t/io_uring: only calculate per-file depth if we have files
[fio.git] / gettime.c
index a4ee20df73b122c9a63cf7cd243e98e5186c1180..5ca3120633dd409c669da255dd7e422258b3021d 100644 (file)
--- a/gettime.c
+++ b/gettime.c
@@ -2,33 +2,29 @@
  * Clock functions
  */
 
-#include <unistd.h>
 #include <math.h>
-#include <sys/time.h>
-#include <time.h>
 
 #include "fio.h"
-#include "smalloc.h"
-
-#include "hash.h"
 #include "os/os.h"
 
 #if defined(ARCH_HAVE_CPU_CLOCK)
 #ifndef ARCH_CPU_CLOCK_CYCLES_PER_USEC
-static unsigned long cycles_per_usec;
-static unsigned long inv_cycles_per_nsec;
-static uint64_t max_cycles_for_mult;
-#define NSEC_INV_FACTOR 4096
+static unsigned long long cycles_per_msec;
+static unsigned long long cycles_start;
+static unsigned long long clock_mult;
+static unsigned long long max_cycles_mask;
+static unsigned long long nsecs_for_max_cycles;
+static unsigned int clock_shift;
+static unsigned int max_cycles_shift;
+#define MAX_CLOCK_SEC 60*60
 #endif
 #ifdef ARCH_CPU_CLOCK_WRAPS
-static unsigned long long cycles_start, cycles_wrap;
+static unsigned int cycles_wrap;
 #endif
 #endif
-int tsc_reliable = 0;
+bool tsc_reliable = false;
 
 struct tv_valid {
-       uint64_t last_cycles;
-       int last_tv_valid;
        int warned;
 };
 #ifdef ARCH_HAVE_CPU_CLOCK
@@ -131,18 +127,33 @@ static void fio_init gtod_init(void)
 
 #endif /* FIO_DEBUG_TIME */
 
-#ifdef CONFIG_CLOCK_GETTIME
-static int fill_clock_gettime(struct timespec *ts)
+/*
+ * Queries the value of the monotonic clock if a monotonic clock is available
+ * or the wall clock time if no monotonic clock is available. Returns 0 if
+ * querying the clock succeeded or -1 if querying the clock failed.
+ */
+int fio_get_mono_time(struct timespec *ts)
 {
-#if defined(CONFIG_CLOCK_MONOTONIC_RAW)
-       return clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC_RAW, ts);
-#elif defined(CONFIG_CLOCK_MONOTONIC)
-       return clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC, ts);
+       int ret;
+
+#ifdef CONFIG_CLOCK_GETTIME
+#if defined(CONFIG_CLOCK_MONOTONIC)
+       ret = clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC, ts);
 #else
-       return clock_gettime(CLOCK_REALTIME, ts);
+       ret = clock_gettime(CLOCK_REALTIME, ts);
 #endif
-}
+#else
+       struct timeval tv;
+
+       ret = gettimeofday(&tv, NULL);
+       if (ret == 0) {
+               ts->tv_sec = tv.tv_sec;
+               ts->tv_nsec = tv.tv_usec * 1000;
+       }
 #endif
+       assert(ret <= 0);
+       return ret;
+}
 
 static void __fio_gettime(struct timespec *tp)
 {
@@ -159,8 +170,8 @@ static void __fio_gettime(struct timespec *tp)
 #endif
 #ifdef CONFIG_CLOCK_GETTIME
        case CS_CGETTIME: {
-               if (fill_clock_gettime(tp) < 0) {
-                       log_err("fio: clock_gettime fails\n");
+               if (fio_get_mono_time(tp) < 0) {
+                       log_err("fio: fio_get_mono_time() fails\n");
                        assert(0);
                }
                break;
@@ -168,7 +179,7 @@ static void __fio_gettime(struct timespec *tp)
 #endif
 #ifdef ARCH_HAVE_CPU_CLOCK
        case CS_CPUCLOCK: {
-               uint64_t nsecs, t;
+               uint64_t nsecs, t, multiples;
                struct tv_valid *tv;
 
