tools/tools/netrate/netsend/netsend.c

   1 /*-
   2  * Copyright (c) 2004 Robert N. M. Watson
   3  * All rights reserved.
   4  *
   5  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
   6  * modification, are permitted provided that the following conditions
   7  * are met:
   8  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
   9  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
  10  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
  11  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
  12  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
  13  *
  14  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHOR AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
  15  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
  16  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
  17  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
  18  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
  19  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
  20  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
  21  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
  22  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
  23  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
  24  * SUCH DAMAGE.
  25  *
  26  * $FreeBSD$
  27  */
  28
  29 #include <sys/endian.h>
  30 #include <sys/types.h>
  31 #include <sys/socket.h>
  32 #include <net/if.h>             /* if_nametoindex() */
  33 #include <sys/time.h>
  34
  35 #include <netinet/in.h>
  36
  37 #include <arpa/inet.h>
  38
  39 #include <stdio.h>
  40 #include <stdint.h>
  41 #include <stdlib.h>
  42 #include <string.h>
  43
  44 #include <netdb.h>
  45
  46 /* program arguments */
  47 struct _a {
  48         int s;
  49         int ipv6;
  50         struct timespec interval;
  51         int port, port_max;
  52         long duration;
  53         struct sockaddr_in sin;
  54         struct sockaddr_in6 sin6;
  55         int packet_len;
  56         void *packet;
  57 };
  58
  59 static void
  60 usage(void)
  61 {
  62
  63         fprintf(stderr,
  64             "netsend [ip] [port[-port_max]] [payloadsize] [packet_rate] [duration]\n");
  65         exit(-1);
  66 }
  67
  68 #define MAX_RATE        100000000
  69
  70 static __inline void
  71 timespec_add(struct timespec *tsa, struct timespec *tsb)
  72 {
  73
  74         tsa->tv_sec += tsb->tv_sec;
  75         tsa->tv_nsec += tsb->tv_nsec;
  76         if (tsa->tv_nsec >= 1000000000) {
  77                 tsa->tv_sec++;
  78                 tsa->tv_nsec -= 1000000000;
  79         }
  80 }
  81
  82 static __inline int
  83 timespec_ge(struct timespec *a, struct timespec *b)
  84 {
  85
  86         if (a->tv_sec > b->tv_sec)
  87                 return (1);
  88         if (a->tv_sec < b->tv_sec)
  89                 return (0);
  90         if (a->tv_nsec >= b->tv_nsec)
  91                 return (1);
  92         return (0);
  93 }
  94
  95 /*
  96  * Busy wait spinning until we reach (or slightly pass) the desired time.
  97  * Optionally return the current time as retrieved on the last time check
  98  * to the caller.  Optionally also increment a counter provided by the
  99  * caller each time we loop.
 100  */
 101 static int
 102 wait_time(struct timespec ts, struct timespec *wakeup_ts, long long *waited)
 103 {
 104         struct timespec curtime;
 105
 106         curtime.tv_sec = 0;
 107         curtime.tv_nsec = 0;
 108
 109         if (clock_gettime(CLOCK_REALTIME, &curtime) == -1) {
 110                 perror("clock_gettime");
 111                 return (-1);
 112         }
 113 #if 0
 114         if (timespec_ge(&curtime, &ts))
 115                 printf("warning: wait_time missed deadline without spinning\n");
 116 #endif
 117         while (timespec_ge(&ts, &curtime)) {
 118                 if (waited != NULL)
 119                         (*waited)++;
 120                 if (clock_gettime(CLOCK_REALTIME, &curtime) == -1) {
 121                         perror("clock_gettime");
 122                         return (-1);
 123                 }
 124         }
 125         if (wakeup_ts != NULL)
 126                 *wakeup_ts = curtime;
 127         return (0);
 128 }
 129
 130 /*
 131  * Calculate a second-aligned starting time for the packet stream.  Busy
 132  * wait between our calculated interval and dropping the provided packet
 133  * into the socket.  If we hit our duration limit, bail.
 134  * We sweep the ports from a->port to a->port_max included.
 135  * If the two ports are the same we connect() the socket upfront, which
 136  * almost halves the cost of the sendto() call.
 137  */
 138 static int
 139 timing_loop(struct _a *a)
 140 {
 141         struct timespec nexttime, starttime, tmptime;
 142         long long waited;
 143         u_int32_t counter;
 144         long finishtime;
 145         long send_errors, send_calls;
 146         /* do not call gettimeofday more than every 20us */
 147         long minres_ns = 200000;
 148         int ic, gettimeofday_cycles;
 149         int cur_port;
 150         uint64_t n, ns;
 151
 152         if (clock_getres(CLOCK_REALTIME, &tmptime) == -1) {
 153                 perror("clock_getres");
 154                 return (-1);
 155         }
 156
 157         ns = a->interval.tv_nsec;
 158         if (timespec_ge(&tmptime, &a->interval))
 159                 fprintf(stderr,
 160                     "warning: interval (%jd.%09ld) less than resolution (%jd.%09ld)\n",
 161                     (intmax_t)a->interval.tv_sec, a->interval.tv_nsec,
 162                     (intmax_t)tmptime.tv_sec, tmptime.tv_nsec);
 163                 /* interval too short, limit the number of gettimeofday()
 164                  * calls, but also make sure there is at least one every
 165                  * some 100 packets.
