tools/regression/aio/aiop/aiop.c

   1 /*
   2  * Copyright (c) 2002 Adrian Chadd <adrian@FreeBSD.org>.
   3  * All rights reserved.
   4  *
   5  * This software was developed for the FreeBSD Project by Marshall
   6  * Kirk McKusick and Network Associates Laboratories, the Security
   7  * Research Division of Network Associates, Inc. under DARPA/SPAWAR
   8  * contract N66001-01-C-8035 ("CBOSS"), as part of the DARPA CHATS
   9  * research program.
  10  *
  11  * Copyright (c) 1980, 1989, 1993
  12  *      The Regents of the University of California.  All rights reserved.
  13  *
  14  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
  15  * modification, are permitted provided that the following conditions
  16  * are met:
  17  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
  18  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
  19  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
  20  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
  21  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
  22  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
  23  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
  24  *    without specific prior written permission.
  25  *
  26  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
  27  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
  28  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
  29  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
  30  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
  31  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
  32  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
  33  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
  34  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
  35  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
  36  * SUCH DAMAGE.
  37  */
  38
  39 #include <sys/cdefs.h>
  40 __FBSDID("$FreeBSD$");
  41
  42 #include <stdint.h>
  43 #include <stdio.h>
  44 #include <stdlib.h>
  45 #include <unistd.h>
  46 #include <sys/time.h>
  47 #include <sys/types.h>
  48 #include <sys/stat.h>
  49 #include <time.h>
  50 #include <sys/ioctl.h>
  51 #include <sys/disk.h>
  52 #include <aio.h>
  53 #include <fcntl.h>
  54 #include <string.h>
  55 #include <ctype.h>
  56 #include <assert.h>
  57
  58 /*
  59  * This is a bit of a quick hack to do parallel IO testing through POSIX AIO.
  60  * Its specifically designed to work under FreeBSD and its derivatives;
  61  * note how I cheat by using aio_waitcomplete().
  62  *
  63  * TODO:
  64  *
  65  * + Add write support; so we can make sure we're not hitting throughput issues
  66  *   with read/modify/write of entire tracks of the disk
  67  * + Add in per-op stats - time and offset - so one could start mapping out
  68  *   the speed hotspots of the disk
  69  * + Add in different distributions - random, normal, left/right skewed normal,
  70  *   zipf, etc - and perhaps add the ability to run concurrent distributions
  71  *   (so a normal and a zipf; and also a random read; zipf write, etc.)
  72  *
  73  * Adrian Chadd <adrian@creative.net.au>
  74  */
  75
  76 typedef enum {
  77         IOT_NONE = 0x00,
  78         IOT_READ = 0x01,
  79         IOT_WRITE = 0x02
  80 } iot_t;
  81
  82 static size_t
  83 disk_getsize(int fd)
  84 {
  85         off_t mediasize;
  86
  87         if (ioctl(fd, DIOCGMEDIASIZE, &mediasize) < 0) {
  88                 perror("ioctl(DIOCGMEDIASIZE)");
  89                 exit(1);
  90         }
  91         return mediasize;
  92 }
  93
  94 iot_t
  95 choose_aio(iot_t iomask)
  96 {
  97         /* choose a random read or write event, limited by the mask */
  98         if (iomask == IOT_READ)
  99                 return IOT_READ;
 100         else if (iomask == IOT_WRITE)
 101                 return IOT_WRITE;
 102         return (random() & 0x01 ? IOT_READ : IOT_WRITE);
 103 }
 104
 105 void
 106 set_aio(struct aiocb *a, iot_t iot, int fd, off_t offset, int size, char *buf)
 107 {
 108         int r;
 109         bzero(a, sizeof(*a));
 110         a->aio_fildes = fd;
 111         a->aio_nbytes = size;
