t/genzipf.c

   1 /*
   2  * Generate/analyze pareto/zipf distributions to better understand
   3  * what an access pattern would look like.
   4  *
   5  * For instance, the following would generate a zipf distribution
   6  * with theta 1.2, using 262144 (1 GB / 4096) values and split the reporting into
   7  * 20 buckets:
   8  *
   9  *      ./t/fio-genzipf -t zipf -i 1.2 -g 1 -b 4096 -o 20
  10  *
  11  * Only the distribution type (zipf or pareto) and spread input need
  12  * to be given, if not given defaults are used.
  13  *
  14  */
  15 #include <stdio.h>
  16 #include <stdlib.h>
  17 #include <fcntl.h>
  18 #include <string.h>
  19 #include <unistd.h>
  20
  21 #include "../lib/zipf.h"
  22 #include "../lib/gauss.h"
  23 #include "../flist.h"
  24 #include "../hash.h"
  25
  26 #define DEF_NR_OUTPUT   20
  27
  28 struct node {
  29         struct flist_head list;
  30         unsigned long long val;
  31         unsigned long hits;
  32 };
  33
  34 static struct flist_head *hash;
  35 static unsigned long hash_bits = 24;
  36 static unsigned long hash_size = 1 << 24;
  37
  38 enum {
  39         TYPE_NONE = 0,
  40         TYPE_ZIPF,
  41         TYPE_PARETO,
  42         TYPE_NORMAL,
  43 };
  44 static const char *dist_types[] = { "None", "Zipf", "Pareto", "Normal" };
  45
  46 enum {
  47         OUTPUT_NORMAL,
  48         OUTPUT_CSV,
  49 };
  50
  51 static int dist_type = TYPE_ZIPF;
  52 static unsigned long gb_size = 500;
  53 static unsigned long block_size = 4096;
  54 static unsigned long output_nranges = DEF_NR_OUTPUT;
  55 static double percentage;
  56 static double dist_val;
  57 static int output_type = OUTPUT_NORMAL;
  58
  59 #define DEF_ZIPF_VAL    1.2
  60 #define DEF_PARETO_VAL  0.3
  61
  62 static struct node *hash_lookup(unsigned long long val)
  63 {
  64         struct flist_head *l = &hash[hash_long(val, hash_bits)];
  65         struct flist_head *entry;
  66         struct node *n;
  67
  68         flist_for_each(entry, l) {
  69                 n = flist_entry(entry, struct node, list);
  70                 if (n->val == val)
  71                         return n;
  72         }
  73
  74         return NULL;
  75 }
  76
  77 static struct node *hash_insert(struct node *n, unsigned long long val)
  78 {
  79         struct flist_head *l = &hash[hash_long(val, hash_bits)];
  80
  81         n->val = val;
  82         n->hits = 1;
  83         flist_add_tail(&n->list, l);
  84         return n;
  85 }
  86
  87 static void usage(void)
  88 {
  89         printf("genzipf: test zipf/pareto values for fio input\n");
  90         printf("\t-h\tThis help screen\n");
  91         printf("\t-p\tGenerate size of data set that are hit by this percentage\n");
  92         printf("\t-t\tDistribution type (zipf, pareto, or normal)\n");
  93         printf("\t-i\tDistribution algorithm input (zipf theta, pareto power,\n"
  94                 "\t\tor normal %% deviation)\n");
  95         printf("\t-b\tBlock size of a given range (in bytes)\n");
  96         printf("\t-g\tSize of data set (in gigabytes)\n");
  97         printf("\t-o\tNumber of output rows\n");
  98         printf("\t-c\tOutput ranges in CSV format\n");
  99 }
 100
 101 static int parse_options(int argc, char *argv[])
 102 {
 103         const char *optstring = "t:g:i:o:b:p:ch";
 104         int c, dist_val_set = 0;
 105
 106         while ((c = getopt(argc, argv, optstring)) != -1) {
 107                 switch (c) {
 108                 case 'h':
 109                         usage();
 110                         return 1;
 111                 case 'p':
 112                         percentage = atof(optarg);
 113                         break;
 114                 case 'b':
 115                         block_size = strtoul(optarg, NULL, 10);
 116                         break;
 117                 case 't':
 118                         if (!strncmp(optarg, "zipf", 4))
 119                                 dist_type = TYPE_ZIPF;
 120                         else if (!strncmp(optarg, "pareto", 6))
 121                                 dist_type = TYPE_PARETO;
 122                         else if (!strncmp(optarg, "normal", 6))
 123                                 dist_type = TYPE_NORMAL;
