Escape minus signs in manpage to fix lintian warning:
[fio.git] / io_u.c
1 #include <unistd.h>
2 #include <fcntl.h>
3 #include <string.h>
4 #include <signal.h>
5 #include <time.h>
6 #include <assert.h>
7
8 #include "fio.h"
9 #include "hash.h"
10 #include "verify.h"
11 #include "trim.h"
12 #include "lib/rand.h"
13
14 struct io_completion_data {
15         int nr;                         /* input */
16         int account;                    /* input */
17
18         int error;                      /* output */
19         unsigned long bytes_done[2];    /* output */
20         struct timeval time;            /* output */
21 };
22
23 /*
24  * The ->file_map[] contains a map of blocks we have or have not done io
25  * to yet. Used to make sure we cover the entire range in a fair fashion.
26  */
27 static int random_map_free(struct fio_file *f, const unsigned long long block)
28 {
29         unsigned int idx = RAND_MAP_IDX(f, block);
30         unsigned int bit = RAND_MAP_BIT(f, block);
31
32         dprint(FD_RANDOM, "free: b=%llu, idx=%u, bit=%u\n", block, idx, bit);
33
34         return (f->file_map[idx] & (1UL << bit)) == 0;
35 }
36
37 /*
38  * Mark a given offset as used in the map.
39  */
40 static void mark_random_map(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
41 {
42         unsigned int min_bs = td->o.rw_min_bs;
43         struct fio_file *f = io_u->file;
44         unsigned long long block;
45         unsigned int blocks, nr_blocks;
46         int busy_check;
47
48         block = (io_u->offset - f->file_offset) / (unsigned long long) min_bs;
49         nr_blocks = (io_u->buflen + min_bs - 1) / min_bs;
50         blocks = 0;
51         busy_check = !(io_u->flags & IO_U_F_BUSY_OK);
52
53         while (nr_blocks) {
54                 unsigned int idx, bit;
55                 unsigned long mask, this_blocks;
56
57                 /*
58                  * If we have a mixed random workload, we may
59                  * encounter blocks we already did IO to.
60                  */
61                 if (!busy_check) {
62                         blocks = nr_blocks;
63                         break;
64                 }
65                 if ((td->o.ddir_seq_nr == 1) && !random_map_free(f, block))
66                         break;
67
68                 idx = RAND_MAP_IDX(f, block);
69                 bit = RAND_MAP_BIT(f, block);
70
71                 fio_assert(td, idx < f->num_maps);
72
73                 this_blocks = nr_blocks;
74                 if (this_blocks + bit > BLOCKS_PER_MAP)
75                         this_blocks = BLOCKS_PER_MAP - bit;
76
77                 do {
78                         if (this_blocks == BLOCKS_PER_MAP)
79                                 mask = -1UL;
80                         else
81                                 mask = ((1UL << this_blocks) - 1) << bit;
82         
83                         if (!(f->file_map[idx] & mask))
84                                 break;
85
86                         this_blocks--;
87                 } while (this_blocks);
88
89                 if (!this_blocks)
90                         break;
91
92                 f->file_map[idx] |= mask;
93                 nr_blocks -= this_blocks;
94                 blocks += this_blocks;
95                 block += this_blocks;
96         }
97
98         if ((blocks * min_bs) < io_u->buflen)
99                 io_u->buflen = blocks * min_bs;
100 }
101
102 static unsigned long long last_block(struct thread_data *td, struct fio_file *f,
103                                      enum fio_ddir ddir)
104 {
105         unsigned long long max_blocks;
106         unsigned long long max_size;
107
108         assert(ddir_rw(ddir));
109
110         /*
111          * Hmm, should we make sure that ->io_size <= ->real_file_size?
112          */
113         max_size = f->io_size;
114         if (max_size > f->real_file_size)
115                 max_size = f->real_file_size;
116
117         max_blocks = max_size / (unsigned long long) td->o.ba[ddir];
118         if (!max_blocks)
119                 return 0;
120
121         return max_blocks;
122 }
123
124 /*
125  * Return the next free block in the map.
126  */
127 static int get_next_free_block(struct thread_data *td, struct fio_file *f,
128                                enum fio_ddir ddir, unsigned long long *b)
129 {
130         unsigned long long block, min_bs = td->o.rw_min_bs, lastb;
131         int i;
132
133         lastb = last_block(td, f, ddir);
134         if (!lastb)
135                 return 1;
136
137         i = f->last_free_lookup;
138         block = i * BLOCKS_PER_MAP;
139         while (block * min_bs < f->real_file_size &&
140                 block * min_bs < f->io_size) {
141                 if (f->file_map[i] != -1UL) {
142                         block += ffz(f->file_map[i]);
143                         if (block > lastb)
144                                 break;
145                         f->last_free_lookup = i;
146                         *b = block;
147                         return 0;
148                 }
149
150                 block += BLOCKS_PER_MAP;
151                 i++;
152         }
153
154         dprint(FD_IO, "failed finding a free block\n");
155         return 1;
156 }
157
158 static int get_next_rand_offset(struct thread_data *td, struct fio_file *f,
159                                 enum fio_ddir ddir, unsigned long long *b)
160 {
161         unsigned long long r, lastb;
162         int loops = 5;
163
164         lastb = last_block(td, f, ddir);
165         if (!lastb)
166                 return 1;
167
168         if (f->failed_rands >= 200)
169                 goto ffz;
170
171         do {
172                 if (td->o.use_os_rand) {
173                         r = os_random_long(&td->random_state);
174                         *b = (lastb - 1) * (r / ((unsigned long long) OS_RAND_MAX + 1.0));
175                 } else {
176                         r = __rand(&td->__random_state);
177                         *b = (lastb - 1) * (r / ((unsigned long long) FRAND_MAX + 1.0));
178                 }
179
180                 dprint(FD_RANDOM, "off rand %llu\n", r);
181
182
183                 /*
184                  * if we are not maintaining a random map, we are done.
