ucw/fb-direct.c

   1 /*
   2  *      UCW Library -- Fast Buffered I/O on O_DIRECT Files
   3  *
   4  *      (c) 2006--2007 Martin Mares <mj@ucw.cz>
   5  *
   6  *      This software may be freely distributed and used according to the terms
   7  *      of the GNU Lesser General Public License.
   8  */
   9
  10 /*
  11  *      This is a fastbuf backend for fast streaming I/O using O_DIRECT and
  12  *      the asynchronous I/O module. It's designed for use on large files
  13  *      which don't fit in the disk cache.
  14  *
  15  *      CAVEATS:
  16  *
  17  *        - All operations with a single fbdirect handle must be done
  18  *          within a single thread, unless you provide a custom I/O queue
  19  *          and take care of locking.
  20  *
  21  *      FIXME: what if the OS doesn't support O_DIRECT?
  22  *      FIXME: unaligned seeks and partial writes?
  23  *      FIXME: append to unaligned file
  24  */
  25
  26 #undef LOCAL_DEBUG
  27
  28 #include "ucw/lib.h"
  29 #include "ucw/fastbuf.h"
  30 #include "ucw/lfs.h"
  31 #include "ucw/asio.h"
  32 #include "ucw/conf.h"
  33 #include "ucw/threads.h"
  34
  35 #include <string.h>
  36 #include <fcntl.h>
  37 #include <unistd.h>
  38 #include <stdio.h>
  39
  40 uns fbdir_cheat;
  41
  42 static struct cf_section fbdir_cf = {
  43   CF_ITEMS {
  44     CF_UNS("Cheat", &fbdir_cheat),
  45     CF_END
  46   }
  47 };
  48
  49 #define FBDIR_ALIGN 512
  50
  51 enum fbdir_mode {                               // Current operating mode
  52     M_NULL,
  53     M_READ,
  54     M_WRITE
  55 };
  56
  57 struct fb_direct {
  58   struct fastbuf fb;
  59   int fd;                                       // File descriptor
  60   int is_temp_file;
  61   struct asio_queue *io_queue;                  // I/O queue to use
  62   struct asio_queue *user_queue;                // If io_queue was supplied by the user
  63   struct asio_request *pending_read;
  64   struct asio_request *done_read;
  65   struct asio_request *active_buffer;
  66   enum fbdir_mode mode;
  67   byte name[0];
  68 };
  69 #define FB_DIRECT(f) ((struct fb_direct *)(f)->is_fastbuf)
  70
  71 static void CONSTRUCTOR
  72 fbdir_global_init(void)
  73 {
  74   cf_declare_section("FBDirect", &fbdir_cf, 0);
  75 }
  76
  77 static void
  78 fbdir_read_sync(struct fb_direct *F)
  79 {
  80   while (F->pending_read)
  81     {
  82       struct asio_request *r = asio_wait(F->io_queue);
  83       ASSERT(r);
  84       struct fb_direct *G = r->user_data;
  85       ASSERT(G);
  86       ASSERT(G->pending_read == r && !G->done_read);
  87       G->pending_read = NULL;
  88       G->done_read = r;
  89     }
  90 }
  91
  92 static void
  93 fbdir_change_mode(struct fb_direct *F, enum fbdir_mode mode)
  94 {
  95   if (F->mode == mode)
  96     return;
  97   DBG("FB-DIRECT: Switching mode to %d", mode);
  98   switch (F->mode)
  99     {
 100     case M_NULL:
 101       break;
 102     case M_READ:
 103       fbdir_read_sync(F);                       // Wait for read-ahead requests to finish
 104       if (F->done_read)                         // Return read-ahead requests if any
 105         {
 106           asio_put(F->done_read);
 107           F->done_read = NULL;
 108         }
 109       break;
