zbd.c

   1 /*
   2  * Copyright (C) 2018 Western Digital Corporation or its affiliates.
   3  *
   4  * This file is released under the GPL.
   5  */
   6
   7 #include <errno.h>
   8 #include <string.h>
   9 #include <stdlib.h>
  10 #include <dirent.h>
  11 #include <fcntl.h>
  12 #include <sys/ioctl.h>
  13 #include <sys/stat.h>
  14 #include <unistd.h>
  15 #include <linux/blkzoned.h>
  16 #include "file.h"
  17 #include "fio.h"
  18 #include "lib/pow2.h"
  19 #include "log.h"
  20 #include "smalloc.h"
  21 #include "verify.h"
  22 #include "zbd.h"
  23
  24 /**
  25  * zbd_zone_idx - convert an offset into a zone number
  26  * @f: file pointer.
  27  * @offset: offset in bytes. If this offset is in the first zone_size bytes
  28  *          past the disk size then the index of the sentinel is returned.
  29  */
  30 static uint32_t zbd_zone_idx(const struct fio_file *f, uint64_t offset)
  31 {
  32         uint32_t zone_idx;
  33
  34         if (f->zbd_info->zone_size_log2 > 0)
  35                 zone_idx = offset >> f->zbd_info->zone_size_log2;
  36         else
  37                 zone_idx = offset / f->zbd_info->zone_size;
  38
  39         return min(zone_idx, f->zbd_info->nr_zones);
  40 }
  41
  42 /**
  43  * zbd_zone_full - verify whether a minimum number of bytes remain in a zone
  44  * @f: file pointer.
  45  * @z: zone info pointer.
  46  * @required: minimum number of bytes that must remain in a zone.
  47  *
  48  * The caller must hold z->mutex.
  49  */
  50 static bool zbd_zone_full(const struct fio_file *f, struct fio_zone_info *z,
  51                           uint64_t required)
  52 {
  53         assert((required & 511) == 0);
  54
  55         return z->type == BLK_ZONE_TYPE_SEQWRITE_REQ &&
  56                 z->wp + required > z->start + f->zbd_info->zone_size;
  57 }
  58
  59 static bool is_valid_offset(const struct fio_file *f, uint64_t offset)
  60 {
  61         return (uint64_t)(offset - f->file_offset) < f->io_size;
  62 }
  63
  64 /* Verify whether direct I/O is used for all host-managed zoned drives. */
  65 static bool zbd_using_direct_io(void)
  66 {
  67         struct thread_data *td;
  68         struct fio_file *f;
  69         int i, j;
  70
  71         for_each_td(td, i) {
  72                 if (td->o.odirect || !(td->o.td_ddir & TD_DDIR_WRITE))
  73                         continue;
  74                 for_each_file(td, f, j) {
  75                         if (f->zbd_info &&
  76                             f->zbd_info->model == ZBD_DM_HOST_MANAGED)
  77                                 return false;
  78                 }
  79         }
  80
  81         return true;
  82 }
  83
  84 /* Whether or not the I/O range for f includes one or more sequential zones */
  85 static bool zbd_is_seq_job(struct fio_file *f)
  86 {
  87         uint32_t zone_idx, zone_idx_b, zone_idx_e;
  88
  89         assert(f->zbd_info);
  90         if (f->io_size == 0)
  91                 return false;
  92         zone_idx_b = zbd_zone_idx(f, f->file_offset);
  93         zone_idx_e = zbd_zone_idx(f, f->file_offset + f->io_size - 1);
  94         for (zone_idx = zone_idx_b; zone_idx <= zone_idx_e; zone_idx++)
  95                 if (f->zbd_info->zone_info[zone_idx].type ==
  96                     BLK_ZONE_TYPE_SEQWRITE_REQ)
  97                         return true;
  98
  99         return false;
 100 }
 101
 102 /*
 103  * Verify whether offset and size parameters are aligned with zone boundaries.
 104  */
 105 static bool zbd_verify_sizes(void)
 106 {
 107         const struct fio_zone_info *z;
 108         struct thread_data *td;
 109         struct fio_file *f;
 110         uint64_t new_offset, new_end;
 111         uint32_t zone_idx;
 112         int i, j;
 113
 114         for_each_td(td, i) {
 115                 for_each_file(td, f, j) {
 116                         if (!f->zbd_info)
 117                                 continue;
 118                         if (f->file_offset >= f->real_file_size)
 119                                 continue;
 120                         if (!zbd_is_seq_job(f))
 121                                 continue;
 122
 123                         if (!td->o.zone_size) {
 124                                 td->o.zone_size = f->zbd_info->zone_size;
 125                                 if (!td->o.zone_size) {
 126                                         log_err("%s: invalid 0 zone size\n",
 127                                                 f->file_name);
 128                                         return false;
 129                                 }
 130                         }
 131
 132                         if (td->o.zone_skip &&
 133                             (td->o.zone_skip < td->o.zone_size ||
 134                              td->o.zone_skip % td->o.zone_size)) {
 135                                 log_err("%s: zoneskip %llu is not a multiple of the device zone size %llu.\n",
 136                                         f->file_name, (unsigned long long) td->o.zone_skip,
 137                                         (unsigned long long) td->o.zone_size);
 138                                 return false;
 139                         }
 140
 141                         zone_idx = zbd_zone_idx(f, f->file_offset);
 142                         z = &f->zbd_info->zone_info[zone_idx];
 143                         if (f->file_offset != z->start) {
 144                                 new_offset = (z+1)->start;
 145                                 if (new_offset >= f->file_offset + f->io_size) {
 146                                         log_info("%s: io_size must be at least one zone\n",
 147                                                  f->file_name);
 148                                         return false;
 149                                 }
 150                                 log_info("%s: rounded up offset from %llu to %llu\n",
 151                                          f->file_name, (unsigned long long) f->file_offset,
 152                                          (unsigned long long) new_offset);
 153                                 f->io_size -= (new_offset - f->file_offset);
 154                                 f->file_offset = new_offset;
 155                         }
 156                         zone_idx = zbd_zone_idx(f, f->file_offset + f->io_size);
 157                         z = &f->zbd_info->zone_info[zone_idx];
 158                         new_end = z->start;
 159                         if (f->file_offset + f->io_size != new_end) {
 160                                 if (new_end <= f->file_offset) {
 161                                         log_info("%s: io_size must be at least one zone\n",
 162                                                  f->file_name);
 163                                         return false;
 164                                 }
 165                                 log_info("%s: rounded down io_size from %llu to %llu\n",
 166                                          f->file_name, (unsigned long long) f->io_size,
 167                                          (unsigned long long) new_end - f->file_offset);
 168                                 f->io_size = new_end - f->file_offset;
 169                         }
 170                 }
 171         }
 172
 173         return true;
 174 }
 175
 176 static bool zbd_verify_bs(void)
 177 {
 178         struct thread_data *td;
 179         struct fio_file *f;
 180         uint32_t zone_size;
 181         int i, j, k;
 182
 183         for_each_td(td, i) {
 184                 for_each_file(td, f, j) {
 185                         if (!f->zbd_info)
 186                                 continue;
 187                         zone_size = f->zbd_info->zone_size;
 188                         for (k = 0; k < ARRAY_SIZE(td->o.bs); k++) {
 189                                 if (td->o.verify != VERIFY_NONE &&
 190                                     zone_size % td->o.bs[k] != 0) {
 191                                         log_info("%s: block size %llu is not a divisor of the zone size %d\n",
 192                                                  f->file_name, td->o.bs[k],
 193                                                  zone_size);
 194                                         return false;
 195                                 }
 196                         }
 197                 }
 198         }
 199         return true;
 200 }
 201
 202 /*
 203  * Read zone information into @buf starting from sector @start_sector.
