io_u.c

   1 #include <unistd.h>
   2 #include <fcntl.h>
   3 #include <string.h>
   4 #include <signal.h>
   5 #include <time.h>
   6 #include <assert.h>
   7
   8 #include "fio.h"
   9 #include "hash.h"
  10 #include "verify.h"
  11 #include "trim.h"
  12 #include "lib/rand.h"
  13 #include "lib/axmap.h"
  14 #include "err.h"
  15 #include "lib/pow2.h"
  16 #include "minmax.h"
  17
  18 struct io_completion_data {
  19         int nr;                         /* input */
  20
  21         int error;                      /* output */
  22         uint64_t bytes_done[DDIR_RWDIR_CNT];    /* output */
  23         struct timeval time;            /* output */
  24 };
  25
  26 /*
  27  * The ->io_axmap contains a map of blocks we have or have not done io
  28  * to yet. Used to make sure we cover the entire range in a fair fashion.
  29  */
  30 static bool random_map_free(struct fio_file *f, const uint64_t block)
  31 {
  32         return !axmap_isset(f->io_axmap, block);
  33 }
  34
  35 /*
  36  * Mark a given offset as used in the map.
  37  */
  38 static void mark_random_map(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
  39 {
  40         unsigned int min_bs = td->o.rw_min_bs;
  41         struct fio_file *f = io_u->file;
  42         unsigned int nr_blocks;
  43         uint64_t block;
  44
  45         block = (io_u->offset - f->file_offset) / (uint64_t) min_bs;
  46         nr_blocks = (io_u->buflen + min_bs - 1) / min_bs;
  47
  48         if (!(io_u->flags & IO_U_F_BUSY_OK))
  49                 nr_blocks = axmap_set_nr(f->io_axmap, block, nr_blocks);
  50
  51         if ((nr_blocks * min_bs) < io_u->buflen)
  52                 io_u->buflen = nr_blocks * min_bs;
  53 }
  54
  55 static uint64_t last_block(struct thread_data *td, struct fio_file *f,
  56                            enum fio_ddir ddir)
  57 {
  58         uint64_t max_blocks;
  59         uint64_t max_size;
  60
  61         assert(ddir_rw(ddir));
  62
  63         /*
  64          * Hmm, should we make sure that ->io_size <= ->real_file_size?
  65          */
  66         max_size = f->io_size;
  67         if (max_size > f->real_file_size)
  68                 max_size = f->real_file_size;
  69
  70         if (td->o.zone_range)
  71                 max_size = td->o.zone_range;
  72
  73         if (td->o.min_bs[ddir] > td->o.ba[ddir])
  74                 max_size -= td->o.min_bs[ddir] - td->o.ba[ddir];
  75
  76         max_blocks = max_size / (uint64_t) td->o.ba[ddir];
  77         if (!max_blocks)
  78                 return 0;
  79
  80         return max_blocks;
  81 }
  82
  83 struct rand_off {
  84         struct flist_head list;
  85         uint64_t off;
  86 };
  87
  88 static int __get_next_rand_offset(struct thread_data *td, struct fio_file *f,
  89                                   enum fio_ddir ddir, uint64_t *b,
  90                                   uint64_t lastb)
  91 {
  92         uint64_t r;
  93
  94         if (td->o.random_generator == FIO_RAND_GEN_TAUSWORTHE ||
  95             td->o.random_generator == FIO_RAND_GEN_TAUSWORTHE64) {
  96
  97                 r = __rand(&td->random_state);
  98
  99                 dprint(FD_RANDOM, "off rand %llu\n", (unsigned long long) r);
 100
 101                 *b = lastb * (r / (rand_max(&td->random_state) + 1.0));
 102         } else {
 103                 uint64_t off = 0;
 104
 105                 assert(fio_file_lfsr(f));
 106
 107                 if (lfsr_next(&f->lfsr, &off))
 108                         return 1;
 109
 110                 *b = off;
 111         }
 112
 113         /*
 114          * if we are not maintaining a random map, we are done.
 115          */
 116         if (!file_randommap(td, f))
 117                 goto ret;
 118
 119         /*
 120          * calculate map offset and check if it's free
 121          */
 122         if (random_map_free(f, *b))
 123                 goto ret;
 124
 125         dprint(FD_RANDOM, "get_next_rand_offset: offset %llu busy\n",
 126                                                 (unsigned long long) *b);
 127
 128         *b = axmap_next_free(f->io_axmap, *b);
 129         if (*b == (uint64_t) -1ULL)
 130                 return 1;
 131 ret:
 132         return 0;
 133 }
 134
 135 static int __get_next_rand_offset_zipf(struct thread_data *td,
 136                                        struct fio_file *f, enum fio_ddir ddir,
 137                                        uint64_t *b)
 138 {
 139         *b = zipf_next(&f->zipf);
 140         return 0;
 141 }
 142
 143 static int __get_next_rand_offset_pareto(struct thread_data *td,
 144                                          struct fio_file *f, enum fio_ddir ddir,
 145                                          uint64_t *b)
 146 {
 147         *b = pareto_next(&f->zipf);
 148         return 0;
 149 }
 150
 151 static int __get_next_rand_offset_gauss(struct thread_data *td,
 152                                         struct fio_file *f, enum fio_ddir ddir,
 153                                         uint64_t *b)
 154 {
 155         *b = gauss_next(&f->gauss);
 156         return 0;
 157 }
 158
 159 static int __get_next_rand_offset_zoned(struct thread_data *td,
 160                                         struct fio_file *f, enum fio_ddir ddir,
 161                                         uint64_t *b)
 162 {
 163         unsigned int v, send, stotal;
 164         uint64_t offset, lastb;
 165         static int warned;
 166         struct zone_split_index *zsi;
 167
 168         lastb = last_block(td, f, ddir);
 169         if (!lastb)
 170                 return 1;
 171
 172         if (!td->o.zone_split_nr[ddir]) {
 173 bail:
 174                 return __get_next_rand_offset(td, f, ddir, b, lastb);
 175         }
 176
 177         /*
 178          * Generate a value, v, between 1 and 100, both inclusive
 179          */
 180         v = rand32_between(&td->zone_state, 1, 100);
 181
 182         zsi = &td->zone_state_index[ddir][v - 1];
 183         stotal = zsi->size_perc_prev;
 184         send = zsi->size_perc;
 185
 186         /*
 187          * Should never happen
 188          */
 189         if (send == -1U) {
 190                 if (!warned) {
 191                         log_err("fio: bug in zoned generation\n");
 192                         warned = 1;
 193                 }
 194                 goto bail;
 195         }
 196
 197         /*
 198          * 'send' is some percentage below or equal to 100 that
 199          * marks the end of the current IO range. 'stotal' marks
 200          * the start, in percent.
 201          */
 202         if (stotal)
 203                 offset = stotal * lastb / 100ULL;
 204         else
 205                 offset = 0;
 206
 207         lastb = lastb * (send - stotal) / 100ULL;
 208
 209         /*
 210          * Generate index from 0..send-of-lastb
 211          */
 212         if (__get_next_rand_offset(td, f, ddir, b, lastb) == 1)
 213                 return 1;
 214
 215         /*
 216          * Add our start offset, if any
 217          */
 218         if (offset)
 219                 *b += offset;
 220
 221         return 0;
 222 }
 223
 224 static int flist_cmp(void *data, struct flist_head *a, struct flist_head *b)
 225 {
 226         struct rand_off *r1 = flist_entry(a, struct rand_off, list);
 227         struct rand_off *r2 = flist_entry(b, struct rand_off, list);
 228
 229         return r1->off - r2->off;
 230 }
 231
 232 static int get_off_from_method(struct thread_data *td, struct fio_file *f,
 233                                enum fio_ddir ddir, uint64_t *b)
 234 {
 235         if (td->o.random_distribution == FIO_RAND_DIST_RANDOM) {
 236                 uint64_t lastb;
 237
 238                 lastb = last_block(td, f, ddir);
 239                 if (!lastb)
 240                         return 1;
 241
 242                 return __get_next_rand_offset(td, f, ddir, b, lastb);
 243         } else if (td->o.random_distribution == FIO_RAND_DIST_ZIPF)
 244                 return __get_next_rand_offset_zipf(td, f, ddir, b);
 245         else if (td->o.random_distribution == FIO_RAND_DIST_PARETO)
 246                 return __get_next_rand_offset_pareto(td, f, ddir, b);
 247         else if (td->o.random_distribution == FIO_RAND_DIST_GAUSS)
 248                 return __get_next_rand_offset_gauss(td, f, ddir, b);
 249         else if (td->o.random_distribution == FIO_RAND_DIST_ZONED)
 250                 return __get_next_rand_offset_zoned(td, f, ddir, b);
 251
 252         log_err("fio: unknown random distribution: %d\n", td->o.random_distribution);
 253         return 1;
 254 }
 255
 256 /*
 257  * Sort the reads for a verify phase in batches of verifysort_nr, if
 258  * specified.
