io_u: fix negative offset due to wrap
[fio.git] / io_u.c
1 #include <unistd.h>
2 #include <string.h>
3 #include <assert.h>
4
5 #include "fio.h"
6 #include "verify.h"
7 #include "trim.h"
8 #include "lib/rand.h"
9 #include "lib/axmap.h"
10 #include "err.h"
11 #include "lib/pow2.h"
12 #include "minmax.h"
13
14 struct io_completion_data {
15         int nr;                         /* input */
16
17         int error;                      /* output */
18         uint64_t bytes_done[DDIR_RWDIR_CNT];    /* output */
19         struct timespec time;           /* output */
20 };
21
22 /*
23  * The ->io_axmap contains a map of blocks we have or have not done io
24  * to yet. Used to make sure we cover the entire range in a fair fashion.
25  */
26 static bool random_map_free(struct fio_file *f, const uint64_t block)
27 {
28         return !axmap_isset(f->io_axmap, block);
29 }
30
31 /*
32  * Mark a given offset as used in the map.
33  */
34 static void mark_random_map(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
35 {
36         unsigned int min_bs = td->o.min_bs[io_u->ddir];
37         struct fio_file *f = io_u->file;
38         unsigned int nr_blocks;
39         uint64_t block;
40
41         block = (io_u->offset - f->file_offset) / (uint64_t) min_bs;
42         nr_blocks = (io_u->buflen + min_bs - 1) / min_bs;
43
44         if (!(io_u->flags & IO_U_F_BUSY_OK))
45                 nr_blocks = axmap_set_nr(f->io_axmap, block, nr_blocks);
46
47         if ((nr_blocks * min_bs) < io_u->buflen)
48                 io_u->buflen = nr_blocks * min_bs;
49 }
50
51 static uint64_t last_block(struct thread_data *td, struct fio_file *f,
52                            enum fio_ddir ddir)
53 {
54         uint64_t max_blocks;
55         uint64_t max_size;
56
57         assert(ddir_rw(ddir));
58
59         /*
60          * Hmm, should we make sure that ->io_size <= ->real_file_size?
61          * -> not for now since there is code assuming it could go either.
62          */
63         max_size = f->io_size;
64         if (max_size > f->real_file_size)
65                 max_size = f->real_file_size;
66
67         if (td->o.zone_range)
68                 max_size = td->o.zone_range;
69
70         if (td->o.min_bs[ddir] > td->o.ba[ddir])
71                 max_size -= td->o.min_bs[ddir] - td->o.ba[ddir];
72
73         max_blocks = max_size / (uint64_t) td->o.ba[ddir];
74         if (!max_blocks)
75                 return 0;
76
77         return max_blocks;
78 }
79
80 static int __get_next_rand_offset(struct thread_data *td, struct fio_file *f,
81                                   enum fio_ddir ddir, uint64_t *b,
82                                   uint64_t lastb)
83 {
84         uint64_t r;
85
86         if (td->o.random_generator == FIO_RAND_GEN_TAUSWORTHE ||
87             td->o.random_generator == FIO_RAND_GEN_TAUSWORTHE64) {
88
89                 r = __rand(&td->random_state);
90
91                 dprint(FD_RANDOM, "off rand %llu\n", (unsigned long long) r);
92
93                 *b = lastb * (r / (rand_max(&td->random_state) + 1.0));
94         } else {
95                 uint64_t off = 0;
96
97                 assert(fio_file_lfsr(f));
98
99                 if (lfsr_next(&f->lfsr, &off))
100                         return 1;
101
102                 *b = off;
103         }
104
105         /*
106          * if we are not maintaining a random map, we are done.
107          */
108         if (!file_randommap(td, f))
109                 goto ret;
110
111         /*
112          * calculate map offset and check if it's free
113          */
114         if (random_map_free(f, *b))
115                 goto ret;
116
117         dprint(FD_RANDOM, "get_next_rand_offset: offset %llu busy\n",
118                                                 (unsigned long long) *b);
119
120         *b = axmap_next_free(f->io_axmap, *b);
121         if (*b == (uint64_t) -1ULL)
122                 return 1;
123 ret:
124         return 0;
125 }
126
127 static int __get_next_rand_offset_zipf(struct thread_data *td,
128                                        struct fio_file *f, enum fio_ddir ddir,
129                                        uint64_t *b)
130 {
131         *b = zipf_next(&f->zipf);
132         return 0;
133 }
134
135 static int __get_next_rand_offset_pareto(struct thread_data *td,
136                                          struct fio_file *f, enum fio_ddir ddir,
137                                          uint64_t *b)
138 {
139         *b = pareto_next(&f->zipf);
140         return 0;
141 }
142
143 static int __get_next_rand_offset_gauss(struct thread_data *td,
144                                         struct fio_file *f, enum fio_ddir ddir,
145                                         uint64_t *b)
146 {
147         *b = gauss_next(&f->gauss);
148         return 0;
149 }
150
151 static int __get_next_rand_offset_zoned_abs(struct thread_data *td,
152                                             struct fio_file *f,
153                                             enum fio_ddir ddir, uint64_t *b)
154 {
155         struct zone_split_index *zsi;
156         uint64_t lastb, send, stotal;
157         unsigned int v;
158
159         lastb = last_block(td, f, ddir);
160         if (!lastb)
161                 return 1;
162
163         if (!td->o.zone_split_nr[ddir]) {
164 bail:
165                 return __get_next_rand_offset(td, f, ddir, b, lastb);
166         }
167
168         /*
169          * Generate a value, v, between 1 and 100, both inclusive
170          */
171         v = rand_between(&td->zone_state, 1, 100);
172
173         /*
174          * Find our generated table. 'send' is the end block of this zone,
175          * 'stotal' is our start offset.
176          */
177         zsi = &td->zone_state_index[ddir][v - 1];
178         stotal = zsi->size_prev / td->o.ba[ddir];
179         send = zsi->size / td->o.ba[ddir];
180
181         /*
182          * Should never happen
183          */
184         if (send == -1U) {
185                 if (!fio_did_warn(FIO_WARN_ZONED_BUG))
186                         log_err("fio: bug in zoned generation\n");
187                 goto bail;
188         } else if (send > lastb) {
189                 /*
190                  * This happens if the user specifies ranges that exceed
191                  * the file/device size. We can't handle that gracefully,
192                  * so error and exit.
193                  */
194                 log_err("fio: zoned_abs sizes exceed file size\n");
195                 return 1;
196         }
197
198         /*
199          * Generate index from 0..send-stotal
200          */
201         if (__get_next_rand_offset(td, f, ddir, b, send - stotal) == 1)
202                 return 1;
203
204         *b += stotal;
205         return 0;
206 }
207
208 static int __get_next_rand_offset_zoned(struct thread_data *td,
209                                         struct fio_file *f, enum fio_ddir ddir,
210                                         uint64_t *b)
211 {
212         unsigned int v, send, stotal;
213         uint64_t offset, lastb;
214         struct zone_split_index *zsi;
215
216         lastb = last_block(td, f, ddir);
217         if (!lastb)
218                 return 1;
219
220         if (!td->o.zone_split_nr[ddir]) {
221 bail:
222                 return __get_next_rand_offset(td, f, ddir, b, lastb);
223         }
224
225         /*
226          * Generate a value, v, between 1 and 100, both inclusive
227          */
228         v = rand_between(&td->zone_state, 1, 100);
229
230         zsi = &td->zone_state_index[ddir][v - 1];
231         stotal = zsi->size_perc_prev;
232         send = zsi->size_perc;
233
234         /*
235          * Should never happen
236          */
237         if (send == -1U) {
238                 if (!fio_did_warn(FIO_WARN_ZONED_BUG))
239                         log_err("fio: bug in zoned generation\n");
240                 goto bail;
241         }
242
243         /*
244          * 'send' is some percentage below or equal to 100 that
245          * marks the end of the current IO range. 'stotal' marks
246          * the start, in percent.
