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
  70         unsigned int resid;
  71         unsigned int error;
  72
  73         unsigned char ddir;
  74
  75         /*
  76          * io engine private data
  77          */
  78         union {
  79                 unsigned int index;
  80                 unsigned int seen;
  81         };
  82
  83         struct fio_file *file;
  84
  85         struct list_head list;
  86 };
  87
  88 #define FIO_HDR_MAGIC   0xf00baaef
  89
  90 enum {
  91         VERIFY_NONE = 0,
  92         VERIFY_MD5,
  93         VERIFY_CRC32,
  94 };
  95
  96 struct verify_header {
  97         unsigned int fio_magic;
  98         unsigned int len;
  99         unsigned int verify_type;
 100         union {
 101                 char md5_digest[MD5_HASH_WORDS * 4];
 102                 unsigned long crc32;
 103         };
 104 };
 105
 106 struct group_run_stats {
 107         unsigned long long max_run[2], min_run[2];
 108         unsigned long long max_bw[2], min_bw[2];
 109         unsigned long long io_kb[2];
 110         unsigned long long agg[2];
 111 };
 112
 113 enum fio_ddir {
 114         DDIR_READ = 0,
 115         DDIR_WRITE,
 116         DDIR_SYNC,
 117 };
 118
 119 /*
 120  * What type of allocation to use for io buffers
 121  */
 122 enum fio_memtype {
 123         MEM_MALLOC = 0, /* ordinary malloc */
 124         MEM_SHM,        /* use shared memory segments */
 125         MEM_MMAP,       /* use anonynomous mmap */
 126 };
 127
 128 /*
 129  * The type of object we are working on
 130  */
 131 enum fio_filetype {
 132         FIO_TYPE_FILE = 1,
 133         FIO_TYPE_BD,
 134         FIO_TYPE_CHAR,
 135 };
 136
 137 enum fio_ioengine_flags {
 138         FIO_SYNCIO      = 1 << 0,
 139         FIO_CPUIO       = 1 << 1,
 140         FIO_MMAPIO      = 1 << 2,
 141         FIO_RAWIO       = 1 << 3,
 142 };
 143
 144 struct fio_file {
 145         /*
 146          * A file may not be a file descriptor, let the io engine decide
 147          */
 148         union {
 149                 unsigned long file_data;
 150                 int fd;
 151         };
 152         char *file_name;
 153         void *mmap;
 154         unsigned long long file_size;
 155         unsigned long long real_file_size;
 156         unsigned long long file_offset;
 157         unsigned long long last_pos;
 158
 159         unsigned long *file_map;
 160         unsigned int num_maps;
 161 };
 162
 163 /*
 164  * This describes a single thread/process executing a fio job.
 165  */
 166 struct thread_data {
 167         char name[32];
 168         char *directory;
 169         char *filename;
 170         char verror[80];
 171         pthread_t thread;
 172         int thread_number;
 173         int groupid;
 174         enum fio_filetype filetype;
 175         struct fio_file *files;
 176         unsigned int nr_files;
 177         unsigned int nr_uniq_files;
 178         unsigned int next_file;
 179         int error;
 180         pid_t pid;
 181         char *orig_buffer;
 182         size_t orig_buffer_size;
 183         volatile int terminate;
 184         volatile int runstate;
 185         enum fio_ddir ddir;
 186         unsigned int iomix;
 187         unsigned int ioprio;
 188         unsigned int last_was_sync;
 189
 190         unsigned char sequential;
 191         unsigned char odirect;
 192         unsigned char invalidate_cache;
 193         unsigned char create_serialize;
 194         unsigned char create_fsync;
 195         unsigned char end_fsync;
 196         unsigned char sync_io;
 197         unsigned char verify;
 198         unsigned char use_thread;
 199         unsigned char unlink;
 200         unsigned char do_disk_util;
 201         unsigned char override_sync;
 202         unsigned char rand_repeatable;
 203         unsigned char write_lat_log;
 204         unsigned char write_bw_log;
 205
 206         unsigned int bs;
 207         unsigned int min_bs;
 208         unsigned int max_bs;
 209         unsigned int thinktime;
 210         unsigned int fsync_blocks;
 211         unsigned int start_delay;
 212         unsigned long timeout;
 213         unsigned int overwrite;
 214         unsigned int bw_avg_time;
 215         unsigned int loops;
 216         unsigned long long zone_size;
 217         unsigned long long zone_skip;
 218         enum fio_memtype mem_type;
 219         unsigned int stonewall;
 220         unsigned int numjobs;
 221         unsigned int iodepth;
 222         os_cpu_mask_t cpumask;
 223         unsigned int iolog;
 224         unsigned int read_iolog;
 225         unsigned int write_iolog;
 226         unsigned int rwmixcycle;
 227         unsigned int rwmixread;
 228         unsigned int nice;
 229
 230         char *iolog_file;
 231         void *iolog_buf;
 232         FILE *iolog_f;
 233
 234         char *sysfs_root;
 235         char *ioscheduler;
 236
 237         os_random_state_t bsrange_state;
 238         os_random_state_t verify_state;
 239
 240         int shm_id;
 241
 242         /*
 243          * IO engine hooks, contains everything needed to submit an io_u
 244          * to any of the available IO engines.
