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
  15 #include "list.h"
  16 #include "md5.h"
  17 #include "crc32.h"
  18 #include "arch.h"
  19 #include "os.h"
  20
  21 #ifdef FIO_HAVE_SYSLET
  22 #include "syslet.h"
  23 #endif
  24
  25 enum fio_ddir {
  26         DDIR_READ = 0,
  27         DDIR_WRITE,
  28         DDIR_SYNC,
  29 };
  30
  31 /*
  32  * Use for maintaining statistics
  33  */
  34 struct io_stat {
  35         unsigned long max_val;
  36         unsigned long min_val;
  37         unsigned long samples;
  38
  39         double mean;
  40         double S;
  41 };
  42
  43 /*
  44  * A single data sample
  45  */
  46 struct io_sample {
  47         unsigned long time;
  48         unsigned long val;
  49         enum fio_ddir ddir;
  50 };
  51
  52 /*
  53  * Dynamically growing data sample log
  54  */
  55 struct io_log {
  56         unsigned long nr_samples;
  57         unsigned long max_samples;
  58         struct io_sample *log;
  59 };
  60
  61 /*
  62  * When logging io actions, this matches a single sent io_u
  63  */
  64 struct io_piece {
  65         struct list_head list;
  66         struct fio_file *file;
  67         unsigned long long offset;
  68         unsigned long len;
  69         enum fio_ddir ddir;
  70 };
  71
  72 #ifdef FIO_HAVE_SYSLET
  73 struct syslet_req {
  74         struct syslet_uatom atom;
  75         long ret;
  76 };
  77 #endif
  78
  79 /*
  80  * The io unit
  81  */
  82 struct io_u {
  83         union {
  84 #ifdef FIO_HAVE_LIBAIO
  85                 struct iocb iocb;
  86 #endif
  87 #ifdef FIO_HAVE_POSIXAIO
  88                 struct aiocb aiocb;
  89 #endif
  90 #ifdef FIO_HAVE_SGIO
  91                 struct sg_io_hdr hdr;
  92 #endif
  93 #ifdef FIO_HAVE_SYSLET
  94                 struct syslet_req req;
  95 #endif
  96         };
  97         struct timeval start_time;
  98         struct timeval issue_time;
  99
 100         /*
 101          * Allocated/set buffer and length
 102          */
 103         void *buf;
 104         unsigned long buflen;
 105         unsigned long long offset;
 106
 107         /*
 108          * IO engine state, may be different from above when we get
 109          * partial transfers / residual data counts
 110          */
 111         void *xfer_buf;
 112         unsigned long xfer_buflen;
 113
 114         unsigned int resid;
 115         unsigned int error;
 116
 117         enum fio_ddir ddir;
 118
 119         /*
 120          * io engine private data
 121          */
 122         union {
 123                 unsigned int index;
 124                 unsigned int seen;
 125         };
 126
 127         struct fio_file *file;
 128
 129         struct list_head list;
 130 };
 131
 132 #define FIO_HDR_MAGIC   0xf00baaef
 133
 134 enum {
 135         VERIFY_NONE = 0,                /* no verification */
 136         VERIFY_MD5,                     /* md5 sum data blocks */
 137         VERIFY_CRC32,                   /* crc32 sum data blocks */
 138 };
 139
 140 /*
 141  * A header structure associated with each checksummed data block
 142  */
 143 struct verify_header {
 144         unsigned int fio_magic;
 145         unsigned int len;
 146         unsigned int verify_type;
 147         union {
 148                 char md5_digest[MD5_HASH_WORDS * 4];
 149                 unsigned long crc32;
 150         };
 151 };
 152
 153 struct group_run_stats {
 154         unsigned long long max_run[2], min_run[2];
 155         unsigned long long max_bw[2], min_bw[2];
 156         unsigned long long io_kb[2];
 157         unsigned long long agg[2];
 158 };
 159
 160 /*
 161  * What type of allocation to use for io buffers
 162  */
 163 enum fio_memtype {
 164         MEM_MALLOC = 0, /* ordinary malloc */
 165         MEM_SHM,        /* use shared memory segments */
 166         MEM_SHMHUGE,    /* use shared memory segments with huge pages */
 167         MEM_MMAP,       /* use anonynomous mmap */
