io_u.c

   1 #include <unistd.h>
   2 #include <fcntl.h>
   3 #include <string.h>
   4 #include <signal.h>
   5 #include <time.h>
   6
   7 #include "fio.h"
   8 #include "os.h"
   9
  10 struct io_completion_data {
  11         int nr;                         /* input */
  12         endio_handler *handler;         /* input */
  13
  14         int error;                      /* output */
  15         unsigned long bytes_done[2];    /* output */
  16         struct timeval time;            /* output */
  17 };
  18
  19 /*
  20  * The ->file_map[] contains a map of blocks we have or have not done io
  21  * to yet. Used to make sure we cover the entire range in a fair fashion.
  22  */
  23 static int random_map_free(struct thread_data *td, struct fio_file *f,
  24                            unsigned long long block)
  25 {
  26         unsigned int idx = RAND_MAP_IDX(td, f, block);
  27         unsigned int bit = RAND_MAP_BIT(td, f, block);
  28
  29         return (f->file_map[idx] & (1UL << bit)) == 0;
  30 }
  31
  32 /*
  33  * Mark a given offset as used in the map.
  34  */
  35 static void mark_random_map(struct thread_data *td, struct fio_file *f,
  36                             struct io_u *io_u)
  37 {
  38         unsigned int min_bs = td->rw_min_bs;
  39         unsigned long long block;
  40         unsigned int blocks;
  41         unsigned int nr_blocks;
  42
  43         block = io_u->offset / (unsigned long long) min_bs;
  44         blocks = 0;
  45         nr_blocks = (io_u->buflen + min_bs - 1) / min_bs;
  46
  47         while (blocks < nr_blocks) {
  48                 unsigned int idx, bit;
  49
  50                 if (!random_map_free(td, f, block))
  51                         break;
  52
  53                 idx = RAND_MAP_IDX(td, f, block);
  54                 bit = RAND_MAP_BIT(td, f, block);
  55
  56                 fio_assert(td, idx < f->num_maps);
  57
  58                 f->file_map[idx] |= (1UL << bit);
  59                 block++;
  60                 blocks++;
  61         }
  62
  63         if ((blocks * min_bs) < io_u->buflen)
  64                 io_u->buflen = blocks * min_bs;
  65 }
  66
  67 /*
  68  * Return the next free block in the map.
  69  */
  70 static int get_next_free_block(struct thread_data *td, struct fio_file *f,
  71                                unsigned long long *b)
  72 {
  73         int i;
  74
  75         i = f->last_free_lookup;
  76         *b = (i * BLOCKS_PER_MAP);
  77         while ((*b) * td->rw_min_bs < f->real_file_size) {
  78                 if (f->file_map[i] != -1UL) {
  79                         *b += ffz(f->file_map[i]);
  80                         f->last_free_lookup = i;
  81                         return 0;
  82                 }
  83
  84                 *b += BLOCKS_PER_MAP;
  85                 i++;
  86         }
  87
  88         return 1;
  89 }
  90
  91 /*
  92  * For random io, generate a random new block and see if it's used. Repeat
  93  * until we find a free one. For sequential io, just return the end of
  94  * the last io issued.
  95  */
  96 static int get_next_offset(struct thread_data *td, struct fio_file *f,
  97                            struct io_u *io_u)
  98 {
  99         const int ddir = io_u->ddir;
 100         unsigned long long b, rb;
 101         long r;
 102
 103         if (!td->sequential) {
 104                 unsigned long long max_blocks = f->file_size / td->min_bs[ddir];
 105                 int loops = 5;
 106
 107                 do {
 108                         r = os_random_long(&td->random_state);
 109                         b = ((max_blocks - 1) * r / (unsigned long long) (RAND_MAX+1.0));
 110                         if (td->norandommap)
 111                                 break;
 112                         rb = b + (f->file_offset / td->min_bs[ddir]);
 113                         loops--;
 114                 } while (!random_map_free(td, f, rb) && loops);
 115
 116                 /*
 117                  * if we failed to retrieve a truly random offset within
 118                  * the loops assigned, see if there are free ones left at all
 119                  */
 120                 if (!loops && get_next_free_block(td, f, &b))
 121                         return 1;
 122         } else
 123                 b = f->last_pos / td->min_bs[ddir];
 124
 125         io_u->offset = (b * td->min_bs[ddir]) + f->file_offset;
 126         if (io_u->offset >= f->real_file_size)
 127                 return 1;
 128
 129         return 0;
 130 }
 131
 132 static unsigned int get_next_buflen(struct thread_data *td, struct fio_file *f,
 133                                     struct io_u *io_u)
 134 {
 135         const int ddir = io_u->ddir;
 136         unsigned int buflen;
 137         long r;
 138
 139         if (td->min_bs[ddir] == td->max_bs[ddir])
 140                 buflen = td->min_bs[ddir];
 141         else {
 142                 r = os_random_long(&td->bsrange_state);
 143                 buflen = (unsigned int) (1 + (double) (td->max_bs[ddir] - 1) * r / (RAND_MAX + 1.0));
 144                 if (!td->bs_unaligned)
 145                         buflen = (buflen + td->min_bs[ddir] - 1) & ~(td->min_bs[ddir] - 1);
 146         }
 147
 148         while (buflen + io_u->offset > f->real_file_size) {
 149                 if (buflen == td->min_bs[ddir])
 150                         return 0;
 151
 152                 buflen = td->min_bs[ddir];
 153         }
 154
 155         return buflen;
 156 }
 157
 158 /*
 159  * Return the data direction for the next io_u. If the job is a
 160  * mixed read/write workload, check the rwmix cycle and switch if
 161  * necessary.
