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
  16 struct io_completion_data {
  17         int nr;                         /* input */
  18
  19         int error;                      /* output */
  20         uint64_t bytes_done[DDIR_RWDIR_CNT];    /* output */
  21         struct timeval time;            /* output */
  22 };
  23
  24 /*
  25  * The ->io_axmap contains a map of blocks we have or have not done io
  26  * to yet. Used to make sure we cover the entire range in a fair fashion.
  27  */
  28 static int random_map_free(struct fio_file *f, const uint64_t block)
  29 {
  30         return !axmap_isset(f->io_axmap, block);
  31 }
  32
  33 /*
  34  * Mark a given offset as used in the map.
  35  */
  36 static void mark_random_map(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
  37 {
  38         unsigned int min_bs = td->o.rw_min_bs;
  39         struct fio_file *f = io_u->file;
  40         unsigned int nr_blocks;
  41         uint64_t block;
  42
  43         block = (io_u->offset - f->file_offset) / (uint64_t) min_bs;
  44         nr_blocks = (io_u->buflen + min_bs - 1) / min_bs;
  45
  46         if (!(io_u->flags & IO_U_F_BUSY_OK))
  47                 nr_blocks = axmap_set_nr(f->io_axmap, block, nr_blocks);
  48
  49         if ((nr_blocks * min_bs) < io_u->buflen)
  50                 io_u->buflen = nr_blocks * min_bs;
  51 }
  52
  53 static uint64_t last_block(struct thread_data *td, struct fio_file *f,
  54                            enum fio_ddir ddir)
  55 {
  56         uint64_t max_blocks;
  57         uint64_t max_size;
  58
  59         assert(ddir_rw(ddir));
  60
  61         /*
  62          * Hmm, should we make sure that ->io_size <= ->real_file_size?
  63          */
  64         max_size = f->io_size;
  65         if (max_size > f->real_file_size)
  66                 max_size = f->real_file_size;
  67
  68         if (td->o.zone_range)
  69                 max_size = td->o.zone_range;
  70
  71         if (td->o.min_bs[ddir] > td->o.ba[ddir])
  72                 max_size -= td->o.min_bs[ddir] - td->o.ba[ddir];
  73
  74         max_blocks = max_size / (uint64_t) td->o.ba[ddir];
  75         if (!max_blocks)
  76                 return 0;
  77
  78         return max_blocks;
  79 }
  80
  81 struct rand_off {
  82         struct flist_head list;
  83         uint64_t off;
  84 };
  85
  86 static int __get_next_rand_offset(struct thread_data *td, struct fio_file *f,
  87                                   enum fio_ddir ddir, uint64_t *b)
  88 {
  89         uint64_t r;
  90
  91         if (td->o.random_generator == FIO_RAND_GEN_TAUSWORTHE) {
  92                 uint64_t lastb;
  93
  94                 lastb = last_block(td, f, ddir);
  95                 if (!lastb)
  96                         return 1;
  97
  98                 r = __rand(&td->random_state);
  99
 100                 dprint(FD_RANDOM, "off rand %llu\n", (unsigned long long) r);
 101
 102                 *b = lastb * (r / ((uint64_t) FRAND_MAX + 1.0));
 103         } else {
 104                 uint64_t off = 0;
 105
 106                 assert(fio_file_lfsr(f));
 107
 108                 if (lfsr_next(&f->lfsr, &off))
 109                         return 1;
 110
 111                 *b = off;
 112         }
 113
 114         /*
 115          * if we are not maintaining a random map, we are done.
 116          */
 117         if (!file_randommap(td, f))
 118                 goto ret;
 119
 120         /*
 121          * calculate map offset and check if it's free
 122          */
 123         if (random_map_free(f, *b))
 124                 goto ret;
 125
 126         dprint(FD_RANDOM, "get_next_rand_offset: offset %llu busy\n",
 127                                                 (unsigned long long) *b);
 128
 129         *b = axmap_next_free(f->io_axmap, *b);
 130         if (*b == (uint64_t) -1ULL)
 131                 return 1;
 132 ret:
 133         return 0;
 134 }
 135
 136 static int __get_next_rand_offset_zipf(struct thread_data *td,
 137                                        struct fio_file *f, enum fio_ddir ddir,
 138                                        uint64_t *b)
 139 {
 140         *b = zipf_next(&f->zipf);
 141         return 0;
 142 }
 143
 144 static int __get_next_rand_offset_pareto(struct thread_data *td,
 145                                          struct fio_file *f, enum fio_ddir ddir,
 146                                          uint64_t *b)
 147 {
 148         *b = pareto_next(&f->zipf);
 149         return 0;
 150 }
 151
 152 static int __get_next_rand_offset_gauss(struct thread_data *td,
 153                                         struct fio_file *f, enum fio_ddir ddir,
 154                                         uint64_t *b)
 155 {
 156         *b = gauss_next(&f->gauss);
 157         return 0;
 158 }
 159
 160
 161 static int flist_cmp(void *data, struct flist_head *a, struct flist_head *b)
 162 {
 163         struct rand_off *r1 = flist_entry(a, struct rand_off, list);
 164         struct rand_off *r2 = flist_entry(b, struct rand_off, list);
 165
 166         return r1->off - r2->off;
 167 }
 168
 169 static int get_off_from_method(struct thread_data *td, struct fio_file *f,
 170                                enum fio_ddir ddir, uint64_t *b)
 171 {
 172         if (td->o.random_distribution == FIO_RAND_DIST_RANDOM)
 173                 return __get_next_rand_offset(td, f, ddir, b);
 174         else if (td->o.random_distribution == FIO_RAND_DIST_ZIPF)
 175                 return __get_next_rand_offset_zipf(td, f, ddir, b);
 176         else if (td->o.random_distribution == FIO_RAND_DIST_PARETO)
 177                 return __get_next_rand_offset_pareto(td, f, ddir, b);
 178         else if (td->o.random_distribution == FIO_RAND_DIST_GAUSS)
 179                 return __get_next_rand_offset_gauss(td, f, ddir, b);
 180
 181         log_err("fio: unknown random distribution: %d\n", td->o.random_distribution);
 182         return 1;
 183 }
 184
 185 /*
 186  * Sort the reads for a verify phase in batches of verifysort_nr, if
 187  * specified.
 188  */
 189 static inline int should_sort_io(struct thread_data *td)
 190 {
 191         if (!td->o.verifysort_nr || !td->o.do_verify)
 192                 return 0;
 193         if (!td_random(td))
 194                 return 0;
 195         if (td->runstate != TD_VERIFYING)
 196                 return 0;
 197         if (td->o.random_generator == FIO_RAND_GEN_TAUSWORTHE)
 198                 return 0;
 199
 200         return 1;
 201 }
 202
 203 static int should_do_random(struct thread_data *td, enum fio_ddir ddir)
 204 {
 205         unsigned int v;
 206         unsigned long r;
 207
 208         if (td->o.perc_rand[ddir] == 100)
 209                 return 1;
 210
 211         r = __rand(&td->seq_rand_state[ddir]);
 212         v = 1 + (int) (100.0 * (r / (FRAND_MAX + 1.0)));
 213
 214         return v <= td->o.perc_rand[ddir];
 215 }
 216
 217 static int get_next_rand_offset(struct thread_data *td, struct fio_file *f,
 218                                 enum fio_ddir ddir, uint64_t *b)
 219 {
 220         struct rand_off *r;
 221         int i, ret = 1;
 222
 223         if (!should_sort_io(td))
 224                 return get_off_from_method(td, f, ddir, b);
 225
 226         if (!flist_empty(&td->next_rand_list)) {
 227 fetch:
 228                 r = flist_first_entry(&td->next_rand_list, struct rand_off, list);
 229                 flist_del(&r->list);
 230                 *b = r->off;
 231                 free(r);
 232                 return 0;
 233         }
 234
 235         for (i = 0; i < td->o.verifysort_nr; i++) {
 236                 r = malloc(sizeof(*r));
 237
 238                 ret = get_off_from_method(td, f, ddir, &r->off);
 239                 if (ret) {
 240                         free(r);
 241                         break;
 242                 }
 243
 244                 flist_add(&r->list, &td->next_rand_list);
 245         }
 246
 247         if (ret && !i)
 248                 return ret;
 249
 250         assert(!flist_empty(&td->next_rand_list));
 251         flist_sort(NULL, &td->next_rand_list, flist_cmp);
 252         goto fetch;
 253 }
 254
 255 static int get_next_rand_block(struct thread_data *td, struct fio_file *f,
 256                                enum fio_ddir ddir, uint64_t *b)
 257 {
 258         if (!get_next_rand_offset(td, f, ddir, b))
 259                 return 0;
 260
 261         if (td->o.time_based) {
 262                 fio_file_reset(td, f);
 263                 if (!get_next_rand_offset(td, f, ddir, b))
 264                         return 0;
 265         }
 266
 267         dprint(FD_IO, "%s: rand offset failed, last=%llu, size=%llu\n",
 268                         f->file_name, (unsigned long long) f->last_pos[ddir],
 269                         (unsigned long long) f->real_file_size);
 270         return 1;
 271 }
 272
 273 static int get_next_seq_offset(struct thread_data *td, struct fio_file *f,
 274                                enum fio_ddir ddir, uint64_t *offset)
 275 {
 276         struct thread_options *o = &td->o;
 277
 278         assert(ddir_rw(ddir));
 279
 280         if (f->last_pos[ddir] >= f->io_size + get_start_offset(td, f) &&
 281             o->time_based)
 282                 f->last_pos[ddir] = f->last_pos[ddir] - f->io_size;
 283
 284         if (f->last_pos[ddir] < f->real_file_size) {
 285                 uint64_t pos;
 286
 287                 if (f->last_pos[ddir] == f->file_offset && o->ddir_seq_add < 0)
 288                         f->last_pos[ddir] = f->real_file_size;
 289
 290                 pos = f->last_pos[ddir] - f->file_offset;
 291                 if (pos && o->ddir_seq_add) {
 292                         pos += o->ddir_seq_add;
 293
 294                         /*
 295                          * If we reach beyond the end of the file
 296                          * with holed IO, wrap around to the
 297                          * beginning again.
