nfs3/synreadbench.c

   1 /* Blue Sky: File Systems in the Cloud
   2  *
   3  * Copyright (C) 2009  The Regents of the University of California
   4  * Written by Michael Vrable <mvrable@cs.ucsd.edu>
   5  *
   6  * TODO: Licensing
   7  */
   8
   9 /* Synthetic client for benchmarking: a tool for directly generating NFS
  10  * requests and reading back the responses, so that we can exercise the server
  11  * differently than the Linux kernel NFS client does.
  12  *
  13  * Much of this is copied from rpc.c and other BlueSky server code but is
  14  * designed to run independently of BlueSky. */
  15
  16 #include "mount_prot.h"
  17 #include "nfs3_prot.h"
  18 #include <stdio.h>
  19 #include <stdlib.h>
  20 #include <inttypes.h>
  21 #include <rpc/pmap_clnt.h>
  22 #include <string.h>
  23 #include <signal.h>
  24 #include <memory.h>
  25 #include <netdb.h>
  26 #include <sys/socket.h>
  27 #include <sys/types.h>
  28 #include <netinet/in.h>
  29 #include <netinet/ip.h>
  30 #include <glib.h>
  31
  32 /* TCP port number to use for NFS protocol.  (Would be 2049 in standard NFS.) */
  33 #define NFS_SERVICE_PORT 2051
  34
  35 /* Maximum size of a single RPC message that we will accept (8 MB). */
  36 #define MAX_RPC_MSGSIZE (8 << 20)
  37
  38 FILE *logfile = NULL;
  39
  40 int threads;
  41 int completed = 0;
  42 int read_size = 32768;
  43
  44 struct bench_file {
  45     uint64_t inum;
  46     uint64_t size;
  47 };
  48
  49 struct data_point {
  50     uint32_t timestamp;     // Unix timestamp of completion
  51     uint32_t latency;       // Latency, in microseconds
  52 } __attribute__((packed));
  53
  54 GArray *bench_files;
  55
  56 struct rpc_reply {
  57     uint32_t xid;
  58     uint32_t type;
  59     uint32_t stat;
  60     uint32_t verf_flavor;
  61     uint32_t verf_len;
  62     uint32_t accept_stat;
  63 };
  64
  65 struct rpc_fail_reply {
  66     uint32_t xid;
  67     uint32_t type;
  68     uint32_t stat;
  69     uint32_t verf_flavor;
  70     uint32_t verf_len;
  71     uint32_t accept_stat;
  72 };
  73
  74 struct rpc_call_header {
  75     uint32_t xid;
  76     uint32_t mtype;
  77     uint32_t rpcvers;
  78     uint32_t prog;
  79     uint32_t vers;
  80     uint32_t proc;
  81 };
  82
  83 struct rpc_auth {
  84     uint32_t flavor;
  85     uint32_t len;
  86 };
  87
  88 typedef struct {
  89     GIOChannel *channel;
  90
  91     /* The reassembled message, thus far. */
  92     GString *msgbuf;
  93
  94     /* Remaining number of bytes in this message fragment; 0 if we next expect
  95      * another fragment header. */
  96     uint32_t frag_len;
  97
  98     /* If frag_len is zero: the number of bytes of the fragment header that
  99      * have been read so far. */
 100     int frag_hdr_bytes;
 101
 102     /* Mapping of XID values to outstanding RPC calls. */
 103     GHashTable *xid_table;
 104 } NFSConnection;
 105
 106
 107 typedef void (*NFSFunc)(NFSConnection *nfs,
 108                         gpointer user_data, const char *reply, size_t len);
 109
 110 typedef struct {
 111     NFSFunc callback;
 112     gpointer user_data;
 113     int64_t start, end;
 114 } CallInfo;
 115
 116 static GMainLoop *main_loop;
 117
 118 int64_t now_hires()
 119 {
 120     struct timespec time;
 121
 122     if (clock_gettime(CLOCK_REALTIME, &time) != 0) {
 123         perror("clock_gettime");
 124         return 0;
 125     }
 126
 127     return (int64_t)(time.tv_sec) * 1000000000 + time.tv_nsec;
 128 }
 129
 130 static void do_write(NFSConnection *conn, const char *buf, size_t len)
 131 {
 132     while (len > 0) {
 133         gsize written = 0;
 134         switch (g_io_channel_write_chars(conn->channel, buf, len,
 135                                          &written, NULL)) {
