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 GiB / 4096) values and split the
   7  * reporting into 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 <string.h>
  18 #include <unistd.h>
  19
  20 #include "../lib/zipf.h"
  21 #include "../lib/gauss.h"
  22 #include "../flist.h"
  23 #include "../hash.h"
  24
  25 #define DEF_NR_OUTPUT   20
  26
  27 struct node {
  28         struct flist_head list;
  29         unsigned long long val;
  30         unsigned long hits;
  31 };
  32
  33 static struct flist_head *hash;
  34 static unsigned long hash_bits = 24;
  35 static unsigned long hash_size = 1 << 24;
  36
  37 enum {
  38         TYPE_NONE = 0,
  39         TYPE_ZIPF,
  40         TYPE_PARETO,
  41         TYPE_NORMAL,
  42 };
  43 static const char *dist_types[] = { "None", "Zipf", "Pareto", "Normal" };
  44
  45 enum {
  46         OUTPUT_NORMAL,
  47         OUTPUT_CSV,
  48 };
  49
  50 static int dist_type = TYPE_ZIPF;
  51 static unsigned long gib_size = 500;
  52 static unsigned long block_size = 4096;
  53 static unsigned long output_nranges = DEF_NR_OUTPUT;
  54 static double percentage;
  55 static double dist_val;
  56 static int output_type = OUTPUT_NORMAL;
  57
  58 #define DEF_ZIPF_VAL    1.2
  59 #define DEF_PARETO_VAL  0.3
  60
  61 static unsigned int hashv(unsigned long long val)
  62 {
  63         return jhash(&val, sizeof(val), 0) & (hash_size - 1);
  64 }
  65
  66 static struct node *hash_lookup(unsigned long long val)
  67 {
  68         struct flist_head *l = &hash[hashv(val)];
  69         struct flist_head *entry;
  70         struct node *n;
  71
  72         flist_for_each(entry, l) {
  73                 n = flist_entry(entry, struct node, list);
  74                 if (n->val == val)
  75                         return n;
  76         }
  77
  78         return NULL;
  79 }
  80
  81 static void hash_insert(struct node *n, unsigned long long val)
  82 {
  83         struct flist_head *l = &hash[hashv(val)];
  84
  85         n->val = val;
  86         n->hits = 1;
  87         flist_add_tail(&n->list, l);
  88 }
  89
  90 static void usage(void)
  91 {
  92         printf("genzipf: test zipf/pareto values for fio input\n");
  93         printf("\t-h\tThis help screen\n");
  94         printf("\t-p\tGenerate size of data set that are hit by this percentage\n");
  95         printf("\t-t\tDistribution type (zipf, pareto, or normal)\n");
  96         printf("\t-i\tDistribution algorithm input (zipf theta, pareto power,\n"
  97                 "\t\tor normal %% deviation)\n");
  98         printf("\t-b\tBlock size of a given range (in bytes)\n");
  99         printf("\t-g\tSize of data set (in gigabytes)\n");
 100         printf("\t-o\tNumber of output rows\n");
 101         printf("\t-c\tOutput ranges in CSV format\n");
 102 }
 103
 104 static int parse_options(int argc, char *argv[])
 105 {
 106         const char *optstring = "t:g:i:o:b:p:ch";
 107         int c, dist_val_set = 0;
 108
 109         while ((c = getopt(argc, argv, optstring)) != -1) {
 110                 switch (c) {
 111                 case 'h':
 112                         usage();
 113                         return 1;
 114                 case 'p':
 115                         percentage = atof(optarg);
 116                         break;
 117                 case 'b':
 118                         block_size = strtoul(optarg, NULL, 10);
 119                         break;
 120                 case 't':
 121                         if (!strncmp(optarg, "zipf", 4))
 122                                 dist_type = TYPE_ZIPF;
 123                         else if (!strncmp(optarg, "pareto", 6))
 124                                 dist_type = TYPE_PARETO;
 125                         else if (!strncmp(optarg, "normal", 6))
 126                                 dist_type = TYPE_NORMAL;
 127                         else {
 128                                 printf("wrong dist type: %s\n", optarg);
 129                                 return 1;
 130                         }
 131                         break;
 132                 case 'g':
