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 #include "lib/axmap.h"
  14 #include "err.h"
  15 #include "lib/pow2.h"
  16 #include "minmax.h"
  17
  18 struct io_completion_data {
  19         int nr;                         /* input */
  20
  21         int error;                      /* output */
  22         uint64_t bytes_done[DDIR_RWDIR_CNT];    /* output */
  23         struct timeval time;            /* output */
  24 };
  25
  26 /*
  27  * The ->io_axmap contains a map of blocks we have or have not done io
  28  * to yet. Used to make sure we cover the entire range in a fair fashion.
  29  */
  30 static bool random_map_free(struct fio_file *f, const uint64_t block)
  31 {
  32         return !axmap_isset(f->io_axmap, block);
  33 }
  34
  35 /*
  36  * Mark a given offset as used in the map.
  37  */
  38 static void mark_random_map(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
  39 {
  40         unsigned int min_bs = td->o.rw_min_bs;
  41         struct fio_file *f = io_u->file;
  42         unsigned int nr_blocks;
  43         uint64_t block;
  44
  45         block = (io_u->offset - f->file_offset) / (uint64_t) min_bs;
  46         nr_blocks = (io_u->buflen + min_bs - 1) / min_bs;
  47
  48         if (!(io_u->flags & IO_U_F_BUSY_OK))
  49                 nr_blocks = axmap_set_nr(f->io_axmap, block, nr_blocks);
  50
  51         if ((nr_blocks * min_bs) < io_u->buflen)
  52                 io_u->buflen = nr_blocks * min_bs;
  53 }
  54
  55 static uint64_t last_block(struct thread_data *td, struct fio_file *f,
  56                            enum fio_ddir ddir)
  57 {
  58         uint64_t max_blocks;
  59         uint64_t max_size;
  60
  61         assert(ddir_rw(ddir));
  62
  63         /*
  64          * Hmm, should we make sure that ->io_size <= ->real_file_size?
  65          */
  66         max_size = f->io_size;
  67         if (max_size > f->real_file_size)
  68                 max_size = f->real_file_size;
  69
  70         if (td->o.zone_range)
  71                 max_size = td->o.zone_range;
  72
  73         if (td->o.min_bs[ddir] > td->o.ba[ddir])
  74                 max_size -= td->o.min_bs[ddir] - td->o.ba[ddir];
  75
  76         max_blocks = max_size / (uint64_t) td->o.ba[ddir];
  77         if (!max_blocks)
  78                 return 0;
  79
  80         return max_blocks;
  81 }
  82
  83 struct rand_off {
  84         struct flist_head list;
  85         uint64_t off;
  86 };
  87
  88 static int __get_next_rand_offset(struct thread_data *td, struct fio_file *f,
  89                                   enum fio_ddir ddir, uint64_t *b,
  90                                   uint64_t lastb)
  91 {
  92         uint64_t r;
  93
  94         if (td->o.random_generator == FIO_RAND_GEN_TAUSWORTHE ||
  95             td->o.random_generator == FIO_RAND_GEN_TAUSWORTHE64) {
  96
  97                 r = __rand(&td->random_state);
  98
  99                 dprint(FD_RANDOM, "off rand %llu\n", (unsigned long long) r);
 100
 101                 *b = lastb * (r / (rand_max(&td->random_state) + 1.0));
 102         } else {
 103                 uint64_t off = 0;
 104
 105                 assert(fio_file_lfsr(f));
 106
 107                 if (lfsr_next(&f->lfsr, &off))
 108                         return 1;
 109
 110                 *b = off;
 111         }
 112
 113         /*
 114          * if we are not maintaining a random map, we are done.
 115          */
 116         if (!file_randommap(td, f))
 117                 goto ret;
 118
 119         /*
 120          * calculate map offset and check if it's free
 121          */
 122         if (random_map_free(f, *b))
 123                 goto ret;
 124
 125         dprint(FD_RANDOM, "get_next_rand_offset: offset %llu busy\n",
 126                                                 (unsigned long long) *b);
 127
 128         *b = axmap_next_free(f->io_axmap, *b);
 129         if (*b == (uint64_t) -1ULL)
 130                 return 1;
 131 ret:
 132         return 0;
 133 }
 134
 135 static int __get_next_rand_offset_zipf(struct thread_data *td,
 136                                        struct fio_file *f, enum fio_ddir ddir,
 137                                        uint64_t *b)
 138 {
 139         *b = zipf_next(&f->zipf);
 140         return 0;
 141 }
 142
 143 static int __get_next_rand_offset_pareto(struct thread_data *td,
 144                                          struct fio_file *f, enum fio_ddir ddir,
 145                                          uint64_t *b)
 146 {
 147         *b = pareto_next(&f->zipf);
 148         return 0;
 149 }
 150
 151 static int __get_next_rand_offset_gauss(struct thread_data *td,
 152                                         struct fio_file *f, enum fio_ddir ddir,
 153                                         uint64_t *b)
 154 {
 155         *b = gauss_next(&f->gauss);
 156         return 0;
 157 }
 158
 159 static int __get_next_rand_offset_zoned(struct thread_data *td,
 160                                         struct fio_file *f, enum fio_ddir ddir,
 161                                         uint64_t *b)
 162 {
 163         unsigned int v, send, stotal;
 164         uint64_t offset, lastb;
 165         static int warned;
 166         struct zone_split_index *zsi;
 167
 168         lastb = last_block(td, f, ddir);
 169         if (!lastb)
 170                 return 1;
 171
 172         if (!td->o.zone_split_nr[ddir]) {
 173 bail:
 174                 return __get_next_rand_offset(td, f, ddir, b, lastb);
 175         }
 176
 177         /*
 178          * Generate a value, v, between 1 and 100, both inclusive
 179          */
 180         v = rand32_between(&td->zone_state, 1, 100);
 181
 182         zsi = &td->zone_state_index[ddir][v - 1];
 183         stotal = zsi->size_perc_prev;
 184         send = zsi->size_perc;
 185
 186         /*
 187          * Should never happen
 188          */
 189         if (send == -1U) {
 190                 if (!warned) {
 191                         log_err("fio: bug in zoned generation\n");
 192                         warned = 1;
 193                 }
 194                 goto bail;
 195         }
 196
 197         /*
 198          * 'send' is some percentage below or equal to 100 that
 199          * marks the end of the current IO range. 'stotal' marks
 200          * the start, in percent.
 201          */
 202         if (stotal)
 203                 offset = stotal * lastb / 100ULL;
 204         else
 205                 offset = 0;
 206
 207         lastb = lastb * (send - stotal) / 100ULL;
 208
 209         /*
 210          * Generate index from 0..send-of-lastb
 211          */
 212         if (__get_next_rand_offset(td, f, ddir, b, lastb) == 1)
 213                 return 1;
 214
 215         /*
 216          * Add our start offset, if any
 217          */
 218         if (offset)
 219                 *b += offset;
 220
 221         return 0;
 222 }
 223
 224 static int flist_cmp(void *data, struct flist_head *a, struct flist_head *b)
 225 {
 226         struct rand_off *r1 = flist_entry(a, struct rand_off, list);
 227         struct rand_off *r2 = flist_entry(b, struct rand_off, list);
 228
 229         return r1->off - r2->off;
 230 }
 231
 232 static int get_off_from_method(struct thread_data *td, struct fio_file *f,
 233                                enum fio_ddir ddir, uint64_t *b)
 234 {
 235         if (td->o.random_distribution == FIO_RAND_DIST_RANDOM) {
 236                 uint64_t lastb;
 237
 238                 lastb = last_block(td, f, ddir);
 239                 if (!lastb)
 240                         return 1;
 241
 242                 return __get_next_rand_offset(td, f, ddir, b, lastb);
 243         } else if (td->o.random_distribution == FIO_RAND_DIST_ZIPF)
 244                 return __get_next_rand_offset_zipf(td, f, ddir, b);
 245         else if (td->o.random_distribution == FIO_RAND_DIST_PARETO)
 246                 return __get_next_rand_offset_pareto(td, f, ddir, b);
 247         else if (td->o.random_distribution == FIO_RAND_DIST_GAUSS)
 248                 return __get_next_rand_offset_gauss(td, f, ddir, b);
 249         else if (td->o.random_distribution == FIO_RAND_DIST_ZONED)
 250                 return __get_next_rand_offset_zoned(td, f, ddir, b);
 251
 252         log_err("fio: unknown random distribution: %d\n", td->o.random_distribution);
 253         return 1;
 254 }
 255
 256 /*
 257  * Sort the reads for a verify phase in batches of verifysort_nr, if
 258  * specified.
