io_u.c

   1 #include <unistd.h>
   2 #include <fcntl.h>
   3 #include <string.h>
   4 #include <signal.h>
   5 #include <time.h>
   6 #include <assert.h>
   7
   8 #include "fio.h"
   9 #include "hash.h"
  10 #include "verify.h"
  11 #include "trim.h"
  12 #include "lib/rand.h"
  13 #include "lib/axmap.h"
  14 #include "err.h"
  15 #include "lib/pow2.h"
  16 #include "minmax.h"
  17
  18 struct io_completion_data {
  19         int nr;                         /* input */
  20
  21         int error;                      /* output */
  22         uint64_t bytes_done[DDIR_RWDIR_CNT];    /* output */
  23         struct timeval time;            /* output */
  24 };
  25
  26 /*
  27  * The ->io_axmap contains a map of blocks we have or have not done io
  28  * to yet. Used to make sure we cover the entire range in a fair fashion.
  29  */
  30 static bool random_map_free(struct fio_file *f, const uint64_t block)
  31 {
  32         return !axmap_isset(f->io_axmap, block);
  33 }
  34
  35 /*
  36  * Mark a given offset as used in the map.
  37  */
  38 static void mark_random_map(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
  39 {
  40         unsigned int min_bs = td->o.rw_min_bs;
  41         struct fio_file *f = io_u->file;
  42         unsigned int nr_blocks;
  43         uint64_t block;
  44
  45         block = (io_u->offset - f->file_offset) / (uint64_t) min_bs;
  46         nr_blocks = (io_u->buflen + min_bs - 1) / min_bs;
  47
  48         if (!(io_u->flags & IO_U_F_BUSY_OK))
  49                 nr_blocks = axmap_set_nr(f->io_axmap, block, nr_blocks);
  50
  51         if ((nr_blocks * min_bs) < io_u->buflen)
  52                 io_u->buflen = nr_blocks * min_bs;
  53 }
  54
  55 static uint64_t last_block(struct thread_data *td, struct fio_file *f,
  56                            enum fio_ddir ddir)
  57 {
  58         uint64_t max_blocks;
  59         uint64_t max_size;
  60
  61         assert(ddir_rw(ddir));
  62
  63         /*
  64          * Hmm, should we make sure that ->io_size <= ->real_file_size?
  65          */
  66         max_size = f->io_size;
  67         if (max_size > f->real_file_size)
  68                 max_size = f->real_file_size;
  69
  70         if (td->o.zone_range)
  71                 max_size = td->o.zone_range;
  72
  73         if (td->o.min_bs[ddir] > td->o.ba[ddir])
  74                 max_size -= td->o.min_bs[ddir] - td->o.ba[ddir];
  75
  76         max_blocks = max_size / (uint64_t) td->o.ba[ddir];
  77         if (!max_blocks)
  78                 return 0;
  79
  80         return max_blocks;
  81 }
  82
  83 struct rand_off {
  84         struct flist_head list;
  85         uint64_t off;
  86 };
  87
  88 static int __get_next_rand_offset(struct thread_data *td, struct fio_file *f,
  89                                   enum fio_ddir ddir, uint64_t *b,
  90                                   uint64_t lastb)
  91 {
  92         uint64_t r;
  93
  94         if (td->o.random_generator == FIO_RAND_GEN_TAUSWORTHE ||
  95             td->o.random_generator == FIO_RAND_GEN_TAUSWORTHE64) {
  96
  97                 r = __rand(&td->random_state);
  98
  99                 dprint(FD_RANDOM, "off rand %llu\n", (unsigned long long) r);
 100
 101                 *b = lastb * (r / (rand_max(&td->random_state) + 1.0));
 102         } else {
 103                 uint64_t off = 0;
 104
 105                 assert(fio_file_lfsr(f));
 106
 107                 if (lfsr_next(&f->lfsr, &off))
 108                         return 1;
 109
 110                 *b = off;
 111         }
 112
 113         /*
 114          * if we are not maintaining a random map, we are done.
 115          */
 116         if (!file_randommap(td, f))
 117                 goto ret;
 118
 119         /*
 120          * calculate map offset and check if it's free
 121          */
 122         if (random_map_free(f, *b))
 123                 goto ret;
 124
 125         dprint(FD_RANDOM, "get_next_rand_offset: offset %llu busy\n",
 126                                                 (unsigned long long) *b);
 127
 128         *b = axmap_next_free(f->io_axmap, *b);
 129         if (*b == (uint64_t) -1ULL)
 130                 return 1;
 131 ret:
 132         return 0;
 133 }
 134
 135 static int __get_next_rand_offset_zipf(struct thread_data *td,
 136                                        struct fio_file *f, enum fio_ddir ddir,
 137                                        uint64_t *b)
 138 {
 139         *b = zipf_next(&f->zipf);
 140         return 0;
 141 }
 142
 143 static int __get_next_rand_offset_pareto(struct thread_data *td,
 144                                          struct fio_file *f, enum fio_ddir ddir,
 145                                          uint64_t *b)
 146 {
 147         *b = pareto_next(&f->zipf);
 148         return 0;
 149 }
 150
 151 static int __get_next_rand_offset_gauss(struct thread_data *td,
 152                                         struct fio_file *f, enum fio_ddir ddir,
 153                                         uint64_t *b)
 154 {
 155         *b = gauss_next(&f->gauss);
 156         return 0;
 157 }
 158
 159 static int __get_next_rand_offset_zoned(struct thread_data *td,
 160                                         struct fio_file *f, enum fio_ddir ddir,
 161                                         uint64_t *b)
 162 {
 163         unsigned int v, send, stotal;
 164         uint64_t offset, lastb;
 165         static int warned;
 166         struct zone_split_index *zsi;
 167
 168         lastb = last_block(td, f, ddir);
 169         if (!lastb)
 170                 return 1;
 171
 172         if (!td->o.zone_split_nr[ddir]) {
 173 bail:
 174                 return __get_next_rand_offset(td, f, ddir, b, lastb);
 175         }
 176
 177         /*
 178          * Generate a value, v, between 1 and 100, both inclusive
 179          */
 180         v = rand32_between(&td->zone_state, 1, 100);
 181
 182         zsi = &td->zone_state_index[ddir][v - 1];
 183         stotal = zsi->size_perc_prev;
 184         send = zsi->size_perc;
 185
 186         /*
 187          * Should never happen
 188          */
 189         if (send == -1U) {
 190                 if (!warned) {
 191                         log_err("fio: bug in zoned generation\n");
 192                         warned = 1;
 193                 }
 194                 goto bail;
 195         }
 196
 197         /*
 198          * 'send' is some percentage below or equal to 100 that
 199          * marks the end of the current IO range. 'stotal' marks
 200          * the start, in percent.
