Remove debug/broken assert() in the IOPS logging code
[fio.git] / io_u.c
1 #include <unistd.h>
2 #include <fcntl.h>
3 #include <string.h>
4 #include <signal.h>
5 #include <time.h>
6 #include <assert.h>
7
8 #include "fio.h"
9 #include "hash.h"
10 #include "verify.h"
11 #include "trim.h"
12 #include "lib/rand.h"
13
14 struct io_completion_data {
15         int nr;                         /* input */
16         int account;                    /* input */
17
18         int error;                      /* output */
19         unsigned long bytes_done[2];    /* output */
20         struct timeval time;            /* output */
21 };
22
23 /*
24  * The ->file_map[] contains a map of blocks we have or have not done io
25  * to yet. Used to make sure we cover the entire range in a fair fashion.
26  */
27 static int random_map_free(struct fio_file *f, const unsigned long long block)
28 {
29         unsigned int idx = RAND_MAP_IDX(f, block);
30         unsigned int bit = RAND_MAP_BIT(f, block);
31
32         dprint(FD_RANDOM, "free: b=%llu, idx=%u, bit=%u\n", block, idx, bit);
33
34         return (f->file_map[idx] & (1UL << bit)) == 0;
35 }
36
37 /*
38  * Mark a given offset as used in the map.
39  */
40 static void mark_random_map(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
41 {
42         unsigned int min_bs = td->o.rw_min_bs;
43         struct fio_file *f = io_u->file;
44         unsigned long long block;
45         unsigned int blocks, nr_blocks;
46         int busy_check;
47
48         block = (io_u->offset - f->file_offset) / (unsigned long long) min_bs;
49         nr_blocks = (io_u->buflen + min_bs - 1) / min_bs;
50         blocks = 0;
51         busy_check = !(io_u->flags & IO_U_F_BUSY_OK);
52
53         while (nr_blocks) {
54                 unsigned int idx, bit;
55                 unsigned long mask, this_blocks;
56
57                 /*
58                  * If we have a mixed random workload, we may
59                  * encounter blocks we already did IO to.
60                  */
61                 if (!busy_check) {
62                         blocks = nr_blocks;
63                         break;
64                 }
65                 if ((td->o.ddir_seq_nr == 1) && !random_map_free(f, block))
66                         break;
67
68                 idx = RAND_MAP_IDX(f, block);
69                 bit = RAND_MAP_BIT(f, block);
70
71                 fio_assert(td, idx < f->num_maps);
72
73                 this_blocks = nr_blocks;
74                 if (this_blocks + bit > BLOCKS_PER_MAP)
75                         this_blocks = BLOCKS_PER_MAP - bit;
76
77                 do {
78                         if (this_blocks == BLOCKS_PER_MAP)
79                                 mask = -1UL;
80                         else
81                                 mask = ((1UL << this_blocks) - 1) << bit;
82         
83                         if (!(f->file_map[idx] & mask))
84                                 break;
85
86                         this_blocks--;
87                 } while (this_blocks);
88
89                 if (!this_blocks)
90                         break;
91
92                 f->file_map[idx] |= mask;
93                 nr_blocks -= this_blocks;
94                 blocks += this_blocks;
95                 block += this_blocks;
96         }
97
98         if ((blocks * min_bs) < io_u->buflen)
99                 io_u->buflen = blocks * min_bs;
100 }
101
102 static unsigned long long last_block(struct thread_data *td, struct fio_file *f,
103                                      enum fio_ddir ddir)
104 {
105         unsigned long long max_blocks;
106         unsigned long long max_size;
107
108         assert(ddir_rw(ddir));
109
110         /*
111          * Hmm, should we make sure that ->io_size <= ->real_file_size?
112          */
113         max_size = f->io_size;
114         if (max_size > f->real_file_size)
115                 max_size = f->real_file_size;
116
117         max_blocks = max_size / (unsigned long long) td->o.ba[ddir];
118         if (!max_blocks)
119                 return 0;
120
121         return max_blocks;
122 }
123
124 /*
125  * Return the next free block in the map.
126  */
127 static int get_next_free_block(struct thread_data *td, struct fio_file *f,
128                                enum fio_ddir ddir, unsigned long long *b)
129 {
130         unsigned long long block, min_bs = td->o.rw_min_bs, lastb;
131         int i;
132
133         lastb = last_block(td, f, ddir);
134         if (!lastb)
135                 return 1;
136
137         i = f->last_free_lookup;
138         block = i * BLOCKS_PER_MAP;
139         while (block * min_bs < f->real_file_size &&
140                 block * min_bs < f->io_size) {
141                 if (f->file_map[i] != -1UL) {
142                         block += ffz(f->file_map[i]);
143                         if (block > lastb)
144                                 break;
145                         f->last_free_lookup = i;
146                         *b = block;
147                         return 0;
148                 }
149
150                 block += BLOCKS_PER_MAP;
151                 i++;
152         }
153
154         dprint(FD_IO, "failed finding a free block\n");
155         return 1;
156 }
157
158 static int get_next_rand_offset(struct thread_data *td, struct fio_file *f,
159                                 enum fio_ddir ddir, unsigned long long *b)
160 {
161         unsigned long long rmax, r, lastb;
162         int loops = 5;
163
164         lastb = last_block(td, f, ddir);
165         if (!lastb)
166                 return 1;
167
168         if (f->failed_rands >= 200)
169                 goto ffz;
170
171         rmax = td->o.use_os_rand ? OS_RAND_MAX : FRAND_MAX;
172         do {
173                 if (td->o.use_os_rand)
174                         r = os_random_long(&td->random_state);
175                 else
176                         r = __rand(&td->__random_state);
177
178                 *b = (lastb - 1) * (r / ((unsigned long long) rmax + 1.0));
179
180                 dprint(FD_RANDOM, "off rand %llu\n", r);
181
182
183                 /*
184                  * if we are not maintaining a random map, we are done.
185                  */
186                 if (!file_randommap(td, f))
187                         goto ret_good;
188
189                 /*
190                  * calculate map offset and check if it's free
191                  */
192                 if (random_map_free(f, *b))
193                         goto ret_good;
194
195                 dprint(FD_RANDOM, "get_next_rand_offset: offset %llu busy\n",
196                                                                         *b);
197         } while (--loops);
198
199         if (!f->failed_rands++)
200                 f->last_free_lookup = 0;
201
202         /*
203          * we get here, if we didn't suceed in looking up a block. generate
204          * a random start offset into the filemap, and find the first free
205          * block from there.
