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 static int do_io_u_verify(struct thread_data *td, struct io_u **io_u)
 557 {
 558         struct io_u *v_io_u = *io_u;
 559         int ret = 0;
 560
 561         if (v_io_u) {
 562                 ret = verify_io_u(v_io_u);
 563                 put_io_u(td, v_io_u);
 564                 *io_u = NULL;
 565         }
 566
 567         return ret;
 568 }
 569
 570 /*
 571  * The main verify engine. Runs over the writes we previusly submitted,
 572  * reads the blocks back in, and checks the crc/md5 of the data.
 573  */
 574 static void do_verify(struct thread_data *td)
 575 {
 576         struct timeval t;
 577         struct io_u *io_u, *v_io_u = NULL;
 578         struct io_completion_data icd;
 579         struct fio_file *f;
 580         int ret;
 581
 582         td_set_runstate(td, TD_VERIFYING);
 583
 584         do {
 585                 if (td->terminate)
 586                         break;
 587
 588                 gettimeofday(&t, NULL);
 589                 if (runtime_exceeded(td, &t))
 590                         break;
 591
 592                 io_u = __get_io_u(td);
 593                 if (!io_u)
 594                         break;
 595
 596                 if (get_next_verify(td, io_u)) {
 597                         put_io_u(td, io_u);
 598                         break;
 599                 }
 600
 601                 f = get_next_file(td);
 602                 if (!f)
 603                         break;
 604
 605                 io_u->file = f;
 606
 607                 if (td_io_prep(td, io_u)) {
 608                         put_io_u(td, io_u);
 609                         break;
 610                 }
 611
 612                 ret = td_io_queue(td, io_u);
 613                 if (ret) {
 614                         put_io_u(td, io_u);
 615                         td_verror(td, ret);
 616                         break;
 617                 }
 618
 619                 /*
 620                  * we have one pending to verify, do that while
 621                  * we are doing io on the next one
 622                  */
 623                 if (do_io_u_verify(td, &v_io_u))
 624                         break;
 625
 626                 ret = td_io_getevents(td, 1, 1, NULL);
 627                 if (ret != 1) {
 628                         if (ret < 0)
 629                                 td_verror(td, ret);
 630                         break;
 631                 }
 632
 633                 v_io_u = td->io_ops->event(td, 0);
 634                 icd.nr = 1;
 635                 icd.error = 0;
 636                 io_completed(td, v_io_u, &icd);
 637
 638                 if (icd.error) {
 639                         td_verror(td, icd.error);
 640                         put_io_u(td, v_io_u);
 641                         v_io_u = NULL;
 642                         break;
 643                 }
 644
 645                 /*
 646                  * if we can't submit more io, we need to verify now
 647                  */
 648                 if (queue_full(td) && do_io_u_verify(td, &v_io_u))
 649                         break;
 650
 651         } while (1);
 652
 653         do_io_u_verify(td, &v_io_u);
 654
 655         if (td->cur_depth)
 656                 cleanup_pending_aio(td);
 657
 658         td_set_runstate(td, TD_RUNNING);
 659 }
 660
 661 /*
 662  * Not really an io thread, all it does is burn CPU cycles in the specified
 663  * manner.
 664  */
 665 static void do_cpuio(struct thread_data *td)
 666 {
 667         struct timeval e;
 668         int split = 100 / td->cpuload;
 669         int i = 0;
 670
 671         while (!td->terminate) {
 672                 gettimeofday(&e, NULL);
 673
 674                 if (runtime_exceeded(td, &e))
 675                         break;
 676
 677                 if (!(i % split))
 678                         __usec_sleep(10000);
 679                 else
 680                         usec_sleep(td, 10000);
 681
 682                 i++;
 683         }
 684 }
 685
 686 /*
 687  * Main IO worker function. It retrieves io_u's to process and queues
 688  * and reaps them, checking for rate and errors along the way.
