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 <inttypes.h>
  15 #include <assert.h>
  16
  17 #include "compiler/compiler.h"
  18 #include "flist.h"
  19 #include "fifo.h"
  20 #include "rbtree.h"
  21 #include "arch/arch.h"
  22 #include "os/os.h"
  23 #include "mutex.h"
  24 #include "log.h"
  25 #include "debug.h"
  26 #include "file.h"
  27 #include "io_ddir.h"
  28 #include "ioengine.h"
  29 #include "iolog.h"
  30 #include "helpers.h"
  31 #include "options.h"
  32 #include "profile.h"
  33 #include "time.h"
  34 #include "lib/getopt.h"
  35
  36 #ifdef FIO_HAVE_GUASI
  37 #include <guasi.h>
  38 #endif
  39
  40 #ifdef FIO_HAVE_SOLARISAIO
  41 #include <sys/asynch.h>
  42 #endif
  43
  44 struct group_run_stats {
  45         unsigned long long max_run[2], min_run[2];
  46         unsigned long long max_bw[2], min_bw[2];
  47         unsigned long long io_kb[2];
  48         unsigned long long agg[2];
  49         unsigned int kb_base;
  50 };
  51
  52 /*
  53  * What type of allocation to use for io buffers
  54  */
  55 enum fio_memtype {
  56         MEM_MALLOC = 0, /* ordinary malloc */
  57         MEM_SHM,        /* use shared memory segments */
  58         MEM_SHMHUGE,    /* use shared memory segments with huge pages */
  59         MEM_MMAP,       /* use anonynomous mmap */
  60         MEM_MMAPHUGE,   /* memory mapped huge file */
  61 };
  62
  63 /*
  64  * offset generator types
  65  */
  66 enum {
  67         RW_SEQ_SEQ      = 0,
  68         RW_SEQ_IDENT,
  69 };
  70
  71 /*
  72  * How many depth levels to log
  73  */
  74 #define FIO_IO_U_MAP_NR 8
  75 #define FIO_IO_U_LAT_U_NR 10
  76 #define FIO_IO_U_LAT_M_NR 12
  77
  78 #define MAX_PATTERN_SIZE 512
  79
  80 struct thread_stat {
  81         char *name;
  82         char *verror;
  83         int error;
  84         int groupid;
  85         pid_t pid;
  86         char *description;
  87         int members;
  88
  89         struct io_log *slat_log;
  90         struct io_log *clat_log;
  91         struct io_log *lat_log;
  92         struct io_log *bw_log;
  93
  94         /*
  95          * bandwidth and latency stats
  96          */
  97         struct io_stat clat_stat[2];            /* completion latency */
  98         struct io_stat slat_stat[2];            /* submission latency */
  99         struct io_stat lat_stat[2];             /* total latency */
 100         struct io_stat bw_stat[2];              /* bandwidth stats */
 101
 102         unsigned long long stat_io_bytes[2];
 103         struct timeval stat_sample_time[2];
 104
 105         /*
 106          * fio system usage accounting
 107          */
 108         struct rusage ru_start;
 109         struct rusage ru_end;
 110         unsigned long usr_time;
 111         unsigned long sys_time;
 112         unsigned long ctx;
 113         unsigned long minf, majf;
 114
 115         /*
 116          * IO depth and latency stats
 117          */
 118         unsigned int io_u_map[FIO_IO_U_MAP_NR];
 119         unsigned int io_u_submit[FIO_IO_U_MAP_NR];
 120         unsigned int io_u_complete[FIO_IO_U_MAP_NR];
 121         unsigned int io_u_lat_u[FIO_IO_U_LAT_U_NR];
 122         unsigned int io_u_lat_m[FIO_IO_U_LAT_M_NR];
 123         unsigned long total_io_u[2];
 124         unsigned long short_io_u[2];
 125         unsigned long total_submit;
 126         unsigned long total_complete;
 127
 128         unsigned long long io_bytes[2];
 129         unsigned long runtime[2];
 130         unsigned long total_run_time;
 131
 132         /*
 133          * IO Error related stats
 134          */
 135         unsigned continue_on_error;
