分布式软件测试工具IOR源代码结构分析.doc

一、 程序的功能 2
二、 程序的主要流程 3
三、 程序的主要数据结构 5
四、 程序的模块 6
4.1 词法分析模块 6
4.2 负载模块 8
4.2.1 参数介绍 10
4.2.2 重要变量 13
4.2.3 任务偏移值的产生（rankOffset） 13
4.2.5 测试文件的命名 15
4.2.6 TestIoSys函数的简要注释说明 17
4.2.7 ReduceIterResults函数的简要注释说明 21
4.2.8 SummarizeResults函数的简要注释说明 23
4.2.9 WriteOrRead函数的简要注释说明 25
4.3 底层函数模块 28
4.3.1 IOR_Xfer_POSIX函数的简要注释说明 28
五、 总结 30
5.1 IOR的优点 30
5.2 IOR的缺点 30
5.3 如何修改IOR 30
六、 附录 31
6.1 每个文件的作用和信息 31
6.2重要的数据结构 32
6.3 每个c文件所包含的函数 34
6.3.1 Parse_options.c中的函数 34
6.3.2 utilities.c中的函数 36
6.3.3 aiori-POSIX.c中的函数 38
6.3.4 aiori-MPIIO.c中的函数 39
6.3.5 aiori-HDF5.c中的函数 39
6.3.6 aiori-NCMPI.c中的函数 39
6.3.7 IOR.c中的函数 39

一、 程序的功能
IOR是测试基准程序，它的功能是接受参数，在client上产生特定的负载，测试系统的系能，并输出测试结果。
根据IOR的功能，可以把IOR程序分成三个模块：词法分析模块、负载模块、底层函数模块。

输入的参数有三种形式：
Ø 选项形式-比如 “-w –r –f –c –Z” 等
Ø 赋值形式，在-O选项后面赋值，比如“ –O api=POSIX”
Ø 配置脚本形式，在配置脚本中，给参数结构体IOR_param_t成员赋值，形式如 “–f script.txt”使用配置脚本形式，可以设置几次测试，每次测试的参数都不一样。
IOR能模拟不同的负载，所以负载模块很复杂，其中最重要的函数TestIoSys（）有400+行代码。在TestIoSys（）有许多条件语句，根据参数结构体IOR_param_t里成员的值，产生不同操作。
修改IOR，减少不必要的参数，增加读写比例参数，就需要修改结构体IOR_param_t，和修改TestIoSys（）函数。

二、 程序的主要流程
简略分析main函数流程，下面是main函数的不完全代码：
int main(int argc, char ** argv)
{
IOR_queue_t * tests; /*IOR_queue_t是参数结构体IOR_param_t的链表结构*/

tests = SetupTests(argc,argv); /*接受参数设置，并检查参数，然后填充参数结构体*/

While(tests != NULL)
{
TestIoSys(&tests->testParameters); /*根据参数结构体的成员，进行测试*/
test = test->nextTest; /*下一个测试*/
}
}

ParseCommandLine //词法分析命令参数，并填充参数结构体
DistributeHints //把环境变量分发到各个进程
VaildTests //检查各个参数结构体内的参数是否有效
TimeDeviation //检查每个任务之间开始时间的偏差
SeedRandGen //产生随机数
ShowTest //显示参数信息
AioriBind //装填I/O接口
ShowSetup //显示设置信息
SummarizeResults //显示测试结果
Time0 //定时器伪代码
ReduceIterResults //归约操作，计算结果

三、 程序的主要数据结构
两个重要的数据结构是：
aiori.h中定义的参数结构体IOR_param_t。用来填充参数。
IOR.h中定义的参数结构体队列IOR_queue_t。运行一次程序可以执行几次参数不同的测试。