 689  */
 690 static void do_io(struct thread_data *td)
 691 {
 692         struct io_completion_data icd;
 693         struct timeval s, e;
 694         unsigned long usec;
 695         struct fio_file *f;
 696         int i;
 697
 698         td_set_runstate(td, TD_RUNNING);
 699
 700         while (td->this_io_bytes[td->ddir] < td->io_size) {
 701                 struct timespec ts = { .tv_sec = 0, .tv_nsec = 0};
 702                 struct timespec *timeout;
 703                 int ret, min_evts = 0;
 704                 struct io_u *io_u;
 705
 706                 if (td->terminate)
 707                         break;
 708
 709                 f = get_next_file(td);
 710                 if (!f)
 711                         break;
 712
 713                 io_u = get_io_u(td, f);
 714                 if (!io_u)
 715                         break;
 716
 717                 memcpy(&s, &io_u->start_time, sizeof(s));
 718
 719                 ret = td_io_queue(td, io_u);
 720                 if (ret) {
 721                         put_io_u(td, io_u);
 722                         td_verror(td, ret);
 723                         break;
 724                 }
 725
 726                 add_slat_sample(td, io_u->ddir, mtime_since(&io_u->start_time, &io_u->issue_time));
 727
 728                 if (td->cur_depth < td->iodepth) {
 729                         timeout = &ts;
 730                         min_evts = 0;
 731                 } else {
 732                         timeout = NULL;
 733                         min_evts = 1;
 734                 }
 735
 736                 ret = td_io_getevents(td, min_evts, td->cur_depth, timeout);
 737                 if (ret < 0) {
 738                         td_verror(td, ret);
 739                         break;
 740                 } else if (!ret)
 741                         continue;
 742
 743                 icd.nr = ret;
 744                 ios_completed(td, &icd);
 745                 if (icd.error) {
 746                         td_verror(td, icd.error);
 747                         break;
 748                 }
 749
 750                 /*
 751                  * the rate is batched for now, it should work for batches
 752                  * of completions except the very first one which may look
 753                  * a little bursty
 754                  */
 755                 gettimeofday(&e, NULL);
 756                 usec = utime_since(&s, &e);
 757
 758                 rate_throttle(td, usec, icd.bytes_done[td->ddir]);
 759
 760                 if (check_min_rate(td, &e)) {
 761                         td_verror(td, ENOMEM);
 762                         break;
 763                 }
 764
 765                 if (runtime_exceeded(td, &e))
 766                         break;
 767
 768                 if (td->thinktime)
 769                         usec_sleep(td, td->thinktime);
 770
 771                 if (should_fsync(td) && td->fsync_blocks &&
 772                     (td->io_blocks[DDIR_WRITE] % td->fsync_blocks) == 0)
 773                         td_io_sync(td, f);
 774         }
 775
 776         if (td->cur_depth)
 777                 cleanup_pending_aio(td);
 778
 779         if (should_fsync(td) && td->end_fsync) {
 780                 td_set_runstate(td, TD_FSYNCING);
 781                 for_each_file(td, f, i)
 782                         td_io_sync(td, f);
 783         }
 784 }
 785
 786 static int td_io_init(struct thread_data *td)
 787 {
 788         if (td->io_ops->init)
 789                 return td->io_ops->init(td);
 790
 791         return 0;
 792 }
 793
 794 static void cleanup_io_u(struct thread_data *td)
 795 {
 796         struct list_head *entry, *n;
 797         struct io_u *io_u;
 798
 799         list_for_each_safe(entry, n, &td->io_u_freelist) {
 800                 io_u = list_entry(entry, struct io_u, list);
 801
 802                 list_del(&io_u->list);
 803                 free(io_u);
 804         }
 805
 806         if (td->mem_type == MEM_MALLOC)
 807                 free(td->orig_buffer);
 808         else if (td->mem_type == MEM_SHM) {
 809                 struct shmid_ds sbuf;
 810
 811                 shmdt(td->orig_buffer);
 812                 shmctl(td->shm_id, IPC_RMID, &sbuf);
 813         } else if (td->mem_type == MEM_MMAP)
 814                 munmap(td->orig_buffer, td->orig_buffer_size);
 815         else
 816                 log_err("Bad memory type %d\n", td->mem_type);
