes;
 482                 td->this_io_bytes[idx] += bytes;
 483
 484                 msec = mtime_since(&io_u->issue_time, &e);
 485
 486                 add_clat_sample(td, idx, msec);
 487                 add_bw_sample(td, idx);
 488
 489                 if ((td_rw(td) || td_write(td)) && idx == DDIR_WRITE)
 490                         log_io_piece(td, io_u);
 491
 492                 icd->bytes_done[idx] += bytes;
 493         } else
 494                 icd->error = io_u->error;
 495 }
 496
 497 static void ios_completed(struct thread_data *td,struct io_completion_data *icd)
 498 {
 499         struct io_u *io_u;
 500         int i;
 501
 502         icd->error = 0;
 503         icd->bytes_done[0] = icd->bytes_done[1] = 0;
 504
 505         for (i = 0; i < icd->nr; i++) {
 506                 io_u = td->io_ops->event(td, i);
 507
 508                 io_completed(td, io_u, icd);
 509                 put_io_u(td, io_u);
 510         }
 511 }
 512
 513 /*
 514  * When job exits, we can cancel the in-flight IO if we are using async
 515  * io. Attempt to do so.
 516  */
 517 static void cleanup_pending_aio(struct thread_data *td)
 518 {
 519         struct timespec ts = { .tv_sec = 0, .tv_nsec = 0};
 520         struct list_head *entry, *n;
 521         struct io_completion_data icd;
 522         struct io_u *io_u;
 523         int r;
 524
 525         /*
 526          * get immediately available events, if any
 527          */
 528         r = td_io_getevents(td, 0, td->cur_depth, &ts);
 529         if (r > 0) {
 530                 icd.nr = r;
 531                 ios_completed(td, &icd);
 532         }
 533
 534         /*
 535          * now cancel remaining active events
 536          */
 537         if (td->io_ops->cancel) {
 538                 list_for_each_safe(entry, n, &td->io_u_busylist) {
 539                         io_u = list_entry(entry, struct io_u, list);
 540
 541                         r = td->io_ops->cancel(td, io_u);
 542                         if (!r)
 543                                 put_io_u(td, io_u);
 544                 }
 545         }
 546
 547         if (td->cur_depth) {
 548                 r = td_io_getevents(td, td->cur_depth, td->cur_depth, NULL);
 549                 if (r > 0) {
 550                         icd.nr = r;
 551                         ios_completed(td, &icd);
 552                 }
 553         }
 554 }
 555
 556 /*
 557  * The main verify engine. Runs over the writes we previusly submitted,
 558  * reads the blocks back in, and checks the crc/md5 of the data.
 559  */
 560 void do_verify(struct thread_data *td)
 561 {
 562         struct timeval t;
 563         struct io_u *io_u, *v_io_u = NULL;
 564         struct io_completion_data icd;
 565         struct fio_file *f;
 566         int ret, i;
 567
 568         /*
 569          * sync io first and invalidate cache, to make sure we really
 570          * read from disk.