 168         MEM_MMAPHUGE,   /* memory mapped huge file */
 169 };
 170
 171 /*
 172  * The type of object we are working on
 173  */
 174 enum fio_filetype {
 175         FIO_TYPE_FILE = 1,              /* plain file */
 176         FIO_TYPE_BD,                    /* block device */
 177         FIO_TYPE_CHAR,                  /* character device */
 178 };
 179
 180 enum fio_ioengine_flags {
 181         FIO_SYNCIO      = 1 << 0,       /* io engine has synchronous ->queue */
 182         FIO_CPUIO       = 1 << 1,       /* cpu burner, doesn't do real io */
 183         FIO_MMAPIO      = 1 << 2,       /* uses memory mapped io */
 184         FIO_RAWIO       = 1 << 3,       /* some sort of direct/raw io */
 185         FIO_NETIO       = 1 << 4,       /* networked io */
 186         FIO_NULLIO      = 1 << 5,       /* no real data transfer (cpu/null) */
 187 };
 188
 189 /*
 190  * Each thread_data structure has a number of files associated with it,
 191  * this structure holds state information for a single file.
 192  */
 193 struct fio_file {
 194         /*
 195          * A file may not be a file descriptor, let the io engine decide
 196          */
 197         union {
 198                 unsigned long file_data;
 199                 int fd;
 200         };
 201         char *file_name;
 202         void *mmap;
 203         unsigned long long file_size;
 204         unsigned long long real_file_size;
 205         unsigned long long file_offset;
 206         unsigned long long last_pos;
 207         unsigned long long last_completed_pos;
 208
 209         /*
 210          * block map for random io
 211          */
 212         unsigned long *file_map;
 213         unsigned int num_maps;
 214         unsigned int last_free_lookup;
 215
 216         unsigned int unlink;
 217 };
 218
 219 /*
 220  * How many depth levels to log
 221  */
 222 #define FIO_IO_U_MAP_NR 8
 223 #define FIO_IO_U_LAT_NR 12
 224
 225 /*
 226  * This describes a single thread/process executing a fio job.
 227  */
 228 struct thread_data {
 229         char *description;
 230         char *name;
 231         char *directory;
 232         char *filename;
 233         char verror[80];
 234         pthread_t thread;
 235         int thread_number;
 236         int groupid;
 237         enum fio_filetype filetype;
 238         struct fio_file *files;
 239         unsigned int nr_files;
 240         unsigned int nr_uniq_files;
 241         unsigned int next_file;
 242         int error;
 243         pid_t pid;
 244         char *orig_buffer;
 245         size_t orig_buffer_size;
 246         volatile int terminate;
 247         volatile int runstate;
 248         enum fio_ddir ddir;
 249         unsigned int iomix;
 250         unsigned int ioprio;
 251         unsigned int last_was_sync;
 252
 253         unsigned int sequential;
 254         unsigned int odirect;
 255         unsigned int invalidate_cache;
 256         unsigned int create_serialize;
 257         unsigned int create_fsync;
 258         unsigned int end_fsync;
 259         unsigned int sync_io;
 260         unsigned int verify;
 261         unsigned int use_thread;
 262         unsigned int unlink;
 263         unsigned int do_disk_util;
 264         unsigned int override_sync;
 265         unsigned int rand_repeatable;
 266         unsigned int write_lat_log;
 267         unsigned int write_bw_log;
 268         unsigned int norandommap;
 269         unsigned int bs_unaligned;
 270
 271         unsigned int bs[2];
 272         unsigned int min_bs[2];
 273         unsigned int max_bs[2];
 274         unsigned int hugepage_size;
 275         unsigned int rw_min_bs;
 276         unsigned int thinktime;
 277         unsigned int thinktime_spin;
 278         unsigned int thinktime_blocks;
 279         unsigned int fsync_blocks;
 280         unsigned int start_delay;
 281         unsigned long timeout;
 282         unsigned int overwrite;
