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
  14 #include "list.h"
  15 #include "md5.h"
  16 #include "crc32.h"
  17 #include "arch.h"
  18 #include "os.h"
  19
  20 struct io_stat {
  21         unsigned long val;
  22         unsigned long val_sq;
  23         unsigned long max_val;
  24         unsigned long min_val;
  25         unsigned long samples;
  26 };
  27
  28 struct io_sample {
  29         unsigned long time;
  30         unsigned long val;
  31         unsigned int ddir;
  32 };
  33
  34 struct io_log {
  35         unsigned long nr_samples;
  36         unsigned long max_samples;
  37         struct io_sample *log;
  38 };
  39
  40 struct io_piece {
  41         struct list_head list;
  42         struct fio_file *file;
  43         unsigned long long offset;
  44         unsigned int len;
  45         int ddir;
  46 };
  47
  48 /*
  49  * The io unit
  50  */
  51 struct io_u {
  52         union {
  53 #ifdef FIO_HAVE_LIBAIO
  54                 struct iocb iocb;
  55 #endif
  56 #ifdef FIO_HAVE_POSIXAIO
  57                 struct aiocb aiocb;
  58 #endif
  59 #ifdef FIO_HAVE_SGIO
  60                 struct sg_io_hdr hdr;
  61 #endif
  62         };
  63         struct timeval start_time;
  64         struct timeval issue_time;
  65
  66         char *buf;
  67         unsigned int buflen;
  68         unsigned long long offset;
  69         unsigned int index;
  70
  71         unsigned int resid;
  72         unsigned int error;
  73
  74         unsigned char seen;
  75         unsigned char ddir;
  76
  77         struct fio_file *file;
  78
  79         struct list_head list;
  80 };
  81
  82 #define FIO_HDR_MAGIC   0xf00baaef
  83
  84 enum {
  85         VERIFY_NONE = 0,
  86         VERIFY_MD5,
  87         VERIFY_CRC32,
  88 };
  89
  90 struct verify_header {
  91         unsigned int fio_magic;
  92         unsigned int len;
  93         unsigned int verify_type;
  94         union {
  95                 char md5_digest[MD5_HASH_WORDS * 4];
  96                 unsigned long crc32;
  97         };
  98 };
  99
 100 struct group_run_stats {
 101         unsigned long long max_run[2], min_run[2];
 102         unsigned long long max_bw[2], min_bw[2];
 103         unsigned long long io_kb[2];
 104         unsigned long long agg[2];
 105 };
 106
 107 enum fio_ddir {
 108         DDIR_READ = 0,
 109         DDIR_WRITE,
 110 };
 111
 112 /*
 113  * What type of allocation to use for io buffers
 114  */
 115 enum fio_memtype {
 116         MEM_MALLOC = 0, /* ordinary malloc */
 117         MEM_SHM,        /* use shared memory segments */
 118         MEM_MMAP,       /* use anonynomous mmap */
 119 };
 120
 121 /*
 122  * The type of object we are working on
 123  */
 124 enum fio_filetype {
 125         FIO_TYPE_FILE = 1,
 126         FIO_TYPE_BD,
 127         FIO_TYPE_CHAR,
 128 };
 129
 130 enum fio_ioengine_flags {
 131         FIO_SYNCIO      = 1 << 0,
 132         FIO_CPUIO       = 1 << 1,
 133         FIO_MMAPIO      = 1 << 2,
 134         FIO_RAWIO       = 1 << 3,
 135 };
 136
 137 struct fio_file {
 138         /*
 139          * A file may not be a file descriptor, let the io engine decide
 140          */
 141         union {
 142                 unsigned long file_data;
 143                 int fd;
 144         };
 145         char *file_name;
 146         void *mmap;
 147         unsigned long long file_size;
 148         unsigned long long real_file_size;
 149         unsigned long long file_offset;
 150         unsigned long long last_pos;
 151
 152         unsigned long *file_map;
 153         unsigned int num_maps;
 154
 155         int fileno;
 156 };
 157
 158 /*
 159  * This describes a single thread/process executing a fio job.
