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 void zone_lock(struct thread_data *td, struct fio_zone_info *z)
  62 {
  63         /*
  64          * Lock the io_u target zone. The zone will be unlocked if io_u offset
  65          * is changed or when io_u completes and zbd_put_io() executed.
  66          * To avoid multiple jobs doing asynchronous I/Os from deadlocking each
  67          * other waiting for zone locks when building an io_u batch, first
  68          * only trylock the zone. If the zone is already locked by another job,
  69          * process the currently queued I/Os so that I/O progress is made and
  70          * zones unlocked.
  71          */
  72         if (pthread_mutex_trylock(&z->mutex) != 0) {
  73                 if (!td_ioengine_flagged(td, FIO_SYNCIO))
  74                         io_u_quiesce(td);
  75                 pthread_mutex_lock(&z->mutex);
  76         }
  77 }
  78
  79 static bool is_valid_offset(const struct fio_file *f, uint64_t offset)
  80 {
  81         return (uint64_t)(offset - f->file_offset) < f->io_size;
  82 }
  83
  84 /* Verify whether direct I/O is used for all host-managed zoned drives. */
  85 static bool zbd_using_direct_io(void)
  86 {
  87         struct thread_data *td;
  88         struct fio_file *f;
  89         int i, j;
  90
  91         for_each_td(td, i) {
  92                 if (td->o.odirect || !(td->o.td_ddir & TD_DDIR_WRITE))
  93                         continue;
  94                 for_each_file(td, f, j) {
  95                         if (f->zbd_info &&
  96                             f->zbd_info->model == ZBD_DM_HOST_MANAGED)
  97                                 return false;
  98                 }
  99         }
 100
 101         return true;
 102 }
 103
 104 /* Whether or not the I/O range for f includes one or more sequential zones */
 105 static bool zbd_is_seq_job(struct fio_file *f)
 106 {
 107         uint32_t zone_idx, zone_idx_b, zone_idx_e;
 108
 109         assert(f->zbd_info);
 110         if (f->io_size == 0)
 111                 return false;
 112         zone_idx_b = zbd_zone_idx(f, f->file_offset);
 113         zone_idx_e = zbd_zone_idx(f, f->file_offset + f->io_size - 1);
 114         for (zone_idx = zone_idx_b; zone_idx <= zone_idx_e; zone_idx++)
 115                 if (f->zbd_info->zone_info[zone_idx].type ==
 116                     BLK_ZONE_TYPE_SEQWRITE_REQ)
 117                         return true;
 118
 119         return false;
 120 }
 121
 122 /*
 123  * Verify whether offset and size parameters are aligned with zone boundaries.
 124  */
 125 static bool zbd_verify_sizes(void)
 126 {
 127         const struct fio_zone_info *z;
 128         struct thread_data *td;
 129         struct fio_file *f;
 130         uint64_t new_offset, new_end;
 131         uint32_t zone_idx;
 132         int i, j;
 133
 134         for_each_td(td, i) {
 135                 for_each_file(td, f, j) {
 136                         if (!f->zbd_info)
 137                                 continue;
 138                         if (f->file_offset >= f->real_file_size)
 139                                 continue;
 140                         if (!zbd_is_seq_job(f))
 141                                 continue;
 142
 143                         if (!td->o.zone_size) {
 144                                 td->o.zone_size = f->zbd_info->zone_size;
 145                                 if (!td->o.zone_size) {
 146                                         log_err("%s: invalid 0 zone size\n",
 147                                                 f->file_name);
 148                                         return false;
 149                                 }
 150                         } else if (td->o.zone_size != f->zbd_info->zone_size) {
 151                                 log_err("%s: job parameter zonesize %llu does not match disk zone size %llu.\n",
 152                                         f->file_name, (unsigned long long) td->o.zone_size,
 153                                         (unsigned long long) f->zbd_info->zone_size);
 154                                 return false;
 155                         }
 156
 157                         if (td->o.zone_skip &&
 158                             (td->o.zone_skip < td->o.zone_size ||
 159                              td->o.zone_skip % td->o.zone_size)) {
 160                                 log_err("%s: zoneskip %llu is not a multiple of the device zone size %llu.\n",
 161                                         f->file_name, (unsigned long long) td->o.zone_skip,
 162                                         (unsigned long long) td->o.zone_size);
 163                                 return false;
 164                         }
 165
 166                         zone_idx = zbd_zone_idx(f, f->file_offset);
 167                         z = &f->zbd_info->zone_info[zone_idx];
 168                         if (f->file_offset != z->start) {
 169                                 new_offset = (z+1)->start;
 170                                 if (new_offset >= f->file_offset + f->io_size) {
 171                                         log_info("%s: io_size must be at least one zone\n",
 172                                                  f->file_name);
 173                                         return false;
 174                                 }
 175                                 log_info("%s: rounded up offset from %llu to %llu\n",
 176                                          f->file_name, (unsigned long long) f->file_offset,
 177                                          (unsigned long long) new_offset);
 178                                 f->io_size -= (new_offset - f->file_offset);
 179                                 f->file_offset = new_offset;
 180                         }
 181                         zone_idx = zbd_zone_idx(f, f->file_offset + f->io_size);
 182                         z = &f->zbd_info->zone_info[zone_idx];
 183                         new_end = z->start;
 184                         if (f->file_offset + f->io_size != new_end) {
 185                                 if (new_end <= f->file_offset) {
 186                                         log_info("%s: io_size must be at least one zone\n",
 187                                                  f->file_name);
 188                                         return false;
 189                                 }
 190                                 log_info("%s: rounded down io_size from %llu to %llu\n",
 191                                          f->file_name, (unsigned long long) f->io_size,
 192                                          (unsigned long long) new_end - f->file_offset);
 193                                 f->io_size = new_end - f->file_offset;
 194                         }
 195                 }
 196         }
 197
 198         return true;
 199 }
 200
 201 static bool zbd_verify_bs(void)
 202 {
 203         struct thread_data *td;
 204         struct fio_file *f;
 205         uint32_t zone_size;
 206         int i, j, k;
 207
 208         for_each_td(td, i) {
 209                 for_each_file(td, f, j) {
 210                         if (!f->zbd_info)
 211                                 continue;
 212                         zone_size = f->zbd_info->zone_size;
 213                         for (k = 0; k < ARRAY_SIZE(td->o.bs); k++) {
 214                                 if (td->o.verify != VERIFY_NONE &&
 215                                     zone_size % td->o.bs[k] != 0) {
 216                                         log_info("%s: block size %llu is not a divisor of the zone size %d\n",
 217                                                  f->file_name, td->o.bs[k],
 218                                                  zone_size);
 219                                         return false;
 220                                 }
 221                         }
 222                 }
 223         }
 224         return true;
 225 }
 226
 227 /*
 228  * Read zone information into @buf starting from sector @start_sector.
 229  * @fd is a file descriptor that refers to a block device and @bufsz is the
 230  * size of @buf.
 231  *
 232  * Returns 0 upon success and a negative error code upon failure.
 233  * If the zone report is empty, always assume an error (device problem) and
 234  * return -EIO.