 112         a->aio_offset = offset;
 113         a->aio_buf = buf;
 114         if (iot == IOT_READ)
 115                 r = aio_read(a);
 116         else
 117                 r = aio_write(a);
 118         if (r != 0) {
 119                 perror("set_aio");
 120                 exit(1);
 121         }
 122 }
 123
 124 int
 125 main(int argc, char *argv[])
 126 {
 127         int fd;
 128         struct stat sb;
 129         struct aiocb *aio;
 130         char **abuf;
 131         const char *fn;
 132         int aio_len;
 133         int io_size, nrun;
 134         off_t file_size, offset;
 135         struct aiocb *a;
 136         int i, n;
 137         struct timeval st, et, rt;
 138         float f_rt;
 139         iot_t iowhat;
 140
 141
 142         if (argc < 6) {
 143                 printf("Usage: %s <file> <io size> <number of runs> <concurrency> <ro|wo|rw>\n", argv[0]);
 144                 exit(1);
 145         }
 146
 147         fn = argv[1];
 148         io_size = atoi(argv[2]);
 149         nrun = atoi(argv[3]);
 150         aio_len = atoi(argv[4]);
 151         if (strcmp(argv[5], "ro") == 0) {
 152                 iowhat = IOT_READ;
 153         } else if (strcmp(argv[5], "rw") == 0) {
 154                 iowhat = IOT_READ | IOT_WRITE;
 155         } else if (strcmp(argv[5], "wo") == 0) {
 156                 iowhat = IOT_WRITE;
 157         } else {
 158                 fprintf(stderr, "needs to be ro, rw, wo!\n");
 159                 exit(1);
 160         }
 161
 162         /*
 163          * Random returns values between 0 and (2^32)-1; only good for 4 gig.
 164          * Lets instead treat random() as returning a block offset w/ block size
 165          * being "io_size", so we can handle > 4 gig files.
 166          */
 167         if (iowhat == IOT_READ)
 168                 fd = open(fn, O_RDONLY | O_DIRECT);
 169         else if (iowhat == IOT_WRITE)
 170                 fd = open(fn, O_WRONLY | O_DIRECT);
 171         else
 172                 fd = open(fn, O_RDWR | O_DIRECT);
 173
 174         if (fd < 0) {
 175                 perror("open");
 176                 exit(1);
 177         }
 178         if (fstat(fd, &sb) < 0) {
 179                 perror("fstat");
 180                 exit(1);
 181         }
 182         if (S_ISREG(sb.st_mode)) {
 183                 file_size = sb.st_size;
 184         } else if (S_ISBLK(sb.st_mode) || S_ISCHR(sb.st_mode)) {
 185                 file_size = disk_getsize(fd);
 186         } else {
 187                 perror("unknown file type\n");
 188                 exit(1);
 189         }
 190         printf("File: %s; File size %jd bytes\n", fn, (intmax_t)file_size);
 191
 192         aio = calloc(aio_len, sizeof(struct aiocb));
 193         abuf = calloc(aio_len, sizeof(char *));
 194         for (i = 0; i < aio_len; i++) {
 195                 abuf[i] = calloc(1, io_size * sizeof(char));
 196         }
 197
 198         /* Fill with the initial contents */
 199         gettimeofday(&st, NULL);
 200         for (i = 0; i < aio_len; i++) {
 201                 offset = random() % (file_size / io_size);
 202                 offset *= io_size;
 203                 set_aio(aio + i, choose_aio(iowhat), fd, offset, io_size, abuf[i]);
 204         }
 205
 206         for (i = 0; i < nrun; i++) {
 207                 aio_waitcomplete(&a, NULL);
 208                 n = a - aio;
 209                 assert(n < aio_len);
 210                 assert(n >= 0);
 211                 offset = random() % (file_size / io_size);
 212                 offset *= io_size;
 213                 set_aio(aio + n, choose_aio(iowhat), fd, offset, io_size, abuf[n]);
 214         }
 215
 216         gettimeofday(&et, NULL);
 217         timersub(&et, &st, &rt);
 218         f_rt = ((float) (rt.tv_usec)) / 1000000.0;
 219         f_rt += (float) (rt.tv_sec);
 220         printf("Runtime: %.2f seconds, ", f_rt);
 221         printf("Op rate: %.2f ops/sec, ", ((float) (nrun))  / f_rt);
 222         printf("Avg transfer rate: %.2f bytes/sec\n", ((float) (nrun)) * ((float)io_size) / f_rt);
 223
 224
 225
 226         exit(0);
 227 }