185                  */
186                 if (!file_randommap(td, f))
187                         goto ret_good;
188
189                 /*
190                  * calculate map offset and check if it's free
191                  */
192                 if (random_map_free(f, *b))
193                         goto ret_good;
194
195                 dprint(FD_RANDOM, "get_next_rand_offset: offset %llu busy\n",
196                                                                         *b);
197         } while (--loops);
198
199         if (!f->failed_rands++)
200                 f->last_free_lookup = 0;
201
202         /*
203          * we get here, if we didn't suceed in looking up a block. generate
204          * a random start offset into the filemap, and find the first free
205          * block from there.
206          */
207         loops = 10;
208         do {
209                 f->last_free_lookup = (f->num_maps - 1) *
210                                         (r / (OS_RAND_MAX + 1.0));
211                 if (!get_next_free_block(td, f, ddir, b))
212                         goto ret;
213
214                 if (td->o.use_os_rand)
215                         r = os_random_long(&td->random_state);
216                 else
217                         r = __rand(&td->__random_state);
218         } while (--loops);
219
220         /*
221          * that didn't work either, try exhaustive search from the start
222          */
223         f->last_free_lookup = 0;
224 ffz:
225         if (!get_next_free_block(td, f, ddir, b))
226                 return 0;
227         f->last_free_lookup = 0;
228         return get_next_free_block(td, f, ddir, b);
229 ret_good:
230         f->failed_rands = 0;
231 ret:
232         return 0;
233 }
234
235 static int get_next_rand_block(struct thread_data *td, struct fio_file *f,
236                                enum fio_ddir ddir, unsigned long long *b)
237 {
238         if (get_next_rand_offset(td, f, ddir, b)) {
239                 dprint(FD_IO, "%s: rand offset failed, last=%llu, size=%llu\n",
240                                 f->file_name, f->last_pos, f->real_file_size);
241                 return 1;
242         }
243
244         return 0;
245 }
246
247 static int get_next_seq_block(struct thread_data *td, struct fio_file *f,
248                               enum fio_ddir ddir, unsigned long long *b)
249 {
250         assert(ddir_rw(ddir));
251
252         if (f->last_pos < f->real_file_size) {
253                 unsigned long long pos;
254
255                 if (f->last_pos == f->file_offset && td->o.ddir_seq_add < 0)
256                         f->last_pos = f->real_file_size;
257
258                 pos = f->last_pos - f->file_offset;
259                 if (pos)
260                         pos += td->o.ddir_seq_add;
261
262                 *b = pos / td->o.min_bs[ddir];
263                 return 0;
264         }
265
266         return 1;
267 }
268
269 static int get_next_block(struct thread_data *td, struct io_u *io_u,
270                           enum fio_ddir ddir, int rw_seq, unsigned long long *b)
271 {
272         struct fio_file *f = io_u->file;
273         int ret;
274
275         assert(ddir_rw(ddir));
276
277         if (rw_seq) {
278                 if (td_random(td))
279                         ret = get_next_rand_block(td, f, ddir, b);
280                 else
281                         ret = get_next_seq_block(td, f, ddir, b);
282         } else {
283                 io_u->flags |= IO_U_F_BUSY_OK;
284
285                 if (td->o.rw_seq == RW_SEQ_SEQ) {
286                         ret = get_next_seq_block(td, f, ddir, b);
287                         if (ret)
288                                 ret = get_next_rand_block(td, f, ddir, b);
289                 } else if (td->o.rw_seq == RW_SEQ_IDENT) {
290                         if (f->last_start != -1ULL)
291                                 *b = (f->last_start - f->file_offset)
292                                         / td->o.min_bs[ddir];
293                         else
294                                 *b = 0;
295                         ret = 0;
296                 } else {
297                         log_err("fio: unknown rw_seq=%d\n", td->o.rw_seq);
298                         ret = 1;
299                 }
300         }
301         
302         return ret;
303 }
304
305 /*
306  * For random io, generate a random new block and see if it's used. Repeat
307  * until we find a free one. For sequential io, just return the end of
308  * the last io issued.
309  */
310 static int __get_next_offset(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
311 {
312         struct fio_file *f = io_u->file;
313         unsigned long long b;
314         enum fio_ddir ddir = io_u->ddir;
315         int rw_seq_hit = 0;
316
317         assert(ddir_rw(ddir));
318
319         if (td->o.ddir_seq_nr && !--td->ddir_seq_nr) {
320                 rw_seq_hit = 1;
321                 td->ddir_seq_nr = td->o.ddir_seq_nr;
322         }
323
324         if (get_next_block(td, io_u, ddir, rw_seq_hit, &b))
325                 return 1;
326
327         io_u->offset = b * td->o.ba[ddir];
328         if (io_u->offset >= f->io_size) {
329                 dprint(FD_IO, "get_next_offset: offset %llu >= io_size %llu\n",
330                                         io_u->offset, f->io_size);
331                 return 1;
332         }
333
334         io_u->offset += f->file_offset;
335         if (io_u->offset >= f->real_file_size) {
336                 dprint(FD_IO, "get_next_offset: offset %llu >= size %llu\n",
337                                         io_u->offset, f->real_file_size);
338                 return 1;
339         }
340
341         return 0;
342 }
343
344 static int get_next_offset(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
345 {
346         struct prof_io_ops *ops = &td->prof_io_ops;
347
348         if (ops->fill_io_u_off)
349                 return ops->fill_io_u_off(td, io_u);
350
351         return __get_next_offset(td, io_u);
352 }
353
354 static inline int io_u_fits(struct thread_data *td, struct io_u *io_u,
355                             unsigned int buflen)
356 {
357         struct fio_file *f = io_u->file;
358
359         return io_u->offset + buflen <= f->io_size + td->o.start_offset;
360 }
361
362 static unsigned int __get_next_buflen(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
363 {
364         const int ddir = io_u->ddir;
365         unsigned int uninitialized_var(buflen);
366         unsigned int minbs, maxbs;
367         unsigned long r, rand_max;
368
369         assert(ddir_rw(ddir));
370
371         minbs = td->o.min_bs[ddir];
372         maxbs = td->o.max_bs[ddir];
373
374         if (minbs == maxbs)
375                 return minbs;
376
377         if (td->o.use_os_rand)
378                 rand_max = OS_RAND_MAX;
379         else
380                 rand_max = FRAND_MAX;
381
382         do {
383                 if (td->o.use_os_rand)
384                         r = os_random_long(&td->bsrange_state);
385                 else
386                         r = __rand(&td->__bsrange_state);
387
388                 if (!td->o.bssplit_nr[ddir]) {
389                         buflen = 1 + (unsigned int) ((double) maxbs *
390                                         (r / (rand_max + 1.0)));
391                         if (buflen < minbs)
392                                 buflen = minbs;
393                 } else {
394                         long perc = 0;
395                         unsigned int i;
396
397                         for (i = 0; i < td->o.bssplit_nr[ddir]; i++) {
398                                 struct bssplit *bsp = &td->o.bssplit[ddir][i];
399
400                                 buflen = bsp->bs;
401                                 perc += bsp->perc;
402                                 if ((r <= ((rand_max / 100L) * perc)) &&
403                                     io_u_fits(td, io_u, buflen))
404                                         break;
405                         }
406                 }
407
408                 if (!td->o.bs_unaligned && is_power_of_2(minbs))
409                         buflen = (buflen + minbs - 1) & ~(minbs - 1);
410
411         } while (!io_u_fits(td, io_u, buflen));
412
413         return buflen;
414 }
415
416 static unsigned int get_next_buflen(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
417 {
418         struct prof_io_ops *ops = &td->prof_io_ops;
419
420         if (ops->fill_io_u_size)
421                 return ops->fill_io_u_size(td, io_u);
422
423         return __get_next_buflen(td, io_u);
424 }
425
426 static void set_rwmix_bytes(struct thread_data *td)
427 {
428         unsigned int diff;
429
430         /*
431          * we do time or byte based switch. this is needed because
432          * buffered writes may issue a lot quicker than they complete,
433          * whereas reads do not.