 235  */
 236 static int read_zone_info(int fd, uint64_t start_sector,
 237                           void *buf, unsigned int bufsz)
 238 {
 239         struct blk_zone_report *hdr = buf;
 240         int ret;
 241
 242         if (bufsz < sizeof(*hdr))
 243                 return -EINVAL;
 244
 245         memset(hdr, 0, sizeof(*hdr));
 246
 247         hdr->nr_zones = (bufsz - sizeof(*hdr)) / sizeof(struct blk_zone);
 248         hdr->sector = start_sector;
 249         ret = ioctl(fd, BLKREPORTZONE, hdr);
 250         if (ret)
 251                 return -errno;
 252         if (!hdr->nr_zones)
 253                 return -EIO;
 254         return 0;
 255 }
 256
 257 /*
 258  * Read up to 255 characters from the first line of a file. Strip the trailing
 259  * newline.
 260  */
 261 static char *read_file(const char *path)
 262 {
 263         char line[256], *p = line;
 264         FILE *f;
 265
 266         f = fopen(path, "rb");
 267         if (!f)
 268                 return NULL;
 269         if (!fgets(line, sizeof(line), f))
 270                 line[0] = '\0';
 271         strsep(&p, "\n");
 272         fclose(f);
 273
 274         return strdup(line);
 275 }
 276
 277 static enum blk_zoned_model get_zbd_model(const char *file_name)
 278 {
 279         enum blk_zoned_model model = ZBD_DM_NONE;
 280         char *zoned_attr_path = NULL;
 281         char *model_str = NULL;
 282         struct stat statbuf;
 283         char *sys_devno_path = NULL;
 284         char *part_attr_path = NULL;
 285         char *part_str = NULL;
 286         char sys_path[PATH_MAX];
 287         ssize_t sz;
 288         char *delim = NULL;
 289
 290         if (stat(file_name, &statbuf) < 0)
 291                 goto out;
 292
 293         if (asprintf(&sys_devno_path, "/sys/dev/block/%d:%d",
 294                      major(statbuf.st_rdev), minor(statbuf.st_rdev)) < 0)
 295                 goto out;
 296
 297         sz = readlink(sys_devno_path, sys_path, sizeof(sys_path) - 1);
 298         if (sz < 0)
 299                 goto out;
 300         sys_path[sz] = '\0';
 301
 302         /*
 303          * If the device is a partition device, cut the device name in the
 304          * canonical sysfs path to obtain the sysfs path of the holder device.
 305          *   e.g.:  /sys/devices/.../sda/sda1 -> /sys/devices/.../sda
 306          */
 307         if (asprintf(&part_attr_path, "/sys/dev/block/%s/partition",
 308                      sys_path) < 0)
 309                 goto out;
 310         part_str = read_file(part_attr_path);
 311         if (part_str && *part_str == '1') {
 312                 delim = strrchr(sys_path, '/');
 313                 if (!delim)
 314                         goto out;
 315                 *delim = '\0';
 316         }
 317
 318         if (asprintf(&zoned_attr_path,
 319                      "/sys/dev/block/%s/queue/zoned", sys_path) < 0)
 320                 goto out;
 321
 322         model_str = read_file(zoned_attr_path);
 323         if (!model_str)
 324                 goto out;
 325         dprint(FD_ZBD, "%s: zbd model string: %s\n", file_name, model_str);
 326         if (strcmp(model_str, "host-aware") == 0)
 327                 model = ZBD_DM_HOST_AWARE;
 328         else if (strcmp(model_str, "host-managed") == 0)
 329                 model = ZBD_DM_HOST_MANAGED;
 330
 331 out:
 332         free(model_str);
 333         free(zoned_attr_path);
 334         free(part_str);
 335         free(part_attr_path);
 336         free(sys_devno_path);
 337         return model;
 338 }
 339
 340 static int ilog2(uint64_t i)
 341 {
 342         int log = -1;
 343
 344         while (i) {
 345                 i >>= 1;
 346                 log++;
 347         }
 348         return log;
 349 }
 350
 351 /*
 352  * Initialize f->zbd_info for devices that are not zoned block devices. This
 353  * allows to execute a ZBD workload against a non-ZBD device.
 354  */
 355 static int init_zone_info(struct thread_data *td, struct fio_file *f)
 356 {
 357         uint32_t nr_zones;
 358         struct fio_zone_info *p;
 359         uint64_t zone_size = td->o.zone_size;
 360         struct zoned_block_device_info *zbd_info = NULL;
 361         pthread_mutexattr_t attr;
 362         int i;
 363
 364         if (zone_size == 0) {
 365                 log_err("%s: Specifying the zone size is mandatory for regular block devices with --zonemode=zbd\n\n",
 366                         f->file_name);
 367                 return 1;
 368         }
 369
 370         if (zone_size < 512) {
 371                 log_err("%s: zone size must be at least 512 bytes for --zonemode=zbd\n\n",
 372                         f->file_name);
 373                 return 1;
 374         }
 375
 376         nr_zones = (f->real_file_size + zone_size - 1) / zone_size;
 377         zbd_info = scalloc(1, sizeof(*zbd_info) +
 378                            (nr_zones + 1) * sizeof(zbd_info->zone_info[0]));
 379         if (!zbd_info)
 380                 return -ENOMEM;
 381
 382         pthread_mutexattr_init(&attr);
 383         pthread_mutexattr_settype(&attr, PTHREAD_MUTEX_RECURSIVE);
 384         pthread_mutexattr_setpshared(&attr, true);
 385         pthread_mutex_init(&zbd_info->mutex, &attr);
 386         zbd_info->refcount = 1;
 387         p = &zbd_info->zone_info[0];
 388         for (i = 0; i < nr_zones; i++, p++) {
 389                 pthread_mutex_init(&p->mutex, &attr);
 390                 p->start = i * zone_size;
 391                 p->wp = p->start + zone_size;
 392                 p->type = BLK_ZONE_TYPE_SEQWRITE_REQ;
 393                 p->cond = BLK_ZONE_COND_EMPTY;
 394         }
 395         /* a sentinel */
 396         p->start = nr_zones * zone_size;
 397
 398         f->zbd_info = zbd_info;
 399         f->zbd_info->zone_size = zone_size;
 400         f->zbd_info->zone_size_log2 = is_power_of_2(zone_size) ?
 401                 ilog2(zone_size) : 0;
 402         f->zbd_info->nr_zones = nr_zones;
 403         pthread_mutexattr_destroy(&attr);
 404         return 0;
 405 }
 406
 407 /*
 408  * Parse the BLKREPORTZONE output and store it in f->zbd_info. Must be called
 409  * only for devices that support this ioctl, namely zoned block devices.