 259  */
 260 static inline bool should_sort_io(struct thread_data *td)
 261 {
 262         if (!td->o.verifysort_nr || !td->o.do_verify)
 263                 return false;
 264         if (!td_random(td))
 265                 return false;
 266         if (td->runstate != TD_VERIFYING)
 267                 return false;
 268         if (td->o.random_generator == FIO_RAND_GEN_TAUSWORTHE ||
 269             td->o.random_generator == FIO_RAND_GEN_TAUSWORTHE64)
 270                 return false;
 271
 272         return true;
 273 }
 274
 275 static bool should_do_random(struct thread_data *td, enum fio_ddir ddir)
 276 {
 277         unsigned int v;
 278
 279         if (td->o.perc_rand[ddir] == 100)
 280                 return true;
 281
 282         v = rand32_between(&td->seq_rand_state[ddir], 1, 100);
 283
 284         return v <= td->o.perc_rand[ddir];
 285 }
 286
 287 static int get_next_rand_offset(struct thread_data *td, struct fio_file *f,
 288                                 enum fio_ddir ddir, uint64_t *b)
 289 {
 290         struct rand_off *r;
 291         int i, ret = 1;
 292
 293         if (!should_sort_io(td))
 294                 return get_off_from_method(td, f, ddir, b);
 295
 296         if (!flist_empty(&td->next_rand_list)) {
 297 fetch:
 298                 r = flist_first_entry(&td->next_rand_list, struct rand_off, list);
 299                 flist_del(&r->list);
 300                 *b = r->off;
 301                 free(r);
 302                 return 0;
 303         }
 304
 305         for (i = 0; i < td->o.verifysort_nr; i++) {
 306                 r = malloc(sizeof(*r));
 307
 308                 ret = get_off_from_method(td, f, ddir, &r->off);
 309                 if (ret) {
 310                         free(r);
 311                         break;
 312                 }
 313
 314                 flist_add(&r->list, &td->next_rand_list);
 315         }
 316
 317         if (ret && !i)
 318                 return ret;
 319
 320         assert(!flist_empty(&td->next_rand_list));
 321         flist_sort(NULL, &td->next_rand_list, flist_cmp);
 322         goto fetch;
 323 }
 324
 325 static int get_next_rand_block(struct thread_data *td, struct fio_file *f,
 326                                enum fio_ddir ddir, uint64_t *b)
 327 {
 328         if (!get_next_rand_offset(td, f, ddir, b))
 329                 return 0;
 330
 331         if (td->o.time_based ||
 332             (td->o.file_service_type & __FIO_FSERVICE_NONUNIFORM)) {
 333                 fio_file_reset(td, f);
 334                 if (!get_next_rand_offset(td, f, ddir, b))
 335                         return 0;
 336         }
 337
 338         dprint(FD_IO, "%s: rand offset failed, last=%llu, size=%llu\n",
 339                         f->file_name, (unsigned long long) f->last_pos[ddir],
 340                         (unsigned long long) f->real_file_size);
 341         return 1;
 342 }
 343
 344 static int get_next_seq_offset(struct thread_data *td, struct fio_file *f,
 345                                enum fio_ddir ddir, uint64_t *offset)
 346 {
 347         struct thread_options *o = &td->o;
 348
 349         assert(ddir_rw(ddir));
 350
 351         if (f->last_pos[ddir] >= f->io_size + get_start_offset(td, f) &&
 352             o->time_based) {
 353                 struct thread_options *o = &td->o;
 354                 uint64_t io_size = f->io_size + (f->io_size % o->min_bs[ddir]);
 355
 356                 if (io_size > f->last_pos[ddir])
 357                         f->last_pos[ddir] = 0;
 358                 else
 359                         f->last_pos[ddir] = f->last_pos[ddir] - io_size;
 360         }
 361
 362         if (f->last_pos[ddir] < f->real_file_size) {
 363                 uint64_t pos;
 364
 365                 if (f->last_pos[ddir] == f->file_offset && o->ddir_seq_add < 0) {
 366                         if (f->real_file_size > f->io_size)
 367                                 f->last_pos[ddir] = f->io_size;
 368                         else
 369                                 f->last_pos[ddir] = f->real_file_size;
 370                 }
 371
 372                 pos = f->last_pos[ddir] - f->file_offset;
 373                 if (pos && o->ddir_seq_add) {
 374                         pos += o->ddir_seq_add;
 375
 376                         /*
 377                          * If we reach beyond the end of the file
 378                          * with holed IO, wrap around to the
 379                          * beginning again. If we're doing backwards IO,
 380                          * wrap to the end.
 381                          */
 382                         if (pos >= f->real_file_size) {
 383                                 if (o->ddir_seq_add > 0)
 384                                         pos = f->file_offset;
 385                                 else {
 386                                         if (f->real_file_size > f->io_size)
 387                                                 pos = f->io_size;
 388                                         else
 389                                                 pos = f->real_file_size;
 390
 391                                         pos += o->ddir_seq_add;
 392                                 }
 393                         }
 394                 }
 395
 396                 *offset = pos;
 397                 return 0;
 398         }
 399
 400         return 1;
 401 }
 402
 403 static int get_next_block(struct thread_data *td, struct io_u *io_u,
 404                           enum fio_ddir ddir, int rw_seq,
 405                           unsigned int *is_random)
 406 {
 407         struct fio_file *f = io_u->file;
 408         uint64_t b, offset;
 409         int ret;
 410
 411         assert(ddir_rw(ddir));
 412
 413         b = offset = -1ULL;
 414
 415         if (rw_seq) {
 416                 if (td_random(td)) {
 417                         if (should_do_random(td, ddir)) {
 418                                 ret = get_next_rand_block(td, f, ddir, &b);
 419                                 *is_random = 1;
 420                         } else {
 421                                 *is_random = 0;
 422                                 io_u_set(td, io_u, IO_U_F_BUSY_OK);
 423                                 ret = get_next_seq_offset(td, f, ddir, &offset);
 424                                 if (ret)
 425                                         ret = get_next_rand_block(td, f, ddir, &b);
 426                         }
 427                 } else {
 428                         *is_random = 0;
 429                         ret = get_next_seq_offset(td, f, ddir, &offset);
 430                 }
 431         } else {
 432                 io_u_set(td, io_u, IO_U_F_BUSY_OK);
 433                 *is_random = 0;
 434
 435                 if (td->o.rw_seq == RW_SEQ_SEQ) {
 436                         ret = get_next_seq_offset(td, f, ddir, &offset);
 437                         if (ret) {
 438                                 ret = get_next_rand_block(td, f, ddir, &b);
 439                                 *is_random = 0;
 440                         }
 441                 } else if (td->o.rw_seq == RW_SEQ_IDENT) {
 442                         if (f->last_start[ddir] != -1ULL)
 443                                 offset = f->last_start[ddir] - f->file_offset;
 444                         else
 445                                 offset = 0;
 446                         ret = 0;
 447                 } else {
 448                         log_err("fio: unknown rw_seq=%d\n", td->o.rw_seq);
 449                         ret = 1;
 450                 }
 451         }
 452
 453         if (!ret) {
 454                 if (offset != -1ULL)
 455                         io_u->offset = offset;
 456                 else if (b != -1ULL)
 457                         io_u->offset = b * td->o.ba[ddir];
 458                 else {
 459                         log_err("fio: bug in offset generation: offset=%llu, b=%llu\n", (unsigned long long) offset, (unsigned long long) b);
 460                         ret = 1;
 461                 }
 462         }
 463
 464         return ret;
 465 }
 466
 467 /*
 468  * For random io, generate a random new block and see if it's used. Repeat
 469  * until we find a free one. For sequential io, just return the end of
 470  * the last io issued.