434          */
435         diff = td->o.rwmix[td->rwmix_ddir ^ 1];
436         td->rwmix_issues = (td->io_issues[td->rwmix_ddir] * diff) / 100;
437 }
438
439 static inline enum fio_ddir get_rand_ddir(struct thread_data *td)
440 {
441         unsigned int v;
442         unsigned long r;
443
444         if (td->o.use_os_rand) {
445                 r = os_random_long(&td->rwmix_state);
446                 v = 1 + (int) (100.0 * (r / (OS_RAND_MAX + 1.0)));
447         } else {
448                 r = __rand(&td->__rwmix_state);
449                 v = 1 + (int) (100.0 * (r / (FRAND_MAX + 1.0)));
450         }
451
452         if (v <= td->o.rwmix[DDIR_READ])
453                 return DDIR_READ;
454
455         return DDIR_WRITE;
456 }
457
458 static enum fio_ddir rate_ddir(struct thread_data *td, enum fio_ddir ddir)
459 {
460         enum fio_ddir odir = ddir ^ 1;
461         struct timeval t;
462         long usec;
463
464         assert(ddir_rw(ddir));
465
466         if (td->rate_pending_usleep[ddir] <= 0)
467                 return ddir;
468
469         /*
470          * We have too much pending sleep in this direction. See if we
471          * should switch.
472          */
473         if (td_rw(td)) {
474                 /*
475                  * Other direction does not have too much pending, switch
476                  */
477                 if (td->rate_pending_usleep[odir] < 100000)
478                         return odir;
479
480                 /*
481                  * Both directions have pending sleep. Sleep the minimum time
482                  * and deduct from both.
483                  */
484                 if (td->rate_pending_usleep[ddir] <=
485                         td->rate_pending_usleep[odir]) {
486                         usec = td->rate_pending_usleep[ddir];
487                 } else {
488                         usec = td->rate_pending_usleep[odir];
489                         ddir = odir;
490                 }
491         } else
492                 usec = td->rate_pending_usleep[ddir];
493
494         /*
495          * We are going to sleep, ensure that we flush anything pending as
496          * not to skew our latency numbers
497          */
498         if (td->cur_depth) {
499                 int fio_unused ret;
500
501                 ret = io_u_queued_complete(td, td->cur_depth, NULL);
502         }
503
504         fio_gettime(&t, NULL);
505         usec_sleep(td, usec);
506         usec = utime_since_now(&t);
507
508         td->rate_pending_usleep[ddir] -= usec;
509
510         odir = ddir ^ 1;
511         if (td_rw(td) && __should_check_rate(td, odir))
512                 td->rate_pending_usleep[odir] -= usec;
513
514         return ddir;
515 }
516
517 /*
518  * Return the data direction for the next io_u. If the job is a
519  * mixed read/write workload, check the rwmix cycle and switch if
520  * necessary.
521  */
522 static enum fio_ddir get_rw_ddir(struct thread_data *td)
523 {
524         enum fio_ddir ddir;
525
526         /*
527          * see if it's time to fsync
528          */
529         if (td->o.fsync_blocks &&
530            !(td->io_issues[DDIR_WRITE] % td->o.fsync_blocks) &&
531              td->io_issues[DDIR_WRITE] && should_fsync(td))
532                 return DDIR_SYNC;
533
534         /*
535          * see if it's time to fdatasync
536          */
537         if (td->o.fdatasync_blocks &&
538            !(td->io_issues[DDIR_WRITE] % td->o.fdatasync_blocks) &&
539              td->io_issues[DDIR_WRITE] && should_fsync(td))
540                 return DDIR_DATASYNC;
541
542         /*
543          * see if it's time to sync_file_range
544          */
545         if (td->sync_file_range_nr &&
546            !(td->io_issues[DDIR_WRITE] % td->sync_file_range_nr) &&
547              td->io_issues[DDIR_WRITE] && should_fsync(td))
548                 return DDIR_SYNC_FILE_RANGE;
549
550         if (td_rw(td)) {
551                 /*
552                  * Check if it's time to seed a new data direction.