247          */
248         if (stotal)
249                 offset = stotal * lastb / 100ULL;
250         else
251                 offset = 0;
252
253         lastb = lastb * (send - stotal) / 100ULL;
254
255         /*
256          * Generate index from 0..send-of-lastb
257          */
258         if (__get_next_rand_offset(td, f, ddir, b, lastb) == 1)
259                 return 1;
260
261         /*
262          * Add our start offset, if any
263          */
264         if (offset)
265                 *b += offset;
266
267         return 0;
268 }
269
270 static int get_next_rand_offset(struct thread_data *td, struct fio_file *f,
271                                 enum fio_ddir ddir, uint64_t *b)
272 {
273         if (td->o.random_distribution == FIO_RAND_DIST_RANDOM) {
274                 uint64_t lastb;
275
276                 lastb = last_block(td, f, ddir);
277                 if (!lastb)
278                         return 1;
279
280                 return __get_next_rand_offset(td, f, ddir, b, lastb);
281         } else if (td->o.random_distribution == FIO_RAND_DIST_ZIPF)
282                 return __get_next_rand_offset_zipf(td, f, ddir, b);
283         else if (td->o.random_distribution == FIO_RAND_DIST_PARETO)
284                 return __get_next_rand_offset_pareto(td, f, ddir, b);
285         else if (td->o.random_distribution == FIO_RAND_DIST_GAUSS)
286                 return __get_next_rand_offset_gauss(td, f, ddir, b);
287         else if (td->o.random_distribution == FIO_RAND_DIST_ZONED)
288                 return __get_next_rand_offset_zoned(td, f, ddir, b);
289         else if (td->o.random_distribution == FIO_RAND_DIST_ZONED_ABS)
290                 return __get_next_rand_offset_zoned_abs(td, f, ddir, b);
291
292         log_err("fio: unknown random distribution: %d\n", td->o.random_distribution);
293         return 1;
294 }
295
296 static bool should_do_random(struct thread_data *td, enum fio_ddir ddir)
297 {
298         unsigned int v;
299
300         if (td->o.perc_rand[ddir] == 100)
301                 return true;
302
303         v = rand_between(&td->seq_rand_state[ddir], 1, 100);
304
305         return v <= td->o.perc_rand[ddir];
306 }
307
308 static void loop_cache_invalidate(struct thread_data *td, struct fio_file *f)
309 {
310         struct thread_options *o = &td->o;
311
312         if (o->invalidate_cache && !o->odirect) {
313                 int fio_unused ret;
314
315                 ret = file_invalidate_cache(td, f);
316         }
317 }
318
319 static int get_next_rand_block(struct thread_data *td, struct fio_file *f,
320                                enum fio_ddir ddir, uint64_t *b)
321 {
322         if (!get_next_rand_offset(td, f, ddir, b))
323                 return 0;
324
325         if (td->o.time_based ||
326             (td->o.file_service_type & __FIO_FSERVICE_NONUNIFORM)) {
327                 fio_file_reset(td, f);
328                 loop_cache_invalidate(td, f);
329                 if (!get_next_rand_offset(td, f, ddir, b))
330                         return 0;
331         }
332
333         dprint(FD_IO, "%s: rand offset failed, last=%llu, size=%llu\n",
334                         f->file_name, (unsigned long long) f->last_pos[ddir],
335                         (unsigned long long) f->real_file_size);
336         return 1;
337 }
338
339 static int get_next_seq_offset(struct thread_data *td, struct fio_file *f,
340                                enum fio_ddir ddir, uint64_t *offset)
341 {
342         struct thread_options *o = &td->o;
343
344         assert(ddir_rw(ddir));
345
346         /*
347          * If we reach the end for a time based run, reset us back to 0
348          * and invalidate the cache, if we need to.
349          */
350         if (f->last_pos[ddir] >= f->io_size + get_start_offset(td, f) &&
351             o->time_based) {
352                 f->last_pos[ddir] = f->file_offset;
353                 loop_cache_invalidate(td, f);
354         }
355
356         if (f->last_pos[ddir] < f->real_file_size) {
357                 uint64_t pos;
358
359                 /*
360                  * Only rewind if we already hit the end
361                  */
362                 if (f->last_pos[ddir] == f->file_offset &&
363                     f->file_offset && o->ddir_seq_add < 0) {
364                         if (f->real_file_size > f->io_size)
365                                 f->last_pos[ddir] = f->io_size;
366                         else
367                                 f->last_pos[ddir] = f->real_file_size;
368                 }
369
370                 pos = f->last_pos[ddir] - f->file_offset;
371                 if (pos && o->ddir_seq_add) {
372                         pos += o->ddir_seq_add;
373
374                         /*
375                          * If we reach beyond the end of the file
376                          * with holed IO, wrap around to the
377                          * beginning again. If we're doing backwards IO,
378                          * wrap to the end.
379                          */
380                         if (pos >= f->real_file_size) {
381                                 if (o->ddir_seq_add > 0)
382                                         pos = f->file_offset;
383                                 else {
384                                         if (f->real_file_size > f->io_size)
385                                                 pos = f->io_size;
386                                         else
387                                                 pos = f->real_file_size;
388
389                                         pos += o->ddir_seq_add;
390                                 }
391                         }
392                 }
393
394                 *offset = pos;
395                 return 0;
396         }
397
398         return 1;
399 }
400
401 static int get_next_block(struct thread_data *td, struct io_u *io_u,
402                           enum fio_ddir ddir, int rw_seq,
403                           bool *is_random)
404 {
405         struct fio_file *f = io_u->file;
406         uint64_t b, offset;
407         int ret;
408
409         assert(ddir_rw(ddir));
410
411         b = offset = -1ULL;
412
413         if (rw_seq) {
414                 if (td_random(td)) {
415                         if (should_do_random(td, ddir)) {
416                                 ret = get_next_rand_block(td, f, ddir, &b);
417                                 *is_random = true;
418                         } else {
419                                 *is_random = false;
420                                 io_u_set(td, io_u, IO_U_F_BUSY_OK);
421                                 ret = get_next_seq_offset(td, f, ddir, &offset);
422                                 if (ret)
423                                         ret = get_next_rand_block(td, f, ddir, &b);
424                         }
425                 } else {
426                         *is_random = false;
427                         ret = get_next_seq_offset(td, f, ddir, &offset);
428                 }
429         } else {
430                 io_u_set(td, io_u, IO_U_F_BUSY_OK);
431                 *is_random = false;
432
433                 if (td->o.rw_seq == RW_SEQ_SEQ) {
434                         ret = get_next_seq_offset(td, f, ddir, &offset);
435                         if (ret) {
436                                 ret = get_next_rand_block(td, f, ddir, &b);
437                                 *is_random = false;
438                         }
439                 } else if (td->o.rw_seq == RW_SEQ_IDENT) {
440                         if (f->last_start[ddir] != -1ULL)
441                                 offset = f->last_start[ddir] - f->file_offset;
442                         else
443                                 offset = 0;
444                         ret = 0;
445                 } else {
446                         log_err("fio: unknown rw_seq=%d\n", td->o.rw_seq);
447                         ret = 1;
448                 }
449         }
450
451         if (!ret) {
452                 if (offset != -1ULL)
453                         io_u->offset = offset;
454                 else if (b != -1ULL)
455                         io_u->offset = b * td->o.ba[ddir];
456                 else {
457                         log_err("fio: bug in offset generation: offset=%llu, b=%llu\n", (unsigned long long) offset, (unsigned long long) b);
458                         ret = 1;
459                 }
460         }
461
462         return ret;
463 }
464
465 /*
466  * For random io, generate a random new block and see if it's used. Repeat
467  * until we find a free one. For sequential io, just return the end of
468  * the last io issued.
469  */
470 static int get_next_offset(struct thread_data *td, struct io_u *io_u,
471                            bool *is_random)
472 {
473         struct fio_file *f = io_u->file;
474         enum fio_ddir ddir = io_u->ddir;
475         int rw_seq_hit = 0;
476
477         assert(ddir_rw(ddir));
478
479         if (td->o.ddir_seq_nr && !--td->ddir_seq_nr) {
480                 rw_seq_hit = 1;
481                 td->ddir_seq_nr = td->o.ddir_seq_nr;
482         }
483
484         if (get_next_block(td, io_u, ddir, rw_seq_hit, is_random))
485                 return 1;
486
487         if (io_u->offset >= f->io_size) {
488                 dprint(FD_IO, "get_next_offset: offset %llu >= io_size %llu\n",
489                                         (unsigned long long) io_u->offset,
490                                         (unsigned long long) f->io_size);
491                 return 1;
492         }
493
494         io_u->offset += f->file_offset;
495         if (io_u->offset >= f->real_file_size) {
496                 dprint(FD_IO, "get_next_offset: offset %llu >= size %llu\n",
497                                         (unsigned long long) io_u->offset,
498                                         (unsigned long long) f->real_file_size);
499                 return 1;
500         }
501
502         return 0;
503 }
504
505 static inline bool io_u_fits(struct thread_data *td, struct io_u *io_u,
506                              unsigned int buflen)
507 {
508         struct fio_file *f = io_u->file;
509
510         return io_u->offset + buflen <= f->io_size + get_start_offset(td, f);
511 }
512
513 static unsigned int get_next_buflen(struct thread_data *td, struct io_u *io_u,
514                                     bool is_random)
515 {
516         int ddir = io_u->ddir;
517         unsigned int buflen = 0;
518         unsigned int minbs, maxbs;
519         uint64_t frand_max, r;
520         bool power_2;
521
522         assert(ddir_rw(ddir));
523
524         if (td->o.bs_is_seq_rand)
525                 ddir = is_random ? DDIR_WRITE : DDIR_READ;
526
527         minbs = td->o.min_bs[ddir];
528         maxbs = td->o.max_bs[ddir];
529
530         if (minbs == maxbs)
531                 return minbs;
532
533         /*
534          * If we can't satisfy the min block size from here, then fail
535          */
536         if (!io_u_fits(td, io_u, minbs))
537                 return 0;
538
539         frand_max = rand_max(&td->bsrange_state[ddir]);
540         do {
541                 r = __rand(&td->bsrange_state[ddir]);
542
543                 if (!td->o.bssplit_nr[ddir]) {
544                         buflen = 1 + (unsigned int) ((double) maxbs *
545                                         (r / (frand_max + 1.0)));
546                         if (buflen < minbs)
547                                 buflen = minbs;
548                 } else {
549                         long long perc = 0;
550                         unsigned int i;
551
552                         for (i = 0; i < td->o.bssplit_nr[ddir]; i++) {
553                                 struct bssplit *bsp = &td->o.bssplit[ddir][i];
554
555                                 buflen = bsp->bs;
556                                 perc += bsp->perc;
557                                 if (!perc)
558                                         break;
559                                 if ((r / perc <= frand_max / 100ULL) &&
560                                     io_u_fits(td, io_u, buflen))
561                                         break;
562                         }
563                 }
564
565                 power_2 = is_power_of_2(minbs);
566                 if (!td->o.bs_unaligned && power_2)
567                         buflen &= ~(minbs - 1);
568                 else if (!td->o.bs_unaligned && !power_2) 
569                         buflen -= buflen % minbs; 
570         } while (!io_u_fits(td, io_u, buflen));
571
572         return buflen;
573 }
574
575 static void set_rwmix_bytes(struct thread_data *td)
576 {
577         unsigned int diff;
578
579         /*
580          * we do time or byte based switch. this is needed because
581          * buffered writes may issue a lot quicker than they complete,
582          * whereas reads do not.