 201          */
 202         if (stotal)
 203                 offset = stotal * lastb / 100ULL;
 204         else
 205                 offset = 0;
 206
 207         lastb = lastb * (send - stotal) / 100ULL;
 208
 209         /*
 210          * Generate index from 0..send-of-lastb
 211          */
 212         if (__get_next_rand_offset(td, f, ddir, b, lastb) == 1)
 213                 return 1;
 214
 215         /*
 216          * Add our start offset, if any
 217          */
 218         if (offset)
 219                 *b += offset;
 220
 221         return 0;
 222 }
 223
 224 static int flist_cmp(void *data, struct flist_head *a, struct flist_head *b)
 225 {
 226         struct rand_off *r1 = flist_entry(a, struct rand_off, list);
 227         struct rand_off *r2 = flist_entry(b, struct rand_off, list);
 228
 229         return r1->off - r2->off;
 230 }
 231
 232 static int get_off_from_method(struct thread_data *td, struct fio_file *f,
 233                                enum fio_ddir ddir, uint64_t *b)
 234 {
 235         if (td->o.random_distribution == FIO_RAND_DIST_RANDOM) {
 236                 uint64_t lastb;
 237
 238                 lastb = last_block(td, f, ddir);
 239                 if (!lastb)
 240                         return 1;
 241
 242                 return __get_next_rand_offset(td, f, ddir, b, lastb);
 243         } else if (td->o.random_distribution == FIO_RAND_DIST_ZIPF)
 244                 return __get_next_rand_offset_zipf(td, f, ddir, b);
 245         else if (td->o.random_distribution == FIO_RAND_DIST_PARETO)
 246                 return __get_next_rand_offset_pareto(td, f, ddir, b);
 247         else if (td->o.random_distribution == FIO_RAND_DIST_GAUSS)
 248                 return __get_next_rand_offset_gauss(td, f, ddir, b);
 249         else if (td->o.random_distribution == FIO_RAND_DIST_ZONED)
 250                 return __get_next_rand_offset_zoned(td, f, ddir, b);
 251
 252         log_err("fio: unknown random distribution: %d\n", td->o.random_distribution);
 253         return 1;
 254 }
 255
 256 /*
 257  * Sort the reads for a verify phase in batches of verifysort_nr, if
 258  * specified.
 259  */
 260 static inline bool should_sort_io(struct thread_data *td)
 261 {
 262         if (!td->o.verifysort_nr || !td->o.do_verify)
 263                 return false;
 264         if (!td_random(td))
 265                 return false;
 266         if (td->runstate != TD_VERIFYING)
 267                 return false;
 268         if (td->o.random_generator == FIO_RAND_GEN_TAUSWORTHE ||
 269             td->o.random_generator == FIO_RAND_GEN_TAUSWORTHE64)
 270                 return false;
 271
 272         return true;
 273 }
 274
 275 static bool should_do_random(struct thread_data *td, enum fio_ddir ddir)
 276 {
 277         unsigned int v;
 278
 279         if (td->o.perc_rand[ddir] == 100)
 280                 return true;
 281
 282         v = rand32_between(&td->seq_rand_state[ddir], 1, 100);
 283
 284         return v <= td->o.perc_rand[ddir];
 285 }
 286
 287 static int get_next_rand_offset(struct thread_data *td, struct fio_file *f,
 288                                 enum fio_ddir ddir, uint64_t *b)
 289 {
 290         struct rand_off *r;
 291         int i, ret = 1;
 292
 293         if (!should_sort_io(td))
 294                 return get_off_from_method(td, f, ddir, b);
 295
 296         if (!flist_empty(&td->next_rand_list)) {
 297 fetch:
 298                 r = flist_first_entry(&td->next_rand_list, struct rand_off, list);
 299                 flist_del(&r->list);
 300                 *b = r->off;
 301                 free(r);
 302                 return 0;
 303         }
 304
 305         for (i = 0; i < td->o.verifysort_nr; i++) {
 306                 r = malloc(sizeof(*r));
 307
 308                 ret = get_off_from_method(td, f, ddir, &r->off);
 309                 if (ret) {
 310                         free(r);
 311                         break;
 312                 }
 313
 314                 flist_add(&r->list, &td->next_rand_list);
 315         }
 316
 317         if (ret && !i)
 318                 return ret;
 319
 320         assert(!flist_empty(&td->next_rand_list));
 321         flist_sort(NULL, &td->next_rand_list, flist_cmp);
 322         goto fetch;
 323 }
 324
 325 static int get_next_rand_block(struct thread_data *td, struct fio_file *f,
 326                                enum fio_ddir ddir, uint64_t *b)
 327 {
 328         if (!get_next_rand_offset(td, f, ddir, b))
 329                 return 0;
 330
 331         if (td->o.time_based ||
 332             (td->o.file_service_type & __FIO_FSERVICE_NONUNIFORM)) {
 333                 fio_file_reset(td, f);
 334                 if (!get_next_rand_offset(td, f, ddir, b))
 335                         return 0;
 336         }
 337
 338         dprint(FD_IO, "%s: rand offset failed, last=%llu, size=%llu\n",
 339                         f->file_name, (unsigned long long) f->last_pos[ddir],
 340                         (unsigned long long) f->real_file_size);
 341         return 1;
 342 }
 343
 344 static int get_next_seq_offset(struct thread_data *td, struct fio_file *f,
 345                                enum fio_ddir ddir, uint64_t *offset)
 346 {