 571          */
 572         for_each_file(td, f, i) {
 573                 td_io_sync(td, f);
 574                 file_invalidate_cache(td, f);
 575         }
 576
 577         td_set_runstate(td, TD_VERIFYING);
 578
 579         do {
 580                 if (td->terminate)
 581                         break;
 582
 583                 gettimeofday(&t, NULL);
 584                 if (runtime_exceeded(td, &t))
 585                         break;
 586
 587                 io_u = __get_io_u(td);
 588                 if (!io_u)
 589                         break;
 590
 591                 if (get_next_verify(td, io_u)) {
 592                         put_io_u(td, io_u);
 593                         break;
 594                 }
 595
 596                 f = get_next_file(td);
 597                 if (!f)
 598                         break;
 599
 600                 io_u->file = f;
 601
 602                 if (td_io_prep(td, io_u)) {
 603                         put_io_u(td, io_u);
 604                         break;
 605                 }
 606
 607                 ret = td_io_queue(td, io_u);
 608                 if (ret) {
 609                         put_io_u(td, io_u);
 610                         td_verror(td, ret);
 611                         break;
 612                 }
 613
 614                 /*
 615                  * we have one pending to verify, do that while
 616                  * we are doing io on the next one
 617                  */
 618                 if (do_io_u_verify(td, &v_io_u))
 619                         break;
 620
 621                 ret = td_io_getevents(td, 1, 1, NULL);
 622                 if (ret != 1) {
 623                         if (ret < 0)
 624                                 td_verror(td, ret);
 625                         break;
 626                 }
 627
 628                 v_io_u = td->io_ops->event(td, 0);
 629                 icd.nr = 1;
 630                 icd.error = 0;
 631                 io_completed(td, v_io_u, &icd);
 632
 633                 if (icd.error) {
 634                         td_verror(td, icd.error);
 635                         put_io_u(td, v_io_u);
 636                         v_io_u = NULL;
 637                         break;
 638                 }
 639
 640                 /*
 641                  * if we can't submit more io, we need to verify now
 642                  */
 643                 if (queue_full(td) && do_io_u_verify(td, &v_io_u))
 644                         break;
 645
 646         } while (1);
 647
 648         do_io_u_verify(td, &v_io_u);
 649
 650         if (td->cur_depth)
 651                 cleanup_pending_aio(td);
 652
 653         td_set_runstate(td, TD_RUNNING);
 654 }
 655
 656 /*
 657  * Not really an io thread, all it does is burn CPU cycles in the specified
 658  * manner.
 659  */
 660 static void do_cpuio(struct thread_data *td)
 661 {
 662         struct timeval e;
 663         int split = 100 / td->cpuload;
 664         int i = 0;
 665
 666         while (!td->terminate) {
 667                 gettimeofday(&e, NULL);
 668
 669                 if (runtime_exceeded(td, &e))
 670                         break;
 671
 672                 if (!(i % split))
 673                         __usec_sleep(10000);
 674                 else
 675                         usec_sleep(td, 10000);
 676
 677                 i++;
 678         }
 679 }
 680
 681 /*
 682  * Main IO worker function. It retrieves io_u's to process and queues
 683  * and reaps them, checking for rate and errors along the way.
 684  */
 685 static void do_io(struct thread_data *td)
 686 {
 687         struct io_completion_data icd;
 688         struct timeval s, e;
 689         unsigned long usec;
 690         struct fio_file *f;
 691         int i;
 692
 693         td_set_runstate(td, TD_RUNNING);
 694
 695         while (td->this_io_bytes[td->ddir] < td->io_size) {
 696                 struct timespec ts = { .tv_sec = 0, .tv_nsec = 0};
 697                 struct timespec *timeout;
 698                 int ret, min_evts = 0;
 699                 struct io_u *io_u;
 700
 701                 if (td->terminate)
 702                         break;
 703
 704                 f = get_next_file(td);
 705                 if (!f)
 706                         break;
 707
 708                 io_u = get_io_u(td, f);
 709                 if (!io_u)
 710                         break;
 711
 712                 memcpy(&s, &io_u->start_time, sizeof(s));
 713
 714                 ret = td_io_queue(td, io_u);
 715                 if (ret) {
 716                         put_io_u(td, io_u);
 717                         td_verror(td, ret);
 718                         break;
 719                 }
 720
 721                 add_slat_sample(td, io_u->ddir, mtime_since(&io_u->start_time, &io_u->issue_time));
 722
 723                 if (td->cur_depth < td->iodepth) {
 724                         timeout = &ts;
 725                         min_evts = 0;
 726                 } else {
 727                         timeout = NULL;
 728                         min_evts = 1;
 729                 }
 730
 731                 ret = td_io_getevents(td, min_evts, td->cur_depth, timeout);
 732                 if (ret < 0) {
 733                         td_verror(td, ret);
 734                         break;
 735                 } else if (!ret)
