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 static void fill_random_bytes(struct thread_data *td,
 263                               unsigned char *p, unsigned int len)
 264 {
 265         unsigned int todo;
 266         double r;
 267
 268         while (len) {
 269                 r = os_random_double(&td->verify_state);
 270
 271                 /*
 272                  * lrand48_r seems to be broken and only fill the bottom
 273                  * 32-bits, even on 64-bit archs with 64-bit longs
 274                  */
 275                 todo = sizeof(r);
 276                 if (todo > len)
 277                         todo = len;
 278
 279                 memcpy(p, &r, todo);
 280
 281                 len -= todo;
 282                 p += todo;
 283         }
 284 }
 285
 286 static void hexdump(void *buffer, int len)
 287 {
 288         unsigned char *p = buffer;
 289         int i;
 290
 291         for (i = 0; i < len; i++)
 292                 fprintf(f_out, "%02x", p[i]);
 293         fprintf(f_out, "\n");
 294 }
 295
 296 static int verify_io_u_crc32(struct verify_header *hdr, struct io_u *io_u)
 297 {
 298         unsigned char *p = (unsigned char *) io_u->buf;
 299         unsigned long c;
 300
 301         p += sizeof(*hdr);
 302         c = crc32(p, hdr->len - sizeof(*hdr));
 303
 304         if (c != hdr->crc32) {
 305                 log_err("crc32: verify failed at %llu/%u\n", io_u->offset, io_u->buflen);
 306                 log_err("crc32: wanted %lx, got %lx\n", hdr->crc32, c);
 307                 return 1;
 308         }
 309
 310         return 0;
 311 }
 312
 313 static int verify_io_u_md5(struct verify_header *hdr, struct io_u *io_u)
 314 {
 315         unsigned char *p = (unsigned char *) io_u->buf;
 316         struct md5_ctx md5_ctx;
 317
 318         memset(&md5_ctx, 0, sizeof(md5_ctx));
 319         p += sizeof(*hdr);
 320         md5_update(&md5_ctx, p, hdr->len - sizeof(*hdr));
 321
 322         if (memcmp(hdr->md5_digest, md5_ctx.hash, sizeof(md5_ctx.hash))) {
 323                 log_err("md5: verify failed at %llu/%u\n", io_u->offset, io_u->buflen);
 324                 hexdump(hdr->md5_digest, sizeof(hdr->md5_digest));
 325                 hexdump(md5_ctx.hash, sizeof(md5_ctx.hash));
 326                 return 1;
 327         }
 328
 329         return 0;
 330 }
 331
 332 static int verify_io_u(struct io_u *io_u)
 333 {
 334         struct verify_header *hdr = (struct verify_header *) io_u->buf;
 335         int ret;
 336
 337         if (hdr->fio_magic != FIO_HDR_MAGIC)
 338                 return 1;
 339
 340         if (hdr->verify_type == VERIFY_MD5)
 341                 ret = verify_io_u_md5(hdr, io_u);
 342         else if (hdr->verify_type == VERIFY_CRC32)
 343                 ret = verify_io_u_crc32(hdr, io_u);
 344         else {
 345                 log_err("Bad verify type %d\n", hdr->verify_type);
 346                 ret = 1;
 347         }
 348
 349         return ret;
 350 }
 351
 352 static void fill_crc32(struct verify_header *hdr, void *p, unsigned int len)
 353 {
 354         hdr->crc32 = crc32(p, len);
 355 }
 356
 357 static void fill_md5(struct verify_header *hdr, void *p, unsigned int len)
 358 {
 359         struct md5_ctx md5_ctx;
 360
 361         memset(&md5_ctx, 0, sizeof(md5_ctx));
 362         md5_update(&md5_ctx, p, len);
 363         memcpy(hdr->md5_digest, md5_ctx.hash, sizeof(md5_ctx.hash));
 364 }
 365
 366 /*
 367  * Return the data direction for the next io_u. If the job is a
 368  * mixed read/write workload, check the rwmix cycle and switch if
 369  * necessary.
 370  */
 371 static int get_rw_ddir(struct thread_data *td)
 372 {
 373         if (td_rw(td)) {
 374                 struct timeval now;
 375                 unsigned long elapsed;
 376
 377                 gettimeofday(&now, NULL);
 378                 elapsed = mtime_since_now(&td->rwmix_switch);
 379
 380                 /*
 381                  * Check if it's time to seed a new data direction.
 382                  */
 383                 if (elapsed >= td->rwmixcycle) {
 384                         int v;
 385                         long r;
 386
 387                         r = os_random_long(&td->rwmix_state);
 388                         v = 1 + (int) (100.0 * (r / (RAND_MAX + 1.0)));
 389                         if (v < td->rwmixread)
 390                                 td->rwmix_ddir = DDIR_READ;
 391                         else
 392                                 td->rwmix_ddir = DDIR_WRITE;
 393                         memcpy(&td->rwmix_switch, &now, sizeof(now));
 394                 }
 395                 return td->rwmix_ddir;
 396         } else if (td_read(td))
 397                 return DDIR_READ;
 398         else
 399                 return DDIR_WRITE;
 400 }
 401
 402 /*
 403  * fill body of io_u->buf with random data and add a header with the
 404  * crc32 or md5 sum of that data.
