ioengines.c

   1 /*
   2  * The io parts of the fio tool, includes workers for sync and mmap'ed
   3  * io, as well as both posix and linux libaio support.
   4  *
   5  * sync io is implemented on top of aio.
   6  *
   7  * This is not really specific to fio, if the get_io_u/put_io_u and
   8  * structures was pulled into this as well it would be a perfectly
   9  * generic io engine that could be used for other projects.
  10  *
  11  */
  12 #include <stdio.h>
  13 #include <stdlib.h>
  14 #include <unistd.h>
  15 #include <string.h>
  16 #include <dlfcn.h>
  17 #include <fcntl.h>
  18 #include <assert.h>
  19
  20 #include "fio.h"
  21 #include "diskutil.h"
  22
  23 static FLIST_HEAD(engine_list);
  24
  25 static bool check_engine_ops(struct ioengine_ops *ops)
  26 {
  27         if (ops->version != FIO_IOOPS_VERSION) {
  28                 log_err("bad ioops version %d (want %d)\n", ops->version,
  29                                                         FIO_IOOPS_VERSION);
  30                 return true;
  31         }
  32
  33         if (!ops->queue) {
  34                 log_err("%s: no queue handler\n", ops->name);
  35                 return true;
  36         }
  37
  38         /*
  39          * sync engines only need a ->queue()
  40          */
  41         if (ops->flags & FIO_SYNCIO)
  42                 return false;
  43
  44         if (!ops->event || !ops->getevents) {
  45                 log_err("%s: no event/getevents handler\n", ops->name);
  46                 return true;
  47         }
  48
  49         return false;
  50 }
  51
  52 void unregister_ioengine(struct ioengine_ops *ops)
  53 {
  54         dprint(FD_IO, "ioengine %s unregistered\n", ops->name);
  55         flist_del_init(&ops->list);
  56 }
  57
  58 void register_ioengine(struct ioengine_ops *ops)
  59 {
  60         dprint(FD_IO, "ioengine %s registered\n", ops->name);
  61         flist_add_tail(&ops->list, &engine_list);
  62 }
  63
  64 static struct ioengine_ops *find_ioengine(const char *name)
  65 {
  66         struct ioengine_ops *ops;
  67         struct flist_head *entry;
  68
  69         flist_for_each(entry, &engine_list) {
  70                 ops = flist_entry(entry, struct ioengine_ops, list);
  71                 if (!strcmp(name, ops->name))
  72                         return ops;
  73         }
  74
  75         return NULL;
  76 }
  77
  78 static struct ioengine_ops *dlopen_ioengine(struct thread_data *td,
  79                                             const char *engine_lib)
  80 {
  81         struct ioengine_ops *ops;
  82         void *dlhandle;
  83
  84         dprint(FD_IO, "dload engine %s\n", engine_lib);
  85
  86         dlerror();
  87         dlhandle = dlopen(engine_lib, RTLD_LAZY);
  88         if (!dlhandle) {
  89                 td_vmsg(td, -1, dlerror(), "dlopen");
  90                 return NULL;
  91         }
  92
  93         /*
  94          * Unlike the included modules, external engines should have a
  95          * non-static ioengine structure that we can reference.
  96          */
  97         ops = dlsym(dlhandle, engine_lib);
  98         if (!ops)
  99                 ops = dlsym(dlhandle, "ioengine");
 100
 101         /*
 102          * For some external engines (like C++ ones) it is not that trivial
 103          * to provide a non-static ionengine structure that we can reference.
 104          * Instead we call a method which allocates the required ioengine
 105          * structure.