 347         struct thread_options *o = &td->o;
 348
 349         assert(ddir_rw(ddir));
 350
 351         if (f->last_pos[ddir] >= f->io_size + get_start_offset(td, f) &&
 352             o->time_based) {
 353                 struct thread_options *o = &td->o;
 354                 uint64_t io_size = f->io_size + (f->io_size % o->min_bs[ddir]);
 355
 356                 if (io_size > f->last_pos[ddir])
 357                         f->last_pos[ddir] = 0;
 358                 else
 359                         f->last_pos[ddir] = f->last_pos[ddir] - io_size;
 360         }
 361
 362         if (f->last_pos[ddir] < f->real_file_size) {
 363                 uint64_t pos;
 364
 365                 if (f->last_pos[ddir] == f->file_offset && o->ddir_seq_add < 0) {
 366                         if (f->real_file_size > f->io_size)
 367                                 f->last_pos[ddir] = f->io_size;
 368                         else
 369                                 f->last_pos[ddir] = f->real_file_size;
 370                 }
 371
 372                 pos = f->last_pos[ddir] - f->file_offset;
 373                 if (pos && o->ddir_seq_add) {
 374                         pos += o->ddir_seq_add;
 375
 376                         /*
 377                          * If we reach beyond the end of the file
 378                          * with holed IO, wrap around to the
 379                          * beginning again. If we're doing backwards IO,
 380                          * wrap to the end.
 381                          */
 382                         if (pos >= f->real_file_size) {
 383                                 if (o->ddir_seq_add > 0)
 384                                         pos = f->file_offset;
 385                                 else {
 386                                         if (f->real_file_size > f->io_size)
 387                                                 pos = f->io_size;
 388                                         else
 389                                                 pos = f->real_file_size;
 390
 391                                         pos += o->ddir_seq_add;
 392                                 }
 393                         }
 394                 }
 395
 396                 *offset = pos;
 397                 return 0;
 398         }
 399
 400         return 1;
 401 }
 402
 403 static int get_next_block(struct thread_data *td, struct io_u *io_u,
 404                           enum fio_ddir ddir, int rw_seq,
 405                           unsigned int *is_random)
 406 {
 407         struct fio_file *f = io_u->file;
 408         uint64_t b, offset;
 409         int ret;
 410
 411         assert(ddir_rw(ddir));
 412
 413         b = offset = -1ULL;
 414
 415         if (rw_seq) {
 416                 if (td_random(td)) {
 417                         if (should_do_random(td, ddir)) {
 418                                 ret = get_next_rand_block(td, f, ddir, &b);
 419                                 *is_random = 1;
 420                         } else {
 421                                 *is_random = 0;
 422                                 io_u_set(td, io_u, IO_U_F_BUSY_OK);
 423                                 ret = get_next_seq_offset(td, f, ddir, &offset);
 424                                 if (ret)
 425                                         ret = get_next_rand_block(td, f, ddir, &b);
 426                         }
 427                 } else {
 428                         *is_random = 0;
 429                         ret = get_next_seq_offset(td, f, ddir, &offset);
 430                 }
 431         } else {
 432                 io_u_set(td, io_u, IO_U_F_BUSY_OK);
 433                 *is_random = 0;
 434
 435                 if (td->o.rw_seq == RW_SEQ_SEQ) {
 436                         ret = get_next_seq_offset(td, f, ddir, &offset);
 437                         if (ret) {
 438                                 ret = get_next_rand_block(td, f, ddir, &b);
 439                                 *is_random = 0;
 440                         }
 441                 } else if (td->o.rw_seq == RW_SEQ_IDENT) {
 442                         if (f->last_start[ddir] != -1ULL)
 443                                 offset = f->last_start[ddir] - f->file_offset;
 444                         else
 445                                 offset = 0;
 446                         ret = 0;
 447                 } else {
 448                         log_err("fio: unknown rw_seq=%d\n", td->o.rw_seq);
 449                         ret = 1;
 450                 }
 451         }
 452
 453         if (!ret) {
 454                 if (offset != -1ULL)
 455                         io_u->offset = offset;
 456                 else if (b != -1ULL)
 457                         io_u->offset = b * td->o.ba[ddir];
 458                 else {
 459                         log_err("fio: bug in offset generation: offset=%llu, b=%llu\n", (unsigned long long) offset, (unsigned long long) b);
 460                         ret = 1;
 461                 }
 462         }
 463
 464         return ret;
 465 }
 466
 467 /*
 468  * For random io, generate a random new block and see if it's used. Repeat
 469  * until we find a free one. For sequential io, just return the end of
 470  * the last io issued.