 817
 818         td->orig_buffer = NULL;
 819 }
 820
 821 static int init_io_u(struct thread_data *td)
 822 {
 823         struct io_u *io_u;
 824         int i, max_units;
 825         char *p;
 826
 827         if (td->io_ops->flags & FIO_CPUIO)
 828                 return 0;
 829
 830         if (td->io_ops->flags & FIO_SYNCIO)
 831                 max_units = 1;
 832         else
 833                 max_units = td->iodepth;
 834
 835         td->orig_buffer_size = td->max_bs * max_units + MASK;
 836
 837         if (td->mem_type == MEM_MALLOC)
 838                 td->orig_buffer = malloc(td->orig_buffer_size);
 839         else if (td->mem_type == MEM_SHM) {
 840                 td->shm_id = shmget(IPC_PRIVATE, td->orig_buffer_size, IPC_CREAT | 0600);
 841                 if (td->shm_id < 0) {
 842                         td_verror(td, errno);
 843                         perror("shmget");
 844                         return 1;
 845                 }
 846
 847                 td->orig_buffer = shmat(td->shm_id, NULL, 0);
 848                 if (td->orig_buffer == (void *) -1) {
 849                         td_verror(td, errno);
 850                         perror("shmat");
 851                         td->orig_buffer = NULL;
 852                         return 1;
 853                 }
 854         } else if (td->mem_type == MEM_MMAP) {
 855                 td->orig_buffer = mmap(NULL, td->orig_buffer_size, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_PRIVATE | OS_MAP_ANON, 0, 0);
 856                 if (td->orig_buffer == MAP_FAILED) {
 857                         td_verror(td, errno);
 858                         perror("mmap");
 859                         td->orig_buffer = NULL;
 860                         return 1;
 861                 }
 862         }
 863
 864         p = ALIGN(td->orig_buffer);
 865         for (i = 0; i < max_units; i++) {
 866                 io_u = malloc(sizeof(*io_u));
 867                 memset(io_u, 0, sizeof(*io_u));
 868                 INIT_LIST_HEAD(&io_u->list);
 869
 870                 io_u->buf = p + td->max_bs * i;
 871                 io_u->index = i;
 872                 list_add(&io_u->list, &td->io_u_freelist);
 873         }
 874
 875         return 0;
 876 }
 877
 878 static int switch_ioscheduler(struct thread_data *td)
 879 {
 880         char tmp[256], tmp2[128];
 881         FILE *f;
 882         int ret;
 883
 884         sprintf(tmp, "%s/queue/scheduler", td->sysfs_root);
 885
 886         f = fopen(tmp, "r+");
 887         if (!f) {
 888                 td_verror(td, errno);
 889                 return 1;
 890         }
 891
 892         /*
 893          * Set io scheduler.
 894          */
 895         ret = fwrite(td->ioscheduler, strlen(td->ioscheduler), 1, f);
 896         if (ferror(f) || ret != 1) {
 897                 td_verror(td, errno);
 898                 fclose(f);
 899                 return 1;
 900         }
 901
 902         rewind(f);
 903
 904         /*
 905          * Read back and check that the selected scheduler is now the default.
 906          */
 907         ret = fread(tmp, 1, sizeof(tmp), f);
 908         if (ferror(f) || ret < 0) {
 909                 td_verror(td, errno);
 910                 fclose(f);
 911                 return 1;
 912         }
 913
 914         sprintf(tmp2, "[%s]", td->ioscheduler);
 915         if (!strstr(tmp, tmp2)) {
 916                 log_err("fio: io scheduler %s not found\n", td->ioscheduler);
 917                 td_verror(td, EINVAL);
 918                 fclose(f);
 919                 return 1;
 920         }
 921
 922         fclose(f);
 923         return 0;
 924 }
 925
 926 static void clear_io_state(struct thread_data *td)
 927 {
 928         struct fio_file *f;
 929         int i;
 930
 931         td->stat_io_bytes[0] = td->stat_io_bytes[1] = 0;
 932         td->this_io_bytes[0] = td->this_io_bytes[1] = 0;
 933         td->zone_bytes = 0;
 934
 935         for_each_file(td, f, i) {
 936                 f->last_pos = 0;
 937                 if (td->io_ops->flags & FIO_SYNCIO)
 938                         lseek(f->fd, SEEK_SET, 0);
 939
 940                 if (f->file_map)
 941                         memset(f->file_map, 0, f->num_maps * sizeof(long));
 942         }
 943 }
 944
 945 /*
 946  * Entry point for the thread based jobs. The process based jobs end up
 947  * here as well, after a little setup.