 110     case M_WRITE:
 111       asio_sync(F->io_queue);                   // Wait for pending writebacks
 112       break;
 113     }
 114   if (F->active_buffer)
 115     {
 116       asio_put(F->active_buffer);
 117       F->active_buffer = NULL;
 118     }
 119   F->mode = mode;
 120 }
 121
 122 static void
 123 fbdir_submit_read(struct fb_direct *F)
 124 {
 125   struct asio_request *r = asio_get(F->io_queue);
 126   r->fd = F->fd;
 127   r->op = ASIO_READ;
 128   r->len = F->io_queue->buffer_size;
 129   r->user_data = F;
 130   asio_submit(r);
 131   F->pending_read = r;
 132 }
 133
 134 static int
 135 fbdir_refill(struct fastbuf *f)
 136 {
 137   struct fb_direct *F = FB_DIRECT(f);
 138
 139   DBG("FB-DIRECT: Refill");
 140
 141   if (!F->done_read)
 142     {
 143       if (!F->pending_read)
 144         {
 145           fbdir_change_mode(F, M_READ);
 146           fbdir_submit_read(F);
 147         }
 148       fbdir_read_sync(F);
 149       ASSERT(F->done_read);
 150     }
 151
 152   struct asio_request *r = F->done_read;
 153   F->done_read = NULL;
 154   if (F->active_buffer)
 155     asio_put(F->active_buffer);
 156   F->active_buffer = r;
 157   if (!r->status)
 158     return 0;
 159   if (r->status < 0)
 160     die("Error reading %s: %s", f->name, strerror(r->returned_errno));
 161   f->bptr = f->buffer = r->buffer;
 162   f->bstop = f->bufend = f->buffer + r->status;
 163   f->pos += r->status;
 164
 165   fbdir_submit_read(F);                         // Read-ahead the next block
 166
 167   return r->status;
 168 }
 169
 170 static void
 171 fbdir_spout(struct fastbuf *f)
 172 {
 173   struct fb_direct *F = FB_DIRECT(f);
 174   struct asio_request *r;
 175
 176   DBG("FB-DIRECT: Spout");
 177
 178   fbdir_change_mode(F, M_WRITE);
 179   r = F->active_buffer;
 180   if (r && f->bptr > f->bstop)
 181     {
 182       r->op = ASIO_WRITE_BACK;
 183       r->fd = F->fd;
 184       r->len = f->bptr - f->bstop;
 185       ASSERT(!(f->pos % FBDIR_ALIGN) || fbdir_cheat);
 186       f->pos += r->len;
 187       if (!fbdir_cheat && r->len % FBDIR_ALIGN)                 // Have to simulate incomplete writes
 188         {
 189           r->len = ALIGN_TO(r->len, FBDIR_ALIGN);
 190           asio_submit(r);
 191           asio_sync(F->io_queue);
 192           DBG("FB-DIRECT: Truncating at %llu", (long long)f->pos);
 193           if (sh_ftruncate(F->fd, f->pos) < 0)
 194             die("Error truncating %s: %m", f->name);
 195         }
 196       else
 197         asio_submit(r);
 198       r = NULL;
 199     }
 200   if (!r)
 201     r = asio_get(F->io_queue);
 202   f->bstop = f->bptr = f->buffer = r->buffer;
 203   f->bufend = f->buffer + F->io_queue->buffer_size;
 204   F->active_buffer = r;
 205 }
 206
 207 static int
 208 fbdir_seek(struct fastbuf *f, sh_off_t pos, int whence)
 209 {
 210   DBG("FB-DIRECT: Seek %llu %d", (long long)pos, whence);
 211
 212   if (whence == SEEK_SET && pos == f->pos)
 213     return 1;
 214
 215   fbdir_change_mode(FB_DIRECT(f), M_NULL);                      // Wait for all async requests to finish
 216   sh_off_t l = sh_seek(FB_DIRECT(f)->fd, pos, whence);
 217   if (l < 0)
 218     return 0;
 219   f->pos = l;
 220   return 1;
 221 }
 222
 223 static struct asio_queue *