typedef struct
{
char debug[MAX_STR]; /* debug info string */
unsigned int mode; /* file permissions */
unsigned int openFlags; /* open flags */
int TestNum; /* test reference number */
char api[MAX_STR]; /* API for I/O */
……
int numTasks; /* number of tasks for test */
int nodes; /* number of nodes for test */
int tasksPerNode; /* number of tasks per node */
int repetitions; /* number of repetitions of test */
…..
int readFile; /* read of existing file */
int writeFile; /* write of file */
….
int keepFile; /* don't delete the testfile on exit */
….
/* POSIX variables */
int singleXferAttempt; /* do not retry transfer if incomplete */
int fsYncPerWrite; /* fsync() after each write */
int fsync; /* fsync() after write */
/* MPI variables */
MPI_Datatype transferType; /* datatype for transfer */
MPI_Datatype fileType; /* filetype for file view */
/* HDF5 variables */
int individualDataSets; /* datasets not shared by all procs */
int noFill; /* no fill in file creation */
IOR_offset_t setAlignment; /* alignment in bytes */
/* NCMPI variables */
int var_id; /* variable id handle for data set */
/* Lustre variables */
int lustre_stripe_count;
int lustre_stripe_size;
int lustre_start_ost;
int lustre_ignore_locks;
} IOR_param_t;

typedef struct IOR_queue_t {
IOR_param_t testParameters;
struct IOR_queue_t * nextTest;
} IOR_queue_t;

四、 程序的模块
4.1 词法分析模块
该模块包含的C文件有
Parse_options.c
该文件包括defaults.h头文件，defaults.h头文件是一个参数结构体defaultParameters的定义，该结构体包含默认的参数值。
Parse_options.c包含5个主要函数，如下表所示。
函数名
功能
ParseCommandLine
对命令行参数进行词法分析
ParseLine
对一行字符串调用DecodeDirective函数进行词法分析
ReadConfigScript
读取配置脚本，分配并填充参数结构体
DecodeDirective
分析诸如“transferSize=64k”一样的偶对，并给参数结构体中的transferSize赋值。
CheckRunSettings
检查和纠正每次测试参数的参数值。
1.参数结构体中的writeFile、readFile、checkWrite、checkRead值为FALSE时，设置readFile和writeFile的值为TRUE。
2.当参数结构体中的numTasks为0时，设置numTasks=MPI进程数

ParseCommandLine函数是词法分析模块的最主要的函数，它和其他函数的关系如下图

小结：参数的输入形式有三种，但对于我们编写的聚合带宽程序只需要一种输入形式，即命令行形式。所以我们只使用ParseCommandLine函数，其他函数可以删除。

4.2 负载模块
该模块包含的C文件有
IOR.C
utilities.c
IOR.C文件中有主函数main，SetupTests函数，TestIOSys函数，WriteOrRead函数
负载模块的函数关系图如下：

4.2.1 参数介绍
编号
参数
参数作用描述
所对应的参数结构体成员
成员类型
默认值
重要程度
1
-A #
测试标志，可以在输出结果上显示，作为标记。
test reference number for easier test identification in log files
TestNum
数值
-1

2
-a [POSIX|MPIIO]
API接口选项
api
字符串
POSIX
重要
3
-b #
数据块大小
blockSize
数值
1048576
重要
4
-B
用于POSIX接口，使用直接I/O，不使用I/O缓存。
useO_DIRECT
布尔
0
一般
5
-c
聚合(collective)I/O，MPI的文件操作为组调用
collective
布尔
0
一般
6
-C
读操作时，读取其他任务所写的文件。所有任务的任务偏移量是常量。
reorderTasks
布尔
0
一般
7
-Q #
任务偏移量，用于-C –Z选项
taskPerNodeOffset
数值
1
一般
8
-Z
所有任务的任务偏移量不是常量，是随机产生的。
reorderTasksRandom
布尔
0
一般
9
-X #
与-Z选项一起使用。当>0时，每次循环的随机种子都一样，当<0时，每次循环的随机种子都不一样。
reorderTasksRandomSeed
数值
0
一般
10
-d #
每次循环间的延迟时间
interTestDelay
数值
0

11
-D #
每次读写操作的限定时长。数值0表示关闭该选项。
deadlineForStonewalling
数值
0

12
-Y
每次POSIX write操作后都执行同步sync。
fsYncPerWrite
布尔
0
一般
13
-e
每次循环都执行同步sync。
fsync
布尔
0
一般
14
-E
每次写访问前不删除已经存在的文件（使用已经存在的文件）。
useExistingTestFile
布尔
0