 471  */
 472 static int __get_next_offset(struct thread_data *td, struct io_u *io_u,
 473                              unsigned int *is_random)
 474 {
 475         struct fio_file *f = io_u->file;
 476         enum fio_ddir ddir = io_u->ddir;
 477         int rw_seq_hit = 0;
 478
 479         assert(ddir_rw(ddir));
 480
 481         if (td->o.ddir_seq_nr && !--td->ddir_seq_nr) {
 482                 rw_seq_hit = 1;
 483                 td->ddir_seq_nr = td->o.ddir_seq_nr;
 484         }
 485
 486         if (get_next_block(td, io_u, ddir, rw_seq_hit, is_random))
 487                 return 1;
 488
 489         if (io_u->offset >= f->io_size) {
 490                 dprint(FD_IO, "get_next_offset: offset %llu >= io_size %llu\n",
 491                                         (unsigned long long) io_u->offset,
 492                                         (unsigned long long) f->io_size);
 493                 return 1;
 494         }
 495
 496         io_u->offset += f->file_offset;
 497         if (io_u->offset >= f->real_file_size) {
 498                 dprint(FD_IO, "get_next_offset: offset %llu >= size %llu\n",
 499                                         (unsigned long long) io_u->offset,
 500                                         (unsigned long long) f->real_file_size);
 501                 return 1;
 502         }
 503
 504         return 0;
 505 }
 506
 507 static int get_next_offset(struct thread_data *td, struct io_u *io_u,
 508                            unsigned int *is_random)
 509 {
 510         if (td->flags & TD_F_PROFILE_OPS) {
 511                 struct prof_io_ops *ops = &td->prof_io_ops;
 512
 513                 if (ops->fill_io_u_off)
 514                         return ops->fill_io_u_off(td, io_u, is_random);
 515         }
 516
 517         return __get_next_offset(td, io_u, is_random);
 518 }
 519
 520 static inline bool io_u_fits(struct thread_data *td, struct io_u *io_u,
 521                              unsigned int buflen)
 522 {
 523         struct fio_file *f = io_u->file;
 524
 525         return io_u->offset + buflen <= f->io_size + get_start_offset(td, f);
 526 }
 527
 528 static unsigned int __get_next_buflen(struct thread_data *td, struct io_u *io_u,
 529                                       unsigned int is_random)
 530 {
 531         int ddir = io_u->ddir;
 532         unsigned int buflen = 0;
 533         unsigned int minbs, maxbs;
 534         uint64_t frand_max;
 535         unsigned long r;
 536
 537         assert(ddir_rw(ddir));
 538
 539         if (td->o.bs_is_seq_rand)
 540                 ddir = is_random ? DDIR_WRITE: DDIR_READ;
 541
 542         minbs = td->o.min_bs[ddir];
 543         maxbs = td->o.max_bs[ddir];
 544
 545         if (minbs == maxbs)
 546                 return minbs;
 547
 548         /*
 549          * If we can't satisfy the min block size from here, then fail
 550          */
 551         if (!io_u_fits(td, io_u, minbs))
 552                 return 0;
 553
 554         frand_max = rand_max(&td->bsrange_state);
 555         do {
 556                 r = __rand(&td->bsrange_state);
 557
 558                 if (!td->o.bssplit_nr[ddir]) {
 559                         buflen = 1 + (unsigned int) ((double) maxbs *
 560                                         (r / (frand_max + 1.0)));
 561                         if (buflen < minbs)
 562                                 buflen = minbs;
 563                 } else {
 564                         long perc = 0;
 565                         unsigned int i;
 566
 567                         for (i = 0; i < td->o.bssplit_nr[ddir]; i++) {
 568                                 struct bssplit *bsp = &td->o.bssplit[ddir][i];
 569
 570                                 buflen = bsp->bs;
 571                                 perc += bsp->perc;
 572                                 if ((r * 100UL <= frand_max * perc) &&
 573                                     io_u_fits(td, io_u, buflen))
 574                                         break;
 575                         }
 576                 }
 577
 578                 if (td->o.verify != VERIFY_NONE)
 579                         buflen = (buflen + td->o.verify_interval - 1) &
 580                                 ~(td->o.verify_interval - 1);
 581
 582                 if (!td->o.bs_unaligned && is_power_of_2(minbs))
 583                         buflen &= ~(minbs - 1);
 584
 585         } while (!io_u_fits(td, io_u, buflen));
 586
 587         return buflen;
 588 }
 589
 590 static unsigned int get_next_buflen(struct thread_data *td, struct io_u *io_u,
 591                                     unsigned int is_random)
 592 {
 593         if (td->flags & TD_F_PROFILE_OPS) {
 594                 struct prof_io_ops *ops = &td->prof_io_ops;
 595
 596                 if (ops->fill_io_u_size)
 597                         return ops->fill_io_u_size(td, io_u, is_random);
 598         }
 599
 600         return __get_next_buflen(td, io_u, is_random);
 601 }
 602
 603 static void set_rwmix_bytes(struct thread_data *td)
 604 {
 605         unsigned int diff;
 606
 607         /*
 608          * we do time or byte based switch. this is needed because
 609          * buffered writes may issue a lot quicker than they complete,
 610          * whereas reads do not.
 611          */
 612         diff = td->o.rwmix[td->rwmix_ddir ^ 1];
 613         td->rwmix_issues = (td->io_issues[td->rwmix_ddir] * diff) / 100;
 614 }
 615
 616 static inline enum fio_ddir get_rand_ddir(struct thread_data *td)
 617 {
 618         unsigned int v;
 619
 620         v = rand32_between(&td->rwmix_state, 1, 100);
 621
 622         if (v <= td->o.rwmix[DDIR_READ])
 623                 return DDIR_READ;
 624
 625         return DDIR_WRITE;
 626 }
 627
 628 int io_u_quiesce(struct thread_data *td)
 629 {
 630         int completed = 0;
 631
 632         /*
 633          * We are going to sleep, ensure that we flush anything pending as
 634          * not to skew our latency numbers.
 635          *
 636          * Changed to only monitor 'in flight' requests here instead of the
 637          * td->cur_depth, b/c td->cur_depth does not accurately represent
 638          * io's that have been actually submitted to an async engine,
 639          * and cur_depth is meaningless for sync engines.