 #ifdef CONFIG_TLS_THREAD
@@ -185,18 +196,14 @@ static void __fio_gettime(struct timespec *tp)
                        log_err("fio: double CPU clock wrap\n");
                        tv->warned = 1;
                }
-
-               t -= cycles_start;
 #endif
-               tv->last_cycles = t;
-               tv->last_tv_valid = 1;
 #ifdef ARCH_CPU_CLOCK_CYCLES_PER_USEC
-               nsecs = t * 1000 / ARCH_CPU_CLOCK_CYCLES_PER_USEC;
+               nsecs = t / ARCH_CPU_CLOCK_CYCLES_PER_USEC * 1000;
 #else
-               if (t < max_cycles_for_mult)
-                       nsecs = (t * inv_cycles_per_nsec) / NSEC_INV_FACTOR;
-               else
-                       nsecs = (t / NSEC_INV_FACTOR) * inv_cycles_per_nsec;
+               t -= cycles_start;
+               multiples = t >> max_cycles_shift;
+               nsecs = multiples * nsecs_for_max_cycles;
+               nsecs += ((t & max_cycles_mask) * clock_mult) >> clock_shift;
 #endif
                tp->tv_sec = nsecs / 1000000000ULL;
                tp->tv_nsec = nsecs % 1000000000ULL;
@@ -228,33 +235,25 @@ void fio_gettime(struct timespec *tp, void fio_unused *caller)
 }
 
 #if defined(ARCH_HAVE_CPU_CLOCK) && !defined(ARCH_CPU_CLOCK_CYCLES_PER_USEC)
-static unsigned long get_cycles_per_usec(void)
+static unsigned long get_cycles_per_msec(void)
 {
        struct timespec s, e;
        uint64_t c_s, c_e;
-       enum fio_cs old_cs = fio_clock_source;
        uint64_t elapsed;
 
-#ifdef CONFIG_CLOCK_GETTIME
-       fio_clock_source = CS_CGETTIME;
-#else
-       fio_clock_source = CS_GTOD;
-#endif
-       __fio_gettime(&s);
+       fio_get_mono_time(&s);
 
        c_s = get_cpu_clock();
        do {
-               __fio_gettime(&e);
+               fio_get_mono_time(&e);
+               c_e = get_cpu_clock();
 
-               elapsed = utime_since(&s, &e);
-               if (elapsed >= 1280) {
-                       c_e = get_cpu_clock();
+               elapsed = ntime_since(&s, &e);
+               if (elapsed >= 1280000)
                        break;
-               }
        } while (1);
 
-       fio_clock_source = old_cs;
-       return (c_e - c_s) / elapsed;
+       return (c_e - c_s) * 1000000 / elapsed;
 }
 
 #define NR_TIME_ITERS  50
@@ -263,12 +262,13 @@ static int calibrate_cpu_clock(void)
 {
        double delta, mean, S;
        uint64_t minc, maxc, avg, cycles[NR_TIME_ITERS];
-       int i, samples;
+       int i, samples, sft = 0;
+       unsigned long long tmp, max_ticks, max_mult;
 
-       cycles[0] = get_cycles_per_usec();
+       cycles[0] = get_cycles_per_msec();
        S = delta = mean = 0.0;
        for (i = 0; i < NR_TIME_ITERS; i++) {
-               cycles[i] = get_cycles_per_usec();
+               cycles[i] = get_cycles_per_msec();
                delta = cycles[i] - mean;
                if (delta) {
                        mean += delta / (i + 1.0);
@@ -305,19 +305,67 @@ static int calibrate_cpu_clock(void)
                dprint(FD_TIME, "cycles[%d]=%llu\n", i, (unsigned long long) cycles[i]);
 