 136         unsigned long total_err_count;
 137         int first_error;
 138
 139         unsigned int kb_base;
 140 };
 141
 142 struct bssplit {
 143         unsigned int bs;
 144         unsigned char perc;
 145 };
 146
 147 struct thread_options {
 148         int pad;
 149         char *description;
 150         char *name;
 151         char *directory;
 152         char *filename;
 153         char *opendir;
 154         char *ioengine;
 155         enum td_ddir td_ddir;
 156         unsigned int rw_seq;
 157         unsigned int kb_base;
 158         unsigned int ddir_seq_nr;
 159         unsigned int iodepth;
 160         unsigned int iodepth_low;
 161         unsigned int iodepth_batch;
 162         unsigned int iodepth_batch_complete;
 163
 164         unsigned long long size;
 165         unsigned int fill_device;
 166         unsigned long long file_size_low;
 167         unsigned long long file_size_high;
 168         unsigned long long start_offset;
 169
 170         unsigned int bs[2];
 171         unsigned int ba[2];
 172         unsigned int min_bs[2];
 173         unsigned int max_bs[2];
 174         struct bssplit *bssplit[2];
 175         unsigned int bssplit_nr[2];
 176
 177         unsigned int nr_files;
 178         unsigned int open_files;
 179         enum file_lock_mode file_lock_mode;
 180         unsigned int lockfile_batch;
 181
 182         unsigned int odirect;
 183         unsigned int invalidate_cache;
 184         unsigned int create_serialize;
 185         unsigned int create_fsync;
 186         unsigned int create_on_open;
 187         unsigned int end_fsync;
 188         unsigned int pre_read;
 189         unsigned int sync_io;
 190         unsigned int verify;
 191         unsigned int do_verify;
 192         unsigned int verifysort;
 193         unsigned int verify_interval;
 194         unsigned int verify_offset;
 195         char verify_pattern[MAX_PATTERN_SIZE];
 196         unsigned int verify_pattern_bytes;
 197         unsigned int verify_fatal;
 198         unsigned int verify_async;
 199         unsigned long long verify_backlog;
 200         unsigned int verify_batch;
 201         unsigned int use_thread;
 202         unsigned int unlink;
 203         unsigned int do_disk_util;
 204         unsigned int override_sync;
 205         unsigned int rand_repeatable;
 206         unsigned int write_lat_log;
 207         unsigned int write_bw_log;
 208         unsigned int norandommap;
 209         unsigned int softrandommap;
 210         unsigned int bs_unaligned;
 211         unsigned int fsync_on_close;
 212
 213         unsigned int hugepage_size;
 214         unsigned int rw_min_bs;
 215         unsigned int thinktime;
 216         unsigned int thinktime_spin;
 217         unsigned int thinktime_blocks;
 218         unsigned int fsync_blocks;
 219         unsigned int fdatasync_blocks;
 220         unsigned long start_delay;
 221         unsigned long long timeout;
 222         unsigned long long ramp_time;
 223         unsigned int overwrite;
 224         unsigned int bw_avg_time;
 225         unsigned int loops;
 226         unsigned long long zone_size;
 227         unsigned long long zone_skip;
 228         enum fio_memtype mem_type;
 229         unsigned int mem_align;
 230
 231         unsigned int stonewall;
 232         unsigned int new_group;
 233         unsigned int numjobs;
 234         os_cpu_mask_t cpumask;
 235         unsigned int cpumask_set;
 236         os_cpu_mask_t verify_cpumask;
 237         unsigned int verify_cpumask_set;
 238         unsigned int iolog;
 239         unsigned int rwmixcycle;