 405  */
 406 static void populate_io_u(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
 407 {
 408         unsigned char *p = (unsigned char *) io_u->buf;
 409         struct verify_header hdr;
 410
 411         hdr.fio_magic = FIO_HDR_MAGIC;
 412         hdr.len = io_u->buflen;
 413         p += sizeof(hdr);
 414         fill_random_bytes(td, p, io_u->buflen - sizeof(hdr));
 415
 416         if (td->verify == VERIFY_MD5) {
 417                 fill_md5(&hdr, p, io_u->buflen - sizeof(hdr));
 418                 hdr.verify_type = VERIFY_MD5;
 419         } else {
 420                 fill_crc32(&hdr, p, io_u->buflen - sizeof(hdr));
 421                 hdr.verify_type = VERIFY_CRC32;
 422         }
 423
 424         memcpy(io_u->buf, &hdr, sizeof(hdr));
 425 }
 426
 427 static int td_io_prep(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
 428 {
 429         if (td->io_ops->prep && td->io_ops->prep(td, io_u))
 430                 return 1;
 431
 432         return 0;
 433 }
 434
 435 void put_io_u(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
 436 {
 437         io_u->file = NULL;
 438         list_del(&io_u->list);
 439         list_add(&io_u->list, &td->io_u_freelist);
 440         td->cur_depth--;
 441 }
 442
 443 static int fill_io_u(struct thread_data *td, struct fio_file *f,
 444                      struct io_u *io_u)
 445 {
 446         /*
 447          * If using an iolog, grab next piece if any available.
 448          */
 449         if (td->read_iolog)
 450                 return read_iolog_get(td, io_u);
 451
 452         /*
 453          * No log, let the seq/rand engine retrieve the next position.
 454          */
 455         if (!get_next_offset(td, f, &io_u->offset)) {
 456                 io_u->buflen = get_next_buflen(td);
 457
 458                 if (io_u->buflen) {
 459                         io_u->ddir = get_rw_ddir(td);
 460
 461                         /*
 462                          * If using a write iolog, store this entry.
 463                          */
 464                         if (td->write_iolog)
 465                                 write_iolog_put(td, io_u);
 466
 467                         io_u->file = f;
 468                         return 0;
 469                 }
 470         }
 471
 472         return 1;
 473 }
 474
 475 #define queue_full(td)  list_empty(&(td)->io_u_freelist)
 476
 477 struct io_u *__get_io_u(struct thread_data *td)
 478 {
 479         struct io_u *io_u = NULL;
 480
 481         if (!queue_full(td)) {
 482                 io_u = list_entry(td->io_u_freelist.next, struct io_u, list);
 483
 484                 io_u->error = 0;
 485                 io_u->resid = 0;
 486                 list_del(&io_u->list);
 487                 list_add(&io_u->list, &td->io_u_busylist);
 488                 td->cur_depth++;
 489         }
 490
 491         return io_u;
 492 }
 493
 494 /*
 495  * Return an io_u to be processed. Gets a buflen and offset, sets direction,
 496  * etc. The returned io_u is fully ready to be prepped and submitted.
 497  */
 498 static struct io_u *get_io_u(struct thread_data *td, struct fio_file *f)
 499 {
 500         struct io_u *io_u;
 501
 502         io_u = __get_io_u(td);
 503         if (!io_u)
 504                 return NULL;
 505
 506         if (td->zone_bytes >= td->zone_size) {
 507                 td->zone_bytes = 0;
 508                 f->last_pos += td->zone_skip;
 509         }
 510
 511         if (fill_io_u(td, f, io_u)) {
 512                 put_io_u(td, io_u);
 513                 return NULL;
 514         }
 515
 516         if (io_u->buflen + io_u->offset > f->file_size) {
 517                 if (td->io_ops->flags & FIO_RAWIO) {
 518                         put_io_u(td, io_u);
 519                         return NULL;
 520                 }
 521
 522                 io_u->buflen = f->file_size - io_u->offset;
 523         }
 524
 525         if (!io_u->buflen) {
 526                 put_io_u(td, io_u);
 527                 return NULL;
 528         }
 529
 530         if (!td->read_iolog && !td->sequential)
 531                 mark_random_map(td, f, io_u);
 532
 533         f->last_pos += io_u->buflen;
 534
 535         if (td->verify != VERIFY_NONE)
 536                 populate_io_u(td, io_u);
 537
 538         if (td_io_prep(td, io_u)) {
 539                 put_io_u(td, io_u);
 540                 return NULL;
 541         }
 542
 543         gettimeofday(&io_u->start_time, NULL);
 544         return io_u;
 545 }
 546
 547 static inline void td_set_runstate(struct thread_data *td, int runstate)
 548 {
 549         td->runstate = runstate;
 550 }
 551
 552 static int get_next_verify(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
 553 {
 554         struct io_piece *ipo;
 555
 556         if (!list_empty(&td->io_hist_list)) {
 557                 ipo = list_entry(td->io_hist_list.next, struct io_piece, list);
 558
 559                 list_del(&ipo->list);
 560
