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