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