553                  */
554                 if (td->io_issues[td->rwmix_ddir] >= td->rwmix_issues) {
555                         /*
556                          * Put a top limit on how many bytes we do for
557                          * one data direction, to avoid overflowing the
558                          * ranges too much
559                          */
560                         ddir = get_rand_ddir(td);
561
562                         if (ddir != td->rwmix_ddir)
563                                 set_rwmix_bytes(td);
564
565                         td->rwmix_ddir = ddir;
566                 }
567                 ddir = td->rwmix_ddir;
568         } else if (td_read(td))
569                 ddir = DDIR_READ;
570         else
571                 ddir = DDIR_WRITE;
572
573         td->rwmix_ddir = rate_ddir(td, ddir);
574         return td->rwmix_ddir;
575 }
576
577 static void set_rw_ddir(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
578 {
579         io_u->ddir = get_rw_ddir(td);
580
581         if (io_u->ddir == DDIR_WRITE && (td->io_ops->flags & FIO_BARRIER) &&
582             td->o.barrier_blocks &&
583            !(td->io_issues[DDIR_WRITE] % td->o.barrier_blocks) &&
584              td->io_issues[DDIR_WRITE])
585                 io_u->flags |= IO_U_F_BARRIER;
586 }
587
588 void put_file_log(struct thread_data *td, struct fio_file *f)
589 {
590         int ret = put_file(td, f);
591
592         if (ret)
593                 td_verror(td, ret, "file close");
594 }
595
596 void put_io_u(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
597 {
598         td_io_u_lock(td);
599
600         io_u->flags |= IO_U_F_FREE;
601         io_u->flags &= ~IO_U_F_FREE_DEF;
602
603         if (io_u->file)
604                 put_file_log(td, io_u->file);
605
606         io_u->file = NULL;
607         if (io_u->flags & IO_U_F_IN_CUR_DEPTH)
608                 td->cur_depth--;
609         flist_del_init(&io_u->list);
610         flist_add(&io_u->list, &td->io_u_freelist);
611         td_io_u_unlock(td);
612         td_io_u_free_notify(td);
613 }
614
615 void clear_io_u(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
616 {
617         io_u->flags &= ~IO_U_F_FLIGHT;
618         put_io_u(td, io_u);
619 }
620
621 void requeue_io_u(struct thread_data *td, struct io_u **io_u)
622 {
623         struct io_u *__io_u = *io_u;
624
625         dprint(FD_IO, "requeue %p\n", __io_u);
626
627         td_io_u_lock(td);
628
629         __io_u->flags |= IO_U_F_FREE;
630         if ((__io_u->flags & IO_U_F_FLIGHT) && ddir_rw(__io_u->ddir))
631                 td->io_issues[__io_u->ddir]--;
632
633         __io_u->flags &= ~IO_U_F_FLIGHT;
634         if (__io_u->flags & IO_U_F_IN_CUR_DEPTH)
635                 td->cur_depth--;
636         flist_del(&__io_u->list);
637         flist_add_tail(&__io_u->list, &td->io_u_requeues);
638         td_io_u_unlock(td);
639         *io_u = NULL;
640 }
641
642 static int fill_io_u(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
643 {
644         if (td->io_ops->flags & FIO_NOIO)
645                 goto out;
646
647         set_rw_ddir(td, io_u);
648
649         /*
650          * fsync() or fdatasync() or trim etc, we are done
651          */
652         if (!ddir_rw(io_u->ddir))
653                 goto out;
654
655         /*
656          * See if it's time to switch to a new zone
657          */
658         if (td->zone_bytes >= td->o.zone_size) {
659                 td->zone_bytes = 0;
660                 io_u->file->last_pos += td->o.zone_skip;
661                 td->io_skip_bytes += td->o.zone_skip;
662         }
663
664         /*
665          * No log, let the seq/rand engine retrieve the next buflen and
666          * position.
667          */
668         if (get_next_offset(td, io_u)) {
669                 dprint(FD_IO, "io_u %p, failed getting offset\n", io_u);
670                 return 1;
671         }
672
673         io_u->buflen = get_next_buflen(td, io_u);
674         if (!io_u->buflen) {
675                 dprint(FD_IO, "io_u %p, failed getting buflen\n", io_u);
676                 return 1;
677         }
678
679         if (io_u->offset + io_u->buflen > io_u->file->real_file_size) {
680                 dprint(FD_IO, "io_u %p, offset too large\n", io_u);
681                 dprint(FD_IO, "  off=%llu/%lu > %llu\n", io_u->offset,
682                                 io_u->buflen, io_u->file->real_file_size);
683                 return 1;
684         }
685
686         /*
687          * mark entry before potentially trimming io_u
688          */
689         if (td_random(td) && file_randommap(td, io_u->file))
690                 mark_random_map(td, io_u);
691
692         /*
693          * If using a write iolog, store this entry.
694          */
695 out:
696         dprint_io_u(io_u, "fill_io_u");
697         td->zone_bytes += io_u->buflen;
698         log_io_u(td, io_u);
699         return 0;
700 }
701
702 static void __io_u_mark_map(unsigned int *map, unsigned int nr)
703 {
704         int idx = 0;
705
706         switch (nr) {
707         default:
708                 idx = 6;
709                 break;
710         case 33 ... 64:
711                 idx = 5;
712                 break;
713         case 17 ... 32:
714                 idx = 4;
715                 break;
716         case 9 ... 16:
717                 idx = 3;
718                 break;
719         case 5 ... 8:
720                 idx = 2;
721                 break;
722         case 1 ... 4:
723                 idx = 1;
724         case 0:
725                 break;
726         }
727
728         map[idx]++;
729 }
730
731 void io_u_mark_submit(struct thread_data *td, unsigned int nr)
732 {
733         __io_u_mark_map(td->ts.io_u_submit, nr);
734         td->ts.total_submit++;
735 }
736
737 void io_u_mark_complete(struct thread_data *td, unsigned int nr)
738 {
739         __io_u_mark_map(td->ts.io_u_complete, nr);
740         td->ts.total_complete++;
741 }
742
743 void io_u_mark_depth(struct thread_data *td, unsigned int nr)
744 {
745         int idx = 0;
746
747         switch (td->cur_depth) {
748         default:
749                 idx = 6;
750                 break;
751         case 32 ... 63:
752                 idx = 5;
753                 break;
754         case 16 ... 31:
755                 idx = 4;
756                 break;
757         case 8 ... 15:
758                 idx = 3;
759                 break;
760         case 4 ... 7:
761                 idx = 2;
762                 break;
763         case 2 ... 3:
764                 idx = 1;
765         case 1:
766                 break;
767         }
768
769         td->ts.io_u_map[idx] += nr;
770 }
771
772 static void io_u_mark_lat_usec(struct thread_data *td, unsigned long usec)
