fio.h

   1 #ifndef FIO_H
   2 #define FIO_H
   3
   4 #include <sched.h>
   5 #include <limits.h>
   6 #include <pthread.h>
   7 #include <sys/time.h>
   8 #include <sys/resource.h>
   9 #include <errno.h>
  10 #include <stdlib.h>
  11 #include <stdio.h>
  12 #include <unistd.h>
  13 #include <string.h>
  14 #include <getopt.h>
  15 #include <inttypes.h>
  16 #include <assert.h>
  17
  18 #include "compiler/compiler.h"
  19 #include "flist.h"
  20 #include "fifo.h"
  21 #include "rbtree.h"
  22 #include "arch/arch.h"
  23 #include "os/os.h"
  24 #include "mutex.h"
  25 #include "log.h"
  26 #include "debug.h"
  27 #include "file.h"
  28 #include "io_ddir.h"
  29 #include "ioengine.h"
  30 #include "iolog.h"
  31 #include "profiles.h"
  32 #include "helpers.h"
  33
  34 #ifdef FIO_HAVE_GUASI
  35 #include <guasi.h>
  36 #endif
  37
  38 #ifdef FIO_HAVE_SOLARISAIO
  39 #include <sys/asynch.h>
  40 #endif
  41
  42 struct group_run_stats {
  43         unsigned long long max_run[2], min_run[2];
  44         unsigned long long max_bw[2], min_bw[2];
  45         unsigned long long io_kb[2];
  46         unsigned long long agg[2];
  47         unsigned int kb_base;
  48 };
  49
  50 /*
  51  * What type of allocation to use for io buffers
  52  */
  53 enum fio_memtype {
  54         MEM_MALLOC = 0, /* ordinary malloc */
  55         MEM_SHM,        /* use shared memory segments */
  56         MEM_SHMHUGE,    /* use shared memory segments with huge pages */
  57         MEM_MMAP,       /* use anonynomous mmap */
  58         MEM_MMAPHUGE,   /* memory mapped huge file */
  59 };
  60
  61 /*
  62  * How many depth levels to log
  63  */
  64 #define FIO_IO_U_MAP_NR 8
  65 #define FIO_IO_U_LAT_U_NR 10
  66 #define FIO_IO_U_LAT_M_NR 12
  67
  68 #define MAX_PATTERN_SIZE 512
  69
  70 struct thread_stat {
  71         char *name;
  72         char *verror;
  73         int error;
  74         int groupid;
  75         pid_t pid;
  76         char *description;
  77         int members;
  78
  79         struct io_log *slat_log;
  80         struct io_log *clat_log;
  81         struct io_log *bw_log;
  82
  83         /*
  84          * bandwidth and latency stats
  85          */
  86         struct io_stat clat_stat[2];            /* completion latency */
  87         struct io_stat slat_stat[2];            /* submission latency */
  88         struct io_stat bw_stat[2];              /* bandwidth stats */
  89
  90         unsigned long long stat_io_bytes[2];
  91         struct timeval stat_sample_time[2];
  92
  93         /*
  94          * fio system usage accounting
  95          */
  96         struct rusage ru_start;
  97         struct rusage ru_end;
  98         unsigned long usr_time;
  99         unsigned long sys_time;
 100         unsigned long ctx;
 101         unsigned long minf, majf;
 102
 103         /*
 104          * IO depth and latency stats
 105          */
 106         unsigned int io_u_map[FIO_IO_U_MAP_NR];
 107         unsigned int io_u_submit[FIO_IO_U_MAP_NR];
 108         unsigned int io_u_complete[FIO_IO_U_MAP_NR];
 109         unsigned int io_u_lat_u[FIO_IO_U_LAT_U_NR];
 110         unsigned int io_u_lat_m[FIO_IO_U_LAT_M_NR];
 111         unsigned long total_io_u[2];
 112         unsigned long short_io_u[2];
 113         unsigned long total_submit;
 114         unsigned long total_complete;
 115
 116         unsigned long long io_bytes[2];
 117         unsigned long runtime[2];
 118         unsigned long total_run_time;
 119
 120         /*
 121          * IO Error related stats
 122          */
 123         unsigned continue_on_error;
 124         unsigned long total_err_count;
 125         int first_error;
 126
 127         unsigned int kb_base;
 128 };
 129
 130 struct bssplit {
 131         unsigned int bs;
 132         unsigned char perc;
 133 };
 134
 135 struct thread_options {
 136         int pad;
 137         char *description;
 138         char *name;
 139         char *directory;
 140         char *filename;
 141         char *opendir;
 142         char *ioengine;
 143         enum td_ddir td_ddir;
 144         unsigned int kb_base;
 145         unsigned int ddir_nr;
 146         unsigned int iodepth;