 283         unsigned int bw_avg_time;
 284         unsigned int loops;
 285         unsigned long long zone_size;
 286         unsigned long long zone_skip;
 287         enum fio_memtype mem_type;
 288         char *mmapfile;
 289         int mmapfd;
 290         unsigned int stonewall;
 291         unsigned int numjobs;
 292         unsigned int iodepth;
 293         os_cpu_mask_t cpumask;
 294         unsigned int iolog;
 295         unsigned int read_iolog;
 296         unsigned int rwmixcycle;
 297         unsigned int rwmixread;
 298         unsigned int rwmixwrite;
 299         unsigned int nice;
 300
 301         char *read_iolog_file;
 302         char *write_iolog_file;
 303         void *iolog_buf;
 304         FILE *iolog_f;
 305
 306         char *sysfs_root;
 307         char *ioscheduler;
 308
 309         os_random_state_t bsrange_state;
 310         os_random_state_t verify_state;
 311
 312         int shm_id;
 313
 314         /*
 315          * IO engine hooks, contains everything needed to submit an io_u
 316          * to any of the available IO engines.
 317          */
 318         struct ioengine_ops *io_ops;
 319
 320         /*
 321          * Current IO depth and list of free and busy io_u's.
 322          */
 323         unsigned int cur_depth;
 324         unsigned int io_u_map[FIO_IO_U_MAP_NR];
 325         unsigned int io_u_lat[FIO_IO_U_LAT_NR];
 326         unsigned long total_io_u;
 327         struct list_head io_u_freelist;
 328         struct list_head io_u_busylist;
 329
 330         /*
 331          * Rate state
 332          */
 333         unsigned int rate;
 334         unsigned int ratemin;
 335         unsigned int ratecycle;
 336         unsigned long rate_usec_cycle;
 337         long rate_pending_usleep;
 338         unsigned long rate_bytes;
 339         struct timeval lastrate;
 340
 341         unsigned long runtime[2];               /* msec */
 342         unsigned long long io_size;
 343         unsigned long long total_file_size;
 344         unsigned long long start_offset;
 345         unsigned long long total_io_size;
 346
 347         unsigned long long io_blocks[2];
 348         unsigned long long io_bytes[2];
 349         unsigned long long zone_bytes;
 350         unsigned long long this_io_bytes[2];
 351         volatile int mutex;
 352
 353         /*
 354          * State for random io, a bitmap of blocks done vs not done
 355          */
 356         os_random_state_t random_state;
 357
 358         /*
 359          * CPU "io" cycle burner
 360          */
 361         unsigned int cpuload;
 362         unsigned int cpucycle;
 363
 364         /*
 365          * bandwidth and latency stats
 366          */
 367         struct io_stat clat_stat[2];            /* completion latency */
 368         struct io_stat slat_stat[2];            /* submission latency */
 369         struct io_stat bw_stat[2];              /* bandwidth stats */
 370
 371         unsigned long long stat_io_bytes[2];
 372         struct timeval stat_sample_time[2];
 373
 374         struct io_log *slat_log;
 375         struct io_log *clat_log;
 376         struct io_log *bw_log;
 377
 378         struct timeval start;   /* start of this loop */
 379         struct timeval epoch;   /* time job was started */
 380         struct timeval end_time;/* time job ended */
 381
 382         /*
 383          * fio system usage accounting
 384          */
 385         struct rusage ru_start;
 386         struct rusage ru_end;
 387         unsigned long usr_time;
 388         unsigned long sys_time;
 389         unsigned long ctx;
 390
 391         /*
 392          * read/write mixed workload state
 393          */
 394         os_random_state_t rwmix_state;
 395         struct timeval rwmix_switch;
 396         enum fio_ddir rwmix_ddir;
 397
 398         /*
 399          * Pre-run and post-run shell
 400          */
 401         char *exec_prerun;
 402         char *exec_postrun;