 410  */
 411 static int parse_zone_info(struct thread_data *td, struct fio_file *f)
 412 {
 413         const unsigned int bufsz = sizeof(struct blk_zone_report) +
 414                 4096 * sizeof(struct blk_zone);
 415         uint32_t nr_zones;
 416         struct blk_zone_report *hdr;
 417         const struct blk_zone *z;
 418         struct fio_zone_info *p;
 419         uint64_t zone_size, start_sector;
 420         struct zoned_block_device_info *zbd_info = NULL;
 421         pthread_mutexattr_t attr;
 422         void *buf;
 423         int fd, i, j, ret = 0;
 424
 425         pthread_mutexattr_init(&attr);
 426         pthread_mutexattr_settype(&attr, PTHREAD_MUTEX_RECURSIVE);
 427         pthread_mutexattr_setpshared(&attr, true);
 428
 429         buf = malloc(bufsz);
 430         if (!buf)
 431                 goto out;
 432
 433         fd = open(f->file_name, O_RDONLY | O_LARGEFILE);
 434         if (fd < 0) {
 435                 ret = -errno;
 436                 goto free;
 437         }
 438
 439         ret = read_zone_info(fd, 0, buf, bufsz);
 440         if (ret < 0) {
 441                 log_info("fio: BLKREPORTZONE(%lu) failed for %s (%d).\n",
 442                          0UL, f->file_name, -ret);
 443                 goto close;
 444         }
 445         hdr = buf;
 446         if (hdr->nr_zones < 1) {
 447                 log_info("fio: %s has invalid zone information.\n",
 448                          f->file_name);
 449                 goto close;
 450         }
 451         z = (void *)(hdr + 1);
 452         zone_size = z->len << 9;
 453         nr_zones = (f->real_file_size + zone_size - 1) / zone_size;
 454
 455         if (td->o.zone_size == 0) {
 456                 td->o.zone_size = zone_size;
 457         } else if (td->o.zone_size != zone_size) {
 458                 log_err("fio: %s job parameter zonesize %llu does not match disk zone size %llu.\n",
 459                         f->file_name, (unsigned long long) td->o.zone_size,
 460                         (unsigned long long) zone_size);
 461                 ret = -EINVAL;
 462                 goto close;
 463         }
 464
 465         dprint(FD_ZBD, "Device %s has %d zones of size %llu KB\n", f->file_name,
 466                nr_zones, (unsigned long long) zone_size / 1024);
 467
 468         zbd_info = scalloc(1, sizeof(*zbd_info) +
 469                            (nr_zones + 1) * sizeof(zbd_info->zone_info[0]));
 470         ret = -ENOMEM;
 471         if (!zbd_info)
 472                 goto close;
 473         pthread_mutex_init(&zbd_info->mutex, &attr);
 474         zbd_info->refcount = 1;
 475         p = &zbd_info->zone_info[0];
 476         for (start_sector = 0, j = 0; j < nr_zones;) {
 477                 z = (void *)(hdr + 1);
 478                 for (i = 0; i < hdr->nr_zones; i++, j++, z++, p++) {
 479                         pthread_mutex_init(&p->mutex, &attr);
 480                         p->start = z->start << 9;
 481                         switch (z->cond) {
 482                         case BLK_ZONE_COND_NOT_WP:
 483                         case BLK_ZONE_COND_FULL:
 484                                 p->wp = p->start + zone_size;
 485                                 break;
 486                         default:
 487                                 assert(z->start <= z->wp);
 488                                 assert(z->wp <= z->start + (zone_size >> 9));
 489                                 p->wp = z->wp << 9;
 490                                 break;
 491                         }
 492                         p->type = z->type;
 493                         p->cond = z->cond;
 494                         if (j > 0 && p->start != p[-1].start + zone_size) {
 495                                 log_info("%s: invalid zone data\n",
 496                                          f->file_name);
 497                                 ret = -EINVAL;
 498                                 goto close;
 499                         }
 500                 }
 501                 z--;
 502                 start_sector = z->start + z->len;
 503                 if (j >= nr_zones)
 504                         break;
 505                 ret = read_zone_info(fd, start_sector, buf, bufsz);
 506                 if (ret < 0) {
 507                         log_info("fio: BLKREPORTZONE(%llu) failed for %s (%d).\n",
 508                                  (unsigned long long) start_sector, f->file_name, -ret);
 509                         goto close;
 510                 }
 511         }
 512         /* a sentinel */
 513         zbd_info->zone_info[nr_zones].start = start_sector << 9;
 514
 515         f->zbd_info = zbd_info;
 516         f->zbd_info->zone_size = zone_size;
 517         f->zbd_info->zone_size_log2 = is_power_of_2(zone_size) ?
 518                 ilog2(zone_size) : 0;
 519         f->zbd_info->nr_zones = nr_zones;
 520         zbd_info = NULL;
 521         ret = 0;
 522
 523 close:
 524         sfree(zbd_info);
 525         close(fd);
 526 free:
 527         free(buf);
 528 out:
 529         pthread_mutexattr_destroy(&attr);
 530         return ret;
 531 }
 532
 533 /*
 534  * Allocate zone information and store it into f->zbd_info if zonemode=zbd.
 535  *
 536  * Returns 0 upon success and a negative error code upon failure.
 537  */
 538 static int zbd_create_zone_info(struct thread_data *td, struct fio_file *f)
 539 {
 540         enum blk_zoned_model zbd_model;
 541         int ret = 0;
 542
 543         assert(td->o.zone_mode == ZONE_MODE_ZBD);
 544
 545         zbd_model = get_zbd_model(f->file_name);
 546         switch (zbd_model) {
 547         case ZBD_DM_HOST_AWARE:
 548         case ZBD_DM_HOST_MANAGED:
 549                 ret = parse_zone_info(td, f);
 550                 break;
 551         case ZBD_DM_NONE:
 552                 ret = init_zone_info(td, f);
 553                 break;
 554         }
 555         if (ret == 0)
 556                 f->zbd_info->model = zbd_model;
 557         return ret;
 558 }
 559
 560 void zbd_free_zone_info(struct fio_file *f)
 561 {
 562         uint32_t refcount;
 563
 564         if (!f->zbd_info)
 565                 return;
 566
 567         pthread_mutex_lock(&f->zbd_info->mutex);
 568         refcount = --f->zbd_info->refcount;
 569         pthread_mutex_unlock(&f->zbd_info->mutex);
 570
 571         assert((int32_t)refcount >= 0);
 572         if (refcount == 0)
 573                 sfree(f->zbd_info);
 574         f->zbd_info = NULL;
 575 }
 576
 577 /*
 578  * Initialize f->zbd_info.
 579  *
 580  * Returns 0 upon success and a negative error code upon failure.
 581  *
 582  * Note: this function can only work correctly if it is called before the first
 583  * fio fork() call.
 584  */
 585 static int zbd_init_zone_info(struct thread_data *td, struct fio_file *file)
 586 {
 587         struct thread_data *td2;
 588         struct fio_file *f2;
 589         int i, j, ret;
 590
 591         for_each_td(td2, i) {
 592                 for_each_file(td2, f2, j) {
 593                         if (td2 == td && f2 == file)
 594                                 continue;
 595                         if (!f2->zbd_info ||
 596                             strcmp(f2->file_name, file->file_name) != 0)
 597                                 continue;
 598                         file->zbd_info = f2->zbd_info;
 599                         file->zbd_info->refcount++;
 600                         return 0;
 601                 }
 602         }
 603
 604         ret = zbd_create_zone_info(td, file);
 605         if (ret < 0)
 606                 td_verror(td, -ret, "zbd_create_zone_info() failed");
 607         return ret;
 608 }
 609
 610 int zbd_init(struct thread_data *td)
 611 {
 612         struct fio_file *f;
 613         int i;
 614
 615         for_each_file(td, f, i) {
 616                 if (f->filetype != FIO_TYPE_BLOCK)
 617                         continue;
 618                 if (zbd_init_zone_info(td, f))
 619                         return 1;
 620         }
 621
 622         if (!zbd_using_direct_io()) {
 623                 log_err("Using direct I/O is mandatory for writing to ZBD drives\n\n");
 624                 return 1;
 625         }
 626
 627         if (!zbd_verify_sizes())
 628                 return 1;
 629
 630         if (!zbd_verify_bs())
 631                 return 1;
 632
 633         return 0;
 634 }
 635
 636 /**
 637  * zbd_reset_range - reset zones for a range of sectors
 638  * @td: FIO thread data.
 639  * @f: Fio file for which to reset zones
 640  * @sector: Starting sector in units of 512 bytes
 641  * @nr_sectors: Number of sectors in units of 512 bytes
 642  *
 643  * Returns 0 upon success and a negative error code upon failure.