 147         unsigned int iodepth_low;
 148         unsigned int iodepth_batch;
 149         unsigned int iodepth_batch_complete;
 150
 151         unsigned long long size;
 152         unsigned int fill_device;
 153         unsigned long long file_size_low;
 154         unsigned long long file_size_high;
 155         unsigned long long start_offset;
 156
 157         unsigned int bs[2];
 158         unsigned int ba[2];
 159         unsigned int min_bs[2];
 160         unsigned int max_bs[2];
 161         struct bssplit *bssplit[2];
 162         unsigned int bssplit_nr[2];
 163
 164         unsigned int nr_files;
 165         unsigned int open_files;
 166         enum file_lock_mode file_lock_mode;
 167         unsigned int lockfile_batch;
 168
 169         unsigned int odirect;
 170         unsigned int invalidate_cache;
 171         unsigned int create_serialize;
 172         unsigned int create_fsync;
 173         unsigned int create_on_open;
 174         unsigned int end_fsync;
 175         unsigned int pre_read;
 176         unsigned int sync_io;
 177         unsigned int verify;
 178         unsigned int do_verify;
 179         unsigned int verifysort;
 180         unsigned int verify_interval;
 181         unsigned int verify_offset;
 182         char verify_pattern[MAX_PATTERN_SIZE];
 183         unsigned int verify_pattern_bytes;
 184         unsigned int verify_fatal;
 185         unsigned int verify_async;
 186         unsigned int use_thread;
 187         unsigned int unlink;
 188         unsigned int do_disk_util;
 189         unsigned int override_sync;
 190         unsigned int rand_repeatable;
 191         unsigned int write_lat_log;
 192         unsigned int write_bw_log;
 193         unsigned int norandommap;
 194         unsigned int softrandommap;
 195         unsigned int bs_unaligned;
 196         unsigned int fsync_on_close;
 197
 198         unsigned int hugepage_size;
 199         unsigned int rw_min_bs;
 200         unsigned int thinktime;
 201         unsigned int thinktime_spin;
 202         unsigned int thinktime_blocks;
 203         unsigned int fsync_blocks;
 204         unsigned int fdatasync_blocks;
 205         unsigned int start_delay;
 206         unsigned long long timeout;
 207         unsigned long long ramp_time;
 208         unsigned int overwrite;
 209         unsigned int bw_avg_time;
 210         unsigned int loops;
 211         unsigned long long zone_size;
 212         unsigned long long zone_skip;
 213         enum fio_memtype mem_type;
 214         unsigned int mem_align;
 215
 216         unsigned int stonewall;
 217         unsigned int new_group;
 218         unsigned int numjobs;
 219         os_cpu_mask_t cpumask;
 220         unsigned int cpumask_set;
 221         os_cpu_mask_t verify_cpumask;
 222         unsigned int verify_cpumask_set;
 223         unsigned int iolog;
 224         unsigned int rwmixcycle;
 225         unsigned int rwmix[2];
 226         unsigned int nice;
 227         unsigned int file_service_type;
 228         unsigned int group_reporting;
 229         unsigned int fadvise_hint;
 230         unsigned int zero_buffers;
 231         unsigned int refill_buffers;
 232         unsigned int time_based;
 233         unsigned int disable_clat;
 234         unsigned int disable_slat;
 235         unsigned int disable_bw;
 236         unsigned int gtod_reduce;
 237         unsigned int gtod_cpu;
 238         unsigned int gtod_offload;
 239
 240         char *read_iolog_file;
 241         char *write_iolog_file;
 242         char *bw_log_file;
 243         char *lat_log_file;
 244
 245         /*
 246          * Pre-run and post-run shell
 247          */
 248         char *exec_prerun;
 249         char *exec_postrun;
 250
 251         unsigned int rate[2];
 252         unsigned int ratemin[2];
 253         unsigned int ratecycle;
 254         unsigned int rate_iops[2];
 255         unsigned int rate_iops_min[2];
 256
 257         char *ioscheduler;
 258
 259         /*
 260          * CPU "io" cycle burner
 261          */
 262         unsigned int cpuload;
 263         unsigned int cpucycle;
 264
 265         /*
 266          * I/O Error handling
 267          */
