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  * Change this define to play with the timeout handling
  13  */
  14 #undef FIO_USE_TIMEOUT
  15
  16 struct io_completion_data {
  17         int nr;                         /* input */
  18
  19         int error;                      /* output */
  20         unsigned long bytes_done[2];    /* output */
  21         struct timeval time;            /* output */
  22 };
  23
  24 /*
  25  * The ->file_map[] contains a map of blocks we have or have not done io
  26  * to yet. Used to make sure we cover the entire range in a fair fashion.
  27  */
  28 static int random_map_free(struct thread_data *td, struct fio_file *f,
  29                            unsigned long long block)
  30 {
  31         unsigned int idx = RAND_MAP_IDX(td, f, block);
  32         unsigned int bit = RAND_MAP_BIT(td, f, block);
  33
  34         return (f->file_map[idx] & (1UL << bit)) == 0;
  35 }
  36
  37 /*
  38  * Mark a given offset as used in the map.
  39  */
  40 static void mark_random_map(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
  41 {
  42         unsigned int min_bs = td->rw_min_bs;
  43         struct fio_file *f = io_u->file;
  44         unsigned long long block;
  45         unsigned int blocks;
  46         unsigned int nr_blocks;
  47
  48         block = io_u->offset / (unsigned long long) min_bs;
  49         blocks = 0;
  50         nr_blocks = (io_u->buflen + min_bs - 1) / min_bs;
  51
  52         while (blocks < nr_blocks) {
  53                 unsigned int idx, bit;
  54
  55                 if (!random_map_free(td, f, block))
  56                         break;
  57
  58                 idx = RAND_MAP_IDX(td, f, block);
  59                 bit = RAND_MAP_BIT(td, f, block);
  60
  61                 fio_assert(td, idx < f->num_maps);
  62
  63                 f->file_map[idx] |= (1UL << bit);
  64                 block++;
  65                 blocks++;
  66         }
  67
  68         if ((blocks * min_bs) < io_u->buflen)
  69                 io_u->buflen = blocks * min_bs;
  70 }
  71
  72 /*
  73  * Return the next free block in the map.
  74  */
  75 static int get_next_free_block(struct thread_data *td, struct fio_file *f,
  76                                unsigned long long *b)
  77 {
  78         int i;
  79
  80         i = f->last_free_lookup;
  81         *b = (i * BLOCKS_PER_MAP);
  82         while ((*b) * td->rw_min_bs < f->real_file_size) {
  83                 if (f->file_map[i] != -1UL) {
  84                         *b += ffz(f->file_map[i]);
  85                         f->last_free_lookup = i;
  86                         return 0;
  87                 }
  88
  89                 *b += BLOCKS_PER_MAP;
  90                 i++;
  91         }
  92
  93         return 1;
  94 }
  95
  96 /*
  97  * For random io, generate a random new block and see if it's used. Repeat
  98  * until we find a free one. For sequential io, just return the end of
  99  * the last io issued.
 100  */
 101 static int get_next_offset(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
 102 {
 103         struct fio_file *f = io_u->file;
 104         const int ddir = io_u->ddir;
 105         unsigned long long b, rb;
 106         long r;
 107
 108         if (td_random(td)) {
 109                 unsigned long long max_blocks = f->file_size / td->min_bs[ddir];
 110                 int loops = 5;
 111
 112                 do {
 113                         r = os_random_long(&td->random_state);
 114                         b = ((max_blocks - 1) * r / (unsigned long long) (RAND_MAX+1.0));
 115                         if (td->norandommap)
 116                                 break;
 117                         rb = b + (f->file_offset / td->min_bs[ddir]);
 118                         loops--;
 119                 } while (!random_map_free(td, f, rb) && loops);
 120
 121                 /*
 122                  * if we failed to retrieve a truly random offset within
 123                  * the loops assigned, see if there are free ones left at all
 124                  */
 125                 if (!loops && get_next_free_block(td, f, &b))
 126                         return 1;
 127         } else
 128                 b = f->last_pos / td->min_bs[ddir];
 129
 130         io_u->offset = (b * td->min_bs[ddir]) + f->file_offset;
 131         if (io_u->offset >= f->real_file_size)
 132                 return 1;
 133
 134         return 0;
 135 }
 136
 137 static unsigned int get_next_buflen(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
 138 {
 139         struct fio_file *f = io_u->file;
 140         const int ddir = io_u->ddir;
 141         unsigned int buflen;
 142         long r;
 143
 144         if (td->min_bs[ddir] == td->max_bs[ddir])
 145                 buflen = td->min_bs[ddir];
 146         else {
 147                 r = os_random_long(&td->bsrange_state);
 148                 buflen = (unsigned int) (1 + (double) (td->max_bs[ddir] - 1) * r / (RAND_MAX + 1.0));
 149                 if (!td->bs_unaligned)
 150                         buflen = (buflen + td->min_bs[ddir] - 1) & ~(td->min_bs[ddir] - 1);
 151         }
 152
 153         while (buflen + io_u->offset > f->real_file_size) {
 154                 if (buflen == td->min_bs[ddir])
 155                         return 0;
 156
 157                 buflen = td->min_bs[ddir];
 158         }
 159
 160         return buflen;
 161 }
 162
 163 /*
 164  * Return the data direction for the next io_u. If the job is a
 165  * mixed read/write workload, check the rwmix cycle and switch if
 166  * necessary.