773 {
774         int idx = 0;
775
776         assert(usec < 1000);
777
778         switch (usec) {
779         case 750 ... 999:
780                 idx = 9;
781                 break;
782         case 500 ... 749:
783                 idx = 8;
784                 break;
785         case 250 ... 499:
786                 idx = 7;
787                 break;
788         case 100 ... 249:
789                 idx = 6;
790                 break;
791         case 50 ... 99:
792                 idx = 5;
793                 break;
794         case 20 ... 49:
795                 idx = 4;
796                 break;
797         case 10 ... 19:
798                 idx = 3;
799                 break;
800         case 4 ... 9:
801                 idx = 2;
802                 break;
803         case 2 ... 3:
804                 idx = 1;
805         case 0 ... 1:
806                 break;
807         }
808
809         assert(idx < FIO_IO_U_LAT_U_NR);
810         td->ts.io_u_lat_u[idx]++;
811 }
812
813 static void io_u_mark_lat_msec(struct thread_data *td, unsigned long msec)
814 {
815         int idx = 0;
816
817         switch (msec) {
818         default:
819                 idx = 11;
820                 break;
821         case 1000 ... 1999:
822                 idx = 10;
823                 break;
824         case 750 ... 999:
825                 idx = 9;
826                 break;
827         case 500 ... 749:
828                 idx = 8;
829                 break;
830         case 250 ... 499:
831                 idx = 7;
832                 break;
833         case 100 ... 249:
834                 idx = 6;
835                 break;
836         case 50 ... 99:
837                 idx = 5;
838                 break;
839         case 20 ... 49:
840                 idx = 4;
841                 break;
842         case 10 ... 19:
843                 idx = 3;
844                 break;
845         case 4 ... 9:
846                 idx = 2;
847                 break;
848         case 2 ... 3:
849                 idx = 1;
850         case 0 ... 1:
851                 break;
852         }
853
854         assert(idx < FIO_IO_U_LAT_M_NR);
855         td->ts.io_u_lat_m[idx]++;
856 }
857
858 static void io_u_mark_latency(struct thread_data *td, unsigned long usec)
859 {
860         if (usec < 1000)
861                 io_u_mark_lat_usec(td, usec);
862         else
863                 io_u_mark_lat_msec(td, usec / 1000);
864 }
865
866 /*
867  * Get next file to service by choosing one at random
868  */
869 static struct fio_file *get_next_file_rand(struct thread_data *td,
870                                            enum fio_file_flags goodf,
871                                            enum fio_file_flags badf)
872 {
873         struct fio_file *f;
874         int fno;
875
876         do {
877                 int opened = 0;
878                 unsigned long r;
879
880                 if (td->o.use_os_rand) {
881                         r = os_random_long(&td->next_file_state);
882                         fno = (unsigned int) ((double) td->o.nr_files
883                                 * (r / (OS_RAND_MAX + 1.0)));
884                 } else {
885                         r = __rand(&td->__next_file_state);
886                         fno = (unsigned int) ((double) td->o.nr_files
887                                 * (r / (FRAND_MAX + 1.0)));
888                 }
889
890                 f = td->files[fno];
891                 if (fio_file_done(f))
892                         continue;
893
894                 if (!fio_file_open(f)) {
895                         int err;
896
897                         err = td_io_open_file(td, f);
898                         if (err)
899                                 continue;
900                         opened = 1;
901                 }
902
903                 if ((!goodf || (f->flags & goodf)) && !(f->flags & badf)) {
904                         dprint(FD_FILE, "get_next_file_rand: %p\n", f);
905                         return f;
906                 }
907                 if (opened)
908                         td_io_close_file(td, f);
909         } while (1);
910 }
911
912 /*
913  * Get next file to service by doing round robin between all available ones
914  */
915 static struct fio_file *get_next_file_rr(struct thread_data *td, int goodf,
916                                          int badf)
917 {
918         unsigned int old_next_file = td->next_file;
919         struct fio_file *f;
920
921         do {
922                 int opened = 0;
923
924                 f = td->files[td->next_file];
925
926                 td->next_file++;
927                 if (td->next_file >= td->o.nr_files)
928                         td->next_file = 0;
929
930                 dprint(FD_FILE, "trying file %s %x\n", f->file_name, f->flags);
931                 if (fio_file_done(f)) {
932                         f = NULL;
933                         continue;
934                 }
935
936                 if (!fio_file_open(f)) {
937                         int err;
938
939                         err = td_io_open_file(td, f);
940                         if (err) {
941                                 dprint(FD_FILE, "error %d on open of %s\n",
942                                         err, f->file_name);
943                                 f = NULL;
944                                 continue;
945                         }
946                         opened = 1;
947                 }
948
949                 dprint(FD_FILE, "goodf=%x, badf=%x, ff=%x\n", goodf, badf,
950                                                                 f->flags);
951                 if ((!goodf || (f->flags & goodf)) && !(f->flags & badf))
952                         break;
953
954                 if (opened)
955                         td_io_close_file(td, f);
956
957                 f = NULL;
958         } while (td->next_file != old_next_file);
959
960         dprint(FD_FILE, "get_next_file_rr: %p\n", f);
961         return f;
962 }
963
964 static struct fio_file *__get_next_file(struct thread_data *td)
965 {
966         struct fio_file *f;
967
968         assert(td->o.nr_files <= td->files_index);
969
970         if (td->nr_done_files >= td->o.nr_files) {
971                 dprint(FD_FILE, "get_next_file: nr_open=%d, nr_done=%d,"
972                                 " nr_files=%d\n", td->nr_open_files,
973                                                   td->nr_done_files,
974                                                   td->o.nr_files);
975                 return NULL;
976         }
977
978         f = td->file_service_file;
979         if (f && fio_file_open(f) && !fio_file_closing(f)) {
980                 if (td->o.file_service_type == FIO_FSERVICE_SEQ)