 259  */
 260 static inline bool should_sort_io(struct thread_data *td)
 261 {
 262         if (!td->o.verifysort_nr || !td->o.do_verify)
 263                 return false;
 264         if (!td_random(td))
 265                 return false;
 266         if (td->runstate != TD_VERIFYING)
 267                 return false;
 268         if (td->o.random_generator == FIO_RAND_GEN_TAUSWORTHE ||
 269             td->o.random_generator == FIO_RAND_GEN_TAUSWORTHE64)
 270                 return false;
 271
 272         return true;
 273 }
 274
 275 static bool should_do_random(struct thread_data *td, enum fio_ddir ddir)
 276 {
 277         unsigned int v;
 278
 279         if (td->o.perc_rand[ddir] == 100)
 280                 return true;
 281
 282         v = rand32_between(&td->seq_rand_state[ddir], 1, 100);
 283
 284         return v <= td->o.perc_rand[ddir];
 285 }
 286
 287 static int get_next_rand_offset(struct thread_data *td, struct fio_file *f,
 288                                 enum fio_ddir ddir, uint64_t *b)
 289 {
 290         struct rand_off *r;
 291         int i, ret = 1;
 292
 293         if (!should_sort_io(td))
 294                 return get_off_from_method(td, f, ddir, b);
 295
 296         if (!flist_empty(&td->next_rand_list)) {
 297 fetch:
 298                 r = flist_first_entry(&td->next_rand_list, struct rand_off, list);
 299                 flist_del(&r->list);
 300                 *b = r->off;
 301                 free(r);
 302                 return 0;
 303         }
 304
 305         for (i = 0; i < td->o.verifysort_nr; i++) {
 306                 r = malloc(sizeof(*r));
 307
 308                 ret = get_off_from_method(td, f, ddir, &r->off);
 309                 if (ret) {
 310                         free(r);
 311                         break;
 312                 }
 313
 314                 flist_add(&r->list, &td->next_rand_list);
 315         }
 316
 317         if (ret && !i)
 318                 return ret;
 319
 320         assert(!flist_empty(&td->next_rand_list));
 321         flist_sort(NULL, &td->next_rand_list, flist_cmp);
 322         goto fetch;
 323 }
 324
 325 static int get_next_rand_block(struct thread_data *td, struct fio_file *f,
 326                                enum fio_ddir ddir, uint64_t *b)
 327 {
 328         if (!get_next_rand_offset(td, f, ddir, b))
 329                 return 0;
 330
 331         if (td->o.time_based ||
 332             (td->o.file_service_type & __FIO_FSERVICE_NONUNIFORM)) {
 333                 fio_file_reset(td, f);
 334                 if (!get_next_rand_offset(td, f, ddir, b))
 335                         return 0;
 336         }
 337
 338         dprint(FD_IO, "%s: rand offset failed, last=%llu, size=%llu\n",
 339                         f->file_name, (unsigned long long) f->last_pos[ddir],
 340                         (unsigned long long) f->real_file_size);
 341         return 1;
 342 }
 343
 344 static int get_next_seq_offset(struct thread_data *td, struct fio_file *f,
 345                                enum fio_ddir ddir, uint64_t *offset)
 346 {
 347         struct thread_options *o = &td->o;
 348
 349         assert(ddir_rw(ddir));
 350
 351         if (f->last_pos[ddir] >= f->io_size + get_start_offset(td, f) &&
 352             o->time_based) {
 353                 struct thread_options *o = &td->o;
 354                 uint64_t io_size = f->io_size + (f->io_size % o->min_bs[ddir]);
 355
 356                 if (io_size > f->last_pos[ddir])
 357                         f->last_pos[ddir] = 0;
 358                 else
 359                         f->last_pos[ddir] = f->last_pos[ddir] - io_size;
 360         }
 361
 362         if (f->last_pos[ddir] < f->real_file_size) {
 363                 uint64_t pos;
 364
 365                 if (f->last_pos[ddir] == f->file_offset && o->ddir_seq_add < 0) {
 366                         if (f->real_file_size > f->io_size)
 367                                 f->last_pos[ddir] = f->io_size;
 368                         else
 369                                 f->last_pos[ddir] = f->real_file_size;
 370                 }
 371
 372                 pos = f->last_pos[ddir] - f->file_offset;
 373                 if (pos && o->ddir_seq_add) {
 374                         pos += o->ddir_seq_add;
 375
 376                         /*
 377                          * If we reach beyond the end of the file
 378                          * with holed IO, wrap around to the
 379                          * beginning again. If we're doing backwards IO,
 380                          * wrap to the end.
 381                          */
 382                         if (pos >= f->real_file_size) {
 383                                 if (o->ddir_seq_add > 0)
 384                                         pos = f->file_offset;
 385                                 else {
 386                                         if (f->real_file_size > f->io_size)
 387                                                 pos = f->io_size;
 388                                         else
 389                                                 pos = f->real_file_size;
 390
 391                                         pos += o->ddir_seq_add;
 392                                 }
 393                         }
 394                 }
 395
 396                 *offset = pos;
 397                 return 0;
 398         }
 399
 400         return 1;
 401 }
 402
 403 static int get_next_block(struct thread_data *td, struct io_u *io_u,
 404                           enum fio_ddir ddir, int rw_seq,
 405                           unsigned int *is_random)
 406 {
 407         struct fio_file *f = io_u->file;
 408         uint64_t b, offset;
 409         int ret;
 410
 411         assert(ddir_rw(ddir));
 412
 413         b = offset = -1ULL;
 414
 415         if (rw_seq) {
 416                 if (td_random(td)) {
 417                         if (should_do_random(td, ddir)) {
 418                                 ret = get_next_rand_block(td, f, ddir, &b);
 419                                 *is_random = 1;
 420                         } else {
 421                                 *is_random = 0;
 422                                 io_u_set(td, io_u, IO_U_F_BUSY_OK);
 423                                 ret = get_next_seq_offset(td, f, ddir, &offset);
 424                                 if (ret)
 425                                         ret = get_next_rand_block(td, f, ddir, &b);
 426                         }
 427                 } else {
 428                         *is_random = 0;
 429                         ret = get_next_seq_offset(td, f, ddir, &offset);
 430                 }
 431         } else {
 432                 io_u_set(td, io_u, IO_U_F_BUSY_OK);
 433                 *is_random = 0;
 434
 435                 if (td->o.rw_seq == RW_SEQ_SEQ) {
 436                         ret = get_next_seq_offset(td, f, ddir, &offset);
 437                         if (ret) {
 438                                 ret = get_next_rand_block(td, f, ddir, &b);
 439                                 *is_random = 0;
 440                         }
 441                 } else if (td->o.rw_seq == RW_SEQ_IDENT) {
 442                         if (f->last_start[ddir] != -1ULL)
 443                                 offset = f->last_start[ddir] - f->file_offset;
 444                         else
 445                                 offset = 0;
 446                         ret = 0;
 447                 } else {
 448                         log_err("fio: unknown rw_seq=%d\n", td->o.rw_seq);
 449                         ret = 1;
 450                 }
 451         }
 452
 453         if (!ret) {
 454                 if (offset != -1ULL)
 455                         io_u->offset = offset;
 456                 else if (b != -1ULL)
 457                         io_u->offset = b * td->o.ba[ddir];
 458                 else {
 459                         log_err("fio: bug in offset generation: offset=%llu, b=%llu\n", (unsigned long long) offset, (unsigned long long) b);
 460                         ret = 1;
 461                 }
 462         }
 463
 464         return ret;
 465 }
 466
 467 /*
 468  * For random io, generate a random new block and see if it's used. Repeat
 469  * until we find a free one. For sequential io, just return the end of
 470  * the last io issued.
