io_u.c

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