 245          */
 246         struct ioengine_ops *io_ops;
 247
 248         /*
 249          * Current IO depth and list of free and busy io_u's.
 250          */
 251         unsigned int cur_depth;
 252         struct list_head io_u_freelist;
 253         struct list_head io_u_busylist;
 254
 255         /*
 256          * Rate state
 257          */
 258         unsigned int rate;
 259         unsigned int ratemin;
 260         unsigned int ratecycle;
 261         unsigned long rate_usec_cycle;
 262         long rate_pending_usleep;
 263         unsigned long rate_bytes;
 264         struct timeval lastrate;
 265
 266         unsigned long runtime[2];               /* msec */
 267         unsigned long long io_size;
 268         unsigned long long total_file_size;
 269         unsigned long long start_offset;
 270         unsigned long long total_io_size;
 271
 272         unsigned long long io_blocks[2];
 273         unsigned long long io_bytes[2];
 274         unsigned long long zone_bytes;
 275         unsigned long long this_io_bytes[2];
 276         volatile int mutex;
 277
 278         /*
 279          * State for random io, a bitmap of blocks done vs not done
 280          */
 281         os_random_state_t random_state;
 282
 283         /*
 284          * CPU "io" cycle burner
 285          */
 286         unsigned int cpuload;
 287         unsigned int cpucycle;
 288
 289         /*
 290          * bandwidth and latency stats
 291          */
 292         struct io_stat clat_stat[2];            /* completion latency */
 293         struct io_stat slat_stat[2];            /* submission latency */
 294         struct io_stat bw_stat[2];              /* bandwidth stats */
 295
 296         unsigned long long stat_io_bytes[2];
 297         struct timeval stat_sample_time[2];
 298
 299         struct io_log *slat_log;
 300         struct io_log *clat_log;
 301         struct io_log *bw_log;
 302
 303         struct timeval start;   /* start of this loop */
 304         struct timeval epoch;   /* time job was started */
 305
 306         /*
 307          * fio system usage accounting
 308          */
 309         struct rusage ru_start;
 310         struct rusage ru_end;
 311         unsigned long usr_time;
 312         unsigned long sys_time;
 313         unsigned long ctx;
 314
 315         /*
 316          * read/write mixed workload state
 317          */
 318         os_random_state_t rwmix_state;
 319         struct timeval rwmix_switch;
 320         enum fio_ddir rwmix_ddir;
 321
 322         /*
 323          * Pre-run and post-run shell
 324          */
 325         char *exec_prerun;
 326         char *exec_postrun;
 327
 328         /*
 329          * IO historic logs
 330          */
 331         struct list_head io_hist_list;
 332         struct list_head io_log_list;
 333 };
 334
 335 #define __td_verror(td, err, msg)                                       \
 336         do {                                                            \
 337                 int e = (err);                                          \
 338                 (td)->error = e;                                        \
 339                 snprintf(td->verror, sizeof(td->verror) - 1, "file:%s:%d, error=%s", __FILE__, __LINE__, (msg));        \
 340         } while (0)
 341
 342
 343 #define td_verror(td, err)      __td_verror((td), (err), strerror((err)))
 344 #define td_vmsg(td, err, msg)   __td_verror((td), (err), (msg))
 345
 346 extern int rate_quit;
 347 extern int exitall_on_terminate;
 348 extern int thread_number;
 349 extern int shm_id;
 350 extern int groupid;
 351 extern int terse_output;
 352 extern FILE *f_out;
 353 extern FILE *f_err;
 354 extern char *fio_inst_prefix;
 355 extern int temp_stall_ts;
 356
 357 extern struct thread_data *threads;
 358
 359 #define td_read(td)             ((td)->ddir == DDIR_READ)
 360 #define td_write(td)            ((td)->ddir == DDIR_WRITE)
 361 #define td_rw(td)               ((td)->iomix != 0)
