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