 160  */
 161 struct thread_data {
 162         char name[32];
 163         char *directory;
 164         char verror[80];
 165         pthread_t thread;
 166         int thread_number;
 167         int groupid;
 168         enum fio_filetype filetype;
 169         struct fio_file *files;
 170         unsigned int nr_files;
 171         unsigned int next_file;
 172         int error;
 173         pid_t pid;
 174         char *orig_buffer;
 175         size_t orig_buffer_size;
 176         volatile int terminate;
 177         volatile int runstate;
 178         enum fio_ddir ddir;
 179         unsigned int iomix;
 180         unsigned int ioprio;
 181
 182         unsigned char sequential;
 183         unsigned char odirect;
 184         unsigned char create_file;
 185         unsigned char invalidate_cache;
 186         unsigned char create_serialize;
 187         unsigned char create_fsync;
 188         unsigned char end_fsync;
 189         unsigned char sync_io;
 190         unsigned char verify;
 191         unsigned char use_thread;
 192         unsigned char unlink;
 193         unsigned char do_disk_util;
 194         unsigned char override_sync;
 195         unsigned char rand_repeatable;
 196
 197         unsigned int bs;
 198         unsigned int min_bs;
 199         unsigned int max_bs;
 200         unsigned int thinktime;
 201         unsigned int fsync_blocks;
 202         unsigned int start_delay;
 203         unsigned long timeout;
 204         unsigned int overwrite;
 205         unsigned int bw_avg_time;
 206         unsigned int loops;
 207         unsigned long long zone_size;
 208         unsigned long long zone_skip;
 209         enum fio_memtype mem_type;
 210         unsigned int stonewall;
 211         unsigned int numjobs;
 212         unsigned int iodepth;
 213         os_cpu_mask_t cpumask;
 214         unsigned int iolog;
 215         unsigned int read_iolog;
 216         unsigned int write_iolog;
 217         unsigned int rwmixcycle;
 218         unsigned int rwmixread;
 219         unsigned int nice;
 220
 221         char *iolog_file;
 222         void *iolog_buf;
 223         FILE *iolog_f;
 224
 225         char *sysfs_root;
 226         char *ioscheduler;
 227
 228         os_random_state_t bsrange_state;
 229         os_random_state_t verify_state;
 230
 231         int shm_id;
 232
 233         /*
 234          * IO engine hooks, contains everything needed to submit an io_u
 235          * to any of the available IO engines.
 236          */
 237         struct ioengine_ops *io_ops;
 238
 239         /*
 240          * Current IO depth and list of free and busy io_u's.
 241          */
 242         unsigned int cur_depth;
 243         struct list_head io_u_freelist;
 244         struct list_head io_u_busylist;
 245
 246         /*
 247          * Rate state
 248          */
 249         unsigned int rate;
 250         unsigned int ratemin;
 251         unsigned int ratecycle;
 252         unsigned long rate_usec_cycle;
 253         long rate_pending_usleep;
 254         unsigned long rate_bytes;
 255         struct timeval lastrate;
 256
 257         unsigned long runtime[2];               /* msec */
 258         unsigned long long io_size;
 259         unsigned long long total_file_size;
 260         unsigned long long start_offset;
 261         unsigned long long total_io_size;
 262
 263         unsigned long long io_blocks[2];
 264         unsigned long long io_bytes[2];
 265         unsigned long long zone_bytes;
 266         unsigned long long this_io_bytes[2];
 267         volatile int mutex;
 268
 269         /*
 270          * State for random io, a bitmap of blocks done vs not done
 271          */
 272         os_random_state_t random_state;
 273
 274         /*
 275          * CPU "io" cycle burner
 276          */
 277         unsigned int cpuload;
 278         unsigned int cpucycle;
 279
 280         /*
 281          * bandwidth and latency stats
 282          */
 283         struct io_stat clat_stat[2];            /* completion latency */
 284         struct io_stat slat_stat[2];            /* submission latency */
 285         struct io_stat bw_stat[2];              /* bandwidth stats */
 286
 287         unsigned long long stat_io_bytes[2];
 288         struct timeval stat_sample_time[2];
 289
 290         struct io_log *slat_log;
 291         struct io_log *clat_log;