 298                          */
 299                         if (pos >= f->real_file_size)
 300                                 pos = f->file_offset;
 301                 }
 302
 303                 *offset = pos;
 304                 return 0;
 305         }
 306
 307         return 1;
 308 }
 309
 310 static int get_next_block(struct thread_data *td, struct io_u *io_u,
 311                           enum fio_ddir ddir, int rw_seq,
 312                           unsigned int *is_random)
 313 {
 314         struct fio_file *f = io_u->file;
 315         uint64_t b, offset;
 316         int ret;
 317
 318         assert(ddir_rw(ddir));
 319
 320         b = offset = -1ULL;
 321
 322         if (rw_seq) {
 323                 if (td_random(td)) {
 324                         if (should_do_random(td, ddir)) {
 325                                 ret = get_next_rand_block(td, f, ddir, &b);
 326                                 *is_random = 1;
 327                         } else {
 328                                 *is_random = 0;
 329                                 io_u_set(io_u, IO_U_F_BUSY_OK);
 330                                 ret = get_next_seq_offset(td, f, ddir, &offset);
 331                                 if (ret)
 332                                         ret = get_next_rand_block(td, f, ddir, &b);
 333                         }
 334                 } else {
 335                         *is_random = 0;
 336                         ret = get_next_seq_offset(td, f, ddir, &offset);
 337                 }
 338         } else {
 339                 io_u_set(io_u, IO_U_F_BUSY_OK);
 340                 *is_random = 0;
 341
 342                 if (td->o.rw_seq == RW_SEQ_SEQ) {
 343                         ret = get_next_seq_offset(td, f, ddir, &offset);
 344                         if (ret) {
 345                                 ret = get_next_rand_block(td, f, ddir, &b);
 346                                 *is_random = 0;
 347                         }
 348                 } else if (td->o.rw_seq == RW_SEQ_IDENT) {
 349                         if (f->last_start[ddir] != -1ULL)
 350                                 offset = f->last_start[ddir] - f->file_offset;
 351                         else
 352                                 offset = 0;
 353                         ret = 0;
 354                 } else {
 355                         log_err("fio: unknown rw_seq=%d\n", td->o.rw_seq);
 356                         ret = 1;
 357                 }
 358         }
 359
 360         if (!ret) {
 361                 if (offset != -1ULL)
 362                         io_u->offset = offset;
 363                 else if (b != -1ULL)
 364                         io_u->offset = b * td->o.ba[ddir];
 365                 else {
 366                         log_err("fio: bug in offset generation: offset=%llu, b=%llu\n", (unsigned long long) offset, (unsigned long long) b);
 367                         ret = 1;
 368                 }
 369         }
 370
 371         return ret;
 372 }
 373
 374 /*
 375  * For random io, generate a random new block and see if it's used. Repeat
 376  * until we find a free one. For sequential io, just return the end of
 377  * the last io issued.
 378  */
 379 static int __get_next_offset(struct thread_data *td, struct io_u *io_u,
 380                              unsigned int *is_random)
 381 {
 382         struct fio_file *f = io_u->file;
 383         enum fio_ddir ddir = io_u->ddir;
 384         int rw_seq_hit = 0;
 385
 386         assert(ddir_rw(ddir));
 387
 388         if (td->o.ddir_seq_nr && !--td->ddir_seq_nr) {
 389                 rw_seq_hit = 1;
 390                 td->ddir_seq_nr = td->o.ddir_seq_nr;
 391         }
 392
 393         if (get_next_block(td, io_u, ddir, rw_seq_hit, is_random))
 394                 return 1;
 395
 396         if (io_u->offset >= f->io_size) {
 397                 dprint(FD_IO, "get_next_offset: offset %llu >= io_size %llu\n",
 398                                         (unsigned long long) io_u->offset,
 399                                         (unsigned long long) f->io_size);
 400                 return 1;
 401         }
 402
 403         io_u->offset += f->file_offset;
 404         if (io_u->offset >= f->real_file_size) {
 405                 dprint(FD_IO, "get_next_offset: offset %llu >= size %llu\n",
 406                                         (unsigned long long) io_u->offset,
 407                                         (unsigned long long) f->real_file_size);
 408                 return 1;
 409         }
 410
 411         return 0;
 412 }
 413
 414 static int get_next_offset(struct thread_data *td, struct io_u *io_u,
 415                            unsigned int *is_random)
 416 {
 417         if (td->flags & TD_F_PROFILE_OPS) {
 418                 struct prof_io_ops *ops = &td->prof_io_ops;
 419
 420                 if (ops->fill_io_u_off)
 421                         return ops->fill_io_u_off(td, io_u, is_random);
 422         }
 423
 424         return __get_next_offset(td, io_u, is_random);
 425 }
 426
 427 static inline int io_u_fits(struct thread_data *td, struct io_u *io_u,
 428                             unsigned int buflen)
 429 {
 430         struct fio_file *f = io_u->file;
 431
 432         return io_u->offset + buflen <= f->io_size + get_start_offset(td, f);
 433 }
 434
 435 static unsigned int __get_next_buflen(struct thread_data *td, struct io_u *io_u,
 436                                       unsigned int is_random)
 437 {
 438         int ddir = io_u->ddir;
 439         unsigned int buflen = 0;
 440         unsigned int minbs, maxbs;
 441         unsigned long r;
 442
 443         assert(ddir_rw(ddir));
 444
 445         if (td->o.bs_is_seq_rand)
 446                 ddir = is_random ? DDIR_WRITE: DDIR_READ;
 447
 448         minbs = td->o.min_bs[ddir];
 449         maxbs = td->o.max_bs[ddir];
 450
 451         if (minbs == maxbs)
 452                 return minbs;
 453
 454         /*
 455          * If we can't satisfy the min block size from here, then fail
 456          */
 457         if (!io_u_fits(td, io_u, minbs))
 458                 return 0;
 459
 460         do {
 461                 r = __rand(&td->bsrange_state);
 462
 463                 if (!td->o.bssplit_nr[ddir]) {
 464                         buflen = 1 + (unsigned int) ((double) maxbs *
 465                                         (r / (FRAND_MAX + 1.0)));
 466                         if (buflen < minbs)
 467                                 buflen = minbs;
 468                 } else {
 469                         long perc = 0;
 470                         unsigned int i;
 471
 472                         for (i = 0; i < td->o.bssplit_nr[ddir]; i++) {
 473                                 struct bssplit *bsp = &td->o.bssplit[ddir][i];
 474
 475                                 buflen = bsp->bs;
 476                                 perc += bsp->perc;
 477                                 if ((r <= ((FRAND_MAX / 100L) * perc)) &&
 478                                     io_u_fits(td, io_u, buflen))
 479                                         break;
 480                         }
 481                 }
 482
 483                 if (td->o.do_verify && td->o.verify != VERIFY_NONE)
 484                         buflen = (buflen + td->o.verify_interval - 1) &
 485                                 ~(td->o.verify_interval - 1);
 486
 487                 if (!td->o.bs_unaligned && is_power_of_2(minbs))
 488                         buflen &= ~(minbs - 1);
 489
 490         } while (!io_u_fits(td, io_u, buflen));
 491
 492         return buflen;
 493 }
 494
 495 static unsigned int get_next_buflen(struct thread_data *td, struct io_u *io_u,
 496                                     unsigned int is_random)
 497 {
 498         if (td->flags & TD_F_PROFILE_OPS) {
 499                 struct prof_io_ops *ops = &td->prof_io_ops;
 500
 501                 if (ops->fill_io_u_size)
 502                         return ops->fill_io_u_size(td, io_u, is_random);
 503         }
 504
 505         return __get_next_buflen(td, io_u, is_random);
 506 }
 507
 508 static void set_rwmix_bytes(struct thread_data *td)
 509 {
 510         unsigned int diff;
 511
 512         /*
 513          * we do time or byte based switch. this is needed because
 514          * buffered writes may issue a lot quicker than they complete,
 515          * whereas reads do not.