 124                         else {
 125                                 printf("wrong dist type: %s\n", optarg);
 126                                 return 1;
 127                         }
 128                         break;
 129                 case 'g':
 130                         gb_size = strtoul(optarg, NULL, 10);
 131                         break;
 132                 case 'i':
 133                         dist_val = atof(optarg);
 134                         dist_val_set = 1;
 135                         break;
 136                 case 'o':
 137                         output_nranges = strtoul(optarg, NULL, 10);
 138                         break;
 139                 case 'c':
 140                         output_type = OUTPUT_CSV;
 141                         break;
 142                 default:
 143                         printf("bad option %c\n", c);
 144                         return 1;
 145                 }
 146         }
 147
 148         if (dist_type == TYPE_PARETO) {
 149                 if ((dist_val >= 1.00 || dist_val < 0.00)) {
 150                         printf("pareto input must be > 0.00 and < 1.00\n");
 151                         return 1;
 152                 }
 153                 if (!dist_val_set)
 154                         dist_val = DEF_PARETO_VAL;
 155         } else if (dist_type == TYPE_ZIPF) {
 156                 if (dist_val == 1.0) {
 157                         printf("zipf input must be different than 1.0\n");
 158                         return 1;
 159                 }
 160                 if (!dist_val_set)
 161                         dist_val = DEF_ZIPF_VAL;
 162         }
 163
 164         return 0;
 165 }
 166
 167 struct output_sum {
 168         double output;
 169         unsigned int nranges;
 170 };
 171
 172 static int node_cmp(const void *p1, const void *p2)
 173 {
 174         const struct node *n1 = p1;
 175         const struct node *n2 = p2;
 176
 177         return n2->hits - n1->hits;
 178 }
 179
 180 static void output_csv(struct node *nodes, unsigned long nnodes)
 181 {
 182         unsigned long i;
 183
 184         printf("rank, count\n");
 185         for (i = 0; i < nnodes; i++)
 186                 printf("%lu, %lu\n", i, nodes[i].hits);
 187 }
 188
 189 static void output_normal(struct node *nodes, unsigned long nnodes,
 190                           unsigned long nranges)
 191 {
 192         unsigned long i, j, cur_vals, interval_step, next_interval, total_vals;
 193         unsigned long blocks = percentage * nnodes / 100;
 194         double hit_percent_sum = 0;
 195         unsigned long long hit_sum = 0;
 196         double perc, perc_i;
 197         struct output_sum *output_sums;
 198
 199         interval_step = (nnodes - 1) / output_nranges + 1;
 200         next_interval = interval_step;
 201         output_sums = malloc(output_nranges * sizeof(struct output_sum));
 202
 203         for (i = 0; i < output_nranges; i++) {
 204                 output_sums[i].output = 0.0;
 205                 output_sums[i].nranges = 0;
 206         }
 207
 208         j = total_vals = cur_vals = 0;
 209
 210         for (i = 0; i < nnodes; i++) {
 211                 struct output_sum *os = &output_sums[j];
 212                 struct node *node = &nodes[i];
 213                 cur_vals += node->hits;
 214                 total_vals += node->hits;
 215                 os->nranges += node->hits;
 216                 if (i == (next_interval) -1 || i == nnodes - 1) {
 217                         os->output = (double) cur_vals / (double) nranges;
 218                         os->output *= 100.0;
 219                         cur_vals = 0;
 220                         next_interval += interval_step;
 221                         j++;
 222                 }
 223
 224                 if (percentage) {
 225                         if (total_vals >= blocks) {
 226                                 double cs = i * block_size / (1024 * 1024);
 227                                 char p = 'M';
 228
 229                                 if (cs > 1024.0) {
 230                                         cs /= 1024.0;
 231                                         p = 'G';
 232                                 }