 240         unsigned int rwmix[2];
 241         unsigned int nice;
 242         unsigned int file_service_type;
 243         unsigned int group_reporting;
 244         unsigned int fadvise_hint;
 245         unsigned int fallocate;
 246         unsigned int zero_buffers;
 247         unsigned int refill_buffers;
 248         unsigned int time_based;
 249         unsigned int disable_lat;
 250         unsigned int disable_clat;
 251         unsigned int disable_slat;
 252         unsigned int disable_bw;
 253         unsigned int gtod_reduce;
 254         unsigned int gtod_cpu;
 255         unsigned int gtod_offload;
 256         enum fio_cs clocksource;
 257
 258         char *read_iolog_file;
 259         char *write_iolog_file;
 260         char *bw_log_file;
 261         char *lat_log_file;
 262
 263         /*
 264          * Pre-run and post-run shell
 265          */
 266         char *exec_prerun;
 267         char *exec_postrun;
 268
 269         unsigned int rate[2];
 270         unsigned int ratemin[2];
 271         unsigned int ratecycle;
 272         unsigned int rate_iops[2];
 273         unsigned int rate_iops_min[2];
 274
 275         char *ioscheduler;
 276
 277         /*
 278          * CPU "io" cycle burner
 279          */
 280         unsigned int cpuload;
 281         unsigned int cpucycle;
 282
 283         /*
 284          * I/O Error handling
 285          */
 286         unsigned int continue_on_error;
 287
 288         /*
 289          * Benchmark profile type
 290          */
 291         char *profile;
 292
 293         /*
 294          * blkio cgroup support
 295          */
 296         char *cgroup;
 297         unsigned int cgroup_weight;
 298         unsigned int cgroup_nodelete;
 299
 300         unsigned int uid;
 301         unsigned int gid;
 302
 303         unsigned int sync_file_range;
 304 };
 305
 306 #define FIO_VERROR_SIZE 128
 307
 308 /*
 309  * This describes a single thread/process executing a fio job.
 310  */
 311 struct thread_data {
 312         struct thread_options o;
 313         char verror[FIO_VERROR_SIZE];
 314         pthread_t thread;
 315         int thread_number;
 316         int groupid;
 317         struct thread_stat ts;
 318         struct fio_file **files;
 319         unsigned int files_size;
 320         unsigned int files_index;
 321         unsigned int nr_open_files;
 322         unsigned int nr_done_files;
 323         unsigned int nr_normal_files;
 324         union {
 325                 unsigned int next_file;
 326                 os_random_state_t next_file_state;
 327         };
 328         int error;
 329         int done;
 330         pid_t pid;
 331         char *orig_buffer;
 332         size_t orig_buffer_size;
 333         volatile int terminate;
 334         volatile int runstate;
 335         unsigned int ioprio;
 336         unsigned int ioprio_set;
 337         unsigned int last_was_sync;
 338         enum fio_ddir last_ddir;
 339
 340         char *mmapfile;
 341         int mmapfd;
 342
 343         void *iolog_buf;
 344         FILE *iolog_f;
 345
 346         char *sysfs_root;
 347
 348         unsigned long rand_seeds[6];
 349
 350         os_random_state_t bsrange_state;
 351         os_random_state_t verify_state;
 352
 353         unsigned int verify_batch;
 354
 355         int shm_id;
 356
 357         /*
 358          * IO engine hooks, contains everything needed to submit an io_u
 359          * to any of the available IO engines.
 360          */
 361         struct ioengine_ops *io_ops;
 362
 363         /*
 364          * Current IO depth and list of free and busy io_u's.
