nanosecond: fix up conversion of ticks to nsec by doing the conversion in 2 stages
[fio.git] / gettime.c
index f40abc7a5ad347a00a57092375c3b728ae1fbd16..763e57446a66dfe9112d3e3519d23a99070751e7 100644 (file)
--- a/gettime.c
+++ b/gettime.c
 #include "hash.h"
 #include "os/os.h"
 
-#if defined(ARCH_HAVE_CPU_CLOCK) && !defined(ARCH_CPU_CLOCK_CYCLES_PER_USEC)
+#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_usec;
-static uint64_t max_cycles_for_mult;
-static unsigned long long cycles_start, cycles_wrap;
+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 int cycles_wrap;
+#endif
 #endif
 int tsc_reliable = 0;
 
@@ -129,7 +138,9 @@ static void fio_init gtod_init(void)
 #ifdef CONFIG_CLOCK_GETTIME
 static int fill_clock_gettime(struct timespec *ts)
 {
-#ifdef CONFIG_CLOCK_MONOTONIC
+#if defined(CONFIG_CLOCK_MONOTONIC_RAW)
+       return clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC_RAW, ts);
+#elif defined(CONFIG_CLOCK_MONOTONIC)
        return clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC, ts);
 #else
        return clock_gettime(CLOCK_REALTIME, ts);
@@ -137,31 +148,31 @@ static int fill_clock_gettime(struct timespec *ts)
 }
 #endif
 
-static void __fio_gettime(struct timeval *tp)
+static void __fio_gettime(struct timespec *tp)
 {
        switch (fio_clock_source) {
 #ifdef CONFIG_GETTIMEOFDAY
-       case CS_GTOD:
-               gettimeofday(tp, NULL);
+       case CS_GTOD: {
+               struct timeval tv;
+               gettimeofday(&tv, NULL);
+
+               tp->tv_sec = tv.tv_sec;
+               tp->tv_nsec = tv.tv_usec * 1000;
                break;
+               }
 #endif
 #ifdef CONFIG_CLOCK_GETTIME
        case CS_CGETTIME: {
-               struct timespec ts;
-
-               if (fill_clock_gettime(&ts) < 0) {
+               if (fill_clock_gettime(tp) < 0) {
                        log_err("fio: clock_gettime fails\n");
                        assert(0);
                }
-
-               tp->tv_sec = ts.tv_sec;
-               tp->tv_usec = ts.tv_nsec / 1000;
                break;
                }
 #endif
 #ifdef ARCH_HAVE_CPU_CLOCK
        case CS_CPUCLOCK: {
-               uint64_t usecs, t;
+               uint64_t nsecs, t, multiples;
                struct tv_valid *tv;
 
 #ifdef CONFIG_TLS_THREAD
@@ -171,26 +182,27 @@ static void __fio_gettime(struct timeval *tp)
 #endif
 
                t = get_cpu_clock();
+#ifdef ARCH_CPU_CLOCK_WRAPS
                if (t < cycles_start && !cycles_wrap)
                        cycles_wrap = 1;
                else if (cycles_wrap && t >= cycles_start && !tv->warned) {
                        log_err("fio: double CPU clock wrap\n");
                        tv->warned = 1;
                }
-
-               t -= cycles_start;
-               tv->last_cycles = t;
-               tv->last_tv_valid = 1;
+#endif
 #ifdef ARCH_CPU_CLOCK_CYCLES_PER_USEC
-               usecs = t / ARCH_CPU_CLOCK_CYCLES_PER_USEC;
+               nsecs = t / ARCH_CPU_CLOCK_CYCLES_PER_USEC * 1000;
 #else
-               if (t < max_cycles_for_mult)
-                       usecs = (t * inv_cycles_per_usec) / 16777216UL;
-               else
-                       usecs = t / cycles_per_usec;
+               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 = usecs / 1000000;
-               tp->tv_usec = usecs % 1000000;
+               tv->last_cycles = t;
+               tv->last_tv_valid = 1;
+
+               tp->tv_sec = nsecs / 1000000000ULL;
+               tp->tv_nsec = nsecs % 1000000000ULL;
                break;
                }
 #endif
@@ -201,9 +213,9 @@ static void __fio_gettime(struct timeval *tp)
 }
 