 644  */
 645 static int zbd_reset_range(struct thread_data *td, const struct fio_file *f,
 646                            uint64_t offset, uint64_t length)
 647 {
 648         struct blk_zone_range zr = {
 649                 .sector         = offset >> 9,
 650                 .nr_sectors     = length >> 9,
 651         };
 652         uint32_t zone_idx_b, zone_idx_e;
 653         struct fio_zone_info *zb, *ze, *z;
 654         int ret = 0;
 655
 656         assert(f->fd != -1);
 657         assert(is_valid_offset(f, offset + length - 1));
 658         switch (f->zbd_info->model) {
 659         case ZBD_DM_HOST_AWARE:
 660         case ZBD_DM_HOST_MANAGED:
 661                 ret = ioctl(f->fd, BLKRESETZONE, &zr);
 662                 if (ret < 0) {
 663                         td_verror(td, errno, "resetting wp failed");
 664                         log_err("%s: resetting wp for %llu sectors at sector %llu failed (%d).\n",
 665                                 f->file_name, zr.nr_sectors, zr.sector, errno);
 666                         return ret;
 667                 }
 668                 break;
 669         case ZBD_DM_NONE:
 670                 break;
 671         }
 672
 673         zone_idx_b = zbd_zone_idx(f, offset);
 674         zb = &f->zbd_info->zone_info[zone_idx_b];
 675         zone_idx_e = zbd_zone_idx(f, offset + length);
 676         ze = &f->zbd_info->zone_info[zone_idx_e];
 677         for (z = zb; z < ze; z++) {
 678                 pthread_mutex_lock(&z->mutex);
 679                 pthread_mutex_lock(&f->zbd_info->mutex);
 680                 f->zbd_info->sectors_with_data -= z->wp - z->start;
 681                 pthread_mutex_unlock(&f->zbd_info->mutex);
 682                 z->wp = z->start;
 683                 z->verify_block = 0;
 684                 pthread_mutex_unlock(&z->mutex);
 685         }
 686
 687         td->ts.nr_zone_resets += ze - zb;
 688
 689         return ret;
 690 }
 691
 692 static unsigned int zbd_zone_nr(struct zoned_block_device_info *zbd_info,
 693                                 struct fio_zone_info *zone)
 694 {
 695         return zone - zbd_info->zone_info;
 696 }
 697
 698 /**
 699  * zbd_reset_zone - reset the write pointer of a single zone
 700  * @td: FIO thread data.
 701  * @f: FIO file associated with the disk for which to reset a write pointer.
 702  * @z: Zone to reset.
 703  *
 704  * Returns 0 upon success and a negative error code upon failure.
 705  */
 706 static int zbd_reset_zone(struct thread_data *td, const struct fio_file *f,
 707                           struct fio_zone_info *z)
 708 {
 709         dprint(FD_ZBD, "%s: resetting wp of zone %u.\n", f->file_name,
 710                 zbd_zone_nr(f->zbd_info, z));
 711
 712         return zbd_reset_range(td, f, z->start, (z+1)->start - z->start);
 713 }
 714
 715 /*
 716  * Reset a range of zones. Returns 0 upon success and 1 upon failure.
 717  * @td: fio thread data.
 718  * @f: fio file for which to reset zones
 719  * @zb: first zone to reset.
 720  * @ze: first zone not to reset.
 721  * @all_zones: whether to reset all zones or only those zones for which the
 722  *      write pointer is not a multiple of td->o.min_bs[DDIR_WRITE].
 723  */
 724 static int zbd_reset_zones(struct thread_data *td, struct fio_file *f,
 725                            struct fio_zone_info *const zb,
 726                            struct fio_zone_info *const ze, bool all_zones)
 727 {
 728         struct fio_zone_info *z;
 729         const uint32_t min_bs = td->o.min_bs[DDIR_WRITE];
 730         bool reset_wp;
 731         int res = 0;
 732
 733         dprint(FD_ZBD, "%s: examining zones %u .. %u\n", f->file_name,
 734                 zbd_zone_nr(f->zbd_info, zb), zbd_zone_nr(f->zbd_info, ze));
 735         assert(f->fd != -1);
 736         for (z = zb; z < ze; z++) {
 737                 if (z->type != BLK_ZONE_TYPE_SEQWRITE_REQ)
 738                         continue;
 739                 zone_lock(td, z);
 740                 reset_wp = all_zones ? z->wp != z->start :
 741                                 (td->o.td_ddir & TD_DDIR_WRITE) &&
 742                                 z->wp % min_bs != 0;
 743                 if (reset_wp) {
 744                         dprint(FD_ZBD, "%s: resetting zone %u\n",
 745                                f->file_name,
 746                                zbd_zone_nr(f->zbd_info, z));
 747                         if (zbd_reset_zone(td, f, z) < 0)
 748                                 res = 1;
 749                 }
 750                 pthread_mutex_unlock(&z->mutex);
 751         }
 752
 753         return res;
 754 }
 755
 756 /*
 757  * Reset zbd_info.write_cnt, the counter that counts down towards the next
 758  * zone reset.
 759  */
 760 static void zbd_reset_write_cnt(const struct thread_data *td,
 761                                 const struct fio_file *f)
 762 {
 763         assert(0 <= td->o.zrf.u.f && td->o.zrf.u.f <= 1);
 764
 765         pthread_mutex_lock(&f->zbd_info->mutex);
 766         f->zbd_info->write_cnt = td->o.zrf.u.f ?
 767                 min(1.0 / td->o.zrf.u.f, 0.0 + UINT_MAX) : UINT_MAX;
 768         pthread_mutex_unlock(&f->zbd_info->mutex);
 769 }
 770
 771 static bool zbd_dec_and_reset_write_cnt(const struct thread_data *td,
 772                                         const struct fio_file *f)
 773 {
 774         uint32_t write_cnt = 0;
 775
 776         pthread_mutex_lock(&f->zbd_info->mutex);
 777         assert(f->zbd_info->write_cnt);
 778         if (f->zbd_info->write_cnt)
 779                 write_cnt = --f->zbd_info->write_cnt;
 780         if (write_cnt == 0)
 781                 zbd_reset_write_cnt(td, f);
 782         pthread_mutex_unlock(&f->zbd_info->mutex);
 783
 784         return write_cnt == 0;
 785 }
 786
 787 enum swd_action {
 788         CHECK_SWD,
 789         SET_SWD,
 790 };
 791
 792 /* Calculate the number of sectors with data (swd) and perform action 'a' */
 793 static uint64_t zbd_process_swd(const struct fio_file *f, enum swd_action a)
 794 {
 795         struct fio_zone_info *zb, *ze, *z;
 796         uint64_t swd = 0;
 797
 798         zb = &f->zbd_info->zone_info[zbd_zone_idx(f, f->file_offset)];
 799         ze = &f->zbd_info->zone_info[zbd_zone_idx(f, f->file_offset +
 800                                                   f->io_size)];
 801         for (z = zb; z < ze; z++) {
 802                 pthread_mutex_lock(&z->mutex);
 803                 swd += z->wp - z->start;
 804         }
 805         pthread_mutex_lock(&f->zbd_info->mutex);
 806         switch (a) {
 807         case CHECK_SWD:
 808                 assert(f->zbd_info->sectors_with_data == swd);
 809                 break;
 810         case SET_SWD:
 811                 f->zbd_info->sectors_with_data = swd;
 812                 break;
 813         }
 814         pthread_mutex_unlock(&f->zbd_info->mutex);
 815         for (z = zb; z < ze; z++)
 816                 pthread_mutex_unlock(&z->mutex);
 817
 818         return swd;
 819 }
 820
 821 /*
 822  * The swd check is useful for debugging but takes too much time to leave
 823  * it enabled all the time. Hence it is disabled by default.