 471  */
 472 static int __get_next_offset(struct thread_data *td, struct io_u *io_u,
 473                              unsigned int *is_random)
 474 {
 475         struct fio_file *f = io_u->file;
 476         enum fio_ddir ddir = io_u->ddir;
 477         int rw_seq_hit = 0;
 478
 479         assert(ddir_rw(ddir));
 480
 481         if (td->o.ddir_seq_nr && !--td->ddir_seq_nr) {
 482                 rw_seq_hit = 1;
 483                 td->ddir_seq_nr = td->o.ddir_seq_nr;
 484         }
 485
 486         if (get_next_block(td, io_u, ddir, rw_seq_hit, is_random))
 487                 return 1;
 488
 489         if (io_u->offset >= f->io_size) {
 490                 dprint(FD_IO, "get_next_offset: offset %llu >= io_size %llu\n",
 491                                         (unsigned long long) io_u->offset,
 492                                         (unsigned long long) f->io_size);
 493                 return 1;
 494         }
 495
 496         io_u->offset += f->file_offset;
 497         if (io_u->offset >= f->real_file_size) {
 498                 dprint(FD_IO, "get_next_offset: offset %llu >= size %llu\n",
 499                                         (unsigned long long) io_u->offset,
 500                                         (unsigned long long) f->real_file_size);
 501                 return 1;
 502         }
 503
 504         return 0;
 505 }
 506
 507 static int get_next_offset(struct thread_data *td, struct io_u *io_u,
 508                            unsigned int *is_random)
 509 {
 510         if (td->flags & TD_F_PROFILE_OPS) {
 511                 struct prof_io_ops *ops = &td->prof_io_ops;
 512
 513                 if (ops->fill_io_u_off)
 514                         return ops->fill_io_u_off(td, io_u, is_random);
 515         }
 516
 517         return __get_next_offset(td, io_u, is_random);
 518 }
 519
 520 static inline bool io_u_fits(struct thread_data *td, struct io_u *io_u,
 521                              unsigned int buflen)
 522 {
 523         struct fio_file *f = io_u->file;
 524
 525         return io_u->offset + buflen <= f->io_size + get_start_offset(td, f);
 526 }
 527
 528 static unsigned int __get_next_buflen(struct thread_data *td, struct io_u *io_u,
 529                                       unsigned int is_random)
 530 {
 531         int ddir = io_u->ddir;
 532         unsigned int buflen = 0;
 533         unsigned int minbs, maxbs;
 534         uint64_t frand_max, r;
 535
 536         assert(ddir_rw(ddir));
 537
 538         if (td->o.bs_is_seq_rand)
 539                 ddir = is_random ? DDIR_WRITE: DDIR_READ;
 540
 541         minbs = td->o.min_bs[ddir];
 542         maxbs = td->o.max_bs[ddir];
 543
 544         if (minbs == maxbs)
 545                 return minbs;
 546
 547         /*
 548          * If we can't satisfy the min block size from here, then fail
 549          */
 550         if (!io_u_fits(td, io_u, minbs))
 551                 return 0;
 552
 553         frand_max = rand_max(&td->bsrange_state);
 554         do {
 555                 r = __rand(&td->bsrange_state);
 556
 557                 if (!td->o.bssplit_nr[ddir]) {
 558                         buflen = 1 + (unsigned int) ((double) maxbs *
 559                                         (r / (frand_max + 1.0)));
 560                         if (buflen < minbs)
 561                                 buflen = minbs;
 562                 } else {
 563                         long long perc = 0;
 564                         unsigned int i;
 565
 566                         for (i = 0; i < td->o.bssplit_nr[ddir]; i++) {
 567                                 struct bssplit *bsp = &td->o.bssplit[ddir][i];
 568
 569                                 buflen = bsp->bs;
 570                                 perc += bsp->perc;
 571                                 if (!perc)
 572                                         break;
 573                                 if ((r / perc <= frand_max / 100ULL) &&
 574                                     io_u_fits(td, io_u, buflen))
 575                                         break;
 576                         }
 577                 }
 578
 579                 if (!td->o.bs_unaligned && is_power_of_2(minbs))
 580                         buflen &= ~(minbs - 1);
 581
 582         } while (!io_u_fits(td, io_u, buflen));
 583
 584         return buflen;
 585 }
 586
 587 static unsigned int get_next_buflen(struct thread_data *td, struct io_u *io_u,
 588                                     unsigned int is_random)
 589 {
 590         if (td->flags & TD_F_PROFILE_OPS) {
 591                 struct prof_io_ops *ops = &td->prof_io_ops;
 592
 593                 if (ops->fill_io_u_size)
 594                         return ops->fill_io_u_size(td, io_u, is_random);
 595         }
 596
 597         return __get_next_buflen(td, io_u, is_random);
 598 }
 599
 600 static void set_rwmix_bytes(struct thread_data *td)
 601 {
 602         unsigned int diff;
 603
 604         /*
 605          * we do time or byte based switch. this is needed because
 606          * buffered writes may issue a lot quicker than they complete,
 607          * whereas reads do not.
 608          */
 609         diff = td->o.rwmix[td->rwmix_ddir ^ 1];
 610         td->rwmix_issues = (td->io_issues[td->rwmix_ddir] * diff) / 100;
 611 }
 612
 613 static inline enum fio_ddir get_rand_ddir(struct thread_data *td)
 614 {
 615         unsigned int v;
 616
 617         v = rand32_between(&td->rwmix_state, 1, 100);
 618
 619         if (v <= td->o.rwmix[DDIR_READ])
 620                 return DDIR_READ;
 621
 622         return DDIR_WRITE;
 623 }
 624
 625 int io_u_quiesce(struct thread_data *td)
 626 {
 627         int completed = 0;
 628
 629         /*
 630          * We are going to sleep, ensure that we flush anything pending as
 631          * not to skew our latency numbers.
 632          *
 633          * Changed to only monitor 'in flight' requests here instead of the
 634          * td->cur_depth, b/c td->cur_depth does not accurately represent
 635          * io's that have been actually submitted to an async engine,
 636          * and cur_depth is meaningless for sync engines.
 637          */
 638         if (td->io_u_queued || td->cur_depth) {
 639                 int fio_unused ret;
 640
 641                 ret = td_io_commit(td);
 642         }
 643
 644         while (td->io_u_in_flight) {
 645                 int fio_unused ret;
 646
 647                 ret = io_u_queued_complete(td, 1);
 648                 if (ret > 0)
 649                         completed += ret;
 650         }
 651
 652         if (td->flags & TD_F_REGROW_LOGS)
 653                 regrow_logs(td);
 654
 655         return completed;
 656 }
 657
 658 static enum fio_ddir rate_ddir(struct thread_data *td, enum fio_ddir ddir)
 659 {
 660         enum fio_ddir odir = ddir ^ 1;
 661         long usec;
 662         uint64_t now;
 663
 664         assert(ddir_rw(ddir));
 665         now = utime_since_now(&td->start);
 666
 667         /*
 668          * if rate_next_io_time is in the past, need to catch up to rate
 669          */
 670         if (td->rate_next_io_time[ddir] <= now)
 671                 return ddir;
 672
 673         /*
 674          * We are ahead of rate in this direction. See if we
 675          * should switch.
 676          */
 677         if (td_rw(td) && td->o.rwmix[odir]) {
 678                 /*
 679                  * Other direction is behind rate, switch
 680                  */
 681                 if (td->rate_next_io_time[odir] <= now)
 682                         return odir;
 683
 684                 /*
 685                  * Both directions are ahead of rate. sleep the min
 686                  * switch if necissary
 687                  */
 688                 if (td->rate_next_io_time[ddir] <=
 689                         td->rate_next_io_time[odir]) {
 690                         usec = td->rate_next_io_time[ddir] - now;
 691                 } else {
 692                         usec = td->rate_next_io_time[odir] - now;
 693                         ddir = odir;
 694                 }
 695         } else
 696                 usec = td->rate_next_io_time[ddir] - now;
 697
 698         if (td->o.io_submit_mode == IO_MODE_INLINE)
 699                 io_u_quiesce(td);
 700
 701         usec = usec_sleep(td, usec);
 702
 703         return ddir;
 704 }
 705
 706 /*
 707  * Return the data direction for the next io_u. If the job is a
 708  * mixed read/write workload, check the rwmix cycle and switch if
 709  * necessary.
 710  */
 711 static enum fio_ddir get_rw_ddir(struct thread_data *td)
 712 {
 713         enum fio_ddir ddir;
 714
 715         /*
 716          * see if it's time to fsync
 717          */
 718         if (td->o.fsync_blocks &&
 719            !(td->io_issues[DDIR_WRITE] % td->o.fsync_blocks) &&
 720              td->io_issues[DDIR_WRITE] && should_fsync(td))
 721                 return DDIR_SYNC;
 722
 723         /*
 724          * see if it's time to fdatasync
 725          */
 726         if (td->o.fdatasync_blocks &&
 727            !(td->io_issues[DDIR_WRITE] % td->o.fdatasync_blocks) &&
 728              td->io_issues[DDIR_WRITE] && should_fsync(td))
 729                 return DDIR_DATASYNC;
 730
 731         /*
 732          * see if it's time to sync_file_range
 733          */
 734         if (td->sync_file_range_nr &&
 735            !(td->io_issues[DDIR_WRITE] % td->sync_file_range_nr) &&
 736              td->io_issues[DDIR_WRITE] && should_fsync(td))
 737                 return DDIR_SYNC_FILE_RANGE;
 738
 739         if (td_rw(td)) {
 740                 /*
 741                  * Check if it's time to seed a new data direction.