        avg /= samples;
-       dprint(FD_TIME, "avg: %llu\n", (unsigned long long) avg);
-       dprint(FD_TIME, "min=%llu, max=%llu, mean=%f, S=%f\n",
+       cycles_per_msec = avg;
+       dprint(FD_TIME, "min=%llu, max=%llu, mean=%f, S=%f, N=%d\n",
                        (unsigned long long) minc,
-                       (unsigned long long) maxc, mean, S);
+                       (unsigned long long) maxc, mean, S, NR_TIME_ITERS);
+       dprint(FD_TIME, "trimmed mean=%llu, N=%d\n", (unsigned long long) avg, samples);
+
+       max_ticks = MAX_CLOCK_SEC * cycles_per_msec * 1000ULL;
+       max_mult = ULLONG_MAX / max_ticks;
+       dprint(FD_TIME, "max_ticks=%llu, __builtin_clzll=%d, "
+                       "max_mult=%llu\n", max_ticks,
+                       __builtin_clzll(max_ticks), max_mult);
+
+        /*
+         * Find the largest shift count that will produce
+         * a multiplier that does not exceed max_mult
+         */
+        tmp = max_mult * cycles_per_msec / 1000000;
+        while (tmp > 1) {
+                tmp >>= 1;
+                sft++;
+                dprint(FD_TIME, "tmp=%llu, sft=%u\n", tmp, sft);
+        }
+
+       clock_shift = sft;
+       clock_mult = (1ULL << sft) * 1000000 / cycles_per_msec;
+       dprint(FD_TIME, "clock_shift=%u, clock_mult=%llu\n", clock_shift,
+                                                       clock_mult);
+
+       /*
+        * Find the greatest power of 2 clock ticks that is less than the
+        * ticks in MAX_CLOCK_SEC
+        */
+       max_cycles_shift = max_cycles_mask = 0;
+       tmp = MAX_CLOCK_SEC * 1000ULL * cycles_per_msec;
+       dprint(FD_TIME, "tmp=%llu, max_cycles_shift=%u\n", tmp,
+                                                       max_cycles_shift);
+       while (tmp > 1) {
+               tmp >>= 1;
+               max_cycles_shift++;
+               dprint(FD_TIME, "tmp=%llu, max_cycles_shift=%u\n", tmp, max_cycles_shift);
+       }
+       /*
+        * if use use (1ULL << max_cycles_shift) * 1000 / cycles_per_msec
+        * here we will have a discontinuity every
+        * (1ULL << max_cycles_shift) cycles
+        */
+       nsecs_for_max_cycles = ((1ULL << max_cycles_shift) * clock_mult)
+                                       >> clock_shift;
+
+       /* Use a bitmask to calculate ticks % (1ULL << max_cycles_shift) */
+       for (tmp = 0; tmp < max_cycles_shift; tmp++)
+               max_cycles_mask |= 1ULL << tmp;
+
+       dprint(FD_TIME, "max_cycles_shift=%u, 2^max_cycles_shift=%llu, "
+                       "nsecs_for_max_cycles=%llu, "
+                       "max_cycles_mask=%016llx\n",
+                       max_cycles_shift, (1ULL << max_cycles_shift),
+                       nsecs_for_max_cycles, max_cycles_mask);
 
-       cycles_per_usec = avg;
-       inv_cycles_per_nsec = NSEC_INV_FACTOR * 1000 / cycles_per_usec;
-       max_cycles_for_mult = ~0ULL / inv_cycles_per_nsec;
-       dprint(FD_TIME, "inv_cycles_per_nsec=%lu\n", inv_cycles_per_nsec);
-#ifdef ARCH_CPU_CLOCK_WRAPS
        cycles_start = get_cpu_clock();
        dprint(FD_TIME, "cycles_start=%llu\n", cycles_start);
-#endif
        return 0;
 }
 #else
@@ -331,8 +379,8 @@ static int calibrate_cpu_clock(void)
 }
 #endif // ARCH_HAVE_CPU_CLOCK
 
-#ifndef CONFIG_TLS_THREAD
-void fio_local_clock_init(int is_thread)
+#if defined(ARCH_HAVE_CPU_CLOCK) && !defined(CONFIG_TLS_THREAD)
+void fio_local_clock_init(void)
 {
        struct tv_valid *t;
 
@@ -348,7 +396,7 @@ static void kill_tv_tls_key(void *data)
        free(data);
 }
 #else
-void fio_local_clock_init(int is_thread)
+void fio_local_clock_init(void)
 {
 }
 #endif
@@ -358,7 +406,7 @@ void fio_clock_init(void)
        if (fio_clock_source == fio_clock_source_inited)
                return;
 
-#ifndef CONFIG_TLS_THREAD
+#if defined(ARCH_HAVE_CPU_CLOCK) && !defined(CONFIG_TLS_THREAD)
        if (pthread_key_create(&tv_tls_key, kill_tv_tls_key))
                log_err("fio: can't create TLS key\n");
 #endif
@@ -366,7 +414,7 @@ void fio_clock_init(void)
        fio_clock_source_inited = fio_clock_source;
 
        if (calibrate_cpu_clock())
-               tsc_reliable = 0;
+               tsc_reliable = false;
 
