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 <fcntl.h>
  11 #include <sys/stat.h>
  12 #include <unistd.h>
  13
  14 #include "compiler/compiler.h"
  15 #include "os/os.h"
  16 #include "file.h"
  17 #include "fio.h"
  18 #include "lib/pow2.h"
  19 #include "log.h"
  20 #include "oslib/asprintf.h"
  21 #include "smalloc.h"
  22 #include "verify.h"
  23 #include "pshared.h"
  24 #include "zbd.h"
  25
  26 static bool is_valid_offset(const struct fio_file *f, uint64_t offset)
  27 {
  28         return (uint64_t)(offset - f->file_offset) < f->io_size;
  29 }
  30
  31 static inline unsigned int zbd_zone_idx(const struct fio_file *f,
  32                                         struct fio_zone_info *zone)
  33 {
  34         return zone - f->zbd_info->zone_info;
  35 }
  36
  37 /**
  38  * zbd_offset_to_zone_idx - convert an offset into a zone number
  39  * @f: file pointer.
  40  * @offset: offset in bytes. If this offset is in the first zone_size bytes
  41  *          past the disk size then the index of the sentinel is returned.
  42  */
  43 static unsigned int zbd_offset_to_zone_idx(const struct fio_file *f,
  44                                            uint64_t offset)
  45 {
  46         uint32_t zone_idx;
  47
  48         if (f->zbd_info->zone_size_log2 > 0)
  49                 zone_idx = offset >> f->zbd_info->zone_size_log2;
  50         else
  51                 zone_idx = offset / f->zbd_info->zone_size;
  52
  53         return min(zone_idx, f->zbd_info->nr_zones);
  54 }
  55
  56 /**
  57  * zbd_zone_end - Return zone end location
  58  * @z: zone info pointer.
  59  */
  60 static inline uint64_t zbd_zone_end(const struct fio_zone_info *z)
  61 {
  62         return (z+1)->start;
  63 }
  64
  65 /**
  66  * zbd_zone_capacity_end - Return zone capacity limit end location
  67  * @z: zone info pointer.
  68  */
  69 static inline uint64_t zbd_zone_capacity_end(const struct fio_zone_info *z)
  70 {
  71         return z->start + z->capacity;
  72 }
  73
  74 /**
  75  * zbd_zone_remainder - Return the number of bytes that are still available for
  76  *                      writing before the zone gets full
  77  * @z: zone info pointer.
  78  */
  79 static inline uint64_t zbd_zone_remainder(struct fio_zone_info *z)
  80 {
  81         if (z->wp >= zbd_zone_capacity_end(z))
  82                 return 0;
  83
  84         return zbd_zone_capacity_end(z) - z->wp;
  85 }
  86
  87 /**
  88  * zbd_zone_full - verify whether a minimum number of bytes remain in a zone
  89  * @f: file pointer.
  90  * @z: zone info pointer.
  91  * @required: minimum number of bytes that must remain in a zone.
  92  *
  93  * The caller must hold z->mutex.
  94  */
  95 static bool zbd_zone_full(const struct fio_file *f, struct fio_zone_info *z,
  96                           uint64_t required)
  97 {
  98         assert((required & 511) == 0);
  99
 100         return z->has_wp && required > zbd_zone_remainder(z);
 101 }
 102
 103 static void zone_lock(struct thread_data *td, const struct fio_file *f,
 104                       struct fio_zone_info *z)
 105 {
 106 #ifndef NDEBUG
 107         struct zoned_block_device_info *zbd = f->zbd_info;
 108         uint32_t const nz = z - zbd->zone_info;
 109         /* A thread should never lock zones outside its working area. */
 110         assert(f->min_zone <= nz && nz < f->max_zone);
 111         assert(z->has_wp);
 112 #endif
 113
 114         /*
 115          * Lock the io_u target zone. The zone will be unlocked if io_u offset
 116          * is changed or when io_u completes and zbd_put_io() executed.
 117          * To avoid multiple jobs doing asynchronous I/Os from deadlocking each
 118          * other waiting for zone locks when building an io_u batch, first
 119          * only trylock the zone. If the zone is already locked by another job,
 120          * process the currently queued I/Os so that I/O progress is made and
 121          * zones unlocked.
 122          */
 123         if (pthread_mutex_trylock(&z->mutex) != 0) {
 124                 if (!td_ioengine_flagged(td, FIO_SYNCIO))
 125                         io_u_quiesce(td);
 126                 pthread_mutex_lock(&z->mutex);
 127         }
 128 }
 129
 130 static inline void zone_unlock(struct fio_zone_info *z)
 131 {
 132         assert(z->has_wp);
 133         pthread_mutex_unlock(&z->mutex);
 134 }
 135
 136 static inline struct fio_zone_info *zbd_get_zone(const struct fio_file *f,
 137                                                  unsigned int zone_idx)
 138 {
 139         return &f->zbd_info->zone_info[zone_idx];
 140 }
 141
 142 static inline struct fio_zone_info *
 143 zbd_offset_to_zone(const struct fio_file *f,  uint64_t offset)
 144 {
 145         return zbd_get_zone(f, zbd_offset_to_zone_idx(f, offset));
 146 }
 147
 148 static bool accounting_vdb(struct thread_data *td, const struct fio_file *f)
 149 {
 150         return td->o.zrt.u.f && td_write(td);
 151 }
 152
 153 /**
 154  * zbd_get_zoned_model - Get a device zoned model
 155  * @td: FIO thread data
 156  * @f: FIO file for which to get model information
 157  */
 158 static int zbd_get_zoned_model(struct thread_data *td, struct fio_file *f,
 159                                enum zbd_zoned_model *model)
 160 {
 161         int ret;
 162
 163         if (f->filetype == FIO_TYPE_PIPE) {
 164                 log_err("zonemode=zbd does not support pipes\n");
 165                 return -EINVAL;
 166         }
 167
 168         /* If regular file, always emulate zones inside the file. */
 169         if (f->filetype == FIO_TYPE_FILE) {
 170                 *model = ZBD_NONE;
 171                 return 0;
 172         }
 173
 174         if (td->io_ops && td->io_ops->get_zoned_model)
 175                 ret = td->io_ops->get_zoned_model(td, f, model);
 176         else
 177                 ret = blkzoned_get_zoned_model(td, f, model);
 178         if (ret < 0) {
 179                 td_verror(td, errno, "get zoned model failed");
 180                 log_err("%s: get zoned model failed (%d).\n",
 181                         f->file_name, errno);
 182         }
 183
 184         return ret;
 185 }
 186
 187 /**
 188  * zbd_report_zones - Get zone information
 189  * @td: FIO thread data.
 190  * @f: FIO file for which to get zone information
 191  * @offset: offset from which to report zones
 192  * @zones: Array of struct zbd_zone
 193  * @nr_zones: Size of @zones array
 194  *
 195  * Get zone information into @zones starting from the zone at offset @offset
 196  * for the device specified by @f.
 197  *
 198  * Returns the number of zones reported upon success and a negative error code
 199  * upon failure. If the zone report is empty, always assume an error (device
 200  * problem) and return -EIO.
 201  */
 202 static int zbd_report_zones(struct thread_data *td, struct fio_file *f,
 203                             uint64_t offset, struct zbd_zone *zones,
 204                             unsigned int nr_zones)
 205 {
 206         int ret;
 207
 208         if (td->io_ops && td->io_ops->report_zones)
 209                 ret = td->io_ops->report_zones(td, f, offset, zones, nr_zones);
 210         else
 211                 ret = blkzoned_report_zones(td, f, offset, zones, nr_zones);
 212         if (ret < 0) {
 213                 td_verror(td, errno, "report zones failed");
 214                 log_err("%s: report zones from sector %"PRIu64" failed (nr_zones=%d; errno=%d).\n",
 215                         f->file_name, offset >> 9, nr_zones, errno);
 216         } else if (ret == 0) {
 217                 td_verror(td, errno, "Empty zone report");
 218                 log_err("%s: report zones from sector %"PRIu64" is empty.\n",
 219                         f->file_name, offset >> 9);
 220                 ret = -EIO;
 221         }
 222
 223         return ret;
 224 }
 225
 226 /**
 227  * zbd_reset_wp - reset the write pointer of a range of zones
 228  * @td: FIO thread data.
 229  * @f: FIO file for which to reset zones
 230  * @offset: Starting offset of the first zone to reset
 231  * @length: Length of the range of zones to reset
 232  *
 233  * Reset the write pointer of all zones in the range @offset...@offset+@length.
 234  * Returns 0 upon success and a negative error code upon failure.
 235  */
 236 static int zbd_reset_wp(struct thread_data *td, struct fio_file *f,
 237                         uint64_t offset, uint64_t length)
 238 {
 239         int ret;
 240
 241         if (td->io_ops && td->io_ops->reset_wp)
 242                 ret = td->io_ops->reset_wp(td, f, offset, length);
 243         else
 244                 ret = blkzoned_reset_wp(td, f, offset, length);
 245         if (ret < 0) {
 246                 td_verror(td, errno, "resetting wp failed");
 247                 log_err("%s: resetting wp for %"PRIu64" sectors at sector %"PRIu64" failed (%d).\n",
 248                         f->file_name, length >> 9, offset >> 9, errno);
 249         }
 250
 251         return ret;
 252 }
 253
 254 /**
 255  * __zbd_reset_zone - reset the write pointer of a single zone
 256  * @td: FIO thread data.
 257  * @f: FIO file associated with the disk for which to reset a write pointer.
 258  * @z: Zone to reset.
 259  *
 260  * Returns 0 upon success and a negative error code upon failure.
 261  *
 262  * The caller must hold z->mutex.
 263  */
 264 static int __zbd_reset_zone(struct thread_data *td, struct fio_file *f,
 265                             struct fio_zone_info *z)
 266 {
 267         uint64_t offset = z->start;
 268         uint64_t length = (z+1)->start - offset;
 269         uint64_t data_in_zone = z->wp - z->start;
 270         int ret = 0;
 271
 272         if (!data_in_zone)
 273                 return 0;
 274
 275         assert(is_valid_offset(f, offset + length - 1));
 276
 277         dprint(FD_ZBD, "%s: resetting wp of zone %u.\n",
 278                f->file_name, zbd_zone_idx(f, z));
 279
 280         switch (f->zbd_info->model) {
 281         case ZBD_HOST_AWARE:
 282         case ZBD_HOST_MANAGED:
 283                 ret = zbd_reset_wp(td, f, offset, length);
 284                 if (ret < 0)
 285                         return ret;
 286                 break;
 287         default:
 288                 break;
 289         }
 290
 291         if (accounting_vdb(td, f)) {
 292                 pthread_mutex_lock(&f->zbd_info->mutex);
 293                 f->zbd_info->wp_valid_data_bytes -= data_in_zone;
 294                 pthread_mutex_unlock(&f->zbd_info->mutex);
 295         }
 296
 297         z->wp = z->start;
 298
 299         td->ts.nr_zone_resets++;
 300
 301         return ret;
 302 }
 303
 304 /**
 305  * zbd_write_zone_put - Remove a zone from the write target zones array.
