source: GenericIO.h @ a4fee13

Revision a4fee13, 12.4 KB checked in by Hal Finkel <hfinkel@…>, 9 years ago (diff)

Implement reading of files of non-native Endianness

  • Property mode set to 100644
Line 
1/*
2 *                    Copyright (C) 2015, UChicago Argonne, LLC
3 *                               All Rights Reserved
4 *
5 *                               Generic IO (ANL-15-066)
6 *                     Hal Finkel, Argonne National Laboratory
7 *
8 *                              OPEN SOURCE LICENSE
9 *
10 * Under the terms of Contract No. DE-AC02-06CH11357 with UChicago Argonne,
11 * LLC, the U.S. Government retains certain rights in this software.
12 *
13 * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
14 * modification, are permitted provided that the following conditions are met:
15 *
16 *   1. Redistributions of source code must retain the above copyright notice,
17 *      this list of conditions and the following disclaimer.
18 *
19 *   2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
20 *      notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
21 *      documentation and/or other materials provided with the distribution.
22 *
23 *   3. Neither the names of UChicago Argonne, LLC or the Department of Energy
24 *      nor the names of its contributors may be used to endorse or promote
25 *      products derived from this software without specific prior written
26 *      permission.
27 *
28 * *****************************************************************************
29 *
30 *                                  DISCLAIMER
31 * THE SOFTWARE IS SUPPLIED “AS IS” WITHOUT WARRANTY OF ANY KIND.  NEITHER THE
32 * UNTED STATES GOVERNMENT, NOR THE UNITED STATES DEPARTMENT OF ENERGY, NOR
33 * UCHICAGO ARGONNE, LLC, NOR ANY OF THEIR EMPLOYEES, MAKES ANY WARRANTY,
34 * EXPRESS OR IMPLIED, OR ASSUMES ANY LEGAL LIABILITY OR RESPONSIBILITY FOR THE
35 * ACCURACY, COMPLETENESS, OR USEFULNESS OF ANY INFORMATION, DATA, APPARATUS,
36 * PRODUCT, OR PROCESS DISCLOSED, OR REPRESENTS THAT ITS USE WOULD NOT INFRINGE
37 * PRIVATELY OWNED RIGHTS.
38 *
39 * *****************************************************************************
40 */
41
42#ifndef GENERICIO_H
43#define GENERICIO_H
44
45#include <cstdlib>
46#include <vector>
47#include <string>
48#include <iostream>
49#include <limits>
50#include <stdint.h>
51
52#ifndef GENERICIO_NO_MPI
53#include <mpi.h>
54#else
55#include <fstream>
56#endif
57
58#include <unistd.h>
59
60namespace gio {
61
62class GenericFileIO {
63public:
64  virtual ~GenericFileIO() {}
65
66public:
67  virtual void open(const std::string &FN, bool ForReading = false) = 0;
68  virtual void setSize(size_t sz) = 0;
69  virtual void read(void *buf, size_t count, off_t offset,
70                    const std::string &D) = 0;
71  virtual void write(const void *buf, size_t count, off_t offset,
72                     const std::string &D) = 0;
73
74protected:
75  std::string FileName;
76};
77
78#ifndef GENERICIO_NO_MPI
79class GenericFileIO_MPI : public GenericFileIO {
80public:
81  GenericFileIO_MPI(const MPI_Comm &C) : FH(MPI_FILE_NULL), Comm(C) {}
82  virtual ~GenericFileIO_MPI();
83
84public:
85  virtual void open(const std::string &FN, bool ForReading = false);
86  virtual void setSize(size_t sz);
87  virtual void read(void *buf, size_t count, off_t offset, const std::string &D);
88  virtual void write(const void *buf, size_t count, off_t offset, const std::string &D);
89
90protected:
91  MPI_File FH;
92  MPI_Comm Comm;
93};
94
95class GenericFileIO_MPICollective : public GenericFileIO_MPI {
96public:
97  GenericFileIO_MPICollective(const MPI_Comm &C) : GenericFileIO_MPI(C) {}
98
99public:
100  void read(void *buf, size_t count, off_t offset, const std::string &D);
101  void write(const void *buf, size_t count, off_t offset, const std::string &D);
102};
103#endif
104
105class GenericFileIO_POSIX : public GenericFileIO {
106public:
107  GenericFileIO_POSIX() : FH(-1) {}
108  ~GenericFileIO_POSIX();
109
110public:
111  void open(const std::string &FN, bool ForReading = false);
112  void setSize(size_t sz);
113  void read(void *buf, size_t count, off_t offset, const std::string &D);
114  void write(const void *buf, size_t count, off_t offset, const std::string &D);
115
116protected:
117  int FH;
118};
119
120class GenericIO {
121public:
122  enum VariableFlags {
123    VarHasExtraSpace =  (1 << 0), // Note that this flag indicates that the
124                                  // extra space is available, but the GenericIO
125                                  // implementation is required to
126                                  // preserve its contents.