583          */
584         diff = td->o.rwmix[td->rwmix_ddir ^ 1];
585         td->rwmix_issues = (td->io_issues[td->rwmix_ddir] * diff) / 100;
586 }
587
588 static inline enum fio_ddir get_rand_ddir(struct thread_data *td)
589 {
590         unsigned int v;
591
592         v = rand_between(&td->rwmix_state, 1, 100);
593
594         if (v <= td->o.rwmix[DDIR_READ])
595                 return DDIR_READ;
596
597         return DDIR_WRITE;
598 }
599
600 int io_u_quiesce(struct thread_data *td)
601 {
602         int completed = 0;
603
604         /*
605          * We are going to sleep, ensure that we flush anything pending as
606          * not to skew our latency numbers.
607          *
608          * Changed to only monitor 'in flight' requests here instead of the
609          * td->cur_depth, b/c td->cur_depth does not accurately represent
610          * io's that have been actually submitted to an async engine,
611          * and cur_depth is meaningless for sync engines.
612          */
613         if (td->io_u_queued || td->cur_depth)
614                 td_io_commit(td);
615
616         while (td->io_u_in_flight) {
617                 int ret;
618
619                 ret = io_u_queued_complete(td, 1);
620                 if (ret > 0)
621                         completed += ret;
622         }
623
624         if (td->flags & TD_F_REGROW_LOGS)
625                 regrow_logs(td);
626
627         return completed;
628 }
629
630 static enum fio_ddir rate_ddir(struct thread_data *td, enum fio_ddir ddir)
631 {
632         enum fio_ddir odir = ddir ^ 1;
633         uint64_t usec;
634         uint64_t now;
635
636         assert(ddir_rw(ddir));
637         now = utime_since_now(&td->start);
638
639         /*
640          * if rate_next_io_time is in the past, need to catch up to rate
641          */
642         if (td->rate_next_io_time[ddir] <= now)
643                 return ddir;
644
645         /*
646          * We are ahead of rate in this direction. See if we
647          * should switch.
648          */
649         if (td_rw(td) && td->o.rwmix[odir]) {
650                 /*
651                  * Other direction is behind rate, switch
652                  */
653                 if (td->rate_next_io_time[odir] <= now)
654                         return odir;
655
656                 /*
657                  * Both directions are ahead of rate. sleep the min,
658                  * switch if necessary
659                  */
660                 if (td->rate_next_io_time[ddir] <=
661                     td->rate_next_io_time[odir]) {
662                         usec = td->rate_next_io_time[ddir] - now;
663                 } else {
664                         usec = td->rate_next_io_time[odir] - now;
665                         ddir = odir;
666                 }
667         } else
668                 usec = td->rate_next_io_time[ddir] - now;
669
670         if (td->o.io_submit_mode == IO_MODE_INLINE)
671                 io_u_quiesce(td);
672
673         usec_sleep(td, usec);
674         return ddir;
675 }
676
677 /*
678  * Return the data direction for the next io_u. If the job is a
679  * mixed read/write workload, check the rwmix cycle and switch if
680  * necessary.
681  */
682 static enum fio_ddir get_rw_ddir(struct thread_data *td)
683 {
684         enum fio_ddir ddir;
685
686         /*
687          * See if it's time to fsync/fdatasync/sync_file_range first,
688          * and if not then move on to check regular I/Os.
689          */
690         if (should_fsync(td)) {
691                 if (td->o.fsync_blocks && td->io_issues[DDIR_WRITE] &&
692                     !(td->io_issues[DDIR_WRITE] % td->o.fsync_blocks))
693                         return DDIR_SYNC;
694
695                 if (td->o.fdatasync_blocks && td->io_issues[DDIR_WRITE] &&
696                     !(td->io_issues[DDIR_WRITE] % td->o.fdatasync_blocks))
697                         return DDIR_DATASYNC;
698
699                 if (td->sync_file_range_nr && td->io_issues[DDIR_WRITE] &&
700                     !(td->io_issues[DDIR_WRITE] % td->sync_file_range_nr))
701                         return DDIR_SYNC_FILE_RANGE;
702         }
703
704         if (td_rw(td)) {
705                 /*
706                  * Check if it's time to seed a new data direction.
707                  */
708                 if (td->io_issues[td->rwmix_ddir] >= td->rwmix_issues) {
709                         /*
710                          * Put a top limit on how many bytes we do for
711                          * one data direction, to avoid overflowing the
712                          * ranges too much
713                          */
714                         ddir = get_rand_ddir(td);
715
716                         if (ddir != td->rwmix_ddir)
717                                 set_rwmix_bytes(td);
718
719                         td->rwmix_ddir = ddir;
720                 }
721                 ddir = td->rwmix_ddir;
722         } else if (td_read(td))
723                 ddir = DDIR_READ;
724         else if (td_write(td))
725                 ddir = DDIR_WRITE;
726         else if (td_trim(td))
727                 ddir = DDIR_TRIM;
728         else
729                 ddir = DDIR_INVAL;
730
731         td->rwmix_ddir = rate_ddir(td, ddir);
732         return td->rwmix_ddir;
733 }
734
735 static void set_rw_ddir(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
736 {
737         enum fio_ddir ddir = get_rw_ddir(td);
738
739         if (td_trimwrite(td)) {
740                 struct fio_file *f = io_u->file;
741                 if (f->last_pos[DDIR_WRITE] == f->last_pos[DDIR_TRIM])
742                         ddir = DDIR_TRIM;
743                 else
744                         ddir = DDIR_WRITE;
745         }
746
747         io_u->ddir = io_u->acct_ddir = ddir;
748
749         if (io_u->ddir == DDIR_WRITE && td_ioengine_flagged(td, FIO_BARRIER) &&
750             td->o.barrier_blocks &&
751            !(td->io_issues[DDIR_WRITE] % td->o.barrier_blocks) &&
752              td->io_issues[DDIR_WRITE])
753                 io_u_set(td, io_u, IO_U_F_BARRIER);
754 }
755
756 void put_file_log(struct thread_data *td, struct fio_file *f)
757 {
758         unsigned int ret = put_file(td, f);
759
760         if (ret)
761                 td_verror(td, ret, "file close");
762 }
763
764 void put_io_u(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
765 {
766         if (td->parent)
767                 td = td->parent;
768
769         td_io_u_lock(td);
770
771         if (io_u->file && !(io_u->flags & IO_U_F_NO_FILE_PUT))
772                 put_file_log(td, io_u->file);
773
774         io_u->file = NULL;
775         io_u_set(td, io_u, IO_U_F_FREE);
776
777         if (io_u->flags & IO_U_F_IN_CUR_DEPTH) {
778                 td->cur_depth--;
779                 assert(!(td->flags & TD_F_CHILD));
780         }
781         io_u_qpush(&td->io_u_freelist, io_u);
782         td_io_u_free_notify(td);
783         td_io_u_unlock(td);
784 }
785
786 void clear_io_u(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
787 {
788         io_u_clear(td, io_u, IO_U_F_FLIGHT);
789         put_io_u(td, io_u);
790 }
791
792 void requeue_io_u(struct thread_data *td, struct io_u **io_u)
793 {
794         struct io_u *__io_u = *io_u;
795         enum fio_ddir ddir = acct_ddir(__io_u);
796
797         dprint(FD_IO, "requeue %p\n", __io_u);
798
799         if (td->parent)
800                 td = td->parent;
801
802         td_io_u_lock(td);
803
804         io_u_set(td, __io_u, IO_U_F_FREE);
805         if ((__io_u->flags & IO_U_F_FLIGHT) && ddir_rw(ddir))
806                 td->io_issues[ddir]--;
807
808         io_u_clear(td, __io_u, IO_U_F_FLIGHT);
809         if (__io_u->flags & IO_U_F_IN_CUR_DEPTH) {
810                 td->cur_depth--;
811                 assert(!(td->flags & TD_F_CHILD));
812         }
813
814         io_u_rpush(&td->io_u_requeues, __io_u);
815         td_io_u_free_notify(td);
816         td_io_u_unlock(td);
817         *io_u = NULL;
818 }
819
820 static void __fill_io_u_zone(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
821 {
822         struct fio_file *f = io_u->file;
823
824         /*
825          * See if it's time to switch to a new zone
826          */
827         if (td->zone_bytes >= td->o.zone_size && td->o.zone_skip) {
828                 td->zone_bytes = 0;
829                 f->file_offset += td->o.zone_range + td->o.zone_skip;
830
831                 /*
832                  * Wrap from the beginning, if we exceed the file size
833                  */
834                 if (f->file_offset >= f->real_file_size)
835                         f->file_offset = get_start_offset(td, f);
836
837                 f->last_pos[io_u->ddir] = f->file_offset;
838                 td->io_skip_bytes += td->o.zone_skip;
839         }
840
841         /*
842          * If zone_size > zone_range, then maintain the same zone until
843          * zone_bytes >= zone_size.