 561                 io_u->offset = ipo->offset;
 562                 io_u->buflen = ipo->len;
 563                 io_u->ddir = DDIR_READ;
 564                 free(ipo);
 565                 return 0;
 566         }
 567
 568         return 1;
 569 }
 570
 571 static struct fio_file *get_next_file(struct thread_data *td)
 572 {
 573         int old_next_file = td->next_file;
 574         struct fio_file *f;
 575
 576         do {
 577                 f = &td->files[td->next_file];
 578
 579                 td->next_file++;
 580                 if (td->next_file >= td->nr_files)
 581                         td->next_file = 0;
 582
 583                 if (f->fd != -1)
 584                         break;
 585
 586                 f = NULL;
 587         } while (td->next_file != old_next_file);
 588
 589         return f;
 590 }
 591
 592 static int td_io_sync(struct thread_data *td, struct fio_file *f)
 593 {
 594         if (td->io_ops->sync)
 595                 return td->io_ops->sync(td, f);
 596
 597         return 0;
 598 }
 599
 600 static int td_io_getevents(struct thread_data *td, int min, int max,
 601                           struct timespec *t)
 602 {
 603         return td->io_ops->getevents(td, min, max, t);
 604 }
 605
 606 static int td_io_queue(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
 607 {
 608         gettimeofday(&io_u->issue_time, NULL);
 609
 610         return td->io_ops->queue(td, io_u);
 611 }
 612
 613 #define iocb_time(iocb) ((unsigned long) (iocb)->data)
 614
 615 static void io_completed(struct thread_data *td, struct io_u *io_u,
 616                          struct io_completion_data *icd)
 617 {
 618         struct timeval e;
 619         unsigned long msec;
 620
 621         gettimeofday(&e, NULL);
 622
 623         if (!io_u->error) {
 624                 unsigned int bytes = io_u->buflen - io_u->resid;
 625                 const int idx = io_u->ddir;
 626
 627                 td->io_blocks[idx]++;
 628                 td->io_bytes[idx] += bytes;
 629                 td->zone_bytes += bytes;
 630                 td->this_io_bytes[idx] += bytes;
 631
 632                 msec = mtime_since(&io_u->issue_time, &e);
 633
 634                 add_clat_sample(td, idx, msec);
 635                 add_bw_sample(td, idx);
 636
 637                 if ((td_rw(td) || td_write(td)) && idx == DDIR_WRITE)
 638                         log_io_piece(td, io_u);
 639
 640                 icd->bytes_done[idx] += bytes;
 641         } else
 642                 icd->error = io_u->error;
 643 }
 644
 645 static void ios_completed(struct thread_data *td,struct io_completion_data *icd)
 646 {
 647         struct io_u *io_u;
 648         int i;
 649
 650         icd->error = 0;
 651         icd->bytes_done[0] = icd->bytes_done[1] = 0;
 652
 653         for (i = 0; i < icd->nr; i++) {
 654                 io_u = td->io_ops->event(td, i);
 655
 656                 io_completed(td, io_u, icd);
 657                 put_io_u(td, io_u);
 658         }
 659 }
 660
 661 /*
 662  * When job exits, we can cancel the in-flight IO if we are using async
 663  * io. Attempt to do so.
 664  */
 665 static void cleanup_pending_aio(struct thread_data *td)
 666 {
 667         struct timespec ts = { .tv_sec = 0, .tv_nsec = 0};
 668         struct list_head *entry, *n;
 669         struct io_completion_data icd;
 670         struct io_u *io_u;
 671         int r;
 672
 673         /*
 674          * get immediately available events, if any
 675          */
 676         r = td_io_getevents(td, 0, td->cur_depth, &ts);
 677         if (r > 0) {
 678                 icd.nr = r;
 679                 ios_completed(td, &icd);
 680         }
 681
 682         /*
 683          * now cancel remaining active events
 684          */
 685         if (td->io_ops->cancel) {
 686                 list_for_each_safe(entry, n, &td->io_u_busylist) {
 687                         io_u = list_entry(entry, struct io_u, list);
 688
 689                         r = td->io_ops->cancel(td, io_u);
 690                         if (!r)
 691                                 put_io_u(td, io_u);
 692                 }
 693         }
 694
 695         if (td->cur_depth) {
 696                 r = td_io_getevents(td, td->cur_depth, td->cur_depth, NULL);
 697                 if (r > 0) {
 698                         icd.nr = r;
 699                         ios_completed(td, &icd);
 700                 }
 701         }
 702 }
 703
 704 static int do_io_u_verify(struct thread_data *td, struct io_u **io_u)
 705 {
 706         struct io_u *v_io_u = *io_u;
 707         int ret = 0;
 708
 709         if (v_io_u) {
 710                 ret = verify_io_u(v_io_u);
 711                 put_io_u(td, v_io_u);
 712                 *io_u = NULL;
 713         }
 714
 715         return ret;
 716 }
 717
 718 /*
 719  * The main verify engine. Runs over the writes we previusly submitted,
 720  * reads the blocks back in, and checks the crc/md5 of the data.