 362
 363 #define BLOCKS_PER_MAP          (8 * sizeof(long))
 364 #define TO_MAP_BLOCK(td, f, b)  ((b) - ((f)->file_offset / (td)->min_bs))
 365 #define RAND_MAP_IDX(td, f, b)  (TO_MAP_BLOCK(td, f, b) / BLOCKS_PER_MAP)
 366 #define RAND_MAP_BIT(td, f, b)  (TO_MAP_BLOCK(td, f, b) & (BLOCKS_PER_MAP - 1))
 367
 368 #define MAX_JOBS        (1024)
 369
 370 static inline int should_fsync(struct thread_data *td)
 371 {
 372         if (td->last_was_sync)
 373                 return 0;
 374         if (td->odirect)
 375                 return 0;
 376         if (td_write(td) || td_rw(td) || td->override_sync)
 377                 return 1;
 378
 379         return 0;
 380 }
 381
 382 struct disk_util_stat {
 383         unsigned ios[2];
 384         unsigned merges[2];
 385         unsigned long long sectors[2];
 386         unsigned ticks[2];
 387         unsigned io_ticks;
 388         unsigned time_in_queue;
 389 };
 390
 391 struct disk_util {
 392         struct list_head list;
 393
 394         char *name;
 395         char path[256];
 396         dev_t dev;
 397
 398         struct disk_util_stat dus;
 399         struct disk_util_stat last_dus;
 400
 401         unsigned long msec;
 402         struct timeval time;
 403 };
 404
 405 struct io_completion_data {
 406         int nr;                         /* input */
 407
 408         int error;                      /* output */
 409         unsigned long bytes_done[2];    /* output */
 410 };
 411
 412 #define DISK_UTIL_MSEC  (250)
 413
 414 #ifndef min
 415 #define min(a, b)       ((a) < (b) ? (a) : (b))
 416 #endif
 417
 418 /*
 419  * Log exports
 420  */
 421 extern int read_iolog_get(struct thread_data *, struct io_u *);
 422 extern void write_iolog_put(struct thread_data *, struct io_u *);
 423 extern int init_iolog(struct thread_data *td);
 424 extern void log_io_piece(struct thread_data *, struct io_u *);
 425 extern void prune_io_piece_log(struct thread_data *);
 426 extern void write_iolog_close(struct thread_data *);
 427
 428 /*
 429  * Logging
 430  */
 431 extern void add_clat_sample(struct thread_data *, int, unsigned long);
 432 extern void add_slat_sample(struct thread_data *, int, unsigned long);
 433 extern void add_bw_sample(struct thread_data *, int);
 434 extern void show_run_stats(void);
 435 extern void init_disk_util(struct thread_data *);
 436 extern void update_rusage_stat(struct thread_data *);
 437 extern void update_io_ticks(void);
 438 extern void disk_util_timer_arm(void);
 439 extern void setup_log(struct io_log **);
 440 extern void finish_log(struct thread_data *, struct io_log *, const char *);
 441 extern int setup_rate(struct thread_data *);
 442
 443 /*
 444  * Time functions
 445  */
 446 extern void time_init(void);
 447 extern unsigned long utime_since(struct timeval *, struct timeval *);
 448 extern unsigned long mtime_since(struct timeval *, struct timeval *);
 449 extern unsigned long mtime_since_now(struct timeval *);
 450 extern unsigned long time_since_now(struct timeval *);
 451 extern unsigned long mtime_since_genesis(void);
 452 extern void __usec_sleep(unsigned int);
 453 extern void usec_sleep(struct thread_data *, unsigned long);
 454 extern void rate_throttle(struct thread_data *, unsigned long, unsigned int);
 455
 456 /*
 457  * Init functions
 458  */
 459 extern int parse_options(int, char **);
 460 extern int init_random_state(struct thread_data *);
 461
 462 /*
 463  * File setup/shutdown
 464  */
 465 extern void close_files(struct thread_data *);
 466 extern int setup_files(struct thread_data *);
 467 extern int file_invalidate_cache(struct thread_data *, struct fio_file *);
 468
 469 /*
 470  * ETA/status stuff
 471  */
 472 extern void print_thread_status(void);
 473 extern void print_status_init(int);
 474
 475 /*
 476  * Thread life cycle. Once a thread has a runstate beyond TD_INITIALIZED, it
 477  * will never back again. It may cycle between running/verififying/fsyncing.