844          */
845         if (f->last_pos[io_u->ddir] >= (f->file_offset + td->o.zone_range)) {
846                 dprint(FD_IO, "io_u maintain zone offset=%" PRIu64 "/last_pos=%" PRIu64 "\n",
847                                 f->file_offset, f->last_pos[io_u->ddir]);
848                 f->last_pos[io_u->ddir] = f->file_offset;
849         }
850
851         /*
852          * For random: if 'norandommap' is not set and zone_size > zone_range,
853          * map needs to be reset as it's done with zone_range everytime.
854          */
855         if ((td->zone_bytes % td->o.zone_range) == 0)
856                 fio_file_reset(td, f);
857 }
858
859 static int fill_io_u(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
860 {
861         bool is_random;
862
863         if (td_ioengine_flagged(td, FIO_NOIO))
864                 goto out;
865
866         set_rw_ddir(td, io_u);
867
868         /*
869          * fsync() or fdatasync() or trim etc, we are done
870          */
871         if (!ddir_rw(io_u->ddir))
872                 goto out;
873
874         /*
875          * When file is zoned zone_range is always positive
876          */
877         if (td->o.zone_range)
878                 __fill_io_u_zone(td, io_u);
879
880         /*
881          * No log, let the seq/rand engine retrieve the next buflen and
882          * position.
883          */
884         if (get_next_offset(td, io_u, &is_random)) {
885                 dprint(FD_IO, "io_u %p, failed getting offset\n", io_u);
886                 return 1;
887         }
888
889         io_u->buflen = get_next_buflen(td, io_u, is_random);
890         if (!io_u->buflen) {
891                 dprint(FD_IO, "io_u %p, failed getting buflen\n", io_u);
892                 return 1;
893         }
894
895         if (io_u->offset + io_u->buflen > io_u->file->real_file_size) {
896                 dprint(FD_IO, "io_u %p, off=0x%llx + len=0x%lx exceeds file size=0x%llx\n",
897                         io_u,
898                         (unsigned long long) io_u->offset, io_u->buflen,
899                         (unsigned long long) io_u->file->real_file_size);
900                 return 1;
901         }
902
903         /*
904          * mark entry before potentially trimming io_u
905          */
906         if (td_random(td) && file_randommap(td, io_u->file))
907                 mark_random_map(td, io_u);
908
909 out:
910         dprint_io_u(io_u, "fill");
911         td->zone_bytes += io_u->buflen;
912         return 0;
913 }
914
915 static void __io_u_mark_map(uint64_t *map, unsigned int nr)
916 {
917         int idx = 0;
918
919         switch (nr) {
920         default:
921                 idx = 6;
922                 break;
923         case 33 ... 64:
924                 idx = 5;
925                 break;
926         case 17 ... 32:
927                 idx = 4;
928                 break;
929         case 9 ... 16:
930                 idx = 3;
931                 break;
932         case 5 ... 8:
933                 idx = 2;
934                 break;
935         case 1 ... 4:
936                 idx = 1;
937         case 0:
938                 break;
939         }
940
941         map[idx]++;
942 }
943
944 void io_u_mark_submit(struct thread_data *td, unsigned int nr)
945 {
946         __io_u_mark_map(td->ts.io_u_submit, nr);
947         td->ts.total_submit++;
948 }
949
950 void io_u_mark_complete(struct thread_data *td, unsigned int nr)
951 {
952         __io_u_mark_map(td->ts.io_u_complete, nr);
953         td->ts.total_complete++;
954 }
955
956 void io_u_mark_depth(struct thread_data *td, unsigned int nr)
957 {
958         int idx = 0;
959
960         switch (td->cur_depth) {
961         default:
962                 idx = 6;
963                 break;
964         case 32 ... 63:
965                 idx = 5;
966                 break;
967         case 16 ... 31:
968                 idx = 4;
969                 break;
970         case 8 ... 15:
971                 idx = 3;
972                 break;
973         case 4 ... 7:
974                 idx = 2;
975                 break;
976         case 2 ... 3:
977                 idx = 1;
978         case 1:
979                 break;
980         }
981
982         td->ts.io_u_map[idx] += nr;
983 }
984
985 static void io_u_mark_lat_nsec(struct thread_data *td, unsigned long long nsec)
986 {
987         int idx = 0;
988
989         assert(nsec < 1000);
990
991         switch (nsec) {
992         case 750 ... 999:
993                 idx = 9;
994                 break;
995         case 500 ... 749:
996                 idx = 8;
997                 break;
998         case 250 ... 499:
999                 idx = 7;
1000                 break;
1001         case 100 ... 249:
1002                 idx = 6;
1003                 break;
1004         case 50 ... 99:
1005                 idx = 5;
1006                 break;
1007         case 20 ... 49:
1008                 idx = 4;
1009                 break;
1010         case 10 ... 19:
1011                 idx = 3;
1012                 break;
1013         case 4 ... 9:
1014                 idx = 2;
1015                 break;
1016         case 2 ... 3:
1017                 idx = 1;
1018         case 0 ... 1:
1019                 break;
1020         }
1021
1022         assert(idx < FIO_IO_U_LAT_N_NR);
1023         td->ts.io_u_lat_n[idx]++;
1024 }
1025
1026 static void io_u_mark_lat_usec(struct thread_data *td, unsigned long long usec)
1027 {
1028         int idx = 0;
1029
1030         assert(usec < 1000 && usec >= 1);
1031
1032         switch (usec) {
1033         case 750 ... 999:
1034                 idx = 9;
1035                 break;
1036         case 500 ... 749:
1037                 idx = 8;
1038                 break;
1039         case 250 ... 499:
1040                 idx = 7;
1041                 break;
1042         case 100 ... 249:
1043                 idx = 6;
1044                 break;
1045         case 50 ... 99:
1046                 idx = 5;
1047                 break;
1048         case 20 ... 49:
1049                 idx = 4;
1050                 break;
1051         case 10 ... 19:
1052                 idx = 3;
1053                 break;
1054         case 4 ... 9:
1055                 idx = 2;
1056                 break;
1057         case 2 ... 3:
1058                 idx = 1;
1059         case 0 ... 1:
1060                 break;
1061         }
1062
1063         assert(idx < FIO_IO_U_LAT_U_NR);
1064         td->ts.io_u_lat_u[idx]++;
1065 }
1066
1067 static void io_u_mark_lat_msec(struct thread_data *td, unsigned long long msec)
1068 {
1069         int idx = 0;
1070
1071         assert(msec >= 1);
1072
1073         switch (msec) {
1074         default:
1075                 idx = 11;
1076                 break;
1077         case 1000 ... 1999:
1078                 idx = 10;
1079                 break;
1080         case 750 ... 999:
1081                 idx = 9;
1082                 break;
1083         case 500 ... 749:
1084                 idx = 8;
1085                 break;
1086         case 250 ... 499:
1087                 idx = 7;
1088                 break;
1089         case 100 ... 249:
1090                 idx = 6;
1091                 break;
1092         case 50 ... 99:
1093                 idx = 5;
1094                 break;
1095         case 20 ... 49:
1096                 idx = 4;
1097                 break;
1098         case 10 ... 19:
1099                 idx = 3;
1100                 break;
1101         case 4 ... 9:
1102                 idx = 2;
1103                 break;
1104         case 2 ... 3:
1105                 idx = 1;
1106         case 0 ... 1:
1107                 break;
1108         }
1109
1110         assert(idx < FIO_IO_U_LAT_M_NR);
1111         td->ts.io_u_lat_m[idx]++;
1112 }
1113
1114 static void io_u_mark_latency(struct thread_data *td, unsigned long long nsec)
1115 {
1116         if (nsec < 1000)
1117                 io_u_mark_lat_nsec(td, nsec);
1118         else if (nsec < 1000000)
1119                 io_u_mark_lat_usec(td, nsec / 1000);
1120         else
1121                 io_u_mark_lat_msec(td, nsec / 1000000);
1122 }
1123
1124 static unsigned int __get_next_fileno_rand(struct thread_data *td)
1125 {
1126         unsigned long fileno;
1127
1128         if (td->o.file_service_type == FIO_FSERVICE_RANDOM) {
1129                 uint64_t frand_max = rand_max(&td->next_file_state);
1130                 unsigned long r;
1131
1132                 r = __rand(&td->next_file_state);
1133                 return (unsigned int) ((double) td->o.nr_files
1134                                 * (r / (frand_max + 1.0)));
1135         }
1136
1137         if (td->o.file_service_type == FIO_FSERVICE_ZIPF)
1138                 fileno = zipf_next(&td->next_file_zipf);
1139         else if (td->o.file_service_type == FIO_FSERVICE_PARETO)
1140                 fileno = pareto_next(&td->next_file_zipf);
1141         else if (td->o.file_service_type == FIO_FSERVICE_GAUSS)
1142                 fileno = gauss_next(&td->next_file_gauss);
1143         else {
1144                 log_err("fio: bad file service type: %d\n", td->o.file_service_type);
1145                 assert(0);
1146                 return 0;
1147         }
1148
1149         return fileno >> FIO_FSERVICE_SHIFT;
1150 }