 292         struct io_log *bw_log;
 293
 294         struct timeval start;   /* start of this loop */
 295         struct timeval epoch;   /* time job was started */
 296
 297         /*
 298          * fio system usage accounting
 299          */
 300         struct rusage ru_start;
 301         struct rusage ru_end;
 302         unsigned long usr_time;
 303         unsigned long sys_time;
 304         unsigned long ctx;
 305
 306         /*
 307          * read/write mixed workload state
 308          */
 309         os_random_state_t rwmix_state;
 310         struct timeval rwmix_switch;
 311         enum fio_ddir rwmix_ddir;
 312
 313         /*
 314          * Pre-run and post-run shell
 315          */
 316         char *exec_prerun;
 317         char *exec_postrun;
 318
 319         /*
 320          * IO historic logs
 321          */
 322         struct list_head io_hist_list;
 323         struct list_head io_log_list;
 324 };
 325
 326 #define __td_verror(td, err, msg)                                       \
 327         do {                                                            \
 328                 int e = (err);                                          \
 329                 (td)->error = e;                                        \
 330                 snprintf(td->verror, sizeof(td->verror) - 1, "file:%s:%d, error=%s", __FILE__, __LINE__, (msg));        \
 331         } while (0)
 332
 333
 334 #define td_verror(td, err)      __td_verror((td), (err), strerror((err)))
 335 #define td_vmsg(td, err, msg)   __td_verror((td), (err), (msg))
 336
 337 extern struct io_u *__get_io_u(struct thread_data *);
 338 extern void put_io_u(struct thread_data *, struct io_u *);
 339
 340 extern int rate_quit;
 341 extern int write_lat_log;
 342 extern int write_bw_log;
 343 extern int exitall_on_terminate;
 344 extern int thread_number;
 345 extern int shm_id;
 346 extern int groupid;
 347 extern int terse_output;
 348 extern FILE *f_out;
 349 extern FILE *f_err;
 350 extern char *fio_inst_prefix;
 351 extern int temp_stall_ts;
 352
 353 extern struct thread_data *threads;
 354
 355 #define td_read(td)             ((td)->ddir == DDIR_READ)
 356 #define td_write(td)            ((td)->ddir == DDIR_WRITE)
 357 #define td_rw(td)               ((td)->iomix != 0)
 358
 359 #define BLOCKS_PER_MAP          (8 * sizeof(long))
 360 #define TO_MAP_BLOCK(td, f, b)  ((b) - ((f)->file_offset / (td)->min_bs))
 361 #define RAND_MAP_IDX(td, f, b)  (TO_MAP_BLOCK(td, f, b) / BLOCKS_PER_MAP)
 362 #define RAND_MAP_BIT(td, f, b)  (TO_MAP_BLOCK(td, f, b) & (BLOCKS_PER_MAP - 1))
 363
 364 #define MAX_JOBS        (1024)
 365
 366 struct disk_util_stat {
 367         unsigned ios[2];
 368         unsigned merges[2];
 369         unsigned long long sectors[2];
 370         unsigned ticks[2];
 371         unsigned io_ticks;
 372         unsigned time_in_queue;
 373 };
 374
 375 struct disk_util {
 376         struct list_head list;
 377
 378         char *name;
 379         char path[256];
 380         dev_t dev;
 381
 382         struct disk_util_stat dus;
 383         struct disk_util_stat last_dus;
 384
 385         unsigned long msec;
 386         struct timeval time;
 387 };
 388
 389 struct io_completion_data {
 390         int nr;                         /* input */
 391
 392         int error;                      /* output */
 393         unsigned long bytes_done[2];    /* output */
 394 };
 395
 396 #define DISK_UTIL_MSEC  (250)
 397
 398 #ifndef min
 399 #define min(a, b)       ((a) < (b) ? (a) : (b))
 400 #endif
 401
 402 /*
 403  * Log exports
 404  */
 405 extern int read_iolog_get(struct thread_data *, struct io_u *);
 406 extern void write_iolog_put(struct thread_data *, struct io_u *);
 407 extern int init_iolog(struct thread_data *td);
 408 extern void log_io_piece(struct thread_data *, struct io_u *);
 409 extern void prune_io_piece_log(struct thread_data *);
 410 extern void write_iolog_close(struct thread_data *);
 411
 412 /*
 413  * Logging
 414  */
 415 extern void add_clat_sample(struct thread_data *, int, unsigned long);
 416 extern void add_slat_sample(struct thread_data *, int, unsigned long);
 417 extern void add_bw_sample(struct thread_data *, int);
 418 extern void show_run_stats(void);
 419 extern void init_disk_util(struct thread_data *);
 420 extern void update_rusage_stat(struct thread_data *);
