io_u.c

   1 #include <unistd.h>
   2 #include <fcntl.h>
   3 #include <string.h>
   4 #include <signal.h>
   5 #include <time.h>
   6 #include <assert.h>
   7
   8 #include "fio.h"
   9 #include "os.h"
  10
  11 /*
  12  * The ->file_map[] contains a map of blocks we have or have not done io
  13  * to yet. Used to make sure we cover the entire range in a fair fashion.
  14  */
  15 static int random_map_free(struct thread_data *td, struct fio_file *f,
  16                            unsigned long long block)
  17 {
  18         unsigned int idx = RAND_MAP_IDX(td, f, block);
  19         unsigned int bit = RAND_MAP_BIT(td, f, block);
  20
  21         return (f->file_map[idx] & (1UL << bit)) == 0;
  22 }
  23
  24 /*
  25  * Mark a given offset as used in the map.
  26  */
  27 static void mark_random_map(struct thread_data *td, struct fio_file *f,
  28                             struct io_u *io_u)
  29 {
  30         unsigned int min_bs = td->rw_min_bs;
  31         unsigned long long block;
  32         unsigned int blocks;
  33         unsigned int nr_blocks;
  34
  35         block = io_u->offset / (unsigned long long) min_bs;
  36         blocks = 0;
  37         nr_blocks = (io_u->buflen + min_bs - 1) / min_bs;
  38
  39         while (blocks < nr_blocks) {
  40                 unsigned int idx, bit;
  41
  42                 if (!random_map_free(td, f, block))
  43                         break;
  44
  45                 idx = RAND_MAP_IDX(td, f, block);
  46                 bit = RAND_MAP_BIT(td, f, block);
  47
  48                 assert(idx < f->num_maps);
  49
  50                 f->file_map[idx] |= (1UL << bit);
  51                 block++;
  52                 blocks++;
  53         }
  54
  55         if ((blocks * min_bs) < io_u->buflen)
  56                 io_u->buflen = blocks * min_bs;
  57 }
  58
  59 /*
  60  * Return the next free block in the map.
  61  */
  62 static int get_next_free_block(struct thread_data *td, struct fio_file *f,
  63                                unsigned long long *b)
  64 {
  65         int i;
  66
  67         i = f->last_free_lookup;
  68         *b = (i * BLOCKS_PER_MAP);
  69         while ((*b) * td->rw_min_bs < f->real_file_size) {
  70                 if (f->file_map[i] != -1UL) {
  71                         *b += ffz(f->file_map[i]);
  72                         f->last_free_lookup = i;
  73                         return 0;
  74                 }
  75
  76                 *b += BLOCKS_PER_MAP;
  77                 i++;
  78         }
  79
  80         return 1;
  81 }
  82
  83 /*
  84  * For random io, generate a random new block and see if it's used. Repeat
  85  * until we find a free one. For sequential io, just return the end of
  86  * the last io issued.
  87  */
  88 static int get_next_offset(struct thread_data *td, struct fio_file *f,
  89                            struct io_u *io_u)
  90 {
  91         const int ddir = io_u->ddir;
  92         unsigned long long b, rb;
  93         long r;
  94
  95         if (!td->sequential) {
  96                 unsigned long long max_blocks = f->file_size / td->min_bs[ddir];
  97                 int loops = 5;
  98
  99                 do {
 100                         r = os_random_long(&td->random_state);
 101                         b = ((max_blocks - 1) * r / (unsigned long long) (RAND_MAX+1.0));
 102                         if (td->norandommap)
 103                                 break;
 104                         rb = b + (f->file_offset / td->min_bs[ddir]);
 105                         loops--;
 106                 } while (!random_map_free(td, f, rb) && loops);
 107
 108                 /*
 109                  * if we failed to retrieve a truly random offset within
 110                  * the loops assigned, see if there are free ones left at all
 111                  */
 112                 if (!loops && get_next_free_block(td, f, &b))
 113                         return 1;
 114         } else
 115                 b = f->last_pos / td->min_bs[ddir];
 116
 117         io_u->offset = (b * td->min_bs[ddir]) + f->file_offset;
 118         if (io_u->offset >= f->real_file_size)
 119                 return 1;
 120
 121         return 0;
 122 }
 123
 124 static unsigned int get_next_buflen(struct thread_data *td, struct fio_file *f,
 125                                     struct io_u *io_u)
 126 {
 127         const int ddir = io_u->ddir;
 128         unsigned int buflen;
 129         long r;
 130
 131         if (td->min_bs[ddir] == td->max_bs[ddir])
 132                 buflen = td->min_bs[ddir];
 133         else {
 134                 r = os_random_long(&td->bsrange_state);
 135                 buflen = (unsigned int) (1 + (double) (td->max_bs[ddir] - 1) * r / (RAND_MAX + 1.0));
 136                 if (!td->bs_unaligned)
 137                         buflen = (buflen + td->min_bs[ddir] - 1) & ~(td->min_bs[ddir] - 1);
 138         }
 139
 140         while (buflen + io_u->offset > f->real_file_size) {
 141                 /*
 142                  * if using direct/raw io, we may not be able to
 143                  * shrink the size. so just fail it.