 516          */
 517         diff = td->o.rwmix[td->rwmix_ddir ^ 1];
 518         td->rwmix_issues = (td->io_issues[td->rwmix_ddir] * diff) / 100;
 519 }
 520
 521 static inline enum fio_ddir get_rand_ddir(struct thread_data *td)
 522 {
 523         unsigned int v;
 524         unsigned long r;
 525
 526         r = __rand(&td->rwmix_state);
 527         v = 1 + (int) (100.0 * (r / (FRAND_MAX + 1.0)));
 528
 529         if (v <= td->o.rwmix[DDIR_READ])
 530                 return DDIR_READ;
 531
 532         return DDIR_WRITE;
 533 }
 534
 535 void io_u_quiesce(struct thread_data *td)
 536 {
 537         /*
 538          * We are going to sleep, ensure that we flush anything pending as
 539          * not to skew our latency numbers.
 540          *
 541          * Changed to only monitor 'in flight' requests here instead of the
 542          * td->cur_depth, b/c td->cur_depth does not accurately represent
 543          * io's that have been actually submitted to an async engine,
 544          * and cur_depth is meaningless for sync engines.
 545          */
 546         if (td->io_u_queued || td->cur_depth) {
 547                 int fio_unused ret;
 548
 549                 ret = td_io_commit(td);
 550         }
 551
 552         while (td->io_u_in_flight) {
 553                 int fio_unused ret;
 554
 555                 ret = io_u_queued_complete(td, 1);
 556         }
 557 }
 558
 559 static enum fio_ddir rate_ddir(struct thread_data *td, enum fio_ddir ddir)
 560 {
 561         enum fio_ddir odir = ddir ^ 1;
 562         long usec;
 563
 564         assert(ddir_rw(ddir));
 565
 566         if (td->rate_pending_usleep[ddir] <= 0)
 567                 return ddir;
 568
 569         /*
 570          * We have too much pending sleep in this direction. See if we
 571          * should switch.
 572          */
 573         if (td_rw(td) && td->o.rwmix[odir]) {
 574                 /*
 575                  * Other direction does not have too much pending, switch
 576                  */
 577                 if (td->rate_pending_usleep[odir] < 100000)
 578                         return odir;
 579
 580                 /*
 581                  * Both directions have pending sleep. Sleep the minimum time
 582                  * and deduct from both.
 583                  */
 584                 if (td->rate_pending_usleep[ddir] <=
 585                         td->rate_pending_usleep[odir]) {
 586                         usec = td->rate_pending_usleep[ddir];
 587                 } else {
 588                         usec = td->rate_pending_usleep[odir];
 589                         ddir = odir;
 590                 }
 591         } else
 592                 usec = td->rate_pending_usleep[ddir];
 593
 594         if (td->o.io_submit_mode == IO_MODE_INLINE)
 595                 io_u_quiesce(td);
 596
 597         usec = usec_sleep(td, usec);
 598
 599         td->rate_pending_usleep[ddir] -= usec;
 600
 601         odir = ddir ^ 1;
 602         if (td_rw(td) && __should_check_rate(td, odir))
 603                 td->rate_pending_usleep[odir] -= usec;
 604
 605         return ddir;
 606 }
 607
 608 /*
 609  * Return the data direction for the next io_u. If the job is a
 610  * mixed read/write workload, check the rwmix cycle and switch if
 611  * necessary.
 612  */
 613 static enum fio_ddir get_rw_ddir(struct thread_data *td)
 614 {
 615         enum fio_ddir ddir;
 616
 617         /*
 618          * see if it's time to fsync
 619          */
 620         if (td->o.fsync_blocks &&
 621            !(td->io_issues[DDIR_WRITE] % td->o.fsync_blocks) &&
 622              td->io_issues[DDIR_WRITE] && should_fsync(td))
 623                 return DDIR_SYNC;
 624
 625         /*
 626          * see if it's time to fdatasync
 627          */
 628         if (td->o.fdatasync_blocks &&
 629            !(td->io_issues[DDIR_WRITE] % td->o.fdatasync_blocks) &&
 630              td->io_issues[DDIR_WRITE] && should_fsync(td))
 631                 return DDIR_DATASYNC;
 632
 633         /*
 634          * see if it's time to sync_file_range
 635          */
 636         if (td->sync_file_range_nr &&
 637            !(td->io_issues[DDIR_WRITE] % td->sync_file_range_nr) &&
 638              td->io_issues[DDIR_WRITE] && should_fsync(td))
 639                 return DDIR_SYNC_FILE_RANGE;
 640
 641         if (td_rw(td)) {
 642                 /*
 643                  * Check if it's time to seed a new data direction.
 644                  */
 645                 if (td->io_issues[td->rwmix_ddir] >= td->rwmix_issues) {
 646                         /*
 647                          * Put a top limit on how many bytes we do for
 648                          * one data direction, to avoid overflowing the
 649                          * ranges too much
 650                          */
 651                         ddir = get_rand_ddir(td);
 652
 653                         if (ddir != td->rwmix_ddir)
 654                                 set_rwmix_bytes(td);
 655
 656                         td->rwmix_ddir = ddir;
 657                 }
 658                 ddir = td->rwmix_ddir;
 659         } else if (td_read(td))
 660                 ddir = DDIR_READ;
 661         else if (td_write(td))
 662                 ddir = DDIR_WRITE;
 663         else
 664                 ddir = DDIR_TRIM;
 665
 666         td->rwmix_ddir = rate_ddir(td, ddir);
 667         return td->rwmix_ddir;
 668 }
 669
 670 static void set_rw_ddir(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
 671 {
 672         enum fio_ddir ddir = get_rw_ddir(td);
 673
 674         if (td_trimwrite(td)) {
 675                 struct fio_file *f = io_u->file;
 676                 if (f->last_pos[DDIR_WRITE] == f->last_pos[DDIR_TRIM])
 677                         ddir = DDIR_TRIM;
 678                 else
 679                         ddir = DDIR_WRITE;
 680         }
 681
 682         io_u->ddir = io_u->acct_ddir = ddir;
 683
 684         if (io_u->ddir == DDIR_WRITE && (td->io_ops->flags & FIO_BARRIER) &&
 685             td->o.barrier_blocks &&
 686            !(td->io_issues[DDIR_WRITE] % td->o.barrier_blocks) &&
 687              td->io_issues[DDIR_WRITE])
 688                 io_u_set(io_u, IO_U_F_BARRIER);
 689 }
 690
 691 void put_file_log(struct thread_data *td, struct fio_file *f)
 692 {
 693         unsigned int ret = put_file(td, f);
 694
 695         if (ret)
 696                 td_verror(td, ret, "file close");
 697 }
 698
 699 void put_io_u(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
 700 {
 701         if (td->parent)
 702                 td = td->parent;
 703
 704         td_io_u_lock(td);
 705
 706         if (io_u->file && !(io_u->flags & IO_U_F_NO_FILE_PUT))
 707                 put_file_log(td, io_u->file);
 708
 709         io_u->file = NULL;
 710         io_u_set(io_u, IO_U_F_FREE);
 711
 712         if (io_u->flags & IO_U_F_IN_CUR_DEPTH) {
 713                 td->cur_depth--;
 714                 assert(!(td->flags & TD_F_CHILD));
 715         }
 716         io_u_qpush(&td->io_u_freelist, io_u);
 717         td_io_u_unlock(td);
 718         td_io_u_free_notify(td);
 719 }
 720
 721 void clear_io_u(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
 722 {
 723         io_u_clear(io_u, IO_U_F_FLIGHT);
 724         put_io_u(td, io_u);
 725 }
 726
 727 void requeue_io_u(struct thread_data *td, struct io_u **io_u)
 728 {
 729         struct io_u *__io_u = *io_u;
 730         enum fio_ddir ddir = acct_ddir(__io_u);
 731
 732         dprint(FD_IO, "requeue %p\n", __io_u);
 733
 734         if (td->parent)
 735                 td = td->parent;
 736
 737         td_io_u_lock(td);
 738
 739         io_u_set(__io_u, IO_U_F_FREE);
 740         if ((__io_u->flags & IO_U_F_FLIGHT) && ddir_rw(ddir))
 741                 td->io_issues[ddir]--;
 742
 743         io_u_clear(__io_u, IO_U_F_FLIGHT);
 744         if (__io_u->flags & IO_U_F_IN_CUR_DEPTH) {
 745                 td->cur_depth--;
 746                 assert(!(td->flags & TD_F_CHILD));
 747         }
 748
 749         io_u_rpush(&td->io_u_requeues, __io_u);
 750         td_io_u_unlock(td);
 751         td_io_u_free_notify(td);
 752         *io_u = NULL;
 753 }
 754
 755 static int fill_io_u(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
 756 {
 757         unsigned int is_random;
 758
 759         if (td->io_ops->flags & FIO_NOIO)
 760                 goto out;
 761
 762         set_rw_ddir(td, io_u);
 763
 764         /*
 765          * fsync() or fdatasync() or trim etc, we are done
 766          */
 767         if (!ddir_rw(io_u->ddir))
 768                 goto out;
 769
 770         /*
 771          * See if it's time to switch to a new zone
 772          */
 773         if (td->zone_bytes >= td->o.zone_size && td->o.zone_skip) {
 774                 struct fio_file *f = io_u->file;
 775
 776                 td->zone_bytes = 0;
 777                 f->file_offset += td->o.zone_range + td->o.zone_skip;
 778
 779                 /*
 780                  * Wrap from the beginning, if we exceed the file size
 781                  */
 782                 if (f->file_offset >= f->real_file_size)
 783                         f->file_offset = f->real_file_size - f->file_offset;
 784                 f->last_pos[io_u->ddir] = f->file_offset;
 785                 td->io_skip_bytes += td->o.zone_skip;
 786         }
 787
 788         /*
 789          * No log, let the seq/rand engine retrieve the next buflen and
 790          * position.