 133                         gib_size = strtoul(optarg, NULL, 10);
 134                         break;
 135                 case 'i':
 136                         dist_val = atof(optarg);
 137                         dist_val_set = 1;
 138                         break;
 139                 case 'o':
 140                         output_nranges = strtoul(optarg, NULL, 10);
 141                         break;
 142                 case 'c':
 143                         output_type = OUTPUT_CSV;
 144                         break;
 145                 default:
 146                         printf("bad option %c\n", c);
 147                         return 1;
 148                 }
 149         }
 150
 151         if (dist_type == TYPE_PARETO) {
 152                 if ((dist_val >= 1.00 || dist_val < 0.00)) {
 153                         printf("pareto input must be > 0.00 and < 1.00\n");
 154                         return 1;
 155                 }
 156                 if (!dist_val_set)
 157                         dist_val = DEF_PARETO_VAL;
 158         } else if (dist_type == TYPE_ZIPF) {
 159                 if (dist_val == 1.0) {
 160                         printf("zipf input must be different than 1.0\n");
 161                         return 1;
 162                 }
 163                 if (!dist_val_set)
 164                         dist_val = DEF_ZIPF_VAL;
 165         }
 166
 167         return 0;
 168 }
 169
 170 struct output_sum {
 171         double output;
 172         unsigned int nranges;
 173 };
 174
 175 static int node_cmp(const void *p1, const void *p2)
 176 {
 177         const struct node *n1 = p1;
 178         const struct node *n2 = p2;
 179
 180         return n2->hits - n1->hits;
 181 }
 182
 183 static void output_csv(struct node *nodes, unsigned long nnodes)
 184 {
 185         unsigned long i;
 186
 187         printf("rank, count\n");
 188         for (i = 0; i < nnodes; i++)
 189                 printf("%lu, %lu\n", i, nodes[i].hits);
 190 }
 191
 192 static void output_normal(struct node *nodes, unsigned long nnodes,
 193                           unsigned long nranges)
 194 {
 195         unsigned long i, j, cur_vals, interval_step, next_interval, total_vals;
 196         unsigned long blocks = percentage * nnodes / 100;
 197         double hit_percent_sum = 0;
 198         unsigned long long hit_sum = 0;
 199         double perc, perc_i;
 200         struct output_sum *output_sums;
 201
 202         interval_step = (nnodes - 1) / output_nranges + 1;
 203         next_interval = interval_step;
 204         output_sums = malloc(output_nranges * sizeof(struct output_sum));
 205
 206         for (i = 0; i < output_nranges; i++) {
 207                 output_sums[i].output = 0.0;
 208                 output_sums[i].nranges = 0;
 209         }
 210
 211         j = total_vals = cur_vals = 0;
 212
 213         for (i = 0; i < nnodes; i++) {
 214                 struct output_sum *os = &output_sums[j];
 215                 struct node *node = &nodes[i];
 216                 cur_vals += node->hits;
 217                 total_vals += node->hits;
 218                 os->nranges += node->hits;
 219                 if (i == (next_interval) -1 || i == nnodes - 1) {
 220                         os->output = (double) cur_vals / (double) nranges;
 221                         os->output *= 100.0;
 222                         cur_vals = 0;
 223                         next_interval += interval_step;
 224                         j++;
 225                 }
 226
 227                 if (percentage) {
 228                         if (total_vals >= blocks) {
 229                                 double cs = (double) i * block_size / (1024.0 * 1024.0);
 230                                 char p = 'M';
 231
 232                                 if (cs > 1024.0) {
 233                                         cs /= 1024.0;
 234                                         p = 'G';
 235                                 }
 236                                 if (cs > 1024.0) {
 237                                         cs /= 1024.0;
