io_u.c

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