 365          */
 366         unsigned int cur_depth;
 367         unsigned int io_u_queued;
 368         struct flist_head io_u_freelist;
 369         struct flist_head io_u_busylist;
 370         struct flist_head io_u_requeues;
 371         pthread_mutex_t io_u_lock;
 372         pthread_cond_t free_cond;
 373
 374         /*
 375          * async verify offload
 376          */
 377         struct flist_head verify_list;
 378         pthread_t *verify_threads;
 379         unsigned int nr_verify_threads;
 380         pthread_cond_t verify_cond;
 381         int verify_thread_exit;
 382
 383         /*
 384          * Rate state
 385          */
 386         unsigned long rate_nsec_cycle[2];
 387         long rate_pending_usleep[2];
 388         unsigned long rate_bytes[2];
 389         unsigned long rate_blocks[2];
 390         struct timeval lastrate[2];
 391
 392         unsigned long long total_io_size;
 393         unsigned long long fill_device_size;
 394
 395         unsigned long io_issues[2];
 396         unsigned long long io_blocks[2];
 397         unsigned long long io_bytes[2];
 398         unsigned long long io_skip_bytes;
 399         unsigned long long this_io_bytes[2];
 400         unsigned long long zone_bytes;
 401         struct fio_mutex *mutex;
 402
 403         /*
 404          * State for random io, a bitmap of blocks done vs not done
 405          */
 406         os_random_state_t random_state;
 407
 408         struct timeval start;   /* start of this loop */
 409         struct timeval epoch;   /* time job was started */
 410         struct timeval last_issue;
 411         struct timeval tv_cache;
 412         unsigned int tv_cache_nr;
 413         unsigned int tv_cache_mask;
 414         unsigned int ramp_time_over;
 415
 416         /*
 417          * read/write mixed workload state
 418          */
 419         os_random_state_t rwmix_state;
 420         unsigned long rwmix_issues;
 421         enum fio_ddir rwmix_ddir;
 422         unsigned int ddir_seq_nr;
 423
 424         /*
 425          * IO history logs for verification. We use a tree for sorting,
 426          * if we are overwriting. Otherwise just use a fifo.
 427          */
 428         struct rb_root io_hist_tree;
 429         struct flist_head io_hist_list;
 430         unsigned long io_hist_len;
 431
 432         /*
 433          * For IO replaying
 434          */
 435         struct flist_head io_log_list;
 436
 437         /*
 438          * for fileservice, how often to switch to a new file
 439          */
 440         unsigned int file_service_nr;
 441         unsigned int file_service_left;
 442         struct fio_file *file_service_file;
 443
 444         unsigned int sync_file_range_nr;
 445
 446         /*
 447          * For generating file sizes
 448          */
 449         os_random_state_t file_size_state;
 450
 451         /*
 452          * Error counts
 453          */
 454         unsigned int total_err_count;
 455         int first_error;
 456
 457         /*
 458          * Can be overloaded by profiles
 459          */
 460         struct prof_io_ops prof_io_ops;
 461         void *prof_data;
 462 };
 463
 464 /*
 465  * when should interactive ETA output be generated
 466  */
 467 enum {
 468         FIO_ETA_AUTO,
 469         FIO_ETA_ALWAYS,
 470         FIO_ETA_NEVER,
 471 };
 472
 473 #define __td_verror(td, err, msg, func)                                 \
 474         do {                                                            \
 475                 if ((td)->error)                                        \
 476                         break;                                          \
 477                 int e = (err);                                          \
 478                 (td)->error = e;                                        \
 479                 if (!(td)->first_error)                                 \
 480                         snprintf(td->verror, sizeof(td->verror) - 1, "file:%s:%d, func=%s, error=%s", __FILE__, __LINE__, (func), (msg));               \
 481         } while (0)
 482
 483
 484 #define td_clear_error(td)              \
 485         (td)->error = 0;
 486 #define td_verror(td, err, func)        \
 487         __td_verror((td), (err), strerror((err)), (func))
 488 #define td_vmsg(td, err, msg, func)     \
 489         __td_verror((td), (err), (msg), (func))
 490
 491 extern int exitall_on_terminate;
 492 extern int thread_number;
 493 extern int nr_process, nr_thread;
 494 extern int shm_id;
 495 extern int groupid;
 496 extern int terse_output;
 497 extern int temp_stall_ts;
 498 extern unsigned long long mlock_size;
 499 extern unsigned long page_mask, page_size;
 500 extern int read_only;
 501 extern int eta_print;
 502 extern unsigned long done_secs;
 503 extern char *job_section;
 504 extern int fio_gtod_offload;