 238                                         p = 'T';
 239                                 }
 240
 241                                 printf("%.2f%% of hits satisfied in %.3f%cB of cache\n", percentage, cs, p);
 242                                 percentage = 0.0;
 243                         }
 244                 }
 245         }
 246
 247         perc_i = 100.0 / (double)output_nranges;
 248         perc = 0.0;
 249
 250         printf("\n   Rows           Hits %%         Sum %%           # Hits          Size\n");
 251         printf("-----------------------------------------------------------------------\n");
 252         for (i = 0; i < output_nranges; i++) {
 253                 struct output_sum *os = &output_sums[i];
 254                 double gb = (double)os->nranges * block_size / 1024.0;
 255                 char p = 'K';
 256
 257                 if (gb > 1024.0) {
 258                         p = 'M';
 259                         gb /= 1024.0;
 260                 }
 261                 if (gb > 1024.0) {
 262                         p = 'G';
 263                         gb /= 1024.0;
 264                 }
 265
 266                 perc += perc_i;
 267                 hit_percent_sum += os->output;
 268                 hit_sum += os->nranges;
 269                 printf("%s %6.2f%%\t%6.2f%%\t\t%6.2f%%\t\t%8u\t%6.2f%c\n",
 270                         i ? "|->" : "Top", perc, os->output, hit_percent_sum,
 271                         os->nranges, gb, p);
 272         }
 273
 274         printf("-----------------------------------------------------------------------\n");
 275         printf("Total\t\t\t\t\t\t%8llu\n", hit_sum);
 276         free(output_sums);
 277 }
 278
 279 int main(int argc, char *argv[])
 280 {
 281         unsigned long offset;
 282         unsigned long long nranges;
 283         unsigned long nnodes;
 284         struct node *nodes;
 285         struct zipf_state zs;
 286         struct gauss_state gs;
 287         int i, j;
 288
 289         if (parse_options(argc, argv))
 290                 return 1;
 291
 292         if (output_type != OUTPUT_CSV)
 293                 printf("Generating %s distribution with %f input and %lu GiB size and %lu block_size.\n",
 294                        dist_types[dist_type], dist_val, gib_size, block_size);
 295
 296         nranges = gib_size * 1024 * 1024 * 1024ULL;
 297         nranges /= block_size;
 298
 299         if (dist_type == TYPE_ZIPF)
 300                 zipf_init(&zs, nranges, dist_val, 1);
 301         else if (dist_type == TYPE_PARETO)
 302                 pareto_init(&zs, nranges, dist_val, 1);
 303         else
 304                 gauss_init(&gs, nranges, dist_val, 1);
 305
 306         hash_bits = 0;
 307         hash_size = nranges;
 308         while ((hash_size >>= 1) != 0)
 309                 hash_bits++;
 310
 311         hash_size = 1 << hash_bits;
 312
 313         hash = calloc(hash_size, sizeof(struct flist_head));
 314         for (i = 0; i < hash_size; i++)
 315                 INIT_FLIST_HEAD(&hash[i]);
 316
 317         nodes = malloc(nranges * sizeof(struct node));
 318
 319         for (i = j = 0; i < nranges; i++) {
 320                 struct node *n;
 321
 322                 if (dist_type == TYPE_ZIPF)
 323                         offset = zipf_next(&zs);
 324                 else if (dist_type == TYPE_PARETO)
 325                         offset = pareto_next(&zs);
 326                 else
 327                         offset = gauss_next(&gs);
 328
 329                 n = hash_lookup(offset);
 330                 if (n)
 331                         n->hits++;
 332                 else {
 333                         hash_insert(&nodes[j], offset);
 334                         j++;
 335                 }
 336         }
 337
 338         qsort(nodes, j, sizeof(struct node), node_cmp);
 339         nnodes = j;
 340
 341         if (output_type == OUTPUT_CSV)
 342                 output_csv(nodes, nnodes);
 343         else
 344                 output_normal(nodes, nnodes, nranges);
 345
 346         free(hash);
 347         free(nodes);
 348         return 0;
 349 }