 167  */
 168 static enum fio_ddir get_rw_ddir(struct thread_data *td)
 169 {
 170         if (td_rw(td)) {
 171                 struct timeval now;
 172                 unsigned long elapsed;
 173
 174                 fio_gettime(&now, NULL);
 175                 elapsed = mtime_since_now(&td->rwmix_switch);
 176
 177                 /*
 178                  * Check if it's time to seed a new data direction.
 179                  */
 180                 if (elapsed >= td->rwmixcycle) {
 181                         unsigned int v;
 182                         long r;
 183
 184                         r = os_random_long(&td->rwmix_state);
 185                         v = 1 + (int) (100.0 * (r / (RAND_MAX + 1.0)));
 186                         if (v < td->rwmixread)
 187                                 td->rwmix_ddir = DDIR_READ;
 188                         else
 189                                 td->rwmix_ddir = DDIR_WRITE;
 190                         memcpy(&td->rwmix_switch, &now, sizeof(now));
 191                 }
 192                 return td->rwmix_ddir;
 193         } else if (td_read(td))
 194                 return DDIR_READ;
 195         else
 196                 return DDIR_WRITE;
 197 }
 198
 199 void put_io_u(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
 200 {
 201         assert((io_u->flags & IO_U_F_FREE) == 0);
 202         io_u->flags |= IO_U_F_FREE;
 203
 204         io_u->file = NULL;
 205         list_del(&io_u->list);
 206         list_add(&io_u->list, &td->io_u_freelist);
 207         td->cur_depth--;
 208 }
 209
 210 void requeue_io_u(struct thread_data *td, struct io_u **io_u)
 211 {
 212         struct io_u *__io_u = *io_u;
 213
 214         __io_u->flags |= IO_U_F_FREE;
 215         __io_u->flags &= ~IO_U_F_FLIGHT;
 216
 217         list_del(&__io_u->list);
 218         list_add_tail(&__io_u->list, &td->io_u_requeues);
 219         td->cur_depth--;
 220         *io_u = NULL;
 221 }
 222
 223 static int fill_io_u(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
 224 {
 225         /*
 226          * If using an iolog, grab next piece if any available.
 227          */
 228         if (td->read_iolog)
 229                 return read_iolog_get(td, io_u);
 230
 231         /*
 232          * see if it's time to sync
 233          */
 234         if (td->fsync_blocks && !(td->io_issues[DDIR_WRITE] % td->fsync_blocks)
 235             && td->io_issues[DDIR_WRITE] && should_fsync(td)) {
 236                 io_u->ddir = DDIR_SYNC;
 237                 return 0;
 238         }
 239
 240         io_u->ddir = get_rw_ddir(td);
 241
 242         /*
 243          * No log, let the seq/rand engine retrieve the next buflen and
 244          * position.
 245          */
 246         if (get_next_offset(td, io_u))
 247                 return 1;
 248
 249         io_u->buflen = get_next_buflen(td, io_u);
 250         if (!io_u->buflen)
 251                 return 1;
 252
 253         /*
 254          * mark entry before potentially trimming io_u
 255          */
 256         if (!td->read_iolog && td_random(td) && !td->norandommap)
 257                 mark_random_map(td, io_u);
 258
 259         /*
 260          * If using a write iolog, store this entry.
