gettime.c

   1 /*
   2  * Clock functions
   3  */
   4
   5 #include <unistd.h>
   6 #include <math.h>
   7 #include <sys/time.h>
   8 #include <time.h>
   9
  10 #include "fio.h"
  11 #include "smalloc.h"
  12
  13 #include "hash.h"
  14
  15 #ifdef ARCH_HAVE_CPU_CLOCK
  16 static unsigned long cycles_per_usec;
  17 static unsigned long last_cycles;
  18 #endif
  19 static struct timeval last_tv;
  20 static int last_tv_valid;
  21
  22 static struct timeval *fio_tv;
  23 int fio_gtod_offload = 0;
  24 int fio_gtod_cpu = -1;
  25 static pthread_t gtod_thread;
  26
  27 enum fio_cs fio_clock_source = FIO_PREFERRED_CLOCK_SOURCE;
  28
  29 #ifdef FIO_DEBUG_TIME
  30
  31 #define HASH_BITS       8
  32 #define HASH_SIZE       (1 << HASH_BITS)
  33
  34 static struct flist_head hash[HASH_SIZE];
  35 static int gtod_inited;
  36
  37 struct gtod_log {
  38         struct flist_head list;
  39         void *caller;
  40         unsigned long calls;
  41 };
  42
  43 static struct gtod_log *find_hash(void *caller)
  44 {
  45         unsigned long h = hash_ptr(caller, HASH_BITS);
  46         struct flist_head *entry;
  47
  48         flist_for_each(entry, &hash[h]) {
  49                 struct gtod_log *log = flist_entry(entry, struct gtod_log,
  50                                                                         list);
  51
  52                 if (log->caller == caller)
  53                         return log;
  54         }
  55
  56         return NULL;
  57 }
  58
  59 static struct gtod_log *find_log(void *caller)
  60 {
  61         struct gtod_log *log = find_hash(caller);
  62
  63         if (!log) {
  64                 unsigned long h;
  65
  66                 log = malloc(sizeof(*log));
  67                 INIT_FLIST_HEAD(&log->list);
  68                 log->caller = caller;
  69                 log->calls = 0;
  70
  71                 h = hash_ptr(caller, HASH_BITS);
  72                 flist_add_tail(&log->list, &hash[h]);
  73         }
  74
  75         return log;
  76 }
  77
  78 static void gtod_log_caller(void *caller)
  79 {
  80         if (gtod_inited) {
  81                 struct gtod_log *log = find_log(caller);
  82
  83                 log->calls++;
  84         }
  85 }
  86
  87 static void fio_exit fio_dump_gtod(void)
  88 {
  89         unsigned long total_calls = 0;
  90         int i;
  91
  92         for (i = 0; i < HASH_SIZE; i++) {
  93                 struct flist_head *entry;
  94                 struct gtod_log *log;
  95
  96                 flist_for_each(entry, &hash[i]) {
  97                         log = flist_entry(entry, struct gtod_log, list);
  98
  99                         printf("function %p, calls %lu\n", log->caller,
 100                                                                 log->calls);
 101                         total_calls += log->calls;
 102                 }
 103         }
 104
 105         printf("Total %lu gettimeofday\n", total_calls);
 106 }
 107
 108 static void fio_init gtod_init(void)
 109 {
 110         int i;
 111
 112         for (i = 0; i < HASH_SIZE; i++)
 113                 INIT_FLIST_HEAD(&hash[i]);
 114
 115         gtod_inited = 1;
 116 }
 117
 118 #endif /* FIO_DEBUG_TIME */
 119
 120 #ifdef FIO_DEBUG_TIME
 121 void fio_gettime(struct timeval *tp, void *caller)
 122 #else
 123 void fio_gettime(struct timeval *tp, void fio_unused *caller)
 124 #endif
 125 {
 126 #ifdef FIO_DEBUG_TIME
 127         if (!caller)
 128                 caller = __builtin_return_address(0);
 129
 130         gtod_log_caller(caller);
 131 #endif
 132         if (fio_tv) {
 133                 memcpy(tp, fio_tv, sizeof(*tp));
 134                 return;
 135         }
 136
 137         switch (fio_clock_source) {
 138         case CS_GTOD:
 139                 gettimeofday(tp, NULL);
 140                 break;
 141         case CS_CGETTIME: {
 142                 struct timespec ts;
 143
 144 #ifdef FIO_HAVE_CLOCK_MONOTONIC
 145                 if (clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC, &ts) < 0) {
 146 #else
 147                 if (clock_gettime(CLOCK_REALTIME, &ts) < 0) {
 148 #endif
 149                         log_err("fio: clock_gettime fails\n");
 150                         assert(0);
 151                 }
 152
 153                 tp->tv_sec = ts.tv_sec;
 154                 tp->tv_usec = ts.tv_nsec / 1000;
 155                 break;
 156                 }
 157 #ifdef ARCH_HAVE_CPU_CLOCK
 158         case CS_CPUCLOCK: {
 159                 unsigned long long usecs, t;
 160
 161                 t = get_cpu_clock();
 162                 if (t < last_cycles) {
 163                         dprint(FD_TIME, "CPU clock going back in time\n");
 164                         t = last_cycles;
 165                 }
 166
 167                 usecs = t / cycles_per_usec;
 168                 tp->tv_sec = usecs / 1000000;
 169                 tp->tv_usec = usecs % 1000000;
 170                 last_cycles = t;
 171                 break;
 172                 }
 173 #endif
 174         default:
 175                 log_err("fio: invalid clock source %d\n", fio_clock_source);
 176                 break;
 177         }
 178
 179         /*
 180          * If Linux is using the tsc clock on non-synced processors,
 181          * sometimes time can appear to drift backwards. Fix that up.