 162  */
 163 static enum fio_ddir get_rw_ddir(struct thread_data *td)
 164 {
 165         if (td_rw(td)) {
 166                 struct timeval now;
 167                 unsigned long elapsed;
 168
 169                 fio_gettime(&now, NULL);
 170                 elapsed = mtime_since_now(&td->rwmix_switch);
 171
 172                 /*
 173                  * Check if it's time to seed a new data direction.
 174                  */
 175                 if (elapsed >= td->rwmixcycle) {
 176                         unsigned int v;
 177                         long r;
 178
 179                         r = os_random_long(&td->rwmix_state);
 180                         v = 1 + (int) (100.0 * (r / (RAND_MAX + 1.0)));
 181                         if (v < td->rwmixread)
 182                                 td->rwmix_ddir = DDIR_READ;
 183                         else
 184                                 td->rwmix_ddir = DDIR_WRITE;
 185                         memcpy(&td->rwmix_switch, &now, sizeof(now));
 186                 }
 187                 return td->rwmix_ddir;
 188         } else if (td_read(td))
 189                 return DDIR_READ;
 190         else
 191                 return DDIR_WRITE;
 192 }
 193
 194 void put_io_u(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
 195 {
 196         io_u->file = NULL;
 197         list_del(&io_u->list);
 198         list_add(&io_u->list, &td->io_u_freelist);
 199         td->cur_depth--;
 200 }
 201
 202 void requeue_io_u(struct thread_data *td, struct io_u **io_u)
 203 {
 204         struct io_u *__io_u = *io_u;
 205
 206         list_del(&__io_u->list);
 207         list_add_tail(&__io_u->list, &td->io_u_requeues);
 208         td->cur_depth--;
 209         *io_u = NULL;
 210 }
 211
 212 static int fill_io_u(struct thread_data *td, struct fio_file *f,
 213                      struct io_u *io_u)
 214 {
 215         /*
 216          * If using an iolog, grab next piece if any available.
 217          */
 218         if (td->read_iolog)
 219                 return read_iolog_get(td, io_u);
 220
 221         /*
 222          * see if it's time to sync
 223          */
 224         if (td->fsync_blocks && !(td->io_issues[DDIR_WRITE] % td->fsync_blocks)
 225             && td->io_issues[DDIR_WRITE] && should_fsync(td)) {
 226                 io_u->ddir = DDIR_SYNC;
 227                 io_u->file = f;
 228                 return 0;
 229         }
 230
 231         io_u->ddir = get_rw_ddir(td);
 232
 233         /*
 234          * No log, let the seq/rand engine retrieve the next buflen and
 235          * position.
 236          */
 237         if (get_next_offset(td, f, io_u))
 238                 return 1;
 239
 240         io_u->buflen = get_next_buflen(td, f, io_u);
 241         if (!io_u->buflen)
 242                 return 1;
 243
 244         /*
 245          * mark entry before potentially trimming io_u
 246          */
 247         if (!td->read_iolog && !td->sequential && !td->norandommap)
 248                 mark_random_map(td, f, io_u);
 249
 250         /*
 251          * If using a write iolog, store this entry.