 136         case G_IO_STATUS_ERROR:
 137         case G_IO_STATUS_EOF:
 138         case G_IO_STATUS_AGAIN:
 139             fprintf(stderr, "Error writing to socket!\n");
 140             return;
 141         case G_IO_STATUS_NORMAL:
 142             len -= written;
 143             buf += written;
 144             break;
 145         }
 146     }
 147 }
 148
 149 static void send_rpc(NFSConnection *nfs, int proc, GString *msg,
 150                      NFSFunc completion_handler, gpointer user_data)
 151 {
 152     static int xid_count = 0;
 153     struct rpc_call_header header;
 154     struct rpc_auth auth;
 155
 156     header.xid = GUINT32_TO_BE(xid_count++);
 157     header.mtype = 0;
 158     header.rpcvers = GUINT32_TO_BE(2);
 159     header.prog = GUINT32_TO_BE(NFS_PROGRAM);
 160     header.vers = GUINT32_TO_BE(NFS_V3);
 161     header.proc = GUINT32_TO_BE(proc);
 162
 163     auth.flavor = GUINT32_TO_BE(AUTH_NULL);
 164     auth.len = 0;
 165
 166     CallInfo *info = g_new0(CallInfo, 1);
 167
 168     uint32_t fragment = htonl(0x80000000
 169                               | (sizeof(header) + 2*sizeof(auth) + msg->len));
 170     do_write(nfs, (const char *)&fragment, sizeof(fragment));
 171     do_write(nfs, (const char *)&header, sizeof(header));
 172     do_write(nfs, (const char *)&auth, sizeof(auth));
 173     do_write(nfs, (const char *)&auth, sizeof(auth));
 174     do_write(nfs, msg->str, msg->len);
 175     g_io_channel_flush(nfs->channel, NULL);
 176
 177     info->start = now_hires();
 178     info->callback = completion_handler;
 179     info->user_data = user_data;
 180     g_hash_table_insert(nfs->xid_table,
 181                         GINT_TO_POINTER(GUINT32_FROM_BE(header.xid)), info);
 182 }
 183
 184 static void process_reply(NFSConnection *nfs, GString *msg)
 185 {
 186     struct rpc_reply *reply = (struct rpc_reply *)msg->str;
 187
 188     uint32_t xid = GUINT32_FROM_BE(reply->xid);
 189
 190     gpointer key = GINT_TO_POINTER(GUINT32_FROM_BE(reply->xid));
 191     CallInfo *info = g_hash_table_lookup(nfs->xid_table, key);
 192     if (info == NULL) {
 193         g_print("Could not match reply XID %d with a call!\n", xid);
 194         return;
 195     }
 196
 197     struct data_point d;
 198     info->end = now_hires();
 199     d.timestamp = info->end / 1000000000;
 200     d.latency = (info->end - info->start + 500) / 1000; /* Round off */
 201     //printf("XID %d: Time = %"PRIi64"\n", xid, info->end - info->start);
 202     if (info->callback != NULL)
 203         info->callback(nfs, info->user_data,
 204                        msg->str + sizeof(*reply), msg->len - sizeof(*reply));
 205
 206     g_hash_table_remove(nfs->xid_table, key);
 207     g_free(info);
 208     if (logfile != NULL) {
 209         fwrite(&d, sizeof(d), 1, logfile);
 210         fflush(logfile);
 211     }
 212
 213     completed++;
 214     /*
 215     if (completed == 128 * threads) {
 216         g_main_loop_quit(main_loop);
 217     } */
 218 }
 219
 220 static gboolean read_handler(GIOChannel *channel,
 221                              GIOCondition condition,
 222                              gpointer data)
 223 {
 224     NFSConnection *nfs = (NFSConnection *)data;
 225
 226     gsize bytes_to_read = 0;    /* Number of bytes to attempt to read. */
 227
 228     /* If we have not yet read in the fragment header, do that first.  This is
 229      * 4 bytes that indicates the number of bytes in the message to follow
 230      * (with the high bit set if this is the last fragment making up the
 231      * message). */
 232     if (nfs->frag_len == 0) {
 233         bytes_to_read = 4 - nfs->frag_hdr_bytes;
 234     } else {
 235         bytes_to_read = nfs->frag_len & 0x7fffffff;
 236     }