        /*
         * If the arch sets tsc_reliable != 0, then it must be good enough
@@ -378,6 +426,35 @@ void fio_clock_init(void)
                        fio_clock_source = CS_CPUCLOCK;
        } else if (fio_clock_source == CS_CPUCLOCK)
                log_info("fio: clocksource=cpu may not be reliable\n");
+       dprint(FD_TIME, "gettime: clocksource=%d\n", (int) fio_clock_source);
+}
+
+uint64_t ntime_since(const struct timespec *s, const struct timespec *e)
+{
+       int64_t sec, nsec;
+
+       sec = e->tv_sec - s->tv_sec;
+       nsec = e->tv_nsec - s->tv_nsec;
+       if (sec > 0 && nsec < 0) {
+               sec--;
+               nsec += 1000000000LL;
+       }
+
+       /*
+       * time warp bug on some kernels?
+       */
+       if (sec < 0 || (sec == 0 && nsec < 0))
+               return 0;
+
+       return nsec + (sec * 1000000000LL);
+}
+
+uint64_t ntime_since_now(const struct timespec *s)
+{
+       struct timespec now;
+
+       fio_gettime(&now, NULL);
+       return ntime_since(s, &now);
 }
 
 uint64_t utime_since(const struct timespec *s, const struct timespec *e)
@@ -447,23 +524,33 @@ uint64_t mtime_since_now(const struct timespec *s)
        return mtime_since(s, &t);
 }
 
-uint64_t mtime_since(const struct timespec *s, const struct timespec *e)
+/*
+ * Returns *e - *s in milliseconds as a signed integer. Note: rounding is
+ * asymmetric. If the difference yields +1 ns then 0 is returned. If the
+ * difference yields -1 ns then -1 is returned.
+ */
+int64_t rel_time_since(const struct timespec *s, const struct timespec *e)
 {
-       int64_t sec, usec;
+       int64_t sec, nsec;
 
        sec = e->tv_sec - s->tv_sec;
-       usec = (e->tv_nsec - s->tv_nsec) / 1000;
-       if (sec > 0 && usec < 0) {
+       nsec = e->tv_nsec - s->tv_nsec;
+       if (nsec < 0) {
                sec--;
-               usec += 1000000;
+               nsec += 1000ULL * 1000 * 1000;
        }
+       assert(0 <= nsec && nsec < 1000ULL * 1000 * 1000);
 
-       if (sec < 0 || (sec == 0 && usec < 0))
-               return 0;
+       return sec * 1000 + nsec / (1000 * 1000);
+}
 
-       sec *= 1000;
-       usec /= 1000;
-       return sec + usec;
+/*
+ * Returns *e - *s in milliseconds as an unsigned integer. Returns 0 if
+ * *e < *s.
+ */
+uint64_t mtime_since(const struct timespec *s, const struct timespec *e)
+{
+       return max(rel_time_since(s, e), (int64_t)0);
 }
 
 uint64_t time_since_now(const struct timespec *s)
@@ -472,10 +559,10 @@ uint64_t time_since_now(const struct timespec *s)
 }
 
 #if defined(FIO_HAVE_CPU_AFFINITY) && defined(ARCH_HAVE_CPU_CLOCK)  && \
-    defined(CONFIG_SFAA)
+    defined(CONFIG_SYNC_SYNC) && defined(CONFIG_CMP_SWAP)
 
 #define CLOCK_ENTRIES_DEBUG    100000
-#define CLOCK_ENTRIES_TEST     10000
+#define CLOCK_ENTRIES_TEST     1000
 
 struct clock_entry {
        uint32_t seq;
@@ -487,16 +574,16 @@ struct clock_thread {
        pthread_t thread;
        int cpu;
        int debug;
-       pthread_mutex_t lock;
-       pthread_mutex_t started;
+       struct fio_sem lock;
        unsigned long nr_entries;
        uint32_t *seq;
        struct clock_entry *entries;
 };
 
-static inline uint32_t atomic32_inc_return(uint32_t *seq)
+static inline uint32_t atomic32_compare_and_swap(uint32_t *ptr, uint32_t old,
+                                                uint32_t new)
 {
-       return 1 + __sync_fetch_and_add(seq, 1);
+       return __sync_val_compare_and_swap(ptr, old, new);
 }
 
 static void *clock_thread_fn(void *data)
@@ -504,7 +591,6 @@ static void *clock_thread_fn(void *data)
        struct clock_thread *t = data;
        struct clock_entry *c;
        os_cpu_mask_t cpu_mask;
-       uint32_t last_seq;
        unsigned long long first;
        int i;
 
@@ -524,11 +610,9 @@ static void *clock_thread_fn(void *data)
                goto err;
        }
 