 471  */
 472 static int __get_next_offset(struct thread_data *td, struct io_u *io_u,
 473                              unsigned int *is_random)
 474 {
 475         struct fio_file *f = io_u->file;
 476         enum fio_ddir ddir = io_u->ddir;
 477         int rw_seq_hit = 0;
 478
 479         assert(ddir_rw(ddir));
 480
 481         if (td->o.ddir_seq_nr && !--td->ddir_seq_nr) {
 482                 rw_seq_hit = 1;
 483                 td->ddir_seq_nr = td->o.ddir_seq_nr;
 484         }
 485
 486         if (get_next_block(td, io_u, ddir, rw_seq_hit, is_random))
 487                 return 1;
 488
 489         if (io_u->offset >= f->io_size) {
 490                 dprint(FD_IO, "get_next_offset: offset %llu >= io_size %llu\n",
 491                                         (unsigned long long) io_u->offset,
 492                                         (unsigned long long) f->io_size);
 493                 return 1;
 494         }
 495
 496         io_u->offset += f->file_offset;
 497         if (io_u->offset >= f->real_file_size) {
 498                 dprint(FD_IO, "get_next_offset: offset %llu >= size %llu\n",
 499                                         (unsigned long long) io_u->offset,
 500                                         (unsigned long long) f->real_file_size);
 501                 return 1;
 502         }
 503
 504         return 0;
 505 }
 506
 507 static int get_next_offset(struct thread_data *td, struct io_u *io_u,
 508                            unsigned int *is_random)
 509 {
 510         if (td->flags & TD_F_PROFILE_OPS) {
 511                 struct prof_io_ops *ops = &td->prof_io_ops;
 512
 513                 if (ops->fill_io_u_off)
 514                         return ops->fill_io_u_off(td, io_u, is_random);
 515         }
 516
 517         return __get_next_offset(td, io_u, is_random);
 518 }
 519
 520 static inline bool io_u_fits(struct thread_data *td, struct io_u *io_u,
 521                              unsigned int buflen)
 522 {
 523         struct fio_file *f = io_u->file;
 524
 525         return io_u->offset + buflen <= f->io_size + get_start_offset(td, f);
 526 }
 527
 528 static unsigned int __get_next_buflen(struct thread_data *td, struct io_u *io_u,
 529                                       unsigned int is_random)
 530 {
 531         int ddir = io_u->ddir;
 532         unsigned int buflen = 0;
 533         unsigned int minbs, maxbs;
 534         uint64_t frand_max, r;
 535
 536         assert(ddir_rw(ddir));
 537
 538         if (td->o.bs_is_seq_rand)
 539                 ddir = is_random ? DDIR_WRITE: DDIR_READ;
 540
 541         minbs = td->o.min_bs[ddir];
 542         maxbs = td->o.max_bs[ddir];
 543
 544         if (minbs == maxbs)
 545                 return minbs;
 546
 547         /*
 548          * If we can't satisfy the min block size from here, then fail
 549          */
 550         if (!io_u_fits(td, io_u, minbs))
 551                 return 0;
 552
 553         frand_max = rand_max(&td->bsrange_state);
 554         do {
 555                 r = __rand(&td->bsrange_state);
 556
 557                 if (!td->o.bssplit_nr[ddir]) {
 558                         buflen = 1 + (unsigned int) ((double) maxbs *
 559                                         (r / (frand_max + 1.0)));
 560                         if (buflen < minbs)
 561                                 buflen = minbs;
 562                 } else {
 563                         long long perc = 0;
 564                         unsigned int i;
 565
 566                         for (i = 0; i < td->o.bssplit_nr[ddir]; i++) {
 567                                 struct bssplit *bsp = &td->o.bssplit[ddir][i];
 568
 569                                 buflen = bsp->bs;
 570                                 perc += bsp->perc;
 571                                 if (!perc)
 572                                         break;
 573                                 if ((r / perc <= frand_max / 100ULL) &&
 574                                     io_u_fits(td, io_u, buflen))
 575                                         break;
 576                         }
 577                 }
 578
 579                 if (!td->o.bs_unaligned && is_power_of_2(minbs))
 580                         buflen &= ~(minbs - 1);
 581
 582         } while (!io_u_fits(td, io_u, buflen));
 583
 584         return buflen;
 585 }
 586
 587 static unsigned int get_next_buflen(struct thread_data *td, struct io_u *io_u,
 588                                     unsigned int is_random)
 589 {
 590         if (td->flags & TD_F_PROFILE_OPS) {
 591                 struct prof_io_ops *ops = &td->prof_io_ops;
 592
 593                 if (ops->fill_io_u_size)
 594                         return ops->fill_io_u_size(td, io_u, is_random);
 595         }
 596
 597         return __get_next_buflen(td, io_u, is_random);
 598 }
 599
 600 static void set_rwmix_bytes(struct thread_data *td)
 601 {
 602         unsigned int diff;
 603
 604         /*
 605          * we do time or byte based switch. this is needed because
 606          * buffered writes may issue a lot quicker than they complete,
 607          * whereas reads do not.
 608          */
 609         diff = td->o.rwmix[td->rwmix_ddir ^ 1];
 610         td->rwmix_issues = (td->io_issues[td->rwmix_ddir] * diff) / 100;
 611 }
 612
 613 static inline enum fio_ddir get_rand_ddir(struct thread_data *td)
 614 {
 615         unsigned int v;
 616
 617         v = rand32_between(&td->rwmix_state, 1, 100);
 618
 619         if (v <= td->o.rwmix[DDIR_READ])
 620                 return DDIR_READ;
 621
 622         return DDIR_WRITE;
 623 }
 624
 625 int io_u_quiesce(struct thread_data *td)
 626 {
 627         int completed = 0;
 628
 629         /*
 630          * We are going to sleep, ensure that we flush anything pending as
 631          * not to skew our latency numbers.
 632          *
 633          * Changed to only monitor 'in flight' requests here instead of the
 634          * td->cur_depth, b/c td->cur_depth does not accurately represent
 635          * io's that have been actually submitted to an async engine,
 636          * and cur_depth is meaningless for sync engines.
 637          */
 638         if (td->io_u_queued || td->cur_depth) {
 639                 int fio_unused ret;
 640
 641                 ret = td_io_commit(td);
 642         }
 643
 644         while (td->io_u_in_flight) {
 645                 int fio_unused ret;
 646
 647                 ret = io_u_queued_complete(td, 1);
 648                 if (ret > 0)
 649                         completed += ret;
 650         }
 651
 652         if (td->flags & TD_F_REGROW_LOGS)
 653                 regrow_logs(td);
 654
 655         return completed;
 656 }
 657
 658 static enum fio_ddir rate_ddir(struct thread_data *td, enum fio_ddir ddir)
 659 {
 660         enum fio_ddir odir = ddir ^ 1;
 661         long usec;
 662         uint64_t now;
 663
 664         assert(ddir_rw(ddir));
 665         now = utime_since_now(&td->start);
 666
 667         /*
 668          * if rate_next_io_time is in the past, need to catch up to rate
 669          */
 670         if (td->rate_next_io_time[ddir] <= now)
 671                 return ddir;
 672
 673         /*
 674          * We are ahead of rate in this direction. See if we
 675          * should switch.
 676          */
 677         if (td_rw(td) && td->o.rwmix[odir]) {
 678                 /*
 679                  * Other direction is behind rate, switch
 680                  */
 681                 if (td->rate_next_io_time[odir] <= now)
 682                         return odir;
 683
 684                 /*
 685                  * Both directions are ahead of rate. sleep the min
 686                  * switch if necissary
 687                  */
 688                 if (td->rate_next_io_time[ddir] <=
 689                         td->rate_next_io_time[odir]) {
 690                         usec = td->rate_next_io_time[ddir] - now;
 691                 } else {
 692                         usec = td->rate_next_io_time[odir] - now;
 693                         ddir = odir;
 694                 }
 695         } else
 696                 usec = td->rate_next_io_time[ddir] - now;
 697
 698         if (td->o.io_submit_mode == IO_MODE_INLINE)
 699                 io_u_quiesce(td);
 700
 701         usec = usec_sleep(td, usec);
 702
 703         return ddir;
 704 }
 705
 706 /*
 707  * Return the data direction for the next io_u. If the job is a
 708  * mixed read/write workload, check the rwmix cycle and switch if
 709  * necessary.
 710  */
 711 static enum fio_ddir get_rw_ddir(struct thread_data *td)
 712 {
 713         enum fio_ddir ddir;
 714
 715         /*
 716          * see if it's time to fsync
 717          */
 718         if (td->o.fsync_blocks &&
 719            !(td->io_issues[DDIR_WRITE] % td->o.fsync_blocks) &&
 720              td->io_issues[DDIR_WRITE] && should_fsync(td))
 721                 return DDIR_SYNC;
 722
 723         /*
 724          * see if it's time to fdatasync
 725          */
 726         if (td->o.fdatasync_blocks &&
 727            !(td->io_issues[DDIR_WRITE] % td->o.fdatasync_blocks) &&
 728              td->io_issues[DDIR_WRITE] && should_fsync(td))
 729                 return DDIR_DATASYNC;
 730
 731         /*
 732          * see if it's time to sync_file_range
 733          */
 734         if (td->sync_file_range_nr &&
 735            !(td->io_issues[DDIR_WRITE] % td->sync_file_range_nr) &&
 736              td->io_issues[DDIR_WRITE] && should_fsync(td))
 737                 return DDIR_SYNC_FILE_RANGE;
 738
 739         if (td_rw(td)) {
 740                 /*
 741                  * Check if it's time to seed a new data direction.