1151
1152 /*
1153  * Get next file to service by choosing one at random
1154  */
1155 static struct fio_file *get_next_file_rand(struct thread_data *td,
1156                                            enum fio_file_flags goodf,
1157                                            enum fio_file_flags badf)
1158 {
1159         struct fio_file *f;
1160         int fno;
1161
1162         do {
1163                 int opened = 0;
1164
1165                 fno = __get_next_fileno_rand(td);
1166
1167                 f = td->files[fno];
1168                 if (fio_file_done(f))
1169                         continue;
1170
1171                 if (!fio_file_open(f)) {
1172                         int err;
1173
1174                         if (td->nr_open_files >= td->o.open_files)
1175                                 return ERR_PTR(-EBUSY);
1176
1177                         err = td_io_open_file(td, f);
1178                         if (err)
1179                                 continue;
1180                         opened = 1;
1181                 }
1182
1183                 if ((!goodf || (f->flags & goodf)) && !(f->flags & badf)) {
1184                         dprint(FD_FILE, "get_next_file_rand: %p\n", f);
1185                         return f;
1186                 }
1187                 if (opened)
1188                         td_io_close_file(td, f);
1189         } while (1);
1190 }
1191
1192 /*
1193  * Get next file to service by doing round robin between all available ones
1194  */
1195 static struct fio_file *get_next_file_rr(struct thread_data *td, int goodf,
1196                                          int badf)
1197 {
1198         unsigned int old_next_file = td->next_file;
1199         struct fio_file *f;
1200
1201         do {
1202                 int opened = 0;
1203
1204                 f = td->files[td->next_file];
1205
1206                 td->next_file++;
1207                 if (td->next_file >= td->o.nr_files)
1208                         td->next_file = 0;
1209
1210                 dprint(FD_FILE, "trying file %s %x\n", f->file_name, f->flags);
1211                 if (fio_file_done(f)) {
1212                         f = NULL;
1213                         continue;
1214                 }
1215
1216                 if (!fio_file_open(f)) {
1217                         int err;
1218
1219                         if (td->nr_open_files >= td->o.open_files)
1220                                 return ERR_PTR(-EBUSY);
1221
1222                         err = td_io_open_file(td, f);
1223                         if (err) {
1224                                 dprint(FD_FILE, "error %d on open of %s\n",
1225                                         err, f->file_name);
1226                                 f = NULL;
1227                                 continue;
1228                         }
1229                         opened = 1;
1230                 }
1231
1232                 dprint(FD_FILE, "goodf=%x, badf=%x, ff=%x\n", goodf, badf,
1233                                                                 f->flags);
1234                 if ((!goodf || (f->flags & goodf)) && !(f->flags & badf))
1235                         break;
1236
1237                 if (opened)
1238                         td_io_close_file(td, f);
1239
1240                 f = NULL;
1241         } while (td->next_file != old_next_file);
1242
1243         dprint(FD_FILE, "get_next_file_rr: %p\n", f);
1244         return f;
1245 }
1246
1247 static struct fio_file *__get_next_file(struct thread_data *td)
1248 {
1249         struct fio_file *f;
1250
1251         assert(td->o.nr_files <= td->files_index);
1252
1253         if (td->nr_done_files >= td->o.nr_files) {
1254                 dprint(FD_FILE, "get_next_file: nr_open=%d, nr_done=%d,"
1255                                 " nr_files=%d\n", td->nr_open_files,
1256                                                   td->nr_done_files,
1257                                                   td->o.nr_files);
1258                 return NULL;
1259         }
1260
1261         f = td->file_service_file;
1262         if (f && fio_file_open(f) && !fio_file_closing(f)) {
1263                 if (td->o.file_service_type == FIO_FSERVICE_SEQ)
1264                         goto out;
1265                 if (td->file_service_left--)
1266                         goto out;
1267         }
1268
1269         if (td->o.file_service_type == FIO_FSERVICE_RR ||
1270             td->o.file_service_type == FIO_FSERVICE_SEQ)
1271                 f = get_next_file_rr(td, FIO_FILE_open, FIO_FILE_closing);
1272         else
1273                 f = get_next_file_rand(td, FIO_FILE_open, FIO_FILE_closing);
1274
1275         if (IS_ERR(f))
1276                 return f;
1277
1278         td->file_service_file = f;
1279         td->file_service_left = td->file_service_nr - 1;
1280 out:
1281         if (f)
1282                 dprint(FD_FILE, "get_next_file: %p [%s]\n", f, f->file_name);
1283         else
1284                 dprint(FD_FILE, "get_next_file: NULL\n");
1285         return f;
1286 }
1287
1288 static struct fio_file *get_next_file(struct thread_data *td)
1289 {
1290         return __get_next_file(td);
1291 }
1292
1293 static long set_io_u_file(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
1294 {
1295         struct fio_file *f;
1296
1297         do {
1298                 f = get_next_file(td);
1299                 if (IS_ERR_OR_NULL(f))
1300                         return PTR_ERR(f);
1301
1302                 io_u->file = f;
1303                 get_file(f);
1304
1305                 if (!fill_io_u(td, io_u))
1306                         break;
1307
1308                 put_file_log(td, f);
1309                 td_io_close_file(td, f);
1310                 io_u->file = NULL;
1311                 if (td->o.file_service_type & __FIO_FSERVICE_NONUNIFORM)
1312                         fio_file_reset(td, f);
1313                 else {
1314                         fio_file_set_done(f);
1315                         td->nr_done_files++;
1316                         dprint(FD_FILE, "%s: is done (%d of %d)\n", f->file_name,
1317                                         td->nr_done_files, td->o.nr_files);
1318                 }
1319         } while (1);
1320
1321         return 0;
1322 }
1323
1324 static void lat_fatal(struct thread_data *td, struct io_completion_data *icd,
1325                       unsigned long long tnsec, unsigned long long max_nsec)
1326 {
1327         if (!td->error)
1328                 log_err("fio: latency of %llu nsec exceeds specified max (%llu nsec)\n", tnsec, max_nsec);
1329         td_verror(td, ETIMEDOUT, "max latency exceeded");
1330         icd->error = ETIMEDOUT;
1331 }
1332
1333 static void lat_new_cycle(struct thread_data *td)
1334 {
1335         fio_gettime(&td->latency_ts, NULL);
1336         td->latency_ios = ddir_rw_sum(td->io_blocks);
1337         td->latency_failed = 0;
1338 }
1339
1340 /*
1341  * We had an IO outside the latency target. Reduce the queue depth. If we
1342  * are at QD=1, then it's time to give up.
1343  */
1344 static bool __lat_target_failed(struct thread_data *td)
1345 {
1346         if (td->latency_qd == 1)
1347                 return true;
1348
1349         td->latency_qd_high = td->latency_qd;
1350
1351         if (td->latency_qd == td->latency_qd_low)
1352                 td->latency_qd_low--;
1353
1354         td->latency_qd = (td->latency_qd + td->latency_qd_low) / 2;
1355
1356         dprint(FD_RATE, "Ramped down: %d %d %d\n", td->latency_qd_low, td->latency_qd, td->latency_qd_high);
1357
1358         /*
1359          * When we ramp QD down, quiesce existing IO to prevent
1360          * a storm of ramp downs due to pending higher depth.
1361          */
1362         io_u_quiesce(td);
1363         lat_new_cycle(td);
1364         return false;
1365 }
1366
1367 static bool lat_target_failed(struct thread_data *td)
1368 {
1369         if (td->o.latency_percentile.u.f == 100.0)
1370                 return __lat_target_failed(td);
1371
1372         td->latency_failed++;
1373         return false;
1374 }
1375
1376 void lat_target_init(struct thread_data *td)
1377 {
1378         td->latency_end_run = 0;
1379
1380         if (td->o.latency_target) {
1381                 dprint(FD_RATE, "Latency target=%llu\n", td->o.latency_target);
1382                 fio_gettime(&td->latency_ts, NULL);
1383                 td->latency_qd = 1;
1384                 td->latency_qd_high = td->o.iodepth;
1385                 td->latency_qd_low = 1;
1386                 td->latency_ios = ddir_rw_sum(td->io_blocks);
1387         } else
1388                 td->latency_qd = td->o.iodepth;
1389 }
1390
1391 void lat_target_reset(struct thread_data *td)
1392 {
1393         if (!td->latency_end_run)
1394                 lat_target_init(td);
1395 }
1396
1397 static void lat_target_success(struct thread_data *td)
1398 {
1399         const unsigned int qd = td->latency_qd;
1400         struct thread_options *o = &td->o;
1401
1402         td->latency_qd_low = td->latency_qd;
1403
1404         /*
1405          * If we haven't failed yet, we double up to a failing value instead
1406          * of bisecting from highest possible queue depth. If we have set
1407          * a limit other than td->o.iodepth, bisect between that.