 252          */
 253         if (td->write_iolog_file)
 254                 write_iolog_put(td, io_u);
 255
 256         io_u->file = f;
 257         return 0;
 258 }
 259
 260 static void io_u_mark_depth(struct thread_data *td)
 261 {
 262         int index = 0;
 263
 264         switch (td->cur_depth) {
 265         default:
 266                 index++;
 267         case 32 ... 63:
 268                 index++;
 269         case 16 ... 31:
 270                 index++;
 271         case 8 ... 15:
 272                 index++;
 273         case 4 ... 7:
 274                 index++;
 275         case 2 ... 3:
 276                 index++;
 277         case 1:
 278                 break;
 279         }
 280
 281         td->io_u_map[index]++;
 282         td->total_io_u++;
 283 }
 284
 285 static void io_u_mark_latency(struct thread_data *td, unsigned long msec)
 286 {
 287         int index = 0;
 288
 289         switch (msec) {
 290         default:
 291                 index++;
 292         case 1024 ... 2047:
 293                 index++;
 294         case 512 ... 1023:
 295                 index++;
 296         case 256 ... 511:
 297                 index++;
 298         case 128 ... 255:
 299                 index++;
 300         case 64 ... 127:
 301                 index++;
 302         case 32 ... 63:
 303                 index++;
 304         case 16 ... 31:
 305                 index++;
 306         case 8 ... 15:
 307                 index++;
 308         case 4 ... 7:
 309                 index++;
 310         case 2 ... 3:
 311                 index++;
 312         case 0 ... 1:
 313                 break;
 314         }
 315
 316         td->io_u_lat[index]++;
 317 }
 318
 319 static struct fio_file *get_next_file(struct thread_data *td)
 320 {
 321         unsigned int old_next_file = td->next_file;
 322         struct fio_file *f;
 323
 324         do {
 325                 f = &td->files[td->next_file];
 326
 327                 td->next_file++;
 328                 if (td->next_file >= td->nr_files)
 329                         td->next_file = 0;
 330
 331                 if (f->fd != -1)
 332                         break;
 333
 334                 f = NULL;
 335         } while (td->next_file != old_next_file);
 336
 337         return f;
 338 }
 339
 340 struct io_u *__get_io_u(struct thread_data *td)
 341 {
 342         struct io_u *io_u = NULL;
 343
 344         if (!list_empty(&td->io_u_requeues))
 345                 io_u = list_entry(td->io_u_requeues.next, struct io_u, list);
 346         else if (!queue_full(td)) {
 347                 io_u = list_entry(td->io_u_freelist.next, struct io_u, list);
 348
 349                 io_u->buflen = 0;
 350                 io_u->resid = 0;
 351                 io_u->file = NULL;
 352         }
 353
 354         if (io_u) {
 355                 io_u->error = 0;
 356                 list_del(&io_u->list);
 357                 list_add(&io_u->list, &td->io_u_busylist);
 358                 td->cur_depth++;
 359                 io_u_mark_depth(td);
 360         }
 361
 362         return io_u;
 363 }
 364
 365 /*
 366  * Return an io_u to be processed. Gets a buflen and offset, sets direction,
 367  * etc. The returned io_u is fully ready to be prepped and submitted.
 368  */
 369 struct io_u *get_io_u(struct thread_data *td)
 370 {
 371         struct fio_file *f;
 372         struct io_u *io_u;
 373
 374         io_u = __get_io_u(td);
 375         if (!io_u)
 376                 return NULL;
 377
 378         /*
 379          * from a requeue, io_u already setup
 380          */
 381         if (io_u->file)
 382                 return io_u;
 383
 384         f = get_next_file(td);
 385         if (!f) {
 386                 put_io_u(td, io_u);
 387                 return NULL;
 388         }
 389
 390         io_u->file = f;
 391
 392         if (td->zone_bytes >= td->zone_size) {
 393                 td->zone_bytes = 0;
 394                 f->last_pos += td->zone_skip;
 395         }
 396
 397         if (fill_io_u(td, f, io_u)) {
 398                 put_io_u(td, io_u);
 399                 return NULL;
 400         }
 401
 402         if (io_u->buflen + io_u->offset > f->real_file_size) {
 403                 if (td->io_ops->flags & FIO_RAWIO) {
 404                         put_io_u(td, io_u);
 405                         return NULL;
 406                 }
 407
 408                 io_u->buflen = f->real_file_size - io_u->offset;
 409         }
 410
 411         if (io_u->ddir != DDIR_SYNC) {
 412                 if (!io_u->buflen) {
 413                         put_io_u(td, io_u);
 414                         return NULL;
 415                 }
 416
 417                 f->last_pos = io_u->offset + io_u->buflen;
 418
 419                 if (td->verify != VERIFY_NONE)
 420                         populate_verify_io_u(td, io_u);
 421         }
 422
 423         /*
 424          * Set io data pointers.
