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