 791          */
 792         if (get_next_offset(td, io_u, &is_random)) {
 793                 dprint(FD_IO, "io_u %p, failed getting offset\n", io_u);
 794                 return 1;
 795         }
 796
 797         io_u->buflen = get_next_buflen(td, io_u, is_random);
 798         if (!io_u->buflen) {
 799                 dprint(FD_IO, "io_u %p, failed getting buflen\n", io_u);
 800                 return 1;
 801         }
 802
 803         if (io_u->offset + io_u->buflen > io_u->file->real_file_size) {
 804                 dprint(FD_IO, "io_u %p, offset too large\n", io_u);
 805                 dprint(FD_IO, "  off=%llu/%lu > %llu\n",
 806                         (unsigned long long) io_u->offset, io_u->buflen,
 807                         (unsigned long long) io_u->file->real_file_size);
 808                 return 1;
 809         }
 810
 811         /*
 812          * mark entry before potentially trimming io_u
 813          */
 814         if (td_random(td) && file_randommap(td, io_u->file))
 815                 mark_random_map(td, io_u);
 816
 817 out:
 818         dprint_io_u(io_u, "fill_io_u");
 819         td->zone_bytes += io_u->buflen;
 820         return 0;
 821 }
 822
 823 static void __io_u_mark_map(unsigned int *map, unsigned int nr)
 824 {
 825         int idx = 0;
 826
 827         switch (nr) {
 828         default:
 829                 idx = 6;
 830                 break;
 831         case 33 ... 64:
 832                 idx = 5;
 833                 break;
 834         case 17 ... 32:
 835                 idx = 4;
 836                 break;
 837         case 9 ... 16:
 838                 idx = 3;
 839                 break;
 840         case 5 ... 8:
 841                 idx = 2;
 842                 break;
 843         case 1 ... 4:
 844                 idx = 1;
 845         case 0:
 846                 break;
 847         }
 848
 849         map[idx]++;
 850 }
 851
 852 void io_u_mark_submit(struct thread_data *td, unsigned int nr)
 853 {
 854         __io_u_mark_map(td->ts.io_u_submit, nr);
 855         td->ts.total_submit++;
 856 }
 857
 858 void io_u_mark_complete(struct thread_data *td, unsigned int nr)
 859 {
 860         __io_u_mark_map(td->ts.io_u_complete, nr);
 861         td->ts.total_complete++;
 862 }
 863
 864 void io_u_mark_depth(struct thread_data *td, unsigned int nr)
 865 {
 866         int idx = 0;
 867
 868         switch (td->cur_depth) {
 869         default:
 870                 idx = 6;
 871                 break;
 872         case 32 ... 63:
 873                 idx = 5;
 874                 break;
 875         case 16 ... 31:
 876                 idx = 4;
 877                 break;
 878         case 8 ... 15:
 879                 idx = 3;
 880                 break;
 881         case 4 ... 7:
 882                 idx = 2;
 883                 break;
 884         case 2 ... 3:
 885                 idx = 1;
 886         case 1:
 887                 break;
 888         }
 889
 890         td->ts.io_u_map[idx] += nr;
 891 }
 892
 893 static void io_u_mark_lat_usec(struct thread_data *td, unsigned long usec)
 894 {
 895         int idx = 0;
 896
 897         assert(usec < 1000);
 898
 899         switch (usec) {
 900         case 750 ... 999:
 901                 idx = 9;
 902                 break;
 903         case 500 ... 749:
 904                 idx = 8;
 905                 break;
 906         case 250 ... 499:
 907                 idx = 7;
 908                 break;
 909         case 100 ... 249:
 910                 idx = 6;
 911                 break;
 912         case 50 ... 99:
 913                 idx = 5;
 914                 break;
 915         case 20 ... 49:
 916                 idx = 4;
 917                 break;
 918         case 10 ... 19:
 919                 idx = 3;
 920                 break;
 921         case 4 ... 9:
 922                 idx = 2;
 923                 break;
 924         case 2 ... 3:
 925                 idx = 1;
 926         case 0 ... 1:
 927                 break;
 928         }
 929
 930         assert(idx < FIO_IO_U_LAT_U_NR);
 931         td->ts.io_u_lat_u[idx]++;
 932 }
 933
 934 static void io_u_mark_lat_msec(struct thread_data *td, unsigned long msec)
 935 {
 936         int idx = 0;
 937
 938         switch (msec) {
 939         default:
 940                 idx = 11;
 941                 break;
 942         case 1000 ... 1999:
 943                 idx = 10;
 944                 break;
 945         case 750 ... 999:
 946                 idx = 9;
 947                 break;
 948         case 500 ... 749:
 949                 idx = 8;
 950                 break;
 951         case 250 ... 499:
 952                 idx = 7;
 953                 break;
 954         case 100 ... 249:
 955                 idx = 6;
 956                 break;
 957         case 50 ... 99:
 958                 idx = 5;
 959                 break;
 960         case 20 ... 49:
 961                 idx = 4;
 962                 break;
 963         case 10 ... 19:
 964                 idx = 3;
 965                 break;
 966         case 4 ... 9:
 967                 idx = 2;
 968                 break;
 969         case 2 ... 3:
 970                 idx = 1;
 971         case 0 ... 1:
 972                 break;
 973         }
 974
 975         assert(idx < FIO_IO_U_LAT_M_NR);
 976         td->ts.io_u_lat_m[idx]++;
 977 }
 978
 979 static void io_u_mark_latency(struct thread_data *td, unsigned long usec)
 980 {
 981         if (usec < 1000)
 982                 io_u_mark_lat_usec(td, usec);
 983         else
 984                 io_u_mark_lat_msec(td, usec / 1000);
 985 }
 986
 987 /*
 988  * Get next file to service by choosing one at random
 989  */
 990 static struct fio_file *get_next_file_rand(struct thread_data *td,
 991                                            enum fio_file_flags goodf,
 992                                            enum fio_file_flags badf)
 993 {
 994         struct fio_file *f;
 995         int fno;
 996
 997         do {
 998                 int opened = 0;
 999                 unsigned long r;
1000
1001                 r = __rand(&td->next_file_state);
1002                 fno = (unsigned int) ((double) td->o.nr_files
1003                                 * (r / (FRAND_MAX + 1.0)));
1004
1005                 f = td->files[fno];
1006                 if (fio_file_done(f))
1007                         continue;
1008
1009                 if (!fio_file_open(f)) {
1010                         int err;
1011
1012                         if (td->nr_open_files >= td->o.open_files)
1013                                 return ERR_PTR(-EBUSY);
1014
1015                         err = td_io_open_file(td, f);
1016                         if (err)
1017                                 continue;
1018                         opened = 1;
1019                 }
1020
1021                 if ((!goodf || (f->flags & goodf)) && !(f->flags & badf)) {
1022                         dprint(FD_FILE, "get_next_file_rand: %p\n", f);
1023                         return f;
1024                 }
1025                 if (opened)
1026                         td_io_close_file(td, f);
1027         } while (1);
1028 }
1029
1030 /*
1031  * Get next file to service by doing round robin between all available ones
1032  */
1033 static struct fio_file *get_next_file_rr(struct thread_data *td, int goodf,
1034                                          int badf)
1035 {
1036         unsigned int old_next_file = td->next_file;
1037         struct fio_file *f;
1038
1039         do {