 268         unsigned int continue_on_error;
 269
 270         /*
 271          * Benchmark profile type
 272          */
 273         unsigned int profile;
 274
 275         /*
 276          * blkio cgroup support
 277          */
 278         char *cgroup;
 279         unsigned int cgroup_weight;
 280
 281         unsigned int uid;
 282         unsigned int gid;
 283 };
 284
 285 #define FIO_VERROR_SIZE 128
 286
 287 /*
 288  * This describes a single thread/process executing a fio job.
 289  */
 290 struct thread_data {
 291         struct thread_options o;
 292         char verror[FIO_VERROR_SIZE];
 293         pthread_t thread;
 294         int thread_number;
 295         int groupid;
 296         struct thread_stat ts;
 297         struct fio_file **files;
 298         unsigned int files_size;
 299         unsigned int files_index;
 300         unsigned int nr_open_files;
 301         unsigned int nr_done_files;
 302         unsigned int nr_normal_files;
 303         union {
 304                 unsigned int next_file;
 305                 os_random_state_t next_file_state;
 306         };
 307         int error;
 308         int done;
 309         pid_t pid;
 310         char *orig_buffer;
 311         size_t orig_buffer_size;
 312         volatile int terminate;
 313         volatile int runstate;
 314         unsigned int ioprio;
 315         unsigned int ioprio_set;
 316         unsigned int last_was_sync;
 317
 318         char *mmapfile;
 319         int mmapfd;
 320
 321         void *iolog_buf;
 322         FILE *iolog_f;
 323
 324         char *sysfs_root;
 325
 326         unsigned long rand_seeds[6];
 327
 328         os_random_state_t bsrange_state;
 329         os_random_state_t verify_state;
 330
 331         int shm_id;
 332
 333         /*
 334          * IO engine hooks, contains everything needed to submit an io_u
 335          * to any of the available IO engines.
 336          */
 337         struct ioengine_ops *io_ops;
 338
 339         /*
 340          * Current IO depth and list of free and busy io_u's.
 341          */
 342         unsigned int cur_depth;
 343         unsigned int io_u_queued;
 344         struct flist_head io_u_freelist;
 345         struct flist_head io_u_busylist;
 346         struct flist_head io_u_requeues;
 347         pthread_mutex_t io_u_lock;
 348         pthread_cond_t free_cond;
 349
 350         /*
 351          * async verify offload
 352          */
 353         struct flist_head verify_list;
 354         pthread_t *verify_threads;
 355         unsigned int nr_verify_threads;
 356         pthread_cond_t verify_cond;
 357         int verify_thread_exit;
 358
 359         /*
 360          * Rate state
 361          */
 362         unsigned long rate_nsec_cycle[2];
 363         long rate_pending_usleep[2];
 364         unsigned long rate_bytes[2];
 365         unsigned long rate_blocks[2];
 366         struct timeval lastrate[2];
 367
 368         unsigned long long total_io_size;
 369
 370         unsigned long io_issues[2];
 371         unsigned long long io_blocks[2];
 372         unsigned long long io_bytes[2];
 373         unsigned long long io_skip_bytes;
 374         unsigned long long this_io_bytes[2];
 375         unsigned long long zone_bytes;
 376         struct fio_mutex *mutex;
 377
 378         /*
 379          * State for random io, a bitmap of blocks done vs not done
 380          */
 381         os_random_state_t random_state;
 382
 383         struct timeval start;   /* start of this loop */
 384         struct timeval epoch;   /* time job was started */
 385         struct timeval last_issue;
 386         struct timeval tv_cache;
 387         unsigned int tv_cache_nr;
 388         unsigned int tv_cache_mask;
 389         unsigned int ramp_time_over;
 390
 391         /*
 392          * read/write mixed workload state
 393          */
 394         os_random_state_t rwmix_state;
 395         unsigned long rwmix_issues;
 396         enum fio_ddir rwmix_ddir;
 397         unsigned int ddir_nr;
 398
 399         /*
 400          * IO history logs for verification. We use a tree for sorting,
 401          * if we are overwriting. Otherwise just use a fifo.