 742                  */
 743                 if (td->io_issues[td->rwmix_ddir] >= td->rwmix_issues) {
 744                         /*
 745                          * Put a top limit on how many bytes we do for
 746                          * one data direction, to avoid overflowing the
 747                          * ranges too much
 748                          */
 749                         ddir = get_rand_ddir(td);
 750
 751                         if (ddir != td->rwmix_ddir)
 752                                 set_rwmix_bytes(td);
 753
 754                         td->rwmix_ddir = ddir;
 755                 }
 756                 ddir = td->rwmix_ddir;
 757         } else if (td_read(td))
 758                 ddir = DDIR_READ;
 759         else if (td_write(td))
 760                 ddir = DDIR_WRITE;
 761         else if (td_trim(td))
 762                 ddir = DDIR_TRIM;
 763         else
 764                 ddir = DDIR_INVAL;
 765
 766         td->rwmix_ddir = rate_ddir(td, ddir);
 767         return td->rwmix_ddir;
 768 }
 769
 770 static void set_rw_ddir(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
 771 {
 772         enum fio_ddir ddir = get_rw_ddir(td);
 773
 774         if (td_trimwrite(td)) {
 775                 struct fio_file *f = io_u->file;
 776                 if (f->last_pos[DDIR_WRITE] == f->last_pos[DDIR_TRIM])
 777                         ddir = DDIR_TRIM;
 778                 else
 779                         ddir = DDIR_WRITE;
 780         }
 781
 782         io_u->ddir = io_u->acct_ddir = ddir;
 783
 784         if (io_u->ddir == DDIR_WRITE && td_ioengine_flagged(td, FIO_BARRIER) &&
 785             td->o.barrier_blocks &&
 786            !(td->io_issues[DDIR_WRITE] % td->o.barrier_blocks) &&
 787              td->io_issues[DDIR_WRITE])
 788                 io_u_set(td, io_u, IO_U_F_BARRIER);
 789 }
 790
 791 void put_file_log(struct thread_data *td, struct fio_file *f)
 792 {
 793         unsigned int ret = put_file(td, f);
 794
 795         if (ret)
 796                 td_verror(td, ret, "file close");
 797 }
 798
 799 void put_io_u(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
 800 {
 801         if (td->parent)
 802                 td = td->parent;
 803
 804         td_io_u_lock(td);
 805
 806         if (io_u->file && !(io_u->flags & IO_U_F_NO_FILE_PUT))
 807                 put_file_log(td, io_u->file);
 808
 809         io_u->file = NULL;
 810         io_u_set(td, io_u, IO_U_F_FREE);
 811
 812         if (io_u->flags & IO_U_F_IN_CUR_DEPTH) {
 813                 td->cur_depth--;
 814                 assert(!(td->flags & TD_F_CHILD));
 815         }
 816         io_u_qpush(&td->io_u_freelist, io_u);
 817         td_io_u_unlock(td);
 818         td_io_u_free_notify(td);
 819 }
 820
 821 void clear_io_u(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
 822 {
 823         io_u_clear(td, io_u, IO_U_F_FLIGHT);
 824         put_io_u(td, io_u);
 825 }
 826
 827 void requeue_io_u(struct thread_data *td, struct io_u **io_u)
 828 {
 829         struct io_u *__io_u = *io_u;
 830         enum fio_ddir ddir = acct_ddir(__io_u);
 831
 832         dprint(FD_IO, "requeue %p\n", __io_u);
 833
 834         if (td->parent)
 835                 td = td->parent;
 836
 837         td_io_u_lock(td);
 838
 839         io_u_set(td, __io_u, IO_U_F_FREE);
 840         if ((__io_u->flags & IO_U_F_FLIGHT) && ddir_rw(ddir))
 841                 td->io_issues[ddir]--;
 842
 843         io_u_clear(td, __io_u, IO_U_F_FLIGHT);
 844         if (__io_u->flags & IO_U_F_IN_CUR_DEPTH) {
 845                 td->cur_depth--;
 846                 assert(!(td->flags & TD_F_CHILD));
 847         }
 848
 849         io_u_rpush(&td->io_u_requeues, __io_u);
 850         td_io_u_unlock(td);
 851         td_io_u_free_notify(td);
 852         *io_u = NULL;
 853 }
 854
 855 static int fill_io_u(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
 856 {
 857         unsigned int is_random;
 858
 859         if (td_ioengine_flagged(td, FIO_NOIO))
 860                 goto out;
 861
 862         set_rw_ddir(td, io_u);
 863
 864         /*
 865          * fsync() or fdatasync() or trim etc, we are done
 866          */
 867         if (!ddir_rw(io_u->ddir))
 868                 goto out;
 869
 870         /*
 871          * See if it's time to switch to a new zone
 872          */
 873         if (td->zone_bytes >= td->o.zone_size && td->o.zone_skip) {
 874                 struct fio_file *f = io_u->file;
 875
 876                 td->zone_bytes = 0;
 877                 f->file_offset += td->o.zone_range + td->o.zone_skip;
 878
 879                 /*
 880                  * Wrap from the beginning, if we exceed the file size
 881                  */
 882                 if (f->file_offset >= f->real_file_size)
 883                         f->file_offset = f->real_file_size - f->file_offset;
 884                 f->last_pos[io_u->ddir] = f->file_offset;
 885                 td->io_skip_bytes += td->o.zone_skip;
 886         }
 887
 888         /*
 889          * No log, let the seq/rand engine retrieve the next buflen and
 890          * position.
 891          */
 892         if (get_next_offset(td, io_u, &is_random)) {
 893                 dprint(FD_IO, "io_u %p, failed getting offset\n", io_u);
 894                 return 1;
 895         }
 896
 897         io_u->buflen = get_next_buflen(td, io_u, is_random);
 898         if (!io_u->buflen) {
 899                 dprint(FD_IO, "io_u %p, failed getting buflen\n", io_u);
 900                 return 1;
 901         }
 902
 903         if (io_u->offset + io_u->buflen > io_u->file->real_file_size) {
 904                 dprint(FD_IO, "io_u %p, offset too large\n", io_u);
 905                 dprint(FD_IO, "  off=%llu/%lu > %llu\n",
 906                         (unsigned long long) io_u->offset, io_u->buflen,
 907                         (unsigned long long) io_u->file->real_file_size);
 908                 return 1;
 909         }
 910
 911         /*
 912          * mark entry before potentially trimming io_u
 913          */
 914         if (td_random(td) && file_randommap(td, io_u->file))
 915                 mark_random_map(td, io_u);
 916
 917 out:
 918         dprint_io_u(io_u, "fill_io_u");
 919         td->zone_bytes += io_u->buflen;
 920         return 0;
 921 }
 922
 923 static void __io_u_mark_map(unsigned int *map, unsigned int nr)
 924 {
 925         int idx = 0;
 926
 927         switch (nr) {
 928         default:
 929                 idx = 6;
 930                 break;
 931         case 33 ... 64:
 932                 idx = 5;
 933                 break;
 934         case 17 ... 32:
 935                 idx = 4;
 936                 break;
 937         case 9 ... 16:
 938                 idx = 3;
 939                 break;
 940         case 5 ... 8:
 941                 idx = 2;
 942                 break;
 943         case 1 ... 4:
 944                 idx = 1;
 945         case 0:
 946                 break;
 947         }
 948
 949         map[idx]++;
 950 }
 951
 952 void io_u_mark_submit(struct thread_data *td, unsigned int nr)
 953 {
 954         __io_u_mark_map(td->ts.io_u_submit, nr);
 955         td->ts.total_submit++;
 956 }
 957
 958 void io_u_mark_complete(struct thread_data *td, unsigned int nr)
 959 {
 960         __io_u_mark_map(td->ts.io_u_complete, nr);
 961         td->ts.total_complete++;
 962 }
 963
 964 void io_u_mark_depth(struct thread_data *td, unsigned int nr)
 965 {
 966         int idx = 0;
 967
 968         switch (td->cur_depth) {
 969         default:
 970                 idx = 6;
 971                 break;
 972         case 32 ... 63:
 973                 idx = 5;
 974                 break;
 975         case 16 ... 31:
 976                 idx = 4;
 977                 break;
 978         case 8 ... 15:
 979                 idx = 3;
 980                 break;
 981         case 4 ... 7:
 982                 idx = 2;
 983                 break;
 984         case 2 ... 3:
 985                 idx = 1;
 986         case 1:
 987                 break;
 988         }
 989
 990         td->ts.io_u_map[idx] += nr;
 991 }
 992
 993 static void io_u_mark_lat_usec(struct thread_data *td, unsigned long usec)
 994 {
 995         int idx = 0;
 996
 997         assert(usec < 1000);
 998
 999         switch (usec) {
1000         case 750 ... 999:
1001                 idx = 9;
1002                 break;
1003         case 500 ... 749:
1004                 idx = 8;
1005                 break;
1006         case 250 ... 499:
1007                 idx = 7;
1008                 break;
1009         case 100 ... 249:
1010                 idx = 6;
1011                 break;
1012         case 50 ... 99:
1013                 idx = 5;
1014                 break;
1015         case 20 ... 49:
1016                 idx = 4;
1017                 break;
1018         case 10 ... 19:
1019                 idx = 3;
1020                 break;
1021         case 4 ... 9:
1022                 idx = 2;
1023                 break;
1024         case 2 ... 3:
1025                 idx = 1;
1026         case 0 ... 1:
1027                 break;
1028         }
1029
1030         assert(idx < FIO_IO_U_LAT_U_NR);
1031         td->ts.io_u_lat_u[idx]++;
1032 }
1033
1034 static void io_u_mark_lat_msec(struct thread_data *td, unsigned long msec)
1035 {
1036         int idx = 0;
1037
1038         switch (msec) {
1039         default:
1040                 idx = 11;
1041                 break;
1042         case 1000 ... 1999:
1043                 idx = 10;
1044                 break;
1045         case 750 ... 999:
1046                 idx = 9;
1047                 break;
1048         case 500 ... 749:
1049                 idx = 8;
1050                 break;
1051         case 250 ... 499:
1052                 idx = 7;
1053                 break;
1054         case 100 ... 249:
1055                 idx = 6;
1056                 break;