 948  */
 949 static void *thread_main(void *data)
 950 {
 951         struct thread_data *td = data;
 952
 953         if (!td->use_thread)
 954                 setsid();
 955
 956         td->pid = getpid();
 957
 958         INIT_LIST_HEAD(&td->io_u_freelist);
 959         INIT_LIST_HEAD(&td->io_u_busylist);
 960         INIT_LIST_HEAD(&td->io_hist_list);
 961         INIT_LIST_HEAD(&td->io_log_list);
 962
 963         if (init_io_u(td))
 964                 goto err;
 965
 966         if (fio_setaffinity(td) == -1) {
 967                 td_verror(td, errno);
 968                 goto err;
 969         }
 970
 971         if (td_io_init(td))
 972                 goto err;
 973
 974         if (init_iolog(td))
 975                 goto err;
 976
 977         if (td->ioprio) {
 978                 if (ioprio_set(IOPRIO_WHO_PROCESS, 0, td->ioprio) == -1) {
 979                         td_verror(td, errno);
 980                         goto err;
 981                 }
 982         }
 983
 984         if (nice(td->nice) == -1) {
 985                 td_verror(td, errno);
 986                 goto err;
 987         }
 988
 989         if (init_random_state(td))
 990                 goto err;
 991
 992         if (td->ioscheduler && switch_ioscheduler(td))
 993                 goto err;
 994
 995         td_set_runstate(td, TD_INITIALIZED);
 996         fio_sem_up(&startup_sem);
 997         fio_sem_down(&td->mutex);
 998
 999         if (!td->create_serialize && setup_files(td))
1000                 goto err;
1001
1002         gettimeofday(&td->epoch, NULL);
1003
1004         if (td->exec_prerun)
1005                 system(td->exec_prerun);
1006
1007         while (td->loops--) {
1008                 getrusage(RUSAGE_SELF, &td->ru_start);
1009                 gettimeofday(&td->start, NULL);
1010                 memcpy(&td->stat_sample_time, &td->start, sizeof(td->start));
1011
1012                 if (td->ratemin)
1013                         memcpy(&td->lastrate, &td->stat_sample_time, sizeof(td->lastrate));
1014
1015                 clear_io_state(td);
1016                 prune_io_piece_log(td);
1017
1018                 if (td->io_ops->flags & FIO_CPUIO)
1019                         do_cpuio(td);
1020                 else
1021                         do_io(td);
1022
1023                 td->runtime[td->ddir] += mtime_since_now(&td->start);
1024                 if (td_rw(td) && td->io_bytes[td->ddir ^ 1])
1025                         td->runtime[td->ddir ^ 1] = td->runtime[td->ddir];
1026
1027                 update_rusage_stat(td);
1028
1029                 if (td->error || td->terminate)
1030                         break;
1031
1032                 if (td->verify == VERIFY_NONE)
1033                         continue;
1034
1035                 clear_io_state(td);
1036                 gettimeofday(&td->start, NULL);
1037
1038                 do_verify(td);
1039
1040                 td->runtime[DDIR_READ] += mtime_since_now(&td->start);
1041
1042                 if (td->error || td->terminate)
1043                         break;
1044         }
1045
1046         if (td->bw_log)
1047                 finish_log(td, td->bw_log, "bw");
1048         if (td->slat_log)
1049                 finish_log(td, td->slat_log, "slat");
1050         if (td->clat_log)
1051                 finish_log(td, td->clat_log, "clat");
1052         if (td->write_iolog)
1053                 write_iolog_close(td);
1054         if (td->exec_postrun)
1055                 system(td->exec_postrun);
1056
1057         if (exitall_on_terminate)
1058                 terminate_threads(td->groupid);
1059
1060 err:
1061         close_files(td);
1062         close_ioengine(td);
1063         cleanup_io_u(td);
1064         td_set_runstate(td, TD_EXITED);
1065         return NULL;
1066
1067 }
1068
1069 /*
1070  * We cannot pass the td data into a forked process, so attach the td and
1071  * pass it to the thread worker.
1072  */
1073 static void *fork_main(int shmid, int offset)
1074 {
1075         struct thread_data *td;
1076         void *data;
1077
1078         data = shmat(shmid, NULL, 0);
1079         if (data == (void *) -1) {
1080                 perror("shmat");
1081                 return NULL;
1082         }
1083
1084         td = data + offset * sizeof(struct thread_data);
1085         thread_main(td);
1086         shmdt(data);
1087         return NULL;
1088 }
1089
1090 /*
1091  * Run over the job map and reap the threads that have exited, if any.