1408          */
1409         if (td->latency_qd_high != o->iodepth)
1410                 td->latency_qd = (td->latency_qd + td->latency_qd_high) / 2;
1411         else
1412                 td->latency_qd *= 2;
1413
1414         if (td->latency_qd > o->iodepth)
1415                 td->latency_qd = o->iodepth;
1416
1417         dprint(FD_RATE, "Ramped up: %d %d %d\n", td->latency_qd_low, td->latency_qd, td->latency_qd_high);
1418
1419         /*
1420          * Same as last one, we are done. Let it run a latency cycle, so
1421          * we get only the results from the targeted depth.
1422          */
1423         if (td->latency_qd == qd) {
1424                 if (td->latency_end_run) {
1425                         dprint(FD_RATE, "We are done\n");
1426                         td->done = 1;
1427                 } else {
1428                         dprint(FD_RATE, "Quiesce and final run\n");
1429                         io_u_quiesce(td);
1430                         td->latency_end_run = 1;
1431                         reset_all_stats(td);
1432                         reset_io_stats(td);
1433                 }
1434         }
1435
1436         lat_new_cycle(td);
1437 }
1438
1439 /*
1440  * Check if we can bump the queue depth
1441  */
1442 void lat_target_check(struct thread_data *td)
1443 {
1444         uint64_t usec_window;
1445         uint64_t ios;
1446         double success_ios;
1447
1448         usec_window = utime_since_now(&td->latency_ts);
1449         if (usec_window < td->o.latency_window)
1450                 return;
1451
1452         ios = ddir_rw_sum(td->io_blocks) - td->latency_ios;
1453         success_ios = (double) (ios - td->latency_failed) / (double) ios;
1454         success_ios *= 100.0;
1455
1456         dprint(FD_RATE, "Success rate: %.2f%% (target %.2f%%)\n", success_ios, td->o.latency_percentile.u.f);
1457
1458         if (success_ios >= td->o.latency_percentile.u.f)
1459                 lat_target_success(td);
1460         else
1461                 __lat_target_failed(td);
1462 }
1463
1464 /*
1465  * If latency target is enabled, we might be ramping up or down and not
1466  * using the full queue depth available.
1467  */
1468 bool queue_full(const struct thread_data *td)
1469 {
1470         const int qempty = io_u_qempty(&td->io_u_freelist);
1471
1472         if (qempty)
1473                 return true;
1474         if (!td->o.latency_target)
1475                 return false;
1476
1477         return td->cur_depth >= td->latency_qd;
1478 }
1479
1480 struct io_u *__get_io_u(struct thread_data *td)
1481 {
1482         struct io_u *io_u = NULL;
1483         int ret;
1484
1485         if (td->stop_io)
1486                 return NULL;
1487
1488         td_io_u_lock(td);
1489
1490 again:
1491         if (!io_u_rempty(&td->io_u_requeues))
1492                 io_u = io_u_rpop(&td->io_u_requeues);
1493         else if (!queue_full(td)) {
1494                 io_u = io_u_qpop(&td->io_u_freelist);
1495
1496                 io_u->file = NULL;
1497                 io_u->buflen = 0;
1498                 io_u->resid = 0;
1499                 io_u->end_io = NULL;
1500         }
1501
1502         if (io_u) {
1503                 assert(io_u->flags & IO_U_F_FREE);
1504                 io_u_clear(td, io_u, IO_U_F_FREE | IO_U_F_NO_FILE_PUT |
1505                                  IO_U_F_TRIMMED | IO_U_F_BARRIER |
1506                                  IO_U_F_VER_LIST);
1507
1508                 io_u->error = 0;
1509                 io_u->acct_ddir = -1;
1510                 td->cur_depth++;
1511                 assert(!(td->flags & TD_F_CHILD));
1512                 io_u_set(td, io_u, IO_U_F_IN_CUR_DEPTH);
1513                 io_u->ipo = NULL;
1514         } else if (td_async_processing(td)) {
1515                 /*
1516                  * We ran out, wait for async verify threads to finish and
1517                  * return one
1518                  */
1519                 assert(!(td->flags & TD_F_CHILD));
1520                 ret = pthread_cond_wait(&td->free_cond, &td->io_u_lock);
1521                 assert(ret == 0);
1522                 goto again;
1523         }
1524
1525         td_io_u_unlock(td);
1526         return io_u;
1527 }
1528
1529 static bool check_get_trim(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
1530 {
1531         if (!(td->flags & TD_F_TRIM_BACKLOG))
1532                 return false;
1533         if (!td->trim_entries)
1534                 return false;
1535
1536         if (td->trim_batch) {
1537                 td->trim_batch--;
1538                 if (get_next_trim(td, io_u))
1539                         return true;
1540         } else if (!(td->io_hist_len % td->o.trim_backlog) &&
1541                      td->last_ddir != DDIR_READ) {
1542                 td->trim_batch = td->o.trim_batch;
1543                 if (!td->trim_batch)
1544                         td->trim_batch = td->o.trim_backlog;
1545                 if (get_next_trim(td, io_u))
1546                         return true;
1547         }
1548
1549         return false;
1550 }
1551
1552 static bool check_get_verify(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
1553 {
1554         if (!(td->flags & TD_F_VER_BACKLOG))
1555                 return false;
1556
1557         if (td->io_hist_len) {
1558                 int get_verify = 0;
1559
1560                 if (td->verify_batch)
1561                         get_verify = 1;
1562                 else if (!(td->io_hist_len % td->o.verify_backlog) &&
1563                          td->last_ddir != DDIR_READ) {
1564                         td->verify_batch = td->o.verify_batch;
1565                         if (!td->verify_batch)
1566                                 td->verify_batch = td->o.verify_backlog;
1567                         get_verify = 1;
1568                 }
1569
1570                 if (get_verify && !get_next_verify(td, io_u)) {
1571                         td->verify_batch--;
1572                         return true;
1573                 }
1574         }
1575
1576         return false;
1577 }
1578
1579 /*
1580  * Fill offset and start time into the buffer content, to prevent too
1581  * easy compressible data for simple de-dupe attempts. Do this for every
1582  * 512b block in the range, since that should be the smallest block size
1583  * we can expect from a device.
1584  */
1585 static void small_content_scramble(struct io_u *io_u)
1586 {
1587         unsigned int i, nr_blocks = io_u->buflen >> 9;
1588         unsigned int offset;
1589         uint64_t boffset, *iptr;
1590         char *p;
1591
1592         if (!nr_blocks)
1593                 return;
1594
1595         p = io_u->xfer_buf;
1596         boffset = io_u->offset;
1597
1598         if (io_u->buf_filled_len)
1599                 io_u->buf_filled_len = 0;
1600
1601         /*
1602          * Generate random index between 0..7. We do chunks of 512b, if
1603          * we assume a cacheline is 64 bytes, then we have 8 of those.
1604          * Scramble content within the blocks in the same cacheline to
1605          * speed things up.
1606          */
1607         offset = (io_u->start_time.tv_nsec ^ boffset) & 7;
1608
1609         for (i = 0; i < nr_blocks; i++) {
1610                 /*
1611                  * Fill offset into start of cacheline, time into end
1612                  * of cacheline
1613                  */
1614                 iptr = (void *) p + (offset << 6);
1615                 *iptr = boffset;
1616
1617                 iptr = (void *) p + 64 - 2 * sizeof(uint64_t);
1618                 iptr[0] = io_u->start_time.tv_sec;
1619                 iptr[1] = io_u->start_time.tv_nsec;
1620
1621                 p += 512;
1622                 boffset += 512;
1623         }
1624 }
1625
1626 /*
1627  * Return an io_u to be processed. Gets a buflen and offset, sets direction,
1628  * etc. The returned io_u is fully ready to be prepped, populated and submitted.
1629  */
1630 struct io_u *get_io_u(struct thread_data *td)
1631 {
1632         struct fio_file *f;
1633         struct io_u *io_u;
1634         int do_scramble = 0;
1635         long ret = 0;
1636
1637         io_u = __get_io_u(td);
1638         if (!io_u) {
1639                 dprint(FD_IO, "__get_io_u failed\n");
1640                 return NULL;
1641         }
1642
1643         if (check_get_verify(td, io_u))
1644                 goto out;
1645         if (check_get_trim(td, io_u))
1646                 goto out;
1647
1648         /*
1649          * from a requeue, io_u already setup
1650          */
1651         if (io_u->file)
1652                 goto out;
1653
1654         /*
1655          * If using an iolog, grab next piece if any available.
1656          */
1657         if (td->flags & TD_F_READ_IOLOG) {
1658                 if (read_iolog_get(td, io_u))
1659                         goto err_put;
1660         } else if (set_io_u_file(td, io_u)) {
1661                 ret = -EBUSY;
1662                 dprint(FD_IO, "io_u %p, setting file failed\n", io_u);
1663                 goto err_put;
1664         }
1665
1666         f = io_u->file;
1667         if (!f) {
1668                 dprint(FD_IO, "io_u %p, setting file failed\n", io_u);
1669                 goto err_put;
1670         }
1671
1672         assert(fio_file_open(f));
1673
1674         if (ddir_rw(io_u->ddir)) {
1675                 if (!io_u->buflen && !td_ioengine_flagged(td, FIO_NOIO)) {
1676                         dprint(FD_IO, "get_io_u: zero buflen on %p\n", io_u);
1677                         goto err_put;
1678                 }
1679
1680                 f->last_start[io_u->ddir] = io_u->offset;
1681                 f->last_pos[io_u->ddir] = io_u->offset + io_u->buflen;
1682
1683                 if (io_u->ddir == DDIR_WRITE) {
1684                         if (td->flags & TD_F_REFILL_BUFFERS) {
1685                                 io_u_fill_buffer(td, io_u,
1686                                         td->o.min_bs[DDIR_WRITE],
1687                                         io_u->buflen);
1688                         } else if ((td->flags & TD_F_SCRAMBLE_BUFFERS) &&
1689                                    !(td->flags & TD_F_COMPRESS) &&
1690                                    !(td->flags & TD_F_DO_VERIFY))
1691                                 do_scramble = 1;
1692                 } else if (io_u->ddir == DDIR_READ) {
1693                         /*
1694                          * Reset the buf_filled parameters so next time if the
1695                          * buffer is used for writes it is refilled.