 640          */
 641         if (td->io_u_queued || td->cur_depth) {
 642                 int fio_unused ret;
 643
 644                 ret = td_io_commit(td);
 645         }
 646
 647         while (td->io_u_in_flight) {
 648                 int fio_unused ret;
 649
 650                 ret = io_u_queued_complete(td, 1);
 651                 if (ret > 0)
 652                         completed += ret;
 653         }
 654
 655         return completed;
 656 }
 657
 658 static enum fio_ddir rate_ddir(struct thread_data *td, enum fio_ddir ddir)
 659 {
 660         enum fio_ddir odir = ddir ^ 1;
 661         long usec, now;
 662
 663         assert(ddir_rw(ddir));
 664         now = utime_since_now(&td->start);
 665
 666         /*
 667          * if rate_next_io_time is in the past, need to catch up to rate
 668          */
 669         if (td->rate_next_io_time[ddir] <= now)
 670                 return ddir;
 671
 672         /*
 673          * We are ahead of rate in this direction. See if we
 674          * should switch.
 675          */
 676         if (td_rw(td) && td->o.rwmix[odir]) {
 677                 /*
 678                  * Other direction is behind rate, switch
 679                  */
 680                 if (td->rate_next_io_time[odir] <= now)
 681                         return odir;
 682
 683                 /*
 684                  * Both directions are ahead of rate. sleep the min
 685                  * switch if necissary
 686                  */
 687                 if (td->rate_next_io_time[ddir] <=
 688                         td->rate_next_io_time[odir]) {
 689                         usec = td->rate_next_io_time[ddir] - now;
 690                 } else {
 691                         usec = td->rate_next_io_time[odir] - now;
 692                         ddir = odir;
 693                 }
 694         } else
 695                 usec = td->rate_next_io_time[ddir] - now;
 696
 697         if (td->o.io_submit_mode == IO_MODE_INLINE)
 698                 io_u_quiesce(td);
 699
 700         usec = usec_sleep(td, usec);
 701
 702         return ddir;
 703 }
 704
 705 /*
 706  * Return the data direction for the next io_u. If the job is a
 707  * mixed read/write workload, check the rwmix cycle and switch if
 708  * necessary.
 709  */
 710 static enum fio_ddir get_rw_ddir(struct thread_data *td)
 711 {
 712         enum fio_ddir ddir;
 713
 714         /*
 715          * see if it's time to fsync
 716          */
 717         if (td->o.fsync_blocks &&
 718            !(td->io_issues[DDIR_WRITE] % td->o.fsync_blocks) &&
 719              td->io_issues[DDIR_WRITE] && should_fsync(td))
 720                 return DDIR_SYNC;
 721
 722         /*
 723          * see if it's time to fdatasync
 724          */
 725         if (td->o.fdatasync_blocks &&
 726            !(td->io_issues[DDIR_WRITE] % td->o.fdatasync_blocks) &&
 727              td->io_issues[DDIR_WRITE] && should_fsync(td))
 728                 return DDIR_DATASYNC;
 729
 730         /*
 731          * see if it's time to sync_file_range
 732          */
 733         if (td->sync_file_range_nr &&
 734            !(td->io_issues[DDIR_WRITE] % td->sync_file_range_nr) &&
 735              td->io_issues[DDIR_WRITE] && should_fsync(td))
 736                 return DDIR_SYNC_FILE_RANGE;
 737
 738         if (td_rw(td)) {
 739                 /*
 740                  * Check if it's time to seed a new data direction.
 741                  */
 742                 if (td->io_issues[td->rwmix_ddir] >= td->rwmix_issues) {
 743                         /*
 744                          * Put a top limit on how many bytes we do for
 745                          * one data direction, to avoid overflowing the
 746                          * ranges too much
 747                          */
 748                         ddir = get_rand_ddir(td);
 749
 750                         if (ddir != td->rwmix_ddir)
 751                                 set_rwmix_bytes(td);
 752
 753                         td->rwmix_ddir = ddir;
 754                 }
 755                 ddir = td->rwmix_ddir;
 756         } else if (td_read(td))
 757                 ddir = DDIR_READ;
 758         else if (td_write(td))
 759                 ddir = DDIR_WRITE;
 760         else
 761                 ddir = DDIR_TRIM;
 762
 763         td->rwmix_ddir = rate_ddir(td, ddir);
 764         return td->rwmix_ddir;
 765 }
 766
 767 static void set_rw_ddir(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
 768 {
 769         enum fio_ddir ddir = get_rw_ddir(td);
 770
 771         if (td_trimwrite(td)) {
 772                 struct fio_file *f = io_u->file;
 773                 if (f->last_pos[DDIR_WRITE] == f->last_pos[DDIR_TRIM])
 774                         ddir = DDIR_TRIM;
 775                 else
 776                         ddir = DDIR_WRITE;
 777         }
 778
 779         io_u->ddir = io_u->acct_ddir = ddir;
 780
 781         if (io_u->ddir == DDIR_WRITE && td_ioengine_flagged(td, FIO_BARRIER) &&
 782             td->o.barrier_blocks &&
 783            !(td->io_issues[DDIR_WRITE] % td->o.barrier_blocks) &&
 784              td->io_issues[DDIR_WRITE])
 785                 io_u_set(td, io_u, IO_U_F_BARRIER);
 786 }
 787
 788 void put_file_log(struct thread_data *td, struct fio_file *f)
 789 {
 790         unsigned int ret = put_file(td, f);
 791
 792         if (ret)
 793                 td_verror(td, ret, "file close");
 794 }
 795
 796 void put_io_u(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
 797 {
 798         if (td->parent)
 799                 td = td->parent;
 800
 801         td_io_u_lock(td);
 802
 803         if (io_u->file && !(io_u->flags & IO_U_F_NO_FILE_PUT))
 804                 put_file_log(td, io_u->file);
 805
 806         io_u->file = NULL;
 807         io_u_set(td, io_u, IO_U_F_FREE);
 808
 809         if (io_u->flags & IO_U_F_IN_CUR_DEPTH) {
 810                 td->cur_depth--;
 811                 assert(!(td->flags & TD_F_CHILD));