1040                 int opened = 0;
1041
1042                 f = td->files[td->next_file];
1043
1044                 td->next_file++;
1045                 if (td->next_file >= td->o.nr_files)
1046                         td->next_file = 0;
1047
1048                 dprint(FD_FILE, "trying file %s %x\n", f->file_name, f->flags);
1049                 if (fio_file_done(f)) {
1050                         f = NULL;
1051                         continue;
1052                 }
1053
1054                 if (!fio_file_open(f)) {
1055                         int err;
1056
1057                         if (td->nr_open_files >= td->o.open_files)
1058                                 return ERR_PTR(-EBUSY);
1059
1060                         err = td_io_open_file(td, f);
1061                         if (err) {
1062                                 dprint(FD_FILE, "error %d on open of %s\n",
1063                                         err, f->file_name);
1064                                 f = NULL;
1065                                 continue;
1066                         }
1067                         opened = 1;
1068                 }
1069
1070                 dprint(FD_FILE, "goodf=%x, badf=%x, ff=%x\n", goodf, badf,
1071                                                                 f->flags);
1072                 if ((!goodf || (f->flags & goodf)) && !(f->flags & badf))
1073                         break;
1074
1075                 if (opened)
1076                         td_io_close_file(td, f);
1077
1078                 f = NULL;
1079         } while (td->next_file != old_next_file);
1080
1081         dprint(FD_FILE, "get_next_file_rr: %p\n", f);
1082         return f;
1083 }
1084
1085 static struct fio_file *__get_next_file(struct thread_data *td)
1086 {
1087         struct fio_file *f;
1088
1089         assert(td->o.nr_files <= td->files_index);
1090
1091         if (td->nr_done_files >= td->o.nr_files) {
1092                 dprint(FD_FILE, "get_next_file: nr_open=%d, nr_done=%d,"
1093                                 " nr_files=%d\n", td->nr_open_files,
1094                                                   td->nr_done_files,
1095                                                   td->o.nr_files);
1096                 return NULL;
1097         }
1098
1099         f = td->file_service_file;
1100         if (f && fio_file_open(f) && !fio_file_closing(f)) {
1101                 if (td->o.file_service_type == FIO_FSERVICE_SEQ)
1102                         goto out;
1103                 if (td->file_service_left--)
1104                         goto out;
1105         }
1106
1107         if (td->o.file_service_type == FIO_FSERVICE_RR ||
1108             td->o.file_service_type == FIO_FSERVICE_SEQ)
1109                 f = get_next_file_rr(td, FIO_FILE_open, FIO_FILE_closing);
1110         else
1111                 f = get_next_file_rand(td, FIO_FILE_open, FIO_FILE_closing);
1112
1113         if (IS_ERR(f))
1114                 return f;
1115
1116         td->file_service_file = f;
1117         td->file_service_left = td->file_service_nr - 1;
1118 out:
1119         if (f)
1120                 dprint(FD_FILE, "get_next_file: %p [%s]\n", f, f->file_name);
1121         else
1122                 dprint(FD_FILE, "get_next_file: NULL\n");
1123         return f;
1124 }
1125
1126 static struct fio_file *get_next_file(struct thread_data *td)
1127 {
1128         if (td->flags & TD_F_PROFILE_OPS) {
1129                 struct prof_io_ops *ops = &td->prof_io_ops;
1130
1131                 if (ops->get_next_file)
1132                         return ops->get_next_file(td);
1133         }
1134
1135         return __get_next_file(td);
1136 }
1137
1138 static long set_io_u_file(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
1139 {
1140         struct fio_file *f;
1141
1142         do {
1143                 f = get_next_file(td);
1144                 if (IS_ERR_OR_NULL(f))
1145                         return PTR_ERR(f);
1146
1147                 io_u->file = f;
1148                 get_file(f);
1149
1150                 if (!fill_io_u(td, io_u))
1151                         break;
1152
1153                 put_file_log(td, f);
1154                 td_io_close_file(td, f);
1155                 io_u->file = NULL;
1156                 fio_file_set_done(f);
1157                 td->nr_done_files++;
1158                 dprint(FD_FILE, "%s: is done (%d of %d)\n", f->file_name,
1159                                         td->nr_done_files, td->o.nr_files);
1160         } while (1);
1161
1162         return 0;
1163 }
1164
1165 static void lat_fatal(struct thread_data *td, struct io_completion_data *icd,
1166                       unsigned long tusec, unsigned long max_usec)
1167 {
1168         if (!td->error)
1169                 log_err("fio: latency of %lu usec exceeds specified max (%lu usec)\n", tusec, max_usec);
1170         td_verror(td, ETIMEDOUT, "max latency exceeded");
1171         icd->error = ETIMEDOUT;
1172 }
1173
1174 static void lat_new_cycle(struct thread_data *td)
1175 {
1176         fio_gettime(&td->latency_ts, NULL);
1177         td->latency_ios = ddir_rw_sum(td->io_blocks);
1178         td->latency_failed = 0;
1179 }
1180
1181 /*
1182  * We had an IO outside the latency target. Reduce the queue depth. If we
1183  * are at QD=1, then it's time to give up.
1184  */
1185 static int __lat_target_failed(struct thread_data *td)
1186 {
1187         if (td->latency_qd == 1)
1188                 return 1;
1189
1190         td->latency_qd_high = td->latency_qd;
1191
1192         if (td->latency_qd == td->latency_qd_low)
1193                 td->latency_qd_low--;
1194
1195         td->latency_qd = (td->latency_qd + td->latency_qd_low) / 2;
1196
1197         dprint(FD_RATE, "Ramped down: %d %d %d\n", td->latency_qd_low, td->latency_qd, td->latency_qd_high);
1198
1199         /*
1200          * When we ramp QD down, quiesce existing IO to prevent
1201          * a storm of ramp downs due to pending higher depth.
1202          */
1203         io_u_quiesce(td);
1204         lat_new_cycle(td);
1205         return 0;
1206 }
1207
1208 static int lat_target_failed(struct thread_data *td)
1209 {
1210         if (td->o.latency_percentile.u.f == 100.0)
1211                 return __lat_target_failed(td);
1212
1213         td->latency_failed++;
1214         return 0;
1215 }
1216
1217 void lat_target_init(struct thread_data *td)
1218 {
1219         td->latency_end_run = 0;
1220
1221         if (td->o.latency_target) {
1222                 dprint(FD_RATE, "Latency target=%llu\n", td->o.latency_target);
1223                 fio_gettime(&td->latency_ts, NULL);
1224                 td->latency_qd = 1;
1225                 td->latency_qd_high = td->o.iodepth;
1226                 td->latency_qd_low = 1;
1227                 td->latency_ios = ddir_rw_sum(td->io_blocks);
1228         } else
1229                 td->latency_qd = td->o.iodepth;
1230 }
1231
1232 void lat_target_reset(struct thread_data *td)
1233 {
1234         if (!td->latency_end_run)
1235                 lat_target_init(td);
1236 }
1237
1238 static void lat_target_success(struct thread_data *td)
1239 {
1240         const unsigned int qd = td->latency_qd;
1241         struct thread_options *o = &td->o;
1242
1243         td->latency_qd_low = td->latency_qd;
1244
1245         /*
1246          * If we haven't failed yet, we double up to a failing value instead
1247          * of bisecting from highest possible queue depth. If we have set
1248          * a limit other than td->o.iodepth, bisect between that.