 742                  */
 743                 if (td->io_issues[td->rwmix_ddir] >= td->rwmix_issues) {
 744                         /*
 745                          * Put a top limit on how many bytes we do for
 746                          * one data direction, to avoid overflowing the
 747                          * ranges too much
 748                          */
 749                         ddir = get_rand_ddir(td);
 750
 751                         if (ddir != td->rwmix_ddir)
 752                                 set_rwmix_bytes(td);
 753
 754                         td->rwmix_ddir = ddir;
 755                 }
 756                 ddir = td->rwmix_ddir;
 757         } else if (td_read(td))
 758                 ddir = DDIR_READ;
 759         else if (td_write(td))
 760                 ddir = DDIR_WRITE;
 761         else
 762                 ddir = DDIR_TRIM;
 763
 764         td->rwmix_ddir = rate_ddir(td, ddir);
 765         return td->rwmix_ddir;
 766 }
 767
 768 static void set_rw_ddir(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
 769 {
 770         enum fio_ddir ddir = get_rw_ddir(td);
 771
 772         if (td_trimwrite(td)) {
 773                 struct fio_file *f = io_u->file;
 774                 if (f->last_pos[DDIR_WRITE] == f->last_pos[DDIR_TRIM])
 775                         ddir = DDIR_TRIM;
 776                 else
 777                         ddir = DDIR_WRITE;
 778         }
 779
 780         io_u->ddir = io_u->acct_ddir = ddir;
 781
 782         if (io_u->ddir == DDIR_WRITE && td_ioengine_flagged(td, FIO_BARRIER) &&
 783             td->o.barrier_blocks &&
 784            !(td->io_issues[DDIR_WRITE] % td->o.barrier_blocks) &&
 785              td->io_issues[DDIR_WRITE])
 786                 io_u_set(td, io_u, IO_U_F_BARRIER);
 787 }
 788
 789 void put_file_log(struct thread_data *td, struct fio_file *f)
 790 {
 791         unsigned int ret = put_file(td, f);
 792
 793         if (ret)
 794                 td_verror(td, ret, "file close");
 795 }
 796
 797 void put_io_u(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
 798 {
 799         if (td->parent)
 800                 td = td->parent;
 801
 802         td_io_u_lock(td);
 803
 804         if (io_u->file && !(io_u->flags & IO_U_F_NO_FILE_PUT))
 805                 put_file_log(td, io_u->file);
 806
 807         io_u->file = NULL;
 808         io_u_set(td, io_u, IO_U_F_FREE);
 809
 810         if (io_u->flags & IO_U_F_IN_CUR_DEPTH) {
 811                 td->cur_depth--;
 812                 assert(!(td->flags & TD_F_CHILD));
 813         }
 814         io_u_qpush(&td->io_u_freelist, io_u);
 815         td_io_u_unlock(td);
 816         td_io_u_free_notify(td);
 817 }
 818
 819 void clear_io_u(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
 820 {
 821         io_u_clear(td, io_u, IO_U_F_FLIGHT);
 822         put_io_u(td, io_u);
 823 }
 824
 825 void requeue_io_u(struct thread_data *td, struct io_u **io_u)
 826 {
 827         struct io_u *__io_u = *io_u;
 828         enum fio_ddir ddir = acct_ddir(__io_u);
 829
 830         dprint(FD_IO, "requeue %p\n", __io_u);
 831
 832         if (td->parent)
 833                 td = td->parent;
 834
 835         td_io_u_lock(td);
 836
 837         io_u_set(td, __io_u, IO_U_F_FREE);
 838         if ((__io_u->flags & IO_U_F_FLIGHT) && ddir_rw(ddir))
 839                 td->io_issues[ddir]--;
 840
 841         io_u_clear(td, __io_u, IO_U_F_FLIGHT);
 842         if (__io_u->flags & IO_U_F_IN_CUR_DEPTH) {
 843                 td->cur_depth--;
 844                 assert(!(td->flags & TD_F_CHILD));
 845         }
 846
 847         io_u_rpush(&td->io_u_requeues, __io_u);
 848         td_io_u_unlock(td);
 849         td_io_u_free_notify(td);
 850         *io_u = NULL;
 851 }
 852
 853 static int fill_io_u(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
 854 {
 855         unsigned int is_random;
 856
 857         if (td_ioengine_flagged(td, FIO_NOIO))
 858                 goto out;
 859
 860         set_rw_ddir(td, io_u);
 861
 862         /*
 863          * fsync() or fdatasync() or trim etc, we are done
 864          */
 865         if (!ddir_rw(io_u->ddir))
 866                 goto out;
 867
 868         /*
 869          * See if it's time to switch to a new zone
 870          */
 871         if (td->zone_bytes >= td->o.zone_size && td->o.zone_skip) {
 872                 struct fio_file *f = io_u->file;
 873
 874                 td->zone_bytes = 0;
 875                 f->file_offset += td->o.zone_range + td->o.zone_skip;
 876
 877                 /*
 878                  * Wrap from the beginning, if we exceed the file size
 879                  */
 880                 if (f->file_offset >= f->real_file_size)
 881                         f->file_offset = f->real_file_size - f->file_offset;
 882                 f->last_pos[io_u->ddir] = f->file_offset;
 883                 td->io_skip_bytes += td->o.zone_skip;
 884         }
 885
 886         /*
 887          * No log, let the seq/rand engine retrieve the next buflen and
 888          * position.
 889          */
 890         if (get_next_offset(td, io_u, &is_random)) {
 891                 dprint(FD_IO, "io_u %p, failed getting offset\n", io_u);
 892                 return 1;
 893         }
 894
 895         io_u->buflen = get_next_buflen(td, io_u, is_random);
 896         if (!io_u->buflen) {
 897                 dprint(FD_IO, "io_u %p, failed getting buflen\n", io_u);
 898                 return 1;
 899         }
 900
 901         if (io_u->offset + io_u->buflen > io_u->file->real_file_size) {
 902                 dprint(FD_IO, "io_u %p, offset too large\n", io_u);
 903                 dprint(FD_IO, "  off=%llu/%lu > %llu\n",
 904                         (unsigned long long) io_u->offset, io_u->buflen,
 905                         (unsigned long long) io_u->file->real_file_size);
 906                 return 1;
 907         }
 908
 909         /*
 910          * mark entry before potentially trimming io_u
 911          */
 912         if (td_random(td) && file_randommap(td, io_u->file))
 913                 mark_random_map(td, io_u);
 914
 915 out:
 916         dprint_io_u(io_u, "fill_io_u");
 917         td->zone_bytes += io_u->buflen;
 918         return 0;
 919 }
 920
 921 static void __io_u_mark_map(unsigned int *map, unsigned int nr)
 922 {
 923         int idx = 0;
 924
 925         switch (nr) {
 926         default:
 927                 idx = 6;
 928                 break;
 929         case 33 ... 64:
 930                 idx = 5;
 931                 break;
 932         case 17 ... 32:
 933                 idx = 4;
 934                 break;
 935         case 9 ... 16:
 936                 idx = 3;
 937                 break;
 938         case 5 ... 8:
 939                 idx = 2;
 940                 break;
 941         case 1 ... 4:
 942                 idx = 1;
 943         case 0:
 944                 break;
 945         }
 946
 947         map[idx]++;
 948 }
 949
 950 void io_u_mark_submit(struct thread_data *td, unsigned int nr)
 951 {
 952         __io_u_mark_map(td->ts.io_u_submit, nr);
 953         td->ts.total_submit++;
 954 }
 955
 956 void io_u_mark_complete(struct thread_data *td, unsigned int nr)
 957 {
 958         __io_u_mark_map(td->ts.io_u_complete, nr);
 959         td->ts.total_complete++;
 960 }
 961
 962 void io_u_mark_depth(struct thread_data *td, unsigned int nr)
 963 {
 964         int idx = 0;
 965
 966         switch (td->cur_depth) {
 967         default:
 968                 idx = 6;
 969                 break;
 970         case 32 ... 63:
 971                 idx = 5;
 972                 break;
 973         case 16 ... 31:
 974                 idx = 4;
 975                 break;
 976         case 8 ... 15:
 977                 idx = 3;
 978                 break;
 979         case 4 ... 7:
 980                 idx = 2;
 981                 break;
 982         case 2 ... 3:
 983                 idx = 1;
 984         case 1:
 985                 break;
 986         }
 987
 988         td->ts.io_u_map[idx] += nr;
 989 }
 990
 991 static void io_u_mark_lat_usec(struct thread_data *td, unsigned long usec)
 992 {
 993         int idx = 0;
 994
 995         assert(usec < 1000);
 996
 997         switch (usec) {
 998         case 750 ... 999:
 999                 idx = 9;
1000                 break;
1001         case 500 ... 749:
1002                 idx = 8;
1003                 break;
1004         case 250 ... 499:
1005                 idx = 7;
1006                 break;
1007         case 100 ... 249:
1008                 idx = 6;
1009                 break;
1010         case 50 ... 99:
1011                 idx = 5;
1012                 break;
1013         case 20 ... 49:
1014                 idx = 4;
1015                 break;
1016         case 10 ... 19:
1017                 idx = 3;
1018                 break;
1019         case 4 ... 9:
1020                 idx = 2;
1021                 break;
1022         case 2 ... 3:
1023                 idx = 1;
1024         case 0 ... 1:
1025                 break;
1026         }
1027
1028         assert(idx < FIO_IO_U_LAT_U_NR);
1029         td->ts.io_u_lat_u[idx]++;
1030 }
1031
1032 static void io_u_mark_lat_msec(struct thread_data *td, unsigned long msec)
1033 {
1034         int idx = 0;
1035
1036         switch (msec) {
1037         default:
1038                 idx = 11;
1039                 break;
1040         case 1000 ... 1999:
1041                 idx = 10;
1042                 break;
1043         case 750 ... 999:
1044                 idx = 9;
1045                 break;
1046         case 500 ... 749:
1047                 idx = 8;
1048                 break;
1049         case 250 ... 499:
1050                 idx = 7;
1051                 break;
1052         case 100 ... 249:
1053                 idx = 6;
1054                 break;
1055         case 50 ... 99:
1056                 idx = 5;
1057                 break;
1058         case 20 ... 49:
1059                 idx = 4;
1060                 break;
1061         case 10 ... 19:
1062                 idx = 3;
1063                 break;
1064         case 4 ... 9:
1065                 idx = 2;
1066                 break;
1067         case 2 ... 3:
1068                 idx = 1;
1069         case 0 ... 1:
1070                 break;
1071         }
1072
1073         assert(idx < FIO_IO_U_LAT_M_NR);
1074         td->ts.io_u_lat_m[idx]++;
1075 }
1076
1077 static void io_u_mark_latency(struct thread_data *td, unsigned long usec)
1078 {
1079         if (usec < 1000)
1080                 io_u_mark_lat_usec(td, usec);
1081         else
1082                 io_u_mark_lat_msec(td, usec / 1000);
1083 }
1084
1085 static unsigned int __get_next_fileno_rand(struct thread_data *td)
1086 {
1087         unsigned long fileno;
1088
1089         if (td->o.file_service_type == FIO_FSERVICE_RANDOM) {
1090                 uint64_t frand_max = rand_max(&td->next_file_state);
1091                 unsigned long r;
1092
1093                 r = __rand(&td->next_file_state);
1094                 return (unsigned int) ((double) td->o.nr_files
1095                                 * (r / (frand_max + 1.0)));
1096         }
1097
1098         if (td->o.file_service_type == FIO_FSERVICE_ZIPF)
1099                 fileno = zipf_next(&td->next_file_zipf);
1100         else if (td->o.file_service_type == FIO_FSERVICE_PARETO)
1101                 fileno = pareto_next(&td->next_file_zipf);
1102         else if (td->o.file_service_type == FIO_FSERVICE_GAUSS)
1103                 fileno = gauss_next(&td->next_file_gauss);
1104         else {
1105                 log_err("fio: bad file service type: %d\n", td->o.file_service_type);
1106                 assert(0);
1107                 return 0;
1108         }
1109
1110         return fileno >> FIO_FSERVICE_SHIFT;
1111 }
1112
1113 /*
1114  * Get next file to service by choosing one at random
1115  */
1116 static struct fio_file *get_next_file_rand(struct thread_data *td,
1117                                            enum fio_file_flags goodf,
1118                                            enum fio_file_flags badf)
1119 {
1120         struct fio_file *f;
1121         int fno;
1122
1123         do {
1124                 int opened = 0;
1125
1126                 fno = __get_next_fileno_rand(td);
1127
1128                 f = td->files[fno];
1129                 if (fio_file_done(f))
1130                         continue;
1131
1132                 if (!fio_file_open(f)) {
1133                         int err;
1134
1135                         if (td->nr_open_files >= td->o.open_files)
1136                                 return ERR_PTR(-EBUSY);
1137
1138                         err = td_io_open_file(td, f);
1139                         if (err)
1140                                 continue;
1141                         opened = 1;
1142                 }
1143
1144                 if ((!goodf || (f->flags & goodf)) && !(f->flags & badf)) {
1145                         dprint(FD_FILE, "get_next_file_rand: %p\n", f);
1146                         return f;
1147                 }
1148                 if (opened)
1149                         td_io_close_file(td, f);
1150         } while (1);
1151 }
1152
1153 /*
1154  * Get next file to service by doing round robin between all available ones
1155  */
1156 static struct fio_file *get_next_file_rr(struct thread_data *td, int goodf,
1157                                          int badf)
1158 {
1159         unsigned int old_next_file = td->next_file;
1160         struct fio_file *f;
1161
1162         do {
1163                 int opened = 0;
1164
1165                 f = td->files[td->next_file];
1166
1167                 td->next_file++;
1168                 if (td->next_file >= td->o.nr_files)
1169                         td->next_file = 0;
1170
1171                 dprint(FD_FILE, "trying file %s %x\n", f->file_name, f->flags);
1172                 if (fio_file_done(f)) {
1173                         f = NULL;
1174                         continue;
1175                 }
1176
1177                 if (!fio_file_open(f)) {
1178                         int err;
1179
1180                         if (td->nr_open_files >= td->o.open_files)
1181                                 return ERR_PTR(-EBUSY);
1182
1183                         err = td_io_open_file(td, f);
1184                         if (err) {
1185                                 dprint(FD_FILE, "error %d on open of %s\n",
1186                                         err, f->file_name);
1187                                 f = NULL;
1188                                 continue;
1189                         }
1190                         opened = 1;
1191                 }
1192
1193                 dprint(FD_FILE, "goodf=%x, badf=%x, ff=%x\n", goodf, badf,
1194                                                                 f->flags);
1195                 if ((!goodf || (f->flags & goodf)) && !(f->flags & badf))
1196                         break;
1197
1198                 if (opened)
1199                         td_io_close_file(td, f);
1200
1201                 f = NULL;
1202         } while (td->next_file != old_next_file);
1203
1204         dprint(FD_FILE, "get_next_file_rr: %p\n", f);
1205         return f;
1206 }
1207
1208 static struct fio_file *__get_next_file(struct thread_data *td)
1209 {
1210         struct fio_file *f;
1211
1212         assert(td->o.nr_files <= td->files_index);
1213
1214         if (td->nr_done_files >= td->o.nr_files) {
1215                 dprint(FD_FILE, "get_next_file: nr_open=%d, nr_done=%d,"
1216                                 " nr_files=%d\n", td->nr_open_files,
1217                                                   td->nr_done_files,
1218                                                   td->o.nr_files);
1219                 return NULL;
1220         }
1221
1222         f = td->file_service_file;
1223         if (f && fio_file_open(f) && !fio_file_closing(f)) {
1224                 if (td->o.file_service_type == FIO_FSERVICE_SEQ)
1225                         goto out;
1226                 if (td->file_service_left--)
1227                         goto out;
1228         }
1229
1230         if (td->o.file_service_type == FIO_FSERVICE_RR ||
1231             td->o.file_service_type == FIO_FSERVICE_SEQ)
1232                 f = get_next_file_rr(td, FIO_FILE_open, FIO_FILE_closing);
1233         else
1234                 f = get_next_file_rand(td, FIO_FILE_open, FIO_FILE_closing);
1235
1236         if (IS_ERR(f))
1237                 return f;
1238
1239         td->file_service_file = f;
1240         td->file_service_left = td->file_service_nr - 1;
1241 out:
1242         if (f)
1243                 dprint(FD_FILE, "get_next_file: %p [%s]\n", f, f->file_name);
1244         else
1245                 dprint(FD_FILE, "get_next_file: NULL\n");
1246         return f;
1247 }
1248
1249 static struct fio_file *get_next_file(struct thread_data *td)
1250 {
1251         if (td->flags & TD_F_PROFILE_OPS) {
1252                 struct prof_io_ops *ops = &td->prof_io_ops;
1253
1254                 if (ops->get_next_file)
1255                         return ops->get_next_file(td);
1256         }
1257
1258         return __get_next_file(td);
1259 }
1260
1261 static long set_io_u_file(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
1262 {
1263         struct fio_file *f;
1264
1265         do {
1266                 f = get_next_file(td);
1267                 if (IS_ERR_OR_NULL(f))
1268                         return PTR_ERR(f);
1269
1270                 io_u->file = f;
1271                 get_file(f);
1272
1273                 if (!fill_io_u(td, io_u))
1274                         break;
1275
1276                 put_file_log(td, f);
1277                 td_io_close_file(td, f);
1278                 io_u->file = NULL;
1279                 if (td->o.file_service_type & __FIO_FSERVICE_NONUNIFORM)
1280                         fio_file_reset(td, f);
1281                 else {
1282                         fio_file_set_done(f);
1283                         td->nr_done_files++;
1284                         dprint(FD_FILE, "%s: is done (%d of %d)\n", f->file_name,
1285                                         td->nr_done_files, td->o.nr_files);
1286                 }
1287         } while (1);
1288
1289         return 0;
1290 }
1291
1292 static void lat_fatal(struct thread_data *td, struct io_completion_data *icd,
1293                       unsigned long tusec, unsigned long max_usec)
1294 {
1295         if (!td->error)
1296                 log_err("fio: latency of %lu usec exceeds specified max (%lu usec)\n", tusec, max_usec);
1297         td_verror(td, ETIMEDOUT, "max latency exceeded");
1298         icd->error = ETIMEDOUT;
1299 }
1300
1301 static void lat_new_cycle(struct thread_data *td)
1302 {
1303         fio_gettime(&td->latency_ts, NULL);
1304         td->latency_ios = ddir_rw_sum(td->io_blocks);
1305         td->latency_failed = 0;
1306 }
1307
1308 /*
1309  * We had an IO outside the latency target. Reduce the queue depth. If we
1310  * are at QD=1, then it's time to give up.
1311  */
1312 static bool __lat_target_failed(struct thread_data *td)
1313 {
1314         if (td->latency_qd == 1)
1315                 return true;
1316
1317         td->latency_qd_high = td->latency_qd;
1318
1319         if (td->latency_qd == td->latency_qd_low)
1320                 td->latency_qd_low--;
1321
1322         td->latency_qd = (td->latency_qd + td->latency_qd_low) / 2;
1323
1324         dprint(FD_RATE, "Ramped down: %d %d %d\n", td->latency_qd_low, td->latency_qd, td->latency_qd_high);
1325
1326         /*
1327          * When we ramp QD down, quiesce existing IO to prevent
1328          * a storm of ramp downs due to pending higher depth.