 736                         continue;
 737
 738                 icd.nr = ret;
 739                 ios_completed(td, &icd);
 740                 if (icd.error) {
 741                         td_verror(td, icd.error);
 742                         break;
 743                 }
 744
 745                 /*
 746                  * the rate is batched for now, it should work for batches
 747                  * of completions except the very first one which may look
 748                  * a little bursty
 749                  */
 750                 gettimeofday(&e, NULL);
 751                 usec = utime_since(&s, &e);
 752
 753                 rate_throttle(td, usec, icd.bytes_done[td->ddir]);
 754
 755                 if (check_min_rate(td, &e)) {
 756                         td_verror(td, ENOMEM);
 757                         break;
 758                 }
 759
 760                 if (runtime_exceeded(td, &e))
 761                         break;
 762
 763                 if (td->thinktime)
 764                         usec_sleep(td, td->thinktime);
 765
 766                 if (should_fsync(td) && td->fsync_blocks &&
 767                     (td->io_blocks[DDIR_WRITE] % td->fsync_blocks) == 0)
 768                         td_io_sync(td, f);
 769         }
 770
 771         if (td->cur_depth)
 772                 cleanup_pending_aio(td);
 773
 774         if (should_fsync(td) && td->end_fsync) {
 775                 td_set_runstate(td, TD_FSYNCING);
 776                 for_each_file(td, f, i)
 777                         td_io_sync(td, f);
 778         }
 779 }
 780
 781 static int td_io_init(struct thread_data *td)
 782 {
 783         if (td->io_ops->init)
 784                 return td->io_ops->init(td);
 785
 786         return 0;
 787 }
 788
 789 static void cleanup_io_u(struct thread_data *td)
 790 {
 791         struct list_head *entry, *n;
 792         struct io_u *io_u;
 793
 794         list_for_each_safe(entry, n, &td->io_u_freelist) {
 795                 io_u = list_entry(entry, struct io_u, list);
 796
 797                 list_del(&io_u->list);
 798                 free(io_u);
 799         }
 800
 801         if (td->mem_type == MEM_MALLOC)
 802                 free(td->orig_buffer);
 803         else if (td->mem_type == MEM_SHM) {
 804                 struct shmid_ds sbuf;
 805
 806                 shmdt(td->orig_buffer);
 807                 shmctl(td->shm_id, IPC_RMID, &sbuf);
 808         } else if (td->mem_type == MEM_MMAP)
 809                 munmap(td->orig_buffer, td->orig_buffer_size);
 810         else
 811                 log_err("Bad memory type %d\n", td->mem_type);
 812
 813         td->orig_buffer = NULL;
 814 }
 815
 816 static int init_io_u(struct thread_data *td)
 817 {
 818         struct io_u *io_u;
 819         int i, max_units;
 820         char *p;
 821
 822         if (td->io_ops->flags & FIO_CPUIO)
 823                 return 0;
 824
 825         if (td->io_ops->flags & FIO_SYNCIO)
 826                 max_units = 1;
 827         else
 828                 max_units = td->iodepth;
 829
 830         td->orig_buffer_size = td->max_bs * max_units + MASK;
 831
 832         if (td->mem_type == MEM_MALLOC)
 833                 td->orig_buffer = malloc(td->orig_buffer_size);
 834         else if (td->mem_type == MEM_SHM) {
 835                 td->shm_id = shmget(IPC_PRIVATE, td->orig_buffer_size, IPC_CREAT | 0600);
 836                 if (td->shm_id < 0) {
 837                         td_verror(td, errno);
 838                         perror("shmget");
 839                         return 1;
 840                 }
 841
 842                 td->orig_buffer = shmat(td->shm_id, NULL, 0);
 843                 if (td->orig_buffer == (void *) -1) {
 844                         td_verror(td, errno);
 845                         perror("shmat");
 846                         td->orig_buffer = NULL;
 847                         return 1;
 848                 }
 849         } else if (td->mem_type == MEM_MMAP) {
 850                 td->orig_buffer = mmap(NULL, td->orig_buffer_size, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_PRIVATE | OS_MAP_ANON, 0, 0);
 851                 if (td->orig_buffer == MAP_FAILED) {
 852                         td_verror(td, errno);
 853                         perror("mmap");
 854                         td->orig_buffer = NULL;
 855                         return 1;
 856                 }
 857         }
 858
 859         p = ALIGN(td->orig_buffer);
 860         for (i = 0; i < max_units; i++) {
 861                 io_u = malloc(sizeof(*io_u));
 862                 memset(io_u, 0, sizeof(*io_u));
 863                 INIT_LIST_HEAD(&io_u->list);
 864
 865                 io_u->buf = p + td->max_bs * i;
 866                 io_u->index = i;
 867                 list_add(&io_u->list, &td->io_u_freelist);
 868         }
 869
 870         return 0;
 871 }
 872
 873 static int switch_ioscheduler(struct thread_data *td)
 874 {
 875         char tmp[256], tmp2[128];
 876         FILE *f;
 877         int ret;
 878
 879         sprintf(tmp, "%s/queue/scheduler", td->sysfs_root);
 880
 881         f = fopen(tmp, "r+");
 882         if (!f) {
 883                 td_verror(td, errno);
 884                 return 1;
 885         }
 886
 887         /*
 888          * Set io scheduler.