 #ifdef FIO_DEBUG_TIME
-void fio_gettime(struct timeval *tp, void *caller)
+void fio_gettime(struct timespec *tp, void *caller)
 #else
-void fio_gettime(struct timeval *tp, void fio_unused *caller)
+void fio_gettime(struct timespec *tp, void fio_unused *caller)
 #endif
 {
 #ifdef FIO_DEBUG_TIME
@@ -221,9 +233,10 @@ void fio_gettime(struct timeval *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)
 {
-       struct timeval s, e;
+       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;
@@ -234,8 +247,6 @@ static unsigned long get_cycles_per_usec(void)
 
        c_s = get_cpu_clock();
        do {
-               uint64_t elapsed;
-
                __fio_gettime(&e);
 
                elapsed = utime_since(&s, &e);
@@ -246,7 +257,7 @@ static unsigned long get_cycles_per_usec(void)
        } while (1);
 
        fio_clock_source = old_cs;
-       return (c_e - c_s + 127) >> 7;
+       return (c_e - c_s) / elapsed;
 }
 
 #define NR_TIME_ITERS  50
@@ -255,7 +266,8 @@ 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();
        S = delta = mean = 0.0;
@@ -292,25 +304,58 @@ static int calibrate_cpu_clock(void)
        }
 
        S /= (double) NR_TIME_ITERS;
-       mean /= 10.0;
 
        for (i = 0; i < NR_TIME_ITERS; i++)
-               dprint(FD_TIME, "cycles[%d]=%llu\n", i,
-                                       (unsigned long long) cycles[i] / 10);
+               dprint(FD_TIME, "cycles[%d]=%llu\n", i, (unsigned long long) cycles[i]);
 
        avg /= samples;
-       avg = (avg + 5) / 10;
-       minc /= 10;
-       maxc /= 10;
+       cycles_per_usec = avg;
        dprint(FD_TIME, "avg: %llu\n", (unsigned long long) avg);
        dprint(FD_TIME, "min=%llu, max=%llu, mean=%f, S=%f\n",
                        (unsigned long long) minc,
                        (unsigned long long) maxc, mean, S);
 
-       cycles_per_usec = avg;
-       inv_cycles_per_usec = 16777216UL / cycles_per_usec;
-       max_cycles_for_mult = ~0ULL / inv_cycles_per_usec;
-       dprint(FD_TIME, "inv_cycles_per_usec=%lu\n", inv_cycles_per_usec);
+       max_ticks = MAX_CLOCK_SEC * cycles_per_usec * 1000000ULL;
+        max_mult = ULLONG_MAX / max_ticks;
+        dprint(FD_TIME, "\n\nmax_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_usec / 1000;
+        while (tmp > 1) {
+                tmp >>= 1;
+                sft++;
+                dprint(FD_TIME, "tmp=%llu, sft=%u\n", tmp, sft);
+        }
+
+        clock_shift = sft;
+        clock_mult = (1ULL << sft) * 1000 / cycles_per_usec;
+       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_2STAGE
+       max_cycles_shift = max_cycles_mask = 0;
+       tmp = MAX_CLOCK_SEC * 1000000ULL * cycles_per_usec;
+       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_usec 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_start = get_cpu_clock();
        dprint(FD_TIME, "cycles_start=%llu\n", cycles_start);
        return 0;
@@ -375,13 +420,32 @@ void fio_clock_init(void)
                log_info("fio: clocksource=cpu may not be reliable\n");
 }
 
-uint64_t utime_since(const struct timeval *s, const struct timeval *e)
+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 utime_since(const struct timespec *s, const struct timespec *e)
 {
-       long sec, usec;
-       uint64_t ret;
+       int64_t sec, usec;
 
        sec = e->tv_sec - s->tv_sec;
-       usec = e->tv_usec - s->tv_usec;
+       usec = (e->tv_nsec - s->tv_nsec) / 1000;
        if (sec > 0 && usec < 0) {
                sec--;
                usec += 1000000;
@@ -393,25 +457,29 @@ uint64_t utime_since(const struct timeval *s, const struct timeval *e)
        if (sec < 0 || (sec == 0 && usec < 0))
                return 0;
 
-       ret = sec * 1000000ULL + usec;
-
-       return ret;
+       return usec + (sec * 1000000);
 }
 
-uint64_t utime_since_now(const struct timeval *s)
+uint64_t utime_since_now(const struct timespec *s)
 {
-       struct timeval t;
+       struct timespec t;
+#ifdef FIO_DEBUG_TIME
+       void *p = __builtin_return_address(0);
 
+       fio_gettime(&t, p);
+#else
        fio_gettime(&t, NULL);
+#endif
+
        return utime_since(s, &t);
 }
 