15
-f S
配置文件的名字。

16
-F
并发模式(file-per-process)
filePerProc
布尔
0
重要
17
-g
所用任务同步进行打开文件操作，同步进行写操作，同步进行读操作，同步进行关闭操作。
use barriers between open, write/read, and close
intraTestBarriers
布尔
0

18
-G #
设置时间戳
setTimeStampSignature
数值
0

19
-h
显示帮助文件
showHelp
布尔
0
需要
20
-H
显示提示。
show hints（mpi可能会根据hints进行优化操作，提高性能）
showHints
布尔

21
-i #
每次测试的循环次数。
repetitions
数值
1
重要
22
-j #
显示哪个进程操作时间已经超出了平均操作时间#秒。数值0表示不使用该选项。
outlierThreshold
数值
0

23
-J #
设置HDF5数据对齐。
setAlignment
字符串
1

24
-k
退出程序后，不删除测试文件。
keepFile
布尔
0

25
-K
数据检查后，保留错误的文件。(通过设置，可以在读写操作后，进行数据检查)
keepFileWithError
布尔
0

26
-l
把文件偏移值写到文件中。
use file offset as stored signature
storeFileOffset
布尔
0

27
-m
使用循环次序号作为测试文件名字的一部分。也就是每次循环都创建新的文件。
multiFile
布尔
0
一般
28
-n
创建HDF5文件时不填充。
noFill
布尔
0

29
-N #
IOR任务数，当IOR任务数大于MPI任务数时，IOR任务数被设定为MPI任务数的值。数值0表示IOR任务数等于MPI任务数。
numTasks
数值
0
重要
30
-o S
测试文件的名字。注意：在filePerProc被设置的情况下，各个任务会取用多文件名下的单文件名‘-o S1@S2@S3 ’。取用的方式是循环取用。如任务0使用的测试文件名字是‘S1’，任务1使用的测试文件名字是‘S2’，任务2使用的测试文件名诗‘S3’,任务3使用的测试文件名是‘S1’,任务4……
S1、S2、S3可以是不同文件系统下的文件名。
testFileName
字符串
testFile
重要
31
-O S
IOR指令字符串。

32
-p
预先分配文件空间。（对于MPI）
preallocate
布尔
0
重要
33
-q
当出现文件检查错误时，退出。
quitOnError
布尔
0

34
-r
读文件
readFile
布尔
1
重要
35
-R
读文件后，再读一次，检查是否出错。（数据检查）
checkRead
布尔
0

36
-s
文件段数。
segmentCount
数值
1
重要
37
-t
传输大小
transferSize
数值
262144
重要
38
-T #
设定测试时间最大值。数值0表示关闭该选项。
maxTimeDuration
数值
0

39
-u
对于并发模式，每个任务使用一个工作目录。
uniqueDir
布尔
0
一般
40
-U
提示文件的文件名（包含很多hints，传递hints到程序中，并设置hints，hints作为许多MPI操作函数的参数，影响MPI I/O的性能）
full name for hints file
hintsFileName
字符串

41
-v
输出结果。
verbose
数值
0

42
-V
使用MPI_File_set_view（MPI中）
use MPI_File_set_view
useFileView
布尔

一般
43
-w
写文件
writeFile
布尔
1
重要
44
-W
写文件后，读回文件，检查是否出错。（数据检查）
checkWrite
布尔
0

45
-x
假如传输出错，不再次进行传输。
singleXferAttempt
布尔

一般
46
-z
随机偏移(randomOffset)，也就是随机访问。
access is to random, not sequential, offsets within a file
该选项与一下选项不可兼容：
checkRead
storeFileOffset
MPIIO collective of useFileView
HDF5 or NCMPI
randomOffset
布尔
0
一般

4.2.2 重要变量

extern IOR_param_t defaultParameters,
initialTestParams;
extern int errno; /* error number */
extern char ** environ;
int totalErrorCount = 0;
int numTasksWorld = 0; /*一共有多少个任务*/
int rank = 0; /*任务编号*/
int rankOffset = 0; /*任务偏移值*/
int tasksPerNode = 0; /* tasks per node */
int verbose = VERBOSE_0; /* verbose output */
double wall_clock_delta = 0;
double wall_clock_deviation;
MPI_Comm testComm;