1092  */
1093 static void reap_threads(int *nr_running, int *t_rate, int *m_rate)
1094 {
1095         int i, cputhreads;
1096
1097         /*
1098          * reap exited threads (TD_EXITED -> TD_REAPED)
1099          */
1100         for (i = 0, cputhreads = 0; i < thread_number; i++) {
1101                 struct thread_data *td = &threads[i];
1102
1103                 if (td->io_ops->flags & FIO_CPUIO)
1104                         cputhreads++;
1105
1106                 if (td->runstate != TD_EXITED)
1107                         continue;
1108
1109                 td_set_runstate(td, TD_REAPED);
1110
1111                 if (td->use_thread) {
1112                         long ret;
1113
1114                         if (pthread_join(td->thread, (void *) &ret))
1115                                 perror("thread_join");
1116                 } else
1117                         waitpid(td->pid, NULL, 0);
1118
1119                 (*nr_running)--;
1120                 (*m_rate) -= td->ratemin;
1121                 (*t_rate) -= td->rate;
1122         }
1123
1124         if (*nr_running == cputhreads)
1125                 terminate_threads(TERMINATE_ALL);
1126 }
1127
1128 static void fio_unpin_memory(void *pinned)
1129 {
1130         if (pinned) {
1131                 if (munlock(pinned, mlock_size) < 0)
1132                         perror("munlock");
1133                 munmap(pinned, mlock_size);
1134         }
1135 }
1136
1137 static void *fio_pin_memory(void)
1138 {
1139         unsigned long long phys_mem;
1140         void *ptr;
1141
1142         if (!mlock_size)
1143                 return NULL;
1144
1145         /*
1146          * Don't allow mlock of more than real_mem-128MB
1147          */
1148         phys_mem = os_phys_mem();
1149         if (phys_mem) {
1150                 if ((mlock_size + 128 * 1024 * 1024) > phys_mem) {
1151                         mlock_size = phys_mem - 128 * 1024 * 1024;
1152                         fprintf(f_out, "fio: limiting mlocked memory to %lluMiB\n", mlock_size >> 20);
1153                 }
1154         }
1155
1156         ptr = mmap(NULL, mlock_size, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_PRIVATE | OS_MAP_ANON, 0, 0);
1157         if (!ptr) {
1158                 perror("malloc locked mem");
1159                 return NULL;
1160         }
1161         if (mlock(ptr, mlock_size) < 0) {
1162                 munmap(ptr, mlock_size);
1163                 perror("mlock");
1164                 return NULL;
1165         }
1166
1167         return ptr;
1168 }
1169
1170 /*
1171  * Main function for kicking off and reaping jobs, as needed.
1172  */
1173 static void run_threads(void)
1174 {
1175         struct thread_data *td;
1176         unsigned long spent;
1177         int i, todo, nr_running, m_rate, t_rate, nr_started;
1178         void *mlocked_mem;
1179
1180         mlocked_mem = fio_pin_memory();
1181
1182         if (!terse_output) {
1183                 printf("Starting %d thread%s\n", thread_number, thread_number > 1 ? "s" : "");
1184                 fflush(stdout);
1185         }
1186
1187         signal(SIGINT, sig_handler);
1188         signal(SIGALRM, sig_handler);
1189
1190         todo = thread_number;
1191         nr_running = 0;
1192         nr_started = 0;
1193         m_rate = t_rate = 0;
1194
1195         for (i = 0; i < thread_number; i++) {
1196                 td = &threads[i];
1197
1198                 print_status_init(td->thread_number - 1);
1199
1200                 init_disk_util(td);
1201
1202                 if (!td->create_serialize)
1203                         continue;
1204
1205                 /*
1206                  * do file setup here so it happens sequentially,
1207                  * we don't want X number of threads getting their
1208                  * client data interspersed on disk
1209                  */
1210                 if (setup_files(td)) {
1211                         td_set_runstate(td, TD_REAPED);
1212                         todo--;
1213                 }
1214         }
1215
1216         time_init();
1217
1218         while (todo) {
1219                 struct thread_data *map[MAX_JOBS];
1220                 struct timeval this_start;
1221                 int this_jobs = 0, left;
1222
1223                 /*
1224                  * create threads (TD_NOT_CREATED -> TD_CREATED)
1225                  */
1226                 for (i = 0; i < thread_number; i++) {
1227                         td = &threads[i];
1228
1229                         if (td->runstate != TD_NOT_CREATED)
1230                                 continue;
1231
1232                         /*
1233                          * never got a chance to start, killed by other
1234                          * thread for some reason
1235                          */
1236                         if (td->terminate) {
1237                                 todo--;
1238                                 continue;
1239                         }
1240
1241                         if (td->start_delay) {
1242                                 spent = mtime_since_genesis();
1243
1244                                 if (td->start_delay * 1000 > spent)
1245                                         continue;
1246                         }
1247
1248                         if (td->stonewall && (nr_started || nr_running))
1249                                 break;
1250
1251                         /*
1252                          * Set state to created. Thread will transition
1253                          * to TD_INITIALIZED when it's done setting up.