206          */
207         loops = 10;
208         do {
209                 f->last_free_lookup = (f->num_maps - 1) *
210                                         (r / ((unsigned long long) rmax + 1.0));
211                 if (!get_next_free_block(td, f, ddir, b))
212                         goto ret;
213
214                 if (td->o.use_os_rand)
215                         r = os_random_long(&td->random_state);
216                 else
217                         r = __rand(&td->__random_state);
218         } while (--loops);
219
220         /*
221          * that didn't work either, try exhaustive search from the start
222          */
223         f->last_free_lookup = 0;
224 ffz:
225         if (!get_next_free_block(td, f, ddir, b))
226                 return 0;
227         f->last_free_lookup = 0;
228         return get_next_free_block(td, f, ddir, b);
229 ret_good:
230         f->failed_rands = 0;
231 ret:
232         return 0;
233 }
234
235 static int get_next_rand_block(struct thread_data *td, struct fio_file *f,
236                                enum fio_ddir ddir, unsigned long long *b)
237 {
238         if (get_next_rand_offset(td, f, ddir, b)) {
239                 dprint(FD_IO, "%s: rand offset failed, last=%llu, size=%llu\n",
240                                 f->file_name, f->last_pos, f->real_file_size);
241                 return 1;
242         }
243
244         return 0;
245 }
246
247 static int get_next_seq_block(struct thread_data *td, struct fio_file *f,
248                               enum fio_ddir ddir, unsigned long long *b)
249 {
250         assert(ddir_rw(ddir));
251
252         if (f->last_pos < f->real_file_size) {
253                 unsigned long long pos;
254
255                 if (f->last_pos == f->file_offset && td->o.ddir_seq_add < 0)
256                         f->last_pos = f->real_file_size;
257
258                 pos = f->last_pos - f->file_offset;
259                 if (pos)
260                         pos += td->o.ddir_seq_add;
261
262                 *b = pos / td->o.min_bs[ddir];
263                 return 0;
264         }
265
266         return 1;
267 }
268
269 static int get_next_block(struct thread_data *td, struct io_u *io_u,
270                           enum fio_ddir ddir, int rw_seq, unsigned long long *b)
271 {
272         struct fio_file *f = io_u->file;
273         int ret;
274
275         assert(ddir_rw(ddir));
276
277         if (rw_seq) {
278                 if (td_random(td))
279                         ret = get_next_rand_block(td, f, ddir, b);
280                 else
281                         ret = get_next_seq_block(td, f, ddir, b);
282         } else {
283                 io_u->flags |= IO_U_F_BUSY_OK;
284
285                 if (td->o.rw_seq == RW_SEQ_SEQ) {
286                         ret = get_next_seq_block(td, f, ddir, b);
287                         if (ret)
288                                 ret = get_next_rand_block(td, f, ddir, b);
289                 } else if (td->o.rw_seq == RW_SEQ_IDENT) {
290                         if (f->last_start != -1ULL)
291                                 *b = (f->last_start - f->file_offset)
292                                         / td->o.min_bs[ddir];
293                         else
294                                 *b = 0;
295                         ret = 0;
296                 } else {
297                         log_err("fio: unknown rw_seq=%d\n", td->o.rw_seq);
298                         ret = 1;
299                 }
300         }
301         
302         return ret;
303 }
304
305 /*
306  * For random io, generate a random new block and see if it's used. Repeat
307  * until we find a free one. For sequential io, just return the end of
308  * the last io issued.
309  */
310 static int __get_next_offset(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
311 {
312         struct fio_file *f = io_u->file;
313         unsigned long long b;
314         enum fio_ddir ddir = io_u->ddir;
315         int rw_seq_hit = 0;
316
317         assert(ddir_rw(ddir));
318
319         if (td->o.ddir_seq_nr && !--td->ddir_seq_nr) {
320                 rw_seq_hit = 1;
321                 td->ddir_seq_nr = td->o.ddir_seq_nr;
322         }
323
324         if (get_next_block(td, io_u, ddir, rw_seq_hit, &b))
325                 return 1;
326
327         io_u->offset = b * td->o.ba[ddir];
328         if (io_u->offset >= f->io_size) {
329                 dprint(FD_IO, "get_next_offset: offset %llu >= io_size %llu\n",
330                                         io_u->offset, f->io_size);
331                 return 1;
332         }
333
334         io_u->offset += f->file_offset;
335         if (io_u->offset >= f->real_file_size) {
336                 dprint(FD_IO, "get_next_offset: offset %llu >= size %llu\n",
337                                         io_u->offset, f->real_file_size);
338                 return 1;
339         }
340
341         return 0;
342 }
343
344 static int get_next_offset(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
345 {
346         struct prof_io_ops *ops = &td->prof_io_ops;
347
348         if (ops->fill_io_u_off)
349                 return ops->fill_io_u_off(td, io_u);
350
351         return __get_next_offset(td, io_u);
352 }
353
354 static inline int io_u_fits(struct thread_data *td, struct io_u *io_u,
355                             unsigned int buflen)
356 {
357         struct fio_file *f = io_u->file;
358
359         return io_u->offset + buflen <= f->io_size + td->o.start_offset;
360 }
361
362 static unsigned int __get_next_buflen(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
363 {
364         const int ddir = io_u->ddir;
365         unsigned int uninitialized_var(buflen);
366         unsigned int minbs, maxbs;
367         unsigned long r, rand_max;
368
369         assert(ddir_rw(ddir));
370
371         minbs = td->o.min_bs[ddir];
372         maxbs = td->o.max_bs[ddir];
373
374         if (minbs == maxbs)
375                 return minbs;
376
377         if (td->o.use_os_rand)
378                 rand_max = OS_RAND_MAX;
379         else
380                 rand_max = FRAND_MAX;
381
382         do {
383                 if (td->o.use_os_rand)
384                         r = os_random_long(&td->bsrange_state);
385                 else
386                         r = __rand(&td->__bsrange_state);
387
388                 if (!td->o.bssplit_nr[ddir]) {
389                         buflen = 1 + (unsigned int) ((double) maxbs *
390                                         (r / (rand_max + 1.0)));
391                         if (buflen < minbs)
392                                 buflen = minbs;
393                 } else {
394                         long perc = 0;
395                         unsigned int i;
396
397                         for (i = 0; i < td->o.bssplit_nr[ddir]; i++) {
398                                 struct bssplit *bsp = &td->o.bssplit[ddir][i];
399
400                                 buflen = bsp->bs;
401                                 perc += bsp->perc;
402                                 if ((r <= ((rand_max / 100L) * perc)) &&
403                                     io_u_fits(td, io_u, buflen))
404                                         break;
405                         }
406                 }
407
408                 if (!td->o.bs_unaligned && is_power_of_2(minbs))
409                         buflen = (buflen + minbs - 1) & ~(minbs - 1);
410
411         } while (!io_u_fits(td, io_u, buflen));
412
413         return buflen;
414 }
415
416 static unsigned int get_next_buflen(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
417 {
418         struct prof_io_ops *ops = &td->prof_io_ops;
419
420         if (ops->fill_io_u_size)
421                 return ops->fill_io_u_size(td, io_u);
422
423         return __get_next_buflen(td, io_u);
424 }
425
426 static void set_rwmix_bytes(struct thread_data *td)
427 {
428         unsigned int diff;
429
430         /*
431          * we do time or byte based switch. this is needed because
432          * buffered writes may issue a lot quicker than they complete,
433          * whereas reads do not.