 306  * @td: FIO thread data.
 307  * @f: FIO file that has the write zones array to remove.
 308  * @zone_idx: Index of the zone to remove.
 309  *
 310  * The caller must hold f->zbd_info->mutex.
 311  */
 312 static void zbd_write_zone_put(struct thread_data *td, const struct fio_file *f,
 313                                struct fio_zone_info *z)
 314 {
 315         uint32_t zi;
 316
 317         if (!z->write)
 318                 return;
 319
 320         for (zi = 0; zi < f->zbd_info->num_write_zones; zi++) {
 321                 if (zbd_get_zone(f, f->zbd_info->write_zones[zi]) == z)
 322                         break;
 323         }
 324         if (zi == f->zbd_info->num_write_zones)
 325                 return;
 326
 327         dprint(FD_ZBD, "%s: removing zone %u from write zone array\n",
 328                f->file_name, zbd_zone_idx(f, z));
 329
 330         memmove(f->zbd_info->write_zones + zi,
 331                 f->zbd_info->write_zones + zi + 1,
 332                 (ZBD_MAX_WRITE_ZONES - (zi + 1)) *
 333                 sizeof(f->zbd_info->write_zones[0]));
 334
 335         f->zbd_info->num_write_zones--;
 336         td->num_write_zones--;
 337         z->write = 0;
 338 }
 339
 340 /**
 341  * zbd_reset_zone - reset the write pointer of a single zone and remove the zone
 342  *                  from the array of write zones.
 343  * @td: FIO thread data.
 344  * @f: FIO file associated with the disk for which to reset a write pointer.
 345  * @z: Zone to reset.
 346  *
 347  * Returns 0 upon success and a negative error code upon failure.
 348  *
 349  * The caller must hold z->mutex.
 350  */
 351 static int zbd_reset_zone(struct thread_data *td, struct fio_file *f,
 352                           struct fio_zone_info *z)
 353 {
 354         int ret;
 355
 356         ret = __zbd_reset_zone(td, f, z);
 357         if (ret)
 358                 return ret;
 359
 360         pthread_mutex_lock(&f->zbd_info->mutex);
 361         zbd_write_zone_put(td, f, z);
 362         pthread_mutex_unlock(&f->zbd_info->mutex);
 363         return 0;
 364 }
 365
 366 /**
 367  * zbd_finish_zone - finish the specified zone
 368  * @td: FIO thread data.
 369  * @f: FIO file for which to finish a zone
 370  * @z: Zone to finish.
 371  *
 372  * Finish the zone at @offset with open or close status.
 373  */
 374 static int zbd_finish_zone(struct thread_data *td, struct fio_file *f,
 375                            struct fio_zone_info *z)
 376 {
 377         uint64_t offset = z->start;
 378         uint64_t length = f->zbd_info->zone_size;
 379         int ret = 0;
 380
 381         switch (f->zbd_info->model) {
 382         case ZBD_HOST_AWARE:
 383         case ZBD_HOST_MANAGED:
 384                 if (td->io_ops && td->io_ops->finish_zone)
 385                         ret = td->io_ops->finish_zone(td, f, offset, length);
 386                 else
 387                         ret = blkzoned_finish_zone(td, f, offset, length);
 388                 break;
 389         default:
 390                 break;
 391         }
 392
 393         if (ret < 0) {
 394                 td_verror(td, errno, "finish zone failed");
 395                 log_err("%s: finish zone at sector %"PRIu64" failed (%d).\n",
 396                         f->file_name, offset >> 9, errno);
 397         } else {
 398                 z->wp = (z+1)->start;
 399         }
 400
 401         return ret;
 402 }
 403
 404 /**
 405  * zbd_reset_zones - Reset a range of zones.
 406  * @td: fio thread data.
 407  * @f: fio file for which to reset zones
 408  * @zb: first zone to reset.
 409  * @ze: first zone not to reset.
 410  *
 411  * Returns 0 upon success and 1 upon failure.
 412  */
 413 static int zbd_reset_zones(struct thread_data *td, struct fio_file *f,
 414                            struct fio_zone_info *const zb,
 415                            struct fio_zone_info *const ze)
 416 {
 417         struct fio_zone_info *z;
 418         const uint64_t min_bs = td->o.min_bs[DDIR_WRITE];
 419         int res = 0;
 420
 421         if (fio_unlikely(0 == min_bs))
 422                 return 1;
 423
 424         dprint(FD_ZBD, "%s: examining zones %u .. %u\n",
 425                f->file_name, zbd_zone_idx(f, zb), zbd_zone_idx(f, ze));
 426
 427         for (z = zb; z < ze; z++) {
 428                 if (!z->has_wp)
 429                         continue;
 430
 431                 zone_lock(td, f, z);
 432
 433                 if (z->wp != z->start) {
 434                         dprint(FD_ZBD, "%s: resetting zone %u\n",
 435                                f->file_name, zbd_zone_idx(f, z));
 436                         if (zbd_reset_zone(td, f, z) < 0)
 437                                 res = 1;
 438                 }
 439
 440                 zone_unlock(z);
 441         }
 442
 443         return res;
 444 }
 445
 446 /**
 447  * zbd_get_max_open_zones - Get the maximum number of open zones
 448  * @td: FIO thread data
 449  * @f: FIO file for which to get max open zones
 450  * @max_open_zones: Upon success, result will be stored here.
 451  *
 452  * A @max_open_zones value set to zero means no limit.
 453  *
 454  * Returns 0 upon success and a negative error code upon failure.
 455  */
 456 static int zbd_get_max_open_zones(struct thread_data *td, struct fio_file *f,
 457                                   unsigned int *max_open_zones)
 458 {
 459         int ret;
 460
 461         if (td->io_ops && td->io_ops->get_max_open_zones)
 462                 ret = td->io_ops->get_max_open_zones(td, f, max_open_zones);
 463         else
 464                 ret = blkzoned_get_max_open_zones(td, f, max_open_zones);
 465         if (ret < 0) {
 466                 td_verror(td, errno, "get max open zones failed");
 467                 log_err("%s: get max open zones failed (%d).\n",
 468                         f->file_name, errno);
 469         }
 470
 471         return ret;
 472 }
 473
 474 /**
 475  * zbd_get_max_active_zones - Get the maximum number of active zones
 476  * @td: FIO thread data
 477  * @f: FIO file for which to get max active zones
 478  *
 479  * Returns max_active_zones limit value of the target file if it is available.
 480  * Otherwise return zero, which means no limit.
 481  */
 482 static unsigned int zbd_get_max_active_zones(struct thread_data *td,
 483                                              struct fio_file *f)
 484 {
 485         unsigned int max_active_zones;
 486         int ret;
 487
 488         if (td->io_ops && td->io_ops->get_max_active_zones)
 489                 ret = td->io_ops->get_max_active_zones(td, f,
 490                                                        &max_active_zones);
 491         else
 492                 ret = blkzoned_get_max_active_zones(td, f, &max_active_zones);
 493         if (ret < 0) {
 494                 dprint(FD_ZBD, "%s: max_active_zones is not available\n",
 495                        f->file_name);
 496                 return 0;
 497         }
 498
 499         return max_active_zones;
 500 }
 501
 502 /**
 503  * __zbd_write_zone_get - Add a zone to the array of write zones.
 504  * @td: fio thread data.
 505  * @f: fio file that has the write zones array to add.
 506  * @zone_idx: Index of the zone to add.
 507  *
 508  * Do same operation as @zbd_write_zone_get, except it adds the zone at
 509  * @zone_idx to write target zones array even when it does not have remainder
 510  * space to write one block.
 511  */
 512 static bool __zbd_write_zone_get(struct thread_data *td,
 513                                  const struct fio_file *f,
 514                                  struct fio_zone_info *z)
 515 {
 516         struct zoned_block_device_info *zbdi = f->zbd_info;
 517         uint32_t zone_idx = zbd_zone_idx(f, z);
 518         bool res = true;
 519
 520         if (z->cond == ZBD_ZONE_COND_OFFLINE)
 521                 return false;
 522
 523         /*
 524          * Skip full zones with data verification enabled because resetting a
 525          * zone causes data loss and hence causes verification to fail.
 526          */
 527         if (td->o.verify != VERIFY_NONE && zbd_zone_remainder(z) == 0)
 528                 return false;
 529
 530         /*
 531          * zbdi->max_write_zones == 0 means that there is no limit on the
 532          * maximum number of write target zones. In this case, do no track write
 533          * target zones in zbdi->write_zones array.
 534          */
 535         if (!zbdi->max_write_zones)
 536                 return true;
 537
 538         pthread_mutex_lock(&zbdi->mutex);
 539
 540         if (z->write) {
 541                 /*
 542                  * If the zone is going to be completely filled by writes
 543                  * already in-flight, handle it as a full zone instead of a
 544                  * write target zone.
 545                  */
 546                 if (!zbd_zone_remainder(z))
 547                         res = false;
 548                 goto out;
 549         }
 550
 551         res = false;
 552         /* Zero means no limit */
 553         if (td->o.job_max_open_zones > 0 &&
 554             td->num_write_zones >= td->o.job_max_open_zones)
 555                 goto out;
 556         if (zbdi->num_write_zones >= zbdi->max_write_zones)
 557                 goto out;
 558
 559         dprint(FD_ZBD, "%s: adding zone %u to write zone array\n",
 560                f->file_name, zone_idx);
 561
 562         zbdi->write_zones[zbdi->num_write_zones++] = zone_idx;
 563         td->num_write_zones++;
 564         z->write = 1;
 565         res = true;
 566
 567 out:
 568         pthread_mutex_unlock(&zbdi->mutex);
 569         return res;
 570 }
 571
 572 /**
 573  * zbd_write_zone_get - Add a zone to the array of write zones.
 574  * @td: fio thread data.
 575  * @f: fio file that has the open zones to add.
 576  * @zone_idx: Index of the zone to add.
 577  *
 578  * Add a ZBD zone to write target zones array, if it is not yet added. Returns
 579  * true if either the zone was already added or if the zone was successfully
 580  * added to the array without exceeding the maximum number of write zones.
 581  * Returns false if the zone was not already added and addition of the zone
 582  * would cause the zone limit to be exceeded.
 583  */
 584 static bool zbd_write_zone_get(struct thread_data *td, const struct fio_file *f,
 585                                struct fio_zone_info *z)
 586 {
 587         const uint64_t min_bs = td->o.min_bs[DDIR_WRITE];
 588
 589         /*
 590          * Skip full zones with data verification enabled because resetting a
 591          * zone causes data loss and hence causes verification to fail.