1329          */
1330         io_u_quiesce(td);
1331         lat_new_cycle(td);
1332         return false;
1333 }
1334
1335 static bool lat_target_failed(struct thread_data *td)
1336 {
1337         if (td->o.latency_percentile.u.f == 100.0)
1338                 return __lat_target_failed(td);
1339
1340         td->latency_failed++;
1341         return false;
1342 }
1343
1344 void lat_target_init(struct thread_data *td)
1345 {
1346         td->latency_end_run = 0;
1347
1348         if (td->o.latency_target) {
1349                 dprint(FD_RATE, "Latency target=%llu\n", td->o.latency_target);
1350                 fio_gettime(&td->latency_ts, NULL);
1351                 td->latency_qd = 1;
1352                 td->latency_qd_high = td->o.iodepth;
1353                 td->latency_qd_low = 1;
1354                 td->latency_ios = ddir_rw_sum(td->io_blocks);
1355         } else
1356                 td->latency_qd = td->o.iodepth;
1357 }
1358
1359 void lat_target_reset(struct thread_data *td)
1360 {
1361         if (!td->latency_end_run)
1362                 lat_target_init(td);
1363 }
1364
1365 static void lat_target_success(struct thread_data *td)
1366 {
1367         const unsigned int qd = td->latency_qd;
1368         struct thread_options *o = &td->o;
1369
1370         td->latency_qd_low = td->latency_qd;
1371
1372         /*
1373          * If we haven't failed yet, we double up to a failing value instead
1374          * of bisecting from highest possible queue depth. If we have set
1375          * a limit other than td->o.iodepth, bisect between that.
1376          */
1377         if (td->latency_qd_high != o->iodepth)
1378                 td->latency_qd = (td->latency_qd + td->latency_qd_high) / 2;
1379         else
1380                 td->latency_qd *= 2;
1381
1382         if (td->latency_qd > o->iodepth)
1383                 td->latency_qd = o->iodepth;
1384
1385         dprint(FD_RATE, "Ramped up: %d %d %d\n", td->latency_qd_low, td->latency_qd, td->latency_qd_high);
1386
1387         /*
1388          * Same as last one, we are done. Let it run a latency cycle, so
1389          * we get only the results from the targeted depth.
1390          */
1391         if (td->latency_qd == qd) {
1392                 if (td->latency_end_run) {
1393                         dprint(FD_RATE, "We are done\n");
1394                         td->done = 1;
1395                 } else {
1396                         dprint(FD_RATE, "Quiesce and final run\n");
1397                         io_u_quiesce(td);
1398                         td->latency_end_run = 1;
1399                         reset_all_stats(td);
1400                         reset_io_stats(td);
1401                 }
1402         }
1403
1404         lat_new_cycle(td);
1405 }
1406
1407 /*
1408  * Check if we can bump the queue depth
1409  */
1410 void lat_target_check(struct thread_data *td)
1411 {
1412         uint64_t usec_window;
1413         uint64_t ios;
1414         double success_ios;
1415
1416         usec_window = utime_since_now(&td->latency_ts);
1417         if (usec_window < td->o.latency_window)
1418                 return;
1419
1420         ios = ddir_rw_sum(td->io_blocks) - td->latency_ios;
1421         success_ios = (double) (ios - td->latency_failed) / (double) ios;
1422         success_ios *= 100.0;
1423
1424         dprint(FD_RATE, "Success rate: %.2f%% (target %.2f%%)\n", success_ios, td->o.latency_percentile.u.f);
1425
1426         if (success_ios >= td->o.latency_percentile.u.f)
1427                 lat_target_success(td);
1428         else
1429                 __lat_target_failed(td);
1430 }
1431
1432 /*
1433  * If latency target is enabled, we might be ramping up or down and not
1434  * using the full queue depth available.
1435  */
1436 bool queue_full(const struct thread_data *td)
1437 {
1438         const int qempty = io_u_qempty(&td->io_u_freelist);
1439
1440         if (qempty)
1441                 return true;
1442         if (!td->o.latency_target)
1443                 return false;
1444
1445         return td->cur_depth >= td->latency_qd;
1446 }
1447
1448 struct io_u *__get_io_u(struct thread_data *td)
1449 {
1450         struct io_u *io_u = NULL;
1451
1452         if (td->stop_io)
1453                 return NULL;
1454
1455         td_io_u_lock(td);
1456
1457 again:
1458         if (!io_u_rempty(&td->io_u_requeues))
1459                 io_u = io_u_rpop(&td->io_u_requeues);
1460         else if (!queue_full(td)) {
1461                 io_u = io_u_qpop(&td->io_u_freelist);
1462
1463                 io_u->file = NULL;
1464                 io_u->buflen = 0;
1465                 io_u->resid = 0;
1466                 io_u->end_io = NULL;
1467         }
1468
1469         if (io_u) {
1470                 assert(io_u->flags & IO_U_F_FREE);
1471                 io_u_clear(td, io_u, IO_U_F_FREE | IO_U_F_NO_FILE_PUT |
1472                                  IO_U_F_TRIMMED | IO_U_F_BARRIER |
1473                                  IO_U_F_VER_LIST);
1474
1475                 io_u->error = 0;
1476                 io_u->acct_ddir = -1;
1477                 td->cur_depth++;
1478                 assert(!(td->flags & TD_F_CHILD));
1479                 io_u_set(td, io_u, IO_U_F_IN_CUR_DEPTH);
1480                 io_u->ipo = NULL;
1481         } else if (td_async_processing(td)) {
1482                 /*
1483                  * We ran out, wait for async verify threads to finish and
1484                  * return one
1485                  */
1486                 assert(!(td->flags & TD_F_CHILD));
1487                 assert(!pthread_cond_wait(&td->free_cond, &td->io_u_lock));
1488                 goto again;
1489         }
1490
1491         td_io_u_unlock(td);
1492         return io_u;
1493 }
1494
1495 static bool check_get_trim(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
1496 {
1497         if (!(td->flags & TD_F_TRIM_BACKLOG))
1498                 return false;
1499
1500         if (td->trim_entries) {
1501                 int get_trim = 0;
1502
1503                 if (td->trim_batch) {
1504                         td->trim_batch--;
1505                         get_trim = 1;
1506                 } else if (!(td->io_hist_len % td->o.trim_backlog) &&
1507                          td->last_ddir != DDIR_READ) {
1508                         td->trim_batch = td->o.trim_batch;
1509                         if (!td->trim_batch)
1510                                 td->trim_batch = td->o.trim_backlog;
1511                         get_trim = 1;
1512                 }
1513
1514                 if (get_trim && get_next_trim(td, io_u))
1515                         return true;
1516         }
1517
1518         return false;
1519 }
1520
1521 static bool check_get_verify(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
1522 {
1523         if (!(td->flags & TD_F_VER_BACKLOG))
1524                 return false;
1525
1526         if (td->io_hist_len) {
1527                 int get_verify = 0;
1528
1529                 if (td->verify_batch)
1530                         get_verify = 1;
1531                 else if (!(td->io_hist_len % td->o.verify_backlog) &&
1532                          td->last_ddir != DDIR_READ) {
1533                         td->verify_batch = td->o.verify_batch;
1534                         if (!td->verify_batch)
1535                                 td->verify_batch = td->o.verify_backlog;
1536                         get_verify = 1;
1537                 }
1538
1539                 if (get_verify && !get_next_verify(td, io_u)) {
1540                         td->verify_batch--;
1541                         return true;
1542                 }
1543         }
1544
1545         return false;
1546 }
1547
1548 /*
1549  * Fill offset and start time into the buffer content, to prevent too
1550  * easy compressible data for simple de-dupe attempts. Do this for every
1551  * 512b block in the range, since that should be the smallest block size
1552  * we can expect from a device.
1553  */
1554 static void small_content_scramble(struct io_u *io_u)
1555 {
1556         unsigned int i, nr_blocks = io_u->buflen / 512;
1557         uint64_t boffset;
1558         unsigned int offset;
1559         void *p, *end;
1560
1561         if (!nr_blocks)
1562                 return;
1563
1564         p = io_u->xfer_buf;
1565         boffset = io_u->offset;
1566         io_u->buf_filled_len = 0;
1567
1568         for (i = 0; i < nr_blocks; i++) {
1569                 /*
1570                  * Fill the byte offset into a "random" start offset of
1571                  * the buffer, given by the product of the usec time
1572                  * and the actual offset.
1573                  */
1574                 offset = (io_u->start_time.tv_usec ^ boffset) & 511;
1575                 offset &= ~(sizeof(uint64_t) - 1);
1576                 if (offset >= 512 - sizeof(uint64_t))
1577                         offset -= sizeof(uint64_t);
1578                 memcpy(p + offset, &boffset, sizeof(boffset));
1579
1580                 end = p + 512 - sizeof(io_u->start_time);
1581                 memcpy(end, &io_u->start_time, sizeof(io_u->start_time));
1582                 p += 512;
1583                 boffset += 512;
1584         }
1585 }
1586
1587 /*
1588  * Return an io_u to be processed. Gets a buflen and offset, sets direction,
1589  * etc. The returned io_u is fully ready to be prepped and submitted.