 403
 404         /*
 405          * IO historic logs
 406          */
 407         struct list_head io_hist_list;
 408         struct list_head io_log_list;
 409 };
 410
 411 #define __td_verror(td, err, msg)                                       \
 412         do {                                                            \
 413                 int e = (err);                                          \
 414                 (td)->error = e;                                        \
 415                 snprintf(td->verror, sizeof(td->verror) - 1, "file:%s:%d, error=%s", __FILE__, __LINE__, (msg));        \
 416         } while (0)
 417
 418
 419 #define td_verror(td, err)      __td_verror((td), (err), strerror((err)))
 420 #define td_vmsg(td, err, msg)   __td_verror((td), (err), (msg))
 421
 422 extern int exitall_on_terminate;
 423 extern int thread_number;
 424 extern int shm_id;
 425 extern int groupid;
 426 extern int terse_output;
 427 extern FILE *f_out;
 428 extern FILE *f_err;
 429 extern int temp_stall_ts;
 430 extern unsigned long long mlock_size;
 431
 432 extern struct thread_data *threads;
 433
 434 #define td_read(td)             ((td)->ddir == DDIR_READ)
 435 #define td_write(td)            ((td)->ddir == DDIR_WRITE)
 436 #define td_rw(td)               ((td)->iomix != 0)
 437
 438 #define BLOCKS_PER_MAP          (8 * sizeof(long))
 439 #define TO_MAP_BLOCK(td, f, b)  ((b) - ((f)->file_offset / (td)->rw_min_bs))
 440 #define RAND_MAP_IDX(td, f, b)  (TO_MAP_BLOCK(td, f, b) / BLOCKS_PER_MAP)
 441 #define RAND_MAP_BIT(td, f, b)  (TO_MAP_BLOCK(td, f, b) & (BLOCKS_PER_MAP - 1))
 442
 443 #define MAX_JOBS        (1024)
 444
 445 static inline int should_fsync(struct thread_data *td)
 446 {
 447         if (td->last_was_sync)
 448                 return 0;
 449         if (td->odirect)
 450                 return 0;
 451         if (td_write(td) || td_rw(td) || td->override_sync)
 452                 return 1;
 453
 454         return 0;
 455 }
 456
 457 /*
 458  * Disk utils as read in /sys/block/<dev>/stat
 459  */
 460 struct disk_util_stat {
 461         unsigned ios[2];
 462         unsigned merges[2];
 463         unsigned long long sectors[2];
 464         unsigned ticks[2];
 465         unsigned io_ticks;
 466         unsigned time_in_queue;
 467 };
 468
 469 /*
 470  * Per-device disk util management
 471  */
 472 struct disk_util {
 473         struct list_head list;
 474
 475         char *name;
 476         char path[256];
 477         dev_t dev;
 478
 479         struct disk_util_stat dus;
 480         struct disk_util_stat last_dus;
 481
 482         unsigned long msec;
 483         struct timeval time;
 484 };
 485
 486 /*
 487  * Used for passing io_u completion data
 488  */
 489 struct io_completion_data {
 490         int nr;                         /* input */
 491
 492         int error;                      /* output */
 493         unsigned long bytes_done[2];    /* output */
 494         struct timeval time;            /* output */
 495 };
 496
 497 #define DISK_UTIL_MSEC  (250)
 498
 499 #ifndef min
 500 #define min(a, b)       ((a) < (b) ? (a) : (b))
 501 #endif
 502 #ifndef max
 503 #define max(a, b)       ((a) > (b) ? (a) : (b))
 504 #endif
 505
 506 /*
 507  * Log exports
 508  */
 509 extern int read_iolog_get(struct thread_data *, struct io_u *);
 510 extern void write_iolog_put(struct thread_data *, struct io_u *);
 511 extern int init_iolog(struct thread_data *td);
 512 extern void log_io_piece(struct thread_data *, struct io_u *);
 513 extern void prune_io_piece_log(struct thread_data *);
 514 extern void write_iolog_close(struct thread_data *);
 515
 516 /*
 517  * Logging
 518  */
 519 extern void add_clat_sample(struct thread_data *, enum fio_ddir, unsigned long);
 520 extern void add_slat_sample(struct thread_data *, enum fio_ddir, unsigned long);
 521 extern void add_bw_sample(struct thread_data *, enum fio_ddir, struct timeval *);