 812         }
 813         io_u_qpush(&td->io_u_freelist, io_u);
 814         td_io_u_unlock(td);
 815         td_io_u_free_notify(td);
 816 }
 817
 818 void clear_io_u(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
 819 {
 820         io_u_clear(td, io_u, IO_U_F_FLIGHT);
 821         put_io_u(td, io_u);
 822 }
 823
 824 void requeue_io_u(struct thread_data *td, struct io_u **io_u)
 825 {
 826         struct io_u *__io_u = *io_u;
 827         enum fio_ddir ddir = acct_ddir(__io_u);
 828
 829         dprint(FD_IO, "requeue %p\n", __io_u);
 830
 831         if (td->parent)
 832                 td = td->parent;
 833
 834         td_io_u_lock(td);
 835
 836         io_u_set(td, __io_u, IO_U_F_FREE);
 837         if ((__io_u->flags & IO_U_F_FLIGHT) && ddir_rw(ddir))
 838                 td->io_issues[ddir]--;
 839
 840         io_u_clear(td, __io_u, IO_U_F_FLIGHT);
 841         if (__io_u->flags & IO_U_F_IN_CUR_DEPTH) {
 842                 td->cur_depth--;
 843                 assert(!(td->flags & TD_F_CHILD));
 844         }
 845
 846         io_u_rpush(&td->io_u_requeues, __io_u);
 847         td_io_u_unlock(td);
 848         td_io_u_free_notify(td);
 849         *io_u = NULL;
 850 }
 851
 852 static int fill_io_u(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
 853 {
 854         unsigned int is_random;
 855
 856         if (td_ioengine_flagged(td, FIO_NOIO))
 857                 goto out;
 858
 859         set_rw_ddir(td, io_u);
 860
 861         /*
 862          * fsync() or fdatasync() or trim etc, we are done
 863          */
 864         if (!ddir_rw(io_u->ddir))
 865                 goto out;
 866
 867         /*
 868          * See if it's time to switch to a new zone
 869          */
 870         if (td->zone_bytes >= td->o.zone_size && td->o.zone_skip) {
 871                 struct fio_file *f = io_u->file;
 872
 873                 td->zone_bytes = 0;
 874                 f->file_offset += td->o.zone_range + td->o.zone_skip;
 875
 876                 /*
 877                  * Wrap from the beginning, if we exceed the file size
 878                  */
 879                 if (f->file_offset >= f->real_file_size)
 880                         f->file_offset = f->real_file_size - f->file_offset;
 881                 f->last_pos[io_u->ddir] = f->file_offset;
 882                 td->io_skip_bytes += td->o.zone_skip;
 883         }
 884
 885         /*
 886          * No log, let the seq/rand engine retrieve the next buflen and
 887          * position.
 888          */
 889         if (get_next_offset(td, io_u, &is_random)) {
 890                 dprint(FD_IO, "io_u %p, failed getting offset\n", io_u);
 891                 return 1;
 892         }
 893
 894         io_u->buflen = get_next_buflen(td, io_u, is_random);
 895         if (!io_u->buflen) {
 896                 dprint(FD_IO, "io_u %p, failed getting buflen\n", io_u);
 897                 return 1;
 898         }
 899
 900         if (io_u->offset + io_u->buflen > io_u->file->real_file_size) {
 901                 dprint(FD_IO, "io_u %p, offset too large\n", io_u);
 902                 dprint(FD_IO, "  off=%llu/%lu > %llu\n",
 903                         (unsigned long long) io_u->offset, io_u->buflen,
 904                         (unsigned long long) io_u->file->real_file_size);
 905                 return 1;
 906         }
 907
 908         /*
 909          * mark entry before potentially trimming io_u
 910          */
 911         if (td_random(td) && file_randommap(td, io_u->file))
 912                 mark_random_map(td, io_u);
 913
 914 out:
 915         dprint_io_u(io_u, "fill_io_u");
 916         td->zone_bytes += io_u->buflen;
 917         return 0;
 918 }
 919
 920 static void __io_u_mark_map(unsigned int *map, unsigned int nr)
 921 {
 922         int idx = 0;
 923
 924         switch (nr) {
 925         default:
 926                 idx = 6;
 927                 break;
 928         case 33 ... 64:
 929                 idx = 5;
 930                 break;
 931         case 17 ... 32:
 932                 idx = 4;
 933                 break;
 934         case 9 ... 16:
 935                 idx = 3;
 936                 break;
 937         case 5 ... 8:
 938                 idx = 2;
 939                 break;
 940         case 1 ... 4:
 941                 idx = 1;
 942         case 0:
 943                 break;
 944         }
 945
 946         map[idx]++;
 947 }
 948
 949 void io_u_mark_submit(struct thread_data *td, unsigned int nr)
 950 {
 951         __io_u_mark_map(td->ts.io_u_submit, nr);
 952         td->ts.total_submit++;
 953 }
 954
 955 void io_u_mark_complete(struct thread_data *td, unsigned int nr)
 956 {
 957         __io_u_mark_map(td->ts.io_u_complete, nr);
 958         td->ts.total_complete++;
 959 }
 960
 961 void io_u_mark_depth(struct thread_data *td, unsigned int nr)
 962 {
 963         int idx = 0;
 964
 965         switch (td->cur_depth) {
 966         default:
 967                 idx = 6;
 968                 break;
 969         case 32 ... 63:
 970                 idx = 5;
 971                 break;
 972         case 16 ... 31:
 973                 idx = 4;
 974                 break;
 975         case 8 ... 15:
 976                 idx = 3;
 977                 break;
 978         case 4 ... 7:
 979                 idx = 2;
 980                 break;
 981         case 2 ... 3:
 982                 idx = 1;
 983         case 1:
 984                 break;
 985         }
 986
 987         td->ts.io_u_map[idx] += nr;
 988 }
 989
 990 static void io_u_mark_lat_usec(struct thread_data *td, unsigned long usec)
 991 {
 992         int idx = 0;
 993
 994         assert(usec < 1000);
 995
 996         switch (usec) {
 997         case 750 ... 999:
 998                 idx = 9;
 999                 break;
1000         case 500 ... 749:
1001                 idx = 8;
1002                 break;
1003         case 250 ... 499:
1004                 idx = 7;