 144                  */
 145                 if (td->io_ops->flags & FIO_RAWIO)
 146                         return 0;
 147
 148                 if (buflen == td->min_bs[ddir])
 149                         return 0;
 150
 151                 buflen = td->min_bs[ddir];
 152         }
 153
 154         return buflen;
 155 }
 156
 157 /*
 158  * Return the data direction for the next io_u. If the job is a
 159  * mixed read/write workload, check the rwmix cycle and switch if
 160  * necessary.
 161  */
 162 static enum fio_ddir get_rw_ddir(struct thread_data *td)
 163 {
 164         if (td_rw(td)) {
 165                 struct timeval now;
 166                 unsigned long elapsed;
 167
 168                 fio_gettime(&now, NULL);
 169                 elapsed = mtime_since_now(&td->rwmix_switch);
 170
 171                 /*
 172                  * Check if it's time to seed a new data direction.
 173                  */
 174                 if (elapsed >= td->rwmixcycle) {
 175                         unsigned int v;
 176                         long r;
 177
 178                         r = os_random_long(&td->rwmix_state);
 179                         v = 1 + (int) (100.0 * (r / (RAND_MAX + 1.0)));
 180                         if (v < td->rwmixread)
 181                                 td->rwmix_ddir = DDIR_READ;
 182                         else
 183                                 td->rwmix_ddir = DDIR_WRITE;
 184                         memcpy(&td->rwmix_switch, &now, sizeof(now));
 185                 }
 186                 return td->rwmix_ddir;
 187         } else if (td_read(td))
 188                 return DDIR_READ;
 189         else
 190                 return DDIR_WRITE;
 191 }
 192
 193 void put_io_u(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
 194 {
 195         io_u->file = NULL;
 196         list_del(&io_u->list);
 197         list_add(&io_u->list, &td->io_u_freelist);
 198         td->cur_depth--;
 199 }
 200
 201 static int fill_io_u(struct thread_data *td, struct fio_file *f,
 202                      struct io_u *io_u)
 203 {
 204         /*
 205          * If using an iolog, grab next piece if any available.
 206          */
 207         if (td->read_iolog)
 208                 return read_iolog_get(td, io_u);
 209
 210         /*
 211          * see if it's time to sync
 212          */
 213         if (td->fsync_blocks && !(td->io_blocks[DDIR_WRITE] % td->fsync_blocks)
 214             && should_fsync(td)) {
 215                 io_u->ddir = DDIR_SYNC;
 216                 io_u->file = f;
 217                 return 0;
 218         }
 219
 220         io_u->ddir = get_rw_ddir(td);
 221
 222         /*
 223          * No log, let the seq/rand engine retrieve the next buflen and
 224          * position.
 225          */
 226         if (get_next_offset(td, f, io_u))
 227                 return 1;
 228
 229         io_u->buflen = get_next_buflen(td, f, io_u);
 230         if (!io_u->buflen)
 231                 return 1;
 232
 233         /*
 234          * mark entry before potentially trimming io_u
 235          */
 236         if (!td->read_iolog && !td->sequential && !td->norandommap)
 237                 mark_random_map(td, f, io_u);
 238
 239         /*
 240          * If using a write iolog, store this entry.