 889          */
 890         ret = fwrite(td->ioscheduler, strlen(td->ioscheduler), 1, f);
 891         if (ferror(f) || ret != 1) {
 892                 td_verror(td, errno);
 893                 fclose(f);
 894                 return 1;
 895         }
 896
 897         rewind(f);
 898
 899         /*
 900          * Read back and check that the selected scheduler is now the default.
 901          */
 902         ret = fread(tmp, 1, sizeof(tmp), f);
 903         if (ferror(f) || ret < 0) {
 904                 td_verror(td, errno);
 905                 fclose(f);
 906                 return 1;
 907         }
 908
 909         sprintf(tmp2, "[%s]", td->ioscheduler);
 910         if (!strstr(tmp, tmp2)) {
 911                 log_err("fio: io scheduler %s not found\n", td->ioscheduler);
 912                 td_verror(td, EINVAL);
 913                 fclose(f);
 914                 return 1;
 915         }
 916
 917         fclose(f);
 918         return 0;
 919 }
 920
 921 static void clear_io_state(struct thread_data *td)
 922 {
 923         struct fio_file *f;
 924         int i;
 925
 926         td->stat_io_bytes[0] = td->stat_io_bytes[1] = 0;
 927         td->this_io_bytes[0] = td->this_io_bytes[1] = 0;
 928         td->zone_bytes = 0;
 929
 930         for_each_file(td, f, i) {
 931                 f->last_pos = 0;
 932                 if (td->io_ops->flags & FIO_SYNCIO)
 933                         lseek(f->fd, SEEK_SET, 0);
 934
 935                 if (f->file_map)
 936                         memset(f->file_map, 0, f->num_maps * sizeof(long));
 937         }
 938 }
 939
 940 /*
 941  * Entry point for the thread based jobs. The process based jobs end up
 942  * here as well, after a little setup.
