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 <stdio.h>
  43 #include <stdlib.h>
  44 #include <unistd.h>
  45 #include <sys/time.h>
  46 #include <sys/types.h>
  47 #include <sys/stat.h>
  48 #include <time.h>
  49 #include <sys/ioctl.h>
  50 #include <sys/disk.h>
  51 #include <aio.h>
  52 #include <fcntl.h>
  53 #include <string.h>
  54 #include <ctype.h>
  55 #include <assert.h>
  56
  57 /*
  58  * This is a bit of a quick hack to do parallel IO testing through POSIX AIO.
  59  * Its specifically designed to work under FreeBSD and its derivatives;
  60  * note how I cheat by using aio_waitcomplete().
  61  *
  62  * TODO:
  63  *
  64  * + Add write support; so we can make sure we're not hitting throughput issues
  65  *   with read/modify/write of entire tracks of the disk
  66  * + Add in per-op stats - time and offset - so one could start mapping out
  67  *   the speed hotspots of the disk
  68  * + Add in different distributions - random, normal, left/right skewed normal,
  69  *   zipf, etc - and perhaps add the ability to run concurrent distributions
  70  *   (so a normal and a zipf; and also a random read; zipf write, etc.)
  71  *
  72  * Adrian Chadd <adrian@creative.net.au>
  73  */
  74
  75 typedef enum {
  76         IOT_NONE = 0x00,
  77         IOT_READ = 0x01,
  78         IOT_WRITE = 0x02
  79 } iot_t;
  80
  81 static size_t
  82 disk_getsize(int fd)
  83 {
  84         off_t mediasize;
  85
  86         if (ioctl(fd, DIOCGMEDIASIZE, &mediasize) < 0) {
  87                 perror("ioctl(DIOCGMEDIASIZE)");
  88                 exit(1);
  89         }
  90         return mediasize;
  91 }
  92
  93 iot_t
  94 choose_aio(iot_t iomask)
  95 {
  96         /* choose a random read or write event, limited by the mask */
  97         if (iomask == IOT_READ)
  98                 return IOT_READ;
  99         else if (iomask == IOT_WRITE)
 100                 return IOT_WRITE;
 101         return (random() & 0x01 ? IOT_READ : IOT_WRITE);
 102 }
 103
 104 void
 105 set_aio(struct aiocb *a, iot_t iot, int fd, off_t offset, int size, char *buf)
 106 {
 107         int r;
 108         bzero(a, sizeof(*a));
 109         a->aio_fildes = fd;
 110         a->aio_nbytes = size;
 111         a->aio_offset = offset;
 112         a->aio_buf = buf;
 113         if (iot == IOT_READ)
 114                 r = aio_read(a);
 115         else
 116                 r = aio_write(a);
 117         if (r != 0) {
 118                 perror("set_aio");
 119                 exit(1);
 120         }
 121 }
 122
 123 int
 124 main(int argc, char *argv[])
 125 {
 126         int fd;
 127         struct stat sb;
 128         struct aiocb *aio;
 129         char **abuf;
 130         const char *fn;
 131         int aio_len;
 132         int io_size, nrun;
 133         off_t file_size, offset;
 134         struct aiocb *a;
 135         int i, n;
 136         struct timeval st, et, rt;
 137         float f_rt;
 138         iot_t iowhat;
 139
 140
 141         if (argc < 6) {
 142                 printf("Usage: %s <file> <io size> <number of runs> <concurrency> <ro|wo|rw>\n", argv[0]);
 143                 exit(1);
 144         }
 145
 146         fn = argv[1];
 147         io_size = atoi(argv[2]);
 148         nrun = atoi(argv[3]);
 149         aio_len = atoi(argv[4]);
 150         if (strcmp(argv[5], "ro") == 0) {
 151                 iowhat = IOT_READ;
 152         } else if (strcmp(argv[5], "rw") == 0) {
 153                 iowhat = IOT_READ | IOT_WRITE;
 154         } else if (strcmp(argv[5], "wo") == 0) {
 155                 iowhat = IOT_WRITE;
 156         } else {
 157                 fprintf(stderr, "needs to be ro, rw, wo!\n");
 158                 exit(1);
 159         }
 160
 161         /*
 162          * Random returns values between 0 and (2^32)-1; only good for 4 gig.
 163          * Lets instead treat random() as returning a block offset w/ block size
 164          * being "io_size", so we can handle > 4 gig files.
 165          */
 166         if (iowhat == IOT_READ)
 167                 fd = open(fn, O_RDONLY | O_DIRECT);
 168         else if (iowhat == IOT_WRITE)
 169                 fd = open(fn, O_WRONLY | O_DIRECT);
 170         else
 171                 fd = open(fn, O_RDWR | O_DIRECT);
 172
 173         if (fd < 0) {
 174                 perror("open");
 175                 exit(1);
 176         }
 177         if (fstat(fd, &sb) < 0) {
 178                 perror("fstat");
 179                 exit(1);
 180         }
 181         if (S_ISREG(sb.st_mode)) {
 182                 file_size = sb.st_size;
 183         } else if (S_ISBLK(sb.st_mode) || S_ISCHR(sb.st_mode)) {
 184                 file_size = disk_getsize(fd);
 185         } else {
 186                 perror("unknown file type\n");
 187                 exit(1);
 188         }
 189         printf("File: %s; File size %qd bytes\n", fn, file_size);
 190
 191         aio = calloc(aio_len, sizeof(struct aiocb));
 192         abuf = calloc(aio_len, sizeof(char *));
 193         for (i = 0; i < aio_len; i++) {
 194                 abuf[i] = calloc(1, io_size * sizeof(char));
 195         }
 196
 197         /* Fill with the initial contents */
 198         gettimeofday(&st, NULL);
 199         for (i = 0; i < aio_len; i++) {
 200                 offset = random() % (file_size / io_size);
 201                 offset *= io_size;
 202                 set_aio(aio + i, choose_aio(iowhat), fd, offset, io_size, abuf[i]);
 203         }
 204
 205         for (i = 0; i < nrun; i++) {
 206                 aio_waitcomplete(&a, NULL);
 207                 n = a - aio;
 208                 assert(n < aio_len);
 209                 assert(n >= 0);
 210                 offset = random() % (file_size / io_size);
 211                 offset *= io_size;
 212                 set_aio(aio + n, choose_aio(iowhat), fd, offset, io_size, abuf[n]);
 213         }
 214
 215         gettimeofday(&et, NULL);
 216         timersub(&et, &st, &rt);
 217         f_rt = ((float) (rt.tv_usec)) / 1000000.0;
 218         f_rt += (float) (rt.tv_sec);
 219         printf("Runtime: %.2f seconds, ", f_rt);
 220         printf("Op rate: %.2f ops/sec, ", ((float) (nrun))  / f_rt);
 221         printf("Avg transfer rate: %.2f bytes/sec\n", ((float) (nrun)) * ((float)io_size) / f_rt);
 222
 223
 224
 225         exit(0);
 226 }