 241          */
 242         if (td->write_iolog_file)
 243                 write_iolog_put(td, io_u);
 244
 245         io_u->file = f;
 246         return 0;
 247 }
 248
 249 static void io_u_mark_depth(struct thread_data *td)
 250 {
 251         int index = 0;
 252
 253         switch (td->cur_depth) {
 254         default:
 255                 index++;
 256         case 32 ... 63:
 257                 index++;
 258         case 16 ... 31:
 259                 index++;
 260         case 8 ... 15:
 261                 index++;
 262         case 4 ... 7:
 263                 index++;
 264         case 2 ... 3:
 265                 index++;
 266         case 1:
 267                 break;
 268         }
 269
 270         td->io_u_map[index]++;
 271         td->total_io_u++;
 272 }
 273
 274 struct io_u *__get_io_u(struct thread_data *td)
 275 {
 276         struct io_u *io_u = NULL;
 277
 278         if (!queue_full(td)) {
 279                 io_u = list_entry(td->io_u_freelist.next, struct io_u, list);
 280
 281                 io_u->buflen = 0;
 282                 io_u->error = 0;
 283                 io_u->resid = 0;
 284                 list_del(&io_u->list);
 285                 list_add(&io_u->list, &td->io_u_busylist);
 286                 td->cur_depth++;
 287                 io_u_mark_depth(td);
 288         }
 289
 290         return io_u;
 291 }
 292
 293 /*
 294  * Return an io_u to be processed. Gets a buflen and offset, sets direction,
 295  * etc. The returned io_u is fully ready to be prepped and submitted.
 296  */
 297 struct io_u *get_io_u(struct thread_data *td, struct fio_file *f)
 298 {
 299         struct io_u *io_u;
 300
 301         io_u = __get_io_u(td);
 302         if (!io_u)
 303                 return NULL;
 304
 305         if (td->zone_bytes >= td->zone_size) {
 306                 td->zone_bytes = 0;
 307                 f->last_pos += td->zone_skip;
 308         }
 309
 310         if (fill_io_u(td, f, io_u)) {
 311                 put_io_u(td, io_u);
 312                 return NULL;
 313         }
 314
 315         if (io_u->buflen + io_u->offset > f->real_file_size) {
 316                 if (td->io_ops->flags & FIO_RAWIO) {
 317                         put_io_u(td, io_u);
 318                         return NULL;
 319                 }
 320
 321                 io_u->buflen = f->real_file_size - io_u->offset;
 322         }
 323
 324         if (io_u->ddir != DDIR_SYNC) {
 325                 if (!io_u->buflen) {
 326                         put_io_u(td, io_u);
 327                         return NULL;
 328                 }
 329
 330                 f->last_pos += io_u->buflen;
 331
 332                 if (td->verify != VERIFY_NONE)
 333                         populate_verify_io_u(td, io_u);
 334         }
 335
 336         if (td_io_prep(td, io_u)) {
 337                 put_io_u(td, io_u);
 338                 return NULL;
 339         }
 340
 341         /*
 342          * Set io data pointers.
 343          */
 344         io_u->xfer_buf = io_u->buf;
 345         io_u->xfer_buflen = io_u->buflen;
 346
 347         fio_gettime(&io_u->start_time, NULL);
 348         return io_u;
 349 }
 350
 351 void io_completed(struct thread_data *td, struct io_u *io_u,
 352                   struct io_completion_data *icd)
 353 {
 354         unsigned long msec;
 355
 356         if (io_u->ddir == DDIR_SYNC) {
 357                 td->last_was_sync = 1;
 358                 return;
 359         }
 360
 361         td->last_was_sync = 0;
 362
 363         if (!io_u->error) {
 364                 unsigned int bytes = io_u->buflen - io_u->resid;
 365                 const enum fio_ddir idx = io_u->ddir;
 366
 367                 td->io_blocks[idx]++;
 368                 td->io_bytes[idx] += bytes;
 369                 td->zone_bytes += bytes;
 370                 td->this_io_bytes[idx] += bytes;
 371
 372                 io_u->file->last_completed_pos = io_u->offset + io_u->buflen;
 373
 374                 msec = mtime_since(&io_u->issue_time, &icd->time);
 375
 376                 add_clat_sample(td, idx, msec);
 377                 add_bw_sample(td, idx, &icd->time);
 378
 379                 if ((td_rw(td) || td_write(td)) && idx == DDIR_WRITE)
 380                         log_io_piece(td, io_u);
 381
 382                 icd->bytes_done[idx] += bytes;
 383         } else
 384                 icd->error = io_u->error;
 385 }
 386
 387 void ios_completed(struct thread_data *td, struct io_completion_data *icd)
 388 {
 389         struct io_u *io_u;
 390         int i;
 391
 392         fio_gettime(&icd->time, NULL);
 393
 394         icd->error = 0;
 395         icd->bytes_done[0] = icd->bytes_done[1] = 0;
 396
 397         for (i = 0; i < icd->nr; i++) {
 398                 io_u = td->io_ops->event(td, i);
 399
 400                 io_completed(td, io_u, icd);
 401                 put_io_u(td, io_u);
 402         }
 403 }