 402          */
 403         struct rb_root io_hist_tree;
 404         struct flist_head io_hist_list;
 405
 406         /*
 407          * For IO replaying
 408          */
 409         struct flist_head io_log_list;
 410
 411         /*
 412          * for fileservice, how often to switch to a new file
 413          */
 414         unsigned int file_service_nr;
 415         unsigned int file_service_left;
 416         struct fio_file *file_service_file;
 417
 418         /*
 419          * For generating file sizes
 420          */
 421         os_random_state_t file_size_state;
 422
 423         /*
 424          * Error counts
 425          */
 426         unsigned int total_err_count;
 427         int first_error;
 428 };
 429
 430 /*
 431  * when should interactive ETA output be generated
 432  */
 433 enum {
 434         FIO_ETA_AUTO,
 435         FIO_ETA_ALWAYS,
 436         FIO_ETA_NEVER,
 437 };
 438
 439 #define __td_verror(td, err, msg, func)                                 \
 440         do {                                                            \
 441                 if ((td)->error)                                        \
 442                         break;                                          \
 443                 int e = (err);                                          \
 444                 (td)->error = e;                                        \
 445                 if (!(td)->first_error)                                 \
 446                         snprintf(td->verror, sizeof(td->verror) - 1, "file:%s:%d, func=%s, error=%s", __FILE__, __LINE__, (func), (msg));               \
 447         } while (0)
 448
 449
 450 #define td_clear_error(td)              \
 451         (td)->error = 0;
 452 #define td_verror(td, err, func)        \
 453         __td_verror((td), (err), strerror((err)), (func))
 454 #define td_vmsg(td, err, msg, func)     \
 455         __td_verror((td), (err), (msg), (func))
 456
 457 extern int exitall_on_terminate;
 458 extern int thread_number;
 459 extern int nr_process, nr_thread;
 460 extern int shm_id;
 461 extern int groupid;
 462 extern int terse_output;
 463 extern int temp_stall_ts;
 464 extern unsigned long long mlock_size;
 465 extern unsigned long page_mask, page_size;
 466 extern int read_only;
 467 extern int eta_print;
 468 extern unsigned long done_secs;
 469 extern char *job_section;
 470 extern int fio_gtod_offload;
 471 extern int fio_gtod_cpu;
 472
 473 extern struct thread_data *threads;
 474
 475 static inline void fio_ro_check(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
 476 {
 477         assert(!(io_u->ddir == DDIR_WRITE && !td_write(td)));
 478 }
 479
 480 #define BLOCKS_PER_MAP          (8 * sizeof(int))
 481 #define TO_MAP_BLOCK(f, b)      (b)
 482 #define RAND_MAP_IDX(f, b)      (TO_MAP_BLOCK(f, b) / BLOCKS_PER_MAP)
 483 #define RAND_MAP_BIT(f, b)      (TO_MAP_BLOCK(f, b) & (BLOCKS_PER_MAP - 1))
 484
 485 #define MAX_JOBS        (1024)
 486
 487 #define td_non_fatal_error(e)   ((e) == EIO || (e) == EILSEQ)
 488
 489 static inline void update_error_count(struct thread_data *td, int err)
 490 {
 491         td->total_err_count++;
 492         if (td->total_err_count == 1)
 493                 td->first_error = err;
 494 }
 495
 496 static inline int should_fsync(struct thread_data *td)
 497 {
 498         if (td->last_was_sync)
 499                 return 0;
 500         if (td->o.odirect)
 501                 return 0;
 502         if (td_write(td) || td_rw(td) || td->o.override_sync)
 503                 return 1;
 504
 505         return 0;
 506 }
 507
 508 /*
 509  * Time functions
 510  */
 511 extern unsigned long long utime_since(struct timeval *, struct timeval *);
 512 extern unsigned long long utime_since_now(struct timeval *);
 513 extern unsigned long mtime_since(struct timeval *, struct timeval *);
 514 extern unsigned long mtime_since_now(struct timeval *);
 515 extern unsigned long time_since_now(struct timeval *);
 516 extern unsigned long mtime_since_genesis(void);