434          */
435         diff = td->o.rwmix[td->rwmix_ddir ^ 1];
436         td->rwmix_issues = (td->io_issues[td->rwmix_ddir] * diff) / 100;
437 }
438
439 static inline enum fio_ddir get_rand_ddir(struct thread_data *td)
440 {
441         unsigned int v;
442         unsigned long r;
443
444         if (td->o.use_os_rand) {
445                 r = os_random_long(&td->rwmix_state);
446                 v = 1 + (int) (100.0 * (r / (OS_RAND_MAX + 1.0)));
447         } else {
448                 r = __rand(&td->__rwmix_state);
449                 v = 1 + (int) (100.0 * (r / (FRAND_MAX + 1.0)));
450         }
451
452         if (v <= td->o.rwmix[DDIR_READ])
453                 return DDIR_READ;
454
455         return DDIR_WRITE;
456 }
457
458 static enum fio_ddir rate_ddir(struct thread_data *td, enum fio_ddir ddir)
459 {
460         enum fio_ddir odir = ddir ^ 1;
461         struct timeval t;
462         long usec;
463
464         assert(ddir_rw(ddir));
465
466         if (td->rate_pending_usleep[ddir] <= 0)
467                 return ddir;
468
469         /*
470          * We have too much pending sleep in this direction. See if we
471          * should switch.
472          */
473         if (td_rw(td)) {
474                 /*
475                  * Other direction does not have too much pending, switch
476                  */
477                 if (td->rate_pending_usleep[odir] < 100000)
478                         return odir;
479
480                 /*
481                  * Both directions have pending sleep. Sleep the minimum time
482                  * and deduct from both.
483                  */
484                 if (td->rate_pending_usleep[ddir] <=
485                         td->rate_pending_usleep[odir]) {
486                         usec = td->rate_pending_usleep[ddir];
487                 } else {
488                         usec = td->rate_pending_usleep[odir];
489                         ddir = odir;
490                 }
491         } else
492                 usec = td->rate_pending_usleep[ddir];
493
494         /*
495          * We are going to sleep, ensure that we flush anything pending as
496          * not to skew our latency numbers
497          */
498         if (td->cur_depth) {
499                 int fio_unused ret;
500
501                 ret = io_u_queued_complete(td, td->cur_depth, NULL);
502         }
503
504         fio_gettime(&t, NULL);
505         usec_sleep(td, usec);
506         usec = utime_since_now(&t);
507
508         td->rate_pending_usleep[ddir] -= usec;
509
510         odir = ddir ^ 1;
511         if (td_rw(td) && __should_check_rate(td, odir))
512                 td->rate_pending_usleep[odir] -= usec;
513
514         return ddir;
515 }
516
517 /*
518  * Return the data direction for the next io_u. If the job is a
519  * mixed read/write workload, check the rwmix cycle and switch if
520  * necessary.
521  */
522 static enum fio_ddir get_rw_ddir(struct thread_data *td)
523 {
524         enum fio_ddir ddir;
525
526         /*
527          * see if it's time to fsync
528          */
529         if (td->o.fsync_blocks &&
530            !(td->io_issues[DDIR_WRITE] % td->o.fsync_blocks) &&
531              td->io_issues[DDIR_WRITE] && should_fsync(td))
532                 return DDIR_SYNC;
533
534         /*
535          * see if it's time to fdatasync
536          */
537         if (td->o.fdatasync_blocks &&
538            !(td->io_issues[DDIR_WRITE] % td->o.fdatasync_blocks) &&
539              td->io_issues[DDIR_WRITE] && should_fsync(td))
540                 return DDIR_DATASYNC;
541
542         /*
543          * see if it's time to sync_file_range
544          */
545         if (td->sync_file_range_nr &&
546            !(td->io_issues[DDIR_WRITE] % td->sync_file_range_nr) &&
547              td->io_issues[DDIR_WRITE] && should_fsync(td))
548                 return DDIR_SYNC_FILE_RANGE;
549
550         if (td_rw(td)) {
551                 /*
552                  * Check if it's time to seed a new data direction.