 204  * @fd is a file descriptor that refers to a block device and @bufsz is the
 205  * size of @buf.
 206  *
 207  * Returns 0 upon success and a negative error code upon failure.
 208  * If the zone report is empty, always assume an error (device problem) and
 209  * return -EIO.
 210  */
 211 static int read_zone_info(int fd, uint64_t start_sector,
 212                           void *buf, unsigned int bufsz)
 213 {
 214         struct blk_zone_report *hdr = buf;
 215         int ret;
 216
 217         if (bufsz < sizeof(*hdr))
 218                 return -EINVAL;
 219
 220         memset(hdr, 0, sizeof(*hdr));
 221
 222         hdr->nr_zones = (bufsz - sizeof(*hdr)) / sizeof(struct blk_zone);
 223         hdr->sector = start_sector;
 224         ret = ioctl(fd, BLKREPORTZONE, hdr);
 225         if (ret)
 226                 return -errno;
 227         if (!hdr->nr_zones)
 228                 return -EIO;
 229         return 0;
 230 }
 231
 232 /*
 233  * Read up to 255 characters from the first line of a file. Strip the trailing
 234  * newline.
 235  */
 236 static char *read_file(const char *path)
 237 {
 238         char line[256], *p = line;
 239         FILE *f;
 240
 241         f = fopen(path, "rb");
 242         if (!f)
 243                 return NULL;
 244         if (!fgets(line, sizeof(line), f))
 245                 line[0] = '\0';
 246         strsep(&p, "\n");
 247         fclose(f);
 248
 249         return strdup(line);
 250 }
 251
 252 static enum blk_zoned_model get_zbd_model(const char *file_name)
 253 {
 254         enum blk_zoned_model model = ZBD_DM_NONE;
 255         char *zoned_attr_path = NULL;
 256         char *model_str = NULL;
 257         struct stat statbuf;
 258         char *sys_devno_path = NULL;
 259         char *part_attr_path = NULL;
 260         char *part_str = NULL;
 261         char sys_path[PATH_MAX];
 262         ssize_t sz;
 263         char *delim = NULL;
 264
 265         if (stat(file_name, &statbuf) < 0)
 266                 goto out;
 267
 268         if (asprintf(&sys_devno_path, "/sys/dev/block/%d:%d",
 269                      major(statbuf.st_rdev), minor(statbuf.st_rdev)) < 0)
 270                 goto out;
 271
 272         sz = readlink(sys_devno_path, sys_path, sizeof(sys_path) - 1);
 273         if (sz < 0)
 274                 goto out;
 275         sys_path[sz] = '\0';
 276
 277         /*
 278          * If the device is a partition device, cut the device name in the
 279          * canonical sysfs path to obtain the sysfs path of the holder device.
 280          *   e.g.:  /sys/devices/.../sda/sda1 -> /sys/devices/.../sda
 281          */
 282         if (asprintf(&part_attr_path, "/sys/dev/block/%s/partition",
 283                      sys_path) < 0)
 284                 goto out;
 285         part_str = read_file(part_attr_path);
 286         if (part_str && *part_str == '1') {
 287                 delim = strrchr(sys_path, '/');
 288                 if (!delim)
 289                         goto out;
 290                 *delim = '\0';
 291         }
 292
 293         if (asprintf(&zoned_attr_path,
 294                      "/sys/dev/block/%s/queue/zoned", sys_path) < 0)
 295                 goto out;
 296
 297         model_str = read_file(zoned_attr_path);
 298         if (!model_str)
 299                 goto out;
 300         dprint(FD_ZBD, "%s: zbd model string: %s\n", file_name, model_str);
 301         if (strcmp(model_str, "host-aware") == 0)
 302                 model = ZBD_DM_HOST_AWARE;
 303         else if (strcmp(model_str, "host-managed") == 0)
 304                 model = ZBD_DM_HOST_MANAGED;
 305
 306 out:
 307         free(model_str);
 308         free(zoned_attr_path);
 309         free(part_str);
 310         free(part_attr_path);
 311         free(sys_devno_path);
 312         return model;
 313 }
 314
 315 static int ilog2(uint64_t i)
 316 {
 317         int log = -1;
 318
 319         while (i) {
 320                 i >>= 1;
 321                 log++;
 322         }
 323         return log;
 324 }
 325
 326 /*
 327  * Initialize f->zbd_info for devices that are not zoned block devices. This
 328  * allows to execute a ZBD workload against a non-ZBD device.
 329  */
 330 static int init_zone_info(struct thread_data *td, struct fio_file *f)
 331 {
 332         uint32_t nr_zones;
 333         struct fio_zone_info *p;
 334         uint64_t zone_size = td->o.zone_size;
 335         struct zoned_block_device_info *zbd_info = NULL;
 336         pthread_mutexattr_t attr;
 337         int i;
 338
 339         if (zone_size == 0) {
 340                 log_err("%s: Specifying the zone size is mandatory for regular block devices with --zonemode=zbd\n\n",
 341                         f->file_name);
 342                 return 1;
 343         }
 344
 345         if (zone_size < 512) {
 346                 log_err("%s: zone size must be at least 512 bytes for --zonemode=zbd\n\n",
 347                         f->file_name);
 348                 return 1;
 349         }
 350
 351         nr_zones = (f->real_file_size + zone_size - 1) / zone_size;
 352         zbd_info = scalloc(1, sizeof(*zbd_info) +
 353                            (nr_zones + 1) * sizeof(zbd_info->zone_info[0]));
 354         if (!zbd_info)
 355                 return -ENOMEM;
 356
 357         pthread_mutexattr_init(&attr);
 358         pthread_mutexattr_settype(&attr, PTHREAD_MUTEX_RECURSIVE);
 359         pthread_mutexattr_setpshared(&attr, true);
 360         pthread_mutex_init(&zbd_info->mutex, &attr);
 361         zbd_info->refcount = 1;
 362         p = &zbd_info->zone_info[0];
 363         for (i = 0; i < nr_zones; i++, p++) {
 364                 pthread_mutex_init(&p->mutex, &attr);
 365                 p->start = i * zone_size;
 366                 p->wp = p->start + zone_size;
 367                 p->type = BLK_ZONE_TYPE_SEQWRITE_REQ;
 368                 p->cond = BLK_ZONE_COND_EMPTY;
 369         }
 370         /* a sentinel */
 371         p->start = nr_zones * zone_size;
 372
 373         f->zbd_info = zbd_info;
 374         f->zbd_info->zone_size = zone_size;
 375         f->zbd_info->zone_size_log2 = is_power_of_2(zone_size) ?
 376                 ilog2(zone_size) : -1;
 377         f->zbd_info->nr_zones = nr_zones;
 378         pthread_mutexattr_destroy(&attr);
 379         return 0;
 380 }
 381
 382 /*
 383  * Parse the BLKREPORTZONE output and store it in f->zbd_info. Must be called
 384  * only for devices that support this ioctl, namely zoned block devices.