 505 extern int fio_gtod_cpu;
 506 extern enum fio_cs fio_clock_source;
 507
 508 extern struct thread_data *threads;
 509
 510 static inline void fio_ro_check(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
 511 {
 512         assert(!(io_u->ddir == DDIR_WRITE && !td_write(td)));
 513 }
 514
 515 #define BLOCKS_PER_MAP          (8 * sizeof(int))
 516 #define TO_MAP_BLOCK(f, b)      (b)
 517 #define RAND_MAP_IDX(f, b)      (TO_MAP_BLOCK(f, b) / BLOCKS_PER_MAP)
 518 #define RAND_MAP_BIT(f, b)      (TO_MAP_BLOCK(f, b) & (BLOCKS_PER_MAP - 1))
 519
 520 #define MAX_JOBS        (1024)
 521
 522 #define td_non_fatal_error(e)   ((e) == EIO || (e) == EILSEQ)
 523
 524 static inline void update_error_count(struct thread_data *td, int err)
 525 {
 526         td->total_err_count++;
 527         if (td->total_err_count == 1)
 528                 td->first_error = err;
 529 }
 530
 531 static inline int should_fsync(struct thread_data *td)
 532 {
 533         if (td->last_was_sync)
 534                 return 0;
 535         if (td->o.odirect)
 536                 return 0;
 537         if (td_write(td) || td_rw(td) || td->o.override_sync)
 538                 return 1;
 539
 540         return 0;
 541 }
 542
 543 /*
 544  * Init/option functions
 545  */
 546 extern int __must_check parse_options(int, char **);
 547 extern int fio_options_parse(struct thread_data *, char **, int);
 548 extern void fio_keywords_init(void);
 549 extern int fio_cmd_option_parse(struct thread_data *, const char *, char *);
 550 extern void fio_fill_default_options(struct thread_data *);
 551 extern int fio_show_option_help(const char *);
 552 extern void fio_options_dup_and_init(struct option *);
 553 extern void options_mem_dupe(struct thread_data *);
 554 extern void options_mem_free(struct thread_data *);
 555 extern void td_fill_rand_seeds(struct thread_data *);
 556 extern void add_job_opts(const char **);
 557 #define FIO_GETOPT_JOB          0x89988998
 558 #define FIO_NR_OPTIONS          (FIO_MAX_OPTS + 128)
 559
 560 /*
 561  * ETA/status stuff
 562  */
 563 extern void print_thread_status(void);
 564 extern void print_status_init(int);
 565
 566 /*
 567  * Thread life cycle. Once a thread has a runstate beyond TD_INITIALIZED, it
 568  * will never back again. It may cycle between running/verififying/fsyncing.
 569  * Once the thread reaches TD_EXITED, it is just waiting for the core to
 570  * reap it.
 571  */
 572 enum {
 573         TD_NOT_CREATED = 0,
 574         TD_CREATED,
 575         TD_INITIALIZED,
 576         TD_RAMP,
 577         TD_RUNNING,
 578         TD_PRE_READING,
 579         TD_VERIFYING,
 580         TD_FSYNCING,
 581         TD_EXITED,
 582         TD_REAPED,
 583 };
 584
 585 extern void td_set_runstate(struct thread_data *, int);
 586
 587 /*
 588  * Memory helpers
 589  */
 590 extern int __must_check fio_pin_memory(void);
 591 extern void fio_unpin_memory(void);
 592 extern int __must_check allocate_io_mem(struct thread_data *);
 593 extern void free_io_mem(struct thread_data *);
 594
 595 /*
 596  * Reset stats after ramp time completes
 597  */
 598 extern void reset_all_stats(struct thread_data *);
 599
 600 /*
 601  * blktrace support
 602  */
 603 #ifdef FIO_HAVE_BLKTRACE
 604 extern int is_blktrace(const char *);
 605 extern int load_blktrace(struct thread_data *, const char *);
 606 #endif
 607
 608 /*
 609  * Mark unused variables passed to ops functions as unused, to silence gcc
 610  */
 611 #define fio_unused      __attribute((__unused__))
 612 #define fio_init        __attribute__((constructor))
 613 #define fio_exit        __attribute__((destructor))
 614
 615 #define for_each_td(td, i)      \
 616         for ((i) = 0, (td) = &threads[0]; (i) < (int) thread_number; (i)++, (td)++)
 617 #define for_each_file(td, f, i) \
 618         if ((td)->files_index)                                          \
 619                 for ((i) = 0, (f) = (td)->files[0];                     \
 620                  (i) < (td)->o.nr_files && ((f) = (td)->files[i]) != NULL; \
 621                  (i)++)
 622
 623 #define fio_assert(td, cond)    do {    \
 624         if (!(cond)) {                  \
 625                 int *__foo = NULL;      \
 626                 fprintf(stderr, "file:%s:%d, assert %s failed\n", __FILE__, __LINE__, #cond);   \
 627                 (td)->runstate = TD_EXITED;     \
 628                 (td)->error = EFAULT;           \
 629                 *__foo = 0;                     \
 630         }       \
 631 } while (0)
 632
 633 static inline int fio_fill_issue_time(struct thread_data *td)
 634 {
 635         if (td->o.read_iolog_file ||
 636             !td->o.disable_clat || !td->o.disable_slat || !td->o.disable_bw)
 637                 return 1;
 638
 639         return 0;
 640 }
 641
 642 /*
 643  * Cheesy number->string conversion, complete with carry rounding error.