 592          */
 593         if (td->o.verify != VERIFY_NONE && zbd_zone_full(f, z, min_bs))
 594                 return false;
 595
 596         return __zbd_write_zone_get(td, f, z);
 597 }
 598
 599 /* Verify whether direct I/O is used for all host-managed zoned block drives. */
 600 static bool zbd_using_direct_io(void)
 601 {
 602         struct fio_file *f;
 603         int j;
 604
 605         for_each_td(td) {
 606                 if (td->o.odirect || !(td->o.td_ddir & TD_DDIR_WRITE))
 607                         continue;
 608                 for_each_file(td, f, j) {
 609                         if (f->zbd_info && f->filetype == FIO_TYPE_BLOCK &&
 610                             f->zbd_info->model == ZBD_HOST_MANAGED)
 611                                 return false;
 612                 }
 613         } end_for_each();
 614
 615         return true;
 616 }
 617
 618 /* Whether or not the I/O range for f includes one or more sequential zones */
 619 static bool zbd_is_seq_job(const struct fio_file *f)
 620 {
 621         uint32_t zone_idx, zone_idx_b, zone_idx_e;
 622
 623         assert(f->zbd_info);
 624
 625         if (f->io_size == 0)
 626                 return false;
 627
 628         zone_idx_b = zbd_offset_to_zone_idx(f, f->file_offset);
 629         zone_idx_e =
 630                 zbd_offset_to_zone_idx(f, f->file_offset + f->io_size - 1);
 631         for (zone_idx = zone_idx_b; zone_idx <= zone_idx_e; zone_idx++)
 632                 if (zbd_get_zone(f, zone_idx)->has_wp)
 633                         return true;
 634
 635         return false;
 636 }
 637
 638 /*
 639  * Verify whether the file offset and size parameters are aligned with zone
 640  * boundaries. If the file offset is not aligned, align it down to the start of
 641  * the zone containing the start offset and align up the file io_size parameter.
 642  */
 643 static bool zbd_zone_align_file_sizes(struct thread_data *td,
 644                                       struct fio_file *f)
 645 {
 646         const struct fio_zone_info *z;
 647         uint64_t new_offset, new_end;
 648
 649         if (!f->zbd_info)
 650                 return true;
 651         if (f->file_offset >= f->real_file_size)
 652                 return true;
 653         if (!zbd_is_seq_job(f))
 654                 return true;
 655
 656         if (!td->o.zone_size) {
 657                 td->o.zone_size = f->zbd_info->zone_size;
 658                 if (!td->o.zone_size) {
 659                         log_err("%s: invalid 0 zone size\n",
 660                                 f->file_name);
 661                         return false;
 662                 }
 663         } else if (td->o.zone_size != f->zbd_info->zone_size) {
 664                 log_err("%s: zonesize %llu does not match the device zone size %"PRIu64".\n",
 665                         f->file_name, td->o.zone_size,
 666                         f->zbd_info->zone_size);
 667                 return false;
 668         }
 669
 670         if (td->o.zone_skip % td->o.zone_size) {
 671                 log_err("%s: zoneskip %llu is not a multiple of the device zone size %llu.\n",
 672                         f->file_name, td->o.zone_skip,
 673                         td->o.zone_size);
 674                 return false;
 675         }
 676
 677         z = zbd_offset_to_zone(f, f->file_offset);
 678         if ((f->file_offset != z->start) &&
 679             (td->o.td_ddir != TD_DDIR_READ)) {
 680                 new_offset = zbd_zone_end(z);
 681                 if (new_offset >= f->file_offset + f->io_size) {
 682                         log_info("%s: io_size must be at least one zone\n",
 683                                  f->file_name);
 684                         return false;
 685                 }
 686                 log_info("%s: rounded up offset from %"PRIu64" to %"PRIu64"\n",
 687                          f->file_name, f->file_offset,
 688                          new_offset);
 689                 f->io_size -= (new_offset - f->file_offset);
 690                 f->file_offset = new_offset;
 691         }
 692
 693         z = zbd_offset_to_zone(f, f->file_offset + f->io_size);
 694         new_end = z->start;
 695         if ((td->o.td_ddir != TD_DDIR_READ) &&
 696             (f->file_offset + f->io_size != new_end)) {
 697                 if (new_end <= f->file_offset) {
 698                         log_info("%s: io_size must be at least one zone\n",
 699                                  f->file_name);
 700                         return false;
 701                 }
 702                 log_info("%s: rounded down io_size from %"PRIu64" to %"PRIu64"\n",
 703                          f->file_name, f->io_size,
 704                          new_end - f->file_offset);
 705                 f->io_size = new_end - f->file_offset;
 706         }
 707
 708         return true;
 709 }
 710
 711 /*
 712  * Verify whether offset and size parameters are aligned with zone boundaries.
 713  */
 714 static bool zbd_verify_sizes(void)
 715 {
 716         struct fio_file *f;
 717         int j;
 718
 719         for_each_td(td) {
 720                 for_each_file(td, f, j) {
 721                         if (!zbd_zone_align_file_sizes(td, f))
 722                                 return false;
 723                 }
 724         } end_for_each();
 725
 726         return true;
 727 }
 728
 729 static bool zbd_verify_bs(void)
 730 {
 731         struct fio_file *f;
 732         int j;
 733
 734         for_each_td(td) {
 735                 if (td_trim(td) &&
 736                     (td->o.min_bs[DDIR_TRIM] != td->o.max_bs[DDIR_TRIM] ||
 737                      td->o.bssplit_nr[DDIR_TRIM])) {
 738                         log_info("bsrange and bssplit are not allowed for trim with zonemode=zbd\n");
 739                         return false;
 740                 }
 741                 for_each_file(td, f, j) {
 742                         uint64_t zone_size;
 743
 744                         if (!f->zbd_info)
 745                                 continue;
 746
 747                         zone_size = f->zbd_info->zone_size;
 748                         if (td_trim(td) && td->o.bs[DDIR_TRIM] != zone_size) {
 749                                 log_info("%s: trim block size %llu is not the zone size %"PRIu64"\n",
 750                                          f->file_name, td->o.bs[DDIR_TRIM],
 751                                          zone_size);
 752                                 return false;
 753                         }
 754                 }
 755         } end_for_each();
 756         return true;
 757 }
 758
 759 static int ilog2(uint64_t i)
 760 {
 761         int log = -1;
 762
 763         while (i) {
 764                 i >>= 1;
 765                 log++;
 766         }
 767         return log;
 768 }
 769
 770 /*
 771  * Initialize f->zbd_info for devices that are not zoned block devices. This
 772  * allows to execute a ZBD workload against a non-ZBD device.
 773  */
 774 static int init_zone_info(struct thread_data *td, struct fio_file *f)
 775 {
 776         uint32_t nr_zones;
 777         struct fio_zone_info *p;
 778         uint64_t zone_size = td->o.zone_size;
 779         uint64_t zone_capacity = td->o.zone_capacity;
 780         struct zoned_block_device_info *zbd_info = NULL;
 781         int i;
 782
 783         if (zone_size == 0) {
 784                 log_err("%s: Specifying the zone size is mandatory for regular file/block device with --zonemode=zbd\n\n",
 785                         f->file_name);
 786                 return 1;
 787         }
 788
 789         if (zone_size < 512) {
 790                 log_err("%s: zone size must be at least 512 bytes for --zonemode=zbd\n\n",
 791                         f->file_name);
 792                 return 1;
 793         }
 794
 795         if (zone_capacity == 0)
 796                 zone_capacity = zone_size;
 797
 798         if (zone_capacity > zone_size) {
 799                 log_err("%s: job parameter zonecapacity %llu is larger than zone size %llu\n",
 800                         f->file_name, td->o.zone_capacity, td->o.zone_size);
 801                 return 1;
 802         }
 803
 804         if (f->real_file_size < zone_size) {
 805                 log_err("%s: file/device size %"PRIu64" is smaller than zone size %"PRIu64"\n",
 806                         f->file_name, f->real_file_size, zone_size);
 807                 return -EINVAL;
 808         }
 809
 810         nr_zones = (f->real_file_size + zone_size - 1) / zone_size;
 811         zbd_info = scalloc(1, sizeof(*zbd_info) +
 812                            (nr_zones + 1) * sizeof(zbd_info->zone_info[0]));
 813         if (!zbd_info)
 814                 return -ENOMEM;
 815
 816         mutex_init_pshared(&zbd_info->mutex);
 817         zbd_info->refcount = 1;
 818         p = &zbd_info->zone_info[0];
 819         for (i = 0; i < nr_zones; i++, p++) {
 820                 mutex_init_pshared_with_type(&p->mutex,
 821                                              PTHREAD_MUTEX_RECURSIVE);
 822                 p->start = i * zone_size;
 823                 p->wp = p->start;
 824                 p->type = ZBD_ZONE_TYPE_SWR;
 825                 p->cond = ZBD_ZONE_COND_EMPTY;
 826                 p->capacity = zone_capacity;
 827                 p->has_wp = 1;
 828         }
 829         /* a sentinel */
 830         p->start = nr_zones * zone_size;
 831
 832         f->zbd_info = zbd_info;
 833         f->zbd_info->zone_size = zone_size;
 834         f->zbd_info->zone_size_log2 = is_power_of_2(zone_size) ?
 835                 ilog2(zone_size) : 0;
 836         f->zbd_info->nr_zones = nr_zones;
 837         return 0;
 838 }
 839
 840 /*
 841  * Maximum number of zones to report in one operation.
 842  */
 843 #define ZBD_REPORT_MAX_ZONES    8192U
 844
 845 /*
 846  * Parse the device zone report and store it in f->zbd_info. Must be called
 847  * only for devices that are zoned, namely those with a model != ZBD_NONE.