 385  */
 386 static int parse_zone_info(struct thread_data *td, struct fio_file *f)
 387 {
 388         const unsigned int bufsz = sizeof(struct blk_zone_report) +
 389                 4096 * sizeof(struct blk_zone);
 390         uint32_t nr_zones;
 391         struct blk_zone_report *hdr;
 392         const struct blk_zone *z;
 393         struct fio_zone_info *p;
 394         uint64_t zone_size, start_sector;
 395         struct zoned_block_device_info *zbd_info = NULL;
 396         pthread_mutexattr_t attr;
 397         void *buf;
 398         int fd, i, j, ret = 0;
 399
 400         pthread_mutexattr_init(&attr);
 401         pthread_mutexattr_settype(&attr, PTHREAD_MUTEX_RECURSIVE);
 402         pthread_mutexattr_setpshared(&attr, true);
 403
 404         buf = malloc(bufsz);
 405         if (!buf)
 406                 goto out;
 407
 408         fd = open(f->file_name, O_RDONLY | O_LARGEFILE);
 409         if (fd < 0) {
 410                 ret = -errno;
 411                 goto free;
 412         }
 413
 414         ret = read_zone_info(fd, 0, buf, bufsz);
 415         if (ret < 0) {
 416                 log_info("fio: BLKREPORTZONE(%lu) failed for %s (%d).\n",
 417                          0UL, f->file_name, -ret);
 418                 goto close;
 419         }
 420         hdr = buf;
 421         if (hdr->nr_zones < 1) {
 422                 log_info("fio: %s has invalid zone information.\n",
 423                          f->file_name);
 424                 goto close;
 425         }
 426         z = (void *)(hdr + 1);
 427         zone_size = z->len << 9;
 428         nr_zones = (f->real_file_size + zone_size - 1) / zone_size;
 429
 430         if (td->o.zone_size == 0) {
 431                 td->o.zone_size = zone_size;
 432         } else if (td->o.zone_size != zone_size) {
 433                 log_err("fio: %s job parameter zonesize %llu does not match disk zone size %llu.\n",
 434                         f->file_name, (unsigned long long) td->o.zone_size,
 435                         (unsigned long long) zone_size);
 436                 ret = -EINVAL;
 437                 goto close;
 438         }
 439
 440         dprint(FD_ZBD, "Device %s has %d zones of size %llu KB\n", f->file_name,
 441                nr_zones, (unsigned long long) zone_size / 1024);
 442
 443         zbd_info = scalloc(1, sizeof(*zbd_info) +
 444                            (nr_zones + 1) * sizeof(zbd_info->zone_info[0]));
 445         ret = -ENOMEM;
 446         if (!zbd_info)
 447                 goto close;
 448         pthread_mutex_init(&zbd_info->mutex, &attr);
 449         zbd_info->refcount = 1;
 450         p = &zbd_info->zone_info[0];
 451         for (start_sector = 0, j = 0; j < nr_zones;) {
 452                 z = (void *)(hdr + 1);
 453                 for (i = 0; i < hdr->nr_zones; i++, j++, z++, p++) {
 454                         pthread_mutex_init(&p->mutex, &attr);
 455                         p->start = z->start << 9;
 456                         switch (z->cond) {
 457                         case BLK_ZONE_COND_NOT_WP:
 458                         case BLK_ZONE_COND_FULL:
 459                                 p->wp = p->start + zone_size;
 460                                 break;
 461                         default:
 462                                 assert(z->start <= z->wp);
 463                                 assert(z->wp <= z->start + (zone_size >> 9));
 464                                 p->wp = z->wp << 9;
 465                                 break;
 466                         }
 467                         p->type = z->type;
 468                         p->cond = z->cond;
 469                         if (j > 0 && p->start != p[-1].start + zone_size) {
 470                                 log_info("%s: invalid zone data\n",
 471                                          f->file_name);
 472                                 ret = -EINVAL;
 473                                 goto close;
 474                         }
 475                 }
 476                 z--;
 477                 start_sector = z->start + z->len;
 478                 if (j >= nr_zones)
 479                         break;
 480                 ret = read_zone_info(fd, start_sector, buf, bufsz);
 481                 if (ret < 0) {
 482                         log_info("fio: BLKREPORTZONE(%llu) failed for %s (%d).\n",
 483                                  (unsigned long long) start_sector, f->file_name, -ret);
 484                         goto close;
 485                 }
 486         }
 487         /* a sentinel */
 488         zbd_info->zone_info[nr_zones].start = start_sector << 9;
 489
 490         f->zbd_info = zbd_info;
 491         f->zbd_info->zone_size = zone_size;
 492         f->zbd_info->zone_size_log2 = is_power_of_2(zone_size) ?
 493                 ilog2(zone_size) : -1;
 494         f->zbd_info->nr_zones = nr_zones;
 495         zbd_info = NULL;
 496         ret = 0;
 497
 498 close:
 499         sfree(zbd_info);
 500         close(fd);
 501 free:
 502         free(buf);
 503 out:
 504         pthread_mutexattr_destroy(&attr);
 505         return ret;
 506 }
 507
 508 /*
 509  * Allocate zone information and store it into f->zbd_info if zonemode=zbd.
 510  *
 511  * Returns 0 upon success and a negative error code upon failure.
 512  */
 513 static int zbd_create_zone_info(struct thread_data *td, struct fio_file *f)
 514 {
 515         enum blk_zoned_model zbd_model;
 516         int ret = 0;
 517
 518         assert(td->o.zone_mode == ZONE_MODE_ZBD);
 519
 520         zbd_model = get_zbd_model(f->file_name);
 521         switch (zbd_model) {
 522         case ZBD_DM_HOST_AWARE:
 523         case ZBD_DM_HOST_MANAGED:
 524                 ret = parse_zone_info(td, f);
 525                 break;
 526         case ZBD_DM_NONE:
 527                 ret = init_zone_info(td, f);
 528                 break;
 529         }
 530         if (ret == 0)
 531                 f->zbd_info->model = zbd_model;
 532         return ret;
 533 }
 534
 535 void zbd_free_zone_info(struct fio_file *f)
 536 {
 537         uint32_t refcount;
 538
 539         if (!f->zbd_info)
 540                 return;
 541
 542         pthread_mutex_lock(&f->zbd_info->mutex);
 543         refcount = --f->zbd_info->refcount;
 544         pthread_mutex_unlock(&f->zbd_info->mutex);
 545
 546         assert((int32_t)refcount >= 0);
 547         if (refcount == 0)
 548                 sfree(f->zbd_info);
 549         f->zbd_info = NULL;
 550 }
 551
 552 /*
 553  * Initialize f->zbd_info.
 554  *
 555  * Returns 0 upon success and a negative error code upon failure.
 556  *
 557  * Note: this function can only work correctly if it is called before the first
 558  * fio fork() call.
 559  */
 560 static int zbd_init_zone_info(struct thread_data *td, struct fio_file *file)
 561 {
 562         struct thread_data *td2;
 563         struct fio_file *f2;
 564         int i, j, ret;
 565
 566         for_each_td(td2, i) {
 567                 for_each_file(td2, f2, j) {
 568                         if (td2 == td && f2 == file)
 569                                 continue;
 570                         if (!f2->zbd_info ||
 571                             strcmp(f2->file_name, file->file_name) != 0)
 572                                 continue;
 573                         file->zbd_info = f2->zbd_info;
 574                         file->zbd_info->refcount++;
 575                         return 0;
 576                 }
 577         }
 578
 579         ret = zbd_create_zone_info(td, file);
 580         if (ret < 0)
 581                 td_verror(td, -ret, "zbd_create_zone_info() failed");
 582         return ret;
 583 }
 584
 585 int zbd_init(struct thread_data *td)
 586 {
 587         struct fio_file *f;
 588         int i;
 589
 590         for_each_file(td, f, i) {
 591                 if (f->filetype != FIO_TYPE_BLOCK)
 592                         continue;
 593                 if (zbd_init_zone_info(td, f))
 594                         return 1;
 595         }
 596
 597         if (!zbd_using_direct_io()) {
 598                 log_err("Using direct I/O is mandatory for writing to ZBD drives\n\n");
 599                 return 1;
 600         }
 601
 602         if (!zbd_verify_sizes())
 603                 return 1;
 604
 605         if (!zbd_verify_bs())
 606                 return 1;
 607
 608         return 0;
 609 }
 610
 611 /**
 612  * zbd_reset_range - reset zones for a range of sectors
 613  * @td: FIO thread data.