981                         goto out;
982                 if (td->file_service_left--)
983                         goto out;
984         }
985
986         if (td->o.file_service_type == FIO_FSERVICE_RR ||
987             td->o.file_service_type == FIO_FSERVICE_SEQ)
988                 f = get_next_file_rr(td, FIO_FILE_open, FIO_FILE_closing);
989         else
990                 f = get_next_file_rand(td, FIO_FILE_open, FIO_FILE_closing);
991
992         td->file_service_file = f;
993         td->file_service_left = td->file_service_nr - 1;
994 out:
995         dprint(FD_FILE, "get_next_file: %p [%s]\n", f, f->file_name);
996         return f;
997 }
998
999 static struct fio_file *get_next_file(struct thread_data *td)
1000 {
1001         struct prof_io_ops *ops = &td->prof_io_ops;
1002
1003         if (ops->get_next_file)
1004                 return ops->get_next_file(td);
1005
1006         return __get_next_file(td);
1007 }
1008
1009 static int set_io_u_file(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
1010 {
1011         struct fio_file *f;
1012
1013         do {
1014                 f = get_next_file(td);
1015                 if (!f)
1016                         return 1;
1017
1018                 io_u->file = f;
1019                 get_file(f);
1020
1021                 if (!fill_io_u(td, io_u))
1022                         break;
1023
1024                 put_file_log(td, f);
1025                 td_io_close_file(td, f);
1026                 io_u->file = NULL;
1027                 fio_file_set_done(f);
1028                 td->nr_done_files++;
1029                 dprint(FD_FILE, "%s: is done (%d of %d)\n", f->file_name,
1030                                         td->nr_done_files, td->o.nr_files);
1031         } while (1);
1032
1033         return 0;
1034 }
1035
1036
1037 struct io_u *__get_io_u(struct thread_data *td)
1038 {
1039         struct io_u *io_u = NULL;
1040
1041         td_io_u_lock(td);
1042
1043 again:
1044         if (!flist_empty(&td->io_u_requeues))
1045                 io_u = flist_entry(td->io_u_requeues.next, struct io_u, list);
1046         else if (!queue_full(td)) {
1047                 io_u = flist_entry(td->io_u_freelist.next, struct io_u, list);
1048
1049                 io_u->buflen = 0;
1050                 io_u->resid = 0;
1051                 io_u->file = NULL;
1052                 io_u->end_io = NULL;
1053         }
1054
1055         if (io_u) {
1056                 assert(io_u->flags & IO_U_F_FREE);
1057                 io_u->flags &= ~(IO_U_F_FREE | IO_U_F_FREE_DEF);
1058                 io_u->flags &= ~(IO_U_F_TRIMMED | IO_U_F_BARRIER);
1059
1060                 io_u->error = 0;
1061                 flist_del(&io_u->list);
1062                 flist_add(&io_u->list, &td->io_u_busylist);
1063                 td->cur_depth++;
1064                 io_u->flags |= IO_U_F_IN_CUR_DEPTH;
1065         } else if (td->o.verify_async) {
1066                 /*
1067                  * We ran out, wait for async verify threads to finish and
1068                  * return one
1069                  */
1070                 pthread_cond_wait(&td->free_cond, &td->io_u_lock);
1071                 goto again;
1072         }
1073
1074         td_io_u_unlock(td);
1075         return io_u;
1076 }
1077
1078 static int check_get_trim(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
1079 {
1080         if (td->o.trim_backlog && td->trim_entries) {
1081                 int get_trim = 0;
1082
1083                 if (td->trim_batch) {
1084                         td->trim_batch--;
1085                         get_trim = 1;
1086                 } else if (!(td->io_hist_len % td->o.trim_backlog) &&
1087                          td->last_ddir != DDIR_READ) {
1088                         td->trim_batch = td->o.trim_batch;
1089                         if (!td->trim_batch)
1090                                 td->trim_batch = td->o.trim_backlog;
1091                         get_trim = 1;
1092                 }
1093
1094                 if (get_trim && !get_next_trim(td, io_u))
1095                         return 1;
1096         }
1097
1098         return 0;
1099 }
1100
1101 static int check_get_verify(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
1102 {
1103         if (td->o.verify_backlog && td->io_hist_len) {
1104                 int get_verify = 0;
1105
1106                 if (td->verify_batch) {
1107                         td->verify_batch--;
1108                         get_verify = 1;
1109                 } else if (!(td->io_hist_len % td->o.verify_backlog) &&
1110                          td->last_ddir != DDIR_READ) {
1111                         td->verify_batch = td->o.verify_batch;
1112                         if (!td->verify_batch)
1113                                 td->verify_batch = td->o.verify_backlog;
1114                         get_verify = 1;
1115                 }
1116
1117                 if (get_verify && !get_next_verify(td, io_u))
1118                         return 1;
1119         }
1120
1121         return 0;
1122 }
1123
1124 /*
1125  * Fill offset and start time into the buffer content, to prevent too
1126  * easy compressible data for simple de-dupe attempts. Do this for every
1127  * 512b block in the range, since that should be the smallest block size
1128  * we can expect from a device.
1129  */
1130 static void small_content_scramble(struct io_u *io_u)
1131 {
1132         unsigned int i, nr_blocks = io_u->buflen / 512;
1133         unsigned long long boffset;
1134         unsigned int offset;
1135         void *p, *end;
1136
1137         if (!nr_blocks)
1138                 return;
1139
1140         p = io_u->xfer_buf;
1141         boffset = io_u->offset;
1142
1143         for (i = 0; i < nr_blocks; i++) {
1144                 /*
1145                  * Fill the byte offset into a "random" start offset of
1146                  * the buffer, given by the product of the usec time
1147                  * and the actual offset.
1148                  */
1149                 offset = (io_u->start_time.tv_usec ^ boffset) & 511;
1150                 offset &= ~(sizeof(unsigned long long) - 1);
1151                 if (offset >= 512 - sizeof(unsigned long long))
1152                         offset -= sizeof(unsigned long long);
1153                 memcpy(p + offset, &boffset, sizeof(boffset));
1154
1155                 end = p + 512 - sizeof(io_u->start_time);
1156                 memcpy(end, &io_u->start_time, sizeof(io_u->start_time));
1157                 p += 512;
1158                 boffset += 512;
1159         }
1160 }
1161
1162 /*
1163  * Return an io_u to be processed. Gets a buflen and offset, sets direction,
1164  * etc. The returned io_u is fully ready to be prepped and submitted.