 943  */
 944 static void *thread_main(void *data)
 945 {
 946         struct thread_data *td = data;
 947
 948         if (!td->use_thread)
 949                 setsid();
 950
 951         td->pid = getpid();
 952
 953         INIT_LIST_HEAD(&td->io_u_freelist);
 954         INIT_LIST_HEAD(&td->io_u_busylist);
 955         INIT_LIST_HEAD(&td->io_hist_list);
 956         INIT_LIST_HEAD(&td->io_log_list);
 957
 958         if (init_io_u(td))
 959                 goto err;
 960
 961         if (fio_setaffinity(td) == -1) {
 962                 td_verror(td, errno);
 963                 goto err;
 964         }
 965
 966         if (td_io_init(td))
 967                 goto err;
 968
 969         if (init_iolog(td))
 970                 goto err;
 971
 972         if (td->ioprio) {
 973                 if (ioprio_set(IOPRIO_WHO_PROCESS, 0, td->ioprio) == -1) {
 974                         td_verror(td, errno);
 975                         goto err;
 976                 }
 977         }
 978
 979         if (nice(td->nice) == -1) {
 980                 td_verror(td, errno);
 981                 goto err;
 982         }
 983
 984         if (init_random_state(td))
 985                 goto err;
 986
 987         if (td->ioscheduler && switch_ioscheduler(td))
 988                 goto err;
 989
 990         td_set_runstate(td, TD_INITIALIZED);
 991         fio_sem_up(&startup_sem);
 992         fio_sem_down(&td->mutex);
 993
 994         if (!td->create_serialize && setup_files(td))
 995                 goto err;
 996
 997         gettimeofday(&td->epoch, NULL);
 998
 999         if (td->exec_prerun)
1000                 system(td->exec_prerun);
1001
1002         while (td->loops--) {
1003                 getrusage(RUSAGE_SELF, &td->ru_start);
1004                 gettimeofday(&td->start, NULL);
1005                 memcpy(&td->stat_sample_time, &td->start, sizeof(td->start));
1006
1007                 if (td->ratemin)
1008                         memcpy(&td->lastrate, &td->stat_sample_time, sizeof(td->lastrate));
1009
1010                 clear_io_state(td);
1011                 prune_io_piece_log(td);
1012
1013                 if (td->io_ops->flags & FIO_CPUIO)
1014                         do_cpuio(td);
1015                 else
1016                         do_io(td);
1017
1018                 td->runtime[td->ddir] += mtime_since_now(&td->start);
1019                 if (td_rw(td) && td->io_bytes[td->ddir ^ 1])
1020                         td->runtime[td->ddir ^ 1] = td->runtime[td->ddir];
1021
1022                 update_rusage_stat(td);
1023
1024                 if (td->error || td->terminate)
1025                         break;
1026
1027                 if (td->verify == VERIFY_NONE)
1028                         continue;
1029
1030                 clear_io_state(td);
1031                 gettimeofday(&td->start, NULL);
1032
1033                 do_verify(td);
1034
1035                 td->runtime[DDIR_READ] += mtime_since_now(&td->start);
1036
1037                 if (td->error || td->terminate)
1038                         break;
1039         }
1040
1041         if (td->bw_log)
1042                 finish_log(td, td->bw_log, "bw");
1043         if (td->slat_log)
1044                 finish_log(td, td->slat_log, "slat");
1045         if (td->clat_log)
1046                 finish_log(td, td->clat_log, "clat");
1047         if (td->write_iolog)
1048                 write_iolog_close(td);
1049         if (td->exec_postrun)
1050                 system(td->exec_postrun);
1051
1052         if (exitall_on_terminate)
1053                 terminate_threads(td->groupid);
1054
1055 err:
1056         close_files(td);
1057         close_ioengine(td);
1058         cleanup_io_u(td);
1059         td_set_runstate(td, TD_EXITED);
1060         return NULL;
1061
1062 }
1063
1064 /*
1065  * We cannot pass the td data into a forked process, so attach the td and
1066  * pass it to the thread worker.
1067  */
1068 static void *fork_main(int shmid, int offset)
1069 {
1070         struct thread_data *td;
1071         void *data;
1072
1073         data = shmat(shmid, NULL, 0);
1074         if (data == (void *) -1) {
1075                 perror("shmat");
1076                 return NULL;
1077         }
1078
1079         td = data + offset * sizeof(struct thread_data);
1080         thread_main(td);
1081         shmdt(data);
1082         return NULL;
1083 }
1084
1085 /*
1086  * Run over the job map and reap the threads that have exited, if any.