553                  */
554                 if (td->io_issues[td->rwmix_ddir] >= td->rwmix_issues) {
555                         /*
556                          * Put a top limit on how many bytes we do for
557                          * one data direction, to avoid overflowing the
558                          * ranges too much
559                          */
560                         ddir = get_rand_ddir(td);
561
562                         if (ddir != td->rwmix_ddir)
563                                 set_rwmix_bytes(td);
564
565                         td->rwmix_ddir = ddir;
566                 }
567                 ddir = td->rwmix_ddir;
568         } else if (td_read(td))
569                 ddir = DDIR_READ;
570         else
571                 ddir = DDIR_WRITE;
572
573         td->rwmix_ddir = rate_ddir(td, ddir);
574         return td->rwmix_ddir;
575 }
576
577 static void set_rw_ddir(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
578 {
579         io_u->ddir = get_rw_ddir(td);
580
581         if (io_u->ddir == DDIR_WRITE && (td->io_ops->flags & FIO_BARRIER) &&
582             td->o.barrier_blocks &&
583            !(td->io_issues[DDIR_WRITE] % td->o.barrier_blocks) &&
584              td->io_issues[DDIR_WRITE])
585                 io_u->flags |= IO_U_F_BARRIER;
586 }
587
588 void put_file_log(struct thread_data *td, struct fio_file *f)
589 {
590         int ret = put_file(td, f);
591
592         if (ret)
593                 td_verror(td, ret, "file close");
594 }
595
596 void put_io_u(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
597 {
598         td_io_u_lock(td);
599
600         if (io_u->file && !(io_u->flags & IO_U_F_FREE_DEF))
601                 put_file_log(td, io_u->file);
602         io_u->file = NULL;
603         io_u->flags &= ~IO_U_F_FREE_DEF;
604         io_u->flags |= IO_U_F_FREE;
605
606         if (io_u->flags & IO_U_F_IN_CUR_DEPTH)
607                 td->cur_depth--;
608         flist_del_init(&io_u->list);
609         flist_add(&io_u->list, &td->io_u_freelist);
610         td_io_u_unlock(td);
611         td_io_u_free_notify(td);
612 }
613
614 void clear_io_u(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
615 {
616         io_u->flags &= ~IO_U_F_FLIGHT;
617         put_io_u(td, io_u);
618 }
619
620 void requeue_io_u(struct thread_data *td, struct io_u **io_u)
621 {
622         struct io_u *__io_u = *io_u;
623
624         dprint(FD_IO, "requeue %p\n", __io_u);
625
626         td_io_u_lock(td);
627
628         __io_u->flags |= IO_U_F_FREE;
629         if ((__io_u->flags & IO_U_F_FLIGHT) && ddir_rw(__io_u->ddir))
630                 td->io_issues[__io_u->ddir]--;
631
632         __io_u->flags &= ~IO_U_F_FLIGHT;
633         if (__io_u->flags & IO_U_F_IN_CUR_DEPTH)
634                 td->cur_depth--;
635         flist_del(&__io_u->list);
636         flist_add_tail(&__io_u->list, &td->io_u_requeues);
637         td_io_u_unlock(td);
638         *io_u = NULL;
639 }
640
641 static int fill_io_u(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
642 {
643         if (td->io_ops->flags & FIO_NOIO)
644                 goto out;
645
646         set_rw_ddir(td, io_u);
647
648         /*
649          * fsync() or fdatasync() or trim etc, we are done
650          */
651         if (!ddir_rw(io_u->ddir))
652                 goto out;
653
654         /*
655          * See if it's time to switch to a new zone
656          */
657         if (td->zone_bytes >= td->o.zone_size) {
658                 td->zone_bytes = 0;
659                 io_u->file->last_pos += td->o.zone_skip;
660                 td->io_skip_bytes += td->o.zone_skip;
661         }
662
663         /*
664          * No log, let the seq/rand engine retrieve the next buflen and
665          * position.
666          */
667         if (get_next_offset(td, io_u)) {
668                 dprint(FD_IO, "io_u %p, failed getting offset\n", io_u);
669                 return 1;
670         }
671
672         io_u->buflen = get_next_buflen(td, io_u);
673         if (!io_u->buflen) {
674                 dprint(FD_IO, "io_u %p, failed getting buflen\n", io_u);
675                 return 1;
676         }
677
678         if (io_u->offset + io_u->buflen > io_u->file->real_file_size) {
679                 dprint(FD_IO, "io_u %p, offset too large\n", io_u);
680                 dprint(FD_IO, "  off=%llu/%lu > %llu\n", io_u->offset,
681                                 io_u->buflen, io_u->file->real_file_size);
682                 return 1;
683         }
684
685         /*
686          * mark entry before potentially trimming io_u
687          */
688         if (td_random(td) && file_randommap(td, io_u->file))
689                 mark_random_map(td, io_u);
690
691         /*
692          * If using a write iolog, store this entry.
693          */
694 out:
695         dprint_io_u(io_u, "fill_io_u");
696         td->zone_bytes += io_u->buflen;
697         log_io_u(td, io_u);
698         return 0;
699 }
700
701 static void __io_u_mark_map(unsigned int *map, unsigned int nr)
702 {
703         int idx = 0;
704
705         switch (nr) {
706         default:
707                 idx = 6;
708                 break;
709         case 33 ... 64:
710                 idx = 5;
711                 break;
712         case 17 ... 32:
713                 idx = 4;
714                 break;
715         case 9 ... 16:
716                 idx = 3;
717                 break;
718         case 5 ... 8:
719                 idx = 2;
720                 break;
721         case 1 ... 4:
722                 idx = 1;
723         case 0:
724                 break;
725         }
726
727         map[idx]++;
728 }
729
730 void io_u_mark_submit(struct thread_data *td, unsigned int nr)
731 {
732         __io_u_mark_map(td->ts.io_u_submit, nr);
733         td->ts.total_submit++;
734 }
735
736 void io_u_mark_complete(struct thread_data *td, unsigned int nr)
737 {
738         __io_u_mark_map(td->ts.io_u_complete, nr);
739         td->ts.total_complete++;
740 }
741
742 void io_u_mark_depth(struct thread_data *td, unsigned int nr)
743 {
744         int idx = 0;
745
746         switch (td->cur_depth) {
747         default:
748                 idx = 6;
749                 break;
750         case 32 ... 63:
751                 idx = 5;
752                 break;
753         case 16 ... 31:
754                 idx = 4;
755                 break;
756         case 8 ... 15:
757                 idx = 3;
758                 break;
759         case 4 ... 7:
760                 idx = 2;
761                 break;
762         case 2 ... 3:
763                 idx = 1;
764         case 1:
765                 break;
766         }
767
768         td->ts.io_u_map[idx] += nr;
769 }
770
771 static void io_u_mark_lat_usec(struct thread_data *td, unsigned long usec)
