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 <stdlib.h>
  13 #include <unistd.h>
  14 #include <string.h>
  15 #include <dlfcn.h>
  16 #include <fcntl.h>
  17 #include <assert.h>
  18
  19 #include "fio.h"
  20 #include "diskutil.h"
  21 #include "zbd.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 *engine)
 125 {
 126         /*
 127          * linux libaio has alias names, so convert to what we want
 128          */
 129         if (!strncmp(engine, "linuxaio", 8)) {
 130                 dprint(FD_IO, "converting ioengine name: %s -> libaio\n",
 131                        engine);
 132                 engine = "libaio";
 133         }
 134
 135         dprint(FD_IO, "load ioengine %s\n", engine);
 136         return find_ioengine(engine);
 137 }
 138
 139 struct ioengine_ops *load_ioengine(struct thread_data *td)
 140 {
 141         struct ioengine_ops *ops = NULL;
 142         const char *name;
 143
 144         /*
 145          * Use ->ioengine_so_path if an external ioengine path is specified.
 146          * In this case, ->ioengine is "external" which also means the prefix
 147          * for external ioengines "external:" is properly used.
 148          */
 149         name = td->o.ioengine_so_path ?: td->o.ioengine;
 150
 151         /*
 152          * Try to load ->ioengine first, and if failed try to dlopen(3) either
 153          * ->ioengine or ->ioengine_so_path.  This is redundant for an external
 154          * ioengine with prefix, and also leaves the possibility of unexpected
 155          * behavior (e.g. if the "external" ioengine exists), but we do this
 156          * so as not to break job files not using the prefix.
 157          */
 158         ops = __load_ioengine(td->o.ioengine);
 159         if (!ops)
 160                 ops = dlopen_ioengine(td, name);
 161
 162         /*
 163          * If ops is NULL, we failed to load ->ioengine, and also failed to
 164          * dlopen(3) either ->ioengine or ->ioengine_so_path as a path.
 165          */
 166         if (!ops) {
 167                 log_err("fio: engine %s not loadable\n", name);
 168                 return NULL;
 169         }
 170
 171         /*
 172          * Check that the required methods are there.
 173          */
 174         if (check_engine_ops(ops))
 175                 return NULL;
 176
 177         return ops;
 178 }
 179
 180 /*
 181  * For cleaning up an ioengine which never made it to init().
 182  */
 183 void free_ioengine(struct thread_data *td)
 184 {
 185         dprint(FD_IO, "free ioengine %s\n", td->io_ops->name);
 186
 187         if (td->eo && td->io_ops->options) {
 188                 options_free(td->io_ops->options, td->eo);
 189                 free(td->eo);
 190                 td->eo = NULL;
 191         }
 192
 193         if (td->io_ops_dlhandle) {
 194                 dlclose(td->io_ops_dlhandle);
 195                 td->io_ops_dlhandle = NULL;
 196         }
 197
 198         td->io_ops = NULL;
 199 }
 200
 201 void close_ioengine(struct thread_data *td)
 202 {
 203         dprint(FD_IO, "close ioengine %s\n", td->io_ops->name);
 204
 205         if (td->io_ops->cleanup) {
 206                 td->io_ops->cleanup(td);
 207                 td->io_ops_data = NULL;
 208         }
 209
 210         free_ioengine(td);
 211 }
 212
 213 int td_io_prep(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
 214 {
 215         dprint_io_u(io_u, "prep");
 216         fio_ro_check(td, io_u);
 217
 218         lock_file(td, io_u->file, io_u->ddir);
 219
 220         if (td->io_ops->prep) {
 221                 int ret = td->io_ops->prep(td, io_u);
 222
 223                 dprint(FD_IO, "prep: io_u %p: ret=%d\n", io_u, ret);
 224
 225                 if (ret)
 226                         unlock_file(td, io_u->file);
 227                 return ret;
 228         }
 229
 230         return 0;
 231 }
 232
 233 int td_io_getevents(struct thread_data *td, unsigned int min, unsigned int max,
 234                     const struct timespec *t)
 235 {
 236         int r = 0;
 237
 238         /*
 239          * For ioengine=rdma one side operation RDMA_WRITE or RDMA_READ,
 240          * server side gets a message from the client
 241          * side that the task is finished, and
 242          * td->done is set to 1 after td_io_commit(). In this case,
 243          * there is no need to reap complete event in server side.