 182          */
 183         if (last_tv_valid) {
 184                 if (tp->tv_sec < last_tv.tv_sec)
 185                         tp->tv_sec = last_tv.tv_sec;
 186                 else if (last_tv.tv_sec == tp->tv_sec &&
 187                          tp->tv_usec < last_tv.tv_usec)
 188                         tp->tv_usec = last_tv.tv_usec;
 189         }
 190         last_tv_valid = 1;
 191         memcpy(&last_tv, tp, sizeof(*tp));
 192 }
 193
 194 #ifdef ARCH_HAVE_CPU_CLOCK
 195 static unsigned long get_cycles_per_usec(void)
 196 {
 197         struct timeval s, e;
 198         unsigned long long c_s, c_e;
 199
 200         gettimeofday(&s, NULL);
 201         c_s = get_cpu_clock();
 202         do {
 203                 unsigned long long elapsed;
 204
 205                 gettimeofday(&e, NULL);
 206                 elapsed = utime_since(&s, &e);
 207                 if (elapsed >= 10) {
 208                         c_e = get_cpu_clock();
 209                         break;
 210                 }
 211         } while (1);
 212
 213         return c_e - c_s;
 214 }
 215
 216 static void calibrate_cpu_clock(void)
 217 {
 218         double delta, mean, S;
 219         unsigned long avg, cycles[10];
 220         int i, samples;
 221
 222         cycles[0] = get_cycles_per_usec();
 223         S = delta = mean = 0.0;
 224         for (i = 0; i < 10; i++) {
 225                 cycles[i] = get_cycles_per_usec();
 226                 delta = cycles[i] - mean;
 227                 if (delta) {
 228                         mean += delta / (i + 1.0);
 229                         S += delta * (cycles[i] - mean);
 230                 }
 231         }
 232
 233         S = sqrt(S / (10 - 1.0));
 234
 235         samples = avg = 0;
 236         for (i = 0; i < 10; i++) {
 237                 double this = cycles[i];
 238
 239                 if ((fmax(this, mean) - fmin(this, mean)) > S)
 240                         continue;
 241                 samples++;
 242                 avg += this;
 243         }
 244
 245         S /= 10.0;
 246         mean /= 10.0;
 247
 248         for (i = 0; i < 10; i++)
 249                 dprint(FD_TIME, "cycles[%d]=%lu\n", i, cycles[i] / 10);
 250
 251         avg /= (samples * 10);
 252         dprint(FD_TIME, "avg: %lu\n", avg);
 253         dprint(FD_TIME, "mean=%f, S=%f\n", mean, S);
 254
 255         cycles_per_usec = avg;
 256
 257 }
 258 #else
 259 static void calibrate_cpu_clock(void)
 260 {
 261 }
 262 #endif
 263
 264 void fio_clock_init(void)
 265 {
 266         last_tv_valid = 0;
 267         calibrate_cpu_clock();
 268 }
 269
 270 void fio_gtod_init(void)
 271 {
 272         fio_tv = smalloc(sizeof(struct timeval));
 273         assert(fio_tv);
 274 }
 275
 276 static void fio_gtod_update(void)
 277 {
 278         gettimeofday(fio_tv, NULL);
 279 }
 280
 281 static void *gtod_thread_main(void *data)
 282 {
 283         struct fio_mutex *mutex = data;
 284
 285         fio_mutex_up(mutex);
 286
 287         /*
 288          * As long as we have jobs around, update the clock. It would be nice
 289          * to have some way of NOT hammering that CPU with gettimeofday(),
 290          * but I'm not sure what to use outside of a simple CPU nop to relax
 291          * it - we don't want to lose precision.
 292          */
 293         while (threads) {
 294                 fio_gtod_update();
 295                 nop;
 296         }
 297
 298         return NULL;
 299 }
 300
 301 int fio_start_gtod_thread(void)
 302 {
 303         struct fio_mutex *mutex;
 304         pthread_attr_t attr;
 305         int ret;
 306
 307         mutex = fio_mutex_init(FIO_MUTEX_LOCKED);
 308         if (!mutex)
 309                 return 1;
 310
 311         pthread_attr_init(&attr);
 312         pthread_attr_setstacksize(&attr, PTHREAD_STACK_MIN);
 313         ret = pthread_create(&gtod_thread, &attr, gtod_thread_main, NULL);
 314         pthread_attr_destroy(&attr);
 315         if (ret) {
 316                 log_err("Can't create gtod thread: %s\n", strerror(ret));
 317                 goto err;
 318         }
 319
 320         ret = pthread_detach(gtod_thread);
 321         if (ret) {
 322                 log_err("Can't detatch gtod thread: %s\n", strerror(ret));
 323                 goto err;
 324         }
 325
 326         dprint(FD_MUTEX, "wait on startup_mutex\n");
 327         fio_mutex_down(mutex);
 328         dprint(FD_MUTEX, "done waiting on startup_mutex\n");
 329 err:
 330         fio_mutex_remove(mutex);
 331         return ret;
 332 }