1057         case 50 ... 99:
1058                 idx = 5;
1059                 break;
1060         case 20 ... 49:
1061                 idx = 4;
1062                 break;
1063         case 10 ... 19:
1064                 idx = 3;
1065                 break;
1066         case 4 ... 9:
1067                 idx = 2;
1068                 break;
1069         case 2 ... 3:
1070                 idx = 1;
1071         case 0 ... 1:
1072                 break;
1073         }
1074
1075         assert(idx < FIO_IO_U_LAT_M_NR);
1076         td->ts.io_u_lat_m[idx]++;
1077 }
1078
1079 static void io_u_mark_latency(struct thread_data *td, unsigned long usec)
1080 {
1081         if (usec < 1000)
1082                 io_u_mark_lat_usec(td, usec);
1083         else
1084                 io_u_mark_lat_msec(td, usec / 1000);
1085 }
1086
1087 static unsigned int __get_next_fileno_rand(struct thread_data *td)
1088 {
1089         unsigned long fileno;
1090
1091         if (td->o.file_service_type == FIO_FSERVICE_RANDOM) {
1092                 uint64_t frand_max = rand_max(&td->next_file_state);
1093                 unsigned long r;
1094
1095                 r = __rand(&td->next_file_state);
1096                 return (unsigned int) ((double) td->o.nr_files
1097                                 * (r / (frand_max + 1.0)));
1098         }
1099
1100         if (td->o.file_service_type == FIO_FSERVICE_ZIPF)
1101                 fileno = zipf_next(&td->next_file_zipf);
1102         else if (td->o.file_service_type == FIO_FSERVICE_PARETO)
1103                 fileno = pareto_next(&td->next_file_zipf);
1104         else if (td->o.file_service_type == FIO_FSERVICE_GAUSS)
1105                 fileno = gauss_next(&td->next_file_gauss);
1106         else {
1107                 log_err("fio: bad file service type: %d\n", td->o.file_service_type);
1108                 assert(0);
1109                 return 0;
1110         }
1111
1112         return fileno >> FIO_FSERVICE_SHIFT;
1113 }
1114
1115 /*
1116  * Get next file to service by choosing one at random
1117  */
1118 static struct fio_file *get_next_file_rand(struct thread_data *td,
1119                                            enum fio_file_flags goodf,
1120                                            enum fio_file_flags badf)
1121 {
1122         struct fio_file *f;
1123         int fno;
1124
1125         do {
1126                 int opened = 0;
1127
1128                 fno = __get_next_fileno_rand(td);
1129
1130                 f = td->files[fno];
1131                 if (fio_file_done(f))
1132                         continue;
1133
1134                 if (!fio_file_open(f)) {
1135                         int err;
1136
1137                         if (td->nr_open_files >= td->o.open_files)
1138                                 return ERR_PTR(-EBUSY);
1139
1140                         err = td_io_open_file(td, f);
1141                         if (err)
1142                                 continue;
1143                         opened = 1;
1144                 }
1145
1146                 if ((!goodf || (f->flags & goodf)) && !(f->flags & badf)) {
1147                         dprint(FD_FILE, "get_next_file_rand: %p\n", f);
1148                         return f;
1149                 }
1150                 if (opened)
1151                         td_io_close_file(td, f);
1152         } while (1);
1153 }
1154
1155 /*
1156  * Get next file to service by doing round robin between all available ones
1157  */
1158 static struct fio_file *get_next_file_rr(struct thread_data *td, int goodf,
1159                                          int badf)
1160 {
1161         unsigned int old_next_file = td->next_file;
1162         struct fio_file *f;
1163
1164         do {
1165                 int opened = 0;
1166
1167                 f = td->files[td->next_file];
1168
1169                 td->next_file++;
1170                 if (td->next_file >= td->o.nr_files)
1171                         td->next_file = 0;
1172
1173                 dprint(FD_FILE, "trying file %s %x\n", f->file_name, f->flags);
1174                 if (fio_file_done(f)) {
1175                         f = NULL;
1176                         continue;
1177                 }
1178
1179                 if (!fio_file_open(f)) {
1180                         int err;
1181
1182                         if (td->nr_open_files >= td->o.open_files)
1183                                 return ERR_PTR(-EBUSY);
1184
1185                         err = td_io_open_file(td, f);
1186                         if (err) {
1187                                 dprint(FD_FILE, "error %d on open of %s\n",
1188                                         err, f->file_name);
1189                                 f = NULL;
1190                                 continue;
1191                         }
1192                         opened = 1;
1193                 }
1194
1195                 dprint(FD_FILE, "goodf=%x, badf=%x, ff=%x\n", goodf, badf,
1196                                                                 f->flags);
1197                 if ((!goodf || (f->flags & goodf)) && !(f->flags & badf))
1198                         break;
1199
1200                 if (opened)
1201                         td_io_close_file(td, f);
1202
1203                 f = NULL;
1204         } while (td->next_file != old_next_file);
1205
1206         dprint(FD_FILE, "get_next_file_rr: %p\n", f);
1207         return f;
1208 }
1209
1210 static struct fio_file *__get_next_file(struct thread_data *td)
1211 {
1212         struct fio_file *f;
1213
1214         assert(td->o.nr_files <= td->files_index);
1215
1216         if (td->nr_done_files >= td->o.nr_files) {
1217                 dprint(FD_FILE, "get_next_file: nr_open=%d, nr_done=%d,"
1218                                 " nr_files=%d\n", td->nr_open_files,
1219                                                   td->nr_done_files,
1220                                                   td->o.nr_files);
1221                 return NULL;
1222         }
1223
1224         f = td->file_service_file;
1225         if (f && fio_file_open(f) && !fio_file_closing(f)) {
1226                 if (td->o.file_service_type == FIO_FSERVICE_SEQ)
1227                         goto out;
1228                 if (td->file_service_left--)
1229                         goto out;
1230         }
1231
1232         if (td->o.file_service_type == FIO_FSERVICE_RR ||
1233             td->o.file_service_type == FIO_FSERVICE_SEQ)
1234                 f = get_next_file_rr(td, FIO_FILE_open, FIO_FILE_closing);
1235         else
1236                 f = get_next_file_rand(td, FIO_FILE_open, FIO_FILE_closing);
1237
1238         if (IS_ERR(f))
1239                 return f;
1240
1241         td->file_service_file = f;
1242         td->file_service_left = td->file_service_nr - 1;
1243 out:
1244         if (f)
1245                 dprint(FD_FILE, "get_next_file: %p [%s]\n", f, f->file_name);
1246         else
1247                 dprint(FD_FILE, "get_next_file: NULL\n");
1248         return f;
1249 }
1250
1251 static struct fio_file *get_next_file(struct thread_data *td)
1252 {
1253         if (td->flags & TD_F_PROFILE_OPS) {
1254                 struct prof_io_ops *ops = &td->prof_io_ops;
1255
1256                 if (ops->get_next_file)
1257                         return ops->get_next_file(td);
1258         }
1259
1260         return __get_next_file(td);
1261 }
1262
1263 static long set_io_u_file(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
1264 {
1265         struct fio_file *f;
1266
1267         do {
1268                 f = get_next_file(td);
1269                 if (IS_ERR_OR_NULL(f))
1270                         return PTR_ERR(f);
1271
1272                 io_u->file = f;
1273                 get_file(f);
1274
1275                 if (!fill_io_u(td, io_u))
1276                         break;
1277
1278                 put_file_log(td, f);
1279                 td_io_close_file(td, f);
1280                 io_u->file = NULL;
1281                 if (td->o.file_service_type & __FIO_FSERVICE_NONUNIFORM)
1282                         fio_file_reset(td, f);
1283                 else {
1284                         fio_file_set_done(f);
1285                         td->nr_done_files++;
1286                         dprint(FD_FILE, "%s: is done (%d of %d)\n", f->file_name,
1287                                         td->nr_done_files, td->o.nr_files);
1288                 }
1289         } while (1);
1290
1291         return 0;
1292 }
1293
1294 static void lat_fatal(struct thread_data *td, struct io_completion_data *icd,
1295                       unsigned long tusec, unsigned long max_usec)
1296 {
1297         if (!td->error)
1298                 log_err("fio: latency of %lu usec exceeds specified max (%lu usec)\n", tusec, max_usec);
1299         td_verror(td, ETIMEDOUT, "max latency exceeded");
1300         icd->error = ETIMEDOUT;
1301 }
1302
1303 static void lat_new_cycle(struct thread_data *td)
1304 {
1305         fio_gettime(&td->latency_ts, NULL);
1306         td->latency_ios = ddir_rw_sum(td->io_blocks);
1307         td->latency_failed = 0;
1308 }
1309
1310 /*
1311  * We had an IO outside the latency target. Reduce the queue depth. If we
1312  * are at QD=1, then it's time to give up.
1313  */
1314 static bool __lat_target_failed(struct thread_data *td)
1315 {
1316         if (td->latency_qd == 1)
1317                 return true;
1318
1319         td->latency_qd_high = td->latency_qd;
1320
1321         if (td->latency_qd == td->latency_qd_low)
1322                 td->latency_qd_low--;
1323
1324         td->latency_qd = (td->latency_qd + td->latency_qd_low) / 2;
1325
1326         dprint(FD_RATE, "Ramped down: %d %d %d\n", td->latency_qd_low, td->latency_qd, td->latency_qd_high);
1327
1328         /*
1329          * When we ramp QD down, quiesce existing IO to prevent
1330          * a storm of ramp downs due to pending higher depth.