 421 extern void update_io_ticks(void);
 422 extern void disk_util_timer_arm(void);
 423 extern void setup_log(struct io_log **);
 424 extern void finish_log(struct thread_data *, struct io_log *, const char *);
 425 extern int setup_rate(struct thread_data *);
 426
 427 /*
 428  * Time functions
 429  */
 430 extern void time_init(void);
 431 extern unsigned long utime_since(struct timeval *, struct timeval *);
 432 extern unsigned long mtime_since(struct timeval *, struct timeval *);
 433 extern unsigned long mtime_since_now(struct timeval *);
 434 extern unsigned long time_since_now(struct timeval *);
 435 extern unsigned long mtime_since_genesis(void);
 436 extern void __usec_sleep(unsigned int);
 437 extern void usec_sleep(struct thread_data *, unsigned long);
 438 extern void rate_throttle(struct thread_data *, unsigned long, unsigned int);
 439
 440 /*
 441  * Init functions
 442  */
 443 extern int parse_options(int, char **);
 444 extern int init_random_state(struct thread_data *);
 445
 446 /*
 447  * File setup/shutdown
 448  */
 449 extern void close_files(struct thread_data *);
 450 extern int setup_files(struct thread_data *);
 451 extern int file_invalidate_cache(struct thread_data *, struct fio_file *);
 452
 453 /*
 454  * ETA/status stuff
 455  */
 456 extern void print_thread_status(void);
 457 extern void print_status_init(int);
 458
 459 /*
 460  * Thread life cycle. Once a thread has a runstate beyond TD_INITIALIZED, it
 461  * will never back again. It may cycle between running/verififying/fsyncing.
 462  * Once the thread reaches TD_EXITED, it is just waiting for the core to
 463  * reap it.
 464  */
 465 enum {
 466         TD_NOT_CREATED = 0,
 467         TD_CREATED,
 468         TD_INITIALIZED,
 469         TD_RUNNING,
 470         TD_VERIFYING,
 471         TD_FSYNCING,
 472         TD_EXITED,
 473         TD_REAPED,
 474 };
 475
 476 /*
 477  * Verify helpers
 478  */
 479 extern void populate_verify_io_u(struct thread_data *, struct io_u *);
 480 extern int get_next_verify(struct thread_data *td, struct io_u *);
 481 extern int do_io_u_verify(struct thread_data *, struct io_u **);
 482
 483 /*
 484  * This is a pretty crappy semaphore implementation, but with the use that fio
 485  * has (just signalling start/go conditions), it doesn't have to be better.
 486  * Naturally this would not work for any type of contended semaphore or
 487  * for real locking.
 488  */
 489 static inline void fio_sem_init(volatile int *sem, int val)
 490 {
 491         *sem = val;
 492 }
 493
 494 static inline void fio_sem_down(volatile int *sem)
 495 {
 496         while (*sem == 0)
 497                 usleep(10000);
 498
 499         (*sem)--;
 500 }
 501
 502 static inline void fio_sem_up(volatile int *sem)
 503 {
 504         (*sem)++;
 505 }
 506
 507 /*
 508  * If logging output to a file, stderr should go to both stderr and f_err
 509  */
 510 #define log_err(args...)        do {            \
 511         fprintf(f_err, ##args);                 \
 512         if (f_err != stderr)                    \
 513                 fprintf(stderr, ##args);        \
 514         } while (0)
 515
 516 struct ioengine_ops {
 517         char name[16];
 518         int version;
 519         int flags;
 520         int (*setup)(struct thread_data *);
 521         int (*init)(struct thread_data *);
 522         int (*prep)(struct thread_data *, struct io_u *);
 523         int (*queue)(struct thread_data *, struct io_u *);
 524         int (*getevents)(struct thread_data *, int, int, struct timespec *);
 525         struct io_u *(*event)(struct thread_data *, int);
 526         int (*cancel)(struct thread_data *, struct io_u *);
 527         void (*cleanup)(struct thread_data *);
 528         int (*sync)(struct thread_data *, struct fio_file *);
 529         void *data;
 530         void *dlhandle;
 531 };
 532
 533 #define FIO_IOOPS_VERSION       2
 534
 535 extern struct ioengine_ops *load_ioengine(struct thread_data *, char *);
 536 extern void close_ioengine(struct thread_data *);
 537
 538 /*
 539  * Mark unused variables passed to ops functions as unused, to silence gcc
 540  */
 541 #define fio_unused      __attribute((__unused__))
 542
 543 #define for_each_file(td, f, i) \
 544         for ((i) = 0, (f) = &(td)->files[0]; (i) < (td)->nr_files; (i)++, (f) = &(td)->files[(i)])
 545
 546 #endif