 824  */
 825 static const bool enable_check_swd = false;
 826
 827 /* Check whether the value of zbd_info.sectors_with_data is correct. */
 828 static void zbd_check_swd(const struct fio_file *f)
 829 {
 830         if (!enable_check_swd)
 831                 return;
 832
 833         zbd_process_swd(f, CHECK_SWD);
 834 }
 835
 836 static void zbd_init_swd(struct fio_file *f)
 837 {
 838         uint64_t swd;
 839
 840         if (!enable_check_swd)
 841                 return;
 842
 843         swd = zbd_process_swd(f, SET_SWD);
 844         dprint(FD_ZBD, "%s(%s): swd = %" PRIu64 "\n", __func__, f->file_name,
 845                swd);
 846 }
 847
 848 void zbd_file_reset(struct thread_data *td, struct fio_file *f)
 849 {
 850         struct fio_zone_info *zb, *ze;
 851         uint32_t zone_idx_e;
 852
 853         if (!f->zbd_info)
 854                 return;
 855
 856         zb = &f->zbd_info->zone_info[zbd_zone_idx(f, f->file_offset)];
 857         zone_idx_e = zbd_zone_idx(f, f->file_offset + f->io_size);
 858         ze = &f->zbd_info->zone_info[zone_idx_e];
 859         zbd_init_swd(f);
 860         /*
 861          * If data verification is enabled reset the affected zones before
 862          * writing any data to avoid that a zone reset has to be issued while
 863          * writing data, which causes data loss.
 864          */
 865         zbd_reset_zones(td, f, zb, ze, td->o.verify != VERIFY_NONE &&
 866                         (td->o.td_ddir & TD_DDIR_WRITE) &&
 867                         td->runstate != TD_VERIFYING);
 868         zbd_reset_write_cnt(td, f);
 869 }
 870
 871 /* The caller must hold f->zbd_info->mutex. */
 872 static bool is_zone_open(const struct thread_data *td, const struct fio_file *f,
 873                          unsigned int zone_idx)
 874 {
 875         struct zoned_block_device_info *zbdi = f->zbd_info;
 876         int i;
 877
 878         assert(td->o.max_open_zones <= ARRAY_SIZE(zbdi->open_zones));
 879         assert(zbdi->num_open_zones <= td->o.max_open_zones);
 880
 881         for (i = 0; i < zbdi->num_open_zones; i++)
 882                 if (zbdi->open_zones[i] == zone_idx)
 883                         return true;
 884
 885         return false;
 886 }
 887
 888 /*
 889  * Open a ZBD zone if it was not yet open. Returns true if either the zone was
 890  * already open or if opening a new zone is allowed. Returns false if the zone
 891  * was not yet open and opening a new zone would cause the zone limit to be
 892  * exceeded.
 893  */
 894 static bool zbd_open_zone(struct thread_data *td, const struct io_u *io_u,
 895                           uint32_t zone_idx)
 896 {
 897         const uint32_t min_bs = td->o.min_bs[DDIR_WRITE];
 898         const struct fio_file *f = io_u->file;
 899         struct fio_zone_info *z = &f->zbd_info->zone_info[zone_idx];
 900         bool res = true;
 901
 902         if (z->cond == BLK_ZONE_COND_OFFLINE)
 903                 return false;
 904
 905         /*
 906          * Skip full zones with data verification enabled because resetting a
 907          * zone causes data loss and hence causes verification to fail.
 908          */
 909         if (td->o.verify != VERIFY_NONE && zbd_zone_full(f, z, min_bs))
 910                 return false;
 911
 912         /* Zero means no limit */
 913         if (!td->o.max_open_zones)
 914                 return true;
 915
 916         pthread_mutex_lock(&f->zbd_info->mutex);
 917         if (is_zone_open(td, f, zone_idx))
 918                 goto out;
 919         res = false;
 920         if (f->zbd_info->num_open_zones >= td->o.max_open_zones)
 921                 goto out;
 922         dprint(FD_ZBD, "%s: opening zone %d\n", f->file_name, zone_idx);
 923         f->zbd_info->open_zones[f->zbd_info->num_open_zones++] = zone_idx;
 924         z->open = 1;
 925         res = true;
 926
 927 out:
 928         pthread_mutex_unlock(&f->zbd_info->mutex);
 929         return res;
 930 }
 931
 932 /* The caller must hold f->zbd_info->mutex */
 933 static void zbd_close_zone(struct thread_data *td, const struct fio_file *f,
 934                            unsigned int open_zone_idx)
 935 {
 936         uint32_t zone_idx;
 937
 938         assert(open_zone_idx < f->zbd_info->num_open_zones);
 939         zone_idx = f->zbd_info->open_zones[open_zone_idx];
 940         memmove(f->zbd_info->open_zones + open_zone_idx,
 941                 f->zbd_info->open_zones + open_zone_idx + 1,
 942                 (FIO_MAX_OPEN_ZBD_ZONES - (open_zone_idx + 1)) *
 943                 sizeof(f->zbd_info->open_zones[0]));
 944         f->zbd_info->num_open_zones--;
 945         f->zbd_info->zone_info[zone_idx].open = 0;
 946 }
 947
 948 /* Anything goes as long as it is not a constant. */
 949 static uint32_t pick_random_zone_idx(const struct fio_file *f,
 950                                      const struct io_u *io_u)
 951 {
 952         return io_u->offset * f->zbd_info->num_open_zones / f->real_file_size;
 953 }
 954
 955 /*
 956  * Modify the offset of an I/O unit that does not refer to an open zone such
 957  * that it refers to an open zone. Close an open zone and open a new zone if
 958  * necessary. This algorithm can only work correctly if all write pointers are
 959  * a multiple of the fio block size. The caller must neither hold z->mutex
 960  * nor f->zbd_info->mutex. Returns with z->mutex held upon success.
 961  */
 962 static struct fio_zone_info *zbd_convert_to_open_zone(struct thread_data *td,
 963                                                       struct io_u *io_u)
 964 {
 965         const uint32_t min_bs = td->o.min_bs[io_u->ddir];
 966         const struct fio_file *f = io_u->file;
 967         struct fio_zone_info *z;
 968         unsigned int open_zone_idx = -1;
 969         uint32_t zone_idx, new_zone_idx;
 970         int i;
 971
 972         assert(is_valid_offset(f, io_u->offset));
 973
 974         if (td->o.max_open_zones) {
 975                 /*
 976                  * This statement accesses f->zbd_info->open_zones[] on purpose
 977                  * without locking.
 978                  */
 979                 zone_idx = f->zbd_info->open_zones[pick_random_zone_idx(f, io_u)];
 980         } else {
 981                 zone_idx = zbd_zone_idx(f, io_u->offset);
 982         }
 983         dprint(FD_ZBD, "%s(%s): starting from zone %d (offset %lld, buflen %lld)\n",
 984                __func__, f->file_name, zone_idx, io_u->offset, io_u->buflen);
 985
 986         /*
 987          * Since z->mutex is the outer lock and f->zbd_info->mutex the inner
 988          * lock it can happen that the state of the zone with index zone_idx
 989          * has changed after 'z' has been assigned and before f->zbd_info->mutex
 990          * has been obtained. Hence the loop.