 106          */
 107         if (!ops) {
 108                 get_ioengine_t get_ioengine = dlsym(dlhandle, "get_ioengine");
 109
 110                 if (get_ioengine)
 111                         get_ioengine(&ops);
 112         }
 113
 114         if (!ops) {
 115                 td_vmsg(td, -1, dlerror(), "dlsym");
 116                 dlclose(dlhandle);
 117                 return NULL;
 118         }
 119
 120         td->io_ops_dlhandle = dlhandle;
 121         return ops;
 122 }
 123
 124 static struct ioengine_ops *__load_ioengine(const char *name)
 125 {
 126         char engine[64];
 127
 128         engine[sizeof(engine) - 1] = '\0';
 129         strncpy(engine, name, sizeof(engine) - 1);
 130
 131         /*
 132          * linux libaio has alias names, so convert to what we want
 133          */
 134         if (!strncmp(engine, "linuxaio", 8) || !strncmp(engine, "aio", 3)) {
 135                 dprint(FD_IO, "converting ioengine name: %s -> libaio\n", name);
 136                 strcpy(engine, "libaio");
 137         }
 138
 139         dprint(FD_IO, "load ioengine %s\n", engine);
 140         return find_ioengine(engine);
 141 }
 142
 143 struct ioengine_ops *load_ioengine(struct thread_data *td)
 144 {
 145         struct ioengine_ops *ops = NULL;
 146         const char *name;
 147
 148         /*
 149          * Use ->ioengine_so_path if an external ioengine path is specified.
 150          * In this case, ->ioengine is "external" which also means the prefix
 151          * for external ioengines "external:" is properly used.
 152          */
 153         name = td->o.ioengine_so_path ?: td->o.ioengine;
 154
 155         /*
 156          * Try to load ->ioengine first, and if failed try to dlopen(3) either
 157          * ->ioengine or ->ioengine_so_path.  This is redundant for an external
 158          * ioengine with prefix, and also leaves the possibility of unexpected
 159          * behavior (e.g. if the "external" ioengine exists), but we do this
 160          * so as not to break job files not using the prefix.
 161          */
 162         ops = __load_ioengine(td->o.ioengine);
 163         if (!ops)
 164                 ops = dlopen_ioengine(td, name);
 165
 166         /*
 167          * If ops is NULL, we failed to load ->ioengine, and also failed to
 168          * dlopen(3) either ->ioengine or ->ioengine_so_path as a path.
 169          */
 170         if (!ops) {
 171                 log_err("fio: engine %s not loadable\n", name);
 172                 return NULL;
 173         }
 174
 175         /*
 176          * Check that the required methods are there.
 177          */
 178         if (check_engine_ops(ops))
 179                 return NULL;
 180
 181         return ops;
 182 }
 183
 184 /*
 185  * For cleaning up an ioengine which never made it to init().
 186  */
 187 void free_ioengine(struct thread_data *td)
 188 {
 189         dprint(FD_IO, "free ioengine %s\n", td->io_ops->name);
 190
 191         if (td->eo && td->io_ops->options) {
 192                 options_free(td->io_ops->options, td->eo);
 193                 free(td->eo);
 194                 td->eo = NULL;
 195         }
 196
 197         if (td->io_ops_dlhandle) {
 198                 dlclose(td->io_ops_dlhandle);
 199                 td->io_ops_dlhandle = NULL;
 200         }
 201
 202         td->io_ops = NULL;
 203 }
 204
 205 void close_ioengine(struct thread_data *td)
 206 {
 207         dprint(FD_IO, "close ioengine %s\n", td->io_ops->name);
 208
 209         if (td->io_ops->cleanup) {
 210                 td->io_ops->cleanup(td);
 211                 td->io_ops_data = NULL;
 212         }
 213
 214         free_ioengine(td);
 215 }
 216
 217 int td_io_prep(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
 218 {
 219         dprint_io_u(io_u, "prep");
 220         fio_ro_check(td, io_u);
 221
 222         lock_file(td, io_u->file, io_u->ddir);
 223
 224         if (td->io_ops->prep) {
 225                 int ret = td->io_ops->prep(td, io_u);
 226
 227                 dprint(FD_IO, "prep: io_u %p: ret=%d\n", io_u, ret);
 228
 229                 if (ret)
 230                         unlock_file(td, io_u->file);
 231                 return ret;
 232         }
 233
 234         return 0;
 235 }
 236
 237 int td_io_getevents(struct thread_data *td, unsigned int min, unsigned int max,
 238                     const struct timespec *t)
 239 {
 240         int r = 0;
 241
 242         /*
 243          * For ioengine=rdma one side operation RDMA_WRITE or RDMA_READ,
 244          * server side gets a message from the client
 245          * side that the task is finished, and
 246          * td->done is set to 1 after td_io_commit(). In this case,
 247          * there is no need to reap complete event in server side.
