microbench/mixedbench.c

   1 /* A simple file system workload generator.
   2  *
   3  * Reads and writes a number of files in the current working directory.
   4  *
   5  * Command-line arguments:
   6  *   File size (bytes)
   7  *   File count
   8  *   Write fraction (0.0 - 1.0)
   9  *   Threads
  10  *   Benchmark duration (seconds)
  11  *   Target operations per second (aggregate across all threads)
  12  *   Interval count (how many times to report results during the run)
  13  *   Directory size (number of files per numbered subdirectory)
  14  */
  15
  16 #include <errno.h>
  17 #include <inttypes.h>
  18 #include <pthread.h>
  19 #include <stdint.h>
  20 #include <stdio.h>
  21 #include <stdlib.h>
  22 #include <string.h>
  23 #include <sys/stat.h>
  24 #include <sys/types.h>
  25 #include <time.h>
  26 #include <unistd.h>
  27 #include <math.h>
  28
  29 int opt_filesize, opt_filecount, opt_threads, opt_duration, opt_intervals, opt_dirsize;
  30 double opt_writeratio, opt_ops;
  31
  32 struct thread_state {
  33     pthread_t thread;
  34     pthread_mutex_t lock;
  35     int thread_num;
  36     int read_count, write_count;
  37     double read_time, write_time, read_time2, write_time2;
  38 };
  39
  40 static int64_t start_time;
  41
  42 #define MAX_THREADS 128
  43 struct thread_state threads[MAX_THREADS];
  44
  45 static double sq(double x)
  46 {
  47     return x * x;
  48 }
  49
  50 static double stddev(double x, double x2, int n)
  51 {
  52     if (n < 2)
  53         return 0;
  54     return sqrt((x2 / n - sq(x / n)) * n / (n - 1));
  55 }
  56
  57 int64_t now_hires()
  58 {
  59     struct timespec time;
  60
  61     if (clock_gettime(CLOCK_REALTIME, &time) != 0) {
  62         perror("clock_gettime");
  63         return 0;
  64     }
  65
  66     return (int64_t)(time.tv_sec) * 1000000000 + time.tv_nsec;
  67 }
  68
  69 int get_random(int range)
  70 {
  71     return random() % range;
  72 }
  73
  74 void sleep_micros(int duration)
  75 {
  76     struct timespec req;
  77     if (duration <= 0)
  78         return;
  79
  80     req.tv_sec = duration / 1000000;
  81     req.tv_nsec = (duration % 1000000) * 1000;
  82
  83     while (nanosleep(&req, &req) < 0 && errno == EINTR)
  84         ;
  85 }
  86
  87 void benchmark_op(struct thread_state *ts)
  88 {
  89     int64_t start, end;
  90
  91     start = now_hires();
  92
  93     char filename[256];
  94     int n = get_random(opt_filecount);
  95     int n1 = n / opt_dirsize, n2 = n % opt_dirsize;
  96     sprintf(filename, "t%d/%d/%d", ts->thread_num, n1, n2);
  97
  98     double r = get_random(1000000) / 1e6;
  99
 100     if (r >= opt_writeratio) {
 101         /* Read */
 102         FILE *f = fopen(filename, "rb");
 103         if (f == NULL) {
 104             perror("fopen");
 105             return;
 106         }
 107
 108         char buf[65536];
 109         while (fread(buf, 1, sizeof(buf), f) > 0) { }
 110         fclose(f);
 111
 112         end = now_hires();
 113         pthread_mutex_lock(&ts->lock);
 114         ts->read_count++;
 115         ts->read_time += (end - start) / 1e9;
 116         ts->read_time2 += sq((end - start) / 1e9);
 117         pthread_mutex_unlock(&ts->lock);
 118     } else {
 119         /* Write */
 120         FILE *f = fopen(filename, "wb");
 121         if (f == NULL) {
 122             perror("fopen");
 123             return;
 124         }
 125
 126         char buf[65536];
 127         int bytes_left = opt_filesize;
 128         while (bytes_left > 0) {
 129             size_t written = fwrite(buf, 1,
 130                                     bytes_left < sizeof(buf)