 848  */
 849 static int parse_zone_info(struct thread_data *td, struct fio_file *f)
 850 {
 851         int nr_zones, nrz;
 852         struct zbd_zone *zones, *z;
 853         struct fio_zone_info *p;
 854         uint64_t zone_size, offset, capacity;
 855         bool same_zone_cap = true;
 856         struct zoned_block_device_info *zbd_info = NULL;
 857         int i, j, ret = -ENOMEM;
 858
 859         zones = calloc(ZBD_REPORT_MAX_ZONES, sizeof(struct zbd_zone));
 860         if (!zones)
 861                 goto out;
 862
 863         nrz = zbd_report_zones(td, f, 0, zones, ZBD_REPORT_MAX_ZONES);
 864         if (nrz < 0) {
 865                 ret = nrz;
 866                 log_info("fio: report zones (offset 0) failed for %s (%d).\n",
 867                          f->file_name, -ret);
 868                 goto out;
 869         }
 870
 871         zone_size = zones[0].len;
 872         capacity = zones[0].capacity;
 873         nr_zones = (f->real_file_size + zone_size - 1) / zone_size;
 874
 875         if (td->o.zone_size == 0) {
 876                 td->o.zone_size = zone_size;
 877         } else if (td->o.zone_size != zone_size) {
 878                 log_err("fio: %s job parameter zonesize %llu does not match disk zone size %"PRIu64".\n",
 879                         f->file_name, td->o.zone_size, zone_size);
 880                 ret = -EINVAL;
 881                 goto out;
 882         }
 883
 884         dprint(FD_ZBD, "Device %s has %d zones of size %"PRIu64" KB\n",
 885                f->file_name, nr_zones, zone_size / 1024);
 886
 887         zbd_info = scalloc(1, sizeof(*zbd_info) +
 888                            (nr_zones + 1) * sizeof(zbd_info->zone_info[0]));
 889         if (!zbd_info)
 890                 goto out;
 891         mutex_init_pshared(&zbd_info->mutex);
 892         zbd_info->refcount = 1;
 893         p = &zbd_info->zone_info[0];
 894         for (offset = 0, j = 0; j < nr_zones;) {
 895                 z = &zones[0];
 896                 for (i = 0; i < nrz; i++, j++, z++, p++) {
 897                         mutex_init_pshared_with_type(&p->mutex,
 898                                                      PTHREAD_MUTEX_RECURSIVE);
 899                         p->start = z->start;
 900                         p->capacity = z->capacity;
 901                         if (capacity != z->capacity)
 902                                 same_zone_cap = false;
 903
 904                         switch (z->cond) {
 905                         case ZBD_ZONE_COND_NOT_WP:
 906                         case ZBD_ZONE_COND_FULL:
 907                                 p->wp = p->start + p->capacity;
 908                                 break;
 909                         default:
 910                                 assert(z->start <= z->wp);
 911                                 assert(z->wp <= z->start + zone_size);
 912                                 p->wp = z->wp;
 913                                 break;
 914                         }
 915
 916                         switch (z->type) {
 917                         case ZBD_ZONE_TYPE_SWR:
 918                                 p->has_wp = 1;
 919                                 break;
 920                         default:
 921                                 p->has_wp = 0;
 922                         }
 923                         p->type = z->type;
 924                         p->cond = z->cond;
 925
 926                         if (j > 0 && p->start != p[-1].start + zone_size) {
 927                                 log_info("%s: invalid zone data [%d:%d]: %"PRIu64" + %"PRIu64" != %"PRIu64"\n",
 928                                          f->file_name, j, i,
 929                                          p[-1].start, zone_size, p->start);
 930                                 ret = -EINVAL;
 931                                 goto out;
 932                         }
 933                 }
 934                 z--;
 935                 offset = z->start + z->len;
 936                 if (j >= nr_zones)
 937                         break;
 938
 939                 nrz = zbd_report_zones(td, f, offset, zones,
 940                                        min((uint32_t)(nr_zones - j),
 941                                            ZBD_REPORT_MAX_ZONES));
 942                 if (nrz < 0) {
 943                         ret = nrz;
 944                         log_info("fio: report zones (offset %"PRIu64") failed for %s (%d).\n",
 945                                  offset, f->file_name, -ret);
 946                         goto out;
 947                 }
 948         }
 949
 950         /* a sentinel */
 951         zbd_info->zone_info[nr_zones].start = offset;
 952
 953         f->zbd_info = zbd_info;
 954         f->zbd_info->zone_size = zone_size;
 955         f->zbd_info->zone_size_log2 = is_power_of_2(zone_size) ?
 956                 ilog2(zone_size) : 0;
 957         f->zbd_info->nr_zones = nr_zones;
 958         f->zbd_info->max_active_zones = zbd_get_max_active_zones(td, f);
 959
 960         if (same_zone_cap)
 961                 dprint(FD_ZBD, "Zone capacity = %"PRIu64" KB\n",
 962                        capacity / 1024);
 963
 964         zbd_info = NULL;
 965         ret = 0;
 966
 967 out:
 968         sfree(zbd_info);
 969         free(zones);
 970         return ret;
 971 }
 972
 973 static int zbd_set_max_write_zones(struct thread_data *td, struct fio_file *f)
 974 {
 975         struct zoned_block_device_info *zbd = f->zbd_info;
 976         unsigned int max_open_zones;
 977         int ret;
 978
 979         if (zbd->model != ZBD_HOST_MANAGED || td->o.ignore_zone_limits) {
 980                 /* Only host-managed devices have a max open limit */
 981                 zbd->max_write_zones = td->o.max_open_zones;
 982                 goto out;
 983         }
 984
 985         /* If host-managed, get the max open limit */
 986         ret = zbd_get_max_open_zones(td, f, &max_open_zones);
 987         if (ret)
 988                 return ret;
 989
 990         if (!max_open_zones) {
 991                 /* No device limit */
 992                 zbd->max_write_zones = td->o.max_open_zones;
 993         } else if (!td->o.max_open_zones) {
 994                 /* No user limit. Set limit to device limit */
 995                 zbd->max_write_zones = max_open_zones;
 996         } else if (td->o.max_open_zones <= max_open_zones) {
 997                 /* Both user limit and dev limit. User limit not too large */
 998                 zbd->max_write_zones = td->o.max_open_zones;
 999         } else {
1000                 /* Both user limit and dev limit. User limit too large */
1001                 td_verror(td, EINVAL,
1002                           "Specified --max_open_zones is too large");
1003                 log_err("Specified --max_open_zones (%d) is larger than max (%u)\n",
1004                         td->o.max_open_zones, max_open_zones);
1005                 return -EINVAL;
1006         }
1007
1008 out:
1009         /* Ensure that the limit is not larger than FIO's internal limit */
1010         if (zbd->max_write_zones > ZBD_MAX_WRITE_ZONES) {
1011                 td_verror(td, EINVAL, "'max_open_zones' value is too large");
1012                 log_err("'max_open_zones' value is larger than %u\n",
1013                         ZBD_MAX_WRITE_ZONES);
1014                 return -EINVAL;
1015         }
1016
1017         dprint(FD_ZBD, "%s: using max write zones limit: %"PRIu32"\n",
1018                f->file_name, zbd->max_write_zones);
1019
1020         return 0;
1021 }
1022
1023 /*
1024  * Allocate zone information and store it into f->zbd_info if zonemode=zbd.
1025  *
1026  * Returns 0 upon success and a negative error code upon failure.
1027  */
1028 static int zbd_create_zone_info(struct thread_data *td, struct fio_file *f)
1029 {
1030         enum zbd_zoned_model zbd_model;
1031         int ret;
1032
1033         assert(td->o.zone_mode == ZONE_MODE_ZBD);
1034
1035         ret = zbd_get_zoned_model(td, f, &zbd_model);
1036         if (ret)
1037                 return ret;
1038
1039         switch (zbd_model) {
1040         case ZBD_HOST_AWARE:
1041         case ZBD_HOST_MANAGED:
1042                 ret = parse_zone_info(td, f);
1043                 if (ret)
1044                         return ret;
1045                 break;
1046         case ZBD_NONE:
1047                 ret = init_zone_info(td, f);
1048                 if (ret)
1049                         return ret;
1050                 break;
1051         default:
1052                 td_verror(td, EINVAL, "Unsupported zoned model");
1053                 log_err("Unsupported zoned model\n");
1054                 return -EINVAL;
1055         }
1056
1057         assert(f->zbd_info);
1058         f->zbd_info->model = zbd_model;
1059
1060         ret = zbd_set_max_write_zones(td, f);
1061         if (ret) {
1062                 zbd_free_zone_info(f);
1063                 return ret;
1064         }
1065
1066         return 0;
1067 }
1068
1069 void zbd_free_zone_info(struct fio_file *f)
1070 {
1071         uint32_t refcount;
1072
1073         assert(f->zbd_info);
1074
1075         pthread_mutex_lock(&f->zbd_info->mutex);
1076         refcount = --f->zbd_info->refcount;
1077         pthread_mutex_unlock(&f->zbd_info->mutex);
1078
1079         assert((int32_t)refcount >= 0);
1080         if (refcount == 0)
1081                 sfree(f->zbd_info);
1082         f->zbd_info = NULL;
1083 }
1084
1085 /*
1086  * Initialize f->zbd_info.
1087  *
1088  * Returns 0 upon success and a negative error code upon failure.
1089  *
1090  * Note: this function can only work correctly if it is called before the first
1091  * fio fork() call.
1092  */
1093 static int zbd_init_zone_info(struct thread_data *td, struct fio_file *file)
1094 {
1095         struct fio_file *f2;
1096         int j, ret;
1097
1098         for_each_td(td2) {
1099                 for_each_file(td2, f2, j) {
1100                         if (td2 == td && f2 == file)
1101                                 continue;
1102                         if (!f2->zbd_info ||
1103                             strcmp(f2->file_name, file->file_name) != 0)
1104                                 continue;
1105                         file->zbd_info = f2->zbd_info;
1106                         file->zbd_info->refcount++;
1107                         return 0;
1108                 }
1109         } end_for_each();
1110
1111         ret = zbd_create_zone_info(td, file);
1112         if (ret < 0)
1113                 td_verror(td, -ret, "zbd_create_zone_info() failed");
1114
1115         return ret;
1116 }
1117
1118 int zbd_init_files(struct thread_data *td)
1119 {
1120         struct fio_file *f;
1121         int i;
1122
1123         for_each_file(td, f, i) {
1124                 if (zbd_init_zone_info(td, f))
1125                         return 1;
1126         }
1127
1128         return 0;
1129 }
1130
1131 void zbd_recalc_options_with_zone_granularity(struct thread_data *td)
1132 {
1133         struct fio_file *f;
1134         int i;
1135
1136         for_each_file(td, f, i) {
1137                 struct zoned_block_device_info *zbd = f->zbd_info;
1138                 uint64_t zone_size;
1139
1140                 /* zonemode=strided doesn't get per-file zone size. */
1141                 zone_size = zbd ? zbd->zone_size : td->o.zone_size;
1142                 if (zone_size == 0)
1143                         continue;
1144
1145                 if (td->o.size_nz > 0)
1146                         td->o.size = td->o.size_nz * zone_size;
1147                 if (td->o.io_size_nz > 0)
1148                         td->o.io_size = td->o.io_size_nz * zone_size;
1149                 if (td->o.start_offset_nz > 0)
1150                         td->o.start_offset = td->o.start_offset_nz * zone_size;
1151                 if (td->o.offset_increment_nz > 0)
1152                         td->o.offset_increment =
1153                                 td->o.offset_increment_nz * zone_size;
1154                 if (td->o.zone_skip_nz > 0)
1155                         td->o.zone_skip = td->o.zone_skip_nz * zone_size;
1156         }
1157 }
1158
1159 static uint64_t zbd_verify_and_set_vdb(struct thread_data *td,
1160                                        const struct fio_file *f)
1161 {
1162         struct fio_zone_info *zb, *ze, *z;
1163         uint64_t wp_vdb = 0;
1164         struct zoned_block_device_info *zbdi = f->zbd_info;
1165
1166         assert(td->runstate < TD_RUNNING);
1167         assert(zbdi);
1168
1169         if (!accounting_vdb(td, f))
1170                 return 0;
1171
1172         /*
1173          * Ensure that the I/O range includes one or more sequential zones so
1174          * that f->min_zone and f->max_zone have different values.