 721  */
 722 static void do_verify(struct thread_data *td)
 723 {
 724         struct timeval t;
 725         struct io_u *io_u, *v_io_u = NULL;
 726         struct io_completion_data icd;
 727         struct fio_file *f;
 728         int ret;
 729
 730         td_set_runstate(td, TD_VERIFYING);
 731
 732         do {
 733                 if (td->terminate)
 734                         break;
 735
 736                 gettimeofday(&t, NULL);
 737                 if (runtime_exceeded(td, &t))
 738                         break;
 739
 740                 io_u = __get_io_u(td);
 741                 if (!io_u)
 742                         break;
 743
 744                 if (get_next_verify(td, io_u)) {
 745                         put_io_u(td, io_u);
 746                         break;
 747                 }
 748
 749                 f = get_next_file(td);
 750                 if (!f)
 751                         break;
 752
 753                 io_u->file = f;
 754
 755                 if (td_io_prep(td, io_u)) {
 756                         put_io_u(td, io_u);
 757                         break;
 758                 }
 759
 760                 ret = td_io_queue(td, io_u);
 761                 if (ret) {
 762                         put_io_u(td, io_u);
 763                         td_verror(td, ret);
 764                         break;
 765                 }
 766
 767                 /*
 768                  * we have one pending to verify, do that while
 769                  * we are doing io on the next one
 770                  */
 771                 if (do_io_u_verify(td, &v_io_u))
 772                         break;
 773
 774                 ret = td_io_getevents(td, 1, 1, NULL);
 775                 if (ret != 1) {
 776                         if (ret < 0)
 777                                 td_verror(td, ret);
 778                         break;
 779                 }
 780
 781                 v_io_u = td->io_ops->event(td, 0);
 782                 icd.nr = 1;
 783                 icd.error = 0;
 784                 io_completed(td, v_io_u, &icd);
 785
 786                 if (icd.error) {
 787                         td_verror(td, icd.error);
 788                         put_io_u(td, v_io_u);
 789                         v_io_u = NULL;
 790                         break;
 791                 }
 792
 793                 /*
 794                  * if we can't submit more io, we need to verify now
 795                  */
 796                 if (queue_full(td) && do_io_u_verify(td, &v_io_u))
 797                         break;
 798
 799         } while (1);
 800
 801         do_io_u_verify(td, &v_io_u);
 802
 803         if (td->cur_depth)
 804                 cleanup_pending_aio(td);
 805
 806         td_set_runstate(td, TD_RUNNING);
 807 }
 808
 809 /*
 810  * Not really an io thread, all it does is burn CPU cycles in the specified
 811  * manner.
 812  */
 813 static void do_cpuio(struct thread_data *td)
 814 {
 815         struct timeval e;
 816         int split = 100 / td->cpuload;
 817         int i = 0;
 818
 819         while (!td->terminate) {
 820                 gettimeofday(&e, NULL);
 821
 822                 if (runtime_exceeded(td, &e))
 823                         break;
 824
 825                 if (!(i % split))
 826                         __usec_sleep(10000);
 827                 else
 828                         usec_sleep(td, 10000);
 829
 830                 i++;
 831         }
 832 }
 833
 834 /*
 835  * Main IO worker function. It retrieves io_u's to process and queues
 836  * and reaps them, checking for rate and errors along the way.
 837  */
 838 static void do_io(struct thread_data *td)
 839 {
 840         struct io_completion_data icd;
 841         struct timeval s, e;
 842         unsigned long usec;
 843         struct fio_file *f;
 844         int i;
 845
 846         td_set_runstate(td, TD_RUNNING);
 847
 848         while (td->this_io_bytes[td->ddir] < td->io_size) {
 849                 struct timespec ts = { .tv_sec = 0, .tv_nsec = 0};
 850                 struct timespec *timeout;
 851                 int ret, min_evts = 0;
 852                 struct io_u *io_u;
 853
 854                 if (td->terminate)
 855                         break;
 856
 857                 f = get_next_file(td);
 858                 if (!f)
 859                         break;
 860
 861                 io_u = get_io_u(td, f);
 862                 if (!io_u)
 863                         break;
 864
 865                 memcpy(&s, &io_u->start_time, sizeof(s));
 866
 867                 ret = td_io_queue(td, io_u);
 868                 if (ret) {
 869                         put_io_u(td, io_u);
 870                         td_verror(td, ret);
 871                         break;
 872                 }
 873
 874                 add_slat_sample(td, io_u->ddir, mtime_since(&io_u->start_time, &io_u->issue_time));
 875
 876                 if (td->cur_depth < td->iodepth) {
 877                         timeout = &ts;
 878                         min_evts = 0;
 879                 } else {
 880                         timeout = NULL;
 881                         min_evts = 1;
 882                 }
 883
 884                 ret = td_io_getevents(td, min_evts, td->cur_depth, timeout);
 885                 if (ret < 0) {
 886                         td_verror(td, ret);