 478  * Once the thread reaches TD_EXITED, it is just waiting for the core to
 479  * reap it.
 480  */
 481 enum {
 482         TD_NOT_CREATED = 0,
 483         TD_CREATED,
 484         TD_INITIALIZED,
 485         TD_RUNNING,
 486         TD_VERIFYING,
 487         TD_FSYNCING,
 488         TD_EXITED,
 489         TD_REAPED,
 490 };
 491
 492 /*
 493  * Verify helpers
 494  */
 495 extern void populate_verify_io_u(struct thread_data *, struct io_u *);
 496 extern int get_next_verify(struct thread_data *td, struct io_u *);
 497 extern int do_io_u_verify(struct thread_data *, struct io_u **);
 498
 499 /*
 500  * Memory helpers
 501  */
 502 extern int fio_pin_memory(void);
 503 extern void fio_unpin_memory(void);
 504 extern int allocate_io_mem(struct thread_data *);
 505 extern void free_io_mem(struct thread_data *);
 506
 507 /*
 508  * io unit handling
 509  */
 510 #define queue_full(td)  list_empty(&(td)->io_u_freelist)
 511 extern struct io_u *__get_io_u(struct thread_data *);
 512 extern struct io_u *get_io_u(struct thread_data *, struct fio_file *);
 513 extern void put_io_u(struct thread_data *, struct io_u *);
 514 extern void ios_completed(struct thread_data *, struct io_completion_data *);
 515 extern void io_completed(struct thread_data *, struct io_u *, struct io_completion_data *);
 516
 517 /*
 518  * io engine entry points
 519  */
 520 extern int td_io_init(struct thread_data *);
 521 extern int td_io_prep(struct thread_data *, struct io_u *);
 522 extern int td_io_queue(struct thread_data *, struct io_u *);
 523 extern int td_io_sync(struct thread_data *, struct fio_file *);
 524 extern int td_io_getevents(struct thread_data *, int, int, struct timespec *);
 525
 526 /*
 527  * This is a pretty crappy semaphore implementation, but with the use that fio
 528  * has (just signalling start/go conditions), it doesn't have to be better.
 529  * Naturally this would not work for any type of contended semaphore or
 530  * for real locking.
 531  */
 532 static inline void fio_sem_init(volatile int *sem, int val)
 533 {
 534         *sem = val;
 535 }
 536
 537 static inline void fio_sem_down(volatile int *sem)
 538 {
 539         while (*sem == 0)
 540                 usleep(10000);
 541
 542         (*sem)--;
 543 }
 544
 545 static inline void fio_sem_up(volatile int *sem)
 546 {
 547         (*sem)++;
 548 }
 549
 550 /*
 551  * If logging output to a file, stderr should go to both stderr and f_err
 552  */
 553 #define log_err(args...)        do {            \
 554         fprintf(f_err, ##args);                 \
 555         if (f_err != stderr)                    \
 556                 fprintf(stderr, ##args);        \
 557         } while (0)
 558
 559 struct ioengine_ops {
 560         char name[16];
 561         int version;
 562         int flags;
 563         int (*setup)(struct thread_data *);
 564         int (*init)(struct thread_data *);
 565         int (*prep)(struct thread_data *, struct io_u *);
 566         int (*queue)(struct thread_data *, struct io_u *);
 567         int (*getevents)(struct thread_data *, int, int, struct timespec *);
 568         struct io_u *(*event)(struct thread_data *, int);
 569         int (*cancel)(struct thread_data *, struct io_u *);
 570         void (*cleanup)(struct thread_data *);
 571         void *data;
 572         void *dlhandle;
 573 };
 574
 575 #define FIO_IOOPS_VERSION       3
 576
 577 extern struct ioengine_ops *load_ioengine(struct thread_data *, char *);
 578 extern void close_ioengine(struct thread_data *);
 579
 580 /*
 581  * Mark unused variables passed to ops functions as unused, to silence gcc
 582  */
 583 #define fio_unused      __attribute((__unused__))
 584
 585 #define for_each_td(td, i)      \
 586         for ((i) = 0, (td) = &threads[0]; (i) < (int) thread_number; (i)++, (td)++)
 587 #define for_each_file(td, f, i) \
 588         for ((i) = 0, (f) = &(td)->files[0]; (i) < (int) (td)->nr_files; (i)++, (f)++)
 589
 590 #endif