1175          */
1176         if (!zbd_is_seq_job(f))
1177                 return 0;
1178
1179         if (zbdi->write_min_zone != zbdi->write_max_zone) {
1180                 if (zbdi->write_min_zone != f->min_zone ||
1181                     zbdi->write_max_zone != f->max_zone) {
1182                         td_verror(td, EINVAL,
1183                                   "multi-jobs with different write ranges are "
1184                                   "not supported with zone_reset_threshold");
1185                         log_err("multi-jobs with different write ranges are "
1186                                 "not supported with zone_reset_threshold\n");
1187                 }
1188                 return 0;
1189         }
1190
1191         zbdi->write_min_zone = f->min_zone;
1192         zbdi->write_max_zone = f->max_zone;
1193
1194         zb = zbd_get_zone(f, f->min_zone);
1195         ze = zbd_get_zone(f, f->max_zone);
1196         for (z = zb; z < ze; z++)
1197                 if (z->has_wp)
1198                         wp_vdb += z->wp - z->start;
1199
1200         zbdi->wp_valid_data_bytes = wp_vdb;
1201
1202         return wp_vdb;
1203 }
1204
1205 int zbd_setup_files(struct thread_data *td)
1206 {
1207         struct fio_file *f;
1208         int i;
1209
1210         if (!zbd_using_direct_io()) {
1211                 log_err("Using direct I/O is mandatory for writing to ZBD drives\n\n");
1212                 return 1;
1213         }
1214
1215         if (!zbd_verify_sizes())
1216                 return 1;
1217
1218         if (!zbd_verify_bs())
1219                 return 1;
1220
1221         if (td->o.experimental_verify) {
1222                 log_err("zonemode=zbd does not support experimental verify\n");
1223                 return 1;
1224         }
1225
1226         for_each_file(td, f, i) {
1227                 struct zoned_block_device_info *zbd = f->zbd_info;
1228                 struct fio_zone_info *z;
1229                 int zi;
1230                 uint64_t vdb;
1231
1232                 assert(zbd);
1233
1234                 f->min_zone = zbd_offset_to_zone_idx(f, f->file_offset);
1235                 f->max_zone =
1236                         zbd_offset_to_zone_idx(f, f->file_offset + f->io_size);
1237
1238                 vdb = zbd_verify_and_set_vdb(td, f);
1239
1240                 dprint(FD_ZBD, "%s(%s): valid data bytes = %" PRIu64 "\n",
1241                        __func__, f->file_name, vdb);
1242
1243                 /*
1244                  * When all zones in the I/O range are conventional, io_size
1245                  * can be smaller than zone size, making min_zone the same
1246                  * as max_zone. This is why the assert below needs to be made
1247                  * conditional.
1248                  */
1249                 if (zbd_is_seq_job(f))
1250                         assert(f->min_zone < f->max_zone);
1251
1252                 if (td->o.max_open_zones > 0 &&
1253                     zbd->max_write_zones != td->o.max_open_zones) {
1254                         log_err("Different 'max_open_zones' values\n");
1255                         return 1;
1256                 }
1257
1258                 /*
1259                  * The per job max open zones limit cannot be used without a
1260                  * global max open zones limit. (As the tracking of open zones
1261                  * is disabled when there is no global max open zones limit.)
1262                  */
1263                 if (td->o.job_max_open_zones && !zbd->max_write_zones) {
1264                         log_err("'job_max_open_zones' cannot be used without a global open zones limit\n");
1265                         return 1;
1266                 }
1267
1268                 /*
1269                  * zbd->max_write_zones is the global limit shared for all jobs
1270                  * that target the same zoned block device. Force sync the per
1271                  * thread global limit with the actual global limit. (The real
1272                  * per thread/job limit is stored in td->o.job_max_open_zones).
1273                  */
1274                 td->o.max_open_zones = zbd->max_write_zones;
1275
1276                 for (zi = f->min_zone; zi < f->max_zone; zi++) {
1277                         z = &zbd->zone_info[zi];
1278                         if (z->cond != ZBD_ZONE_COND_IMP_OPEN &&
1279                             z->cond != ZBD_ZONE_COND_EXP_OPEN &&
1280                             z->cond != ZBD_ZONE_COND_CLOSED)
1281                                 continue;
1282                         if (!zbd->max_active_zones &&
1283                             z->cond == ZBD_ZONE_COND_CLOSED)
1284                                 continue;
1285                         if (__zbd_write_zone_get(td, f, z))
1286                                 continue;
1287                         /*
1288                          * If the number of open zones exceeds specified limits,
1289                          * error out.
1290                          */
1291                         log_err("Number of open zones exceeds max_open_zones limit\n");
1292                         return 1;
1293                 }
1294         }
1295
1296         return 0;
1297 }
1298
1299 /*
1300  * Reset zbd_info.write_cnt, the counter that counts down towards the next
1301  * zone reset.
1302  */
1303 static void _zbd_reset_write_cnt(const struct thread_data *td,
1304                                  const struct fio_file *f)
1305 {
1306         assert(0 <= td->o.zrf.u.f && td->o.zrf.u.f <= 1);
1307
1308         f->zbd_info->write_cnt = td->o.zrf.u.f ?
1309                 min(1.0 / td->o.zrf.u.f, 0.0 + UINT_MAX) : UINT_MAX;
1310 }
1311
1312 static void zbd_reset_write_cnt(const struct thread_data *td,
1313                                 const struct fio_file *f)
1314 {
1315         pthread_mutex_lock(&f->zbd_info->mutex);
1316         _zbd_reset_write_cnt(td, f);
1317         pthread_mutex_unlock(&f->zbd_info->mutex);
1318 }
1319
1320 static bool zbd_dec_and_reset_write_cnt(const struct thread_data *td,
1321                                         const struct fio_file *f)
1322 {
1323         uint32_t write_cnt = 0;
1324
1325         pthread_mutex_lock(&f->zbd_info->mutex);
1326         assert(f->zbd_info->write_cnt);
1327         if (f->zbd_info->write_cnt)
1328                 write_cnt = --f->zbd_info->write_cnt;
1329         if (write_cnt == 0)
1330                 _zbd_reset_write_cnt(td, f);
1331         pthread_mutex_unlock(&f->zbd_info->mutex);
1332
1333         return write_cnt == 0;
1334 }
1335
1336 void zbd_file_reset(struct thread_data *td, struct fio_file *f)
1337 {
1338         struct fio_zone_info *zb, *ze;
1339         bool verify_data_left = false;
1340
1341         if (!f->zbd_info || !td_write(td))
1342                 return;
1343
1344         zb = zbd_get_zone(f, f->min_zone);
1345         ze = zbd_get_zone(f, f->max_zone);
1346
1347         /*
1348          * If data verification is enabled reset the affected zones before
1349          * writing any data to avoid that a zone reset has to be issued while
1350          * writing data, which causes data loss.
1351          */
1352         if (td->o.verify != VERIFY_NONE) {
1353                 verify_data_left = td->runstate == TD_VERIFYING ||
1354                         td->io_hist_len || td->verify_batch;
1355                 if (td->io_hist_len && td->o.verify_backlog)
1356                         verify_data_left =
1357                                 td->io_hist_len % td->o.verify_backlog;
1358                 if (!verify_data_left)
1359                         zbd_reset_zones(td, f, zb, ze);
1360         }
1361
1362         zbd_reset_write_cnt(td, f);
1363 }
1364
1365 /* Return random zone index for one of the write target zones. */
1366 static uint32_t pick_random_zone_idx(const struct fio_file *f,
1367                                      const struct io_u *io_u)
1368 {
1369         return (io_u->offset - f->file_offset) *
1370                 f->zbd_info->num_write_zones / f->io_size;
1371 }
1372
1373 static bool any_io_in_flight(void)
1374 {
1375         for_each_td(td) {
1376                 if (td->io_u_in_flight)
1377                         return true;
1378         } end_for_each();
1379
1380         return false;
1381 }
1382
1383 /*
1384  * Modify the offset of an I/O unit that does not refer to a zone such that
1385  * in write target zones array. Add a zone to or remove a zone from the lsit if
1386  * necessary. The write target zone is searched across sequential zones.
1387  * This algorithm can only work correctly if all write pointers are
1388  * a multiple of the fio block size. The caller must neither hold z->mutex
1389  * nor f->zbd_info->mutex. Returns with z->mutex held upon success.
1390  */
1391 static struct fio_zone_info *zbd_convert_to_write_zone(struct thread_data *td,
1392                                                        struct io_u *io_u)
1393 {
1394         const uint64_t min_bs = td->o.min_bs[io_u->ddir];
1395         struct fio_file *f = io_u->file;
1396         struct zoned_block_device_info *zbdi = f->zbd_info;
1397         struct fio_zone_info *z;
1398         unsigned int write_zone_idx = -1;
1399         uint32_t zone_idx, new_zone_idx;
1400         int i;
1401         bool wait_zone_write;
1402         bool in_flight;
1403         bool should_retry = true;
1404
1405         assert(is_valid_offset(f, io_u->offset));
1406
1407         if (zbdi->max_write_zones || td->o.job_max_open_zones) {
1408                 /*
1409                  * This statement accesses zbdi->write_zones[] on purpose
1410                  * without locking.
1411                  */
1412                 zone_idx = zbdi->write_zones[pick_random_zone_idx(f, io_u)];
1413         } else {
1414                 zone_idx = zbd_offset_to_zone_idx(f, io_u->offset);
1415         }
1416         if (zone_idx < f->min_zone)
1417                 zone_idx = f->min_zone;
1418         else if (zone_idx >= f->max_zone)
1419                 zone_idx = f->max_zone - 1;
1420
1421         dprint(FD_ZBD,
1422                "%s(%s): starting from zone %d (offset %lld, buflen %lld)\n",
1423                __func__, f->file_name, zone_idx, io_u->offset, io_u->buflen);
1424
1425         /*
1426          * Since z->mutex is the outer lock and zbdi->mutex the inner
1427          * lock it can happen that the state of the zone with index zone_idx
1428          * has changed after 'z' has been assigned and before zbdi->mutex
1429          * has been obtained. Hence the loop.