1590  */
1591 struct io_u *get_io_u(struct thread_data *td)
1592 {
1593         struct fio_file *f;
1594         struct io_u *io_u;
1595         int do_scramble = 0;
1596         long ret = 0;
1597
1598         io_u = __get_io_u(td);
1599         if (!io_u) {
1600                 dprint(FD_IO, "__get_io_u failed\n");
1601                 return NULL;
1602         }
1603
1604         if (check_get_verify(td, io_u))
1605                 goto out;
1606         if (check_get_trim(td, io_u))
1607                 goto out;
1608
1609         /*
1610          * from a requeue, io_u already setup
1611          */
1612         if (io_u->file)
1613                 goto out;
1614
1615         /*
1616          * If using an iolog, grab next piece if any available.
1617          */
1618         if (td->flags & TD_F_READ_IOLOG) {
1619                 if (read_iolog_get(td, io_u))
1620                         goto err_put;
1621         } else if (set_io_u_file(td, io_u)) {
1622                 ret = -EBUSY;
1623                 dprint(FD_IO, "io_u %p, setting file failed\n", io_u);
1624                 goto err_put;
1625         }
1626
1627         f = io_u->file;
1628         if (!f) {
1629                 dprint(FD_IO, "io_u %p, setting file failed\n", io_u);
1630                 goto err_put;
1631         }
1632
1633         assert(fio_file_open(f));
1634
1635         if (ddir_rw(io_u->ddir)) {
1636                 if (!io_u->buflen && !td_ioengine_flagged(td, FIO_NOIO)) {
1637                         dprint(FD_IO, "get_io_u: zero buflen on %p\n", io_u);
1638                         goto err_put;
1639                 }
1640
1641                 f->last_start[io_u->ddir] = io_u->offset;
1642                 f->last_pos[io_u->ddir] = io_u->offset + io_u->buflen;
1643
1644                 if (io_u->ddir == DDIR_WRITE) {
1645                         if (td->flags & TD_F_REFILL_BUFFERS) {
1646                                 io_u_fill_buffer(td, io_u,
1647                                         td->o.min_bs[DDIR_WRITE],
1648                                         io_u->buflen);
1649                         } else if ((td->flags & TD_F_SCRAMBLE_BUFFERS) &&
1650                                    !(td->flags & TD_F_COMPRESS))
1651                                 do_scramble = 1;
1652                         if (td->flags & TD_F_VER_NONE) {
1653                                 populate_verify_io_u(td, io_u);
1654                                 do_scramble = 0;
1655                         }
1656                 } else if (io_u->ddir == DDIR_READ) {
1657                         /*
1658                          * Reset the buf_filled parameters so next time if the
1659                          * buffer is used for writes it is refilled.
1660                          */
1661                         io_u->buf_filled_len = 0;
1662                 }
1663         }
1664
1665         /*
1666          * Set io data pointers.
1667          */
1668         io_u->xfer_buf = io_u->buf;
1669         io_u->xfer_buflen = io_u->buflen;
1670
1671 out:
1672         assert(io_u->file);
1673         if (!td_io_prep(td, io_u)) {
1674                 if (!td->o.disable_lat)
1675                         fio_gettime(&io_u->start_time, NULL);
1676                 if (do_scramble)
1677                         small_content_scramble(io_u);
1678                 return io_u;
1679         }
1680 err_put:
1681         dprint(FD_IO, "get_io_u failed\n");
1682         put_io_u(td, io_u);
1683         return ERR_PTR(ret);
1684 }
1685
1686 static void __io_u_log_error(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
1687 {
1688         enum error_type_bit eb = td_error_type(io_u->ddir, io_u->error);
1689
1690         if (td_non_fatal_error(td, eb, io_u->error) && !td->o.error_dump)
1691                 return;
1692
1693         log_err("fio: io_u error%s%s: %s: %s offset=%llu, buflen=%lu\n",
1694                 io_u->file ? " on file " : "",
1695                 io_u->file ? io_u->file->file_name : "",
1696                 strerror(io_u->error),
1697                 io_ddir_name(io_u->ddir),
1698                 io_u->offset, io_u->xfer_buflen);
1699
1700         if (td->io_ops->errdetails) {
1701                 char *err = td->io_ops->errdetails(io_u);
1702
1703                 log_err("fio: %s\n", err);
1704                 free(err);
1705         }
1706
1707         if (!td->error)
1708                 td_verror(td, io_u->error, "io_u error");
1709 }
1710
1711 void io_u_log_error(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
1712 {
1713         __io_u_log_error(td, io_u);
1714         if (td->parent)
1715                 __io_u_log_error(td->parent, io_u);
1716 }
1717
1718 static inline bool gtod_reduce(struct thread_data *td)
1719 {
1720         return (td->o.disable_clat && td->o.disable_slat && td->o.disable_bw)
1721                         || td->o.gtod_reduce;
1722 }
1723
1724 static void account_io_completion(struct thread_data *td, struct io_u *io_u,
1725                                   struct io_completion_data *icd,
1726                                   const enum fio_ddir idx, unsigned int bytes)
1727 {
1728         const int no_reduce = !gtod_reduce(td);
1729         unsigned long lusec = 0;
1730
1731         if (td->parent)
1732                 td = td->parent;
1733
1734         if (no_reduce)
1735                 lusec = utime_since(&io_u->issue_time, &icd->time);
1736
1737         if (!td->o.disable_lat) {
1738                 unsigned long tusec;
1739
1740                 tusec = utime_since(&io_u->start_time, &icd->time);
1741                 add_lat_sample(td, idx, tusec, bytes, io_u->offset);
1742
1743                 if (td->flags & TD_F_PROFILE_OPS) {
1744                         struct prof_io_ops *ops = &td->prof_io_ops;
1745
1746                         if (ops->io_u_lat)
1747                                 icd->error = ops->io_u_lat(td, tusec);
1748                 }
1749
1750                 if (td->o.max_latency && tusec > td->o.max_latency)
1751                         lat_fatal(td, icd, tusec, td->o.max_latency);
1752                 if (td->o.latency_target && tusec > td->o.latency_target) {
1753                         if (lat_target_failed(td))
1754                                 lat_fatal(td, icd, tusec, td->o.latency_target);
1755                 }
1756         }
1757
1758         if (ddir_rw(idx)) {
1759                 if (!td->o.disable_clat) {
1760                         add_clat_sample(td, idx, lusec, bytes, io_u->offset);
1761                         io_u_mark_latency(td, lusec);
1762                 }
1763
1764                 if (!td->o.disable_bw && per_unit_log(td->bw_log))
1765                         add_bw_sample(td, io_u, bytes, lusec);
1766
1767                 if (no_reduce && per_unit_log(td->iops_log))
1768                         add_iops_sample(td, io_u, bytes);
1769         }
1770
1771         if (td->ts.nr_block_infos && io_u->ddir == DDIR_TRIM) {
1772                 uint32_t *info = io_u_block_info(td, io_u);
1773                 if (BLOCK_INFO_STATE(*info) < BLOCK_STATE_TRIM_FAILURE) {
1774                         if (io_u->ddir == DDIR_TRIM) {
1775                                 *info = BLOCK_INFO(BLOCK_STATE_TRIMMED,
1776                                                 BLOCK_INFO_TRIMS(*info) + 1);
1777                         } else if (io_u->ddir == DDIR_WRITE) {
1778                                 *info = BLOCK_INFO_SET_STATE(BLOCK_STATE_WRITTEN,
1779                                                                 *info);
1780                         }
1781                 }
1782         }
1783 }
1784
1785 static void file_log_write_comp(const struct thread_data *td, struct fio_file *f,
1786                                 uint64_t offset, unsigned int bytes)
1787 {
1788         int idx;
1789
1790         if (!f)
1791                 return;
1792
1793         if (f->first_write == -1ULL || offset < f->first_write)
1794                 f->first_write = offset;
1795         if (f->last_write == -1ULL || ((offset + bytes) > f->last_write))
1796                 f->last_write = offset + bytes;
1797
1798         if (!f->last_write_comp)
1799                 return;
1800
1801         idx = f->last_write_idx++;
1802         f->last_write_comp[idx] = offset;
1803         if (f->last_write_idx == td->o.iodepth)
1804                 f->last_write_idx = 0;
1805 }
1806
1807 static void io_completed(struct thread_data *td, struct io_u **io_u_ptr,
1808                          struct io_completion_data *icd)
1809 {
1810         struct io_u *io_u = *io_u_ptr;
1811         enum fio_ddir ddir = io_u->ddir;
1812         struct fio_file *f = io_u->file;
1813
1814         dprint_io_u(io_u, "io complete");
1815
1816         assert(io_u->flags & IO_U_F_FLIGHT);
1817         io_u_clear(td, io_u, IO_U_F_FLIGHT | IO_U_F_BUSY_OK);
1818
1819         /*
1820          * Mark IO ok to verify
1821          */
1822         if (io_u->ipo) {
1823                 /*
1824                  * Remove errored entry from the verification list
1825                  */
1826                 if (io_u->error)
1827                         unlog_io_piece(td, io_u);
1828                 else {
1829                         io_u->ipo->flags &= ~IP_F_IN_FLIGHT;
1830                         write_barrier();
1831                 }
1832         }
1833
1834         if (ddir_sync(ddir)) {
1835                 td->last_was_sync = 1;
1836                 if (f) {
1837                         f->first_write = -1ULL;
1838                         f->last_write = -1ULL;
1839                 }
1840                 return;
1841         }
1842
1843         td->last_was_sync = 0;
1844         td->last_ddir = ddir;
1845
1846         if (!io_u->error && ddir_rw(ddir)) {
1847                 unsigned int bytes = io_u->buflen - io_u->resid;
1848                 int ret;
1849
1850                 td->io_blocks[ddir]++;
1851                 td->this_io_blocks[ddir]++;
1852                 td->io_bytes[ddir] += bytes;
1853
1854                 if (!(io_u->flags & IO_U_F_VER_LIST))
1855                         td->this_io_bytes[ddir] += bytes;
1856
1857                 if (ddir == DDIR_WRITE)
1858                         file_log_write_comp(td, f, io_u->offset, bytes);
1859
1860                 if (ramp_time_over(td) && (td->runstate == TD_RUNNING ||
1861                                            td->runstate == TD_VERIFYING))
1862                         account_io_completion(td, io_u, icd, ddir, bytes);
1863
1864                 icd->bytes_done[ddir] += bytes;
1865
1866                 if (io_u->end_io) {
1867                         ret = io_u->end_io(td, io_u_ptr);
1868                         io_u = *io_u_ptr;
1869                         if (ret && !icd->error)
1870                                 icd->error = ret;
1871                 }
1872         } else if (io_u->error) {
1873                 icd->error = io_u->error;
1874                 io_u_log_error(td, io_u);
1875         }
1876         if (icd->error) {
1877                 enum error_type_bit eb = td_error_type(ddir, icd->error);
1878
1879                 if (!td_non_fatal_error(td, eb, icd->error))
1880                         return;
1881
1882                 /*
1883                  * If there is a non_fatal error, then add to the error count
1884                  * and clear all the errors.