 614  * @f: Fio file for which to reset zones
 615  * @sector: Starting sector in units of 512 bytes
 616  * @nr_sectors: Number of sectors in units of 512 bytes
 617  *
 618  * Returns 0 upon success and a negative error code upon failure.
 619  */
 620 static int zbd_reset_range(struct thread_data *td, const struct fio_file *f,
 621                            uint64_t offset, uint64_t length)
 622 {
 623         struct blk_zone_range zr = {
 624                 .sector         = offset >> 9,
 625                 .nr_sectors     = length >> 9,
 626         };
 627         uint32_t zone_idx_b, zone_idx_e;
 628         struct fio_zone_info *zb, *ze, *z;
 629         int ret = 0;
 630
 631         assert(f->fd != -1);
 632         assert(is_valid_offset(f, offset + length - 1));
 633         switch (f->zbd_info->model) {
 634         case ZBD_DM_HOST_AWARE:
 635         case ZBD_DM_HOST_MANAGED:
 636                 ret = ioctl(f->fd, BLKRESETZONE, &zr);
 637                 if (ret < 0) {
 638                         td_verror(td, errno, "resetting wp failed");
 639                         log_err("%s: resetting wp for %llu sectors at sector %llu failed (%d).\n",
 640                                 f->file_name, zr.nr_sectors, zr.sector, errno);
 641                         return ret;
 642                 }
 643                 break;
 644         case ZBD_DM_NONE:
 645                 break;
 646         }
 647
 648         zone_idx_b = zbd_zone_idx(f, offset);
 649         zb = &f->zbd_info->zone_info[zone_idx_b];
 650         zone_idx_e = zbd_zone_idx(f, offset + length);
 651         ze = &f->zbd_info->zone_info[zone_idx_e];
 652         for (z = zb; z < ze; z++) {
 653                 pthread_mutex_lock(&z->mutex);
 654                 pthread_mutex_lock(&f->zbd_info->mutex);
 655                 f->zbd_info->sectors_with_data -= z->wp - z->start;
 656                 pthread_mutex_unlock(&f->zbd_info->mutex);
 657                 z->wp = z->start;
 658                 z->verify_block = 0;
 659                 pthread_mutex_unlock(&z->mutex);
 660         }
 661
 662         td->ts.nr_zone_resets += ze - zb;
 663
 664         return ret;
 665 }
 666
 667 static unsigned int zbd_zone_nr(struct zoned_block_device_info *zbd_info,
 668                                 struct fio_zone_info *zone)
 669 {
 670         return zone - zbd_info->zone_info;
 671 }
 672
 673 /**
 674  * zbd_reset_zone - reset the write pointer of a single zone
 675  * @td: FIO thread data.
 676  * @f: FIO file associated with the disk for which to reset a write pointer.
 677  * @z: Zone to reset.
 678  *
 679  * Returns 0 upon success and a negative error code upon failure.
 680  */
 681 static int zbd_reset_zone(struct thread_data *td, const struct fio_file *f,
 682                           struct fio_zone_info *z)
 683 {
 684         dprint(FD_ZBD, "%s: resetting wp of zone %u.\n", f->file_name,
 685                 zbd_zone_nr(f->zbd_info, z));
 686
 687         return zbd_reset_range(td, f, z->start, (z+1)->start - z->start);
 688 }
 689
 690 /*
 691  * Reset a range of zones. Returns 0 upon success and 1 upon failure.
 692  * @td: fio thread data.
 693  * @f: fio file for which to reset zones
 694  * @zb: first zone to reset.
 695  * @ze: first zone not to reset.
 696  * @all_zones: whether to reset all zones or only those zones for which the
 697  *      write pointer is not a multiple of td->o.min_bs[DDIR_WRITE].
 698  */
 699 static int zbd_reset_zones(struct thread_data *td, struct fio_file *f,
 700                            struct fio_zone_info *const zb,
 701                            struct fio_zone_info *const ze, bool all_zones)
 702 {
 703         struct fio_zone_info *z, *start_z = ze;
 704         const uint32_t min_bs = td->o.min_bs[DDIR_WRITE];
 705         bool reset_wp;
 706         int res = 0;
 707
 708         dprint(FD_ZBD, "%s: examining zones %u .. %u\n", f->file_name,
 709                 zbd_zone_nr(f->zbd_info, zb), zbd_zone_nr(f->zbd_info, ze));
 710         assert(f->fd != -1);
 711         for (z = zb; z < ze; z++) {
 712                 pthread_mutex_lock(&z->mutex);
 713                 switch (z->type) {
 714                 case BLK_ZONE_TYPE_SEQWRITE_REQ:
 715                         reset_wp = all_zones ? z->wp != z->start :
 716                                         (td->o.td_ddir & TD_DDIR_WRITE) &&
 717                                         z->wp % min_bs != 0;
 718                         if (start_z == ze && reset_wp) {
 719                                 start_z = z;
 720                         } else if (start_z < ze && !reset_wp) {
 721                                 dprint(FD_ZBD,
 722                                        "%s: resetting zones %u .. %u\n",
 723                                        f->file_name,
 724                                         zbd_zone_nr(f->zbd_info, start_z),
 725                                         zbd_zone_nr(f->zbd_info, z));
 726                                 if (zbd_reset_range(td, f, start_z->start,
 727                                                 z->start - start_z->start) < 0)
 728                                         res = 1;
 729                                 start_z = ze;
 730                         }
 731                         break;
 732                 default:
 733                         if (start_z == ze)
 734                                 break;
 735                         dprint(FD_ZBD, "%s: resetting zones %u .. %u\n",
 736                                f->file_name, zbd_zone_nr(f->zbd_info, start_z),
 737                                zbd_zone_nr(f->zbd_info, z));
 738                         if (zbd_reset_range(td, f, start_z->start,
 739                                             z->start - start_z->start) < 0)
 740                                 res = 1;
 741                         start_z = ze;
 742                         break;
 743                 }
 744         }
 745         if (start_z < ze) {
 746                 dprint(FD_ZBD, "%s: resetting zones %u .. %u\n", f->file_name,
 747                         zbd_zone_nr(f->zbd_info, start_z),
 748                         zbd_zone_nr(f->zbd_info, z));
 749                 if (zbd_reset_range(td, f, start_z->start,
 750                                     z->start - start_z->start) < 0)
 751                         res = 1;
 752         }
 753         for (z = zb; z < ze; z++)
 754                 pthread_mutex_unlock(&z->mutex);
 755
 756         return res;
 757 }
 758
 759 /*
 760  * Reset zbd_info.write_cnt, the counter that counts down towards the next
 761  * zone reset.
 762  */
 763 static void zbd_reset_write_cnt(const struct thread_data *td,
 764                                 const struct fio_file *f)
 765 {
 766         assert(0 <= td->o.zrf.u.f && td->o.zrf.u.f <= 1);
 767
 768         pthread_mutex_lock(&f->zbd_info->mutex);
 769         f->zbd_info->write_cnt = td->o.zrf.u.f ?