1249          */
1250         if (td->latency_qd_high != o->iodepth)
1251                 td->latency_qd = (td->latency_qd + td->latency_qd_high) / 2;
1252         else
1253                 td->latency_qd *= 2;
1254
1255         if (td->latency_qd > o->iodepth)
1256                 td->latency_qd = o->iodepth;
1257
1258         dprint(FD_RATE, "Ramped up: %d %d %d\n", td->latency_qd_low, td->latency_qd, td->latency_qd_high);
1259
1260         /*
1261          * Same as last one, we are done. Let it run a latency cycle, so
1262          * we get only the results from the targeted depth.
1263          */
1264         if (td->latency_qd == qd) {
1265                 if (td->latency_end_run) {
1266                         dprint(FD_RATE, "We are done\n");
1267                         td->done = 1;
1268                 } else {
1269                         dprint(FD_RATE, "Quiesce and final run\n");
1270                         io_u_quiesce(td);
1271                         td->latency_end_run = 1;
1272                         reset_all_stats(td);
1273                         reset_io_stats(td);
1274                 }
1275         }
1276
1277         lat_new_cycle(td);
1278 }
1279
1280 /*
1281  * Check if we can bump the queue depth
1282  */
1283 void lat_target_check(struct thread_data *td)
1284 {
1285         uint64_t usec_window;
1286         uint64_t ios;
1287         double success_ios;
1288
1289         usec_window = utime_since_now(&td->latency_ts);
1290         if (usec_window < td->o.latency_window)
1291                 return;
1292
1293         ios = ddir_rw_sum(td->io_blocks) - td->latency_ios;
1294         success_ios = (double) (ios - td->latency_failed) / (double) ios;
1295         success_ios *= 100.0;
1296
1297         dprint(FD_RATE, "Success rate: %.2f%% (target %.2f%%)\n", success_ios, td->o.latency_percentile.u.f);
1298
1299         if (success_ios >= td->o.latency_percentile.u.f)
1300                 lat_target_success(td);
1301         else
1302                 __lat_target_failed(td);
1303 }
1304
1305 /*
1306  * If latency target is enabled, we might be ramping up or down and not
1307  * using the full queue depth available.
1308  */
1309 int queue_full(const struct thread_data *td)
1310 {
1311         const int qempty = io_u_qempty(&td->io_u_freelist);
1312
1313         if (qempty)
1314                 return 1;
1315         if (!td->o.latency_target)
1316                 return 0;
1317
1318         return td->cur_depth >= td->latency_qd;
1319 }
1320
1321 struct io_u *__get_io_u(struct thread_data *td)
1322 {
1323         struct io_u *io_u = NULL;
1324
1325         if (td->stop_io)
1326                 return NULL;
1327
1328         td_io_u_lock(td);
1329
1330 again:
1331         if (!io_u_rempty(&td->io_u_requeues))
1332                 io_u = io_u_rpop(&td->io_u_requeues);
1333         else if (!queue_full(td)) {
1334                 io_u = io_u_qpop(&td->io_u_freelist);
1335
1336                 io_u->file = NULL;
1337                 io_u->buflen = 0;
1338                 io_u->resid = 0;
1339                 io_u->end_io = NULL;
1340         }
1341
1342         if (io_u) {
1343                 assert(io_u->flags & IO_U_F_FREE);
1344                 io_u_clear(io_u, IO_U_F_FREE | IO_U_F_NO_FILE_PUT |
1345                                  IO_U_F_TRIMMED | IO_U_F_BARRIER |
1346                                  IO_U_F_VER_LIST);
1347
1348                 io_u->error = 0;
1349                 io_u->acct_ddir = -1;
1350                 td->cur_depth++;
1351                 assert(!(td->flags & TD_F_CHILD));
1352                 io_u_set(io_u, IO_U_F_IN_CUR_DEPTH);
1353                 io_u->ipo = NULL;
1354         } else if (td_async_processing(td)) {
1355                 /*
1356                  * We ran out, wait for async verify threads to finish and
1357                  * return one
1358                  */
1359                 assert(!(td->flags & TD_F_CHILD));
1360                 assert(!pthread_cond_wait(&td->free_cond, &td->io_u_lock));
1361                 goto again;
1362         }
1363
1364         td_io_u_unlock(td);
1365         return io_u;
1366 }
1367
1368 static int check_get_trim(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
1369 {
1370         if (!(td->flags & TD_F_TRIM_BACKLOG))
1371                 return 0;
1372
1373         if (td->trim_entries) {
1374                 int get_trim = 0;
1375
1376                 if (td->trim_batch) {
1377                         td->trim_batch--;
1378                         get_trim = 1;
1379                 } else if (!(td->io_hist_len % td->o.trim_backlog) &&
1380                          td->last_ddir != DDIR_READ) {
1381                         td->trim_batch = td->o.trim_batch;
1382                         if (!td->trim_batch)
1383                                 td->trim_batch = td->o.trim_backlog;
1384                         get_trim = 1;
1385                 }
1386
1387                 if (get_trim && !get_next_trim(td, io_u))
1388                         return 1;
1389         }
1390
1391         return 0;
1392 }
1393
1394 static int check_get_verify(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
1395 {
1396         if (!(td->flags & TD_F_VER_BACKLOG))
1397                 return 0;
1398
1399         if (td->io_hist_len) {
1400                 int get_verify = 0;
1401
1402                 if (td->verify_batch)
1403                         get_verify = 1;
1404                 else if (!(td->io_hist_len % td->o.verify_backlog) &&
1405                          td->last_ddir != DDIR_READ) {
1406                         td->verify_batch = td->o.verify_batch;
1407                         if (!td->verify_batch)
1408                                 td->verify_batch = td->o.verify_backlog;
1409                         get_verify = 1;
1410                 }
1411
1412                 if (get_verify && !get_next_verify(td, io_u)) {
1413                         td->verify_batch--;
1414                         return 1;
1415                 }
1416         }
1417
1418         return 0;
1419 }
1420
1421 /*
1422  * Fill offset and start time into the buffer content, to prevent too
1423  * easy compressible data for simple de-dupe attempts. Do this for every
1424  * 512b block in the range, since that should be the smallest block size
1425  * we can expect from a device.
1426  */
1427 static void small_content_scramble(struct io_u *io_u)
1428 {
1429         unsigned int i, nr_blocks = io_u->buflen / 512;
1430         uint64_t boffset;
1431         unsigned int offset;
1432         void *p, *end;
1433
1434         if (!nr_blocks)
1435                 return;
1436
1437         p = io_u->xfer_buf;
1438         boffset = io_u->offset;
1439         io_u->buf_filled_len = 0;
1440
1441         for (i = 0; i < nr_blocks; i++) {
1442                 /*
1443                  * Fill the byte offset into a "random" start offset of
1444                  * the buffer, given by the product of the usec time
1445                  * and the actual offset.
1446                  */
1447                 offset = (io_u->start_time.tv_usec ^ boffset) & 511;
1448                 offset &= ~(sizeof(uint64_t) - 1);
1449                 if (offset >= 512 - sizeof(uint64_t))
1450                         offset -= sizeof(uint64_t);
1451                 memcpy(p + offset, &boffset, sizeof(boffset));
1452
1453                 end = p + 512 - sizeof(io_u->start_time);
1454                 memcpy(end, &io_u->start_time, sizeof(io_u->start_time));
1455                 p += 512;
1456                 boffset += 512;
1457         }
1458 }
1459
1460 /*
1461  * Return an io_u to be processed. Gets a buflen and offset, sets direction,
1462  * etc. The returned io_u is fully ready to be prepped and submitted.
1463  */
1464 struct io_u *get_io_u(struct thread_data *td)
1465 {
1466         struct fio_file *f;
1467         struct io_u *io_u;
1468         int do_scramble = 0;
1469         long ret = 0;
1470
1471         io_u = __get_io_u(td);
1472         if (!io_u) {
1473                 dprint(FD_IO, "__get_io_u failed\n");
1474                 return NULL;
1475         }
1476
1477         if (check_get_verify(td, io_u))
1478                 goto out;
1479         if (check_get_trim(td, io_u))
1480                 goto out;
1481
1482         /*
1483          * from a requeue, io_u already setup
1484          */
1485         if (io_u->file)
1486                 goto out;
1487
1488         /*
1489          * If using an iolog, grab next piece if any available.