1005                 break;
1006         case 100 ... 249:
1007                 idx = 6;
1008                 break;
1009         case 50 ... 99:
1010                 idx = 5;
1011                 break;
1012         case 20 ... 49:
1013                 idx = 4;
1014                 break;
1015         case 10 ... 19:
1016                 idx = 3;
1017                 break;
1018         case 4 ... 9:
1019                 idx = 2;
1020                 break;
1021         case 2 ... 3:
1022                 idx = 1;
1023         case 0 ... 1:
1024                 break;
1025         }
1026
1027         assert(idx < FIO_IO_U_LAT_U_NR);
1028         td->ts.io_u_lat_u[idx]++;
1029 }
1030
1031 static void io_u_mark_lat_msec(struct thread_data *td, unsigned long msec)
1032 {
1033         int idx = 0;
1034
1035         switch (msec) {
1036         default:
1037                 idx = 11;
1038                 break;
1039         case 1000 ... 1999:
1040                 idx = 10;
1041                 break;
1042         case 750 ... 999:
1043                 idx = 9;
1044                 break;
1045         case 500 ... 749:
1046                 idx = 8;
1047                 break;
1048         case 250 ... 499:
1049                 idx = 7;
1050                 break;
1051         case 100 ... 249:
1052                 idx = 6;
1053                 break;
1054         case 50 ... 99:
1055                 idx = 5;
1056                 break;
1057         case 20 ... 49:
1058                 idx = 4;
1059                 break;
1060         case 10 ... 19:
1061                 idx = 3;
1062                 break;
1063         case 4 ... 9:
1064                 idx = 2;
1065                 break;
1066         case 2 ... 3:
1067                 idx = 1;
1068         case 0 ... 1:
1069                 break;
1070         }
1071
1072         assert(idx < FIO_IO_U_LAT_M_NR);
1073         td->ts.io_u_lat_m[idx]++;
1074 }
1075
1076 static void io_u_mark_latency(struct thread_data *td, unsigned long usec)
1077 {
1078         if (usec < 1000)
1079                 io_u_mark_lat_usec(td, usec);
1080         else
1081                 io_u_mark_lat_msec(td, usec / 1000);
1082 }
1083
1084 static unsigned int __get_next_fileno_rand(struct thread_data *td)
1085 {
1086         unsigned long fileno;
1087
1088         if (td->o.file_service_type == FIO_FSERVICE_RANDOM) {
1089                 uint64_t frand_max = rand_max(&td->next_file_state);
1090                 unsigned long r;
1091
1092                 r = __rand(&td->next_file_state);
1093                 return (unsigned int) ((double) td->o.nr_files
1094                                 * (r / (frand_max + 1.0)));
1095         }
1096
1097         if (td->o.file_service_type == FIO_FSERVICE_ZIPF)
1098                 fileno = zipf_next(&td->next_file_zipf);
1099         else if (td->o.file_service_type == FIO_FSERVICE_PARETO)
1100                 fileno = pareto_next(&td->next_file_zipf);
1101         else if (td->o.file_service_type == FIO_FSERVICE_GAUSS)
1102                 fileno = gauss_next(&td->next_file_gauss);
1103         else {
1104                 log_err("fio: bad file service type: %d\n", td->o.file_service_type);
1105                 assert(0);
1106                 return 0;
1107         }
1108
1109         return fileno >> FIO_FSERVICE_SHIFT;
1110 }
1111
1112 /*
1113  * Get next file to service by choosing one at random
1114  */
1115 static struct fio_file *get_next_file_rand(struct thread_data *td,
1116                                            enum fio_file_flags goodf,
1117                                            enum fio_file_flags badf)
1118 {
1119         struct fio_file *f;
1120         int fno;
1121
1122         do {
1123                 int opened = 0;
1124
1125                 fno = __get_next_fileno_rand(td);
1126
1127                 f = td->files[fno];
1128                 if (fio_file_done(f))
1129                         continue;
1130
1131                 if (!fio_file_open(f)) {
1132                         int err;
1133
1134                         if (td->nr_open_files >= td->o.open_files)
1135                                 return ERR_PTR(-EBUSY);
1136
1137                         err = td_io_open_file(td, f);
1138                         if (err)
1139                                 continue;
1140                         opened = 1;
1141                 }
1142
1143                 if ((!goodf || (f->flags & goodf)) && !(f->flags & badf)) {
1144                         dprint(FD_FILE, "get_next_file_rand: %p\n", f);
1145                         return f;
1146                 }
1147                 if (opened)
1148                         td_io_close_file(td, f);
1149         } while (1);
1150 }
1151
1152 /*
1153  * Get next file to service by doing round robin between all available ones
1154  */
1155 static struct fio_file *get_next_file_rr(struct thread_data *td, int goodf,
1156                                          int badf)
1157 {
1158         unsigned int old_next_file = td->next_file;
1159         struct fio_file *f;
1160
1161         do {
1162                 int opened = 0;
1163
1164                 f = td->files[td->next_file];
1165
1166                 td->next_file++;
1167                 if (td->next_file >= td->o.nr_files)
1168                         td->next_file = 0;
1169
1170                 dprint(FD_FILE, "trying file %s %x\n", f->file_name, f->flags);
1171                 if (fio_file_done(f)) {
1172                         f = NULL;
1173                         continue;
1174                 }
1175
1176                 if (!fio_file_open(f)) {
1177                         int err;
1178
1179                         if (td->nr_open_files >= td->o.open_files)
1180                                 return ERR_PTR(-EBUSY);
1181
1182                         err = td_io_open_file(td, f);
1183                         if (err) {
1184                                 dprint(FD_FILE, "error %d on open of %s\n",