 237
 238     if (bytes_to_read > MAX_RPC_MSGSIZE
 239         || nfs->msgbuf->len + bytes_to_read > MAX_RPC_MSGSIZE)
 240     {
 241         fprintf(stderr, "Excessive fragment size for RPC: %zd bytes\n",
 242                 bytes_to_read);
 243         g_io_channel_shutdown(nfs->channel, TRUE, NULL);
 244         return FALSE;
 245     }
 246
 247     gsize bytes_read = 0;
 248     g_string_set_size(nfs->msgbuf, nfs->msgbuf->len + bytes_to_read);
 249     char *buf = &nfs->msgbuf->str[nfs->msgbuf->len - bytes_to_read];
 250     switch (g_io_channel_read_chars(nfs->channel, buf,
 251                                     bytes_to_read, &bytes_read, NULL)) {
 252     case G_IO_STATUS_NORMAL:
 253         break;
 254     case G_IO_STATUS_AGAIN:
 255         return TRUE;
 256     case G_IO_STATUS_EOF:
 257         if (bytes_read == bytes_to_read)
 258             break;
 259         /* else fall through */
 260     case G_IO_STATUS_ERROR:
 261         fprintf(stderr, "Unexpected error or end of file on RPC stream %d!\n",
 262                 g_io_channel_unix_get_fd(nfs->channel));
 263         g_io_channel_shutdown(nfs->channel, TRUE, NULL);
 264         /* TODO: Clean up connection object. */
 265         return FALSE;
 266     }
 267
 268     g_assert(bytes_read >= 0 && bytes_read <= bytes_to_read);
 269
 270     g_string_set_size(nfs->msgbuf,
 271                       nfs->msgbuf->len - (bytes_to_read - bytes_read));
 272
 273     if (nfs->frag_len == 0) {
 274         /* Handle reading in the fragment header.  If we've read the complete
 275          * header, store the fragment size. */
 276         nfs->frag_hdr_bytes += bytes_read;
 277         if (nfs->frag_hdr_bytes == 4) {
 278             memcpy((char *)&nfs->frag_len,
 279                    &nfs->msgbuf->str[nfs->msgbuf->len - 4], 4);
 280             nfs->frag_len = ntohl(nfs->frag_len);
 281             g_string_set_size(nfs->msgbuf, nfs->msgbuf->len - 4);
 282             nfs->frag_hdr_bytes = 0;
 283         }
 284     } else {
 285         /* We were reading in the fragment body. */
 286         nfs->frag_len -= bytes_read;
 287
 288         if (nfs->frag_len == 0x80000000) {
 289             process_reply(nfs, nfs->msgbuf);
 290             nfs->frag_len = 0;
 291             g_string_set_size(nfs->msgbuf, 0);
 292         }
 293     }
 294
 295     return TRUE;
 296 }
 297
 298 static void send_read_request(NFSConnection *nfs, uint64_t inum,
 299                                uint64_t offset, uint64_t len);
 300 static void submit_random_read(NFSConnection *nfs)
 301 {
 302     struct bench_file *bf;
 303     bf = &g_array_index(bench_files, struct bench_file,
 304                         g_random_int_range(0, bench_files->len));
 305     int blocks = bf->size / read_size;
 306     if (blocks == 0)
 307         blocks = 1;
 308
 309     int offset = g_random_int_range(0, blocks);
 310     send_read_request(nfs, bf->inum, offset * read_size, read_size);
 311 }
 312
 313 static void finish_read_request(NFSConnection *nfs, gpointer user_data,
 314                                 const char *reply, size_t len)
 315 {
 316     submit_random_read(nfs);
 317 }
 318
 319 static void send_read_request(NFSConnection *nfs, uint64_t inum,
 320                                uint64_t offset, uint64_t len)
 321 {
 322     struct nfs_fh3 fh;
 323     uint64_t fhdata = GUINT64_TO_BE(inum);
 324     fh.data.data_val = (char *)&fhdata;
 325     fh.data.data_len = 8;
 326     int i;
 327
 328     char buf[64];
 329     struct read3args read;
 330     memcpy(&read.file, &fh, sizeof(struct nfs_fh3));
 331     read.offset = offset;
 332     read.count = len;
 333
 334     GString *str = g_string_new("");
 335     XDR xdr;
 336     xdr_string_create(&xdr, str, XDR_ENCODE);