1490          */
1491         if (td->flags & TD_F_READ_IOLOG) {
1492                 if (read_iolog_get(td, io_u))
1493                         goto err_put;
1494         } else if (set_io_u_file(td, io_u)) {
1495                 ret = -EBUSY;
1496                 dprint(FD_IO, "io_u %p, setting file failed\n", io_u);
1497                 goto err_put;
1498         }
1499
1500         f = io_u->file;
1501         if (!f) {
1502                 dprint(FD_IO, "io_u %p, setting file failed\n", io_u);
1503                 goto err_put;
1504         }
1505
1506         assert(fio_file_open(f));
1507
1508         if (ddir_rw(io_u->ddir)) {
1509                 if (!io_u->buflen && !(td->io_ops->flags & FIO_NOIO)) {
1510                         dprint(FD_IO, "get_io_u: zero buflen on %p\n", io_u);
1511                         goto err_put;
1512                 }
1513
1514                 f->last_start[io_u->ddir] = io_u->offset;
1515                 f->last_pos[io_u->ddir] = io_u->offset + io_u->buflen;
1516
1517                 if (io_u->ddir == DDIR_WRITE) {
1518                         if (td->flags & TD_F_REFILL_BUFFERS) {
1519                                 io_u_fill_buffer(td, io_u,
1520                                         td->o.min_bs[DDIR_WRITE],
1521                                         io_u->xfer_buflen);
1522                         } else if ((td->flags & TD_F_SCRAMBLE_BUFFERS) &&
1523                                    !(td->flags & TD_F_COMPRESS))
1524                                 do_scramble = 1;
1525                         if (td->flags & TD_F_VER_NONE) {
1526                                 populate_verify_io_u(td, io_u);
1527                                 do_scramble = 0;
1528                         }
1529                 } else if (io_u->ddir == DDIR_READ) {
1530                         /*
1531                          * Reset the buf_filled parameters so next time if the
1532                          * buffer is used for writes it is refilled.
1533                          */
1534                         io_u->buf_filled_len = 0;
1535                 }
1536         }
1537
1538         /*
1539          * Set io data pointers.
1540          */
1541         io_u->xfer_buf = io_u->buf;
1542         io_u->xfer_buflen = io_u->buflen;
1543
1544 out:
1545         assert(io_u->file);
1546         if (!td_io_prep(td, io_u)) {
1547                 if (!td->o.disable_slat)
1548                         fio_gettime(&io_u->start_time, NULL);
1549                 if (do_scramble)
1550                         small_content_scramble(io_u);
1551                 return io_u;
1552         }
1553 err_put:
1554         dprint(FD_IO, "get_io_u failed\n");
1555         put_io_u(td, io_u);
1556         return ERR_PTR(ret);
1557 }
1558
1559 static void __io_u_log_error(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
1560 {
1561         enum error_type_bit eb = td_error_type(io_u->ddir, io_u->error);
1562
1563         if (td_non_fatal_error(td, eb, io_u->error) && !td->o.error_dump)
1564                 return;
1565
1566         log_err("fio: io_u error%s%s: %s: %s offset=%llu, buflen=%lu\n",
1567                 io_u->file ? " on file " : "",
1568                 io_u->file ? io_u->file->file_name : "",
1569                 strerror(io_u->error),
1570                 io_ddir_name(io_u->ddir),
1571                 io_u->offset, io_u->xfer_buflen);
1572
1573         if (!td->error)
1574                 td_verror(td, io_u->error, "io_u error");
1575 }
1576
1577 void io_u_log_error(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
1578 {
1579         __io_u_log_error(td, io_u);
1580         if (td->parent)
1581                 __io_u_log_error(td, io_u);
1582 }
1583
1584 static inline int gtod_reduce(struct thread_data *td)
1585 {
1586         return td->o.disable_clat && td->o.disable_lat && td->o.disable_slat
1587                 && td->o.disable_bw;
1588 }
1589
1590 static void account_io_completion(struct thread_data *td, struct io_u *io_u,
1591                                   struct io_completion_data *icd,
1592                                   const enum fio_ddir idx, unsigned int bytes)
1593 {
1594         const int no_reduce = !gtod_reduce(td);
1595         unsigned long lusec = 0;
1596
1597         if (no_reduce)
1598                 lusec = utime_since(&io_u->issue_time, &icd->time);
1599
1600         if (!td->o.disable_lat) {
1601                 unsigned long tusec;
1602
1603                 tusec = utime_since(&io_u->start_time, &icd->time);
1604                 add_lat_sample(td, idx, tusec, bytes, io_u->offset);
1605
1606                 if (td->flags & TD_F_PROFILE_OPS) {
1607                         struct prof_io_ops *ops = &td->prof_io_ops;
1608
1609                         if (ops->io_u_lat)
1610                                 icd->error = ops->io_u_lat(td, tusec);
1611                 }
1612
1613                 if (td->o.max_latency && tusec > td->o.max_latency)
1614                         lat_fatal(td, icd, tusec, td->o.max_latency);
1615                 if (td->o.latency_target && tusec > td->o.latency_target) {
1616                         if (lat_target_failed(td))
1617                                 lat_fatal(td, icd, tusec, td->o.latency_target);
1618                 }
1619         }
1620
1621         if (!td->o.disable_clat) {
1622                 add_clat_sample(td, idx, lusec, bytes, io_u->offset);
1623                 io_u_mark_latency(td, lusec);
1624         }
1625
1626         if (td->parent)
1627                 td = td->parent;
1628
1629         if (!td->o.disable_bw)
1630                 add_bw_sample(td, idx, bytes, &icd->time);
1631
1632         if (no_reduce)
1633                 add_iops_sample(td, idx, bytes, &icd->time);
1634
1635         if (td->ts.nr_block_infos && io_u->ddir == DDIR_TRIM) {
1636                 uint32_t *info = io_u_block_info(td, io_u);
1637                 if (BLOCK_INFO_STATE(*info) < BLOCK_STATE_TRIM_FAILURE) {
1638                         if (io_u->ddir == DDIR_TRIM) {
1639                                 *info = BLOCK_INFO(BLOCK_STATE_TRIMMED,
1640                                                 BLOCK_INFO_TRIMS(*info) + 1);
1641                         } else if (io_u->ddir == DDIR_WRITE) {
1642                                 *info = BLOCK_INFO_SET_STATE(BLOCK_STATE_WRITTEN,
1643                                                                 *info);
1644                         }
1645                 }
1646         }
1647 }
1648
1649 static long long usec_for_io(struct thread_data *td, enum fio_ddir ddir)
1650 {
1651         uint64_t secs, remainder, bps, bytes;
1652
1653         assert(!(td->flags & TD_F_CHILD));
1654         bytes = td->this_io_bytes[ddir];
1655         bps = td->rate_bps[ddir];
1656         secs = bytes / bps;
1657         remainder = bytes % bps;
1658         return remainder * 1000000 / bps + secs * 1000000;
1659 }
1660
1661 static void io_completed(struct thread_data *td, struct io_u **io_u_ptr,
1662                          struct io_completion_data *icd)
1663 {
1664         struct io_u *io_u = *io_u_ptr;
1665         enum fio_ddir ddir = io_u->ddir;
1666         struct fio_file *f = io_u->file;
1667
1668         dprint_io_u(io_u, "io complete");
1669
1670         assert(io_u->flags & IO_U_F_FLIGHT);
1671         io_u_clear(io_u, IO_U_F_FLIGHT | IO_U_F_BUSY_OK);
1672
1673         /*
1674          * Mark IO ok to verify
1675          */
1676         if (io_u->ipo) {
1677                 /*
1678                  * Remove errored entry from the verification list
1679                  */
1680                 if (io_u->error)
1681                         unlog_io_piece(td, io_u);
1682                 else {
1683                         io_u->ipo->flags &= ~IP_F_IN_FLIGHT;
1684                         write_barrier();
1685                 }
1686         }
1687
1688         if (ddir_sync(ddir)) {
1689                 td->last_was_sync = 1;
1690                 if (f) {
1691                         f->first_write = -1ULL;
1692                         f->last_write = -1ULL;
1693                 }
1694                 return;
1695         }
1696
1697         td->last_was_sync = 0;
1698         td->last_ddir = ddir;
1699
1700         if (!io_u->error && ddir_rw(ddir)) {
1701                 unsigned int bytes = io_u->buflen - io_u->resid;
1702                 const enum fio_ddir oddir = ddir ^ 1;
1703                 int ret;
1704
1705                 td->io_blocks[ddir]++;
1706                 td->this_io_blocks[ddir]++;
1707                 td->io_bytes[ddir] += bytes;
1708
1709                 if (!(io_u->flags & IO_U_F_VER_LIST))
1710                         td->this_io_bytes[ddir] += bytes;
1711
1712                 if (ddir == DDIR_WRITE) {
1713                         if (f) {
1714                                 if (f->first_write == -1ULL ||
1715                                     io_u->offset < f->first_write)
1716                                         f->first_write = io_u->offset;
1717                                 if (f->last_write == -1ULL ||
1718                                     ((io_u->offset + bytes) > f->last_write))
1719                                         f->last_write = io_u->offset + bytes;
1720                         }
1721                         if (td->last_write_comp) {
1722                                 int idx = td->last_write_idx++;
1723
1724                                 td->last_write_comp[idx] = io_u->offset;
1725                                 if (td->last_write_idx == td->o.iodepth)
1726                                         td->last_write_idx = 0;
1727                         }
1728                 }
1729
1730                 if (ramp_time_over(td) && (td->runstate == TD_RUNNING ||
1731                                            td->runstate == TD_VERIFYING)) {
1732                         struct thread_data *__td = td;
1733
1734                         account_io_completion(td, io_u, icd, ddir, bytes);
1735
1736                         if (td->parent)
1737                                 __td = td->parent;
1738
1739                         if (__should_check_rate(__td, ddir)) {
1740                                 __td->rate_pending_usleep[ddir] =
1741                                         (usec_for_io(__td, ddir) -
1742                                          utime_since_now(&__td->start));
1743                         }
1744                         if (ddir != DDIR_TRIM &&
1745                             __should_check_rate(__td, oddir)) {
1746                                 __td->rate_pending_usleep[oddir] =
1747                                         (usec_for_io(__td, oddir) -
1748                                          utime_since_now(&__td->start));
1749                         }
1750                 }
1751
1752                 icd->bytes_done[ddir] += bytes;
1753
1754                 if (io_u->end_io) {
1755                         ret = io_u->end_io(td, io_u_ptr);
1756                         io_u = *io_u_ptr;
1757                         if (ret && !icd->error)
1758                                 icd->error = ret;
1759                 }
1760         } else if (io_u->error) {
1761                 icd->error = io_u->error;
1762                 io_u_log_error(td, io_u);
1763         }
1764         if (icd->error) {
1765                 enum error_type_bit eb = td_error_type(ddir, icd->error);
1766
1767                 if (!td_non_fatal_error(td, eb, icd->error))
1768                         return;
1769
1770                 /*
1771                  * If there is a non_fatal error, then add to the error count
1772                  * and clear all the errors.