1696                          */
1697                         io_u->buf_filled_len = 0;
1698                 }
1699         }
1700
1701         /*
1702          * Set io data pointers.
1703          */
1704         io_u->xfer_buf = io_u->buf;
1705         io_u->xfer_buflen = io_u->buflen;
1706
1707 out:
1708         assert(io_u->file);
1709         if (!td_io_prep(td, io_u)) {
1710                 if (!td->o.disable_lat)
1711                         fio_gettime(&io_u->start_time, NULL);
1712
1713                 if (do_scramble)
1714                         small_content_scramble(io_u);
1715
1716                 return io_u;
1717         }
1718 err_put:
1719         dprint(FD_IO, "get_io_u failed\n");
1720         put_io_u(td, io_u);
1721         return ERR_PTR(ret);
1722 }
1723
1724 static void __io_u_log_error(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
1725 {
1726         enum error_type_bit eb = td_error_type(io_u->ddir, io_u->error);
1727
1728         if (td_non_fatal_error(td, eb, io_u->error) && !td->o.error_dump)
1729                 return;
1730
1731         log_err("fio: io_u error%s%s: %s: %s offset=%llu, buflen=%lu\n",
1732                 io_u->file ? " on file " : "",
1733                 io_u->file ? io_u->file->file_name : "",
1734                 strerror(io_u->error),
1735                 io_ddir_name(io_u->ddir),
1736                 io_u->offset, io_u->xfer_buflen);
1737
1738         if (td->io_ops->errdetails) {
1739                 char *err = td->io_ops->errdetails(io_u);
1740
1741                 log_err("fio: %s\n", err);
1742                 free(err);
1743         }
1744
1745         if (!td->error)
1746                 td_verror(td, io_u->error, "io_u error");
1747 }
1748
1749 void io_u_log_error(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
1750 {
1751         __io_u_log_error(td, io_u);
1752         if (td->parent)
1753                 __io_u_log_error(td->parent, io_u);
1754 }
1755
1756 static inline bool gtod_reduce(struct thread_data *td)
1757 {
1758         return (td->o.disable_clat && td->o.disable_slat && td->o.disable_bw)
1759                         || td->o.gtod_reduce;
1760 }
1761
1762 static void account_io_completion(struct thread_data *td, struct io_u *io_u,
1763                                   struct io_completion_data *icd,
1764                                   const enum fio_ddir idx, unsigned int bytes)
1765 {
1766         const int no_reduce = !gtod_reduce(td);
1767         unsigned long long llnsec = 0;
1768
1769         if (td->parent)
1770                 td = td->parent;
1771
1772         if (!td->o.stats || td_ioengine_flagged(td, FIO_NOSTATS))
1773                 return;
1774
1775         if (no_reduce)
1776                 llnsec = ntime_since(&io_u->issue_time, &icd->time);
1777
1778         if (!td->o.disable_lat) {
1779                 unsigned long long tnsec;
1780
1781                 tnsec = ntime_since(&io_u->start_time, &icd->time);
1782                 add_lat_sample(td, idx, tnsec, bytes, io_u->offset);
1783
1784                 if (td->flags & TD_F_PROFILE_OPS) {
1785                         struct prof_io_ops *ops = &td->prof_io_ops;
1786
1787                         if (ops->io_u_lat)
1788                                 icd->error = ops->io_u_lat(td, tnsec);
1789                 }
1790
1791                 if (td->o.max_latency && tnsec > td->o.max_latency)
1792                         lat_fatal(td, icd, tnsec, td->o.max_latency);
1793                 if (td->o.latency_target && tnsec > td->o.latency_target) {
1794                         if (lat_target_failed(td))
1795                                 lat_fatal(td, icd, tnsec, td->o.latency_target);
1796                 }
1797         }
1798
1799         if (ddir_rw(idx)) {
1800                 if (!td->o.disable_clat) {
1801                         add_clat_sample(td, idx, llnsec, bytes, io_u->offset);
1802                         io_u_mark_latency(td, llnsec);
1803                 }
1804
1805                 if (!td->o.disable_bw && per_unit_log(td->bw_log))
1806                         add_bw_sample(td, io_u, bytes, llnsec);
1807
1808                 if (no_reduce && per_unit_log(td->iops_log))
1809                         add_iops_sample(td, io_u, bytes);
1810         } else if (ddir_sync(idx) && !td->o.disable_clat)
1811                 add_sync_clat_sample(&td->ts, llnsec);
1812
1813         if (td->ts.nr_block_infos && io_u->ddir == DDIR_TRIM) {
1814                 uint32_t *info = io_u_block_info(td, io_u);
1815                 if (BLOCK_INFO_STATE(*info) < BLOCK_STATE_TRIM_FAILURE) {
1816                         if (io_u->ddir == DDIR_TRIM) {
1817                                 *info = BLOCK_INFO(BLOCK_STATE_TRIMMED,
1818                                                 BLOCK_INFO_TRIMS(*info) + 1);
1819                         } else if (io_u->ddir == DDIR_WRITE) {
1820                                 *info = BLOCK_INFO_SET_STATE(BLOCK_STATE_WRITTEN,
1821                                                                 *info);
1822                         }
1823                 }
1824         }
1825 }
1826
1827 static void file_log_write_comp(const struct thread_data *td, struct fio_file *f,
1828                                 uint64_t offset, unsigned int bytes)
1829 {
1830         int idx;
1831
1832         if (!f)
1833                 return;
1834
1835         if (f->first_write == -1ULL || offset < f->first_write)
1836                 f->first_write = offset;
1837         if (f->last_write == -1ULL || ((offset + bytes) > f->last_write))
1838                 f->last_write = offset + bytes;
1839
1840         if (!f->last_write_comp)
1841                 return;
1842
1843         idx = f->last_write_idx++;
1844         f->last_write_comp[idx] = offset;
1845         if (f->last_write_idx == td->o.iodepth)
1846                 f->last_write_idx = 0;
1847 }
1848
1849 static bool should_account(struct thread_data *td)
1850 {
1851         return ramp_time_over(td) && (td->runstate == TD_RUNNING ||
1852                                            td->runstate == TD_VERIFYING);
1853 }
1854
1855 static void io_completed(struct thread_data *td, struct io_u **io_u_ptr,
1856                          struct io_completion_data *icd)
1857 {
1858         struct io_u *io_u = *io_u_ptr;
1859         enum fio_ddir ddir = io_u->ddir;
1860         struct fio_file *f = io_u->file;
1861
1862         dprint_io_u(io_u, "complete");
1863
1864         assert(io_u->flags & IO_U_F_FLIGHT);
1865         io_u_clear(td, io_u, IO_U_F_FLIGHT | IO_U_F_BUSY_OK);
1866
1867         /*
1868          * Mark IO ok to verify
1869          */
1870         if (io_u->ipo) {
1871                 /*
1872                  * Remove errored entry from the verification list
1873                  */
1874                 if (io_u->error)
1875                         unlog_io_piece(td, io_u);
1876                 else {
1877                         io_u->ipo->flags &= ~IP_F_IN_FLIGHT;
1878                         write_barrier();
1879                 }
1880         }
1881
1882         if (ddir_sync(ddir)) {
1883                 td->last_was_sync = true;
1884                 if (f) {
1885                         f->first_write = -1ULL;
1886                         f->last_write = -1ULL;
1887                 }
1888                 if (should_account(td))
1889                         account_io_completion(td, io_u, icd, ddir, io_u->buflen);
1890                 return;
1891         }
1892
1893         td->last_was_sync = false;
1894         td->last_ddir = ddir;
1895
1896         if (!io_u->error && ddir_rw(ddir)) {
1897                 unsigned int bytes = io_u->buflen - io_u->resid;
1898                 int ret;
1899
1900                 td->io_blocks[ddir]++;
1901                 td->io_bytes[ddir] += bytes;
1902
1903                 if (!(io_u->flags & IO_U_F_VER_LIST)) {
1904                         td->this_io_blocks[ddir]++;
1905                         td->this_io_bytes[ddir] += bytes;
1906                 }
1907
1908                 if (ddir == DDIR_WRITE)
1909                         file_log_write_comp(td, f, io_u->offset, bytes);
1910
1911                 if (should_account(td))
1912                         account_io_completion(td, io_u, icd, ddir, bytes);
1913
1914                 icd->bytes_done[ddir] += bytes;
1915
1916                 if (io_u->end_io) {
1917                         ret = io_u->end_io(td, io_u_ptr);
1918                         io_u = *io_u_ptr;
1919                         if (ret && !icd->error)
1920                                 icd->error = ret;
1921                 }
1922         } else if (io_u->error) {
1923                 icd->error = io_u->error;
1924                 io_u_log_error(td, io_u);
1925         }
1926         if (icd->error) {
1927                 enum error_type_bit eb = td_error_type(ddir, icd->error);
1928
1929                 if (!td_non_fatal_error(td, eb, icd->error))
1930                         return;
1931
1932                 /*
1933                  * If there is a non_fatal error, then add to the error count
1934                  * and clear all the errors.