 887                         break;
 888                 } else if (!ret)
 889                         continue;
 890
 891                 icd.nr = ret;
 892                 ios_completed(td, &icd);
 893                 if (icd.error) {
 894                         td_verror(td, icd.error);
 895                         break;
 896                 }
 897
 898                 /*
 899                  * the rate is batched for now, it should work for batches
 900                  * of completions except the very first one which may look
 901                  * a little bursty
 902                  */
 903                 gettimeofday(&e, NULL);
 904                 usec = utime_since(&s, &e);
 905
 906                 rate_throttle(td, usec, icd.bytes_done[td->ddir]);
 907
 908                 if (check_min_rate(td, &e)) {
 909                         td_verror(td, ENOMEM);
 910                         break;
 911                 }
 912
 913                 if (runtime_exceeded(td, &e))
 914                         break;
 915
 916                 if (td->thinktime)
 917                         usec_sleep(td, td->thinktime);
 918
 919                 if (should_fsync(td) && td->fsync_blocks &&
 920                     (td->io_blocks[DDIR_WRITE] % td->fsync_blocks) == 0)
 921                         td_io_sync(td, f);
 922         }
 923
 924         if (td->cur_depth)
 925                 cleanup_pending_aio(td);
 926
 927         if (should_fsync(td) && td->end_fsync) {
 928                 td_set_runstate(td, TD_FSYNCING);
 929                 for_each_file(td, f, i)
 930                         td_io_sync(td, f);
 931         }
 932 }
 933
 934 static int td_io_init(struct thread_data *td)
 935 {
 936         if (td->io_ops->init)
 937                 return td->io_ops->init(td);
 938
 939         return 0;
 940 }
 941
 942 static void cleanup_io_u(struct thread_data *td)
 943 {
 944         struct list_head *entry, *n;
 945         struct io_u *io_u;
 946
 947         list_for_each_safe(entry, n, &td->io_u_freelist) {
 948                 io_u = list_entry(entry, struct io_u, list);
 949
 950                 list_del(&io_u->list);
 951                 free(io_u);
 952         }
 953
 954         if (td->mem_type == MEM_MALLOC)
 955                 free(td->orig_buffer);
 956         else if (td->mem_type == MEM_SHM) {
 957                 struct shmid_ds sbuf;
 958
 959                 shmdt(td->orig_buffer);
 960                 shmctl(td->shm_id, IPC_RMID, &sbuf);
 961         } else if (td->mem_type == MEM_MMAP)
 962                 munmap(td->orig_buffer, td->orig_buffer_size);
 963         else
 964                 log_err("Bad memory type %d\n", td->mem_type);
 965
 966         td->orig_buffer = NULL;
 967 }
 968
 969 static int init_io_u(struct thread_data *td)
 970 {
 971         struct io_u *io_u;
 972         int i, max_units;
 973         char *p;
 974
 975         if (td->io_ops->flags & FIO_CPUIO)
 976                 return 0;
 977
 978         if (td->io_ops->flags & FIO_SYNCIO)
 979                 max_units = 1;
 980         else
 981                 max_units = td->iodepth;
 982
 983         td->orig_buffer_size = td->max_bs * max_units + MASK;
 984
 985         if (td->mem_type == MEM_MALLOC)
 986                 td->orig_buffer = malloc(td->orig_buffer_size);
 987         else if (td->mem_type == MEM_SHM) {
 988                 td->shm_id = shmget(IPC_PRIVATE, td->orig_buffer_size, IPC_CREAT | 0600);
 989                 if (td->shm_id < 0) {
 990                         td_verror(td, errno);
 991                         perror("shmget");
 992                         return 1;
 993                 }
 994
 995                 td->orig_buffer = shmat(td->shm_id, NULL, 0);
 996                 if (td->orig_buffer == (void *) -1) {
 997                         td_verror(td, errno);
 998                         perror("shmat");
 999                         td->orig_buffer = NULL;
1000                         return 1;
1001                 }
1002         } else if (td->mem_type == MEM_MMAP) {
1003                 td->orig_buffer = mmap(NULL, td->orig_buffer_size, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_PRIVATE | OS_MAP_ANON, 0, 0);
1004                 if (td->orig_buffer == MAP_FAILED) {
1005                         td_verror(td, errno);
1006                         perror("mmap");
1007                         td->orig_buffer = NULL;
1008                         return 1;
1009                 }
1010         }
1011
1012         p = ALIGN(td->orig_buffer);
1013         for (i = 0; i < max_units; i++) {
1014                 io_u = malloc(sizeof(*io_u));
1015                 memset(io_u, 0, sizeof(*io_u));
1016                 INIT_LIST_HEAD(&io_u->list);
1017
1018                 io_u->buf = p + td->max_bs * i;
1019                 io_u->index = i;
1020                 list_add(&io_u->list, &td->io_u_freelist);
1021         }
1022
1023         return 0;
1024 }
1025
1026 static int switch_ioscheduler(struct thread_data *td)
1027 {
1028         char tmp[256], tmp2[128];
1029         FILE *f;
1030         int ret;
1031
1032         sprintf(tmp, "%s/queue/scheduler", td->sysfs_root);
1033
1034         f = fopen(tmp, "r+");
1035         if (!f) {
1036                 td_verror(td, errno);
1037                 return 1;
1038         }
1039
1040         /*
1041          * Set io scheduler.