 644  */
 645 static inline char *num2str(unsigned long num, int maxlen, int base, int pow2)
 646 {
 647         char postfix[] = { ' ', 'K', 'M', 'G', 'P', 'E' };
 648         unsigned int thousand;
 649         char *buf;
 650         int i;
 651
 652         if (pow2)
 653                 thousand = 1024;
 654         else
 655                 thousand = 1000;
 656
 657         buf = malloc(128);
 658
 659         for (i = 0; base > 1; i++)
 660                 base /= thousand;
 661
 662         do {
 663                 int len, carry = 0;
 664
 665                 len = sprintf(buf, "%'lu", num);
 666                 if (len <= maxlen) {
 667                         if (i >= 1) {
 668                                 buf[len] = postfix[i];
 669                                 buf[len + 1] = '\0';
 670                         }
 671                         return buf;
 672                 }
 673
 674                 if ((num % thousand) >= (thousand / 2))
 675                         carry = 1;
 676
 677                 num /= thousand;
 678                 num += carry;
 679                 i++;
 680         } while (i <= 5);
 681
 682         return buf;
 683 }
 684
 685 static inline int __should_check_rate(struct thread_data *td,
 686                                       enum fio_ddir ddir)
 687 {
 688         struct thread_options *o = &td->o;
 689
 690         /*
 691          * If some rate setting was given, we need to check it
 692          */
 693         if (o->rate[ddir] || o->ratemin[ddir] || o->rate_iops[ddir] ||
 694             o->rate_iops_min[ddir])
 695                 return 1;
 696
 697         return 0;
 698 }
 699
 700 static inline int should_check_rate(struct thread_data *td,
 701                                     unsigned long *bytes_done)
 702 {
 703         int ret = 0;
 704
 705         if (bytes_done[0])
 706                 ret |= __should_check_rate(td, 0);
 707         if (bytes_done[1])
 708                 ret |= __should_check_rate(td, 1);
 709
 710         return ret;
 711 }
 712
 713 static inline int is_power_of_2(unsigned int val)
 714 {
 715         return (val != 0 && ((val & (val - 1)) == 0));
 716 }
 717
 718 /*
 719  * We currently only need to do locking if we have verifier threads
 720  * accessing our internal structures too
 721  */
 722 static inline void td_io_u_lock(struct thread_data *td)
 723 {
 724         if (td->o.verify_async)
 725                 pthread_mutex_lock(&td->io_u_lock);
 726 }
 727
 728 static inline void td_io_u_unlock(struct thread_data *td)
 729 {
 730         if (td->o.verify_async)
 731                 pthread_mutex_unlock(&td->io_u_lock);
 732 }
 733
 734 static inline void td_io_u_free_notify(struct thread_data *td)
 735 {
 736         if (td->o.verify_async)
 737                 pthread_cond_signal(&td->free_cond);
 738 }
 739
 740 #endif