 131                                      ? bytes_left : sizeof(buf),
 132                                     f);
 133             if (ferror(f))
 134                 return;
 135             bytes_left -= written;
 136         }
 137         fclose(f);
 138
 139         end = now_hires();
 140         pthread_mutex_lock(&ts->lock);
 141         ts->write_count++;
 142         ts->write_time += (end - start) / 1e9;
 143         ts->write_time2 += sq((end - start) / 1e9);
 144         pthread_mutex_unlock(&ts->lock);
 145     }
 146 }
 147
 148 void *benchmark_thread(void *arg)
 149 {
 150     struct thread_state *ts = (struct thread_state *)arg;
 151
 152     int target_delay = (opt_threads / opt_ops) * 1e6;
 153
 154     while (1) {
 155         int64_t start = now_hires();
 156         benchmark_op(ts);
 157         int64_t end = now_hires();
 158
 159         int elapsed = (end - start) / 1000;
 160         if (elapsed < target_delay)
 161             sleep_micros(target_delay - elapsed);
 162     }
 163
 164     return NULL;
 165 }
 166
 167 void launch_thread(int i)
 168 {
 169     memset(&threads[i], 0, sizeof(struct thread_state));
 170     threads[i].thread_num = i;
 171     pthread_mutex_init(&threads[i].lock, NULL);
 172     if (pthread_create(&threads[i].thread, NULL, benchmark_thread, &threads[i]) != 0) {
 173         fprintf(stderr, "Error launching thread!\n");
 174         exit(1);
 175     }
 176 }
 177
 178 void wait_thread(int n)
 179 {
 180     void *result;
 181     pthread_join(threads[n].thread, &result);
 182 }
 183
 184 void reset_stats(int print, double duration)
 185 {
 186     int read_count = 0, write_count = 0;
 187     double read_time = 0, write_time = 0, read_time2 = 0, write_time2 = 0;
 188
 189     for (int i = 0; i < opt_threads; i++) {
 190         pthread_mutex_lock(&threads[i].lock);
 191         read_count += threads[i].read_count;
 192         write_count += threads[i].write_count;
 193         read_time += threads[i].read_time;
 194         write_time += threads[i].write_time;
 195         read_time2 += threads[i].read_time2;
 196         write_time2 += threads[i].write_time2;
 197         threads[i].read_count = threads[i].write_count = 0;
 198         threads[i].read_time = threads[i].write_time = 0;
 199         pthread_mutex_unlock(&threads[i].lock);
 200     }
 201
 202     if (print) {
 203         printf("read: [%g, %f, %f]\n",
 204                read_count / duration, read_time / read_count,
 205                stddev(read_time, read_time2, read_count));
 206         printf("write: [%g, %f, %f]\n",
 207                write_count / duration, write_time / write_count,
 208                stddev(write_time, write_time2, write_count));
 209         printf("\n");
 210         fflush(stdout);
 211     }
 212 }
 213
 214 int main(int argc, char *argv[])
 215 {
 216     if (argc != 9) {
 217         fprintf(stderr, "Usage: TODO\n");
 218         return 1;
 219     }
 220
 221     opt_filesize = atoi(argv[1]);
 222     opt_filecount = atoi(argv[2]);
 223     opt_writeratio = atof(argv[3]);
 224     opt_threads = atoi(argv[4]);
 225     opt_duration = atoi(argv[5]);
 226     opt_ops = atof(argv[6]);
 227     opt_intervals = atoi(argv[7]);
 228     opt_dirsize = atoi(argv[8]);
 229
 230     srandom(time(NULL));
 231
 232     start_time = now_hires();
 233
 234     for (int i = 0; i < opt_threads; i++) {
 235         launch_thread(i);
 236     }
 237
 238     for (int i = 0; i < opt_intervals; i++) {
 239         sleep_micros(opt_duration * 1000000 / opt_intervals);
 240         reset_stats(1, (double)opt_duration / opt_intervals);
 241     }
 242
 243     return 0;
 244 }