 517 extern void usec_spin(unsigned int);
 518 extern void usec_sleep(struct thread_data *, unsigned long);
 519 extern void fill_start_time(struct timeval *);
 520 extern void fio_gettime(struct timeval *, void *);
 521 extern void fio_gtod_init(void);
 522 extern void fio_gtod_update(void);
 523 extern void set_genesis_time(void);
 524 extern int ramp_time_over(struct thread_data *);
 525 extern int in_ramp_time(struct thread_data *);
 526
 527 /*
 528  * Init/option functions
 529  */
 530 extern int __must_check parse_options(int, char **);
 531 extern int fio_options_parse(struct thread_data *, char **, int);
 532 extern void fio_keywords_init(void);
 533 extern int fio_cmd_option_parse(struct thread_data *, const char *, char *);
 534 extern void fio_fill_default_options(struct thread_data *);
 535 extern int fio_show_option_help(const char *);
 536 extern void fio_options_dup_and_init(struct option *);
 537 extern void options_mem_dupe(struct thread_data *);
 538 extern void options_mem_free(struct thread_data *);
 539 extern void td_fill_rand_seeds(struct thread_data *);
 540 #define FIO_GETOPT_JOB          0x89988998
 541 #define FIO_NR_OPTIONS          128
 542
 543 /*
 544  * ETA/status stuff
 545  */
 546 extern void print_thread_status(void);
 547 extern void print_status_init(int);
 548
 549 /*
 550  * Thread life cycle. Once a thread has a runstate beyond TD_INITIALIZED, it
 551  * will never back again. It may cycle between running/verififying/fsyncing.
 552  * Once the thread reaches TD_EXITED, it is just waiting for the core to
 553  * reap it.
 554  */
 555 enum {
 556         TD_NOT_CREATED = 0,
 557         TD_CREATED,
 558         TD_INITIALIZED,
 559         TD_RAMP,
 560         TD_RUNNING,
 561         TD_PRE_READING,
 562         TD_VERIFYING,
 563         TD_FSYNCING,
 564         TD_EXITED,
 565         TD_REAPED,
 566 };
 567
 568 extern void td_set_runstate(struct thread_data *, int);
 569
 570 /*
 571  * Memory helpers
 572  */
 573 extern int __must_check fio_pin_memory(void);
 574 extern void fio_unpin_memory(void);
 575 extern int __must_check allocate_io_mem(struct thread_data *);
 576 extern void free_io_mem(struct thread_data *);
 577
 578 /*
 579  * Reset stats after ramp time completes
 580  */
 581 extern void reset_all_stats(struct thread_data *);
 582
 583 /*
 584  * blktrace support
 585  */
 586 #ifdef FIO_HAVE_BLKTRACE
 587 extern int is_blktrace(const char *);
 588 extern int load_blktrace(struct thread_data *, const char *);
 589 #endif
 590
 591 /*
 592  * Mark unused variables passed to ops functions as unused, to silence gcc
 593  */
 594 #define fio_unused      __attribute((__unused__))
 595 #define fio_init        __attribute__((constructor))
 596 #define fio_exit        __attribute__((destructor))
 597
 598 #define for_each_td(td, i)      \
 599         for ((i) = 0, (td) = &threads[0]; (i) < (int) thread_number; (i)++, (td)++)
 600 #define for_each_file(td, f, i) \
 601         if ((td)->files_index)                                          \
 602                 for ((i) = 0, (f) = (td)->files[0];                     \
 603                  (i) < (td)->o.nr_files && ((f) = (td)->files[i]) != NULL; \
 604                  (i)++)
 605
 606 #define fio_assert(td, cond)    do {    \
 607         if (!(cond)) {                  \
 608                 int *__foo = NULL;      \
 609                 fprintf(stderr, "file:%s:%d, assert %s failed\n", __FILE__, __LINE__, #cond);   \
 610                 (td)->runstate = TD_EXITED;     \
 611                 (td)->error = EFAULT;           \
 612                 *__foo = 0;                     \
 613         }       \
 614 } while (0)
 615
 616 static inline int fio_fill_issue_time(struct thread_data *td)
 617 {
 618         if (td->o.read_iolog_file ||
 619             !td->o.disable_clat || !td->o.disable_slat || !td->o.disable_bw)
 620                 return 1;
 621
 622         return 0;
 623 }
 624
 625 /*
 626  * Cheesy number->string conversion, complete with carry rounding error.