1773                  */
1774                 update_error_count(td, icd->error);
1775                 td_clear_error(td);
1776                 icd->error = 0;
1777                 if (io_u)
1778                         io_u->error = 0;
1779         }
1780 }
1781
1782 static void init_icd(struct thread_data *td, struct io_completion_data *icd,
1783                      int nr)
1784 {
1785         int ddir;
1786
1787         if (!gtod_reduce(td))
1788                 fio_gettime(&icd->time, NULL);
1789
1790         icd->nr = nr;
1791
1792         icd->error = 0;
1793         for (ddir = DDIR_READ; ddir < DDIR_RWDIR_CNT; ddir++)
1794                 icd->bytes_done[ddir] = 0;
1795 }
1796
1797 static void ios_completed(struct thread_data *td,
1798                           struct io_completion_data *icd)
1799 {
1800         struct io_u *io_u;
1801         int i;
1802
1803         for (i = 0; i < icd->nr; i++) {
1804                 io_u = td->io_ops->event(td, i);
1805
1806                 io_completed(td, &io_u, icd);
1807
1808                 if (io_u)
1809                         put_io_u(td, io_u);
1810         }
1811 }
1812
1813 /*
1814  * Complete a single io_u for the sync engines.
1815  */
1816 int io_u_sync_complete(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
1817 {
1818         struct io_completion_data icd;
1819         int ddir;
1820
1821         init_icd(td, &icd, 1);
1822         io_completed(td, &io_u, &icd);
1823
1824         if (io_u)
1825                 put_io_u(td, io_u);
1826
1827         if (icd.error) {
1828                 td_verror(td, icd.error, "io_u_sync_complete");
1829                 return -1;
1830         }
1831
1832         for (ddir = DDIR_READ; ddir < DDIR_RWDIR_CNT; ddir++)
1833                 td->bytes_done[ddir] += icd.bytes_done[ddir];
1834
1835         return 0;
1836 }
1837
1838 /*
1839  * Called to complete min_events number of io for the async engines.
1840  */
1841 int io_u_queued_complete(struct thread_data *td, int min_evts)
1842 {
1843         struct io_completion_data icd;
1844         struct timespec *tvp = NULL;
1845         int ret, ddir;
1846         struct timespec ts = { .tv_sec = 0, .tv_nsec = 0, };
1847
1848         dprint(FD_IO, "io_u_queued_completed: min=%d\n", min_evts);
1849
1850         if (!min_evts)
1851                 tvp = &ts;
1852         else if (min_evts > td->cur_depth)
1853                 min_evts = td->cur_depth;
1854
1855         ret = td_io_getevents(td, min_evts, td->o.iodepth_batch_complete, tvp);
1856         if (ret < 0) {
1857                 td_verror(td, -ret, "td_io_getevents");
1858                 return ret;
1859         } else if (!ret)
1860                 return ret;
1861
1862         init_icd(td, &icd, ret);
1863         ios_completed(td, &icd);
1864         if (icd.error) {
1865                 td_verror(td, icd.error, "io_u_queued_complete");
1866                 return -1;
1867         }
1868
1869         for (ddir = DDIR_READ; ddir < DDIR_RWDIR_CNT; ddir++)
1870                 td->bytes_done[ddir] += icd.bytes_done[ddir];
1871
1872         return 0;
1873 }
1874
1875 /*
1876  * Call when io_u is really queued, to update the submission latency.
1877  */
1878 void io_u_queued(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
1879 {
1880         if (!td->o.disable_slat) {
1881                 unsigned long slat_time;
1882
1883                 slat_time = utime_since(&io_u->start_time, &io_u->issue_time);
1884                 add_slat_sample(td, io_u->ddir, slat_time, io_u->xfer_buflen,
1885                                 io_u->offset);
1886         }
1887 }
1888
1889 /*
1890  * See if we should reuse the last seed, if dedupe is enabled
1891  */
1892 static struct frand_state *get_buf_state(struct thread_data *td)
1893 {
1894         unsigned int v;
1895         unsigned long r;
1896
1897         if (!td->o.dedupe_percentage)
1898                 return &td->buf_state;
1899         else if (td->o.dedupe_percentage == 100)
1900                 return &td->buf_state_prev;
1901
1902         r = __rand(&td->dedupe_state);
1903         v = 1 + (int) (100.0 * (r / (FRAND_MAX + 1.0)));
1904
1905         if (v <= td->o.dedupe_percentage)
1906                 return &td->buf_state_prev;
1907
1908         return &td->buf_state;
1909 }
1910
1911 static void save_buf_state(struct thread_data *td, struct frand_state *rs)
1912 {
1913         if (rs == &td->buf_state)
1914                 frand_copy(&td->buf_state_prev, rs);
1915 }
1916
1917 void fill_io_buffer(struct thread_data *td, void *buf, unsigned int min_write,
1918                     unsigned int max_bs)
1919 {
1920         struct thread_options *o = &td->o;
1921
1922         if (o->compress_percentage || o->dedupe_percentage) {
1923                 unsigned int perc = td->o.compress_percentage;
1924                 struct frand_state *rs;
1925                 unsigned int left = max_bs;
1926
1927                 do {
1928                         rs = get_buf_state(td);
1929
1930                         min_write = min(min_write, left);
1931
1932                         if (perc) {
1933                                 unsigned int seg = min_write;
1934
1935                                 seg = min(min_write, td->o.compress_chunk);
1936                                 if (!seg)
1937                                         seg = min_write;
1938
1939                                 fill_random_buf_percentage(rs, buf, perc, seg,
1940                                         min_write, o->buffer_pattern,
1941                                                    o->buffer_pattern_bytes);
1942                         } else
1943                                 fill_random_buf(rs, buf, min_write);
1944
1945                         buf += min_write;
1946                         left -= min_write;
1947                         save_buf_state(td, rs);
1948                 } while (left);
1949         } else if (o->buffer_pattern_bytes)
1950                 fill_buffer_pattern(td, buf, max_bs);
1951         else if (o->zero_buffers)
1952                 memset(buf, 0, max_bs);
1953         else
1954                 fill_random_buf(get_buf_state(td), buf, max_bs);
1955 }
1956
1957 /*
1958  * "randomly" fill the buffer contents
1959  */
1960 void io_u_fill_buffer(struct thread_data *td, struct io_u *io_u,
1961                       unsigned int min_write, unsigned int max_bs)
1962 {
1963         io_u->buf_filled_len = 0;
1964         fill_io_buffer(td, io_u->buf, min_write, max_bs);
1965 }