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 fio_file *f,
  41                             struct io_u *io_u)
  42 {
  43         unsigned int min_bs = td->rw_min_bs;
  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 fio_file *f,
 102                            struct io_u *io_u)
 103 {
 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 fio_file *f,
 138                                     struct io_u *io_u)
 139 {
 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 fio_file *f,
 224                      struct io_u *io_u)
 225 {
 226         /*
 227          * If using an iolog, grab next piece if any available.
 228          */
 229         if (td->read_iolog)
 230                 return read_iolog_get(td, io_u);
 231
 232         /*
 233          * see if it's time to sync
 234          */
 235         if (td->fsync_blocks && !(td->io_issues[DDIR_WRITE] % td->fsync_blocks)
 236             && td->io_issues[DDIR_WRITE] && should_fsync(td)) {
 237                 io_u->ddir = DDIR_SYNC;
 238                 io_u->file = f;
 239                 return 0;
 240         }
 241
 242         io_u->ddir = get_rw_ddir(td);
 243
 244         /*
 245          * No log, let the seq/rand engine retrieve the next buflen and
 246          * position.
 247          */
 248         if (get_next_offset(td, f, io_u))
 249                 return 1;
 250
 251         io_u->buflen = get_next_buflen(td, f, io_u);
 252         if (!io_u->buflen)
 253                 return 1;
 254
 255         /*
 256          * mark entry before potentially trimming io_u
 257          */
 258         if (!td->read_iolog && td_random(td) && !td->norandommap)
 259                 mark_random_map(td, f, io_u);
 260
 261         /*
 262          * If using a write iolog, store this entry.
 263          */
 264         if (td->write_iolog_file)
 265                 write_iolog_put(td, io_u);
 266
 267         io_u->file = f;
 268         return 0;
 269 }
 270
 271 static void io_u_mark_depth(struct thread_data *td)
 272 {
 273         int index = 0;
 274
 275         switch (td->cur_depth) {
 276         default:
 277                 index++;
 278         case 32 ... 63:
 279                 index++;
 280         case 16 ... 31:
 281                 index++;
 282         case 8 ... 15:
 283                 index++;
 284         case 4 ... 7:
 285                 index++;
 286         case 2 ... 3:
 287                 index++;
 288         case 1:
 289                 break;
 290         }
 291
 292         td->io_u_map[index]++;
 293         td->total_io_u++;
 294 }
 295
 296 static void io_u_mark_latency(struct thread_data *td, unsigned long msec)
 297 {
 298         int index = 0;
 299
 300         switch (msec) {
 301         default:
 302                 index++;
 303         case 1000 ... 1999:
 304                 index++;
 305         case 750 ... 999:
 306                 index++;
 307         case 500 ... 749:
 308                 index++;
 309         case 250 ... 499:
 310                 index++;
 311         case 100 ... 249:
 312                 index++;
 313         case 50 ... 99:
 314                 index++;
 315         case 20 ... 49:
 316                 index++;
 317         case 10 ... 19:
 318                 index++;
 319         case 4 ... 9:
 320                 index++;
 321         case 2 ... 3:
 322                 index++;
 323         case 0 ... 1:
 324                 break;
 325         }
 326
 327         td->io_u_lat[index]++;
 328 }
 329
 330 /*
 331  * Get next file to service by choosing one at random
 332  */
 333 static struct fio_file *get_next_file_rand(struct thread_data *td)
 334 {
 335         long r = os_random_long(&td->next_file_state);
 336         unsigned int fileno;
 337         struct fio_file *f;
 338
 339         do {
 340                 fileno = (unsigned int) ((double) (td->nr_files - 1) * r / (RAND_MAX + 1.0));
 341                 f = &td->files[fileno];
 342                 if (f->fd != -1)
 343                         return f;
 344         } while (1);
 345 }
 346
 347 /*
 348  * Get next file to service by doing round robin between all available ones
 349  */
 350 static struct fio_file *get_next_file_rr(struct thread_data *td)
 351 {
 352         unsigned int old_next_file = td->next_file;
 353         struct fio_file *f;
 354
 355         do {
 356                 f = &td->files[td->next_file];
 357
 358                 td->next_file++;
 359                 if (td->next_file >= td->nr_files)
 360                         td->next_file = 0;
 361
 362                 if (f->fd != -1)
 363                         break;
 364
 365                 f = NULL;
 366         } while (td->next_file != old_next_file);
 367
 368         return f;
 369 }
 370
 371 struct io_u *__get_io_u(struct thread_data *td)
 372 {
 373         struct io_u *io_u = NULL;
 374
 375         if (!list_empty(&td->io_u_requeues))
 376                 io_u = list_entry(td->io_u_requeues.next, struct io_u, list);
 377         else if (!queue_full(td)) {
 378                 io_u = list_entry(td->io_u_freelist.next, struct io_u, list);
 379
 380                 io_u->buflen = 0;
 381                 io_u->resid = 0;
 382                 io_u->file = NULL;
 383                 io_u->end_io = NULL;
 384         }
 385
 386         if (io_u) {
 387                 assert(io_u->flags & IO_U_F_FREE);
 388                 io_u->flags &= ~IO_U_F_FREE;
 389
 390                 io_u->error = 0;
 391                 list_del(&io_u->list);
 392                 list_add(&io_u->list, &td->io_u_busylist);
 393                 td->cur_depth++;
 394                 io_u_mark_depth(td);
 395         }
 396
 397         return io_u;
 398 }
 399
 400 /*
 401  * Return an io_u to be processed. Gets a buflen and offset, sets direction,
 402  * etc. The returned io_u is fully ready to be prepped and submitted.