 770                 min(1.0 / td->o.zrf.u.f, 0.0 + UINT_MAX) : UINT_MAX;
 771         pthread_mutex_unlock(&f->zbd_info->mutex);
 772 }
 773
 774 static bool zbd_dec_and_reset_write_cnt(const struct thread_data *td,
 775                                         const struct fio_file *f)
 776 {
 777         uint32_t write_cnt = 0;
 778
 779         pthread_mutex_lock(&f->zbd_info->mutex);
 780         assert(f->zbd_info->write_cnt);
 781         if (f->zbd_info->write_cnt)
 782                 write_cnt = --f->zbd_info->write_cnt;
 783         if (write_cnt == 0)
 784                 zbd_reset_write_cnt(td, f);
 785         pthread_mutex_unlock(&f->zbd_info->mutex);
 786
 787         return write_cnt == 0;
 788 }
 789
 790 enum swd_action {
 791         CHECK_SWD,
 792         SET_SWD,
 793 };
 794
 795 /* Calculate the number of sectors with data (swd) and perform action 'a' */
 796 static uint64_t zbd_process_swd(const struct fio_file *f, enum swd_action a)
 797 {
 798         struct fio_zone_info *zb, *ze, *z;
 799         uint64_t swd = 0;
 800
 801         zb = &f->zbd_info->zone_info[zbd_zone_idx(f, f->file_offset)];
 802         ze = &f->zbd_info->zone_info[zbd_zone_idx(f, f->file_offset +
 803                                                   f->io_size)];
 804         for (z = zb; z < ze; z++) {
 805                 pthread_mutex_lock(&z->mutex);
 806                 swd += z->wp - z->start;
 807         }
 808         pthread_mutex_lock(&f->zbd_info->mutex);
 809         switch (a) {
 810         case CHECK_SWD:
 811                 assert(f->zbd_info->sectors_with_data == swd);
 812                 break;
 813         case SET_SWD:
 814                 f->zbd_info->sectors_with_data = swd;
 815                 break;
 816         }
 817         pthread_mutex_unlock(&f->zbd_info->mutex);
 818         for (z = zb; z < ze; z++)
 819                 pthread_mutex_unlock(&z->mutex);
 820
 821         return swd;
 822 }
 823
 824 /*
 825  * The swd check is useful for debugging but takes too much time to leave
 826  * it enabled all the time. Hence it is disabled by default.
 827  */
 828 static const bool enable_check_swd = false;
 829
 830 /* Check whether the value of zbd_info.sectors_with_data is correct. */
 831 static void zbd_check_swd(const struct fio_file *f)
 832 {
 833         if (!enable_check_swd)
 834                 return;
 835
 836         zbd_process_swd(f, CHECK_SWD);
 837 }
 838
 839 static void zbd_init_swd(struct fio_file *f)
 840 {
 841         uint64_t swd;
 842
 843         swd = zbd_process_swd(f, SET_SWD);
 844         dprint(FD_ZBD, "%s(%s): swd = %" PRIu64 "\n", __func__, f->file_name,
 845                swd);
 846 }
 847
 848 void zbd_file_reset(struct thread_data *td, struct fio_file *f)
 849 {
 850         struct fio_zone_info *zb, *ze;
 851         uint32_t zone_idx_e;
 852
 853         if (!f->zbd_info)
 854                 return;
 855
 856         zb = &f->zbd_info->zone_info[zbd_zone_idx(f, f->file_offset)];
 857         zone_idx_e = zbd_zone_idx(f, f->file_offset + f->io_size);
 858         ze = &f->zbd_info->zone_info[zone_idx_e];
 859         zbd_init_swd(f);
 860         /*
 861          * If data verification is enabled reset the affected zones before
 862          * writing any data to avoid that a zone reset has to be issued while
 863          * writing data, which causes data loss.
 864          */
 865         zbd_reset_zones(td, f, zb, ze, td->o.verify != VERIFY_NONE &&
 866                         (td->o.td_ddir & TD_DDIR_WRITE) &&
 867                         td->runstate != TD_VERIFYING);
 868         zbd_reset_write_cnt(td, f);
 869 }
 870
 871 /* The caller must hold f->zbd_info->mutex. */
 872 static bool is_zone_open(const struct thread_data *td, const struct fio_file *f,
 873                          unsigned int zone_idx)
 874 {
 875         struct zoned_block_device_info *zbdi = f->zbd_info;
 876         int i;
 877
 878         assert(td->o.max_open_zones <= ARRAY_SIZE(zbdi->open_zones));
 879         assert(zbdi->num_open_zones <= td->o.max_open_zones);
 880
 881         for (i = 0; i < zbdi->num_open_zones; i++)
 882                 if (zbdi->open_zones[i] == zone_idx)
 883                         return true;
 884
 885         return false;
 886 }
 887
 888 /*
 889  * Open a ZBD zone if it was not yet open. Returns true if either the zone was
 890  * already open or if opening a new zone is allowed. Returns false if the zone
 891  * was not yet open and opening a new zone would cause the zone limit to be
 892  * exceeded.
 893  */
 894 static bool zbd_open_zone(struct thread_data *td, const struct io_u *io_u,
 895                           uint32_t zone_idx)
 896 {
 897         const uint32_t min_bs = td->o.min_bs[DDIR_WRITE];
 898         const struct fio_file *f = io_u->file;
 899         struct fio_zone_info *z = &f->zbd_info->zone_info[zone_idx];
 900         bool res = true;
 901
 902         if (z->cond == BLK_ZONE_COND_OFFLINE)
 903                 return false;
 904
 905         /*
 906          * Skip full zones with data verification enabled because resetting a
 907          * zone causes data loss and hence causes verification to fail.
 908          */
 909         if (td->o.verify != VERIFY_NONE && zbd_zone_full(f, z, min_bs))
 910                 return false;
 911
 912         /* Zero means no limit */
 913         if (!td->o.max_open_zones)
 914                 return true;
 915
 916         pthread_mutex_lock(&f->zbd_info->mutex);
 917         if (is_zone_open(td, f, zone_idx))
 918                 goto out;
 919         res = false;
 920         if (f->zbd_info->num_open_zones >= td->o.max_open_zones)
 921                 goto out;
 922         dprint(FD_ZBD, "%s: opening zone %d\n", f->file_name, zone_idx);
 923         f->zbd_info->open_zones[f->zbd_info->num_open_zones++] = zone_idx;
 924         z->open = 1;
 925         res = true;
 926
 927 out:
 928         pthread_mutex_unlock(&f->zbd_info->mutex);
 929         return res;
 930 }
 931
 932 /* The caller must hold f->zbd_info->mutex */
 933 static void zbd_close_zone(struct thread_data *td, const struct fio_file *f,
 934                            unsigned int open_zone_idx)
 935 {
 936         uint32_t zone_idx;
 937
 938         assert(open_zone_idx < f->zbd_info->num_open_zones);
 939         zone_idx = f->zbd_info->open_zones[open_zone_idx];
 940         memmove(f->zbd_info->open_zones + open_zone_idx,
 941                 f->zbd_info->open_zones + open_zone_idx + 1,
 942                 (FIO_MAX_OPEN_ZBD_ZONES - (open_zone_idx + 1)) *
 943                 sizeof(f->zbd_info->open_zones[0]));
 944         f->zbd_info->num_open_zones--;
 945         f->zbd_info->zone_info[zone_idx].open = 0;
 946 }
 947
 948 /*
 949  * Modify the offset of an I/O unit that does not refer to an open zone such
 950  * that it refers to an open zone. Close an open zone and open a new zone if
 951  * necessary. This algorithm can only work correctly if all write pointers are
 952  * a multiple of the fio block size. The caller must neither hold z->mutex
 953  * nor f->zbd_info->mutex. Returns with z->mutex held upon success.
 954  */
 955 static struct fio_zone_info *zbd_convert_to_open_zone(struct thread_data *td,
 956                                                       struct io_u *io_u)
 957 {
 958         const uint32_t min_bs = td->o.min_bs[io_u->ddir];
 959         const struct fio_file *f = io_u->file;
 960         struct fio_zone_info *z;
 961         unsigned int open_zone_idx = -1;
 962         uint32_t zone_idx, new_zone_idx;
 963         int i;
 964
 965         assert(is_valid_offset(f, io_u->offset));
 966
 967         if (td->o.max_open_zones) {
 968                 /*
 969                  * This statement accesses f->zbd_info->open_zones[] on purpose
 970                  * without locking.
