io_u.c

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