 224 fbdir_get_io_queue(uns buffer_size, uns write_back)
 225 {
 226   struct ucwlib_context *ctx = ucwlib_thread_context();
 227   struct asio_queue *q = ctx->io_queue;
 228   if (!q)
 229     {
 230       q = xmalloc_zero(sizeof(struct asio_queue));
 231       q->buffer_size = buffer_size;
 232       q->max_writebacks = write_back;
 233       asio_init_queue(q);
 234       ctx->io_queue = q;
 235     }
 236   q->use_count++;
 237   DBG("FB-DIRECT: Got I/O queue, uc=%d", q->use_count);
 238   return q;
 239 }
 240
 241 static void
 242 fbdir_put_io_queue(void)
 243 {
 244   struct ucwlib_context *ctx = ucwlib_thread_context();
 245   struct asio_queue *q = ctx->io_queue;
 246   ASSERT(q);
 247   DBG("FB-DIRECT: Put I/O queue, uc=%d", q->use_count);
 248   if (!--q->use_count)
 249     {
 250       asio_cleanup_queue(q);
 251       xfree(q);
 252       ctx->io_queue = NULL;
 253     }
 254 }
 255
 256 static void
 257 fbdir_close(struct fastbuf *f)
 258 {
 259   struct fb_direct *F = FB_DIRECT(f);
 260
 261   DBG("FB-DIRECT: Close");
 262
 263   fbdir_change_mode(F, M_NULL);
 264   if (!F->user_queue)
 265     fbdir_put_io_queue();
 266
 267   bclose_file_helper(f, F->fd, F->is_temp_file);
 268   xfree(f);
 269 }
 270
 271 static int
 272 fbdir_config(struct fastbuf *f, uns item, int value)
 273 {
 274   int orig;
 275
 276   switch (item)
 277     {
 278     case BCONFIG_IS_TEMP_FILE:
 279       orig = FB_DIRECT(f)->is_temp_file;
 280       FB_DIRECT(f)->is_temp_file = value;
 281       return orig;
 282     default:
 283       return -1;
 284     }
 285 }
 286
 287 struct fastbuf *
 288 fbdir_open_fd_internal(int fd, const char *name, struct asio_queue *q, uns buffer_size, uns read_ahead UNUSED, uns write_back)
 289 {
 290   int namelen = strlen(name) + 1;
 291   struct fb_direct *F = xmalloc(sizeof(struct fb_direct) + namelen);
 292   struct fastbuf *f = &F->fb;
 293
 294   DBG("FB-DIRECT: Open");
 295   bzero(F, sizeof(*F));
 296   f->name = F->name;
 297   memcpy(f->name, name, namelen);
 298   F->fd = fd;
 299   if (q)
 300     F->io_queue = F->user_queue = q;
 301   else
 302     F->io_queue = fbdir_get_io_queue(buffer_size, write_back);
 303   f->refill = fbdir_refill;
 304   f->spout = fbdir_spout;
 305   f->seek = fbdir_seek;
 306   f->close = fbdir_close;
 307   f->config = fbdir_config;
 308   f->can_overwrite_buffer = 2;
 309   return f;
 310 }
 311
 312 #ifdef TEST
 313
 314 #include "ucw/getopt.h"
 315
 316 int main(int argc, char **argv)
 317 {
 318   struct fb_params par = { .type = FB_DIRECT };
 319   struct fastbuf *f, *t;
 320
 321   log_init(NULL);
 322   if (cf_getopt(argc, argv, CF_SHORT_OPTS, CF_NO_LONG_OPTS, NULL) >= 0)
 323     die("Hey, whaddya want?");
 324   f = (optind < argc) ? bopen_file(argv[optind++], O_RDONLY, &par) : bopen_fd(0, &par);
 325   t = (optind < argc) ? bopen_file(argv[optind++], O_RDWR | O_CREAT | O_TRUNC, &par) : bopen_fd(1, &par);
 326
 327   bbcopy(f, t, ~0U);
 328   ASSERT(btell(f) == btell(t));
 329
 330 #if 0           // This triggers unaligned write
 331   bflush(t);
 332   bputc(t, '\n');
 333 #endif
 334
 335   brewind(t);
 336   bgetc(t);
 337   ASSERT(btell(t) == 1);
 338
 339   bclose(f);
 340   bclose(t);
 341   return 0;
 342 }
 343
 344 #endif