1885                  */
1886                 update_error_count(td, icd->error);
1887                 td_clear_error(td);
1888                 icd->error = 0;
1889                 if (io_u)
1890                         io_u->error = 0;
1891         }
1892 }
1893
1894 static void init_icd(struct thread_data *td, struct io_completion_data *icd,
1895                      int nr)
1896 {
1897         int ddir;
1898
1899         if (!gtod_reduce(td))
1900                 fio_gettime(&icd->time, NULL);
1901
1902         icd->nr = nr;
1903
1904         icd->error = 0;
1905         for (ddir = DDIR_READ; ddir < DDIR_RWDIR_CNT; ddir++)
1906                 icd->bytes_done[ddir] = 0;
1907 }
1908
1909 static void ios_completed(struct thread_data *td,
1910                           struct io_completion_data *icd)
1911 {
1912         struct io_u *io_u;
1913         int i;
1914
1915         for (i = 0; i < icd->nr; i++) {
1916                 io_u = td->io_ops->event(td, i);
1917
1918                 io_completed(td, &io_u, icd);
1919
1920                 if (io_u)
1921                         put_io_u(td, io_u);
1922         }
1923 }
1924
1925 /*
1926  * Complete a single io_u for the sync engines.
1927  */
1928 int io_u_sync_complete(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
1929 {
1930         struct io_completion_data icd;
1931         int ddir;
1932
1933         init_icd(td, &icd, 1);
1934         io_completed(td, &io_u, &icd);
1935
1936         if (io_u)
1937                 put_io_u(td, io_u);
1938
1939         if (icd.error) {
1940                 td_verror(td, icd.error, "io_u_sync_complete");
1941                 return -1;
1942         }
1943
1944         for (ddir = DDIR_READ; ddir < DDIR_RWDIR_CNT; ddir++)
1945                 td->bytes_done[ddir] += icd.bytes_done[ddir];
1946
1947         return 0;
1948 }
1949
1950 /*
1951  * Called to complete min_events number of io for the async engines.
1952  */
1953 int io_u_queued_complete(struct thread_data *td, int min_evts)
1954 {
1955         struct io_completion_data icd;
1956         struct timespec *tvp = NULL;
1957         int ret, ddir;
1958         struct timespec ts = { .tv_sec = 0, .tv_nsec = 0, };
1959
1960         dprint(FD_IO, "io_u_queued_completed: min=%d\n", min_evts);
1961
1962         if (!min_evts)
1963                 tvp = &ts;
1964         else if (min_evts > td->cur_depth)
1965                 min_evts = td->cur_depth;
1966
1967         /* No worries, td_io_getevents fixes min and max if they are
1968          * set incorrectly */
1969         ret = td_io_getevents(td, min_evts, td->o.iodepth_batch_complete_max, tvp);
1970         if (ret < 0) {
1971                 td_verror(td, -ret, "td_io_getevents");
1972                 return ret;
1973         } else if (!ret)
1974                 return ret;
1975
1976         init_icd(td, &icd, ret);
1977         ios_completed(td, &icd);
1978         if (icd.error) {
1979                 td_verror(td, icd.error, "io_u_queued_complete");
1980                 return -1;
1981         }
1982
1983         for (ddir = DDIR_READ; ddir < DDIR_RWDIR_CNT; ddir++)
1984                 td->bytes_done[ddir] += icd.bytes_done[ddir];
1985
1986         return ret;
1987 }
1988
1989 /*
1990  * Call when io_u is really queued, to update the submission latency.
1991  */
1992 void io_u_queued(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
1993 {
1994         if (!td->o.disable_slat) {
1995                 unsigned long slat_time;
1996
1997                 slat_time = utime_since(&io_u->start_time, &io_u->issue_time);
1998
1999                 if (td->parent)
2000                         td = td->parent;
2001
2002                 add_slat_sample(td, io_u->ddir, slat_time, io_u->xfer_buflen,
2003                                 io_u->offset);
2004         }
2005 }
2006
2007 /*
2008  * See if we should reuse the last seed, if dedupe is enabled
2009  */
2010 static struct frand_state *get_buf_state(struct thread_data *td)
2011 {
2012         unsigned int v;
2013
2014         if (!td->o.dedupe_percentage)
2015                 return &td->buf_state;
2016         else if (td->o.dedupe_percentage == 100) {
2017                 frand_copy(&td->buf_state_prev, &td->buf_state);
2018                 return &td->buf_state;
2019         }
2020
2021         v = rand32_between(&td->dedupe_state, 1, 100);
2022
2023         if (v <= td->o.dedupe_percentage)
2024                 return &td->buf_state_prev;
2025
2026         return &td->buf_state;
2027 }
2028
2029 static void save_buf_state(struct thread_data *td, struct frand_state *rs)
2030 {
2031         if (td->o.dedupe_percentage == 100)
2032                 frand_copy(rs, &td->buf_state_prev);
2033         else if (rs == &td->buf_state)
2034                 frand_copy(&td->buf_state_prev, rs);
2035 }
2036
2037 void fill_io_buffer(struct thread_data *td, void *buf, unsigned int min_write,
2038                     unsigned int max_bs)
2039 {
2040         struct thread_options *o = &td->o;
2041
2042         if (o->compress_percentage || o->dedupe_percentage) {
2043                 unsigned int perc = td->o.compress_percentage;
2044                 struct frand_state *rs;
2045                 unsigned int left = max_bs;
2046                 unsigned int this_write;
2047
2048                 do {
2049                         rs = get_buf_state(td);
2050
2051                         min_write = min(min_write, left);
2052
2053                         if (perc) {
2054                                 this_write = min_not_zero(min_write,
2055                                                         td->o.compress_chunk);
2056
2057                                 fill_random_buf_percentage(rs, buf, perc,
2058                                         this_write, this_write,
2059                                         o->buffer_pattern,
2060                                         o->buffer_pattern_bytes);
2061                         } else {
2062                                 fill_random_buf(rs, buf, min_write);
2063                                 this_write = min_write;
2064                         }
2065
2066                         buf += this_write;
2067                         left -= this_write;
2068                         save_buf_state(td, rs);
2069                 } while (left);
2070         } else if (o->buffer_pattern_bytes)
2071                 fill_buffer_pattern(td, buf, max_bs);
2072         else if (o->zero_buffers)
2073                 memset(buf, 0, max_bs);
2074         else
2075                 fill_random_buf(get_buf_state(td), buf, max_bs);
2076 }
2077
2078 /*
2079  * "randomly" fill the buffer contents
2080  */
2081 void io_u_fill_buffer(struct thread_data *td, struct io_u *io_u,
2082                       unsigned int min_write, unsigned int max_bs)
2083 {
2084         io_u->buf_filled_len = 0;
2085         fill_io_buffer(td, io_u->buf, min_write, max_bs);
2086 }