 261          */
 262         if (td->write_iolog_file)
 263                 write_iolog_put(td, io_u);
 264
 265         return 0;
 266 }
 267
 268 static void io_u_mark_depth(struct thread_data *td)
 269 {
 270         int index = 0;
 271
 272         switch (td->cur_depth) {
 273         default:
 274                 index++;
 275         case 32 ... 63:
 276                 index++;
 277         case 16 ... 31:
 278                 index++;
 279         case 8 ... 15:
 280                 index++;
 281         case 4 ... 7:
 282                 index++;
 283         case 2 ... 3:
 284                 index++;
 285         case 1:
 286                 break;
 287         }
 288
 289         td->io_u_map[index]++;
 290         td->total_io_u++;
 291 }
 292
 293 static void io_u_mark_latency(struct thread_data *td, unsigned long msec)
 294 {
 295         int index = 0;
 296
 297         switch (msec) {
 298         default:
 299                 index++;
 300         case 1000 ... 1999:
 301                 index++;
 302         case 750 ... 999:
 303                 index++;
 304         case 500 ... 749:
 305                 index++;
 306         case 250 ... 499:
 307                 index++;
 308         case 100 ... 249:
 309                 index++;
 310         case 50 ... 99:
 311                 index++;
 312         case 20 ... 49:
 313                 index++;
 314         case 10 ... 19:
 315                 index++;
 316         case 4 ... 9:
 317                 index++;
 318         case 2 ... 3:
 319                 index++;
 320         case 0 ... 1:
 321                 break;
 322         }
 323
 324         td->io_u_lat[index]++;
 325 }
 326
 327 /*
 328  * Get next file to service by choosing one at random
 329  */
 330 static struct fio_file *get_next_file_rand(struct thread_data *td)
 331 {
 332         long r = os_random_long(&td->next_file_state);
 333         unsigned int fileno;
 334         struct fio_file *f;
 335
 336         do {
 337                 fileno = (unsigned int) ((double) (td->nr_files - 1) * r / (RAND_MAX + 1.0));
 338                 f = &td->files[fileno];
 339                 if (f->fd != -1)
 340                         return f;
 341         } while (1);
 342 }
 343
 344 /*
 345  * Get next file to service by doing round robin between all available ones
 346  */
 347 static struct fio_file *get_next_file_rr(struct thread_data *td)
 348 {
 349         unsigned int old_next_file = td->next_file;
 350         struct fio_file *f;
 351
 352         do {
 353                 f = &td->files[td->next_file];
 354
 355                 td->next_file++;
 356                 if (td->next_file >= td->nr_files)
 357                         td->next_file = 0;
 358
 359                 if (f->fd != -1)
 360                         break;
 361
 362                 f = NULL;
 363         } while (td->next_file != old_next_file);
 364
 365         return f;
 366 }
 367
 368 static struct fio_file *get_next_file(struct thread_data *td)
 369 {
 370         if (!td->nr_open_files)
 371                 return NULL;
 372
 373         if (td->file_service_type == FIO_FSERVICE_RR)
 374                 return get_next_file_rr(td);
 375         else
 376                 return get_next_file_rand(td);
 377 }
 378
 379 struct io_u *__get_io_u(struct thread_data *td)
 380 {
 381         struct io_u *io_u = NULL;
 382
 383         if (!list_empty(&td->io_u_requeues))
 384                 io_u = list_entry(td->io_u_requeues.next, struct io_u, list);
 385         else if (!queue_full(td)) {
 386                 io_u = list_entry(td->io_u_freelist.next, struct io_u, list);
 387
 388                 io_u->buflen = 0;
 389                 io_u->resid = 0;
 390                 io_u->file = NULL;
 391                 io_u->end_io = NULL;
 392         }
 393
 394         if (io_u) {
 395                 assert(io_u->flags & IO_U_F_FREE);
 396                 io_u->flags &= ~IO_U_F_FREE;
 397
 398                 io_u->error = 0;
 399                 list_del(&io_u->list);
 400                 list_add(&io_u->list, &td->io_u_busylist);
 401                 td->cur_depth++;
 402                 io_u_mark_depth(td);
 403         }
 404
 405         return io_u;
 406 }
 407
 408 /*
 409  * Return an io_u to be processed. Gets a buflen and offset, sets direction,
 410  * etc. The returned io_u is fully ready to be prepped and submitted.