1087  */
1088 static void reap_threads(int *nr_running, int *t_rate, int *m_rate)
1089 {
1090         int i, cputhreads;
1091
1092         /*
1093          * reap exited threads (TD_EXITED -> TD_REAPED)
1094          */
1095         for (i = 0, cputhreads = 0; i < thread_number; i++) {
1096                 struct thread_data *td = &threads[i];
1097
1098                 if (td->io_ops->flags & FIO_CPUIO)
1099                         cputhreads++;
1100
1101                 if (td->runstate != TD_EXITED)
1102                         continue;
1103
1104                 td_set_runstate(td, TD_REAPED);
1105
1106                 if (td->use_thread) {
1107                         long ret;
1108
1109                         if (pthread_join(td->thread, (void *) &ret))
1110                                 perror("thread_join");
1111                 } else
1112                         waitpid(td->pid, NULL, 0);
1113
1114                 (*nr_running)--;
1115                 (*m_rate) -= td->ratemin;
1116                 (*t_rate) -= td->rate;
1117         }
1118
1119         if (*nr_running == cputhreads)
1120                 terminate_threads(TERMINATE_ALL);
1121 }
1122
1123 static void fio_unpin_memory(void *pinned)
1124 {
1125         if (pinned) {
1126                 if (munlock(pinned, mlock_size) < 0)
1127                         perror("munlock");
1128                 munmap(pinned, mlock_size);
1129         }
1130 }
1131
1132 static void *fio_pin_memory(void)
1133 {
1134         unsigned long long phys_mem;
1135         void *ptr;
1136
1137         if (!mlock_size)
1138                 return NULL;
1139
1140         /*
1141          * Don't allow mlock of more than real_mem-128MB
1142          */
1143         phys_mem = os_phys_mem();
1144         if (phys_mem) {
1145                 if ((mlock_size + 128 * 1024 * 1024) > phys_mem) {
1146                         mlock_size = phys_mem - 128 * 1024 * 1024;
1147                         fprintf(f_out, "fio: limiting mlocked memory to %lluMiB\n", mlock_size >> 20);
1148                 }
1149         }
1150
1151         ptr = mmap(NULL, mlock_size, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_PRIVATE | OS_MAP_ANON, 0, 0);
1152         if (!ptr) {
1153                 perror("malloc locked mem");
1154                 return NULL;
1155         }
1156         if (mlock(ptr, mlock_size) < 0) {
1157                 munmap(ptr, mlock_size);
1158                 perror("mlock");
1159                 return NULL;
1160         }
1161
1162         return ptr;
1163 }
1164
1165 /*
1166  * Main function for kicking off and reaping jobs, as needed.
1167  */
1168 static void run_threads(void)
1169 {
1170         struct thread_data *td;
1171         unsigned long spent;
1172         int i, todo, nr_running, m_rate, t_rate, nr_started;
1173         void *mlocked_mem;
1174
1175         mlocked_mem = fio_pin_memory();
1176
1177         if (!terse_output) {
1178                 printf("Starting %d thread%s\n", thread_number, thread_number > 1 ? "s" : "");
1179                 fflush(stdout);
1180         }
1181
1182         signal(SIGINT, sig_handler);
1183         signal(SIGALRM, sig_handler);
1184
1185         todo = thread_number;
1186         nr_running = 0;
1187         nr_started = 0;
1188         m_rate = t_rate = 0;
1189
1190         for (i = 0; i < thread_number; i++) {
1191                 td = &threads[i];
1192
1193                 print_status_init(td->thread_number - 1);
1194
1195                 init_disk_util(td);
1196
1197                 if (!td->create_serialize)
1198                         continue;
1199
1200                 /*
1201                  * do file setup here so it happens sequentially,
1202                  * we don't want X number of threads getting their
1203                  * client data interspersed on disk
1204                  */
1205                 if (setup_files(td)) {
1206                         td_set_runstate(td, TD_REAPED);
1207                         todo--;
1208                 }
1209         }
1210
1211         time_init();
1212
1213         while (todo) {
1214                 struct thread_data *map[MAX_JOBS];
1215                 struct timeval this_start;
1216                 int this_jobs = 0, left;
1217
1218                 /*
1219                  * create threads (TD_NOT_CREATED -> TD_CREATED)
1220                  */
1221                 for (i = 0; i < thread_number; i++) {
1222                         td = &threads[i];
1223
1224                         if (td->runstate != TD_NOT_CREATED)
1225                                 continue;
1226
1227                         /*
1228                          * never got a chance to start, killed by other
1229                          * thread for some reason
1230                          */
1231                         if (td->terminate) {
1232                                 todo--;
1233                                 continue;
1234                         }
1235
1236                         if (td->start_delay) {
1237                                 spent = mtime_since_genesis();
1238
1239                                 if (td->start_delay * 1000 > spent)
1240                                         continue;
1241                         }
1242
1243                         if (td->stonewall && (nr_started || nr_running))
1244                                 break;
1245
1246                         /*
1247                          * Set state to created. Thread will transition
1248                          * to TD_INITIALIZED when it's done setting up.