 233                                 if (cs > 1024.0) {
 234                                         cs /= 1024.0;
 235                                         p = 'T';
 236                                 }
 237
 238                                 printf("%.2f%% of hits satisfied in %.3f%cB of cache\n", percentage, cs, p);
 239                                 percentage = 0.0;
 240                         }
 241                 }
 242         }
 243
 244         perc_i = 100.0 / (double)output_nranges;
 245         perc = 0.0;
 246
 247         printf("\n   Rows           Hits %%         Sum %%           # Hits          Size\n");
 248         printf("-----------------------------------------------------------------------\n");
 249         for (i = 0; i < output_nranges; i++) {
 250                 struct output_sum *os = &output_sums[i];
 251                 double gb = (double)os->nranges * block_size / 1024.0;
 252                 char p = 'K';
 253
 254                 if (gb > 1024.0) {
 255                         p = 'M';
 256                         gb /= 1024.0;
 257                 }
 258                 if (gb > 1024.0) {
 259                         p = 'G';
 260                         gb /= 1024.0;
 261                 }
 262
 263                 perc += perc_i;
 264                 hit_percent_sum += os->output;
 265                 hit_sum += os->nranges;
 266                 printf("%s %6.2f%%\t%6.2f%%\t\t%6.2f%%\t\t%8u\t%6.2f%c\n",
 267                         i ? "|->" : "Top", perc, os->output, hit_percent_sum,
 268                         os->nranges, gb, p);
 269         }
 270
 271         printf("-----------------------------------------------------------------------\n");
 272         printf("Total\t\t\t\t\t\t%8llu\n", hit_sum);
 273         free(output_sums);
 274 }
 275
 276 int main(int argc, char *argv[])
 277 {
 278         unsigned long offset;
 279         unsigned long long nranges;
 280         unsigned long nnodes;
 281         struct node *nodes;
 282         struct zipf_state zs;
 283         struct gauss_state gs;
 284         int i, j;
 285
 286         if (parse_options(argc, argv))
 287                 return 1;
 288
 289         if (output_type != OUTPUT_CSV)
 290                 printf("Generating %s distribution with %f input and %lu GB size and %lu block_size.\n", dist_types[dist_type], dist_val, gb_size, block_size);
 291
 292         nranges = gb_size * 1024 * 1024 * 1024ULL;
 293         nranges /= block_size;
 294
 295         if (dist_type == TYPE_ZIPF)
 296                 zipf_init(&zs, nranges, dist_val, 1);
 297         else if (dist_type == TYPE_PARETO)
 298                 pareto_init(&zs, nranges, dist_val, 1);
 299         else
 300                 gauss_init(&gs, nranges, dist_val, 1);
 301
 302         hash_bits = 0;
 303         hash_size = nranges;
 304         while ((hash_size >>= 1) != 0)
 305                 hash_bits++;
 306
 307         hash_size = 1 << hash_bits;
 308
 309         hash = malloc(hash_size * sizeof(struct flist_head));
 310         for (i = 0; i < hash_size; i++)
 311                 INIT_FLIST_HEAD(&hash[i]);
 312
 313         nodes = malloc(nranges * sizeof(struct node));
 314
 315         for (i = j = 0; i < nranges; i++) {
 316                 struct node *n;
 317
 318                 if (dist_type == TYPE_ZIPF)
 319                         offset = zipf_next(&zs);
 320                 else if (dist_type == TYPE_PARETO)
 321                         offset = pareto_next(&zs);
 322                 else
 323                         offset = gauss_next(&gs);
 324
 325                 n = hash_lookup(offset);
 326                 if (n)
 327                         n->hits++;
 328                 else {
 329                         hash_insert(&nodes[j], offset);
 330                         j++;
 331                 }
 332
 333         }
 334
 335         qsort(nodes, j, sizeof(struct node), node_cmp);
 336         nnodes = j;
 337
 338         if (output_type == OUTPUT_CSV)
 339                 output_csv(nodes, nnodes);
 340         else
 341                 output_normal(nodes, nnodes, nranges);
 342
 343         free(hash);
 344         free(nodes);
 345         return 0;
 346 }