1430          */
1431         for (;;) {
1432                 uint32_t tmp_idx;
1433
1434                 z = zbd_get_zone(f, zone_idx);
1435                 if (z->has_wp)
1436                         zone_lock(td, f, z);
1437
1438                 pthread_mutex_lock(&zbdi->mutex);
1439
1440                 if (z->has_wp) {
1441                         if (z->cond != ZBD_ZONE_COND_OFFLINE &&
1442                             zbdi->max_write_zones == 0 &&
1443                             td->o.job_max_open_zones == 0)
1444                                 goto examine_zone;
1445                         if (zbdi->num_write_zones == 0) {
1446                                 dprint(FD_ZBD, "%s(%s): no zone is write target\n",
1447                                        __func__, f->file_name);
1448                                 goto choose_other_zone;
1449                         }
1450                 }
1451
1452                 /*
1453                  * Array of write target zones is per-device, shared across all
1454                  * threads. Start with quasi-random candidate zone. Ignore
1455                  * zones which don't belong to thread's offset/size area.
1456                  */
1457                 write_zone_idx = pick_random_zone_idx(f, io_u);
1458                 assert(!write_zone_idx ||
1459                        write_zone_idx < zbdi->num_write_zones);
1460                 tmp_idx = write_zone_idx;
1461
1462                 for (i = 0; i < zbdi->num_write_zones; i++) {
1463                         uint32_t tmpz;
1464
1465                         if (tmp_idx >= zbdi->num_write_zones)
1466                                 tmp_idx = 0;
1467                         tmpz = zbdi->write_zones[tmp_idx];
1468                         if (f->min_zone <= tmpz && tmpz < f->max_zone) {
1469                                 write_zone_idx = tmp_idx;
1470                                 goto found_candidate_zone;
1471                         }
1472
1473                         tmp_idx++;
1474                 }
1475
1476                 dprint(FD_ZBD, "%s(%s): no candidate zone\n",
1477                         __func__, f->file_name);
1478
1479                 pthread_mutex_unlock(&zbdi->mutex);
1480
1481                 if (z->has_wp)
1482                         zone_unlock(z);
1483
1484                 return NULL;
1485
1486 found_candidate_zone:
1487                 new_zone_idx = zbdi->write_zones[write_zone_idx];
1488                 if (new_zone_idx == zone_idx)
1489                         break;
1490                 zone_idx = new_zone_idx;
1491
1492                 pthread_mutex_unlock(&zbdi->mutex);
1493
1494                 if (z->has_wp)
1495                         zone_unlock(z);
1496         }
1497
1498         /* Both z->mutex and zbdi->mutex are held. */
1499
1500 examine_zone:
1501         if (zbd_zone_remainder(z) >= min_bs) {
1502                 pthread_mutex_unlock(&zbdi->mutex);
1503                 goto out;
1504         }
1505
1506 choose_other_zone:
1507         /* Check if number of write target zones reaches one of limits. */
1508         wait_zone_write =
1509                 zbdi->num_write_zones == f->max_zone - f->min_zone ||
1510                 (zbdi->max_write_zones &&
1511                  zbdi->num_write_zones == zbdi->max_write_zones) ||
1512                 (td->o.job_max_open_zones &&
1513                  td->num_write_zones == td->o.job_max_open_zones);
1514
1515         pthread_mutex_unlock(&zbdi->mutex);
1516
1517         /* Only z->mutex is held. */
1518
1519         /*
1520          * When number of write target zones reaches to one of limits, wait for
1521          * zone write completion to one of them before trying a new zone.
1522          */
1523         if (wait_zone_write) {
1524                 dprint(FD_ZBD,
1525                        "%s(%s): quiesce to remove a zone from write target zones array\n",
1526                        __func__, f->file_name);
1527                 io_u_quiesce(td);
1528         }
1529
1530 retry:
1531         /* Zone 'z' is full, so try to choose a new zone. */
1532         for (i = f->io_size / zbdi->zone_size; i > 0; i--) {
1533                 zone_idx++;
1534                 if (z->has_wp)
1535                         zone_unlock(z);
1536                 z++;
1537                 if (!is_valid_offset(f, z->start)) {
1538                         /* Wrap-around. */
1539                         zone_idx = f->min_zone;
1540                         z = zbd_get_zone(f, zone_idx);
1541                 }
1542                 assert(is_valid_offset(f, z->start));
1543                 if (!z->has_wp)
1544                         continue;
1545                 zone_lock(td, f, z);
1546                 if (z->write)
1547                         continue;
1548                 if (zbd_write_zone_get(td, f, z))
1549                         goto out;
1550         }
1551
1552         /* Only z->mutex is held. */
1553
1554         /* Check whether the write fits in any of the write target zones. */
1555         pthread_mutex_lock(&zbdi->mutex);
1556         for (i = 0; i < zbdi->num_write_zones; i++) {
1557                 zone_idx = zbdi->write_zones[i];
1558                 if (zone_idx < f->min_zone || zone_idx >= f->max_zone)
1559                         continue;
1560                 pthread_mutex_unlock(&zbdi->mutex);
1561                 zone_unlock(z);
1562
1563                 z = zbd_get_zone(f, zone_idx);
1564
1565                 zone_lock(td, f, z);
1566                 if (zbd_zone_remainder(z) >= min_bs)
1567                         goto out;
1568                 pthread_mutex_lock(&zbdi->mutex);
1569         }
1570
1571         /*
1572          * When any I/O is in-flight or when all I/Os in-flight get completed,
1573          * the I/Os might have removed zones from the write target array then
1574          * retry the steps to choose a zone. Before retry, call io_u_quiesce()
1575          * to complete in-flight writes.
1576          */
1577         in_flight = any_io_in_flight();
1578         if (in_flight || should_retry) {
1579                 dprint(FD_ZBD,
1580                        "%s(%s): wait zone write and retry write target zone selection\n",
1581                        __func__, f->file_name);
1582                 should_retry = in_flight;
1583                 pthread_mutex_unlock(&zbdi->mutex);
1584                 zone_unlock(z);
1585                 io_u_quiesce(td);
1586                 zone_lock(td, f, z);
1587                 goto retry;
1588         }
1589
1590         pthread_mutex_unlock(&zbdi->mutex);
1591
1592         zone_unlock(z);
1593
1594         dprint(FD_ZBD, "%s(%s): did not choose another write zone\n",
1595                __func__, f->file_name);
1596
1597         return NULL;
1598
1599 out:
1600         dprint(FD_ZBD, "%s(%s): returning zone %d\n",
1601                __func__, f->file_name, zone_idx);
1602
1603         io_u->offset = z->start;
1604         assert(z->has_wp);
1605         assert(z->cond != ZBD_ZONE_COND_OFFLINE);
1606
1607         return z;
1608 }
1609
1610 /*
1611  * Find another zone which has @min_bytes of readable data. Search in zones
1612  * @zb + 1 .. @zl. For random workload, also search in zones @zb - 1 .. @zf.
1613  *
1614  * Either returns NULL or returns a zone pointer. When the zone has write
1615  * pointer, hold the mutex for the zone.
1616  */
1617 static struct fio_zone_info *
1618 zbd_find_zone(struct thread_data *td, struct io_u *io_u, uint64_t min_bytes,
1619               struct fio_zone_info *zb, struct fio_zone_info *zl)
1620 {
1621         struct fio_file *f = io_u->file;
1622         struct fio_zone_info *z1, *z2;
1623         const struct fio_zone_info *const zf = zbd_get_zone(f, f->min_zone);
1624
1625         /*
1626          * Skip to the next non-empty zone in case of sequential I/O and to
1627          * the nearest non-empty zone in case of random I/O.
1628          */
1629         for (z1 = zb + 1, z2 = zb - 1; z1 < zl || z2 >= zf; z1++, z2--) {
1630                 if (z1 < zl && z1->cond != ZBD_ZONE_COND_OFFLINE) {
1631                         if (z1->has_wp)
1632                                 zone_lock(td, f, z1);
1633                         if (z1->start + min_bytes <= z1->wp)
1634                                 return z1;
1635                         if (z1->has_wp)
1636                                 zone_unlock(z1);
1637                 } else if (!td_random(td)) {
1638                         break;
1639                 }
1640
1641                 if (td_random(td) && z2 >= zf &&
1642                     z2->cond != ZBD_ZONE_COND_OFFLINE) {
1643                         if (z2->has_wp)
1644                                 zone_lock(td, f, z2);
1645                         if (z2->start + min_bytes <= z2->wp)
1646                                 return z2;
1647                         if (z2->has_wp)
1648                                 zone_unlock(z2);
1649                 }
1650         }
1651
1652         dprint(FD_ZBD,
1653                "%s: no zone has %"PRIu64" bytes of readable data\n",
1654                f->file_name, min_bytes);
1655
1656         return NULL;
1657 }
1658
1659 /**
1660  * zbd_end_zone_io - update zone status at command completion
1661  * @io_u: I/O unit
1662  * @z: zone info pointer
1663  *
1664  * If the write command made the zone full, remove it from the write target
1665  * zones array.
1666  *
1667  * The caller must hold z->mutex.
1668  */
1669 static void zbd_end_zone_io(struct thread_data *td, const struct io_u *io_u,
1670                             struct fio_zone_info *z)
1671 {
1672         const struct fio_file *f = io_u->file;
1673
1674         if (io_u->ddir == DDIR_WRITE &&
1675             io_u->offset + io_u->buflen >= zbd_zone_capacity_end(z)) {
1676                 pthread_mutex_lock(&f->zbd_info->mutex);
1677                 zbd_write_zone_put(td, f, z);
1678                 pthread_mutex_unlock(&f->zbd_info->mutex);
1679         }
1680 }
1681
1682 /**
1683  * zbd_queue_io - update the write pointer of a sequential zone
1684  * @io_u: I/O unit
1685  * @success: Whether or not the I/O unit has been queued successfully
1686  * @q: queueing status (busy, completed or queued).
1687  *
1688  * For write and trim operations, update the write pointer of the I/O unit
1689  * target zone.
1690  */
1691 static void zbd_queue_io(struct thread_data *td, struct io_u *io_u, int q,
1692                          bool success)
1693 {
1694         const struct fio_file *f = io_u->file;
1695         struct zoned_block_device_info *zbd_info = f->zbd_info;
1696         struct fio_zone_info *z;
1697         uint64_t zone_end;
1698
1699         assert(zbd_info);
1700
1701         z = zbd_offset_to_zone(f, io_u->offset);
1702         assert(z->has_wp);
1703
1704         if (!success)
1705                 goto unlock;
1706
1707         dprint(FD_ZBD,
1708                "%s: queued I/O (%lld, %llu) for zone %u\n",
1709                f->file_name, io_u->offset, io_u->buflen, zbd_zone_idx(f, z));
1710
1711         switch (io_u->ddir) {
1712         case DDIR_WRITE:
1713                 zone_end = min((uint64_t)(io_u->offset + io_u->buflen),
1714                                zbd_zone_capacity_end(z));
1715
1716                 /*
1717                  * z->wp > zone_end means that one or more I/O errors
1718                  * have occurred.