1254                          */
1255                         td_set_runstate(td, TD_CREATED);
1256                         map[this_jobs++] = td;
1257                         fio_sem_init(&startup_sem, 1);
1258                         nr_started++;
1259
1260                         if (td->use_thread) {
1261                                 if (pthread_create(&td->thread, NULL, thread_main, td)) {
1262                                         perror("thread_create");
1263                                         nr_started--;
1264                                 }
1265                         } else {
1266                                 if (fork())
1267                                         fio_sem_down(&startup_sem);
1268                                 else {
1269                                         fork_main(shm_id, i);
1270                                         exit(0);
1271                                 }
1272                         }
1273                 }
1274
1275                 /*
1276                  * Wait for the started threads to transition to
1277                  * TD_INITIALIZED.
1278                  */
1279                 gettimeofday(&this_start, NULL);
1280                 left = this_jobs;
1281                 while (left) {
1282                         if (mtime_since_now(&this_start) > JOB_START_TIMEOUT)
1283                                 break;
1284
1285                         usleep(100000);
1286
1287                         for (i = 0; i < this_jobs; i++) {
1288                                 td = map[i];
1289                                 if (!td)
1290                                         continue;
1291                                 if (td->runstate == TD_INITIALIZED) {
1292                                         map[i] = NULL;
1293                                         left--;
1294                                 } else if (td->runstate >= TD_EXITED) {
1295                                         map[i] = NULL;
1296                                         left--;
1297                                         todo--;
1298                                         nr_running++; /* work-around... */
1299                                 }
1300                         }
1301                 }
1302
1303                 if (left) {
1304                         log_err("fio: %d jobs failed to start\n", left);
1305                         for (i = 0; i < this_jobs; i++) {
1306                                 td = map[i];
1307                                 if (!td)
1308                                         continue;
1309                                 kill(td->pid, SIGTERM);
1310                         }
1311                         break;
1312                 }
1313
1314                 /*
1315                  * start created threads (TD_INITIALIZED -> TD_RUNNING).
1316                  */
1317                 for (i = 0; i < thread_number; i++) {
1318                         td = &threads[i];
1319
1320                         if (td->runstate != TD_INITIALIZED)
1321                                 continue;
1322
1323                         td_set_runstate(td, TD_RUNNING);
1324                         nr_running++;
1325                         nr_started--;
1326                         m_rate += td->ratemin;
1327                         t_rate += td->rate;
1328                         todo--;
1329                         fio_sem_up(&td->mutex);
1330                 }
1331
1332                 reap_threads(&nr_running, &t_rate, &m_rate);
1333
1334                 if (todo)
1335                         usleep(100000);
1336         }
1337
1338         while (nr_running) {
1339                 reap_threads(&nr_running, &t_rate, &m_rate);
1340                 usleep(10000);
1341         }
1342
1343         update_io_ticks();
1344         fio_unpin_memory(mlocked_mem);
1345 }
1346
1347 int main(int argc, char *argv[])
1348 {
1349         if (parse_options(argc, argv))
1350                 return 1;
1351
1352         if (!thread_number) {
1353                 log_err("Nothing to do\n");
1354                 return 1;
1355         }
1356
1357         disk_util_timer_arm();
1358
1359         run_threads();
1360         show_run_stats();
1361
1362         return 0;
1363 }