1042          */
1043         ret = fwrite(td->ioscheduler, strlen(td->ioscheduler), 1, f);
1044         if (ferror(f) || ret != 1) {
1045                 td_verror(td, errno);
1046                 fclose(f);
1047                 return 1;
1048         }
1049
1050         rewind(f);
1051
1052         /*
1053          * Read back and check that the selected scheduler is now the default.
1054          */
1055         ret = fread(tmp, 1, sizeof(tmp), f);
1056         if (ferror(f) || ret < 0) {
1057                 td_verror(td, errno);
1058                 fclose(f);
1059                 return 1;
1060         }
1061
1062         sprintf(tmp2, "[%s]", td->ioscheduler);
1063         if (!strstr(tmp, tmp2)) {
1064                 log_err("fio: io scheduler %s not found\n", td->ioscheduler);
1065                 td_verror(td, EINVAL);
1066                 fclose(f);
1067                 return 1;
1068         }
1069
1070         fclose(f);
1071         return 0;
1072 }
1073
1074 static void clear_io_state(struct thread_data *td)
1075 {
1076         struct fio_file *f;
1077         int i;
1078
1079         td->stat_io_bytes[0] = td->stat_io_bytes[1] = 0;
1080         td->this_io_bytes[0] = td->this_io_bytes[1] = 0;
1081         td->zone_bytes = 0;
1082
1083         for_each_file(td, f, i) {
1084                 f->last_pos = 0;
1085                 if (td->io_ops->flags & FIO_SYNCIO)
1086                         lseek(f->fd, SEEK_SET, 0);
1087
1088                 if (f->file_map)
1089                         memset(f->file_map, 0, f->num_maps * sizeof(long));
1090         }
1091 }
1092
1093 /*
1094  * Entry point for the thread based jobs. The process based jobs end up
1095  * here as well, after a little setup.
1096  */
1097 static void *thread_main(void *data)
1098 {
1099         struct thread_data *td = data;
1100
1101         if (!td->use_thread)
1102                 setsid();
1103
1104         td->pid = getpid();
1105
1106         INIT_LIST_HEAD(&td->io_u_freelist);
1107         INIT_LIST_HEAD(&td->io_u_busylist);
1108         INIT_LIST_HEAD(&td->io_hist_list);
1109         INIT_LIST_HEAD(&td->io_log_list);
1110
1111         if (init_io_u(td))
1112                 goto err;
1113
1114         if (fio_setaffinity(td) == -1) {
1115                 td_verror(td, errno);
1116                 goto err;
1117         }
1118
1119         if (td_io_init(td))
1120                 goto err;
1121
1122         if (init_iolog(td))
1123                 goto err;
1124
1125         if (td->ioprio) {
1126                 if (ioprio_set(IOPRIO_WHO_PROCESS, 0, td->ioprio) == -1) {
1127                         td_verror(td, errno);
1128                         goto err;
1129                 }
1130         }
1131
1132         if (nice(td->nice) == -1) {
1133                 td_verror(td, errno);
1134                 goto err;
1135         }
1136
1137         if (init_random_state(td))
1138                 goto err;
1139
1140         if (td->ioscheduler && switch_ioscheduler(td))
1141                 goto err;
1142
1143         td_set_runstate(td, TD_INITIALIZED);
1144         fio_sem_up(&startup_sem);
1145         fio_sem_down(&td->mutex);
1146
1147         if (!td->create_serialize && setup_files(td))
1148                 goto err;
1149
1150         gettimeofday(&td->epoch, NULL);
1151
1152         if (td->exec_prerun)
1153                 system(td->exec_prerun);
1154
1155         while (td->loops--) {
1156                 getrusage(RUSAGE_SELF, &td->ru_start);
1157                 gettimeofday(&td->start, NULL);
1158                 memcpy(&td->stat_sample_time, &td->start, sizeof(td->start));
1159
1160                 if (td->ratemin)
1161                         memcpy(&td->lastrate, &td->stat_sample_time, sizeof(td->lastrate));
1162
1163                 clear_io_state(td);
1164                 prune_io_piece_log(td);
1165
1166                 if (td->io_ops->flags & FIO_CPUIO)
1167                         do_cpuio(td);
1168                 else
1169                         do_io(td);
1170
1171                 td->runtime[td->ddir] += mtime_since_now(&td->start);
1172                 if (td_rw(td) && td->io_bytes[td->ddir ^ 1])
1173                         td->runtime[td->ddir ^ 1] = td->runtime[td->ddir];
1174
1175                 update_rusage_stat(td);
1176
1177                 if (td->error || td->terminate)
1178                         break;
1179
1180                 if (td->verify == VERIFY_NONE)
1181                         continue;
1182
1183                 clear_io_state(td);
1184                 gettimeofday(&td->start, NULL);
1185
1186                 do_verify(td);
1187
1188                 td->runtime[DDIR_READ] += mtime_since_now(&td->start);
1189
1190                 if (td->error || td->terminate)
1191                         break;
1192         }
1193
1194         if (td->bw_log)
1195                 finish_log(td, td->bw_log, "bw");
1196         if (td->slat_log)
1197                 finish_log(td, td->slat_log, "slat");
1198         if (td->clat_log)
1199                 finish_log(td, td->clat_log, "clat");
1200         if (td->write_iolog)
1201                 write_iolog_close(td);
1202         if (td->exec_postrun)
1203                 system(td->exec_postrun);
1204
1205         if (exitall_on_terminate)
1206                 terminate_threads(td->groupid);
1207
1208 err:
1209         close_files(td);
1210         close_ioengine(td);
1211         cleanup_io_u(td);
1212         td_set_runstate(td, TD_EXITED);
1213         return NULL;
1214
1215 }
1216
1217 /*
1218  * We cannot pass the td data into a forked process, so attach the td and
1219  * pass it to the thread worker.