772 {
773         int idx = 0;
774
775         assert(usec < 1000);
776
777         switch (usec) {
778         case 750 ... 999:
779                 idx = 9;
780                 break;
781         case 500 ... 749:
782                 idx = 8;
783                 break;
784         case 250 ... 499:
785                 idx = 7;
786                 break;
787         case 100 ... 249:
788                 idx = 6;
789                 break;
790         case 50 ... 99:
791                 idx = 5;
792                 break;
793         case 20 ... 49:
794                 idx = 4;
795                 break;
796         case 10 ... 19:
797                 idx = 3;
798                 break;
799         case 4 ... 9:
800                 idx = 2;
801                 break;
802         case 2 ... 3:
803                 idx = 1;
804         case 0 ... 1:
805                 break;
806         }
807
808         assert(idx < FIO_IO_U_LAT_U_NR);
809         td->ts.io_u_lat_u[idx]++;
810 }
811
812 static void io_u_mark_lat_msec(struct thread_data *td, unsigned long msec)
813 {
814         int idx = 0;
815
816         switch (msec) {
817         default:
818                 idx = 11;
819                 break;
820         case 1000 ... 1999:
821                 idx = 10;
822                 break;
823         case 750 ... 999:
824                 idx = 9;
825                 break;
826         case 500 ... 749:
827                 idx = 8;
828                 break;
829         case 250 ... 499:
830                 idx = 7;
831                 break;
832         case 100 ... 249:
833                 idx = 6;
834                 break;
835         case 50 ... 99:
836                 idx = 5;
837                 break;
838         case 20 ... 49:
839                 idx = 4;
840                 break;
841         case 10 ... 19:
842                 idx = 3;
843                 break;
844         case 4 ... 9:
845                 idx = 2;
846                 break;
847         case 2 ... 3:
848                 idx = 1;
849         case 0 ... 1:
850                 break;
851         }
852
853         assert(idx < FIO_IO_U_LAT_M_NR);
854         td->ts.io_u_lat_m[idx]++;
855 }
856
857 static void io_u_mark_latency(struct thread_data *td, unsigned long usec)
858 {
859         if (usec < 1000)
860                 io_u_mark_lat_usec(td, usec);
861         else
862                 io_u_mark_lat_msec(td, usec / 1000);
863 }
864
865 /*
866  * Get next file to service by choosing one at random
867  */
868 static struct fio_file *get_next_file_rand(struct thread_data *td,
869                                            enum fio_file_flags goodf,
870                                            enum fio_file_flags badf)
871 {
872         struct fio_file *f;
873         int fno;
874
875         do {
876                 int opened = 0;
877                 unsigned long r;
878
879                 if (td->o.use_os_rand) {
880                         r = os_random_long(&td->next_file_state);
881                         fno = (unsigned int) ((double) td->o.nr_files
882                                 * (r / (OS_RAND_MAX + 1.0)));
883                 } else {
884                         r = __rand(&td->__next_file_state);
885                         fno = (unsigned int) ((double) td->o.nr_files
886                                 * (r / (FRAND_MAX + 1.0)));
887                 }
888
889                 f = td->files[fno];
890                 if (fio_file_done(f))
891                         continue;
892
893                 if (!fio_file_open(f)) {
894                         int err;
895
896                         err = td_io_open_file(td, f);
897                         if (err)
898                                 continue;
899                         opened = 1;
900                 }
901
902                 if ((!goodf || (f->flags & goodf)) && !(f->flags & badf)) {
903                         dprint(FD_FILE, "get_next_file_rand: %p\n", f);
904                         return f;
905                 }
906                 if (opened)
907                         td_io_close_file(td, f);
908         } while (1);
909 }
910
911 /*
912  * Get next file to service by doing round robin between all available ones
913  */
914 static struct fio_file *get_next_file_rr(struct thread_data *td, int goodf,
915                                          int badf)
916 {
917         unsigned int old_next_file = td->next_file;
918         struct fio_file *f;
919
920         do {
921                 int opened = 0;
922
923                 f = td->files[td->next_file];
924
925                 td->next_file++;
926                 if (td->next_file >= td->o.nr_files)
927                         td->next_file = 0;
928
929                 dprint(FD_FILE, "trying file %s %x\n", f->file_name, f->flags);
930                 if (fio_file_done(f)) {
931                         f = NULL;
932                         continue;
933                 }
934
935                 if (!fio_file_open(f)) {
936                         int err;
937
938                         err = td_io_open_file(td, f);
939                         if (err) {
940                                 dprint(FD_FILE, "error %d on open of %s\n",
941                                         err, f->file_name);
942                                 f = NULL;
943                                 continue;
944                         }
945                         opened = 1;
946                 }
947
948                 dprint(FD_FILE, "goodf=%x, badf=%x, ff=%x\n", goodf, badf,
949                                                                 f->flags);
950                 if ((!goodf || (f->flags & goodf)) && !(f->flags & badf))
951                         break;
952
953                 if (opened)
954                         td_io_close_file(td, f);
955
956                 f = NULL;
957         } while (td->next_file != old_next_file);
958
959         dprint(FD_FILE, "get_next_file_rr: %p\n", f);
960         return f;
961 }
962
963 static struct fio_file *__get_next_file(struct thread_data *td)
964 {
965         struct fio_file *f;
966
967         assert(td->o.nr_files <= td->files_index);
968
969         if (td->nr_done_files >= td->o.nr_files) {
970                 dprint(FD_FILE, "get_next_file: nr_open=%d, nr_done=%d,"
971                                 " nr_files=%d\n", td->nr_open_files,
972                                                   td->nr_done_files,
973                                                   td->o.nr_files);
974                 return NULL;
975         }
976
977         f = td->file_service_file;
978         if (f && fio_file_open(f) && !fio_file_closing(f)) {
979                 if (td->o.file_service_type == FIO_FSERVICE_SEQ)