 248          */
 249         if (td->done)
 250                 return 0;
 251
 252         if (min > 0 && td->io_ops->commit) {
 253                 r = td->io_ops->commit(td);
 254                 if (r < 0)
 255                         goto out;
 256         }
 257         if (max > td->cur_depth)
 258                 max = td->cur_depth;
 259         if (min > max)
 260                 max = min;
 261
 262         r = 0;
 263         if (max && td->io_ops->getevents)
 264                 r = td->io_ops->getevents(td, min, max, t);
 265 out:
 266         if (r >= 0) {
 267                 /*
 268                  * Reflect that our submitted requests were retrieved with
 269                  * whatever OS async calls are in the underlying engine.
 270                  */
 271                 td->io_u_in_flight -= r;
 272                 io_u_mark_complete(td, r);
 273         } else
 274                 td_verror(td, r, "get_events");
 275
 276         dprint(FD_IO, "getevents: %d\n", r);
 277         return r;
 278 }
 279
 280 int td_io_queue(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
 281 {
 282         const enum fio_ddir ddir = acct_ddir(io_u);
 283         unsigned long buflen = io_u->xfer_buflen;
 284         int ret;
 285
 286         dprint_io_u(io_u, "queue");
 287         fio_ro_check(td, io_u);
 288
 289         assert((io_u->flags & IO_U_F_FLIGHT) == 0);
 290         io_u_set(td, io_u, IO_U_F_FLIGHT);
 291
 292         assert(fio_file_open(io_u->file));
 293
 294         /*
 295          * If using a write iolog, store this entry.
 296          */
 297         log_io_u(td, io_u);
 298
 299         io_u->error = 0;
 300         io_u->resid = 0;
 301
 302         if (td_ioengine_flagged(td, FIO_SYNCIO)) {
 303                 if (fio_fill_issue_time(td))
 304                         fio_gettime(&io_u->issue_time, NULL);
 305
 306                 /*
 307                  * only used for iolog
 308                  */
 309                 if (td->o.read_iolog_file)
 310                         memcpy(&td->last_issue, &io_u->issue_time,
 311                                         sizeof(io_u->issue_time));
 312         }
 313
 314         if (ddir_rw(ddir)) {
 315                 if (!(io_u->flags & IO_U_F_VER_LIST)) {
 316                         td->io_issues[ddir]++;
 317                         td->io_issue_bytes[ddir] += buflen;
 318                 }
 319                 td->rate_io_issue_bytes[ddir] += buflen;
 320         }
 321
 322         ret = td->io_ops->queue(td, io_u);
 323
 324         unlock_file(td, io_u->file);
 325
 326         if (ret == FIO_Q_BUSY && ddir_rw(ddir)) {
 327                 td->io_issues[ddir]--;
 328                 td->io_issue_bytes[ddir] -= buflen;
 329                 td->rate_io_issue_bytes[ddir] -= buflen;
 330                 io_u_clear(td, io_u, IO_U_F_FLIGHT);
 331         }
 332
 333         /*
 334          * If an error was seen and the io engine didn't propagate it
 335          * back to 'td', do so.
 336          */
 337         if (io_u->error && !td->error)
 338                 td_verror(td, io_u->error, "td_io_queue");
 339
 340         /*
 341          * Add warning for O_DIRECT so that users have an easier time
 342          * spotting potentially bad alignment. If this triggers for the first
 343          * IO, then it's likely an alignment problem or because the host fs
 344          * does not support O_DIRECT
 345          */
 346         if (io_u->error == EINVAL && td->io_issues[io_u->ddir & 1] == 1 &&
 347             td->o.odirect) {
 348
 349                 log_info("fio: first direct IO errored. File system may not "
 350                          "support direct IO, or iomem_align= is bad, or "
 351                          "invalid block size. Try setting direct=0.\n");
 352         }
 353
 354         if (!td->io_ops->commit || io_u->ddir == DDIR_TRIM) {
 355                 io_u_mark_submit(td, 1);
 356                 io_u_mark_complete(td, 1);
 357         }
 358
 359         if (ret == FIO_Q_COMPLETED) {
 360                 if (ddir_rw(io_u->ddir) || ddir_sync(io_u->ddir)) {
 361                         io_u_mark_depth(td, 1);
 362                         td->ts.total_io_u[io_u->ddir]++;
 363                 }
 364         } else if (ret == FIO_Q_QUEUED) {
 365                 int r;
 366
 367                 td->io_u_queued++;
 368
 369                 if (ddir_rw(io_u->ddir) || ddir_sync(io_u->ddir))
 370                         td->ts.total_io_u[io_u->ddir]++;
 371
 372                 if (td->io_u_queued >= td->o.iodepth_batch) {
 373                         r = td_io_commit(td);
 374                         if (r < 0)
 375                                 return r;
 376                 }
 377         }
 378
 379         if (!td_ioengine_flagged(td, FIO_SYNCIO)) {
 380                 if (fio_fill_issue_time(td))
 381                         fio_gettime(&io_u->issue_time, NULL);
 382
 383                 /*
 384                  * only used for iolog
 385                  */
 386                 if (td->o.read_iolog_file)
 387                         memcpy(&td->last_issue, &io_u->issue_time,
 388                                         sizeof(io_u->issue_time));
 389         }
 390
 391         return ret;
 392 }
 393
 394 int td_io_init(struct thread_data *td)
 395 {
 396         int ret = 0;
 397
 398         if (td->io_ops->init) {
 399                 ret = td->io_ops->init(td);
 400                 if (ret)
 401                         log_err("fio: io engine %s init failed.%s\n",
 402                                 td->io_ops->name,
 403                                 td->o.iodepth > 1 ?