 991          */
 992         for (;;) {
 993                 uint32_t tmp_idx;
 994
 995                 z = &f->zbd_info->zone_info[zone_idx];
 996
 997                 zone_lock(td, z);
 998                 pthread_mutex_lock(&f->zbd_info->mutex);
 999                 if (td->o.max_open_zones == 0)
1000                         goto examine_zone;
1001                 if (f->zbd_info->num_open_zones == 0) {
1002                         pthread_mutex_unlock(&f->zbd_info->mutex);
1003                         pthread_mutex_unlock(&z->mutex);
1004                         dprint(FD_ZBD, "%s(%s): no zones are open\n",
1005                                __func__, f->file_name);
1006                         return NULL;
1007                 }
1008
1009                 /*
1010                  * List of opened zones is per-device, shared across all threads.
1011                  * Start with quasi-random candidate zone.
1012                  * Ignore zones which don't belong to thread's offset/size area.
1013                  */
1014                 open_zone_idx = pick_random_zone_idx(f, io_u);
1015                 assert(open_zone_idx < f->zbd_info->num_open_zones);
1016                 tmp_idx = open_zone_idx;
1017                 for (i = 0; i < f->zbd_info->num_open_zones; i++) {
1018                         uint32_t tmpz;
1019
1020                         if (tmp_idx >= f->zbd_info->num_open_zones)
1021                                 tmp_idx = 0;
1022                         tmpz = f->zbd_info->open_zones[tmp_idx];
1023
1024                         if (is_valid_offset(f, f->zbd_info->zone_info[tmpz].start)) {
1025                                 open_zone_idx = tmp_idx;
1026                                 goto found_candidate_zone;
1027                         }
1028
1029                         tmp_idx++;
1030                 }
1031
1032                 dprint(FD_ZBD, "%s(%s): no candidate zone\n",
1033                         __func__, f->file_name);
1034                 return NULL;
1035
1036 found_candidate_zone:
1037                 new_zone_idx = f->zbd_info->open_zones[open_zone_idx];
1038                 if (new_zone_idx == zone_idx)
1039                         break;
1040                 zone_idx = new_zone_idx;
1041                 pthread_mutex_unlock(&f->zbd_info->mutex);
1042                 pthread_mutex_unlock(&z->mutex);
1043         }
1044
1045         /* Both z->mutex and f->zbd_info->mutex are held. */
1046
1047 examine_zone:
1048         if (z->wp + min_bs <= (z+1)->start) {
1049                 pthread_mutex_unlock(&f->zbd_info->mutex);
1050                 goto out;
1051         }
1052         dprint(FD_ZBD, "%s(%s): closing zone %d\n", __func__, f->file_name,
1053                zone_idx);
1054         if (td->o.max_open_zones)
1055                 zbd_close_zone(td, f, open_zone_idx);
1056         pthread_mutex_unlock(&f->zbd_info->mutex);
1057
1058         /* Only z->mutex is held. */
1059
1060         /* Zone 'z' is full, so try to open a new zone. */
1061         for (i = f->io_size / f->zbd_info->zone_size; i > 0; i--) {
1062                 zone_idx++;
1063                 pthread_mutex_unlock(&z->mutex);
1064                 z++;
1065                 if (!is_valid_offset(f, z->start)) {
1066                         /* Wrap-around. */
1067                         zone_idx = zbd_zone_idx(f, f->file_offset);
1068                         z = &f->zbd_info->zone_info[zone_idx];
1069                 }
1070                 assert(is_valid_offset(f, z->start));
1071                 zone_lock(td, z);
1072                 if (z->open)
1073                         continue;
1074                 if (zbd_open_zone(td, io_u, zone_idx))
1075                         goto out;
1076         }
1077
1078         /* Only z->mutex is held. */
1079
1080         /* Check whether the write fits in any of the already opened zones. */
1081         pthread_mutex_lock(&f->zbd_info->mutex);
1082         for (i = 0; i < f->zbd_info->num_open_zones; i++) {
1083                 zone_idx = f->zbd_info->open_zones[i];
1084                 pthread_mutex_unlock(&f->zbd_info->mutex);
1085                 pthread_mutex_unlock(&z->mutex);
1086
1087                 z = &f->zbd_info->zone_info[zone_idx];
1088
1089                 zone_lock(td, z);
1090                 if (z->wp + min_bs <= (z+1)->start)
1091                         goto out;
1092                 pthread_mutex_lock(&f->zbd_info->mutex);
1093         }
1094         pthread_mutex_unlock(&f->zbd_info->mutex);
1095         pthread_mutex_unlock(&z->mutex);
1096         dprint(FD_ZBD, "%s(%s): did not open another zone\n", __func__,
1097                f->file_name);
1098         return NULL;
1099
1100 out:
1101         dprint(FD_ZBD, "%s(%s): returning zone %d\n", __func__, f->file_name,
1102                zone_idx);
1103         io_u->offset = z->start;
1104         return z;
1105 }
1106
1107 /* The caller must hold z->mutex. */
1108 static struct fio_zone_info *zbd_replay_write_order(struct thread_data *td,
1109                                                     struct io_u *io_u,
1110                                                     struct fio_zone_info *z)
1111 {
1112         const struct fio_file *f = io_u->file;
1113         const uint32_t min_bs = td->o.min_bs[DDIR_WRITE];
1114
1115         if (!zbd_open_zone(td, io_u, z - f->zbd_info->zone_info)) {
1116                 pthread_mutex_unlock(&z->mutex);
1117                 z = zbd_convert_to_open_zone(td, io_u);
1118                 assert(z);
1119         }
1120
1121         if (z->verify_block * min_bs >= f->zbd_info->zone_size)
1122                 log_err("%s: %d * %d >= %llu\n", f->file_name, z->verify_block,
1123                         min_bs, (unsigned long long) f->zbd_info->zone_size);
1124         io_u->offset = z->start + z->verify_block++ * min_bs;
1125         return z;
1126 }
1127
1128 /*
1129  * Find another zone for which @io_u fits below the write pointer. Start
1130  * searching in zones @zb + 1 .. @zl and continue searching in zones
1131  * @zf .. @zb - 1.
1132  *
1133  * Either returns NULL or returns a zone pointer and holds the mutex for that
1134  * zone.
1135  */
1136 static struct fio_zone_info *
1137 zbd_find_zone(struct thread_data *td, struct io_u *io_u,
1138               struct fio_zone_info *zb, struct fio_zone_info *zl)
1139 {
1140         const uint32_t min_bs = td->o.min_bs[io_u->ddir];
1141         const struct fio_file *f = io_u->file;
1142         struct fio_zone_info *z1, *z2;
1143         const struct fio_zone_info *const zf =
1144                 &f->zbd_info->zone_info[zbd_zone_idx(f, f->file_offset)];
1145
1146         /*
1147          * Skip to the next non-empty zone in case of sequential I/O and to
1148          * the nearest non-empty zone in case of random I/O.