 522 extern void show_run_stats(void);
 523 extern void init_disk_util(struct thread_data *);
 524 extern void update_rusage_stat(struct thread_data *);
 525 extern void update_io_ticks(void);
 526 extern void disk_util_timer_arm(void);
 527 extern void setup_log(struct io_log **);
 528 extern void finish_log(struct thread_data *, struct io_log *, const char *);
 529 extern void __finish_log(struct io_log *, const char *);
 530 extern int setup_rate(struct thread_data *);
 531 extern struct io_log *agg_io_log[2];
 532 extern int write_bw_log;
 533 extern void add_agg_sample(unsigned long, enum fio_ddir);
 534
 535 /*
 536  * Time functions
 537  */
 538 extern unsigned long utime_since(struct timeval *, struct timeval *);
 539 extern unsigned long utime_since_now(struct timeval *);
 540 extern unsigned long mtime_since(struct timeval *, struct timeval *);
 541 extern unsigned long mtime_since_now(struct timeval *);
 542 extern unsigned long time_since_now(struct timeval *);
 543 extern unsigned long mtime_since_genesis(void);
 544 extern void __usec_sleep(unsigned int);
 545 extern void usec_sleep(struct thread_data *, unsigned long);
 546 extern void rate_throttle(struct thread_data *, unsigned long, unsigned int, int);
 547 extern void fill_start_time(struct timeval *);
 548 extern void fio_gettime(struct timeval *, void *);
 549
 550 /*
 551  * Init functions
 552  */
 553 extern int parse_options(int, char **);
 554 extern int init_random_state(struct thread_data *);
 555
 556 /*
 557  * File setup/shutdown
 558  */
 559 extern void close_files(struct thread_data *);
 560 extern int setup_files(struct thread_data *);
 561 extern int open_files(struct thread_data *);
 562 extern int file_invalidate_cache(struct thread_data *, struct fio_file *);
 563
 564 /*
 565  * ETA/status stuff
 566  */
 567 extern void print_thread_status(void);
 568 extern void print_status_init(int);
 569
 570 /*
 571  * Thread life cycle. Once a thread has a runstate beyond TD_INITIALIZED, it
 572  * will never back again. It may cycle between running/verififying/fsyncing.
 573  * Once the thread reaches TD_EXITED, it is just waiting for the core to
 574  * reap it.
 575  */
 576 enum {
 577         TD_NOT_CREATED = 0,
 578         TD_CREATED,
 579         TD_INITIALIZED,
 580         TD_RUNNING,
 581         TD_VERIFYING,
 582         TD_FSYNCING,
 583         TD_EXITED,
 584         TD_REAPED,
 585 };
 586
 587 /*
 588  * Verify helpers
 589  */
 590 extern void populate_verify_io_u(struct thread_data *, struct io_u *);
 591 extern int get_next_verify(struct thread_data *td, struct io_u *);
 592 extern int do_io_u_verify(struct thread_data *, struct io_u **);
 593
 594 /*
 595  * Memory helpers
 596  */
 597 extern int fio_pin_memory(void);
 598 extern void fio_unpin_memory(void);
 599 extern int allocate_io_mem(struct thread_data *);
 600 extern void free_io_mem(struct thread_data *);
 601
 602 /*
 603  * io unit handling
 604  */
 605 #define queue_full(td)  list_empty(&(td)->io_u_freelist)
 606 extern struct io_u *__get_io_u(struct thread_data *);
 607 extern struct io_u *get_io_u(struct thread_data *, struct fio_file *);
 608 extern void put_io_u(struct thread_data *, struct io_u *);
 609 extern void ios_completed(struct thread_data *, struct io_completion_data *);
 610 extern void io_completed(struct thread_data *, struct io_u *, struct io_completion_data *);
 611
 612 /*
 613  * io engine entry points
 614  */
 615 extern int td_io_init(struct thread_data *);
 616 extern int td_io_prep(struct thread_data *, struct io_u *);
 617 extern int td_io_queue(struct thread_data *, struct io_u *);
 618 extern int td_io_sync(struct thread_data *, struct fio_file *);
 619 extern int td_io_getevents(struct thread_data *, int, int, struct timespec *);
 620
 621 /*
 622  * This is a pretty crappy semaphore implementation, but with the use that fio
 623  * has (just signalling start/go conditions), it doesn't have to be better.