127    VarIsPhysCoordX  =  (1 << 1),
128    VarIsPhysCoordY  =  (1 << 2),
129    VarIsPhysCoordZ  =  (1 << 3),
130    VarMaybePhysGhost = (1 << 4)
131  };
132
133  struct VariableInfo {
134    VariableInfo(const std::string &N, std::size_t S, bool IF, bool IS,
135                 bool PCX, bool PCY, bool PCZ, bool PG)
136      : Name(N), Size(S), IsFloat(IF), IsSigned(IS),
137        IsPhysCoordX(PCX), IsPhysCoordY(PCY), IsPhysCoordZ(PCZ),
138        MaybePhysGhost(PG) {}
139
140    std::string Name;
141    std::size_t Size;
142    bool IsFloat;
143    bool IsSigned;
144    bool IsPhysCoordX, IsPhysCoordY, IsPhysCoordZ;
145    bool MaybePhysGhost;
146  };
147
148public:
149  struct Variable {
150    template <typename T>
151    Variable(const std::string &N, T* D, unsigned Flags = 0)
152      : Name(N), Size(sizeof(T)),
153        IsFloat(!std::numeric_limits<T>::is_integer),
154        IsSigned(std::numeric_limits<T>::is_signed),
155        Data((void *) D), HasExtraSpace(Flags & VarHasExtraSpace),
156        IsPhysCoordX(Flags & VarIsPhysCoordX),
157        IsPhysCoordY(Flags & VarIsPhysCoordY),
158        IsPhysCoordZ(Flags & VarIsPhysCoordZ),
159        MaybePhysGhost(Flags & VarMaybePhysGhost) {}
160
161    Variable(const VariableInfo &VI, void *D, unsigned Flags = 0)
162      : Name(VI.Name), Size(VI.Size), IsFloat(VI.IsFloat),
163        IsSigned(VI.IsSigned), Data(D),
164        HasExtraSpace(Flags & VarHasExtraSpace),
165        IsPhysCoordX((Flags & VarIsPhysCoordX) || VI.IsPhysCoordX),
166        IsPhysCoordY((Flags & VarIsPhysCoordY) || VI.IsPhysCoordY),
167        IsPhysCoordZ((Flags & VarIsPhysCoordZ) || VI.IsPhysCoordZ),
168        MaybePhysGhost((Flags & VarMaybePhysGhost) || VI.MaybePhysGhost) {}
169
170    std::string Name;
171    std::size_t Size;
172    bool IsFloat;
173    bool IsSigned;
174    void *Data;
175    bool HasExtraSpace;
176    bool IsPhysCoordX, IsPhysCoordY, IsPhysCoordZ;
177    bool MaybePhysGhost;
178  };
179
180public:
181  enum FileIO {
182    FileIOMPI,
183    FileIOPOSIX,
184    FileIOMPICollective
185  };
186
187#ifndef GENERICIO_NO_MPI
188  GenericIO(const MPI_Comm &C, const std::string &FN, unsigned FIOT = -1)
189    : NElems(0), FileIOType(FIOT == (unsigned) -1 ? DefaultFileIOType : FIOT),
190      Partition(DefaultPartition), Comm(C), FileName(FN), SplitComm(MPI_COMM_NULL) {
191    std::fill(PhysOrigin, PhysOrigin + 3, 0.0);
192    std::fill(PhysScale,  PhysScale + 3, 0.0);
193  }
194#else
195  GenericIO(const std::string &FN, unsigned FIOT = -1)
196    : NElems(0), FileIOType(FIOT == (unsigned) -1 ? DefaultFileIOType : FIOT),
197      Partition(DefaultPartition), FileName(FN) {
198    std::fill(PhysOrigin, PhysOrigin + 3, 0.0);
199    std::fill(PhysScale,  PhysScale + 3, 0.0);
200  }
201#endif
202
203  ~GenericIO() {
204    close();
205
206#ifndef GENERICIO_NO_MPI
207    if (SplitComm != MPI_COMM_NULL)
208      MPI_Comm_free(&SplitComm);
209#endif
210  }
211
212public:
213  std::size_t requestedExtraSpace() const {
214    return 8;
215  }
216
217  void setNumElems(std::size_t E) {
218    NElems = E;
219
220#ifndef GENERICIO_NO_MPI
221    int IsLarge = E >= CollectiveMPIIOThreshold;
222    int AllIsLarge;
223    MPI_Allreduce(&IsLarge, &AllIsLarge, 1, MPI_INT, MPI_SUM, Comm);
224    if (!AllIsLarge)
225      FileIOType = FileIOMPICollective;
226#endif
227  }
228
229  void setPhysOrigin(double O, int Dim = -1) {
230    if (Dim >= 0)
231      PhysOrigin[Dim] = O;
232    else
233      std::fill(PhysOrigin, PhysOrigin + 3, O);
234  }
235
236  void setPhysScale(double S, int Dim = -1) {
237    if (Dim >= 0)
238      PhysScale[Dim] = S;
239    else
240      std::fill(PhysScale,  PhysScale + 3, S);
241  }
242
243  template <typename T>
244  void addVariable(const std::string &Name, T *Data,
245                   unsigned Flags = 0) {
246    Vars.push_back(Variable(Name, Data, Flags));
247  }
248
249  template <typename T, typename A>
250  void addVariable(const std::string &Name, std::vector<T, A> &Data,
251                   unsigned Flags = 0) {
252    T *D = Data.empty() ? 0 : &Data[0];
253    addVariable(Name, D, Flags);
254  }
255
256  void addVariable(const VariableInfo &VI, void *Data,
257                   unsigned Flags = 0) {
258    Vars.push_back(Variable(VI, Data, Flags));
259  }
260
261#ifndef GENERICIO_NO_MPI
262  // Writing
263  void write();
264#endif
265
266  // Reading
267  void openAndReadHeader(bool MustMatch = true, int EffRank = -1,
268                         bool CheckPartMap = true);
269
270  int readNRanks();
271  void readDims(int Dims[3]);
272
273  // Note: For partitioned inputs, this returns -1.
274  uint64_t readTotalNumElems();
275
276  void readPhysOrigin(double Origin[3]);
277  void readPhysScale(double Scale[3]);
278
279  void clearVariables() { this->Vars.clear(); };
280
281  int getNumberOfVariables() { return this->Vars.size(); };
282
283
284  void getVariableInfo(std::vector<VariableInfo> &VI);
285
286  std::size_t readNumElems(int EffRank = -1);
287  void readCoords(int Coords[3], int EffRank = -1);
288  int readGlobalRankNumber(int EffRank = -1);
289
290  void readData(int EffRank = -1, bool PrintStats = true, bool CollStats = true);
291
292  void close() {
293    FH.close();
294  }
295
296  void setPartition(int P) {
297    Partition = P;
298  }
299
300  static void setDefaultFileIOType(unsigned FIOT) {
301    DefaultFileIOType = FIOT;
302  }
303
304  static void setDefaultPartition(int P) {
305    DefaultPartition = P;
306  }
307
308  static void setNaturalDefaultPartition();
309
310  static void setDefaultShouldCompress(bool C) {
311    DefaultShouldCompress = C;
312  }
313
314#ifndef GENERICIO_NO_MPI
315  static void setCollectiveMPIIOThreshold(std::size_t T) {
316#ifndef GENERICIO_NO_NEVER_USE_COLLECTIVE_IO
317    CollectiveMPIIOThreshold = T;
318#endif
319  }
320#endif
321
322private:
323  // Implementation functions templated on the Endianness of the underlying
324  // data.