 244          */
 245         if (td->done)
 246                 return 0;
 247
 248         if (min > 0 && td->io_ops->commit) {
 249                 r = td->io_ops->commit(td);
 250                 if (r < 0)
 251                         goto out;
 252         }
 253         if (max > td->cur_depth)
 254                 max = td->cur_depth;
 255         if (min > max)
 256                 max = min;
 257
 258         r = 0;
 259         if (max && td->io_ops->getevents)
 260                 r = td->io_ops->getevents(td, min, max, t);
 261 out:
 262         if (r >= 0) {
 263                 /*
 264                  * Reflect that our submitted requests were retrieved with
 265                  * whatever OS async calls are in the underlying engine.
 266                  */
 267                 td->io_u_in_flight -= r;
 268                 io_u_mark_complete(td, r);
 269         } else
 270                 td_verror(td, r, "get_events");
 271
 272         dprint(FD_IO, "getevents: %d\n", r);
 273         return r;
 274 }
 275
 276 enum fio_q_status td_io_queue(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
 277 {
 278         const enum fio_ddir ddir = acct_ddir(io_u);
 279         unsigned long long buflen = io_u->xfer_buflen;
 280         enum fio_q_status ret;
 281
 282         dprint_io_u(io_u, "queue");
 283         fio_ro_check(td, io_u);
 284
 285         assert((io_u->flags & IO_U_F_FLIGHT) == 0);
 286         io_u_set(td, io_u, IO_U_F_FLIGHT);
 287
 288         /*
 289          * If overlap checking was enabled in offload mode we
 290          * can release this lock that was acquired when we
 291          * started the overlap check because the IO_U_F_FLIGHT
 292          * flag is now set
 293          */
 294         if (td_offload_overlap(td))
 295                 pthread_mutex_unlock(&overlap_check);
 296
 297         assert(fio_file_open(io_u->file));
 298
 299         /*
 300          * If using a write iolog, store this entry.
 301          */
 302         log_io_u(td, io_u);
 303
 304         io_u->error = 0;
 305         io_u->resid = 0;
 306
 307         if (td_ioengine_flagged(td, FIO_SYNCIO) ||
 308                 (td_ioengine_flagged(td, FIO_ASYNCIO_SYNC_TRIM) &&
 309                 io_u->ddir == DDIR_TRIM)) {
 310                 if (fio_fill_issue_time(td))
 311                         fio_gettime(&io_u->issue_time, NULL);
 312
 313                 /*
 314                  * only used for iolog
 315                  */
 316                 if (td->o.read_iolog_file)
 317                         memcpy(&td->last_issue, &io_u->issue_time,
 318                                         sizeof(io_u->issue_time));
 319         }
 320
 321         if (ddir_rw(ddir)) {
 322                 if (!(io_u->flags & IO_U_F_VER_LIST)) {
 323                         td->io_issues[ddir]++;
 324                         td->io_issue_bytes[ddir] += buflen;
 325                 }
 326                 td->rate_io_issue_bytes[ddir] += buflen;
 327         }
 328
 329         ret = td->io_ops->queue(td, io_u);
 330         zbd_queue_io_u(io_u, ret);
 331
 332         unlock_file(td, io_u->file);
 333
 334         if (ret == FIO_Q_BUSY && ddir_rw(ddir)) {
 335                 td->io_issues[ddir]--;
 336                 td->io_issue_bytes[ddir] -= buflen;
 337                 td->rate_io_issue_bytes[ddir] -= buflen;
 338                 io_u_clear(td, io_u, IO_U_F_FLIGHT);
 339         }
 340
 341         /*
 342          * If an error was seen and the io engine didn't propagate it
 343          * back to 'td', do so.