1220  */
1221 static void *fork_main(int shmid, int offset)
1222 {
1223         struct thread_data *td;
1224         void *data;
1225
1226         data = shmat(shmid, NULL, 0);
1227         if (data == (void *) -1) {
1228                 perror("shmat");
1229                 return NULL;
1230         }
1231
1232         td = data + offset * sizeof(struct thread_data);
1233         thread_main(td);
1234         shmdt(data);
1235         return NULL;
1236 }
1237
1238 /*
1239  * Run over the job map and reap the threads that have exited, if any.
1240  */
1241 static void reap_threads(int *nr_running, int *t_rate, int *m_rate)
1242 {
1243         int i, cputhreads;
1244
1245         /*
1246          * reap exited threads (TD_EXITED -> TD_REAPED)
1247          */
1248         for (i = 0, cputhreads = 0; i < thread_number; i++) {
1249                 struct thread_data *td = &threads[i];
1250
1251                 if (td->io_ops->flags & FIO_CPUIO)
1252                         cputhreads++;
1253
1254                 if (td->runstate != TD_EXITED)
1255                         continue;
1256
1257                 td_set_runstate(td, TD_REAPED);
1258
1259                 if (td->use_thread) {
1260                         long ret;
1261
1262                         if (pthread_join(td->thread, (void *) &ret))
1263                                 perror("thread_join");
1264                 } else
1265                         waitpid(td->pid, NULL, 0);
1266
1267                 (*nr_running)--;
1268                 (*m_rate) -= td->ratemin;
1269                 (*t_rate) -= td->rate;
1270         }
1271
1272         if (*nr_running == cputhreads)
1273                 terminate_threads(TERMINATE_ALL);
1274 }
1275
1276 static void fio_unpin_memory(void *pinned)
1277 {
1278         if (pinned) {
1279                 if (munlock(pinned, mlock_size) < 0)
1280                         perror("munlock");
1281                 munmap(pinned, mlock_size);
1282         }
1283 }
1284
1285 static void *fio_pin_memory(void)
1286 {
1287         unsigned long long phys_mem;
1288         void *ptr;
1289
1290         if (!mlock_size)
1291                 return NULL;
1292
1293         /*
1294          * Don't allow mlock of more than real_mem-128MB
1295          */
1296         phys_mem = os_phys_mem();
1297         if (phys_mem) {
1298                 if ((mlock_size + 128 * 1024 * 1024) > phys_mem) {
1299                         mlock_size = phys_mem - 128 * 1024 * 1024;
1300                         fprintf(f_out, "fio: limiting mlocked memory to %lluMiB\n", mlock_size >> 20);
1301                 }
1302         }
1303
1304         ptr = mmap(NULL, mlock_size, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_PRIVATE | OS_MAP_ANON, 0, 0);
1305         if (!ptr) {
1306                 perror("malloc locked mem");
1307                 return NULL;
1308         }
1309         if (mlock(ptr, mlock_size) < 0) {
1310                 munmap(ptr, mlock_size);
1311                 perror("mlock");
1312                 return NULL;
1313         }
1314
1315         return ptr;
1316 }
1317
1318 /*
1319  * Main function for kicking off and reaping jobs, as needed.