1719                  */
1720                 if (accounting_vdb(td, f) && z->wp <= zone_end) {
1721                         pthread_mutex_lock(&zbd_info->mutex);
1722                         zbd_info->wp_valid_data_bytes += zone_end - z->wp;
1723                         pthread_mutex_unlock(&zbd_info->mutex);
1724                 }
1725                 z->wp = zone_end;
1726                 break;
1727         default:
1728                 break;
1729         }
1730
1731         if (q == FIO_Q_COMPLETED && !io_u->error)
1732                 zbd_end_zone_io(td, io_u, z);
1733
1734 unlock:
1735         if (!success || q != FIO_Q_QUEUED) {
1736                 /* BUSY or COMPLETED: unlock the zone */
1737                 zone_unlock(z);
1738                 io_u->zbd_put_io = NULL;
1739         }
1740 }
1741
1742 /**
1743  * zbd_put_io - Unlock an I/O unit target zone lock
1744  * @io_u: I/O unit
1745  */
1746 static void zbd_put_io(struct thread_data *td, const struct io_u *io_u)
1747 {
1748         const struct fio_file *f = io_u->file;
1749         struct fio_zone_info *z;
1750
1751         assert(f->zbd_info);
1752
1753         z = zbd_offset_to_zone(f, io_u->offset);
1754         assert(z->has_wp);
1755
1756         dprint(FD_ZBD,
1757                "%s: terminate I/O (%lld, %llu) for zone %u\n",
1758                f->file_name, io_u->offset, io_u->buflen, zbd_zone_idx(f, z));
1759
1760         zbd_end_zone_io(td, io_u, z);
1761
1762         zone_unlock(z);
1763 }
1764
1765 /*
1766  * Windows and MacOS do not define this.
1767  */
1768 #ifndef EREMOTEIO
1769 #define EREMOTEIO       121     /* POSIX value */
1770 #endif
1771
1772 bool zbd_unaligned_write(int error_code)
1773 {
1774         switch (error_code) {
1775         case EIO:
1776         case EREMOTEIO:
1777                 return true;
1778         }
1779         return false;
1780 }
1781
1782 /**
1783  * setup_zbd_zone_mode - handle zoneskip as necessary for ZBD drives
1784  * @td: FIO thread data.
1785  * @io_u: FIO I/O unit.
1786  *
1787  * For sequential workloads, change the file offset to skip zoneskip bytes when
1788  * no more IO can be performed in the current zone.
1789  * - For read workloads, zoneskip is applied when the io has reached the end of
1790  *   the zone or the zone write position (when td->o.read_beyond_wp is false).
1791  * - For write workloads, zoneskip is applied when the zone is full.
1792  * This applies only to read and write operations.
1793  */
1794 void setup_zbd_zone_mode(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
1795 {
1796         struct fio_file *f = io_u->file;
1797         enum fio_ddir ddir = io_u->ddir;
1798         struct fio_zone_info *z;
1799
1800         assert(td->o.zone_mode == ZONE_MODE_ZBD);
1801         assert(td->o.zone_size);
1802         assert(f->zbd_info);
1803
1804         z = zbd_offset_to_zone(f, f->last_pos[ddir]);
1805
1806         /*
1807          * When the zone capacity is smaller than the zone size and the I/O is
1808          * sequential write, skip to zone end if the latest position is at the
1809          * zone capacity limit.
1810          */
1811         if (z->capacity < f->zbd_info->zone_size &&
1812             !td_random(td) && ddir == DDIR_WRITE &&
1813             f->last_pos[ddir] >= zbd_zone_capacity_end(z)) {
1814                 dprint(FD_ZBD,
1815                        "%s: Jump from zone capacity limit to zone end:"
1816                        " (%"PRIu64" -> %"PRIu64") for zone %u (%"PRIu64")\n",
1817                        f->file_name, f->last_pos[ddir],
1818                        zbd_zone_end(z), zbd_zone_idx(f, z), z->capacity);
1819                 td->io_skip_bytes += zbd_zone_end(z) - f->last_pos[ddir];
1820                 f->last_pos[ddir] = zbd_zone_end(z);
1821         }
1822
1823         /*
1824          * zone_skip is valid only for sequential workloads.
1825          */
1826         if (td_random(td) || !td->o.zone_skip)
1827                 return;
1828
1829         /*
1830          * It is time to switch to a new zone if:
1831          * - zone_bytes == zone_size bytes have already been accessed
1832          * - The last position reached the end of the current zone.
1833          * - For reads with td->o.read_beyond_wp == false, the last position
1834          *   reached the zone write pointer.
1835          */
1836         if (td->zone_bytes >= td->o.zone_size ||
1837             f->last_pos[ddir] >= zbd_zone_end(z) ||
1838             (ddir == DDIR_READ &&
1839              (!td->o.read_beyond_wp) && f->last_pos[ddir] >= z->wp)) {
1840                 /*
1841                  * Skip zones.
1842                  */
1843                 td->zone_bytes = 0;
1844                 f->file_offset += td->o.zone_size + td->o.zone_skip;
1845
1846                 /*
1847                  * Wrap from the beginning, if we exceed the file size
1848                  */
1849                 if (f->file_offset >= f->real_file_size)
1850                         f->file_offset = get_start_offset(td, f);
1851
1852                 f->last_pos[ddir] = f->file_offset;
1853                 td->io_skip_bytes += td->o.zone_skip;
1854         }
1855 }
1856
1857 /**
1858  * zbd_adjust_ddir - Adjust an I/O direction for zonemode=zbd.
1859  *
1860  * @td: FIO thread data.
1861  * @io_u: FIO I/O unit.
1862  * @ddir: I/O direction before adjustment.
1863  *
1864  * Return adjusted I/O direction.
1865  */
1866 enum fio_ddir zbd_adjust_ddir(struct thread_data *td, struct io_u *io_u,
1867                               enum fio_ddir ddir)
1868 {
1869         /*
1870          * In case read direction is chosen for the first random I/O, fio with
1871          * zonemode=zbd stops because no data can be read from zoned block
1872          * devices with all empty zones. Overwrite the first I/O direction as
1873          * write to make sure data to read exists.
1874          */
1875         assert(io_u->file->zbd_info);
1876         if (ddir != DDIR_READ || !td_rw(td))
1877                 return ddir;
1878
1879         if (io_u->file->last_start[DDIR_WRITE] != -1ULL ||
1880             td->o.read_beyond_wp || td->o.rwmix[DDIR_WRITE] == 0)
1881                 return DDIR_READ;
1882
1883         return DDIR_WRITE;
1884 }
1885
1886 /**
1887  * zbd_adjust_block - adjust the offset and length as necessary for ZBD drives
1888  * @td: FIO thread data.
1889  * @io_u: FIO I/O unit.
1890  *
1891  * Locking strategy: returns with z->mutex locked if and only if z refers
1892  * to a sequential zone and if io_u_accept is returned. z is the zone that
1893  * corresponds to io_u->offset at the end of this function.
1894  */
1895 enum io_u_action zbd_adjust_block(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
1896 {
1897         struct fio_file *f = io_u->file;
1898         struct zoned_block_device_info *zbdi = f->zbd_info;
1899         struct fio_zone_info *zb, *zl, *orig_zb;
1900         uint32_t orig_len = io_u->buflen;
1901         uint64_t min_bs = td->o.min_bs[io_u->ddir];
1902         uint64_t new_len;
1903         int64_t range;
1904
1905         assert(zbdi);
1906         assert(min_bs);
1907         assert(is_valid_offset(f, io_u->offset));
1908         assert(io_u->buflen);
1909
1910         zb = zbd_offset_to_zone(f, io_u->offset);
1911         orig_zb = zb;
1912
1913         if (!zb->has_wp) {
1914                 /* Accept non-write I/Os for conventional zones. */
1915                 if (io_u->ddir != DDIR_WRITE)
1916                         return io_u_accept;
1917
1918                 /*
1919                  * Make sure that writes to conventional zones
1920                  * don't cross over to any sequential zones.
1921                  */
1922                 if (!(zb + 1)->has_wp ||
1923                     io_u->offset + io_u->buflen <= (zb + 1)->start)
1924                         return io_u_accept;
1925
1926                 if (io_u->offset + min_bs > (zb + 1)->start) {
1927                         dprint(FD_IO,
1928                                "%s: off=%llu + min_bs=%"PRIu64" > next zone %"PRIu64"\n",
1929                                f->file_name, io_u->offset,
1930                                min_bs, (zb + 1)->start);
1931                         io_u->offset =
1932                                 zb->start + (zb + 1)->start - io_u->offset;
1933                         new_len = min(io_u->buflen,
1934                                       (zb + 1)->start - io_u->offset);
1935                 } else {
1936                         new_len = (zb + 1)->start - io_u->offset;
1937                 }
1938
1939                 io_u->buflen = new_len / min_bs * min_bs;
1940
1941                 return io_u_accept;
1942         }
1943
1944         /*
1945          * Accept the I/O offset for reads if reading beyond the write pointer
1946          * is enabled.
1947          */
1948         if (zb->cond != ZBD_ZONE_COND_OFFLINE &&
1949             io_u->ddir == DDIR_READ && td->o.read_beyond_wp)
1950                 return io_u_accept;
1951
1952         zone_lock(td, f, zb);
1953
1954         switch (io_u->ddir) {
1955         case DDIR_READ:
1956                 if (td->runstate == TD_VERIFYING && td_write(td))
1957                         goto accept;
1958
1959                 /*
1960                  * Check that there is enough written data in the zone to do an
1961                  * I/O of at least min_bs B. If there isn't, find a new zone for
1962                  * the I/O.
1963                  */
1964                 range = zb->cond != ZBD_ZONE_COND_OFFLINE ?
1965                         zb->wp - zb->start : 0;
1966                 if (range < min_bs ||
1967                     ((!td_random(td)) && (io_u->offset + min_bs > zb->wp))) {
1968                         zone_unlock(zb);
1969                         zl = zbd_get_zone(f, f->max_zone);
1970                         zb = zbd_find_zone(td, io_u, min_bs, zb, zl);
1971                         if (!zb) {
1972                                 dprint(FD_ZBD,
1973                                        "%s: zbd_find_zone(%lld, %llu) failed\n",
1974                                        f->file_name, io_u->offset,
1975                                        io_u->buflen);
1976                                 goto eof;
1977                         }
1978                         /*
1979                          * zbd_find_zone() returned a zone with a range of at
1980                          * least min_bs.