4.2.3 任务偏移值的产生（rankOffset）

任务偏移值(rankOffset)的作用是，当任务读文件时，任务会读第(rank+rankOffset)%test->numTasks任务所写的文件。

以下代码是TestIoSys函数中的部分代码，作用是产生任务偏移值
……
/*
*读文件，并在每次I/O操作间计时。
*/
if (test->readFile && (maxTimeDuration ? (GetTimeStamp() - startTime < maxTimeDuration) : 1)) {
/*基于 -C,-Z,-Q,-X 选项，每个任务为读操作产生任务偏移值*/
/*当设置-C –Q选项时，产生的任务偏移值是常量*/
if (test->reorderTasks)
{
rankOffset = (test->taskPerNodeOffset*test->tasksPerNode) % test->numTasks;
}

/* 当设置-Z –Q (-X)选项时，产生的任务偏移值是随机的*/
if (test->reorderTasksRandom)
{
/*以下操作不会与文件偏移值（-Z选项）冲突，因为GetOffsetArrayRandom函数产生文件偏移值 */
int *rankoffs, *filecont, *filehits, ifile, jfile, nodeoffset;
unsigned int iseed0;
nodeoffset = test->taskPerNodeOffset;
nodeoffset = (nodeoffset < test->nodes) ? nodeoffset : test->nodes-1;
iseed0= (test->reorderTasksRandomSeed < 0) ? (-1*test->reorderTasksRandomSeed+rep):test->reorderTasksRandomSeed;

srand(rank+iseed0);
rankOffset = rand() % test->numTasks;

while (rankOffset < (nodeoffset*test->tasksPerNode))
{
rankOffset = rand() % test->numTasks;
}
……
}

4.2.5 测试文件的命名
每个任务调用GetTestFileName函数就能得到测试文件的文件名。测试文件的文件名与参数结构体变量中成员（filePerProc、uniqueDir、multiFile、repCounter）有关。
以下是GetTestFileName的源代码：

void GetTestFileName(char * testFileName, IOR_param_t * test)
{
char ** fileNames,
initialTestFileName[MAXPATHLEN],
testFileNameRoot[MAX_STR],
tmpString[MAX_STR];
int count;

strcpy(initialTestFileName, test->testFileName);
fileNames = ParseFileName(initialTestFileName, &count); /*1*/
if (count > 1 && test->uniqueDir == TRUE) /*2*/
ERR("cannot use multiple file names with unique directories");
if (test->filePerProc) /*3*/
{
strcpy(testFileNameRoot, fileNames[((rank+rankOffset)%test->numTasks) % count]); /*4*/
}
else
{
strcpy(testFileNameRoot, fileNames[0]); /*5*/
}

/* give unique name if using multiple files */
if (test->filePerProc) /*6*/
{
/** prepend rank subdirectory before filename, e.g., /dir/file => /dir/<rank>/file*/
if (test->uniqueDir == TRUE) /*7*/
{
strcpy(testFileNameRoot, PrependDir(test, testFileNameRoot)); /*8*/
}
sprintf(testFileName, "%s.%08d", testFileNameRoot,
(rank+rankOffset)%test->numTasks); /*9*/
}
else
{
strcpy(testFileName, testFileNameRoot); /*10*/
}

/* add suffix for multiple files */
if (test->repCounter > -1) /*11*/
{
sprintf(tmpString, ".%d", test->repCounter);
strcat(testFileName, tmpString); /*12*/
}
} /* GetTestFileName() */

为了便于分析，我们设num=(rank+rankOffset)%test->numTasks。
在第1行中，ParseFileName函数对参数结构体中成员testFileName进行词法分析，比如当testFileName=”/tmp/myfs@/mnt/testfs@/mnt/nfs”时，fileNames[0]=” /tmp/myfs”， fileNames[1]=” /mnt/testfs”， fileNames[2]=” /mnt/nfs”。
第8行中，PrependDir函数能把”/mnt/testfs”变成”/mnt/<num>/testfs”。
第11行中，当设置-m选项时，即参数结构体成员multiFile被设置为1时，给测试文件名加上后缀，后缀是循环序号。
当count=1时，testFileName=” /mnt/testfs”，各个任务的测试文件名如下：
count=1
uniqueDir=1
uniqueDir=0
filePerProc = 1
multiFile=1
/mnt/<num>/testfs.<num>.<rep>
/mnt/testfs.<num>.<rep>
multiFile=0
/mnt/<num>/testfs.<num>
/mnt/testfs.<num>
filePerProc = 0
(Single shared file)
multiFile=1
/mnt/testfs.<rep>
multiFile=0
/mnt/testfs