1149          */
1150         for (z1 = zb + 1, z2 = zb - 1; z1 < zl || z2 >= zf; z1++, z2--) {
1151                 if (z1 < zl && z1->cond != BLK_ZONE_COND_OFFLINE) {
1152                         pthread_mutex_lock(&z1->mutex);
1153                         if (z1->start + min_bs <= z1->wp)
1154                                 return z1;
1155                         pthread_mutex_unlock(&z1->mutex);
1156                 } else if (!td_random(td)) {
1157                         break;
1158                 }
1159                 if (td_random(td) && z2 >= zf &&
1160                     z2->cond != BLK_ZONE_COND_OFFLINE) {
1161                         pthread_mutex_lock(&z2->mutex);
1162                         if (z2->start + min_bs <= z2->wp)
1163                                 return z2;
1164                         pthread_mutex_unlock(&z2->mutex);
1165                 }
1166         }
1167         dprint(FD_ZBD, "%s: adjusting random read offset failed\n",
1168                f->file_name);
1169         return NULL;
1170 }
1171
1172 /**
1173  * zbd_queue_io - update the write pointer of a sequential zone
1174  * @io_u: I/O unit
1175  * @success: Whether or not the I/O unit has been queued successfully
1176  * @q: queueing status (busy, completed or queued).
1177  *
1178  * For write and trim operations, update the write pointer of the I/O unit
1179  * target zone.
1180  */
1181 static void zbd_queue_io(struct io_u *io_u, int q, bool success)
1182 {
1183         const struct fio_file *f = io_u->file;
1184         struct zoned_block_device_info *zbd_info = f->zbd_info;
1185         struct fio_zone_info *z;
1186         uint32_t zone_idx;
1187         uint64_t zone_end;
1188
1189         if (!zbd_info)
1190                 return;
1191
1192         zone_idx = zbd_zone_idx(f, io_u->offset);
1193         assert(zone_idx < zbd_info->nr_zones);
1194         z = &zbd_info->zone_info[zone_idx];
1195
1196         if (z->type != BLK_ZONE_TYPE_SEQWRITE_REQ)
1197                 return;
1198
1199         if (!success)
1200                 goto unlock;
1201
1202         dprint(FD_ZBD,
1203                "%s: queued I/O (%lld, %llu) for zone %u\n",
1204                f->file_name, io_u->offset, io_u->buflen, zone_idx);
1205
1206         switch (io_u->ddir) {
1207         case DDIR_WRITE:
1208                 zone_end = min((uint64_t)(io_u->offset + io_u->buflen),
1209                                (z + 1)->start);
1210                 pthread_mutex_lock(&zbd_info->mutex);
1211                 /*
1212                  * z->wp > zone_end means that one or more I/O errors
1213                  * have occurred.
1214                  */
1215                 if (z->wp <= zone_end)
1216                         zbd_info->sectors_with_data += zone_end - z->wp;
1217                 pthread_mutex_unlock(&zbd_info->mutex);
1218                 z->wp = zone_end;
1219                 break;
1220         case DDIR_TRIM:
1221                 assert(z->wp == z->start);
1222                 break;
1223         default:
1224                 break;
1225         }
1226
1227 unlock:
1228         if (!success || q != FIO_Q_QUEUED) {
1229                 /* BUSY or COMPLETED: unlock the zone */
1230                 pthread_mutex_unlock(&z->mutex);
1231                 io_u->zbd_put_io = NULL;
1232         }
1233 }
1234
1235 /**
1236  * zbd_put_io - Unlock an I/O unit target zone lock
1237  * @io_u: I/O unit
1238  */
1239 static void zbd_put_io(const struct io_u *io_u)
1240 {
1241         const struct fio_file *f = io_u->file;
1242         struct zoned_block_device_info *zbd_info = f->zbd_info;
1243         struct fio_zone_info *z;
1244         uint32_t zone_idx;
1245
1246         if (!zbd_info)
1247                 return;
1248
1249         zone_idx = zbd_zone_idx(f, io_u->offset);
1250         assert(zone_idx < zbd_info->nr_zones);
1251         z = &zbd_info->zone_info[zone_idx];
1252
1253         if (z->type != BLK_ZONE_TYPE_SEQWRITE_REQ)
1254                 return;
1255
1256         dprint(FD_ZBD,
1257                "%s: terminate I/O (%lld, %llu) for zone %u\n",
1258                f->file_name, io_u->offset, io_u->buflen, zone_idx);
1259
1260         assert(pthread_mutex_unlock(&z->mutex) == 0);
1261         zbd_check_swd(f);
1262 }
1263
1264 bool zbd_unaligned_write(int error_code)
1265 {
1266         switch (error_code) {
1267         case EIO:
1268         case EREMOTEIO:
1269                 return true;
1270         }
1271         return false;
1272 }
1273
1274 /**
1275  * setup_zbd_zone_mode - handle zoneskip as necessary for ZBD drives
1276  * @td: FIO thread data.
1277  * @io_u: FIO I/O unit.
1278  *
1279  * For sequential workloads, change the file offset to skip zoneskip bytes when
1280  * no more IO can be performed in the current zone.
1281  * - For read workloads, zoneskip is applied when the io has reached the end of
1282  *   the zone or the zone write position (when td->o.read_beyond_wp is false).
1283  * - For write workloads, zoneskip is applied when the zone is full.
1284  * This applies only to read and write operations.
1285  */
1286 void setup_zbd_zone_mode(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
1287 {
1288         struct fio_file *f = io_u->file;
1289         enum fio_ddir ddir = io_u->ddir;
1290         struct fio_zone_info *z;
1291         uint32_t zone_idx;
1292
1293         assert(td->o.zone_mode == ZONE_MODE_ZBD);
1294         assert(td->o.zone_size);
1295
1296         /*
1297          * zone_skip is valid only for sequential workloads.
1298          */
1299         if (td_random(td) || !td->o.zone_skip)
1300                 return;
1301
1302         /*
1303          * It is time to switch to a new zone if:
1304          * - zone_bytes == zone_size bytes have already been accessed
1305          * - The last position reached the end of the current zone.
1306          * - For reads with td->o.read_beyond_wp == false, the last position
1307          *   reached the zone write pointer.
1308          */
1309         zone_idx = zbd_zone_idx(f, f->last_pos[ddir]);
1310         z = &f->zbd_info->zone_info[zone_idx];
1311
1312         if (td->zone_bytes >= td->o.zone_size ||
1313             f->last_pos[ddir] >= (z+1)->start ||
1314             (ddir == DDIR_READ &&
1315              (!td->o.read_beyond_wp) && f->last_pos[ddir] >= z->wp)) {
1316                 /*
1317                  * Skip zones.
1318                  */
1319                 td->zone_bytes = 0;
1320                 f->file_offset += td->o.zone_size + td->o.zone_skip;
1321
1322                 /*
1323                  * Wrap from the beginning, if we exceed the file size
1324                  */
1325                 if (f->file_offset >= f->real_file_size)
1326                         f->file_offset = get_start_offset(td, f);
1327
1328                 f->last_pos[ddir] = f->file_offset;
1329                 td->io_skip_bytes += td->o.zone_skip;
1330         }
1331 }
1332
1333 /**
1334  * zbd_adjust_block - adjust the offset and length as necessary for ZBD drives
1335  * @td: FIO thread data.
1336  * @io_u: FIO I/O unit.
1337  *
1338  * Locking strategy: returns with z->mutex locked if and only if z refers
1339  * to a sequential zone and if io_u_accept is returned. z is the zone that
1340  * corresponds to io_u->offset at the end of this function.
1341  */
1342 enum io_u_action zbd_adjust_block(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
1343 {
1344         const struct fio_file *f = io_u->file;
1345         uint32_t zone_idx_b;
1346         struct fio_zone_info *zb, *zl, *orig_zb;
1347         uint32_t orig_len = io_u->buflen;
1348         uint32_t min_bs = td->o.min_bs[io_u->ddir];
1349         uint64_t new_len;
1350         int64_t range;
1351
1352         if (!f->zbd_info)
1353                 return io_u_accept;
1354
1355         assert(is_valid_offset(f, io_u->offset));
1356         assert(io_u->buflen);
1357         zone_idx_b = zbd_zone_idx(f, io_u->offset);
1358         zb = &f->zbd_info->zone_info[zone_idx_b];
1359         orig_zb = zb;
1360
1361         /* Accept the I/O offset for conventional zones. */
1362         if (zb->type == BLK_ZONE_TYPE_CONVENTIONAL)
1363                 return io_u_accept;
1364
1365         /*
1366          * Accept the I/O offset for reads if reading beyond the write pointer
1367          * is enabled.