1331          */
1332         io_u_quiesce(td);
1333         lat_new_cycle(td);
1334         return false;
1335 }
1336
1337 static bool lat_target_failed(struct thread_data *td)
1338 {
1339         if (td->o.latency_percentile.u.f == 100.0)
1340                 return __lat_target_failed(td);
1341
1342         td->latency_failed++;
1343         return false;
1344 }
1345
1346 void lat_target_init(struct thread_data *td)
1347 {
1348         td->latency_end_run = 0;
1349
1350         if (td->o.latency_target) {
1351                 dprint(FD_RATE, "Latency target=%llu\n", td->o.latency_target);
1352                 fio_gettime(&td->latency_ts, NULL);
1353                 td->latency_qd = 1;
1354                 td->latency_qd_high = td->o.iodepth;
1355                 td->latency_qd_low = 1;
1356                 td->latency_ios = ddir_rw_sum(td->io_blocks);
1357         } else
1358                 td->latency_qd = td->o.iodepth;
1359 }
1360
1361 void lat_target_reset(struct thread_data *td)
1362 {
1363         if (!td->latency_end_run)
1364                 lat_target_init(td);
1365 }
1366
1367 static void lat_target_success(struct thread_data *td)
1368 {
1369         const unsigned int qd = td->latency_qd;
1370         struct thread_options *o = &td->o;
1371
1372         td->latency_qd_low = td->latency_qd;
1373
1374         /*
1375          * If we haven't failed yet, we double up to a failing value instead
1376          * of bisecting from highest possible queue depth. If we have set
1377          * a limit other than td->o.iodepth, bisect between that.
1378          */
1379         if (td->latency_qd_high != o->iodepth)
1380                 td->latency_qd = (td->latency_qd + td->latency_qd_high) / 2;
1381         else
1382                 td->latency_qd *= 2;
1383
1384         if (td->latency_qd > o->iodepth)
1385                 td->latency_qd = o->iodepth;
1386
1387         dprint(FD_RATE, "Ramped up: %d %d %d\n", td->latency_qd_low, td->latency_qd, td->latency_qd_high);
1388
1389         /*
1390          * Same as last one, we are done. Let it run a latency cycle, so
1391          * we get only the results from the targeted depth.
1392          */
1393         if (td->latency_qd == qd) {
1394                 if (td->latency_end_run) {
1395                         dprint(FD_RATE, "We are done\n");
1396                         td->done = 1;
1397                 } else {
1398                         dprint(FD_RATE, "Quiesce and final run\n");
1399                         io_u_quiesce(td);
1400                         td->latency_end_run = 1;
1401                         reset_all_stats(td);
1402                         reset_io_stats(td);
1403                 }
1404         }
1405
1406         lat_new_cycle(td);
1407 }
1408
1409 /*
1410  * Check if we can bump the queue depth
1411  */
1412 void lat_target_check(struct thread_data *td)
1413 {
1414         uint64_t usec_window;
1415         uint64_t ios;
1416         double success_ios;
1417
1418         usec_window = utime_since_now(&td->latency_ts);
1419         if (usec_window < td->o.latency_window)
1420                 return;
1421
1422         ios = ddir_rw_sum(td->io_blocks) - td->latency_ios;
1423         success_ios = (double) (ios - td->latency_failed) / (double) ios;
1424         success_ios *= 100.0;
1425
1426         dprint(FD_RATE, "Success rate: %.2f%% (target %.2f%%)\n", success_ios, td->o.latency_percentile.u.f);
1427
1428         if (success_ios >= td->o.latency_percentile.u.f)
1429                 lat_target_success(td);
1430         else
1431                 __lat_target_failed(td);
1432 }
1433
1434 /*
1435  * If latency target is enabled, we might be ramping up or down and not
1436  * using the full queue depth available.
1437  */
1438 bool queue_full(const struct thread_data *td)
1439 {
1440         const int qempty = io_u_qempty(&td->io_u_freelist);
1441
1442         if (qempty)
1443                 return true;
1444         if (!td->o.latency_target)
1445                 return false;
1446
1447         return td->cur_depth >= td->latency_qd;
1448 }
1449
1450 struct io_u *__get_io_u(struct thread_data *td)
1451 {
1452         struct io_u *io_u = NULL;
1453
1454         if (td->stop_io)
1455                 return NULL;
1456
1457         td_io_u_lock(td);
1458
1459 again:
1460         if (!io_u_rempty(&td->io_u_requeues))
1461                 io_u = io_u_rpop(&td->io_u_requeues);
1462         else if (!queue_full(td)) {
1463                 io_u = io_u_qpop(&td->io_u_freelist);
1464
1465                 io_u->file = NULL;
1466                 io_u->buflen = 0;
1467                 io_u->resid = 0;
1468                 io_u->end_io = NULL;
1469         }
1470
1471         if (io_u) {
1472                 assert(io_u->flags & IO_U_F_FREE);
1473                 io_u_clear(td, io_u, IO_U_F_FREE | IO_U_F_NO_FILE_PUT |
1474                                  IO_U_F_TRIMMED | IO_U_F_BARRIER |
1475                                  IO_U_F_VER_LIST);
1476
1477                 io_u->error = 0;
1478                 io_u->acct_ddir = -1;
1479                 td->cur_depth++;
1480                 assert(!(td->flags & TD_F_CHILD));
1481                 io_u_set(td, io_u, IO_U_F_IN_CUR_DEPTH);
1482                 io_u->ipo = NULL;
1483         } else if (td_async_processing(td)) {
1484                 /*
1485                  * We ran out, wait for async verify threads to finish and
1486                  * return one
1487                  */
1488                 assert(!(td->flags & TD_F_CHILD));
1489                 assert(!pthread_cond_wait(&td->free_cond, &td->io_u_lock));
1490                 goto again;
1491         }
1492
1493         td_io_u_unlock(td);
1494         return io_u;
1495 }
1496
1497 static bool check_get_trim(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
1498 {
1499         if (!(td->flags & TD_F_TRIM_BACKLOG))
1500                 return false;
1501
1502         if (td->trim_entries) {
1503                 int get_trim = 0;
1504
1505                 if (td->trim_batch) {
1506                         td->trim_batch--;
1507                         get_trim = 1;
1508                 } else if (!(td->io_hist_len % td->o.trim_backlog) &&
1509                          td->last_ddir != DDIR_READ) {
1510                         td->trim_batch = td->o.trim_batch;
1511                         if (!td->trim_batch)
1512                                 td->trim_batch = td->o.trim_backlog;
1513                         get_trim = 1;
1514                 }
1515
1516                 if (get_trim && get_next_trim(td, io_u))
1517                         return true;
1518         }
1519
1520         return false;
1521 }
1522
1523 static bool check_get_verify(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
1524 {
1525         if (!(td->flags & TD_F_VER_BACKLOG))
1526                 return false;
1527
1528         if (td->io_hist_len) {
1529                 int get_verify = 0;
1530
1531                 if (td->verify_batch)
1532                         get_verify = 1;
1533                 else if (!(td->io_hist_len % td->o.verify_backlog) &&
1534                          td->last_ddir != DDIR_READ) {
1535                         td->verify_batch = td->o.verify_batch;
1536                         if (!td->verify_batch)
1537                                 td->verify_batch = td->o.verify_backlog;
1538                         get_verify = 1;
1539                 }
1540
1541                 if (get_verify && !get_next_verify(td, io_u)) {
1542                         td->verify_batch--;
1543                         return true;
1544                 }
1545         }
1546
1547         return false;
1548 }
1549
1550 /*
1551  * Fill offset and start time into the buffer content, to prevent too
1552  * easy compressible data for simple de-dupe attempts. Do this for every
1553  * 512b block in the range, since that should be the smallest block size
1554  * we can expect from a device.
1555  */
1556 static void small_content_scramble(struct io_u *io_u)
1557 {
1558         unsigned int i, nr_blocks = io_u->buflen / 512;
1559         uint64_t boffset;
1560         unsigned int offset;
1561         void *p, *end;
1562
1563         if (!nr_blocks)
1564                 return;
1565
1566         p = io_u->xfer_buf;
1567         boffset = io_u->offset;
1568         io_u->buf_filled_len = 0;
1569
1570         for (i = 0; i < nr_blocks; i++) {
1571                 /*
1572                  * Fill the byte offset into a "random" start offset of
1573                  * the buffer, given by the product of the usec time
1574                  * and the actual offset.
1575                  */
1576                 offset = (io_u->start_time.tv_usec ^ boffset) & 511;
1577                 offset &= ~(sizeof(uint64_t) - 1);
1578                 if (offset >= 512 - sizeof(uint64_t))
1579                         offset -= sizeof(uint64_t);
1580                 memcpy(p + offset, &boffset, sizeof(boffset));
1581
1582                 end = p + 512 - sizeof(io_u->start_time);
1583                 memcpy(end, &io_u->start_time, sizeof(io_u->start_time));
1584                 p += 512;
1585                 boffset += 512;
1586         }
1587 }
1588
1589 /*
1590  * Return an io_u to be processed. Gets a buflen and offset, sets direction,
1591  * etc. The returned io_u is fully ready to be prepped and submitted.