4.2.6 TestIoSys函数的简要注释说明
void TestIoSys(IOR_param_t *test)
{
char testFileName[MAX_STR];
double * timer[12];
double startTime;
int i,
rep,
maxTimeDuration;
void * fd;
MPI_Group orig_group, new_group;
int range[3];
IOR_offset_t dataMoved; /* for data rate calculation */

/*创建测试所需要的通信域(MPI)*/
……
/*求出每个节点的任务数*/
test->tasksPerNode = CountTasksPerNode(test->numTasks, testComm);
/*初始化计时数组*/
……
/*初始化每次循环用于保存结果的数组*/
……
/*bind I/O calls to specific API */
AioriBind(test->api);
/*计算聚合文件的大小*/
for (rep = 0; rep < test->repetitions; rep++)
{
test->aggFileSizeFromCalc[rep] = test->blockSize * test->segmentCount *
test->numTasks;
}
/*记录开始时间*/
startTime = GetTimeStamp();
/*循环测试,每个循环中有四种主要操作：写文件、检查写、读文件、检查读*/
for (rep = 0; rep < test->repetitions; rep++)
{
/*每次循环测试由任务0记录开始时间，并向所有任务广播*/
……
/* 使用循环序号作为测试文件名的一部分，影响GetTestFileName 函数的结果*/
if (test->multiFile) test->repCounter = rep;

/*写文件，并计时*/
if (test->writeFile)
{
GetTestFileName(testFileName, test);
DelaySecs(test->interTestDelay);
if (test->useExistingTestFile == FALSE)
RemoveFile(testFileName, test->filePerProc, test);
MPI_CHECK(MPI_Barrier(testComm), "barrier error");
test->open = WRITE;
timer[0][rep] = GetTimeStamp();
fd = IOR_Create(testFileName, test);
timer[1][rep] = GetTimeStamp();
if (test->intraTestBarriers)
MPI_CHECK(MPI_Barrier(testComm), "barrier error");
timer[2][rep] = GetTimeStamp();
dataMoved = WriteOrRead(test, fd, WRITE);
timer[3][rep] = GetTimeStamp();
if (test->intraTestBarriers)
MPI_CHECK(MPI_Barrier(testComm), "barrier error");
timer[4][rep] = GetTimeStamp();
IOR_Close(fd, test);
timer[5][rep] = GetTimeStamp();
MPI_CHECK(MPI_Barrier(testComm), "barrier error");

/* get the size of the file just written */
test->aggFileSizeFromStat[rep]
= IOR_GetFileSize(test, testComm, testFileName);

/* check if stat() of file doesn't equal expected file size,
use actual amount of byte moved */
CheckFileSize(test, dataMoved, rep);
ReduceIterResults(test, timer, rep, WRITE);
if (test->outlierThreshold)
CheckForOutliers(test, timer, rep, WRITE);

}/*if writeFile*/

/*检查写操作*/
if (test->checkWrite)
{
MPI_CHECK(MPI_Barrier(testComm), "barrier error");
if (test->corruptFile)
CorruptFile(testFileName, test, rep, WRITECHECK);
MPI_CHECK(MPI_Barrier(testComm), "barrier error");
if (test->reorderTasks)
rankOffset = (2*test->tasksPerNode) % test->numTasks;
GetTestFileName(testFileName, test);
test->open = WRITECHECK;
fd = IOR_Open(testFileName, test);
dataMoved = WriteOrRead(test, fd, WRITECHECK);
IOR_Close(fd, test);
rankOffset = 0;
}

/*读文件，并计时*/
if (test->readFile)
{
/*产生任务偏移值*/
……
GetTestFileName(testFileName, test);
DelaySecs(test->interTestDelay);
MPI_CHECK(MPI_Barrier(testComm), "barrier error");
test->open = READ;
timer[6][rep] = GetTimeStamp();
fd = IOR_Open