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