 624  * Naturally this would not work for any type of contended semaphore or
 625  * for real locking.
 626  */
 627 static inline void fio_sem_init(volatile int *sem, int val)
 628 {
 629         *sem = val;
 630 }
 631
 632 static inline void fio_sem_down(volatile int *sem)
 633 {
 634         while (*sem == 0)
 635                 usleep(10000);
 636
 637         (*sem)--;
 638 }
 639
 640 static inline void fio_sem_up(volatile int *sem)
 641 {
 642         (*sem)++;
 643 }
 644
 645 /*
 646  * If logging output to a file, stderr should go to both stderr and f_err
 647  */
 648 #define log_err(args...)        do {            \
 649         fprintf(f_err, ##args);                 \
 650         if (f_err != stderr)                    \
 651                 fprintf(stderr, ##args);        \
 652         } while (0)
 653
 654 struct ioengine_ops {
 655         struct list_head list;
 656         char name[16];
 657         int version;
 658         int flags;
 659         int (*setup)(struct thread_data *);
 660         int (*init)(struct thread_data *);
 661         int (*prep)(struct thread_data *, struct io_u *);
 662         int (*queue)(struct thread_data *, struct io_u *);
 663         int (*getevents)(struct thread_data *, int, int, struct timespec *);
 664         struct io_u *(*event)(struct thread_data *, int);
 665         int (*cancel)(struct thread_data *, struct io_u *);
 666         void (*cleanup)(struct thread_data *);
 667         void *data;
 668         void *dlhandle;
 669 };
 670
 671 #define FIO_IOOPS_VERSION       3
 672
 673 extern struct ioengine_ops *load_ioengine(struct thread_data *, const char *);
 674 extern int register_ioengine(struct ioengine_ops *);
 675 extern void unregister_ioengine(struct ioengine_ops *);
 676 extern void close_ioengine(struct thread_data *);
 677
 678 /*
 679  * Mark unused variables passed to ops functions as unused, to silence gcc
 680  */
 681 #define fio_unused      __attribute((__unused__))
 682 #define fio_init        __attribute__((constructor))
 683 #define fio_exit        __attribute__((destructor))
 684
 685 #define for_each_td(td, i)      \
 686         for ((i) = 0, (td) = &threads[0]; (i) < (int) thread_number; (i)++, (td)++)
 687 #define for_each_file(td, f, i) \
 688         for ((i) = 0, (f) = &(td)->files[0]; (i) < (int) (td)->nr_files; (i)++, (f)++)
 689
 690 #define fio_assert(td, cond)    do {    \
 691         if (!(cond)) {                  \
 692                 int *__foo = NULL;      \
 693                 fprintf(stderr, "file:%s:%d, assert %s failed\n", __FILE__, __LINE__, #cond);   \
 694                 (td)->runstate = TD_EXITED;     \
 695                 (td)->error = EFAULT;           \
 696                 *__foo = 0;                     \
 697         }       \
 698 } while (0)
 699
 700 #endif