 627  */
 628 static inline char *num2str(unsigned long num, int maxlen, int base, int pow2)
 629 {
 630         char postfix[] = { ' ', 'K', 'M', 'G', 'P', 'E' };
 631         unsigned int thousand;
 632         char *buf;
 633         int i;
 634
 635         if (pow2)
 636                 thousand = 1024;
 637         else
 638                 thousand = 1000;
 639
 640         buf = malloc(128);
 641
 642         for (i = 0; base > 1; i++)
 643                 base /= thousand;
 644
 645         do {
 646                 int len, carry = 0;
 647
 648                 len = sprintf(buf, "%'lu", num);
 649                 if (len <= maxlen) {
 650                         if (i >= 1) {
 651                                 buf[len] = postfix[i];
 652                                 buf[len + 1] = '\0';
 653                         }
 654                         return buf;
 655                 }
 656
 657                 if ((num % thousand) >= (thousand / 2))
 658                         carry = 1;
 659
 660                 num /= thousand;
 661                 num += carry;
 662                 i++;
 663         } while (i <= 5);
 664
 665         return buf;
 666 }
 667
 668 static inline int __should_check_rate(struct thread_data *td,
 669                                       enum fio_ddir ddir)
 670 {
 671         struct thread_options *o = &td->o;
 672
 673         /*
 674          * If some rate setting was given, we need to check it
 675          */
 676         if (o->rate[ddir] || o->ratemin[ddir] || o->rate_iops[ddir] ||
 677             o->rate_iops_min[ddir])
 678                 return 1;
 679
 680         return 0;
 681 }
 682
 683 static inline int should_check_rate(struct thread_data *td,
 684                                     unsigned long *bytes_done)
 685 {
 686         int ret = 0;
 687
 688         if (bytes_done[0])
 689                 ret |= __should_check_rate(td, 0);
 690         if (bytes_done[1])
 691                 ret |= __should_check_rate(td, 1);
 692
 693         return ret;
 694 }
 695
 696 static inline int is_power_of_2(unsigned int val)
 697 {
 698         return (val != 0 && ((val & (val - 1)) == 0));
 699 }
 700
 701 /*
 702  * We currently only need to do locking if we have verifier threads
 703  * accessing our internal structures too
 704  */
 705 static inline void td_io_u_lock(struct thread_data *td)
 706 {
 707         if (td->o.verify_async)
 708                 pthread_mutex_lock(&td->io_u_lock);
 709 }
 710
 711 static inline void td_io_u_unlock(struct thread_data *td)
 712 {
 713         if (td->o.verify_async)
 714                 pthread_mutex_unlock(&td->io_u_lock);
 715 }
 716
 717 static inline void td_io_u_free_notify(struct thread_data *td)
 718 {
 719         if (td->o.verify_async)
 720                 pthread_cond_signal(&td->free_cond);
 721 }
 722
 723 #endif