-uint64_t mtime_since(const struct timeval *s, const struct timeval *e)
+uint64_t mtime_since_tv(const struct timeval *s, const struct timeval *e)
 {
-       long sec, usec, ret;
+       int64_t sec, usec;
 
        sec = e->tv_sec - s->tv_sec;
-       usec = e->tv_usec - s->tv_usec;
+       usec = (e->tv_usec - s->tv_usec);
        if (sec > 0 && usec < 0) {
                sec--;
                usec += 1000000;
@@ -420,23 +488,45 @@ uint64_t mtime_since(const struct timeval *s, const struct timeval *e)
        if (sec < 0 || (sec == 0 && usec < 0))
                return 0;
 
-       sec *= 1000UL;
-       usec /= 1000UL;
-       ret = sec + usec;
-
-       return ret;
+       sec *= 1000;
+       usec /= 1000;
+       return sec + usec;
 }
 
-uint64_t mtime_since_now(const struct timeval *s)
+uint64_t mtime_since_now(const struct timespec *s)
 {
-       struct timeval t;
+       struct timespec t;
+#ifdef FIO_DEBUG_TIME
        void *p = __builtin_return_address(0);
 
        fio_gettime(&t, p);
+#else
+       fio_gettime(&t, NULL);
+#endif
+
        return mtime_since(s, &t);
 }
 
-uint64_t time_since_now(const struct timeval *s)
+uint64_t mtime_since(const struct timespec *s, const struct timespec *e)
+{
+       int64_t sec, usec;
+
+       sec = e->tv_sec - s->tv_sec;
+       usec = (e->tv_nsec - s->tv_nsec) / 1000;
+       if (sec > 0 && usec < 0) {
+               sec--;
+               usec += 1000000;
+       }
+
+       if (sec < 0 || (sec == 0 && usec < 0))
+               return 0;
+
+       sec *= 1000;
+       usec /= 1000;
+       return sec + usec;
+}
+
+uint64_t time_since_now(const struct timespec *s)
 {
        return mtime_since_now(s) / 1000;
 }
@@ -475,21 +565,29 @@ static void *clock_thread_fn(void *data)
        struct clock_entry *c;
        os_cpu_mask_t cpu_mask;
        uint32_t last_seq;
+       unsigned long long first;
        int i;
 
-       memset(&cpu_mask, 0, sizeof(cpu_mask));
+       if (fio_cpuset_init(&cpu_mask)) {
+               int __err = errno;
+
+               log_err("clock cpuset init failed: %s\n", strerror(__err));
+               goto err_out;
+       }
+
        fio_cpu_set(&cpu_mask, t->cpu);
 
        if (fio_setaffinity(gettid(), cpu_mask) == -1) {
                int __err = errno;
 
                log_err("clock setaffinity failed: %s\n", strerror(__err));
-               return (void *) 1;
+               goto err;
        }
 
        pthread_mutex_lock(&t->lock);
        pthread_mutex_unlock(&t->started);
 
+       first = get_cpu_clock();
        last_seq = 0;
        c = &t->entries[0];
        for (i = 0; i < t->nr_entries; i++, c++) {
@@ -512,7 +610,8 @@ static void *clock_thread_fn(void *data)
                unsigned long long clocks;
 
                clocks = t->entries[i - 1].tsc - t->entries[0].tsc;
-               log_info("cs: cpu%3d: %llu clocks seen\n", t->cpu, clocks);
+               log_info("cs: cpu%3d: %llu clocks seen, first %llu\n", t->cpu,
+                                                       clocks, first);
        }
 
        /*
@@ -520,9 +619,14 @@ static void *clock_thread_fn(void *data)
         * indefinitely. Check for that and return failure.
         */
        if (!t->entries[i - 1].tsc && !t->entries[0].tsc)
-               return (void *) 1;
+               goto err;
 
+       fio_cpuset_exit(&cpu_mask);
        return NULL;
+err:
+       fio_cpuset_exit(&cpu_mask);
+err_out:
+       return (void *) 1;
 }
 
 static int clock_cmp(const void *p1, const void *p2)
@@ -619,6 +723,8 @@ int fio_monotonic_clocktest(int debug)
 
        qsort(entries, tentries, sizeof(struct clock_entry), clock_cmp);
 
+       /* silence silly gcc */
+       prev = NULL;
        for (failed = i = 0; i < tentries; i++) {
                this = &entries[i];