-       pthread_mutex_lock(&t->lock);
-       pthread_mutex_unlock(&t->started);
+       fio_sem_down(&t->lock);
 
        first = get_cpu_clock();
-       last_seq = 0;
        c = &t->entries[0];
        for (i = 0; i < t->nr_entries; i++, c++) {
                uint32_t seq;
@@ -536,11 +620,15 @@ static void *clock_thread_fn(void *data)
 
                c->cpu = t->cpu;
                do {
-                       seq = atomic32_inc_return(t->seq);
-                       if (seq < last_seq)
+                       seq = *t->seq;
+                       if (seq == UINT_MAX)
                                break;
+                       tsc_barrier();
                        tsc = get_cpu_clock();
-               } while (seq != *t->seq);
+               } while (seq != atomic32_compare_and_swap(t->seq, seq, seq + 1));
+
+               if (seq == UINT_MAX)
+                       break;
 
                c->seq = seq;
                c->tsc = tsc;
@@ -558,7 +646,7 @@ static void *clock_thread_fn(void *data)
         * The most common platform clock breakage is returning zero
         * indefinitely. Check for that and return failure.
         */
-       if (!t->entries[i - 1].tsc && !t->entries[0].tsc)
+       if (i > 1 && !t->entries[i - 1].tsc && !t->entries[0].tsc)
                goto err;
 
        fio_cpuset_exit(&cpu_mask);
@@ -583,12 +671,21 @@ static int clock_cmp(const void *p1, const void *p2)
 int fio_monotonic_clocktest(int debug)
 {
        struct clock_thread *cthreads;
-       unsigned int nr_cpus = cpus_online();
+       unsigned int seen_cpus, nr_cpus = cpus_configured();
        struct clock_entry *entries;
        unsigned long nr_entries, tentries, failed = 0;
        struct clock_entry *prev, *this;
        uint32_t seq = 0;
        unsigned int i;
+       os_cpu_mask_t mask;
+
+#ifdef FIO_HAVE_GET_THREAD_AFFINITY
+       fio_get_thread_affinity(mask);
+#else
+       memset(&mask, 0, sizeof(mask));
+       for (i = 0; i < nr_cpus; i++)
+               fio_cpu_set(&mask, i);
+#endif
 
        if (debug) {
                log_info("cs: reliable_tsc: %s\n", tsc_reliable ? "yes" : "no");
@@ -615,43 +712,44 @@ int fio_monotonic_clocktest(int debug)
        if (debug)
                log_info("cs: Testing %u CPUs\n", nr_cpus);
 
+       seen_cpus = 0;
        for (i = 0; i < nr_cpus; i++) {
                struct clock_thread *t = &cthreads[i];
 
+               if (!fio_cpu_isset(&mask, i))
+                       continue;
                t->cpu = i;
                t->debug = debug;
                t->seq = &seq;
                t->nr_entries = nr_entries;
-               t->entries = &entries[i * nr_entries];
-               pthread_mutex_init(&t->lock, NULL);
-               pthread_mutex_init(&t->started, NULL);
-               pthread_mutex_lock(&t->lock);
+               t->entries = &entries[seen_cpus * nr_entries];
+               __fio_sem_init(&t->lock, FIO_SEM_LOCKED);
                if (pthread_create(&t->thread, NULL, clock_thread_fn, t)) {
                        failed++;
                        nr_cpus = i;
                        break;
                }
+               seen_cpus++;
        }
 
        for (i = 0; i < nr_cpus; i++) {
                struct clock_thread *t = &cthreads[i];
 
-               pthread_mutex_lock(&t->started);
-       }
-
-       for (i = 0; i < nr_cpus; i++) {
-               struct clock_thread *t = &cthreads[i];
-
-               pthread_mutex_unlock(&t->lock);
+               if (!fio_cpu_isset(&mask, i))
+                       continue;
+               fio_sem_up(&t->lock);
        }
 
        for (i = 0; i < nr_cpus; i++) {
                struct clock_thread *t = &cthreads[i];
                void *ret;
 
+               if (!fio_cpu_isset(&mask, i))
+                       continue;
                pthread_join(t->thread, &ret);
                if (ret)
                        failed++;
+               __fio_sem_remove(&t->lock);
        }
        free(cthreads);
 
@@ -661,6 +759,7 @@ int fio_monotonic_clocktest(int debug)
                goto err;
        }
 
+       tentries = nr_entries * seen_cpus;
        qsort(entries, tentries, sizeof(struct clock_entry), clock_cmp);
 
        /* silence silly gcc */