1592  */
1593 struct io_u *get_io_u(struct thread_data *td)
1594 {
1595         struct fio_file *f;
1596         struct io_u *io_u;
1597         int do_scramble = 0;
1598         long ret = 0;
1599
1600         io_u = __get_io_u(td);
1601         if (!io_u) {
1602                 dprint(FD_IO, "__get_io_u failed\n");
1603                 return NULL;
1604         }
1605
1606         if (check_get_verify(td, io_u))
1607                 goto out;
1608         if (check_get_trim(td, io_u))
1609                 goto out;
1610
1611         /*
1612          * from a requeue, io_u already setup
1613          */
1614         if (io_u->file)
1615                 goto out;
1616
1617         /*
1618          * If using an iolog, grab next piece if any available.
1619          */
1620         if (td->flags & TD_F_READ_IOLOG) {
1621                 if (read_iolog_get(td, io_u))
1622                         goto err_put;
1623         } else if (set_io_u_file(td, io_u)) {
1624                 ret = -EBUSY;
1625                 dprint(FD_IO, "io_u %p, setting file failed\n", io_u);
1626                 goto err_put;
1627         }
1628
1629         f = io_u->file;
1630         if (!f) {
1631                 dprint(FD_IO, "io_u %p, setting file failed\n", io_u);
1632                 goto err_put;
1633         }
1634
1635         assert(fio_file_open(f));
1636
1637         if (ddir_rw(io_u->ddir)) {
1638                 if (!io_u->buflen && !td_ioengine_flagged(td, FIO_NOIO)) {
1639                         dprint(FD_IO, "get_io_u: zero buflen on %p\n", io_u);
1640                         goto err_put;
1641                 }
1642
1643                 f->last_start[io_u->ddir] = io_u->offset;
1644                 f->last_pos[io_u->ddir] = io_u->offset + io_u->buflen;
1645
1646                 if (io_u->ddir == DDIR_WRITE) {
1647                         if (td->flags & TD_F_REFILL_BUFFERS) {
1648                                 io_u_fill_buffer(td, io_u,
1649                                         td->o.min_bs[DDIR_WRITE],
1650                                         io_u->buflen);
1651                         } else if ((td->flags & TD_F_SCRAMBLE_BUFFERS) &&
1652                                    !(td->flags & TD_F_COMPRESS))
1653                                 do_scramble = 1;
1654                         if (td->flags & TD_F_VER_NONE) {
1655                                 populate_verify_io_u(td, io_u);
1656                                 do_scramble = 0;
1657                         }
1658                 } else if (io_u->ddir == DDIR_READ) {
1659                         /*
1660                          * Reset the buf_filled parameters so next time if the
1661                          * buffer is used for writes it is refilled.
1662                          */
1663                         io_u->buf_filled_len = 0;
1664                 }
1665         }
1666
1667         /*
1668          * Set io data pointers.
1669          */
1670         io_u->xfer_buf = io_u->buf;
1671         io_u->xfer_buflen = io_u->buflen;
1672
1673 out:
1674         assert(io_u->file);
1675         if (!td_io_prep(td, io_u)) {
1676                 if (!td->o.disable_lat)
1677                         fio_gettime(&io_u->start_time, NULL);
1678                 if (do_scramble)
1679                         small_content_scramble(io_u);
1680                 return io_u;
1681         }
1682 err_put:
1683         dprint(FD_IO, "get_io_u failed\n");
1684         put_io_u(td, io_u);
1685         return ERR_PTR(ret);
1686 }
1687
1688 static void __io_u_log_error(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
1689 {
1690         enum error_type_bit eb = td_error_type(io_u->ddir, io_u->error);
1691
1692         if (td_non_fatal_error(td, eb, io_u->error) && !td->o.error_dump)
1693                 return;
1694
1695         log_err("fio: io_u error%s%s: %s: %s offset=%llu, buflen=%lu\n",
1696                 io_u->file ? " on file " : "",
1697                 io_u->file ? io_u->file->file_name : "",
1698                 strerror(io_u->error),
1699                 io_ddir_name(io_u->ddir),
1700                 io_u->offset, io_u->xfer_buflen);
1701
1702         if (td->io_ops->errdetails) {
1703                 char *err = td->io_ops->errdetails(io_u);
1704
1705                 log_err("fio: %s\n", err);
1706                 free(err);
1707         }
1708
1709         if (!td->error)
1710                 td_verror(td, io_u->error, "io_u error");
1711 }
1712
1713 void io_u_log_error(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
1714 {
1715         __io_u_log_error(td, io_u);
1716         if (td->parent)
1717                 __io_u_log_error(td->parent, io_u);
1718 }
1719
1720 static inline bool gtod_reduce(struct thread_data *td)
1721 {
1722         return (td->o.disable_clat && td->o.disable_slat && td->o.disable_bw)
1723                         || td->o.gtod_reduce;
1724 }
1725
1726 static void account_io_completion(struct thread_data *td, struct io_u *io_u,
1727                                   struct io_completion_data *icd,
1728                                   const enum fio_ddir idx, unsigned int bytes)
1729 {
1730         const int no_reduce = !gtod_reduce(td);
1731         unsigned long lusec = 0;
1732
1733         if (td->parent)
1734                 td = td->parent;
1735
1736         if (no_reduce)
1737                 lusec = utime_since(&io_u->issue_time, &icd->time);
1738
1739         if (!td->o.disable_lat) {
1740                 unsigned long tusec;
1741
1742                 tusec = utime_since(&io_u->start_time, &icd->time);
1743                 add_lat_sample(td, idx, tusec, bytes, io_u->offset);
1744
1745                 if (td->flags & TD_F_PROFILE_OPS) {
1746                         struct prof_io_ops *ops = &td->prof_io_ops;
1747
1748                         if (ops->io_u_lat)
1749                                 icd->error = ops->io_u_lat(td, tusec);
1750                 }
1751
1752                 if (td->o.max_latency && tusec > td->o.max_latency)
1753                         lat_fatal(td, icd, tusec, td->o.max_latency);
1754                 if (td->o.latency_target && tusec > td->o.latency_target) {
1755                         if (lat_target_failed(td))
1756                                 lat_fatal(td, icd, tusec, td->o.latency_target);
1757                 }
1758         }
1759
1760         if (ddir_rw(idx)) {
1761                 if (!td->o.disable_clat) {
1762                         add_clat_sample(td, idx, lusec, bytes, io_u->offset);
1763                         io_u_mark_latency(td, lusec);
1764                 }
1765
1766                 if (!td->o.disable_bw && per_unit_log(td->bw_log))
1767                         add_bw_sample(td, io_u, bytes, lusec);
1768
1769                 if (no_reduce && per_unit_log(td->iops_log))
1770                         add_iops_sample(td, io_u, bytes);
1771         }
1772
1773         if (td->ts.nr_block_infos && io_u->ddir == DDIR_TRIM) {
1774                 uint32_t *info = io_u_block_info(td, io_u);
1775                 if (BLOCK_INFO_STATE(*info) < BLOCK_STATE_TRIM_FAILURE) {
1776                         if (io_u->ddir == DDIR_TRIM) {
1777                                 *info = BLOCK_INFO(BLOCK_STATE_TRIMMED,
1778                                                 BLOCK_INFO_TRIMS(*info) + 1);
1779                         } else if (io_u->ddir == DDIR_WRITE) {
1780                                 *info = BLOCK_INFO_SET_STATE(BLOCK_STATE_WRITTEN,
1781                                                                 *info);
1782                         }
1783                 }
1784         }
1785 }
1786
1787 static void file_log_write_comp(const struct thread_data *td, struct fio_file *f,
1788                                 uint64_t offset, unsigned int bytes)
1789 {
1790         int idx;
1791
1792         if (!f)
1793                 return;
1794
1795         if (f->first_write == -1ULL || offset < f->first_write)
1796                 f->first_write = offset;
1797         if (f->last_write == -1ULL || ((offset + bytes) > f->last_write))
1798                 f->last_write = offset + bytes;
1799
1800         if (!f->last_write_comp)
1801                 return;
1802
1803         idx = f->last_write_idx++;
1804         f->last_write_comp[idx] = offset;
1805         if (f->last_write_idx == td->o.iodepth)
1806                 f->last_write_idx = 0;
1807 }
1808
1809 static void io_completed(struct thread_data *td, struct io_u **io_u_ptr,
1810                          struct io_completion_data *icd)
1811 {
1812         struct io_u *io_u = *io_u_ptr;
1813         enum fio_ddir ddir = io_u->ddir;
1814         struct fio_file *f = io_u->file;
1815
1816         dprint_io_u(io_u, "io complete");
1817
1818         assert(io_u->flags & IO_U_F_FLIGHT);
1819         io_u_clear(td, io_u, IO_U_F_FLIGHT | IO_U_F_BUSY_OK);
1820
1821         /*
1822          * Mark IO ok to verify
1823          */
1824         if (io_u->ipo) {
1825                 /*
1826                  * Remove errored entry from the verification list
1827                  */
1828                 if (io_u->error)
1829                         unlog_io_piece(td, io_u);
1830                 else {
1831                         io_u->ipo->flags &= ~IP_F_IN_FLIGHT;
1832                         write_barrier();
1833                 }
1834         }
1835
1836         if (ddir_sync(ddir)) {
1837                 td->last_was_sync = 1;
1838                 if (f) {
1839                         f->first_write = -1ULL;
1840                         f->last_write = -1ULL;
1841                 }
1842                 return;
1843         }
1844
1845         td->last_was_sync = 0;
1846         td->last_ddir = ddir;
1847
1848         if (!io_u->error && ddir_rw(ddir)) {
1849                 unsigned int bytes = io_u->buflen - io_u->resid;
1850                 int ret;
1851
1852                 td->io_blocks[ddir]++;
1853                 td->this_io_blocks[ddir]++;
1854                 td->io_bytes[ddir] += bytes;
1855
1856                 if (!(io_u->flags & IO_U_F_VER_LIST))
1857                         td->this_io_bytes[ddir] += bytes;
1858
1859                 if (ddir == DDIR_WRITE)
1860                         file_log_write_comp(td, f, io_u->offset, bytes);
1861
1862                 if (ramp_time_over(td) && (td->runstate == TD_RUNNING ||
1863                                            td->runstate == TD_VERIFYING))
1864                         account_io_completion(td, io_u, icd, ddir, bytes);
1865
1866                 icd->bytes_done[ddir] += bytes;
1867
1868                 if (io_u->end_io) {
1869                         ret = io_u->end_io(td, io_u_ptr);
1870                         io_u = *io_u_ptr;
1871                         if (ret && !icd->error)
1872                                 icd->error = ret;
1873                 }
1874         } else if (io_u->error) {
1875                 icd->error = io_u->error;
1876                 io_u_log_error(td, io_u);
1877         }
1878         if (icd->error) {
1879                 enum error_type_bit eb = td_error_type(ddir, icd->error);
1880
1881                 if (!td_non_fatal_error(td, eb, icd->error))
1882                         return;
1883
1884                 /*
1885                  * If there is a non_fatal error, then add to the error count
1886                  * and clear all the errors.