 166                  */
 167         if ((long)ns < minres_ns/100)
 168                 gettimeofday_cycles = 100;
 169         else
 170                 gettimeofday_cycles = minres_ns/ns;
 171         fprintf(stderr,
 172             "calling time every %d cycles\n", gettimeofday_cycles);
 173
 174         if (clock_gettime(CLOCK_REALTIME, &starttime) == -1) {
 175                 perror("clock_gettime");
 176                 return (-1);
 177         }
 178         tmptime.tv_sec = 2;
 179         tmptime.tv_nsec = 0;
 180         timespec_add(&starttime, &tmptime);
 181         starttime.tv_nsec = 0;
 182         if (wait_time(starttime, NULL, NULL) == -1)
 183                 return (-1);
 184         nexttime = starttime;
 185         finishtime = starttime.tv_sec + a->duration;
 186
 187         send_errors = send_calls = 0;
 188         counter = 0;
 189         waited = 0;
 190         ic = gettimeofday_cycles;
 191         cur_port = a->port;
 192         if (a->port == a->port_max) {
 193                 if (a->ipv6) {
 194                         if (connect(a->s, (struct sockaddr *)&a->sin6, sizeof(a->sin6))) {
 195                                 perror("connect (ipv6)");
 196                                 return (-1);
 197                         }
 198                 } else {
 199                         if (connect(a->s, (struct sockaddr *)&a->sin, sizeof(a->sin))) {
 200                                 perror("connect (ipv4)");
 201                                 return (-1);
 202                         }
 203                 }
 204         }
 205         while (1) {
 206                 int ret;
 207
 208                 timespec_add(&nexttime, &a->interval);
 209                 if (--ic <= 0) {
 210                         ic = gettimeofday_cycles;
 211                         if (wait_time(nexttime, &tmptime, &waited) == -1)
 212                                 return (-1);
 213                 }
 214                 /*
 215                  * We maintain and, if there's room, send a counter.  Note
 216                  * that even if the error is purely local, we still increment
 217                  * the counter, so missing sequence numbers on the receive
 218                  * side should not be assumed to be packets lost in transit.
 219                  * For example, if the UDP socket gets back an ICMP from a
 220                  * previous send, the error will turn up the current send
 221                  * operation, causing the current sequence number also to be
 222                  * skipped.
 223                  * The counter is incremented only on the initial port number,
 224                  * so all destinations will see the same set of packets.
 225                  */
 226                 if (cur_port == a->port && a->packet_len >= 4) {
 227                         be32enc(a->packet, counter);
 228                         counter++;
 229                 }
 230                 if (a->port == a->port_max) { /* socket already bound */
 231                         ret = send(a->s, a->packet, a->packet_len, 0);
 232                 } else {
 233                         a->sin.sin_port = htons(cur_port++);
 234                         if (cur_port > a->port_max)
 235                                 cur_port = a->port;
 236                         if (a->ipv6) {
 237                         ret = sendto(a->s, a->packet, a->packet_len, 0,
 238                             (struct sockaddr *)&a->sin6, sizeof(a->sin6));
 239                         } else {
 240                         ret = sendto(a->s, a->packet, a->packet_len, 0,
 241                                 (struct sockaddr *)&a->sin, sizeof(a->sin));
 242                         }
 243                 }
 244                 if (ret < 0)
 245                         send_errors++;
 246                 send_calls++;
 247                 if (a->duration != 0 && tmptime.tv_sec >= finishtime)
 248                         goto done;
 249         }
 250
 251 done:
 252         if (clock_gettime(CLOCK_REALTIME, &tmptime) == -1) {
 253                 perror("clock_gettime");
 254                 return (-1);
 255         }
 256
 257         printf("\n");
 258         printf("start:             %jd.%09ld\n", (intmax_t)starttime.tv_sec,
 259             starttime.tv_nsec);
 260         printf("finish:            %jd.%09ld\n", (intmax_t)tmptime.tv_sec,
 261             tmptime.tv_nsec);
 262         printf("send calls:        %ld\n", send_calls);
 263         printf("send errors:       %ld\n", send_errors);
 264         printf("approx send rate:  %ld pps\n", (send_calls - send_errors) /
 265             a->duration);
 266         n = send_calls - send_errors;
 267         if (n > 0) {