 404                                 " Perhaps try reducing io depth?" : "");
 405                 else
 406                         td->io_ops_init = 1;
 407                 if (!td->error)
 408                         td->error = ret;
 409         }
 410
 411         return ret;
 412 }
 413
 414 int td_io_commit(struct thread_data *td)
 415 {
 416         int ret;
 417
 418         dprint(FD_IO, "calling ->commit(), depth %d\n", td->cur_depth);
 419
 420         if (!td->cur_depth || !td->io_u_queued)
 421                 return 0;
 422
 423         io_u_mark_depth(td, td->io_u_queued);
 424
 425         if (td->io_ops->commit) {
 426                 ret = td->io_ops->commit(td);
 427                 if (ret)
 428                         td_verror(td, -ret, "io commit");
 429         }
 430
 431         /*
 432          * Reflect that events were submitted as async IO requests.
 433          */
 434         td->io_u_in_flight += td->io_u_queued;
 435         td->io_u_queued = 0;
 436
 437         return 0;
 438 }
 439
 440 int td_io_open_file(struct thread_data *td, struct fio_file *f)
 441 {
 442         assert(!fio_file_open(f));
 443         assert(f->fd == -1);
 444         assert(td->io_ops->open_file);
 445
 446         if (td->io_ops->open_file(td, f)) {
 447                 if (td->error == EINVAL && td->o.odirect)
 448                         log_err("fio: destination does not support O_DIRECT\n");
 449                 if (td->error == EMFILE) {
 450                         log_err("fio: try reducing/setting openfiles (failed"
 451                                 " at %u of %u)\n", td->nr_open_files,
 452                                                         td->o.nr_files);
 453                 }
 454
 455                 assert(f->fd == -1);
 456                 assert(!fio_file_open(f));
 457                 return 1;
 458         }
 459
 460         fio_file_reset(td, f);
 461         fio_file_set_open(f);
 462         fio_file_clear_closing(f);
 463         disk_util_inc(f->du);
 464
 465         td->nr_open_files++;
 466         get_file(f);
 467
 468         if (f->filetype == FIO_TYPE_PIPE) {
 469                 if (td_random(td)) {
 470                         log_err("fio: can't seek on pipes (no random io)\n");
 471                         goto err;
 472                 }
 473         }
 474
 475         if (td_ioengine_flagged(td, FIO_DISKLESSIO))
 476                 goto done;
 477
 478         if (td->o.invalidate_cache && file_invalidate_cache(td, f))
 479                 goto err;
 480
 481         if (td->o.fadvise_hint != F_ADV_NONE &&
 482             (f->filetype == FIO_TYPE_BLOCK || f->filetype == FIO_TYPE_FILE)) {
 483                 int flags;
 484
 485                 if (td->o.fadvise_hint == F_ADV_TYPE) {
 486                         if (td_random(td))
 487                                 flags = POSIX_FADV_RANDOM;
 488                         else
 489                                 flags = POSIX_FADV_SEQUENTIAL;
 490                 } else if (td->o.fadvise_hint == F_ADV_RANDOM)
 491                         flags = POSIX_FADV_RANDOM;
 492                 else if (td->o.fadvise_hint == F_ADV_SEQUENTIAL)
 493                         flags = POSIX_FADV_SEQUENTIAL;
 494                 else {
 495                         log_err("fio: unknown fadvise type %d\n",
 496                                                         td->o.fadvise_hint);
 497                         flags = POSIX_FADV_NORMAL;
 498                 }
 499
 500                 if (posix_fadvise(f->fd, f->file_offset, f->io_size, flags) < 0) {
 501                         if (!fio_did_warn(FIO_WARN_FADVISE))
 502                                 log_err("fio: fadvise hint failed\n");
 503                 }
 504         }
 505 #ifdef FIO_HAVE_WRITE_HINT
 506         if (fio_option_is_set(&td->o, write_hint) &&
 507             (f->filetype == FIO_TYPE_BLOCK || f->filetype == FIO_TYPE_FILE)) {
 508                 uint64_t hint = td->o.write_hint;
 509                 int cmd;
 510
 511                 /*
 512                  * For direct IO, we just need/want to set the hint on
 513                  * the file descriptor. For buffered IO, we need to set
 514                  * it on the inode.