1165  */
1166 struct io_u *get_io_u(struct thread_data *td)
1167 {
1168         struct fio_file *f;
1169         struct io_u *io_u;
1170         int do_scramble = 0;
1171
1172         io_u = __get_io_u(td);
1173         if (!io_u) {
1174                 dprint(FD_IO, "__get_io_u failed\n");
1175                 return NULL;
1176         }
1177
1178         if (check_get_verify(td, io_u))
1179                 goto out;
1180         if (check_get_trim(td, io_u))
1181                 goto out;
1182
1183         /*
1184          * from a requeue, io_u already setup
1185          */
1186         if (io_u->file)
1187                 goto out;
1188
1189         /*
1190          * If using an iolog, grab next piece if any available.
1191          */
1192         if (td->o.read_iolog_file) {
1193                 if (read_iolog_get(td, io_u))
1194                         goto err_put;
1195         } else if (set_io_u_file(td, io_u)) {
1196                 dprint(FD_IO, "io_u %p, setting file failed\n", io_u);
1197                 goto err_put;
1198         }
1199
1200         f = io_u->file;
1201         assert(fio_file_open(f));
1202
1203         if (ddir_rw(io_u->ddir)) {
1204                 if (!io_u->buflen && !(td->io_ops->flags & FIO_NOIO)) {
1205                         dprint(FD_IO, "get_io_u: zero buflen on %p\n", io_u);
1206                         goto err_put;
1207                 }
1208
1209                 f->last_start = io_u->offset;
1210                 f->last_pos = io_u->offset + io_u->buflen;
1211
1212                 if (io_u->ddir == DDIR_WRITE) {
1213                         if (td->o.verify != VERIFY_NONE)
1214                                 populate_verify_io_u(td, io_u);
1215                         else if (td->o.refill_buffers)
1216                                 io_u_fill_buffer(td, io_u, io_u->xfer_buflen);
1217                         else if (td->o.scramble_buffers)
1218                                 do_scramble = 1;
1219                 } else if (io_u->ddir == DDIR_READ) {
1220                         /*
1221                          * Reset the buf_filled parameters so next time if the
1222                          * buffer is used for writes it is refilled.
1223                          */
1224                         io_u->buf_filled_len = 0;
1225                 }
1226         }
1227
1228         /*
1229          * Set io data pointers.
1230          */
1231         io_u->xfer_buf = io_u->buf;
1232         io_u->xfer_buflen = io_u->buflen;
1233
1234 out:
1235         assert(io_u->file);
1236         if (!td_io_prep(td, io_u)) {
1237                 if (!td->o.disable_slat)
1238                         fio_gettime(&io_u->start_time, NULL);
1239                 if (do_scramble)
1240                         small_content_scramble(io_u);
1241                 return io_u;
1242         }
1243 err_put:
1244         dprint(FD_IO, "get_io_u failed\n");
1245         put_io_u(td, io_u);
1246         return NULL;
1247 }
1248
1249 void io_u_log_error(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
1250 {
1251         const char *msg[] = { "read", "write", "sync", "datasync",
1252                                 "sync_file_range", "wait", "trim" };
1253
1254
1255
1256         log_err("fio: io_u error");
1257
1258         if (io_u->file)
1259                 log_err(" on file %s", io_u->file->file_name);
1260
1261         log_err(": %s\n", strerror(io_u->error));
1262
1263         log_err("     %s offset=%llu, buflen=%lu\n", msg[io_u->ddir],
1264                                         io_u->offset, io_u->xfer_buflen);
1265
1266         if (!td->error)
1267                 td_verror(td, io_u->error, "io_u error");
1268 }
1269
1270 static void account_io_completion(struct thread_data *td, struct io_u *io_u,
1271                                   struct io_completion_data *icd,
1272                                   const enum fio_ddir idx, unsigned int bytes)
1273 {
1274         unsigned long uninitialized_var(lusec);
1275
1276         if (!icd->account)
1277                 return;
1278
1279         if (!td->o.disable_clat || !td->o.disable_bw)
1280                 lusec = utime_since(&io_u->issue_time, &icd->time);
1281
1282         if (!td->o.disable_lat) {
1283                 unsigned long tusec;
1284
1285                 tusec = utime_since(&io_u->start_time, &icd->time);
1286                 add_lat_sample(td, idx, tusec, bytes);
1287         }
1288
1289         if (!td->o.disable_clat) {
1290                 add_clat_sample(td, idx, lusec, bytes);
1291                 io_u_mark_latency(td, lusec);
1292         }
1293
1294         if (!td->o.disable_bw)
1295                 add_bw_sample(td, idx, bytes, &icd->time);
1296
1297         add_iops_sample(td, idx, &icd->time);
1298 }
1299
1300 static void io_completed(struct thread_data *td, struct io_u *io_u,
1301                          struct io_completion_data *icd)
1302 {
1303         /*
1304          * Older gcc's are too dumb to realize that usec is always used
1305          * initialized, silence that warning.