1981                          */
1982                         range = zb->wp - zb->start;
1983                         assert(range >= min_bs);
1984
1985                         if (!td_random(td))
1986                                 io_u->offset = zb->start;
1987                 }
1988
1989                 /*
1990                  * Make sure the I/O is within the zone valid data range while
1991                  * maximizing the I/O size and preserving randomness.
1992                  */
1993                 if (range <= io_u->buflen)
1994                         io_u->offset = zb->start;
1995                 else if (td_random(td))
1996                         io_u->offset = zb->start +
1997                                 ((io_u->offset - orig_zb->start) %
1998                                  (range - io_u->buflen)) / min_bs * min_bs;
1999
2000                 /*
2001                  * When zbd_find_zone() returns a conventional zone,
2002                  * we can simply accept the new i/o offset here.
2003                  */
2004                 if (!zb->has_wp)
2005                         return io_u_accept;
2006
2007                 /*
2008                  * Make sure the I/O does not cross over the zone wp position.
2009                  */
2010                 new_len = min((unsigned long long)io_u->buflen,
2011                               (unsigned long long)(zb->wp - io_u->offset));
2012                 new_len = new_len / min_bs * min_bs;
2013                 if (new_len < io_u->buflen) {
2014                         io_u->buflen = new_len;
2015                         dprint(FD_IO, "Changed length from %u into %llu\n",
2016                                orig_len, io_u->buflen);
2017                 }
2018
2019                 assert(zb->start <= io_u->offset);
2020                 assert(io_u->offset + io_u->buflen <= zb->wp);
2021
2022                 goto accept;
2023
2024         case DDIR_WRITE:
2025                 if (io_u->buflen > zbdi->zone_size) {
2026                         td_verror(td, EINVAL, "I/O buflen exceeds zone size");
2027                         dprint(FD_IO,
2028                                "%s: I/O buflen %llu exceeds zone size %"PRIu64"\n",
2029                                f->file_name, io_u->buflen, zbdi->zone_size);
2030                         goto eof;
2031                 }
2032
2033 retry:
2034                 if (zbd_zone_remainder(zb) > 0 &&
2035                     zbd_zone_remainder(zb) < min_bs) {
2036                         pthread_mutex_lock(&f->zbd_info->mutex);
2037                         zbd_write_zone_put(td, f, zb);
2038                         pthread_mutex_unlock(&f->zbd_info->mutex);
2039                         dprint(FD_ZBD,
2040                                "%s: finish zone %d\n",
2041                                f->file_name, zbd_zone_idx(f, zb));
2042                         io_u_quiesce(td);
2043                         zbd_finish_zone(td, f, zb);
2044                         if (zbd_zone_idx(f, zb) + 1 >= f->max_zone) {
2045                                 if (!td_random(td))
2046                                         goto eof;
2047                         }
2048                         zone_unlock(zb);
2049
2050                         /* Find the next write pointer zone */
2051                         do {
2052                                 zb++;
2053                                 if (zbd_zone_idx(f, zb) >= f->max_zone)
2054                                         zb = zbd_get_zone(f, f->min_zone);
2055                         } while (!zb->has_wp);
2056
2057                         zone_lock(td, f, zb);
2058                 }
2059
2060                 if (!zbd_write_zone_get(td, f, zb)) {
2061                         zone_unlock(zb);
2062                         zb = zbd_convert_to_write_zone(td, io_u);
2063                         if (!zb) {
2064                                 dprint(FD_IO, "%s: can't convert to write target zone",
2065                                        f->file_name);
2066                                 goto eof;
2067                         }
2068                 }
2069
2070                 if (zbd_zone_remainder(zb) > 0 &&
2071                     zbd_zone_remainder(zb) < min_bs)
2072                         goto retry;
2073
2074                 /* Check whether the zone reset threshold has been exceeded */
2075                 if (td->o.zrf.u.f) {
2076                         if (zbdi->wp_valid_data_bytes >=
2077                             f->io_size * td->o.zrt.u.f &&
2078                             zbd_dec_and_reset_write_cnt(td, f))
2079                                 zb->reset_zone = 1;
2080                 }
2081
2082                 /* Reset the zone pointer if necessary */
2083                 if (zb->reset_zone || zbd_zone_full(f, zb, min_bs)) {
2084                         if (td->o.verify != VERIFY_NONE) {
2085                                 /*
2086                                  * Unset io-u->file to tell get_next_verify()
2087                                  * that this IO is not requeue.
2088                                  */
2089                                 io_u->file = NULL;
2090                                 if (!get_next_verify(td, io_u)) {
2091                                         zone_unlock(zb);
2092                                         return io_u_accept;
2093                                 }
2094                                 io_u->file = f;
2095                         }
2096
2097                         /*
2098                          * Since previous write requests may have been submitted
2099                          * asynchronously and since we will submit the zone
2100                          * reset synchronously, wait until previously submitted
2101                          * write requests have completed before issuing a
2102                          * zone reset.
2103                          */
2104                         io_u_quiesce(td);
2105                         zb->reset_zone = 0;
2106                         if (__zbd_reset_zone(td, f, zb) < 0)
2107                                 goto eof;
2108
2109                         if (zb->capacity < min_bs) {
2110                                 td_verror(td, EINVAL, "ZCAP is less min_bs");
2111                                 log_err("zone capacity %"PRIu64" smaller than minimum block size %"PRIu64"\n",
2112                                         zb->capacity, min_bs);
2113                                 goto eof;
2114                         }
2115                 }
2116
2117                 /* Make writes occur at the write pointer */
2118                 assert(!zbd_zone_full(f, zb, min_bs));
2119                 io_u->offset = zb->wp;
2120                 if (!is_valid_offset(f, io_u->offset)) {
2121                         td_verror(td, EINVAL, "invalid WP value");
2122                         dprint(FD_ZBD, "%s: dropped request with offset %llu\n",
2123                                f->file_name, io_u->offset);
2124                         goto eof;
2125                 }
2126
2127                 /*
2128                  * Make sure that the buflen is a multiple of the minimal
2129                  * block size. Give up if shrinking would make the request too
2130                  * small.
2131                  */
2132                 new_len = min((unsigned long long)io_u->buflen,
2133                               zbd_zone_capacity_end(zb) - io_u->offset);
2134                 new_len = new_len / min_bs * min_bs;
2135                 if (new_len == io_u->buflen)
2136                         goto accept;
2137                 if (new_len >= min_bs) {
2138                         io_u->buflen = new_len;
2139                         dprint(FD_IO, "Changed length from %u into %llu\n",
2140                                orig_len, io_u->buflen);
2141                         goto accept;
2142                 }
2143
2144                 td_verror(td, EIO, "zone remainder too small");
2145                 log_err("zone remainder %lld smaller than min block size %"PRIu64"\n",
2146                         (zbd_zone_capacity_end(zb) - io_u->offset), min_bs);
2147
2148                 goto eof;
2149
2150         case DDIR_TRIM:
2151                 /* Check random trim targets a non-empty zone */
2152                 if (!td_random(td) || zb->wp > zb->start)
2153                         goto accept;
2154
2155                 /* Find out a non-empty zone to trim */
2156                 zone_unlock(zb);
2157                 zl = zbd_get_zone(f, f->max_zone);
2158                 zb = zbd_find_zone(td, io_u, 1, zb, zl);
2159                 if (zb) {
2160                         io_u->offset = zb->start;
2161                         dprint(FD_ZBD, "%s: found new zone(%lld) for trim\n",
2162                                f->file_name, io_u->offset);
2163                         goto accept;
2164                 }
2165
2166                 goto eof;
2167
2168         case DDIR_SYNC:
2169                 /* fall-through */
2170         case DDIR_DATASYNC:
2171         case DDIR_SYNC_FILE_RANGE:
2172         case DDIR_WAIT:
2173         case DDIR_LAST:
2174         case DDIR_INVAL:
2175         case DDIR_TIMEOUT:
2176                 goto accept;
2177         }
2178
2179         assert(false);
2180
2181 accept:
2182         assert(zb->has_wp);
2183         assert(zb->cond != ZBD_ZONE_COND_OFFLINE);
2184         assert(!io_u->zbd_queue_io);
2185         assert(!io_u->zbd_put_io);
2186
2187         io_u->zbd_queue_io = zbd_queue_io;
2188         io_u->zbd_put_io = zbd_put_io;
2189
2190         /*
2191          * Since we return with the zone lock still held,
2192          * add an annotation to let Coverity know that it
2193          * is intentional.
2194          */
2195         /* coverity[missing_unlock] */
2196
2197         return io_u_accept;
2198
2199 eof:
2200         if (zb && zb->has_wp)
2201                 zone_unlock(zb);
2202
2203         return io_u_eof;
2204 }
2205
2206 /* Return a string with ZBD statistics */
2207 char *zbd_write_status(const struct thread_stat *ts)
2208 {
2209         char *res;
2210
2211         if (asprintf(&res, "; %"PRIu64" zone resets", ts->nr_zone_resets) < 0)
2212                 return NULL;
2213         return res;
2214 }
2215
2216 /**
2217  * zbd_do_io_u_trim - If reset zone is applicable, do reset zone instead of trim
2218  *
2219  * @td: FIO thread data.
2220  * @io_u: FIO I/O unit.
2221  *
2222  * It is assumed that z->mutex is already locked.
2223  * Return io_u_completed when reset zone succeeds. Return 0 when the target zone
2224  * does not have write pointer. On error, return negative errno.
2225  */
2226 int zbd_do_io_u_trim(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
2227 {
2228         struct fio_file *f = io_u->file;
2229         struct fio_zone_info *z;
2230         int ret;
2231
2232         z = zbd_offset_to_zone(f, io_u->offset);
2233         if (!z->has_wp)
2234                 return 0;
2235
2236         if (io_u->offset != z->start) {
2237                 log_err("Trim offset not at zone start (%lld)\n",
2238                         io_u->offset);
2239                 return -EINVAL;
2240         }
2241
2242         ret = zbd_reset_zone((struct thread_data *)td, f, z);
2243         if (ret < 0)
2244                 return ret;
2245
2246         return io_u_completed;
2247 }
2248
2249 void zbd_log_err(const struct thread_data *td, const struct io_u *io_u)
2250 {
2251         const struct fio_file *f = io_u->file;
2252
2253         if (td->o.zone_mode != ZONE_MODE_ZBD)
2254                 return;
2255
2256         if (io_u->error == EOVERFLOW)
2257                 log_err("%s: Exceeded max_active_zones limit. Check conditions of zones out of I/O ranges.\n",
2258                         f->file_name);
2259 }