 344          */
 345         if (io_u->error && !td->error)
 346                 td_verror(td, io_u->error, "td_io_queue");
 347
 348         /*
 349          * Add warning for O_DIRECT so that users have an easier time
 350          * spotting potentially bad alignment. If this triggers for the first
 351          * IO, then it's likely an alignment problem or because the host fs
 352          * does not support O_DIRECT
 353          */
 354         if (io_u->error == EINVAL && td->io_issues[io_u->ddir & 1] == 1 &&
 355             td->o.odirect) {
 356
 357                 log_info("fio: first direct IO errored. File system may not "
 358                          "support direct IO, or iomem_align= is bad, or "
 359                          "invalid block size. Try setting direct=0.\n");
 360         }
 361
 362         if (zbd_unaligned_write(io_u->error) &&
 363             td->io_issues[io_u->ddir & 1] == 1 &&
 364             td->o.zone_mode != ZONE_MODE_ZBD) {
 365                 log_info("fio: first I/O failed. If %s is a zoned block device, consider --zonemode=zbd\n",
 366                          io_u->file->file_name);
 367         }
 368
 369         if (!td->io_ops->commit) {
 370                 io_u_mark_submit(td, 1);
 371                 io_u_mark_complete(td, 1);
 372                 zbd_put_io_u(io_u);
 373         }
 374
 375         if (ret == FIO_Q_COMPLETED) {
 376                 if (ddir_rw(io_u->ddir) ||
 377                     (ddir_sync(io_u->ddir) && td->runstate != TD_FSYNCING)) {
 378                         io_u_mark_depth(td, 1);
 379                         td->ts.total_io_u[io_u->ddir]++;
 380                 }
 381         } else if (ret == FIO_Q_QUEUED) {
 382                 td->io_u_queued++;
 383
 384                 if (ddir_rw(io_u->ddir) ||
 385                     (ddir_sync(io_u->ddir) && td->runstate != TD_FSYNCING))
 386                         td->ts.total_io_u[io_u->ddir]++;
 387
 388                 if (td->io_u_queued >= td->o.iodepth_batch)
 389                         td_io_commit(td);
 390         }
 391
 392         if (!td_ioengine_flagged(td, FIO_SYNCIO) &&
 393                 (!td_ioengine_flagged(td, FIO_ASYNCIO_SYNC_TRIM) ||
 394                  io_u->ddir != DDIR_TRIM)) {
 395                 if (fio_fill_issue_time(td))
 396                         fio_gettime(&io_u->issue_time, NULL);
 397
 398                 /*
 399                  * only used for iolog
 400                  */
 401                 if (td->o.read_iolog_file)
 402                         memcpy(&td->last_issue, &io_u->issue_time,
 403                                         sizeof(io_u->issue_time));
 404         }
 405
 406         return ret;
 407 }
 408
 409 int td_io_init(struct thread_data *td)
 410 {
 411         int ret = 0;
 412
 413         if (td->io_ops->init) {
 414                 ret = td->io_ops->init(td);
 415                 if (ret)
 416                         log_err("fio: io engine %s init failed.%s\n",
 417                                 td->io_ops->name,
 418                                 td->o.iodepth > 1 ?
 419                                 " Perhaps try reducing io depth?" : "");
 420                 else
 421                         td->io_ops_init = 1;
 422                 if (!td->error)
 423                         td->error = ret;
 424         }
 425
 426         return ret;
 427 }
 428
 429 void td_io_commit(struct thread_data *td)
 430 {
 431         int ret;
 432
 433         dprint(FD_IO, "calling ->commit(), depth %d\n", td->cur_depth);
 434
 435         if (!td->cur_depth || !td->io_u_queued)
 436                 return;
 437
 438         io_u_mark_depth(td, td->io_u_queued);
 439
 440         if (td->io_ops->commit) {
 441                 ret = td->io_ops->commit(td);
 442                 if (ret)
 443                         td_verror(td, -ret, "io commit");
 444         }
 445
 446         /*
 447          * Reflect that events were submitted as async IO requests.
 448          */
 449         td->io_u_in_flight += td->io_u_queued;
 450         td->io_u_queued = 0;
 451 }
 452
 453 int td_io_open_file(struct thread_data *td, struct fio_file *f)
 454 {
 455         if (fio_file_closing(f)) {
 456                 /*
 457                  * Open translates to undo closing.
 458                  */
 459                 fio_file_clear_closing(f);
 460                 get_file(f);
 461                 return 0;
 462         }
 463         assert(!fio_file_open(f));
 464         assert(f->fd == -1);
 465         assert(td->io_ops->open_file);
 466
 467         if (td->io_ops->open_file(td, f)) {
 468                 if (td->error == EINVAL && td->o.odirect)
 469                         log_err("fio: destination does not support O_DIRECT\n");
 470                 if (td->error == EMFILE) {
 471                         log_err("fio: try reducing/setting openfiles (failed"
 472                                 " at %u of %u)\n", td->nr_open_files,
 473                                                         td->o.nr_files);
 474                 }
 475
 476                 assert(f->fd == -1);
 477                 assert(!fio_file_open(f));
 478                 return 1;
 479         }
 480
 481         fio_file_reset(td, f);
 482         fio_file_set_open(f);
 483         fio_file_clear_closing(f);
 484         disk_util_inc(f->du);