1368          */
1369         if (zb->cond != BLK_ZONE_COND_OFFLINE &&
1370             io_u->ddir == DDIR_READ && td->o.read_beyond_wp)
1371                 return io_u_accept;
1372
1373         zbd_check_swd(f);
1374
1375         zone_lock(td, zb);
1376
1377         switch (io_u->ddir) {
1378         case DDIR_READ:
1379                 if (td->runstate == TD_VERIFYING) {
1380                         zb = zbd_replay_write_order(td, io_u, zb);
1381                         goto accept;
1382                 }
1383                 /*
1384                  * Check that there is enough written data in the zone to do an
1385                  * I/O of at least min_bs B. If there isn't, find a new zone for
1386                  * the I/O.
1387                  */
1388                 range = zb->cond != BLK_ZONE_COND_OFFLINE ?
1389                         zb->wp - zb->start : 0;
1390                 if (range < min_bs ||
1391                     ((!td_random(td)) && (io_u->offset + min_bs > zb->wp))) {
1392                         pthread_mutex_unlock(&zb->mutex);
1393                         zl = &f->zbd_info->zone_info[zbd_zone_idx(f,
1394                                                 f->file_offset + f->io_size)];
1395                         zb = zbd_find_zone(td, io_u, zb, zl);
1396                         if (!zb) {
1397                                 dprint(FD_ZBD,
1398                                        "%s: zbd_find_zone(%lld, %llu) failed\n",
1399                                        f->file_name, io_u->offset,
1400                                        io_u->buflen);
1401                                 goto eof;
1402                         }
1403                         /*
1404                          * zbd_find_zone() returned a zone with a range of at
1405                          * least min_bs.
1406                          */
1407                         range = zb->wp - zb->start;
1408                         assert(range >= min_bs);
1409
1410                         if (!td_random(td))
1411                                 io_u->offset = zb->start;
1412                 }
1413                 /*
1414                  * Make sure the I/O is within the zone valid data range while
1415                  * maximizing the I/O size and preserving randomness.
1416                  */
1417                 if (range <= io_u->buflen)
1418                         io_u->offset = zb->start;
1419                 else if (td_random(td))
1420                         io_u->offset = zb->start +
1421                                 ((io_u->offset - orig_zb->start) %
1422                                  (range - io_u->buflen)) / min_bs * min_bs;
1423                 /*
1424                  * Make sure the I/O does not cross over the zone wp position.
1425                  */
1426                 new_len = min((unsigned long long)io_u->buflen,
1427                               (unsigned long long)(zb->wp - io_u->offset));
1428                 new_len = new_len / min_bs * min_bs;
1429                 if (new_len < io_u->buflen) {
1430                         io_u->buflen = new_len;
1431                         dprint(FD_IO, "Changed length from %u into %llu\n",
1432                                orig_len, io_u->buflen);
1433                 }
1434                 assert(zb->start <= io_u->offset);
1435                 assert(io_u->offset + io_u->buflen <= zb->wp);
1436                 goto accept;
1437         case DDIR_WRITE:
1438                 if (io_u->buflen > f->zbd_info->zone_size)
1439                         goto eof;
1440                 if (!zbd_open_zone(td, io_u, zone_idx_b)) {
1441                         pthread_mutex_unlock(&zb->mutex);
1442                         zb = zbd_convert_to_open_zone(td, io_u);
1443                         if (!zb)
1444                                 goto eof;
1445                         zone_idx_b = zb - f->zbd_info->zone_info;
1446                 }
1447                 /* Check whether the zone reset threshold has been exceeded */
1448                 if (td->o.zrf.u.f) {
1449                         if (f->zbd_info->sectors_with_data >=
1450                             f->io_size * td->o.zrt.u.f &&
1451                             zbd_dec_and_reset_write_cnt(td, f)) {
1452                                 zb->reset_zone = 1;
1453                         }
1454                 }
1455                 /* Reset the zone pointer if necessary */
1456                 if (zb->reset_zone || zbd_zone_full(f, zb, min_bs)) {
1457                         assert(td->o.verify == VERIFY_NONE);
1458                         /*
1459                          * Since previous write requests may have been submitted
1460                          * asynchronously and since we will submit the zone
1461                          * reset synchronously, wait until previously submitted
1462                          * write requests have completed before issuing a
1463                          * zone reset.
1464                          */
1465                         io_u_quiesce(td);
1466                         zb->reset_zone = 0;
1467                         if (zbd_reset_zone(td, f, zb) < 0)
1468                                 goto eof;
1469                 }
1470                 /* Make writes occur at the write pointer */
1471                 assert(!zbd_zone_full(f, zb, min_bs));
1472                 io_u->offset = zb->wp;
1473                 if (!is_valid_offset(f, io_u->offset)) {
1474                         dprint(FD_ZBD, "Dropped request with offset %llu\n",
1475                                io_u->offset);
1476                         goto eof;
1477                 }
1478                 /*
1479                  * Make sure that the buflen is a multiple of the minimal
1480                  * block size. Give up if shrinking would make the request too
1481                  * small.
1482                  */
1483                 new_len = min((unsigned long long)io_u->buflen,
1484                               (zb + 1)->start - io_u->offset);
1485                 new_len = new_len / min_bs * min_bs;
1486                 if (new_len == io_u->buflen)
1487                         goto accept;
1488                 if (new_len >= min_bs) {
1489                         io_u->buflen = new_len;
1490                         dprint(FD_IO, "Changed length from %u into %llu\n",
1491                                orig_len, io_u->buflen);
1492                         goto accept;
1493                 }
1494                 log_err("Zone remainder %lld smaller than minimum block size %d\n",
1495                         ((zb + 1)->start - io_u->offset),
1496                         min_bs);
1497                 goto eof;
1498         case DDIR_TRIM:
1499                 /* fall-through */
1500         case DDIR_SYNC:
1501         case DDIR_DATASYNC:
1502         case DDIR_SYNC_FILE_RANGE:
1503         case DDIR_WAIT:
1504         case DDIR_LAST:
1505         case DDIR_INVAL:
1506                 goto accept;
1507         }
1508
1509         assert(false);
1510
1511 accept:
1512         assert(zb);
1513         assert(zb->cond != BLK_ZONE_COND_OFFLINE);
1514         assert(!io_u->zbd_queue_io);
1515         assert(!io_u->zbd_put_io);
1516         io_u->zbd_queue_io = zbd_queue_io;
1517         io_u->zbd_put_io = zbd_put_io;
1518         return io_u_accept;
1519
1520 eof:
1521         if (zb)
1522                 pthread_mutex_unlock(&zb->mutex);
1523         return io_u_eof;
1524 }
1525
1526 /* Return a string with ZBD statistics */
1527 char *zbd_write_status(const struct thread_stat *ts)
1528 {
1529         char *res;
1530
1531         if (asprintf(&res, "; %llu zone resets", (unsigned long long) ts->nr_zone_resets) < 0)
1532                 return NULL;
1533         return res;
1534 }