 411  */
 412 struct io_u *get_io_u(struct thread_data *td)
 413 {
 414         struct fio_file *f;
 415         struct io_u *io_u;
 416
 417         io_u = __get_io_u(td);
 418         if (!io_u)
 419                 return NULL;
 420
 421         /*
 422          * from a requeue, io_u already setup
 423          */
 424         if (io_u->file)
 425                 goto out;
 426
 427         do {
 428                 f = get_next_file(td);
 429                 if (!f) {
 430                         put_io_u(td, io_u);
 431                         return NULL;
 432                 }
 433
 434                 io_u->file = f;
 435
 436                 if (!fill_io_u(td, io_u))
 437                         break;
 438
 439                 /*
 440                  * No more to do for this file, close it
 441                  */
 442                 io_u->file = NULL;
 443                 close_file(td, f);
 444         } while (1);
 445
 446         if (td->zone_bytes >= td->zone_size) {
 447                 td->zone_bytes = 0;
 448                 f->last_pos += td->zone_skip;
 449         }
 450
 451         if (io_u->buflen + io_u->offset > f->real_file_size) {
 452                 if (td->io_ops->flags & FIO_RAWIO) {
 453                         put_io_u(td, io_u);
 454                         return NULL;
 455                 }
 456
 457                 io_u->buflen = f->real_file_size - io_u->offset;
 458         }
 459
 460         if (io_u->ddir != DDIR_SYNC) {
 461                 if (!io_u->buflen) {
 462                         put_io_u(td, io_u);
 463                         return NULL;
 464                 }
 465
 466                 f->last_pos = io_u->offset + io_u->buflen;
 467
 468                 if (td->verify != VERIFY_NONE)
 469                         populate_verify_io_u(td, io_u);
 470         }
 471
 472         /*
 473          * Set io data pointers.
 474          */
 475 out:
 476         io_u->xfer_buf = io_u->buf;
 477         io_u->xfer_buflen = io_u->buflen;
 478
 479         if (td_io_prep(td, io_u)) {
 480                 put_io_u(td, io_u);
 481                 return NULL;
 482         }
 483
 484         fio_gettime(&io_u->start_time, NULL);
 485         return io_u;
 486 }
 487
 488 static void io_completed(struct thread_data *td, struct io_u *io_u,
 489                          struct io_completion_data *icd)
 490 {
 491         unsigned long msec;
 492
 493         assert(io_u->flags & IO_U_F_FLIGHT);
 494         io_u->flags &= ~IO_U_F_FLIGHT;
 495
 496         if (io_u->ddir == DDIR_SYNC) {
 497                 td->last_was_sync = 1;
 498                 return;
 499         }
 500
 501         td->last_was_sync = 0;
 502
 503         if (!io_u->error) {
 504                 unsigned int bytes = io_u->buflen - io_u->resid;
 505                 const enum fio_ddir idx = io_u->ddir;
 506                 int ret;
 507
 508                 td->io_blocks[idx]++;
 509                 td->io_bytes[idx] += bytes;
 510                 td->zone_bytes += bytes;
 511                 td->this_io_bytes[idx] += bytes;
 512
 513                 io_u->file->last_completed_pos = io_u->offset + io_u->buflen;
 514
 515                 msec = mtime_since(&io_u->issue_time, &icd->time);
 516
 517                 add_clat_sample(td, idx, msec);
 518                 add_bw_sample(td, idx, &icd->time);
 519                 io_u_mark_latency(td, msec);
 520
 521                 if ((td_rw(td) || td_write(td)) && idx == DDIR_WRITE)
 522                         log_io_piece(td, io_u);
 523
 524                 icd->bytes_done[idx] += bytes;
 525
 526                 if (io_u->end_io) {
 527                         ret = io_u->end_io(io_u);
 528                         if (ret && !icd->error)
 529                                 icd->error = ret;
 530                 }
 531         } else
 532                 icd->error = io_u->error;
 533 }
 534
 535 static void init_icd(struct io_completion_data *icd, int nr)
 536 {
 537         fio_gettime(&icd->time, NULL);
 538
 539         icd->nr = nr;
 540
 541         icd->error = 0;
 542         icd->bytes_done[0] = icd->bytes_done[1] = 0;
 543 }
 544
 545 static void ios_completed(struct thread_data *td,
 546                           struct io_completion_data *icd)
 547 {
 548         struct io_u *io_u;
 549         int i;
 550
 551         for (i = 0; i < icd->nr; i++) {
 552                 io_u = td->io_ops->event(td, i);
 553
 554                 io_completed(td, io_u, icd);
 555                 put_io_u(td, io_u);
 556         }
 557 }
 558
 559 /*
 560  * Complete a single io_u for the sync engines.