 971                  */
 972                 zone_idx = f->zbd_info->open_zones[(io_u->offset -
 973                                                     f->file_offset) *
 974                                 f->zbd_info->num_open_zones / f->io_size];
 975         } else {
 976                 zone_idx = zbd_zone_idx(f, io_u->offset);
 977         }
 978         dprint(FD_ZBD, "%s(%s): starting from zone %d (offset %lld, buflen %lld)\n",
 979                __func__, f->file_name, zone_idx, io_u->offset, io_u->buflen);
 980
 981         /*
 982          * Since z->mutex is the outer lock and f->zbd_info->mutex the inner
 983          * lock it can happen that the state of the zone with index zone_idx
 984          * has changed after 'z' has been assigned and before f->zbd_info->mutex
 985          * has been obtained. Hence the loop.
 986          */
 987         for (;;) {
 988                 z = &f->zbd_info->zone_info[zone_idx];
 989
 990                 pthread_mutex_lock(&z->mutex);
 991                 pthread_mutex_lock(&f->zbd_info->mutex);
 992                 if (td->o.max_open_zones == 0)
 993                         goto examine_zone;
 994                 if (f->zbd_info->num_open_zones == 0) {
 995                         pthread_mutex_unlock(&f->zbd_info->mutex);
 996                         pthread_mutex_unlock(&z->mutex);
 997                         dprint(FD_ZBD, "%s(%s): no zones are open\n",
 998                                __func__, f->file_name);
 999                         return NULL;
1000                 }
1001                 open_zone_idx = (io_u->offset - f->file_offset) *
1002                         f->zbd_info->num_open_zones / f->io_size;
1003                 assert(open_zone_idx < f->zbd_info->num_open_zones);
1004                 new_zone_idx = f->zbd_info->open_zones[open_zone_idx];
1005                 if (new_zone_idx == zone_idx)
1006                         break;
1007                 zone_idx = new_zone_idx;
1008                 pthread_mutex_unlock(&f->zbd_info->mutex);
1009                 pthread_mutex_unlock(&z->mutex);
1010         }
1011
1012         /* Both z->mutex and f->zbd_info->mutex are held. */
1013
1014 examine_zone:
1015         if (z->wp + min_bs <= (z+1)->start) {
1016                 pthread_mutex_unlock(&f->zbd_info->mutex);
1017                 goto out;
1018         }
1019         dprint(FD_ZBD, "%s(%s): closing zone %d\n", __func__, f->file_name,
1020                zone_idx);
1021         if (td->o.max_open_zones)
1022                 zbd_close_zone(td, f, open_zone_idx);
1023         pthread_mutex_unlock(&f->zbd_info->mutex);
1024
1025         /* Only z->mutex is held. */
1026
1027         /* Zone 'z' is full, so try to open a new zone. */
1028         for (i = f->io_size / f->zbd_info->zone_size; i > 0; i--) {
1029                 zone_idx++;
1030                 pthread_mutex_unlock(&z->mutex);
1031                 z++;
1032                 if (!is_valid_offset(f, z->start)) {
1033                         /* Wrap-around. */
1034                         zone_idx = zbd_zone_idx(f, f->file_offset);
1035                         z = &f->zbd_info->zone_info[zone_idx];
1036                 }
1037                 assert(is_valid_offset(f, z->start));
1038                 pthread_mutex_lock(&z->mutex);
1039                 if (z->open)
1040                         continue;
1041                 if (zbd_open_zone(td, io_u, zone_idx))
1042                         goto out;
1043         }
1044
1045         /* Only z->mutex is held. */
1046
1047         /* Check whether the write fits in any of the already opened zones. */
1048         pthread_mutex_lock(&f->zbd_info->mutex);
1049         for (i = 0; i < f->zbd_info->num_open_zones; i++) {
1050                 zone_idx = f->zbd_info->open_zones[i];
1051                 pthread_mutex_unlock(&f->zbd_info->mutex);
1052                 pthread_mutex_unlock(&z->mutex);
1053
1054                 z = &f->zbd_info->zone_info[zone_idx];
1055
1056                 pthread_mutex_lock(&z->mutex);
1057                 if (z->wp + min_bs <= (z+1)->start)
1058                         goto out;
1059                 pthread_mutex_lock(&f->zbd_info->mutex);
1060         }
1061         pthread_mutex_unlock(&f->zbd_info->mutex);
1062         pthread_mutex_unlock(&z->mutex);
1063         dprint(FD_ZBD, "%s(%s): did not open another zone\n", __func__,
1064                f->file_name);
1065         return NULL;
1066
1067 out:
1068         dprint(FD_ZBD, "%s(%s): returning zone %d\n", __func__, f->file_name,
1069                zone_idx);
1070         io_u->offset = z->start;
1071         return z;
1072 }
1073
1074 /* The caller must hold z->mutex. */
1075 static struct fio_zone_info *zbd_replay_write_order(struct thread_data *td,
1076                                                     struct io_u *io_u,
1077                                                     struct fio_zone_info *z)
1078 {
1079         const struct fio_file *f = io_u->file;
1080         const uint32_t min_bs = td->o.min_bs[DDIR_WRITE];
1081
1082         if (!zbd_open_zone(td, io_u, z - f->zbd_info->zone_info)) {
1083                 pthread_mutex_unlock(&z->mutex);
1084                 z = zbd_convert_to_open_zone(td, io_u);
1085                 assert(z);
1086         }
1087
1088         if (z->verify_block * min_bs >= f->zbd_info->zone_size)
1089                 log_err("%s: %d * %d >= %llu\n", f->file_name, z->verify_block,
1090                         min_bs, (unsigned long long) f->zbd_info->zone_size);
1091         io_u->offset = z->start + z->verify_block++ * min_bs;
1092         return z;
1093 }
1094
1095 /*
1096  * Find another zone for which @io_u fits below the write pointer. Start
1097  * searching in zones @zb + 1 .. @zl and continue searching in zones
1098  * @zf .. @zb - 1.
1099  *
1100  * Either returns NULL or returns a zone pointer and holds the mutex for that
1101  * zone.
1102  */
1103 static struct fio_zone_info *
1104 zbd_find_zone(struct thread_data *td, struct io_u *io_u,
1105               struct fio_zone_info *zb, struct fio_zone_info *zl)
1106 {
1107         const uint32_t min_bs = td->o.min_bs[io_u->ddir];
1108         const struct fio_file *f = io_u->file;
1109         struct fio_zone_info *z1, *z2;
1110         const struct fio_zone_info *const zf =
1111                 &f->zbd_info->zone_info[zbd_zone_idx(f, f->file_offset)];
1112
1113         /*
1114          * Skip to the next non-empty zone in case of sequential I/O and to
1115          * the nearest non-empty zone in case of random I/O.
1116          */
1117         for (z1 = zb + 1, z2 = zb - 1; z1 < zl || z2 >= zf; z1++, z2--) {
1118                 if (z1 < zl && z1->cond != BLK_ZONE_COND_OFFLINE) {
1119                         pthread_mutex_lock(&z1->mutex);
1120                         if (z1->start + min_bs <= z1->wp)
1121                                 return z1;
1122                         pthread_mutex_unlock(&z1->mutex);
1123                 } else if (!td_random(td)) {
1124                         break;
1125                 }
1126                 if (td_random(td) && z2 >= zf &&
1127                     z2->cond != BLK_ZONE_COND_OFFLINE) {
1128                         pthread_mutex_lock(&z2->mutex);
1129                         if (z2->start + min_bs <= z2->wp)
1130                                 return z2;
1131                         pthread_mutex_unlock(&z2->mutex);
1132                 }
1133         }
1134         dprint(FD_ZBD, "%s: adjusting random read offset failed\n",
1135                f->file_name);
1136         return NULL;
1137 }
1138
1139 /**
1140  * zbd_queue_io - update the write pointer of a sequential zone
1141  * @io_u: I/O unit
1142  * @success: Whether or not the I/O unit has been queued successfully
1143  * @q: queueing status (busy, completed or queued).