 337     xdr_read3args(&xdr, &read);
 338     send_rpc(nfs, NFSPROC3_READ, str, finish_read_request,
 339              GINT_TO_POINTER((int)inum));
 340     g_string_free(str, TRUE);
 341 }
 342
 343 static gboolean idle_handler(gpointer data)
 344 {
 345     NFSConnection *nfs = (NFSConnection *)data;
 346     int i;
 347
 348     for (i = 0; i < threads; i++) {
 349         submit_random_read(nfs);
 350     }
 351
 352 #if 0
 353     g_print("Sending requests...\n");
 354     for (i = 0; i < threads; i++) {
 355         char buf[64];
 356         struct diropargs3 lookup;
 357         uint64_t rootfh = GUINT64_TO_BE(1);
 358
 359         sprintf(buf, "file-%d", i + 1);
 360         lookup.dir.data.data_len = 8;
 361         lookup.dir.data.data_val = (char *)&rootfh;
 362         lookup.name = buf;
 363
 364         GString *str = g_string_new("");
 365         XDR xdr;
 366         xdr_string_create(&xdr, str, XDR_ENCODE);
 367         xdr_diropargs3(&xdr, &lookup);
 368         send_rpc(nfs, NFSPROC3_LOOKUP, str, store_fh, NULL);
 369         g_string_free(str, TRUE);
 370     }
 371 #endif
 372
 373     return FALSE;
 374 }
 375
 376 NFSConnection *nfs_connect(const char *hostname)
 377 {
 378     int result;
 379     struct addrinfo hints;
 380     struct addrinfo *ai = NULL;
 381
 382     int fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);
 383     if (fd < 0) {
 384         fprintf(stderr, "Unable to create NFS TCP socket: %m\n");
 385         exit(1);
 386     }
 387
 388     memset(&hints, 0, sizeof(hints));
 389     hints.ai_family = AF_INET;
 390     hints.ai_socktype = SOCK_STREAM;
 391     hints.ai_protocol = IPPROTO_TCP;
 392     result = getaddrinfo(hostname, "2051", NULL, &ai);
 393     if (result < 0 || ai == NULL) {
 394         fprintf(stderr, "Hostname lookup failure for %s: %s\n",
 395                 hostname, gai_strerror(result));
 396         exit(1);
 397     }
 398
 399     if (connect(fd, ai->ai_addr, ai->ai_addrlen) < 0) {
 400         fprintf(stderr, "Unable to connect to : %m\n");
 401     }
 402
 403     freeaddrinfo(ai);
 404
 405     NFSConnection *conn = g_new0(NFSConnection, 1);
 406     conn->msgbuf = g_string_new("");
 407     conn->xid_table = g_hash_table_new(g_direct_hash, g_direct_equal);
 408
 409     conn->channel = g_io_channel_unix_new(fd);
 410     g_io_channel_set_encoding(conn->channel, NULL, NULL);
 411     g_io_channel_set_flags(conn->channel, G_IO_FLAG_NONBLOCK, NULL);
 412     g_io_add_watch(conn->channel, G_IO_IN, read_handler, conn);
 413
 414     g_idle_add(idle_handler, conn);
 415
 416     return conn;
 417 }
 418
 419 int main(int argc, char *argv[])
 420 {
 421     g_thread_init(NULL);
 422     g_set_prgname("synclient");
 423     g_print("Launching synthetic NFS RPC client...\n");
 424
 425     bench_files = g_array_new(FALSE, TRUE, sizeof(struct bench_file));
 426
 427     FILE *inodes = fopen(argv[1], "r");
 428     if (inodes == NULL) {
 429         perror("fopen");
 430         return 1;
 431     }
 432     while (!feof(inodes)) {
 433         int i1 = -1, i2 = -1;
 434         fscanf(inodes, "%d %d", &i1, &i2);
 435         if (i1 < 0 || i2 < 0)
 436             continue;
 437
 438         struct bench_file bf;
 439         bf.inum = i1;
 440         bf.size = i2;
 441         g_array_append_val(bench_files, bf);
 442     }
 443     fclose(inodes);
 444
 445     threads = 8;
 446     if (argc > 2)
 447         threads = atoi(argv[2]);
 448     if (argc > 3)
 449         read_size = atoi(argv[3]);
 450     if (argc > 4)
 451         logfile = fopen(argv[4], "wb");
 452
 453     main_loop = g_main_loop_new(NULL, FALSE);
 454     nfs_connect("niniel.sysnet.ucsd.edu");
 455
 456     g_main_loop_run(main_loop);
 457
 458     return 0;
 459 }