 561  */
 562 long io_u_sync_complete(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
 563 {
 564         struct io_completion_data icd;
 565
 566         init_icd(&icd, 1);
 567         io_completed(td, io_u, &icd);
 568         put_io_u(td, io_u);
 569
 570         if (!icd.error)
 571                 return icd.bytes_done[0] + icd.bytes_done[1];
 572
 573         return -1;
 574 }
 575
 576 /*
 577  * Called to complete min_events number of io for the async engines.
 578  */
 579 long io_u_queued_complete(struct thread_data *td, int min_events)
 580 {
 581         struct io_completion_data icd;
 582         struct timespec *tvp = NULL;
 583         int ret;
 584
 585         if (!min_events) {
 586                 struct timespec ts = { .tv_sec = 0, .tv_nsec = 0, };
 587
 588                 tvp = &ts;
 589         }
 590
 591         ret = td_io_getevents(td, min_events, td->cur_depth, tvp);
 592         if (ret < 0) {
 593                 td_verror(td, -ret, "td_io_getevents");
 594                 return ret;
 595         } else if (!ret)
 596                 return ret;
 597
 598         init_icd(&icd, ret);
 599         ios_completed(td, &icd);
 600         if (!icd.error)
 601                 return icd.bytes_done[0] + icd.bytes_done[1];
 602
 603         return -1;
 604 }
 605
 606 /*
 607  * Call when io_u is really queued, to update the submission latency.
 608  */
 609 void io_u_queued(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
 610 {
 611         unsigned long slat_time;
 612
 613         slat_time = mtime_since(&io_u->start_time, &io_u->issue_time);
 614         add_slat_sample(td, io_u->ddir, slat_time);
 615 }
 616
 617 #ifdef FIO_USE_TIMEOUT
 618 void io_u_set_timeout(struct thread_data *td)
 619 {
 620         assert(td->cur_depth);
 621
 622         td->timer.it_interval.tv_sec = 0;
 623         td->timer.it_interval.tv_usec = 0;
 624         td->timer.it_value.tv_sec = IO_U_TIMEOUT + IO_U_TIMEOUT_INC;
 625         td->timer.it_value.tv_usec = 0;
 626         setitimer(ITIMER_REAL, &td->timer, NULL);
 627         fio_gettime(&td->timeout_end, NULL);
 628 }
 629
 630 static void io_u_dump(struct io_u *io_u)
 631 {
 632         unsigned long t_start = mtime_since_now(&io_u->start_time);
 633         unsigned long t_issue = mtime_since_now(&io_u->issue_time);
 634
 635         log_err("io_u=%p, t_start=%lu, t_issue=%lu\n", io_u, t_start, t_issue);
 636         log_err("  buf=%p/%p, len=%lu/%lu, offset=%llu\n", io_u->buf, io_u->xfer_buf, io_u->buflen, io_u->xfer_buflen, io_u->offset);
 637         log_err("  ddir=%d, fname=%s\n", io_u->ddir, io_u->file->file_name);
 638 }
 639 #else
 640 void io_u_set_timeout(struct thread_data fio_unused *td)
 641 {
 642 }
 643 #endif
 644
 645 #ifdef FIO_USE_TIMEOUT
 646 static void io_u_timeout_handler(int fio_unused sig)
 647 {
 648         struct thread_data *td, *__td;
 649         pid_t pid = getpid();
 650         struct list_head *entry;
 651         struct io_u *io_u;
 652         int i;
 653
 654         log_err("fio: io_u timeout\n");
 655
 656         /*
 657          * TLS would be nice...
 658          */
 659         td = NULL;
 660         for_each_td(__td, i) {
 661                 if (__td->pid == pid) {
 662                         td = __td;
 663                         break;
 664                 }
 665         }
 666
 667         if (!td) {
 668                 log_err("fio: io_u timeout, can't find job\n");
 669                 exit(1);
 670         }
 671
 672         if (!td->cur_depth) {
 673                 log_err("fio: timeout without pending work?\n");
 674                 return;
 675         }
 676
 677         log_err("fio: io_u timeout: job=%s, pid=%d\n", td->name, td->pid);
 678
 679         list_for_each(entry, &td->io_u_busylist) {
 680                 io_u = list_entry(entry, struct io_u, list);
 681
 682                 io_u_dump(io_u);
 683         }
 684
 685         td_verror(td, ETIMEDOUT, "io_u timeout");
 686         exit(1);
 687 }
 688 #endif
 689
 690 void io_u_init_timeout(void)
 691 {
 692 #ifdef FIO_USE_TIMEOUT
 693         signal(SIGALRM, io_u_timeout_handler);
 694 #endif
 695 }