1306          */
1307         unsigned long uninitialized_var(usec);
1308         struct fio_file *f;
1309
1310         dprint_io_u(io_u, "io complete");
1311
1312         td_io_u_lock(td);
1313         assert(io_u->flags & IO_U_F_FLIGHT);
1314         io_u->flags &= ~(IO_U_F_FLIGHT | IO_U_F_BUSY_OK);
1315         td_io_u_unlock(td);
1316
1317         if (ddir_sync(io_u->ddir)) {
1318                 td->last_was_sync = 1;
1319                 f = io_u->file;
1320                 if (f) {
1321                         f->first_write = -1ULL;
1322                         f->last_write = -1ULL;
1323                 }
1324                 return;
1325         }
1326
1327         td->last_was_sync = 0;
1328         td->last_ddir = io_u->ddir;
1329
1330         if (!io_u->error && ddir_rw(io_u->ddir)) {
1331                 unsigned int bytes = io_u->buflen - io_u->resid;
1332                 const enum fio_ddir idx = io_u->ddir;
1333                 const enum fio_ddir odx = io_u->ddir ^ 1;
1334                 int ret;
1335
1336                 td->io_blocks[idx]++;
1337                 td->this_io_blocks[idx]++;
1338                 td->io_bytes[idx] += bytes;
1339                 td->this_io_bytes[idx] += bytes;
1340
1341                 if (idx == DDIR_WRITE) {
1342                         f = io_u->file;
1343                         if (f) {
1344                                 if (f->first_write == -1ULL ||
1345                                     io_u->offset < f->first_write)
1346                                         f->first_write = io_u->offset;
1347                                 if (f->last_write == -1ULL ||
1348                                     ((io_u->offset + bytes) > f->last_write))
1349                                         f->last_write = io_u->offset + bytes;
1350                         }
1351                 }
1352
1353                 if (ramp_time_over(td) && td->runstate == TD_RUNNING) {
1354                         account_io_completion(td, io_u, icd, idx, bytes);
1355
1356                         if (__should_check_rate(td, idx)) {
1357                                 td->rate_pending_usleep[idx] =
1358                                         ((td->this_io_bytes[idx] *
1359                                           td->rate_nsec_cycle[idx]) / 1000 -
1360                                          utime_since_now(&td->start));
1361                         }
1362                         if (__should_check_rate(td, idx ^ 1))
1363                                 td->rate_pending_usleep[odx] =
1364                                         ((td->this_io_bytes[odx] *
1365                                           td->rate_nsec_cycle[odx]) / 1000 -
1366                                          utime_since_now(&td->start));
1367                 }
1368
1369                 if (td_write(td) && idx == DDIR_WRITE &&
1370                     td->o.do_verify &&
1371                     td->o.verify != VERIFY_NONE)
1372                         log_io_piece(td, io_u);
1373
1374                 icd->bytes_done[idx] += bytes;
1375
1376                 if (io_u->end_io) {
1377                         ret = io_u->end_io(td, io_u);
1378                         if (ret && !icd->error)
1379                                 icd->error = ret;
1380                 }
1381         } else if (io_u->error) {
1382                 icd->error = io_u->error;
1383                 io_u_log_error(td, io_u);
1384         }
1385         if (td->o.continue_on_error && icd->error &&
1386             td_non_fatal_error(icd->error)) {
1387                 /*
1388                  * If there is a non_fatal error, then add to the error count
1389                  * and clear all the errors.
1390                  */
1391                 update_error_count(td, icd->error);
1392                 td_clear_error(td);
1393                 icd->error = 0;
1394                 io_u->error = 0;
1395         }
1396 }
1397
1398 static void init_icd(struct thread_data *td, struct io_completion_data *icd,
1399                      int nr)
1400 {
1401         if (!td->o.disable_clat || !td->o.disable_bw)
1402                 fio_gettime(&icd->time, NULL);
1403
1404         icd->nr = nr;
1405         icd->account = 1;
1406
1407         icd->error = 0;
1408         icd->bytes_done[0] = icd->bytes_done[1] = 0;
1409 }
1410
1411 static void ios_completed(struct thread_data *td,
1412                           struct io_completion_data *icd)
1413 {
1414         struct io_u *io_u;
1415         int i;
1416
1417         for (i = 0; i < icd->nr; i++) {
1418                 io_u = td->io_ops->event(td, i);
1419
1420                 io_completed(td, io_u, icd);
1421
1422                 if (!(io_u->flags & IO_U_F_FREE_DEF))
1423                         put_io_u(td, io_u);
1424
1425                 icd->account = 0;
1426         }
1427 }
1428
1429 /*
1430  * Complete a single io_u for the sync engines.
1431  */
1432 int io_u_sync_complete(struct thread_data *td, struct io_u *io_u,
1433                        unsigned long *bytes)
1434 {
1435         struct io_completion_data icd;
1436
1437         init_icd(td, &icd, 1);
1438         io_completed(td, io_u, &icd);
1439
1440         if (!(io_u->flags & IO_U_F_FREE_DEF))
1441                 put_io_u(td, io_u);
1442
1443         if (icd.error) {
1444                 td_verror(td, icd.error, "io_u_sync_complete");
1445                 return -1;
1446         }
1447
1448         if (bytes) {
1449                 bytes[0] += icd.bytes_done[0];
1450                 bytes[1] += icd.bytes_done[1];
1451         }
1452
1453         return 0;
1454 }
1455
1456 /*
1457  * Called to complete min_events number of io for the async engines.
1458  */
1459 int io_u_queued_complete(struct thread_data *td, int min_evts,
1460                          unsigned long *bytes)
1461 {
1462         struct io_completion_data icd;
1463         struct timespec *tvp = NULL;
1464         int ret;
1465         struct timespec ts = { .tv_sec = 0, .tv_nsec = 0, };
1466
1467         dprint(FD_IO, "io_u_queued_completed: min=%d\n", min_evts);
1468
1469         if (!min_evts)
1470                 tvp = &ts;
1471
1472         ret = td_io_getevents(td, min_evts, td->o.iodepth_batch_complete, tvp);
1473         if (ret < 0) {
1474                 td_verror(td, -ret, "td_io_getevents");
1475                 return ret;
1476         } else if (!ret)
1477                 return ret;
1478
1479         init_icd(td, &icd, ret);
1480         ios_completed(td, &icd);
1481         if (icd.error) {
1482                 td_verror(td, icd.error, "io_u_queued_complete");
1483                 return -1;
1484         }
1485
1486         if (bytes) {
1487                 bytes[0] += icd.bytes_done[0];
1488                 bytes[1] += icd.bytes_done[1];
1489         }
1490
1491         return 0;
1492 }
1493
1494 /*
1495  * Call when io_u is really queued, to update the submission latency.
1496  */
1497 void io_u_queued(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
1498 {
1499         if (!td->o.disable_slat) {
1500                 unsigned long slat_time;
1501
1502                 slat_time = utime_since(&io_u->start_time, &io_u->issue_time);
1503                 add_slat_sample(td, io_u->ddir, slat_time, io_u->xfer_buflen);
1504         }
1505 }
1506
1507 /*
1508  * "randomly" fill the buffer contents
1509  */
1510 void io_u_fill_buffer(struct thread_data *td, struct io_u *io_u,
1511                       unsigned int max_bs)
1512 {
1513         io_u->buf_filled_len = 0;
1514
1515         if (!td->o.zero_buffers)
1516                 fill_random_buf(&td->buf_state, io_u->buf, max_bs);
1517         else
1518                 memset(io_u->buf, 0, max_bs);
1519 }