1144  *
1145  * For write and trim operations, update the write pointer of the I/O unit
1146  * target zone.
1147  */
1148 static void zbd_queue_io(struct io_u *io_u, int q, bool success)
1149 {
1150         const struct fio_file *f = io_u->file;
1151         struct zoned_block_device_info *zbd_info = f->zbd_info;
1152         struct fio_zone_info *z;
1153         uint32_t zone_idx;
1154         uint64_t zone_end;
1155
1156         if (!zbd_info)
1157                 return;
1158
1159         zone_idx = zbd_zone_idx(f, io_u->offset);
1160         assert(zone_idx < zbd_info->nr_zones);
1161         z = &zbd_info->zone_info[zone_idx];
1162
1163         if (z->type != BLK_ZONE_TYPE_SEQWRITE_REQ)
1164                 return;
1165
1166         if (!success)
1167                 goto unlock;
1168
1169         dprint(FD_ZBD,
1170                "%s: queued I/O (%lld, %llu) for zone %u\n",
1171                f->file_name, io_u->offset, io_u->buflen, zone_idx);
1172
1173         switch (io_u->ddir) {
1174         case DDIR_WRITE:
1175                 zone_end = min((uint64_t)(io_u->offset + io_u->buflen),
1176                                (z + 1)->start);
1177                 pthread_mutex_lock(&zbd_info->mutex);
1178                 /*
1179                  * z->wp > zone_end means that one or more I/O errors
1180                  * have occurred.
1181                  */
1182                 if (z->wp <= zone_end)
1183                         zbd_info->sectors_with_data += zone_end - z->wp;
1184                 pthread_mutex_unlock(&zbd_info->mutex);
1185                 z->wp = zone_end;
1186                 break;
1187         case DDIR_TRIM:
1188                 assert(z->wp == z->start);
1189                 break;
1190         default:
1191                 break;
1192         }
1193
1194 unlock:
1195         if (!success || q != FIO_Q_QUEUED) {
1196                 /* BUSY or COMPLETED: unlock the zone */
1197                 pthread_mutex_unlock(&z->mutex);
1198                 io_u->zbd_put_io = NULL;
1199         }
1200 }
1201
1202 /**
1203  * zbd_put_io - Unlock an I/O unit target zone lock
1204  * @io_u: I/O unit
1205  */
1206 static void zbd_put_io(const struct io_u *io_u)
1207 {
1208         const struct fio_file *f = io_u->file;
1209         struct zoned_block_device_info *zbd_info = f->zbd_info;
1210         struct fio_zone_info *z;
1211         uint32_t zone_idx;
1212
1213         if (!zbd_info)
1214                 return;
1215
1216         zone_idx = zbd_zone_idx(f, io_u->offset);
1217         assert(zone_idx < zbd_info->nr_zones);
1218         z = &zbd_info->zone_info[zone_idx];
1219
1220         if (z->type != BLK_ZONE_TYPE_SEQWRITE_REQ)
1221                 return;
1222
1223         dprint(FD_ZBD,
1224                "%s: terminate I/O (%lld, %llu) for zone %u\n",
1225                f->file_name, io_u->offset, io_u->buflen, zone_idx);
1226
1227         assert(pthread_mutex_unlock(&z->mutex) == 0);
1228         zbd_check_swd(f);
1229 }
1230
1231 bool zbd_unaligned_write(int error_code)
1232 {
1233         switch (error_code) {
1234         case EIO:
1235         case EREMOTEIO:
1236                 return true;
1237         }
1238         return false;
1239 }
1240
1241 /**
1242  * setup_zbd_zone_mode - handle zoneskip as necessary for ZBD drives
1243  * @td: FIO thread data.
1244  * @io_u: FIO I/O unit.
1245  *
1246  * For sequential workloads, change the file offset to skip zoneskip bytes when
1247  * no more IO can be performed in the current zone.
1248  * - For read workloads, zoneskip is applied when the io has reached the end of
1249  *   the zone or the zone write position (when td->o.read_beyond_wp is false).
1250  * - For write workloads, zoneskip is applied when the zone is full.
1251  * This applies only to read and write operations.
1252  */
1253 void setup_zbd_zone_mode(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
1254 {
1255         struct fio_file *f = io_u->file;
1256         enum fio_ddir ddir = io_u->ddir;
1257         struct fio_zone_info *z;
1258         uint32_t zone_idx;
1259
1260         assert(td->o.zone_mode == ZONE_MODE_ZBD);
1261         assert(td->o.zone_size);
1262
1263         /*
1264          * zone_skip is valid only for sequential workloads.
1265          */
1266         if (td_random(td) || !td->o.zone_skip)
1267                 return;
1268
1269         /*
1270          * It is time to switch to a new zone if:
1271          * - zone_bytes == zone_size bytes have already been accessed
1272          * - The last position reached the end of the current zone.
1273          * - For reads with td->o.read_beyond_wp == false, the last position
1274          *   reached the zone write pointer.
1275          */
1276         zone_idx = zbd_zone_idx(f, f->last_pos[ddir]);
1277         z = &f->zbd_info->zone_info[zone_idx];
1278
1279         if (td->zone_bytes >= td->o.zone_size ||
1280             f->last_pos[ddir] >= (z+1)->start ||
1281             (ddir == DDIR_READ &&
1282              (!td->o.read_beyond_wp) && f->last_pos[ddir] >= z->wp)) {
1283                 /*
1284                  * Skip zones.
1285                  */
1286                 td->zone_bytes = 0;
1287                 f->file_offset += td->o.zone_size + td->o.zone_skip;
1288
1289                 /*
1290                  * Wrap from the beginning, if we exceed the file size
1291                  */
1292                 if (f->file_offset >= f->real_file_size)
1293                         f->file_offset = get_start_offset(td, f);
1294
1295                 f->last_pos[ddir] = f->file_offset;
1296                 td->io_skip_bytes += td->o.zone_skip;
1297         }
1298 }
1299
1300 /**
1301  * zbd_adjust_block - adjust the offset and length as necessary for ZBD drives
1302  * @td: FIO thread data.
1303  * @io_u: FIO I/O unit.
1304  *
1305  * Locking strategy: returns with z->mutex locked if and only if z refers
1306  * to a sequential zone and if io_u_accept is returned. z is the zone that
1307  * corresponds to io_u->offset at the end of this function.
1308  */
1309 enum io_u_action zbd_adjust_block(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
1310 {
1311         const struct fio_file *f = io_u->file;
1312         uint32_t zone_idx_b;
1313         struct fio_zone_info *zb, *zl, *orig_zb;
1314         uint32_t orig_len = io_u->buflen;
1315         uint32_t min_bs = td->o.min_bs[io_u->ddir];
1316         uint64_t new_len;
1317         int64_t range;
1318
1319         if (!f->zbd_info)
1320                 return io_u_accept;
1321
1322         assert(is_valid_offset(f, io_u->offset));
1323         assert(io_u->buflen);
1324         zone_idx_b = zbd_zone_idx(f, io_u->offset);
1325         zb = &f->zbd_info->zone_info[zone_idx_b];
1326         orig_zb = zb;
1327
1328         /* Accept the I/O offset for conventional zones. */
1329         if (zb->type == BLK_ZONE_TYPE_CONVENTIONAL)
1330                 return io_u_accept;
1331
1332         /*
1333          * Accept the I/O offset for reads if reading beyond the write pointer
1334          * is enabled.