1320  */
1321 static void run_threads(void)
1322 {
1323         struct thread_data *td;
1324         unsigned long spent;
1325         int i, todo, nr_running, m_rate, t_rate, nr_started;
1326         void *mlocked_mem;
1327
1328         mlocked_mem = fio_pin_memory();
1329
1330         if (!terse_output) {
1331                 printf("Starting %d thread%s\n", thread_number, thread_number > 1 ? "s" : "");
1332                 fflush(stdout);
1333         }
1334
1335         signal(SIGINT, sig_handler);
1336         signal(SIGALRM, sig_handler);
1337
1338         todo = thread_number;
1339         nr_running = 0;
1340         nr_started = 0;
1341         m_rate = t_rate = 0;
1342
1343         for (i = 0; i < thread_number; i++) {
1344                 td = &threads[i];
1345
1346                 print_status_init(td->thread_number - 1);
1347
1348                 init_disk_util(td);
1349
1350                 if (!td->create_serialize)
1351                         continue;
1352
1353                 /*
1354                  * do file setup here so it happens sequentially,
1355                  * we don't want X number of threads getting their
1356                  * client data interspersed on disk
1357                  */
1358                 if (setup_files(td)) {
1359                         td_set_runstate(td, TD_REAPED);
1360                         todo--;
1361                 }
1362         }
1363
1364         time_init();
1365
1366         while (todo) {
1367                 struct thread_data *map[MAX_JOBS];
1368                 struct timeval this_start;
1369                 int this_jobs = 0, left;
1370
1371                 /*
1372                  * create threads (TD_NOT_CREATED -> TD_CREATED)
1373                  */
1374                 for (i = 0; i < thread_number; i++) {
1375                         td = &threads[i];
1376
1377                         if (td->runstate != TD_NOT_CREATED)
1378                                 continue;
1379
1380                         /*
1381                          * never got a chance to start, killed by other
1382                          * thread for some reason
1383                          */
1384                         if (td->terminate) {
1385                                 todo--;
1386                                 continue;
1387                         }
1388
1389                         if (td->start_delay) {
1390                                 spent = mtime_since_genesis();
1391
1392                                 if (td->start_delay * 1000 > spent)
1393                                         continue;
1394                         }
1395
1396                         if (td->stonewall && (nr_started || nr_running))
1397                                 break;
1398
1399                         /*
1400                          * Set state to created. Thread will transition
1401                          * to TD_INITIALIZED when it's done setting up.
1402                          */
1403                         td_set_runstate(td, TD_CREATED);
1404                         map[this_jobs++] = td;
1405                         fio_sem_init(&startup_sem, 1);
1406                         nr_started++;
1407
1408                         if (td->use_thread) {
1409                                 if (pthread_create(&td->thread, NULL, thread_main, td)) {
1410                                         perror("thread_create");
1411                                         nr_started--;
1412                                 }
1413                         } else {
1414                                 if (fork())
1415                                         fio_sem_down(&startup_sem);
1416                                 else {
1417                                         fork_main(shm_id, i);
1418                                         exit(0);
1419                                 }
1420                         }
1421                 }
1422
1423                 /*
1424                  * Wait for the started threads to transition to
1425                  * TD_INITIALIZED.
1426                  */
1427                 gettimeofday(&this_start, NULL);
1428                 left = this_jobs;
1429                 while (left) {
1430                         if (mtime_since_now(&this_start) > JOB_START_TIMEOUT)
1431                                 break;
1432
1433                         usleep(100000);
1434
1435                         for (i = 0; i < this_jobs; i++) {
1436                                 td = map[i];
1437                                 if (!td)
1438                                         continue;
1439                                 if (td->runstate == TD_INITIALIZED) {
1440                                         map[i] = NULL;
1441                                         left--;
1442                                 } else if (td->runstate >= TD_EXITED) {
1443                                         map[i] = NULL;
1444                                         left--;
1445                                         todo--;
1446                                         nr_running++; /* work-around... */
1447                                 }
1448                         }
1449                 }
1450
1451                 if (left) {
1452                         log_err("fio: %d jobs failed to start\n", left);
1453                         for (i = 0; i < this_jobs; i++) {
1454                                 td = map[i];
1455                                 if (!td)
1456                                         continue;
1457                                 kill(td->pid, SIGTERM);
1458                         }
1459                         break;
1460                 }
1461
1462                 /*
1463                  * start created threads (TD_INITIALIZED -> TD_RUNNING).
1464                  */
1465                 for (i = 0; i < thread_number; i++) {
1466                         td = &threads[i];
1467
1468                         if (td->runstate != TD_INITIALIZED)
1469                                 continue;
1470
1471                         td_set_runstate(td, TD_RUNNING);
1472                         nr_running++;
1473                         nr_started--;
1474                         m_rate += td->ratemin;
1475                         t_rate += td->rate;
1476                         todo--;
1477                         fio_sem_up(&td->mutex);
1478                 }
1479
1480                 reap_threads(&nr_running, &t_rate, &m_rate);
1481
1482                 if (todo)
1483                         usleep(100000);
1484         }
1485
1486         while (nr_running) {
1487                 reap_threads(&nr_running, &t_rate, &m_rate);
1488                 usleep(10000);
1489         }
1490
1491         update_io_ticks();
1492         fio_unpin_memory(mlocked_mem);
1493 }
1494
1495 int main(int argc, char *argv[])
1496 {
1497         if (parse_options(argc, argv))
1498                 return 1;
1499
1500         if (!thread_number) {
1501                 log_err("Nothing to do\n");
1502                 return 1;
1503         }
1504
1505         disk_util_timer_arm();
1506
1507         run_threads();
1508         show_run_stats();
1509
1510         return 0;
1511 }