 403  */
 404 struct io_u *get_io_u(struct thread_data *td)
 405 {
 406         struct fio_file *f;
 407         struct io_u *io_u;
 408
 409         io_u = __get_io_u(td);
 410         if (!io_u)
 411                 return NULL;
 412
 413         /*
 414          * from a requeue, io_u already setup
 415          */
 416         if (io_u->file)
 417                 goto out;
 418
 419         if (td->file_service_type == FIO_FSERVICE_RR)
 420                 f = get_next_file_rr(td);
 421         else
 422                 f = get_next_file_rand(td);
 423
 424         if (!f) {
 425                 put_io_u(td, io_u);
 426                 return NULL;
 427         }
 428
 429         io_u->file = f;
 430
 431         if (td->zone_bytes >= td->zone_size) {
 432                 td->zone_bytes = 0;
 433                 f->last_pos += td->zone_skip;
 434         }
 435
 436         if (fill_io_u(td, f, io_u)) {
 437                 put_io_u(td, io_u);
 438                 return NULL;
 439         }
 440
 441         if (io_u->buflen + io_u->offset > f->real_file_size) {
 442                 if (td->io_ops->flags & FIO_RAWIO) {
 443                         put_io_u(td, io_u);
 444                         return NULL;
 445                 }
 446
 447                 io_u->buflen = f->real_file_size - io_u->offset;
 448         }
 449
 450         if (io_u->ddir != DDIR_SYNC) {
 451                 if (!io_u->buflen) {
 452                         put_io_u(td, io_u);
 453                         return NULL;
 454                 }
 455
 456                 f->last_pos = io_u->offset + io_u->buflen;
 457
 458                 if (td->verify != VERIFY_NONE)
 459                         populate_verify_io_u(td, io_u);
 460         }
 461
 462         /*
 463          * Set io data pointers.
 464          */
 465 out:
 466         io_u->xfer_buf = io_u->buf;
 467         io_u->xfer_buflen = io_u->buflen;
 468
 469         if (td_io_prep(td, io_u)) {
 470                 put_io_u(td, io_u);
 471                 return NULL;
 472         }
 473
 474         fio_gettime(&io_u->start_time, NULL);
 475         return io_u;
 476 }
 477
 478 static void io_completed(struct thread_data *td, struct io_u *io_u,
 479                          struct io_completion_data *icd)
 480 {
 481         unsigned long msec;
 482
 483         assert(io_u->flags & IO_U_F_FLIGHT);
 484         io_u->flags &= ~IO_U_F_FLIGHT;
 485
 486         if (io_u->ddir == DDIR_SYNC) {
 487                 td->last_was_sync = 1;
 488                 return;
 489         }
 490
 491         td->last_was_sync = 0;
 492
 493         if (!io_u->error) {
 494                 unsigned int bytes = io_u->buflen - io_u->resid;
 495                 const enum fio_ddir idx = io_u->ddir;
 496                 int ret;
 497
 498                 td->io_blocks[idx]++;
 499                 td->io_bytes[idx] += bytes;
 500                 td->zone_bytes += bytes;
 501                 td->this_io_bytes[idx] += bytes;
 502
 503                 io_u->file->last_completed_pos = io_u->offset + io_u->buflen;
 504
 505                 msec = mtime_since(&io_u->issue_time, &icd->time);
 506
 507                 add_clat_sample(td, idx, msec);
 508                 add_bw_sample(td, idx, &icd->time);
 509                 io_u_mark_latency(td, msec);
 510
 511                 if ((td_rw(td) || td_write(td)) && idx == DDIR_WRITE)
 512                         log_io_piece(td, io_u);
 513
 514                 icd->bytes_done[idx] += bytes;
 515
 516                 if (io_u->end_io) {
 517                         ret = io_u->end_io(io_u);
 518                         if (ret && !icd->error)
 519                                 icd->error = ret;
 520                 }
 521         } else
 522                 icd->error = io_u->error;
 523 }
 524
 525 static void init_icd(struct io_completion_data *icd, int nr)
 526 {
 527         fio_gettime(&icd->time, NULL);
 528
 529         icd->nr = nr;
 530
 531         icd->error = 0;
 532         icd->bytes_done[0] = icd->bytes_done[1] = 0;
 533 }
 534
 535 static void ios_completed(struct thread_data *td,
 536                           struct io_completion_data *icd)
 537 {
 538         struct io_u *io_u;
 539         int i;
 540
 541         for (i = 0; i < icd->nr; i++) {
 542                 io_u = td->io_ops->event(td, i);
 543
 544                 io_completed(td, io_u, icd);
 545                 put_io_u(td, io_u);
 546         }
 547 }
 548
 549 /*
 550  * Complete a single io_u for the sync engines.