1935                  */
1936                 update_error_count(td, icd->error);
1937                 td_clear_error(td);
1938                 icd->error = 0;
1939                 if (io_u)
1940                         io_u->error = 0;
1941         }
1942 }
1943
1944 static void init_icd(struct thread_data *td, struct io_completion_data *icd,
1945                      int nr)
1946 {
1947         int ddir;
1948
1949         if (!gtod_reduce(td))
1950                 fio_gettime(&icd->time, NULL);
1951
1952         icd->nr = nr;
1953
1954         icd->error = 0;
1955         for (ddir = 0; ddir < DDIR_RWDIR_CNT; ddir++)
1956                 icd->bytes_done[ddir] = 0;
1957 }
1958
1959 static void ios_completed(struct thread_data *td,
1960                           struct io_completion_data *icd)
1961 {
1962         struct io_u *io_u;
1963         int i;
1964
1965         for (i = 0; i < icd->nr; i++) {
1966                 io_u = td->io_ops->event(td, i);
1967
1968                 io_completed(td, &io_u, icd);
1969
1970                 if (io_u)
1971                         put_io_u(td, io_u);
1972         }
1973 }
1974
1975 /*
1976  * Complete a single io_u for the sync engines.
1977  */
1978 int io_u_sync_complete(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
1979 {
1980         struct io_completion_data icd;
1981         int ddir;
1982
1983         init_icd(td, &icd, 1);
1984         io_completed(td, &io_u, &icd);
1985
1986         if (io_u)
1987                 put_io_u(td, io_u);
1988
1989         if (icd.error) {
1990                 td_verror(td, icd.error, "io_u_sync_complete");
1991                 return -1;
1992         }
1993
1994         for (ddir = 0; ddir < DDIR_RWDIR_CNT; ddir++)
1995                 td->bytes_done[ddir] += icd.bytes_done[ddir];
1996
1997         return 0;
1998 }
1999
2000 /*
2001  * Called to complete min_events number of io for the async engines.
2002  */
2003 int io_u_queued_complete(struct thread_data *td, int min_evts)
2004 {
2005         struct io_completion_data icd;
2006         struct timespec *tvp = NULL;
2007         int ret, ddir;
2008         struct timespec ts = { .tv_sec = 0, .tv_nsec = 0, };
2009
2010         dprint(FD_IO, "io_u_queued_complete: min=%d\n", min_evts);
2011
2012         if (!min_evts)
2013                 tvp = &ts;
2014         else if (min_evts > td->cur_depth)
2015                 min_evts = td->cur_depth;
2016
2017         /* No worries, td_io_getevents fixes min and max if they are
2018          * set incorrectly */
2019         ret = td_io_getevents(td, min_evts, td->o.iodepth_batch_complete_max, tvp);
2020         if (ret < 0) {
2021                 td_verror(td, -ret, "td_io_getevents");
2022                 return ret;
2023         } else if (!ret)
2024                 return ret;
2025
2026         init_icd(td, &icd, ret);
2027         ios_completed(td, &icd);
2028         if (icd.error) {
2029                 td_verror(td, icd.error, "io_u_queued_complete");
2030                 return -1;
2031         }
2032
2033         for (ddir = 0; ddir < DDIR_RWDIR_CNT; ddir++)
2034                 td->bytes_done[ddir] += icd.bytes_done[ddir];
2035
2036         return ret;
2037 }
2038
2039 /*
2040  * Call when io_u is really queued, to update the submission latency.
2041  */
2042 void io_u_queued(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
2043 {
2044         if (!td->o.disable_slat && ramp_time_over(td) && td->o.stats) {
2045                 unsigned long slat_time;
2046
2047                 slat_time = ntime_since(&io_u->start_time, &io_u->issue_time);
2048
2049                 if (td->parent)
2050                         td = td->parent;
2051
2052                 add_slat_sample(td, io_u->ddir, slat_time, io_u->xfer_buflen,
2053                                 io_u->offset);
2054         }
2055 }
2056
2057 /*
2058  * See if we should reuse the last seed, if dedupe is enabled
2059  */
2060 static struct frand_state *get_buf_state(struct thread_data *td)
2061 {
2062         unsigned int v;
2063
2064         if (!td->o.dedupe_percentage)
2065                 return &td->buf_state;
2066         else if (td->o.dedupe_percentage == 100) {
2067                 frand_copy(&td->buf_state_prev, &td->buf_state);
2068                 return &td->buf_state;
2069         }
2070
2071         v = rand_between(&td->dedupe_state, 1, 100);
2072
2073         if (v <= td->o.dedupe_percentage)
2074                 return &td->buf_state_prev;
2075
2076         return &td->buf_state;
2077 }
2078
2079 static void save_buf_state(struct thread_data *td, struct frand_state *rs)
2080 {
2081         if (td->o.dedupe_percentage == 100)
2082                 frand_copy(rs, &td->buf_state_prev);
2083         else if (rs == &td->buf_state)
2084                 frand_copy(&td->buf_state_prev, rs);
2085 }
2086
2087 void fill_io_buffer(struct thread_data *td, void *buf, unsigned int min_write,
2088                     unsigned int max_bs)
2089 {
2090         struct thread_options *o = &td->o;
2091
2092         if (o->mem_type == MEM_CUDA_MALLOC)
2093                 return;
2094
2095         if (o->compress_percentage || o->dedupe_percentage) {
2096                 unsigned int perc = td->o.compress_percentage;
2097                 struct frand_state *rs;
2098                 unsigned int left = max_bs;
2099                 unsigned int this_write;
2100
2101                 do {
2102                         rs = get_buf_state(td);
2103
2104                         min_write = min(min_write, left);
2105
2106                         if (perc) {
2107                                 this_write = min_not_zero(min_write,
2108                                                         td->o.compress_chunk);
2109
2110                                 fill_random_buf_percentage(rs, buf, perc,
2111                                         this_write, this_write,
2112                                         o->buffer_pattern,
2113                                         o->buffer_pattern_bytes);
2114                         } else {
2115                                 fill_random_buf(rs, buf, min_write);
2116                                 this_write = min_write;
2117                         }
2118
2119                         buf += this_write;
2120                         left -= this_write;
2121                         save_buf_state(td, rs);
2122                 } while (left);
2123         } else if (o->buffer_pattern_bytes)
2124                 fill_buffer_pattern(td, buf, max_bs);
2125         else if (o->zero_buffers)
2126                 memset(buf, 0, max_bs);
2127         else
2128                 fill_random_buf(get_buf_state(td), buf, max_bs);
2129 }
2130
2131 /*
2132  * "randomly" fill the buffer contents
2133  */
2134 void io_u_fill_buffer(struct thread_data *td, struct io_u *io_u,
2135                       unsigned int min_write, unsigned int max_bs)
2136 {
2137         io_u->buf_filled_len = 0;
2138         fill_io_buffer(td, io_u->buf, min_write, max_bs);
2139 }
2140
2141 static int do_sync_file_range(const struct thread_data *td,
2142                               struct fio_file *f)
2143 {
2144         off64_t offset, nbytes;
2145
2146         offset = f->first_write;
2147         nbytes = f->last_write - f->first_write;
2148
2149         if (!nbytes)
2150                 return 0;
2151
2152         return sync_file_range(f->fd, offset, nbytes, td->o.sync_file_range);
2153 }
2154
2155 int do_io_u_sync(const struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
2156 {
2157         int ret;
2158
2159         if (io_u->ddir == DDIR_SYNC) {
2160                 ret = fsync(io_u->file->fd);
2161         } else if (io_u->ddir == DDIR_DATASYNC) {
2162 #ifdef CONFIG_FDATASYNC
2163                 ret = fdatasync(io_u->file->fd);
2164 #else
2165                 ret = io_u->xfer_buflen;
2166                 io_u->error = EINVAL;
2167 #endif
2168         } else if (io_u->ddir == DDIR_SYNC_FILE_RANGE)
2169                 ret = do_sync_file_range(td, io_u->file);
2170         else {
2171                 ret = io_u->xfer_buflen;
2172                 io_u->error = EINVAL;
2173         }
2174
2175         if (ret < 0)
2176                 io_u->error = errno;
2177
2178         return ret;
2179 }
2180
2181 int do_io_u_trim(const struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
2182 {
2183 #ifndef FIO_HAVE_TRIM
2184         io_u->error = EINVAL;
2185         return 0;
2186 #else
2187         struct fio_file *f = io_u->file;
2188         int ret;
2189
2190         ret = os_trim(f, io_u->offset, io_u->xfer_buflen);
2191         if (!ret)
2192                 return io_u->xfer_buflen;
2193
2194         io_u->error = ret;
2195         return 0;
2196 #endif
2197 }