980                         goto out;
981                 if (td->file_service_left--)
982                         goto out;
983         }
984
985         if (td->o.file_service_type == FIO_FSERVICE_RR ||
986             td->o.file_service_type == FIO_FSERVICE_SEQ)
987                 f = get_next_file_rr(td, FIO_FILE_open, FIO_FILE_closing);
988         else
989                 f = get_next_file_rand(td, FIO_FILE_open, FIO_FILE_closing);
990
991         td->file_service_file = f;
992         td->file_service_left = td->file_service_nr - 1;
993 out:
994         dprint(FD_FILE, "get_next_file: %p [%s]\n", f, f->file_name);
995         return f;
996 }
997
998 static struct fio_file *get_next_file(struct thread_data *td)
999 {
1000         struct prof_io_ops *ops = &td->prof_io_ops;
1001
1002         if (ops->get_next_file)
1003                 return ops->get_next_file(td);
1004
1005         return __get_next_file(td);
1006 }
1007
1008 static int set_io_u_file(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
1009 {
1010         struct fio_file *f;
1011
1012         do {
1013                 f = get_next_file(td);
1014                 if (!f)
1015                         return 1;
1016
1017                 io_u->file = f;
1018                 get_file(f);
1019
1020                 if (!fill_io_u(td, io_u))
1021                         break;
1022
1023                 put_file_log(td, f);
1024                 td_io_close_file(td, f);
1025                 io_u->file = NULL;
1026                 fio_file_set_done(f);
1027                 td->nr_done_files++;
1028                 dprint(FD_FILE, "%s: is done (%d of %d)\n", f->file_name,
1029                                         td->nr_done_files, td->o.nr_files);
1030         } while (1);
1031
1032         return 0;
1033 }
1034
1035
1036 struct io_u *__get_io_u(struct thread_data *td)
1037 {
1038         struct io_u *io_u = NULL;
1039
1040         td_io_u_lock(td);
1041
1042 again:
1043         if (!flist_empty(&td->io_u_requeues))
1044                 io_u = flist_entry(td->io_u_requeues.next, struct io_u, list);
1045         else if (!queue_full(td)) {
1046                 io_u = flist_entry(td->io_u_freelist.next, struct io_u, list);
1047
1048                 io_u->buflen = 0;
1049                 io_u->resid = 0;
1050                 io_u->file = NULL;
1051                 io_u->end_io = NULL;
1052         }
1053
1054         if (io_u) {
1055                 assert(io_u->flags & IO_U_F_FREE);
1056                 io_u->flags &= ~(IO_U_F_FREE | IO_U_F_FREE_DEF);
1057                 io_u->flags &= ~(IO_U_F_TRIMMED | IO_U_F_BARRIER);
1058
1059                 io_u->error = 0;
1060                 flist_del(&io_u->list);
1061                 flist_add(&io_u->list, &td->io_u_busylist);
1062                 td->cur_depth++;
1063                 io_u->flags |= IO_U_F_IN_CUR_DEPTH;
1064         } else if (td->o.verify_async) {
1065                 /*
1066                  * We ran out, wait for async verify threads to finish and
1067                  * return one
1068                  */
1069                 pthread_cond_wait(&td->free_cond, &td->io_u_lock);
1070                 goto again;
1071         }
1072
1073         td_io_u_unlock(td);
1074         return io_u;
1075 }
1076
1077 static int check_get_trim(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
1078 {
1079         if (td->o.trim_backlog && td->trim_entries) {
1080                 int get_trim = 0;
1081
1082                 if (td->trim_batch) {
1083                         td->trim_batch--;
1084                         get_trim = 1;
1085                 } else if (!(td->io_hist_len % td->o.trim_backlog) &&
1086                          td->last_ddir != DDIR_READ) {
1087                         td->trim_batch = td->o.trim_batch;
1088                         if (!td->trim_batch)
1089                                 td->trim_batch = td->o.trim_backlog;
1090                         get_trim = 1;
1091                 }
1092
1093                 if (get_trim && !get_next_trim(td, io_u))
1094                         return 1;
1095         }
1096
1097         return 0;
1098 }
1099
1100 static int check_get_verify(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
1101 {
1102         if (td->o.verify_backlog && td->io_hist_len) {
1103                 int get_verify = 0;
1104
1105                 if (td->verify_batch) {
1106                         td->verify_batch--;
1107                         get_verify = 1;
1108                 } else if (!(td->io_hist_len % td->o.verify_backlog) &&
1109                          td->last_ddir != DDIR_READ) {
1110                         td->verify_batch = td->o.verify_batch;
1111                         if (!td->verify_batch)
1112                                 td->verify_batch = td->o.verify_backlog;
1113                         get_verify = 1;
1114                 }
1115
1116                 if (get_verify && !get_next_verify(td, io_u))
1117                         return 1;
1118         }
1119
1120         return 0;
1121 }
1122
1123 /*
1124  * Fill offset and start time into the buffer content, to prevent too
1125  * easy compressible data for simple de-dupe attempts. Do this for every
1126  * 512b block in the range, since that should be the smallest block size
1127  * we can expect from a device.
1128  */
1129 static void small_content_scramble(struct io_u *io_u)
1130 {
1131         unsigned int i, nr_blocks = io_u->buflen / 512;
1132         unsigned long long boffset;
1133         unsigned int offset;
1134         void *p, *end;
1135
1136         if (!nr_blocks)
1137                 return;
1138
1139         p = io_u->xfer_buf;
1140         boffset = io_u->offset;
1141
1142         for (i = 0; i < nr_blocks; i++) {
1143                 /*
1144                  * Fill the byte offset into a "random" start offset of
1145                  * the buffer, given by the product of the usec time
1146                  * and the actual offset.
1147                  */
1148                 offset = (io_u->start_time.tv_usec ^ boffset) & 511;
1149                 offset &= ~(sizeof(unsigned long long) - 1);
1150                 if (offset >= 512 - sizeof(unsigned long long))
1151                         offset -= sizeof(unsigned long long);
1152                 memcpy(p + offset, &boffset, sizeof(boffset));
1153
1154                 end = p + 512 - sizeof(io_u->start_time);
1155                 memcpy(end, &io_u->start_time, sizeof(io_u->start_time));
1156                 p += 512;
1157                 boffset += 512;
1158         }
1159 }
1160
1161 /*
1162  * Return an io_u to be processed. Gets a buflen and offset, sets direction,
1163  * etc. The returned io_u is fully ready to be prepped and submitted.