 515                  */
 516                 if (td->o.odirect)
 517                         cmd = F_SET_FILE_RW_HINT;
 518                 else
 519                         cmd = F_SET_RW_HINT;
 520
 521                 if (fcntl(f->fd, cmd, &hint) < 0) {
 522                         td_verror(td, errno, "fcntl write hint");
 523                         goto err;
 524                 }
 525         }
 526 #endif
 527
 528         if (td->o.odirect && !OS_O_DIRECT && fio_set_directio(td, f))
 529                 goto err;
 530
 531 done:
 532         log_file(td, f, FIO_LOG_OPEN_FILE);
 533         return 0;
 534 err:
 535         disk_util_dec(f->du);
 536         if (td->io_ops->close_file)
 537                 td->io_ops->close_file(td, f);
 538         return 1;
 539 }
 540
 541 int td_io_close_file(struct thread_data *td, struct fio_file *f)
 542 {
 543         if (!fio_file_closing(f))
 544                 log_file(td, f, FIO_LOG_CLOSE_FILE);
 545
 546         /*
 547          * mark as closing, do real close when last io on it has completed
 548          */
 549         fio_file_set_closing(f);
 550
 551         disk_util_dec(f->du);
 552
 553         if (td->o.file_lock_mode != FILE_LOCK_NONE)
 554                 unlock_file_all(td, f);
 555
 556         return put_file(td, f);
 557 }
 558
 559 int td_io_unlink_file(struct thread_data *td, struct fio_file *f)
 560 {
 561         if (td->io_ops->unlink_file)
 562                 return td->io_ops->unlink_file(td, f);
 563         else {
 564                 int ret;
 565
 566                 ret = unlink(f->file_name);
 567                 if (ret < 0)
 568                         return errno;
 569
 570                 return 0;
 571         }
 572 }
 573
 574 int td_io_get_file_size(struct thread_data *td, struct fio_file *f)
 575 {
 576         if (!td->io_ops->get_file_size)
 577                 return 0;
 578
 579         return td->io_ops->get_file_size(td, f);
 580 }
 581
 582 int fio_show_ioengine_help(const char *engine)
 583 {
 584         struct flist_head *entry;
 585         struct ioengine_ops *io_ops;
 586         char *sep;
 587         int ret = 1;
 588
 589         if (!engine || !*engine) {
 590                 log_info("Available IO engines:\n");
 591                 flist_for_each(entry, &engine_list) {
 592                         io_ops = flist_entry(entry, struct ioengine_ops, list);
 593                         log_info("\t%s\n", io_ops->name);
 594                 }
 595                 return 0;
 596         }
 597         sep = strchr(engine, ',');
 598         if (sep) {
 599                 *sep = 0;
 600                 sep++;
 601         }
 602
 603         io_ops = __load_ioengine(engine);
 604         if (!io_ops) {
 605                 log_info("IO engine %s not found\n", engine);
 606                 return 1;
 607         }
 608
 609         if (io_ops->options)
 610                 ret = show_cmd_help(io_ops->options, sep);
 611         else
 612                 log_info("IO engine %s has no options\n", io_ops->name);
 613
 614         return ret;
 615 }