docs/devel/blkdebug.txt

   1 Block I/O error injection using blkdebug
   2 ----------------------------------------
   3 Copyright (C) 2014-2015 Red Hat Inc
   4
   5 This work is licensed under the terms of the GNU GPL, version 2 or later.  See
   6 the COPYING file in the top-level directory.
   7
   8 The blkdebug block driver is a rule-based error injection engine.  It can be
   9 used to exercise error code paths in block drivers including ENOSPC (out of
  10 space) and EIO.
  11
  12 This document gives an overview of the features available in blkdebug.
  13
  14 Background
  15 ----------
  16 Block drivers have many error code paths that handle I/O errors.  Image formats
  17 are especially complex since metadata I/O errors during cluster allocation or
  18 while updating tables happen halfway through request processing and require
  19 discipline to keep image files consistent.
  20
  21 Error injection allows test cases to trigger I/O errors at specific points.
  22 This way, all error paths can be tested to make sure they are correct.
  23
  24 Rules
  25 -----
  26 The blkdebug block driver takes a list of "rules" that tell the error injection
  27 engine when to fail an I/O request.
  28
  29 Each I/O request is evaluated against the rules.  If a rule matches the request
  30 then its "action" is executed.
  31
  32 Rules can be placed in a configuration file; the configuration file
  33 follows the same .ini-like format used by QEMU's -readconfig option, and
  34 each section of the file represents a rule.
  35
  36 The following configuration file defines a single rule:
  37
  38   $ cat blkdebug.conf
  39   [inject-error]
  40   event = "read_aio"
  41   errno = "28"
  42
  43 This rule fails all aio read requests with ENOSPC (28).  Note that the errno
  44 value depends on the host.  On Linux, see
  45 /usr/include/asm-generic/errno-base.h for errno values.
  46
  47 Invoke QEMU as follows:
  48
  49   $ qemu-system-x86_64
  50         -drive if=none,cache=none,file=blkdebug:blkdebug.conf:test.img,id=drive0 \
  51         -device virtio-blk-pci,drive=drive0,id=virtio-blk-pci0
  52
  53 Rules support the following attributes:
  54
  55   event - which type of operation to match (e.g. read_aio, write_aio,
  56           flush_to_os, flush_to_disk).  See the "Events" section for
  57           information on events.
  58
  59   state - (optional) the engine must be in this state number in order for this
  60           rule to match.  See the "State transitions" section for information
  61           on states.
  62
  63   errno - the numeric errno value to return when a request matches this rule.
  64           The errno values depend on the host since the numeric values are not
  65           standarized in the POSIX specification.
  66
  67   sector - (optional) a sector number that the request must overlap in order to
  68            match this rule
  69
  70   once - (optional, default "off") only execute this action on the first
  71          matching request
  72
  73   immediately - (optional, default "off") return a NULL BlockAIOCB
  74                 pointer and fail without an errno instead.  This
  75                 exercises the code path where BlockAIOCB fails and the
  76                 caller's BlockCompletionFunc is not invoked.
  77
  78 Events
  79 ------
  80 Block drivers provide information about the type of I/O request they are about
  81 to make so rules can match specific types of requests.  For example, the qcow2
  82 block driver tells blkdebug when it accesses the L1 table so rules can match
  83 only L1 table accesses and not other metadata or guest data requests.
  84
  85 The core events are:
  86
  87   read_aio - guest data read
  88
  89   write_aio - guest data write
  90
  91   flush_to_os - write out unwritten block driver state (e.g. cached metadata)
  92
  93   flush_to_disk - flush the host block device's disk cache
  94
  95 See qapi/block-core.json:BlkdebugEvent for the full list of events.
  96 You may need to grep block driver source code to understand the
  97 meaning of specific events.
  98
  99 State transitions
 100 -----------------
 101 There are cases where more power is needed to match a particular I/O request in
 102 a longer sequence of requests.  For example:
 103
 104   write_aio
 105   flush_to_disk
 106   write_aio
 107
 108 How do we match the 2nd write_aio but not the first?  This is where state
 109 transitions come in.
 110
 111 The error injection engine has an integer called the "state" that always starts
 112 initialized to 1.  The state integer is internal to blkdebug and cannot be
 113 observed from outside but rules can interact with it for powerful matching
 114 behavior.
 115
 116 Rules can be conditional on the current state and they can transition to a new
 117 state.
 118
 119 When a rule's "state" attribute is non-zero then the current state must equal
 120 the attribute in order for the rule to match.
 121
 122 For example, to match the 2nd write_aio:
 123
 124   [set-state]
 125   event = "write_aio"
 126   state = "1"
 127   new_state = "2"
 128
 129   [inject-error]
 130   event = "write_aio"
 131   state = "2"
 132   errno = "5"
 133
 134 The first write_aio request matches the set-state rule and transitions from
 135 state 1 to state 2.  Once state 2 has been entered, the set-state rule no
 136 longer matches since it requires state 1.  But the inject-error rule now
 137 matches the next write_aio request and injects EIO (5).
 138
 139 State transition rules support the following attributes:
 140
 141   event - which type of operation to match (e.g. read_aio, write_aio,
 142           flush_to_os, flush_to_disk).  See the "Events" section for
 143           information on events.
 144
 145   state - (optional) the engine must be in this state number in order for this
 146           rule to match
 147
 148   new_state - transition to this state number
 149
 150 Suspend and resume
 151 ------------------
 152 Exercising code paths in block drivers may require specific ordering amongst
 153 concurrent requests.  The "breakpoint" feature allows requests to be halted on
 154 a blkdebug event and resumed later.  This makes it possible to achieve
 155 deterministic ordering when multiple requests are in flight.
 156
 157 Breakpoints on blkdebug events are associated with a user-defined "tag" string.
 158 This tag serves as an identifier by which the request can be resumed at a later
 159 point.
 160
 161 See the qemu-io(1) break, resume, remove_break, and wait_break commands for
 162 details.