1887                  */
1888                 update_error_count(td, icd->error);
1889                 td_clear_error(td);
1890                 icd->error = 0;
1891                 if (io_u)
1892                         io_u->error = 0;
1893         }
1894 }
1895
1896 static void init_icd(struct thread_data *td, struct io_completion_data *icd,
1897                      int nr)
1898 {
1899         int ddir;
1900
1901         if (!gtod_reduce(td))
1902                 fio_gettime(&icd->time, NULL);
1903
1904         icd->nr = nr;
1905
1906         icd->error = 0;
1907         for (ddir = 0; ddir < DDIR_RWDIR_CNT; ddir++)
1908                 icd->bytes_done[ddir] = 0;
1909 }
1910
1911 static void ios_completed(struct thread_data *td,
1912                           struct io_completion_data *icd)
1913 {
1914         struct io_u *io_u;
1915         int i;
1916
1917         for (i = 0; i < icd->nr; i++) {
1918                 io_u = td->io_ops->event(td, i);
1919
1920                 io_completed(td, &io_u, icd);
1921
1922                 if (io_u)
1923                         put_io_u(td, io_u);
1924         }
1925 }
1926
1927 /*
1928  * Complete a single io_u for the sync engines.
1929  */
1930 int io_u_sync_complete(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
1931 {
1932         struct io_completion_data icd;
1933         int ddir;
1934
1935         init_icd(td, &icd, 1);
1936         io_completed(td, &io_u, &icd);
1937
1938         if (io_u)
1939                 put_io_u(td, io_u);
1940
1941         if (icd.error) {
1942                 td_verror(td, icd.error, "io_u_sync_complete");
1943                 return -1;
1944         }
1945
1946         for (ddir = 0; ddir < DDIR_RWDIR_CNT; ddir++)
1947                 td->bytes_done[ddir] += icd.bytes_done[ddir];
1948
1949         return 0;
1950 }
1951
1952 /*
1953  * Called to complete min_events number of io for the async engines.
1954  */
1955 int io_u_queued_complete(struct thread_data *td, int min_evts)
1956 {
1957         struct io_completion_data icd;
1958         struct timespec *tvp = NULL;
1959         int ret, ddir;
1960         struct timespec ts = { .tv_sec = 0, .tv_nsec = 0, };
1961
1962         dprint(FD_IO, "io_u_queued_completed: min=%d\n", min_evts);
1963
1964         if (!min_evts)
1965                 tvp = &ts;
1966         else if (min_evts > td->cur_depth)
1967                 min_evts = td->cur_depth;
1968
1969         /* No worries, td_io_getevents fixes min and max if they are
1970          * set incorrectly */
1971         ret = td_io_getevents(td, min_evts, td->o.iodepth_batch_complete_max, tvp);
1972         if (ret < 0) {
1973                 td_verror(td, -ret, "td_io_getevents");
1974                 return ret;
1975         } else if (!ret)
1976                 return ret;
1977
1978         init_icd(td, &icd, ret);
1979         ios_completed(td, &icd);
1980         if (icd.error) {
1981                 td_verror(td, icd.error, "io_u_queued_complete");
1982                 return -1;
1983         }
1984
1985         for (ddir = 0; ddir < DDIR_RWDIR_CNT; ddir++)
1986                 td->bytes_done[ddir] += icd.bytes_done[ddir];
1987
1988         return ret;
1989 }
1990
1991 /*
1992  * Call when io_u is really queued, to update the submission latency.
1993  */
1994 void io_u_queued(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
1995 {
1996         if (!td->o.disable_slat) {
1997                 unsigned long slat_time;
1998
1999                 slat_time = utime_since(&io_u->start_time, &io_u->issue_time);
2000
2001                 if (td->parent)
2002                         td = td->parent;
2003
2004                 add_slat_sample(td, io_u->ddir, slat_time, io_u->xfer_buflen,
2005                                 io_u->offset);
2006         }
2007 }
2008
2009 /*
2010  * See if we should reuse the last seed, if dedupe is enabled
2011  */
2012 static struct frand_state *get_buf_state(struct thread_data *td)
2013 {
2014         unsigned int v;
2015
2016         if (!td->o.dedupe_percentage)
2017                 return &td->buf_state;
2018         else if (td->o.dedupe_percentage == 100) {
2019                 frand_copy(&td->buf_state_prev, &td->buf_state);
2020                 return &td->buf_state;
2021         }
2022
2023         v = rand32_between(&td->dedupe_state, 1, 100);
2024
2025         if (v <= td->o.dedupe_percentage)
2026                 return &td->buf_state_prev;
2027
2028         return &td->buf_state;
2029 }
2030
2031 static void save_buf_state(struct thread_data *td, struct frand_state *rs)
2032 {
2033         if (td->o.dedupe_percentage == 100)
2034                 frand_copy(rs, &td->buf_state_prev);
2035         else if (rs == &td->buf_state)
2036                 frand_copy(&td->buf_state_prev, rs);
2037 }
2038
2039 void fill_io_buffer(struct thread_data *td, void *buf, unsigned int min_write,
2040                     unsigned int max_bs)
2041 {
2042         struct thread_options *o = &td->o;
2043
2044         if (o->compress_percentage || o->dedupe_percentage) {
2045                 unsigned int perc = td->o.compress_percentage;
2046                 struct frand_state *rs;
2047                 unsigned int left = max_bs;
2048                 unsigned int this_write;
2049
2050                 do {
2051                         rs = get_buf_state(td);
2052
2053                         min_write = min(min_write, left);
2054
2055                         if (perc) {
2056                                 this_write = min_not_zero(min_write,
2057                                                         td->o.compress_chunk);
2058
2059                                 fill_random_buf_percentage(rs, buf, perc,
2060                                         this_write, this_write,
2061                                         o->buffer_pattern,
2062                                         o->buffer_pattern_bytes);
2063                         } else {
2064                                 fill_random_buf(rs, buf, min_write);
2065                                 this_write = min_write;
2066                         }
2067
2068                         buf += this_write;
2069                         left -= this_write;
2070                         save_buf_state(td, rs);
2071                 } while (left);
2072         } else if (o->buffer_pattern_bytes)
2073                 fill_buffer_pattern(td, buf, max_bs);
2074         else if (o->zero_buffers)
2075                 memset(buf, 0, max_bs);
2076         else
2077                 fill_random_buf(get_buf_state(td), buf, max_bs);
2078 }
2079
2080 /*
2081  * "randomly" fill the buffer contents
2082  */
2083 void io_u_fill_buffer(struct thread_data *td, struct io_u *io_u,
2084                       unsigned int min_write, unsigned int max_bs)
2085 {
2086         io_u->buf_filled_len = 0;
2087         fill_io_buffer(td, io_u->buf, min_write, max_bs);
2088 }