1335          */
1336         if (zb->cond != BLK_ZONE_COND_OFFLINE &&
1337             io_u->ddir == DDIR_READ && td->o.read_beyond_wp)
1338                 return io_u_accept;
1339
1340         zbd_check_swd(f);
1341
1342         /*
1343          * Lock the io_u target zone. The zone will be unlocked if io_u offset
1344          * is changed or when io_u completes and zbd_put_io() executed.
1345          * To avoid multiple jobs doing asynchronous I/Os from deadlocking each
1346          * other waiting for zone locks when building an io_u batch, first
1347          * only trylock the zone. If the zone is already locked by another job,
1348          * process the currently queued I/Os so that I/O progress is made and
1349          * zones unlocked.
1350          */
1351         if (pthread_mutex_trylock(&zb->mutex) != 0) {
1352                 if (!td_ioengine_flagged(td, FIO_SYNCIO))
1353                         io_u_quiesce(td);
1354                 pthread_mutex_lock(&zb->mutex);
1355         }
1356
1357         switch (io_u->ddir) {
1358         case DDIR_READ:
1359                 if (td->runstate == TD_VERIFYING) {
1360                         zb = zbd_replay_write_order(td, io_u, zb);
1361                         goto accept;
1362                 }
1363                 /*
1364                  * Check that there is enough written data in the zone to do an
1365                  * I/O of at least min_bs B. If there isn't, find a new zone for
1366                  * the I/O.
1367                  */
1368                 range = zb->cond != BLK_ZONE_COND_OFFLINE ?
1369                         zb->wp - zb->start : 0;
1370                 if (range < min_bs ||
1371                     ((!td_random(td)) && (io_u->offset + min_bs > zb->wp))) {
1372                         pthread_mutex_unlock(&zb->mutex);
1373                         zl = &f->zbd_info->zone_info[zbd_zone_idx(f,
1374                                                 f->file_offset + f->io_size)];
1375                         zb = zbd_find_zone(td, io_u, zb, zl);
1376                         if (!zb) {
1377                                 dprint(FD_ZBD,
1378                                        "%s: zbd_find_zone(%lld, %llu) failed\n",
1379                                        f->file_name, io_u->offset,
1380                                        io_u->buflen);
1381                                 goto eof;
1382                         }
1383                         /*
1384                          * zbd_find_zone() returned a zone with a range of at
1385                          * least min_bs.
1386                          */
1387                         range = zb->wp - zb->start;
1388                         assert(range >= min_bs);
1389
1390                         if (!td_random(td))
1391                                 io_u->offset = zb->start;
1392                 }
1393                 /*
1394                  * Make sure the I/O is within the zone valid data range while
1395                  * maximizing the I/O size and preserving randomness.
1396                  */
1397                 if (range <= io_u->buflen)
1398                         io_u->offset = zb->start;
1399                 else if (td_random(td))
1400                         io_u->offset = zb->start +
1401                                 ((io_u->offset - orig_zb->start) %
1402                                  (range - io_u->buflen)) / min_bs * min_bs;
1403                 /*
1404                  * Make sure the I/O does not cross over the zone wp position.
1405                  */
1406                 new_len = min((unsigned long long)io_u->buflen,
1407                               (unsigned long long)(zb->wp - io_u->offset));
1408                 new_len = new_len / min_bs * min_bs;
1409                 if (new_len < io_u->buflen) {
1410                         io_u->buflen = new_len;
1411                         dprint(FD_IO, "Changed length from %u into %llu\n",
1412                                orig_len, io_u->buflen);
1413                 }
1414                 assert(zb->start <= io_u->offset);
1415                 assert(io_u->offset + io_u->buflen <= zb->wp);
1416                 goto accept;
1417         case DDIR_WRITE:
1418                 if (io_u->buflen > f->zbd_info->zone_size)
1419                         goto eof;
1420                 if (!zbd_open_zone(td, io_u, zone_idx_b)) {
1421                         pthread_mutex_unlock(&zb->mutex);
1422                         zb = zbd_convert_to_open_zone(td, io_u);
1423                         if (!zb)
1424                                 goto eof;
1425                         zone_idx_b = zb - f->zbd_info->zone_info;
1426                 }
1427                 /* Check whether the zone reset threshold has been exceeded */
1428                 if (td->o.zrf.u.f) {
1429                         if (f->zbd_info->sectors_with_data >=
1430                             f->io_size * td->o.zrt.u.f &&
1431                             zbd_dec_and_reset_write_cnt(td, f)) {
1432                                 zb->reset_zone = 1;
1433                         }
1434                 }
1435                 /* Reset the zone pointer if necessary */
1436                 if (zb->reset_zone || zbd_zone_full(f, zb, min_bs)) {
1437                         assert(td->o.verify == VERIFY_NONE);
1438                         /*
1439                          * Since previous write requests may have been submitted
1440                          * asynchronously and since we will submit the zone
1441                          * reset synchronously, wait until previously submitted
1442                          * write requests have completed before issuing a
1443                          * zone reset.
1444                          */
1445                         io_u_quiesce(td);
1446                         zb->reset_zone = 0;
1447                         if (zbd_reset_zone(td, f, zb) < 0)
1448                                 goto eof;
1449                 }
1450                 /* Make writes occur at the write pointer */
1451                 assert(!zbd_zone_full(f, zb, min_bs));
1452                 io_u->offset = zb->wp;
1453                 if (!is_valid_offset(f, io_u->offset)) {
1454                         dprint(FD_ZBD, "Dropped request with offset %llu\n",
1455                                io_u->offset);
1456                         goto eof;
1457                 }
1458                 /*
1459                  * Make sure that the buflen is a multiple of the minimal
1460                  * block size. Give up if shrinking would make the request too
1461                  * small.
1462                  */
1463                 new_len = min((unsigned long long)io_u->buflen,
1464                               (zb + 1)->start - io_u->offset);
1465                 new_len = new_len / min_bs * min_bs;
1466                 if (new_len == io_u->buflen)
1467                         goto accept;
1468                 if (new_len >= min_bs) {
1469                         io_u->buflen = new_len;
1470                         dprint(FD_IO, "Changed length from %u into %llu\n",
1471                                orig_len, io_u->buflen);
1472                         goto accept;
1473                 }
1474                 log_err("Zone remainder %lld smaller than minimum block size %d\n",
1475                         ((zb + 1)->start - io_u->offset),
1476                         min_bs);
1477                 goto eof;
1478         case DDIR_TRIM:
1479                 /* fall-through */
1480         case DDIR_SYNC:
1481         case DDIR_DATASYNC:
1482         case DDIR_SYNC_FILE_RANGE:
1483         case DDIR_WAIT:
1484         case DDIR_LAST:
1485         case DDIR_INVAL:
1486                 goto accept;
1487         }
1488
1489         assert(false);
1490
1491 accept:
1492         assert(zb);
1493         assert(zb->cond != BLK_ZONE_COND_OFFLINE);
1494         assert(!io_u->zbd_queue_io);
1495         assert(!io_u->zbd_put_io);
1496         io_u->zbd_queue_io = zbd_queue_io;
1497         io_u->zbd_put_io = zbd_put_io;
1498         return io_u_accept;
1499
1500 eof:
1501         if (zb)
1502                 pthread_mutex_unlock(&zb->mutex);
1503         return io_u_eof;
1504 }
1505
1506 /* Return a string with ZBD statistics */
1507 char *zbd_write_status(const struct thread_stat *ts)
1508 {
1509         char *res;
1510
1511         if (asprintf(&res, "; %llu zone resets", (unsigned long long) ts->nr_zone_resets) < 0)
1512                 return NULL;
1513         return res;
1514 }