 268                 ns = (tmptime.tv_sec - starttime.tv_sec) * 1000000000UL +
 269                         (tmptime.tv_nsec - starttime.tv_nsec);
 270                 n = ns / n;
 271         }
 272         printf("time/packet:       %u ns\n", (u_int)n);
 273         printf("approx error rate: %ld\n", (send_errors / send_calls));
 274         printf("waited:            %lld\n", waited);
 275         printf("approx waits/sec:  %lld\n", (long long)(waited / a->duration));
 276         printf("approx wait rate:  %lld\n", (long long)(waited / send_calls));
 277
 278         return (0);
 279 }
 280
 281 int
 282 main(int argc, char *argv[])
 283 {
 284         long rate, payloadsize, port;
 285         char *dummy;
 286         struct _a a;    /* arguments */
 287         struct addrinfo hints, *res, *ressave;
 288
 289         bzero(&a, sizeof(a));
 290
 291         if (argc != 6)
 292                 usage();
 293
 294         memset(&hints, 0, sizeof(hints));
 295         hints.ai_family = AF_UNSPEC;
 296
 297         if (getaddrinfo(argv[1], NULL, &hints, &res) != 0) {
 298                 fprintf(stderr, "Couldn't resolv %s\n", argv[1]);
 299                 return (-1);
 300         }
 301         ressave = res;
 302         while (res) {
 303                 if (res->ai_family == AF_INET) {
 304                         memcpy(&a.sin, res->ai_addr, res->ai_addrlen);
 305                         a.ipv6 = 0;
 306                         break;
 307                 } else if (res->ai_family == AF_INET6) {
 308                         memcpy(&a.sin6, res->ai_addr, res->ai_addrlen);
 309                         a.ipv6 = 1;
 310                         break;
 311                 }
 312                 res = res->ai_next;
 313         }
 314         if (!res) {
 315                 fprintf(stderr, "Couldn't resolv %s\n", argv[1]);
 316                 exit(1);
 317         }
 318         freeaddrinfo(ressave);
 319
 320         port = strtoul(argv[2], &dummy, 10);
 321         if (port < 1 || port > 65535)
 322                 usage();
 323         if (*dummy != '\0' && *dummy != '-')
 324                 usage();
 325         if (a.ipv6)
 326                 a.sin6.sin6_port = htons(port);
 327         else
 328                 a.sin.sin_port = htons(port);
 329         a.port = a.port_max = port;
 330         if (*dummy == '-') {    /* set high port */
 331                 port = strtoul(dummy + 1, &dummy, 10);
 332                 if (port < a.port || port > 65535)
 333                         usage();
 334                 a.port_max = port;
 335         }
 336
 337         payloadsize = strtoul(argv[3], &dummy, 10);
 338         if (payloadsize < 0 || *dummy != '\0')
 339                 usage();
 340         if (payloadsize > 32768) {
 341                 fprintf(stderr, "payloadsize > 32768\n");
 342                 return (-1);
 343         }
 344         a.packet_len = payloadsize;
 345
 346         /*
 347          * Specify an arbitrary limit.  It's exactly that, not selected by
 348          * any particular strategy.  '0' is a special value meaning "blast",
 349          * and avoids the cost of a timing loop.
 350          */
 351         rate = strtoul(argv[4], &dummy, 10);
 352         if (rate < 0 || *dummy != '\0')
 353                 usage();
 354         if (rate > MAX_RATE) {
 355                 fprintf(stderr, "packet rate at most %d\n", MAX_RATE);
 356                 return (-1);
 357         }
 358
 359         a.duration = strtoul(argv[5], &dummy, 10);
 360         if (a.duration < 0 || *dummy != '\0')
 361                 usage();
 362
 363         a.packet = malloc(payloadsize);
 364         if (a.packet == NULL) {
 365                 perror("malloc");
 366                 return (-1);
 367         }
 368         bzero(a.packet, payloadsize);
 369         if (rate == 0) {
 370                 a.interval.tv_sec = 0;
 371                 a.interval.tv_nsec = 0;
 372         } else if (rate == 1) {
 373                 a.interval.tv_sec = 1;
 374                 a.interval.tv_nsec = 0;
 375         } else {
 376                 a.interval.tv_sec = 0;
 377                 a.interval.tv_nsec = ((1 * 1000000000) / rate);
 378         }
 379
 380         printf("Sending packet of payload size %ld every %jd.%09lds for %ld "
 381             "seconds\n", payloadsize, (intmax_t)a.interval.tv_sec,
 382             a.interval.tv_nsec, a.duration);
 383
 384         if (a.ipv6)
 385                 a.s = socket(PF_INET6, SOCK_DGRAM, 0);
 386         else
 387                 a.s = socket(PF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
 388         if (a.s == -1) {
 389                 perror("socket");
 390                 return (-1);
 391         }
 392
 393         return (timing_loop(&a));
 394 }