1249                          */
1250                         td_set_runstate(td, TD_CREATED);
1251                         map[this_jobs++] = td;
1252                         fio_sem_init(&startup_sem, 1);
1253                         nr_started++;
1254
1255                         if (td->use_thread) {
1256                                 if (pthread_create(&td->thread, NULL, thread_main, td)) {
1257                                         perror("thread_create");
1258                                         nr_started--;
1259                                 }
1260                         } else {
1261                                 if (fork())
1262                                         fio_sem_down(&startup_sem);
1263                                 else {
1264                                         fork_main(shm_id, i);
1265                                         exit(0);
1266                                 }
1267                         }
1268                 }
1269
1270                 /*
1271                  * Wait for the started threads to transition to
1272                  * TD_INITIALIZED.
1273                  */
1274                 gettimeofday(&this_start, NULL);
1275                 left = this_jobs;
1276                 while (left) {
1277                         if (mtime_since_now(&this_start) > JOB_START_TIMEOUT)
1278                                 break;
1279
1280                         usleep(100000);
1281
1282                         for (i = 0; i < this_jobs; i++) {
1283                                 td = map[i];
1284                                 if (!td)
1285                                         continue;
1286                                 if (td->runstate == TD_INITIALIZED) {
1287                                         map[i] = NULL;
1288                                         left--;
1289                                 } else if (td->runstate >= TD_EXITED) {
1290                                         map[i] = NULL;
1291                                         left--;
1292                                         todo--;
1293                                         nr_running++; /* work-around... */
1294                                 }
1295                         }
1296                 }
1297
1298                 if (left) {
1299                         log_err("fio: %d jobs failed to start\n", left);
1300                         for (i = 0; i < this_jobs; i++) {
1301                                 td = map[i];
1302                                 if (!td)
1303                                         continue;
1304                                 kill(td->pid, SIGTERM);
1305                         }
1306                         break;
1307                 }
1308
1309                 /*
1310                  * start created threads (TD_INITIALIZED -> TD_RUNNING).
1311                  */
1312                 for (i = 0; i < thread_number; i++) {
1313                         td = &threads[i];
1314
1315                         if (td->runstate != TD_INITIALIZED)
1316                                 continue;
1317
1318                         td_set_runstate(td, TD_RUNNING);
1319                         nr_running++;
1320                         nr_started--;
1321                         m_rate += td->ratemin;
1322                         t_rate += td->rate;
1323                         todo--;
1324                         fio_sem_up(&td->mutex);
1325                 }
1326
1327                 reap_threads(&nr_running, &t_rate, &m_rate);
1328
1329                 if (todo)
1330                         usleep(100000);
1331         }
1332
1333         while (nr_running) {
1334                 reap_threads(&nr_running, &t_rate, &m_rate);
1335                 usleep(10000);
1336         }
1337
1338         update_io_ticks();
1339         fio_unpin_memory(mlocked_mem);
1340 }
1341
1342 int main(int argc, char *argv[])
1343 {
1344         if (parse_options(argc, argv))
1345                 return 1;
1346
1347         if (!thread_number) {
1348                 log_err("Nothing to do\n");
1349                 return 1;
1350         }
1351
1352         disk_util_timer_arm();
1353
1354         run_threads();
1355         show_run_stats();
1356
1357         return 0;
1358 }