1164  */
1165 struct io_u *get_io_u(struct thread_data *td)
1166 {
1167         struct fio_file *f;
1168         struct io_u *io_u;
1169         int do_scramble = 0;
1170
1171         io_u = __get_io_u(td);
1172         if (!io_u) {
1173                 dprint(FD_IO, "__get_io_u failed\n");
1174                 return NULL;
1175         }
1176
1177         if (check_get_verify(td, io_u))
1178                 goto out;
1179         if (check_get_trim(td, io_u))
1180                 goto out;
1181
1182         /*
1183          * from a requeue, io_u already setup
1184          */
1185         if (io_u->file)
1186                 goto out;
1187
1188         /*
1189          * If using an iolog, grab next piece if any available.
1190          */
1191         if (td->o.read_iolog_file) {
1192                 if (read_iolog_get(td, io_u))
1193                         goto err_put;
1194         } else if (set_io_u_file(td, io_u)) {
1195                 dprint(FD_IO, "io_u %p, setting file failed\n", io_u);
1196                 goto err_put;
1197         }
1198
1199         f = io_u->file;
1200         assert(fio_file_open(f));
1201
1202         if (ddir_rw(io_u->ddir)) {
1203                 if (!io_u->buflen && !(td->io_ops->flags & FIO_NOIO)) {
1204                         dprint(FD_IO, "get_io_u: zero buflen on %p\n", io_u);
1205                         goto err_put;
1206                 }
1207
1208                 f->last_start = io_u->offset;
1209                 f->last_pos = io_u->offset + io_u->buflen;
1210
1211                 if (io_u->ddir == DDIR_WRITE) {
1212                         if (td->o.verify != VERIFY_NONE)
1213                                 populate_verify_io_u(td, io_u);
1214                         else if (td->o.refill_buffers)
1215                                 io_u_fill_buffer(td, io_u, io_u->xfer_buflen);
1216                         else if (td->o.scramble_buffers)
1217                                 do_scramble = 1;
1218                 } else if (io_u->ddir == DDIR_READ) {
1219                         /*
1220                          * Reset the buf_filled parameters so next time if the
1221                          * buffer is used for writes it is refilled.
1222                          */
1223                         io_u->buf_filled_len = 0;
1224                 }
1225         }
1226
1227         /*
1228          * Set io data pointers.
1229          */
1230         io_u->xfer_buf = io_u->buf;
1231         io_u->xfer_buflen = io_u->buflen;
1232
1233 out:
1234         assert(io_u->file);
1235         if (!td_io_prep(td, io_u)) {
1236                 if (!td->o.disable_slat)
1237                         fio_gettime(&io_u->start_time, NULL);
1238                 if (do_scramble)
1239                         small_content_scramble(io_u);
1240                 return io_u;
1241         }
1242 err_put:
1243         dprint(FD_IO, "get_io_u failed\n");
1244         put_io_u(td, io_u);
1245         return NULL;
1246 }
1247
1248 void io_u_log_error(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
1249 {
1250         const char *msg[] = { "read", "write", "sync", "datasync",
1251                                 "sync_file_range", "wait", "trim" };
1252
1253
1254
1255         log_err("fio: io_u error");
1256
1257         if (io_u->file)
1258                 log_err(" on file %s", io_u->file->file_name);
1259
1260         log_err(": %s\n", strerror(io_u->error));
1261
1262         log_err("     %s offset=%llu, buflen=%lu\n", msg[io_u->ddir],
1263                                         io_u->offset, io_u->xfer_buflen);
1264
1265         if (!td->error)
1266                 td_verror(td, io_u->error, "io_u error");
1267 }
1268
1269 static void account_io_completion(struct thread_data *td, struct io_u *io_u,
1270                                   struct io_completion_data *icd,
1271                                   const enum fio_ddir idx, unsigned int bytes)
1272 {
1273         unsigned long uninitialized_var(lusec);
1274
1275         if (!icd->account)
1276                 return;
1277
1278         if (!td->o.disable_clat || !td->o.disable_bw)
1279                 lusec = utime_since(&io_u->issue_time, &icd->time);
1280
1281         if (!td->o.disable_lat) {
1282                 unsigned long tusec;
1283
1284                 tusec = utime_since(&io_u->start_time, &icd->time);
1285                 add_lat_sample(td, idx, tusec, bytes);
1286         }
1287
1288         if (!td->o.disable_clat) {
1289                 add_clat_sample(td, idx, lusec, bytes);
1290                 io_u_mark_latency(td, lusec);
1291         }
1292
1293         if (!td->o.disable_bw)
1294                 add_bw_sample(td, idx, bytes, &icd->time);
1295
1296         add_iops_sample(td, idx, &icd->time);
1297 }
1298
1299 static long long usec_for_io(struct thread_data *td, enum fio_ddir ddir)
1300 {
1301         unsigned long long secs, remainder, bps, bytes;
1302         bytes = td->this_io_bytes[ddir];
1303         bps = td->rate_bps[ddir];
1304         secs = bytes / bps;
1305         remainder = bytes % bps;
1306         return remainder * 1000000 / bps + secs * 1000000;
1307 }
1308
1309 static void io_completed(struct thread_data *td, struct io_u *io_u,
1310                          struct io_completion_data *icd)
1311 {
1312         /*
1313          * Older gcc's are too dumb to realize that usec is always used
1314          * initialized, silence that warning.