325
326#ifndef GENERICIO_NO_MPI
327  template <bool IsBigEndian>
328  void write();
329#endif
330
331  template <bool IsBigEndian>
332  void readHeaderLeader(void *GHPtr, bool MustMatch, int SplitNRanks,
333                        std::string &LocalFileName, uint64_t &HeaderSize,
334                        std::vector<char> &Header);
335
336  template <bool IsBigEndian>
337  int readNRanks();
338
339  template <bool IsBigEndian>
340  void readDims(int Dims[3]);
341
342  template <bool IsBigEndian>
343  uint64_t readTotalNumElems();
344
345  template <bool IsBigEndian>
346  void readPhysOrigin(double Origin[3]);
347
348  template <bool IsBigEndian>
349  void readPhysScale(double Scale[3]);
350
351  template <bool IsBigEndian>
352  int readGlobalRankNumber(int EffRank);
353
354  template <bool IsBigEndian>
355  size_t readNumElems(int EffRank);
356
357  template <bool IsBigEndian>
358  void readCoords(int Coords[3], int EffRank);
359
360  template <bool IsBigEndian>
361  void readData(int EffRank, bool PrintStats, bool CollStats);
362
363  template <bool IsBigEndian>
364  void getVariableInfo(std::vector<VariableInfo> &VI);
365
366protected:
367  std::vector<Variable> Vars;
368  std::size_t NElems;
369
370  double PhysOrigin[3], PhysScale[3];
371
372  unsigned FileIOType;
373  int Partition;
374#ifndef GENERICIO_NO_MPI
375  MPI_Comm Comm;
376#endif
377  std::string FileName;
378
379  static unsigned DefaultFileIOType;
380  static int DefaultPartition;
381  static bool DefaultShouldCompress;
382
383#ifndef GENERICIO_NO_MPI
384  static std::size_t CollectiveMPIIOThreshold;
385#endif
386
387  std::vector<int> RankMap;
388#ifndef GENERICIO_NO_MPI
389  MPI_Comm SplitComm;
390#endif
391  std::string OpenFileName;
392
393  // This reference counting mechanism allows the the GenericIO class
394  // to be used in a cursor mode. To do this, make a copy of the class
395  // after reading the header but prior to adding the variables.
396  struct FHManager {
397    FHManager() : CountedFH(0) {
398      allocate();
399    }
400
401    FHManager(const FHManager& F) {
402      CountedFH = F.CountedFH;
403      CountedFH->Cnt += 1;
404    }
405
406    ~FHManager() {
407      close();
408    }
409
410    GenericFileIO *&get() {
411      if (!CountedFH)
412        allocate();
413
414      return CountedFH->GFIO;
415    }
416
417    std::vector<char> &getHeaderCache() {
418      if (!CountedFH)
419        allocate();
420
421      return CountedFH->HeaderCache;
422    }
423
424    bool isBigEndian() {
425      return CountedFH ? CountedFH->IsBigEndian : false;
426    }
427
428    void setIsBigEndian(bool isBE) {
429      CountedFH->IsBigEndian = isBE;
430    }
431
432    void allocate() {
433      close();
434      CountedFH = new FHWCnt;
435    };
436
437    void close() {
438      if (CountedFH && CountedFH->Cnt == 1)
439        delete CountedFH;
440      else if (CountedFH)
441        CountedFH->Cnt -= 1;
442
443      CountedFH = 0;
444    }
445
446    struct FHWCnt {
447      FHWCnt() : GFIO(0), Cnt(1), IsBigEndian(false) {}
448
449      ~FHWCnt() {
450        close();
451      }
452
453protected:
454      void close() {
455        delete GFIO;
456        GFIO = 0;
457      }
458
459public:
460      GenericFileIO *GFIO;
461      size_t Cnt;
462
463      // Used for reading
464      std::vector<char> HeaderCache;
465      bool IsBigEndian;
466    };
467
468    FHWCnt *CountedFH;
469  } FH;
470};
471
472} /* END namespace cosmotk */
473#endif // GENERICIO_H
474
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.