 485
 486         td->nr_open_files++;
 487         get_file(f);
 488
 489         if (f->filetype == FIO_TYPE_PIPE) {
 490                 if (td_random(td)) {
 491                         log_err("fio: can't seek on pipes (no random io)\n");
 492                         goto err;
 493                 }
 494         }
 495
 496         if (td_ioengine_flagged(td, FIO_DISKLESSIO))
 497                 goto done;
 498
 499         if (td->o.invalidate_cache && file_invalidate_cache(td, f))
 500                 goto err;
 501
 502         if (td->o.fadvise_hint != F_ADV_NONE &&
 503             (f->filetype == FIO_TYPE_BLOCK || f->filetype == FIO_TYPE_FILE)) {
 504                 int flags;
 505
 506                 if (td->o.fadvise_hint == F_ADV_TYPE) {
 507                         if (td_random(td))
 508                                 flags = POSIX_FADV_RANDOM;
 509                         else
 510                                 flags = POSIX_FADV_SEQUENTIAL;
 511                 } else if (td->o.fadvise_hint == F_ADV_RANDOM)
 512                         flags = POSIX_FADV_RANDOM;
 513                 else if (td->o.fadvise_hint == F_ADV_SEQUENTIAL)
 514                         flags = POSIX_FADV_SEQUENTIAL;
 515                 else {
 516                         log_err("fio: unknown fadvise type %d\n",
 517                                                         td->o.fadvise_hint);
 518                         flags = POSIX_FADV_NORMAL;
 519                 }
 520
 521                 if (posix_fadvise(f->fd, f->file_offset, f->io_size, flags) < 0) {
 522                         if (!fio_did_warn(FIO_WARN_FADVISE))
 523                                 log_err("fio: fadvise hint failed\n");
 524                 }
 525         }
 526 #ifdef FIO_HAVE_WRITE_HINT
 527         if (fio_option_is_set(&td->o, write_hint) &&
 528             (f->filetype == FIO_TYPE_BLOCK || f->filetype == FIO_TYPE_FILE)) {
 529                 uint64_t hint = td->o.write_hint;
 530                 int cmd;
 531
 532                 /*
 533                  * For direct IO, we just need/want to set the hint on
 534                  * the file descriptor. For buffered IO, we need to set
 535                  * it on the inode.
 536                  */
 537                 if (td->o.odirect)
 538                         cmd = F_SET_FILE_RW_HINT;
 539                 else
 540                         cmd = F_SET_RW_HINT;
 541
 542                 if (fcntl(f->fd, cmd, &hint) < 0) {
 543                         td_verror(td, errno, "fcntl write hint");
 544                         goto err;
 545                 }
 546         }
 547 #endif
 548
 549         if (td->o.odirect && !OS_O_DIRECT && fio_set_directio(td, f))
 550                 goto err;
 551
 552 done:
 553         log_file(td, f, FIO_LOG_OPEN_FILE);
 554         return 0;
 555 err:
 556         disk_util_dec(f->du);
 557         if (td->io_ops->close_file)
 558                 td->io_ops->close_file(td, f);
 559         return 1;
 560 }
 561
 562 int td_io_close_file(struct thread_data *td, struct fio_file *f)
 563 {
 564         if (!fio_file_closing(f))
 565                 log_file(td, f, FIO_LOG_CLOSE_FILE);
 566
 567         /*
 568          * mark as closing, do real close when last io on it has completed
 569          */
 570         fio_file_set_closing(f);
 571
 572         return put_file(td, f);
 573 }
 574
 575 int td_io_unlink_file(struct thread_data *td, struct fio_file *f)
 576 {
 577         if (td->io_ops->unlink_file)
 578                 return td->io_ops->unlink_file(td, f);
 579         else {
 580                 int ret;
 581
 582                 ret = unlink(f->file_name);
 583                 if (ret < 0)
 584                         return errno;
 585
 586                 return 0;
 587         }
 588 }
 589
 590 int td_io_get_file_size(struct thread_data *td, struct fio_file *f)
 591 {
 592         if (!td->io_ops->get_file_size)
 593                 return 0;
 594
 595         return td->io_ops->get_file_size(td, f);
 596 }
 597
 598 int fio_show_ioengine_help(const char *engine)
 599 {
 600         struct flist_head *entry;
 601         struct thread_data td;
 602         struct ioengine_ops *io_ops;
 603         char *sep;
 604         int ret = 1;
 605
 606         if (!engine || !*engine) {
 607                 log_info("Available IO engines:\n");
 608                 flist_for_each(entry, &engine_list) {
 609                         io_ops = flist_entry(entry, struct ioengine_ops, list);
 610                         log_info("\t%s\n", io_ops->name);
 611                 }
 612                 return 0;
 613         }
 614         sep = strchr(engine, ',');
 615         if (sep) {
 616                 *sep = 0;
 617                 sep++;
 618         }
 619
 620         memset(&td, 0, sizeof(struct thread_data));
 621         td.o.ioengine = (char *)engine;
 622         io_ops = load_ioengine(&td);
 623
 624         if (!io_ops) {
 625                 log_info("IO engine %s not found\n", engine);
 626                 return 1;
 627         }
 628
 629         if (io_ops->options)
 630                 ret = show_cmd_help(io_ops->options, sep);
 631         else
 632                 log_info("IO engine %s has no options\n", io_ops->name);
 633
 634         free_ioengine(&td);
 635         return ret;
 636 }