 425          */
 426         io_u->xfer_buf = io_u->buf;
 427         io_u->xfer_buflen = io_u->buflen;
 428
 429         if (td_io_prep(td, io_u)) {
 430                 put_io_u(td, io_u);
 431                 return NULL;
 432         }
 433
 434         fio_gettime(&io_u->start_time, NULL);
 435         return io_u;
 436 }
 437
 438 static void io_completed(struct thread_data *td, struct io_u *io_u,
 439                          struct io_completion_data *icd)
 440 {
 441         unsigned long msec;
 442
 443         if (io_u->ddir == DDIR_SYNC) {
 444                 td->last_was_sync = 1;
 445                 return;
 446         }
 447
 448         td->last_was_sync = 0;
 449
 450         if (!io_u->error) {
 451                 unsigned int bytes = io_u->buflen - io_u->resid;
 452                 const enum fio_ddir idx = io_u->ddir;
 453                 int ret;
 454
 455                 td->io_blocks[idx]++;
 456                 td->io_bytes[idx] += bytes;
 457                 td->zone_bytes += bytes;
 458                 td->this_io_bytes[idx] += bytes;
 459
 460                 io_u->file->last_completed_pos = io_u->offset + io_u->buflen;
 461
 462                 msec = mtime_since(&io_u->issue_time, &icd->time);
 463
 464                 add_clat_sample(td, idx, msec);
 465                 add_bw_sample(td, idx, &icd->time);
 466                 io_u_mark_latency(td, msec);
 467
 468                 if ((td_rw(td) || td_write(td)) && idx == DDIR_WRITE)
 469                         log_io_piece(td, io_u);
 470
 471                 icd->bytes_done[idx] += bytes;
 472
 473                 if (icd->handler) {
 474                         ret = icd->handler(io_u);
 475                         if (ret && !icd->error)
 476                                 icd->error = ret;
 477                 }
 478         } else
 479                 icd->error = io_u->error;
 480 }
 481
 482 static void init_icd(struct io_completion_data *icd, endio_handler *handler,
 483                      int nr)
 484 {
 485         fio_gettime(&icd->time, NULL);
 486
 487         icd->handler = handler;
 488         icd->nr = nr;
 489
 490         icd->error = 0;
 491         icd->bytes_done[0] = icd->bytes_done[1] = 0;
 492 }
 493
 494 static void ios_completed(struct thread_data *td,
 495                           struct io_completion_data *icd)
 496 {
 497         struct io_u *io_u;
 498         int i;
 499
 500         for (i = 0; i < icd->nr; i++) {
 501                 io_u = td->io_ops->event(td, i);
 502
 503                 io_completed(td, io_u, icd);
 504                 put_io_u(td, io_u);
 505         }
 506 }
 507
 508 long io_u_sync_complete(struct thread_data *td, struct io_u *io_u,
 509                         endio_handler *handler)
 510 {
 511         struct io_completion_data icd;
 512
 513         init_icd(&icd, handler, 1);
 514         io_completed(td, io_u, &icd);
 515         put_io_u(td, io_u);
 516
 517         if (!icd.error)
 518                 return icd.bytes_done[0] + icd.bytes_done[1];
 519
 520         return -1;
 521 }
 522
 523 long io_u_queued_complete(struct thread_data *td, int min_events,
 524                           endio_handler *handler)
 525
 526 {
 527         struct timespec ts = { .tv_sec = 0, .tv_nsec = 0, };
 528         struct timespec *tsp = NULL;
 529         struct io_completion_data icd;
 530         int ret;
 531
 532         if (min_events > 0) {
 533                 tsp = &ts;
 534                 ret = td_io_commit(td);
 535                 if (ret < 0) {
 536                         td_verror(td, -ret);
 537                         return ret;
 538                 }
 539         }
 540
 541         ret = td_io_getevents(td, min_events, td->cur_depth, tsp);
 542         if (ret < 0) {
 543                 td_verror(td, -ret);
 544                 return ret;
 545         } else if (!ret)
 546                 return ret;
 547
 548         init_icd(&icd, handler, ret);
 549         ios_completed(td, &icd);
 550         if (!icd.error)
 551                 return icd.bytes_done[0] + icd.bytes_done[1];
 552
 553         return -1;
 554 }