1315          */
1316         unsigned long uninitialized_var(usec);
1317         struct fio_file *f;
1318
1319         dprint_io_u(io_u, "io complete");
1320
1321         td_io_u_lock(td);
1322         assert(io_u->flags & IO_U_F_FLIGHT);
1323         io_u->flags &= ~(IO_U_F_FLIGHT | IO_U_F_BUSY_OK);
1324         td_io_u_unlock(td);
1325
1326         if (ddir_sync(io_u->ddir)) {
1327                 td->last_was_sync = 1;
1328                 f = io_u->file;
1329                 if (f) {
1330                         f->first_write = -1ULL;
1331                         f->last_write = -1ULL;
1332                 }
1333                 return;
1334         }
1335
1336         td->last_was_sync = 0;
1337         td->last_ddir = io_u->ddir;
1338
1339         if (!io_u->error && ddir_rw(io_u->ddir)) {
1340                 unsigned int bytes = io_u->buflen - io_u->resid;
1341                 const enum fio_ddir idx = io_u->ddir;
1342                 const enum fio_ddir odx = io_u->ddir ^ 1;
1343                 int ret;
1344
1345                 td->io_blocks[idx]++;
1346                 td->this_io_blocks[idx]++;
1347                 td->io_bytes[idx] += bytes;
1348                 td->this_io_bytes[idx] += bytes;
1349
1350                 if (idx == DDIR_WRITE) {
1351                         f = io_u->file;
1352                         if (f) {
1353                                 if (f->first_write == -1ULL ||
1354                                     io_u->offset < f->first_write)
1355                                         f->first_write = io_u->offset;
1356                                 if (f->last_write == -1ULL ||
1357                                     ((io_u->offset + bytes) > f->last_write))
1358                                         f->last_write = io_u->offset + bytes;
1359                         }
1360                 }
1361
1362                 if (ramp_time_over(td) && td->runstate == TD_RUNNING) {
1363                         account_io_completion(td, io_u, icd, idx, bytes);
1364
1365                         if (__should_check_rate(td, idx)) {
1366                                 td->rate_pending_usleep[idx] =
1367                                         (usec_for_io(td, idx) -
1368                                          utime_since_now(&td->start));
1369                         }
1370                         if (__should_check_rate(td, odx))
1371                                 td->rate_pending_usleep[odx] =
1372                                         (usec_for_io(td, odx) -
1373                                          utime_since_now(&td->start));
1374                 }
1375
1376                 if (td_write(td) && idx == DDIR_WRITE &&
1377                     td->o.do_verify &&
1378                     td->o.verify != VERIFY_NONE)
1379                         log_io_piece(td, io_u);
1380
1381                 icd->bytes_done[idx] += bytes;
1382
1383                 if (io_u->end_io) {
1384                         ret = io_u->end_io(td, io_u);
1385                         if (ret && !icd->error)
1386                                 icd->error = ret;
1387                 }
1388         } else if (io_u->error) {
1389                 icd->error = io_u->error;
1390                 io_u_log_error(td, io_u);
1391         }
1392         if (icd->error && td_non_fatal_error(icd->error) &&
1393            (td->o.continue_on_error & td_error_type(io_u->ddir, icd->error))) {
1394                 /*
1395                  * If there is a non_fatal error, then add to the error count
1396                  * and clear all the errors.
1397                  */
1398                 update_error_count(td, icd->error);
1399                 td_clear_error(td);
1400                 icd->error = 0;
1401                 io_u->error = 0;
1402         }
1403 }
1404
1405 static void init_icd(struct thread_data *td, struct io_completion_data *icd,
1406                      int nr)
1407 {
1408         if (!td->o.disable_clat || !td->o.disable_bw)
1409                 fio_gettime(&icd->time, NULL);
1410
1411         icd->nr = nr;
1412         icd->account = 1;
1413
1414         icd->error = 0;
1415         icd->bytes_done[0] = icd->bytes_done[1] = 0;
1416 }
1417
1418 static void ios_completed(struct thread_data *td,
1419                           struct io_completion_data *icd)
1420 {
1421         struct io_u *io_u;
1422         int i;
1423
1424         for (i = 0; i < icd->nr; i++) {
1425                 io_u = td->io_ops->event(td, i);
1426
1427                 io_completed(td, io_u, icd);
1428
1429                 if (!(io_u->flags & IO_U_F_FREE_DEF))
1430                         put_io_u(td, io_u);
1431
1432                 icd->account = 0;
1433         }
1434 }
1435
1436 /*
1437  * Complete a single io_u for the sync engines.
1438  */
1439 int io_u_sync_complete(struct thread_data *td, struct io_u *io_u,
1440                        unsigned long *bytes)
1441 {
1442         struct io_completion_data icd;
1443
1444         init_icd(td, &icd, 1);
1445         io_completed(td, io_u, &icd);
1446
1447         if (!(io_u->flags & IO_U_F_FREE_DEF))
1448                 put_io_u(td, io_u);
1449
1450         if (icd.error) {
1451                 td_verror(td, icd.error, "io_u_sync_complete");
1452                 return -1;
1453         }
1454
1455         if (bytes) {
1456                 bytes[0] += icd.bytes_done[0];
1457                 bytes[1] += icd.bytes_done[1];
1458         }
1459
1460         return 0;
1461 }
1462
1463 /*
1464  * Called to complete min_events number of io for the async engines.
1465  */
1466 int io_u_queued_complete(struct thread_data *td, int min_evts,
1467                          unsigned long *bytes)
1468 {
1469         struct io_completion_data icd;
1470         struct timespec *tvp = NULL;
1471         int ret;
1472         struct timespec ts = { .tv_sec = 0, .tv_nsec = 0, };
1473
1474         dprint(FD_IO, "io_u_queued_completed: min=%d\n", min_evts);
1475
1476         if (!min_evts)
1477                 tvp = &ts;
1478
1479         ret = td_io_getevents(td, min_evts, td->o.iodepth_batch_complete, tvp);
1480         if (ret < 0) {
1481                 td_verror(td, -ret, "td_io_getevents");
1482                 return ret;
1483         } else if (!ret)
1484                 return ret;
1485
1486         init_icd(td, &icd, ret);
1487         ios_completed(td, &icd);
1488         if (icd.error) {
1489                 td_verror(td, icd.error, "io_u_queued_complete");
1490                 return -1;
1491         }
1492
1493         if (bytes) {
1494                 bytes[0] += icd.bytes_done[0];
1495                 bytes[1] += icd.bytes_done[1];
1496         }
1497
1498         return 0;
1499 }
1500
1501 /*
1502  * Call when io_u is really queued, to update the submission latency.
1503  */
1504 void io_u_queued(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
1505 {
1506         if (!td->o.disable_slat) {
1507                 unsigned long slat_time;
1508
1509                 slat_time = utime_since(&io_u->start_time, &io_u->issue_time);
1510                 add_slat_sample(td, io_u->ddir, slat_time, io_u->xfer_buflen);
1511         }
1512 }
1513
1514 /*
1515  * "randomly" fill the buffer contents
1516  */
1517 void io_u_fill_buffer(struct thread_data *td, struct io_u *io_u,
1518                       unsigned int max_bs)
1519 {
1520         io_u->buf_filled_len = 0;
1521
1522         if (!td->o.zero_buffers)
1523                 fill_random_buf(&td->buf_state, io_u->buf, max_bs);
1524         else
1525                 memset(io_u->buf, 0, max_bs);
1526 }