Speedup init_disk_util() when dealing with many jobs
[fio.git] / 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 }