 551  */
 552 long io_u_sync_complete(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
 553 {
 554         struct io_completion_data icd;
 555
 556         init_icd(&icd, 1);
 557         io_completed(td, io_u, &icd);
 558         put_io_u(td, io_u);
 559
 560         if (!icd.error)
 561                 return icd.bytes_done[0] + icd.bytes_done[1];
 562
 563         return -1;
 564 }
 565
 566 /*
 567  * Called to complete min_events number of io for the async engines.
 568  */
 569 long io_u_queued_complete(struct thread_data *td, int min_events)
 570 {
 571         struct io_completion_data icd;
 572         struct timespec *tvp = NULL;
 573         int ret;
 574
 575         if (!min_events) {
 576                 struct timespec ts = { .tv_sec = 0, .tv_nsec = 0, };
 577
 578                 tvp = &ts;
 579         }
 580
 581         ret = td_io_getevents(td, min_events, td->cur_depth, tvp);
 582         if (ret < 0) {
 583                 td_verror(td, -ret, "td_io_getevents");
 584                 return ret;
 585         } else if (!ret)
 586                 return ret;
 587
 588         init_icd(&icd, ret);
 589         ios_completed(td, &icd);
 590         if (!icd.error)
 591                 return icd.bytes_done[0] + icd.bytes_done[1];
 592
 593         return -1;
 594 }
 595
 596 /*
 597  * Call when io_u is really queued, to update the submission latency.
 598  */
 599 void io_u_queued(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
 600 {
 601         unsigned long slat_time;
 602
 603         slat_time = mtime_since(&io_u->start_time, &io_u->issue_time);
 604         add_slat_sample(td, io_u->ddir, slat_time);
 605 }
 606
 607 #ifdef FIO_USE_TIMEOUT
 608 void io_u_set_timeout(struct thread_data *td)
 609 {
 610         assert(td->cur_depth);
 611
 612         td->timer.it_interval.tv_sec = 0;
 613         td->timer.it_interval.tv_usec = 0;
 614         td->timer.it_value.tv_sec = IO_U_TIMEOUT + IO_U_TIMEOUT_INC;
 615         td->timer.it_value.tv_usec = 0;
 616         setitimer(ITIMER_REAL, &td->timer, NULL);
 617         fio_gettime(&td->timeout_end, NULL);
 618 }
 619
 620 static void io_u_dump(struct io_u *io_u)
 621 {
 622         unsigned long t_start = mtime_since_now(&io_u->start_time);
 623         unsigned long t_issue = mtime_since_now(&io_u->issue_time);
 624
 625         log_err("io_u=%p, t_start=%lu, t_issue=%lu\n", io_u, t_start, t_issue);
 626         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);
 627         log_err("  ddir=%d, fname=%s\n", io_u->ddir, io_u->file->file_name);
 628 }
 629 #else
 630 void io_u_set_timeout(struct thread_data fio_unused *td)
 631 {
 632 }
 633 #endif
 634
 635 #ifdef FIO_USE_TIMEOUT
 636 static void io_u_timeout_handler(int fio_unused sig)
 637 {
 638         struct thread_data *td, *__td;
 639         pid_t pid = getpid();
 640         struct list_head *entry;
 641         struct io_u *io_u;
 642         int i;
 643
 644         log_err("fio: io_u timeout\n");
 645
 646         /*
 647          * TLS would be nice...
 648          */
 649         td = NULL;
 650         for_each_td(__td, i) {
 651                 if (__td->pid == pid) {
 652                         td = __td;
 653                         break;
 654                 }
 655         }
 656
 657         if (!td) {
 658                 log_err("fio: io_u timeout, can't find job\n");
 659                 exit(1);
 660         }
 661
 662         if (!td->cur_depth) {
 663                 log_err("fio: timeout without pending work?\n");
 664                 return;
 665         }
 666
 667         log_err("fio: io_u timeout: job=%s, pid=%d\n", td->name, td->pid);
 668
 669         list_for_each(entry, &td->io_u_busylist) {
 670                 io_u = list_entry(entry, struct io_u, list);
 671
 672                 io_u_dump(io_u);
 673         }
 674
 675         td_verror(td, ETIMEDOUT, "io_u timeout");
 676         exit(1);
 677 }
 678 #endif
 679
 680 void io_u_init_timeout(void)
 681 {
 682 #ifdef FIO_USE_TIMEOUT
 683         signal(SIGALRM, io_u_timeout_handler);
 684 #endif
 685 }