1185                                         err, f->file_name);
1186                                 f = NULL;
1187                                 continue;
1188                         }
1189                         opened = 1;
1190                 }
1191
1192                 dprint(FD_FILE, "goodf=%x, badf=%x, ff=%x\n", goodf, badf,
1193                                                                 f->flags);
1194                 if ((!goodf || (f->flags & goodf)) && !(f->flags & badf))
1195                         break;
1196
1197                 if (opened)
1198                         td_io_close_file(td, f);
1199
1200                 f = NULL;
1201         } while (td->next_file != old_next_file);
1202
1203         dprint(FD_FILE, "get_next_file_rr: %p\n", f);
1204         return f;
1205 }
1206
1207 static struct fio_file *__get_next_file(struct thread_data *td)
1208 {
1209         struct fio_file *f;
1210
1211         assert(td->o.nr_files <= td->files_index);
1212
1213         if (td->nr_done_files >= td->o.nr_files) {
1214                 dprint(FD_FILE, "get_next_file: nr_open=%d, nr_done=%d,"
1215                                 " nr_files=%d\n", td->nr_open_files,
1216                                                   td->nr_done_files,
1217                                                   td->o.nr_files);
1218                 return NULL;
1219         }
1220
1221         f = td->file_service_file;
1222         if (f && fio_file_open(f) && !fio_file_closing(f)) {
1223                 if (td->o.file_service_type == FIO_FSERVICE_SEQ)
1224                         goto out;
1225                 if (td->file_service_left--)
1226                         goto out;
1227         }
1228
1229         if (td->o.file_service_type == FIO_FSERVICE_RR ||
1230             td->o.file_service_type == FIO_FSERVICE_SEQ)
1231                 f = get_next_file_rr(td, FIO_FILE_open, FIO_FILE_closing);
1232         else
1233                 f = get_next_file_rand(td, FIO_FILE_open, FIO_FILE_closing);
1234
1235         if (IS_ERR(f))
1236                 return f;
1237
1238         td->file_service_file = f;
1239         td->file_service_left = td->file_service_nr - 1;
1240 out:
1241         if (f)
1242                 dprint(FD_FILE, "get_next_file: %p [%s]\n", f, f->file_name);
1243         else
1244                 dprint(FD_FILE, "get_next_file: NULL\n");
1245         return f;
1246 }
1247
1248 static struct fio_file *get_next_file(struct thread_data *td)
1249 {
1250         if (td->flags & TD_F_PROFILE_OPS) {
1251                 struct prof_io_ops *ops = &td->prof_io_ops;
1252
1253                 if (ops->get_next_file)
1254                         return ops->get_next_file(td);
1255         }
1256
1257         return __get_next_file(td);
1258 }
1259
1260 static long set_io_u_file(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
1261 {
1262         struct fio_file *f;
1263
1264         do {
1265                 f = get_next_file(td);
1266                 if (IS_ERR_OR_NULL(f))
1267                         return PTR_ERR(f);
1268
1269                 io_u->file = f;
1270                 get_file(f);
1271
1272                 if (!fill_io_u(td, io_u))
1273                         break;
1274
1275                 put_file_log(td, f);
1276                 td_io_close_file(td, f);
1277                 io_u->file = NULL;
1278                 if (td->o.file_service_type & __FIO_FSERVICE_NONUNIFORM)
1279                         fio_file_reset(td, f);
1280                 else {
1281                         fio_file_set_done(f);
1282                         td->nr_done_files++;
1283                         dprint(FD_FILE, "%s: is done (%d of %d)\n", f->file_name,
1284                                         td->nr_done_files, td->o.nr_files);
1285                 }
1286         } while (1);
1287
1288         return 0;
1289 }
1290
1291 static void lat_fatal(struct thread_data *td, struct io_completion_data *icd,
1292                       unsigned long tusec, unsigned long max_usec)
1293 {
1294         if (!td->error)
1295                 log_err("fio: latency of %lu usec exceeds specified max (%lu usec)\n", tusec, max_usec);
1296         td_verror(td, ETIMEDOUT, "max latency exceeded");
1297         icd->error = ETIMEDOUT;
1298 }
1299
1300 static void lat_new_cycle(struct thread_data *td)
1301 {
1302         fio_gettime(&td->latency_ts, NULL);
1303         td->latency_ios = ddir_rw_sum(td->io_blocks);
1304         td->latency_failed = 0;
1305 }
1306
1307 /*
1308  * We had an IO outside the latency target. Reduce the queue depth. If we
1309  * are at QD=1, then it's time to give up.
1310  */
1311 static bool __lat_target_failed(struct thread_data *td)
1312 {
1313         if (td->latency_qd == 1)
1314                 return true;
1315
1316         td->latency_qd_high = td->latency_qd;
1317
1318         if (td->latency_qd == td->latency_qd_low)
1319                 td->latency_qd_low--;
1320
1321         td->latency_qd = (td->latency_qd + td->latency_qd_low) / 2;
1322
1323         dprint(FD_RATE, "Ramped down: %d %d %d\n", td->latency_qd_low, td->latency_qd, td->latency_qd_high);
1324
1325         /*
1326          * When we ramp QD down, quiesce existing IO to prevent
1327          * a storm of ramp downs due to pending higher depth.
1328          */
1329         io_u_quiesce(td);
1330         lat_new_cycle(td);
1331         return false;
1332 }
1333
1334 static bool lat_target_failed(struct thread_data *td)
1335 {
1336         if (td->o.latency_percentile.u.f == 100.0)
1337                 return __lat_target_failed(td);
1338
1339         td->latency_failed++;
1340         return false;
1341 }
1342
1343 void lat_target_init(struct thread_data *td)
1344 {
1345         td->latency_end_run = 0;
1346
1347         if (td->o.latency_target) {
1348                 dprint(FD_RATE, "Latency target=%llu\n", td->o.latency_target);
1349                 fio_gettime(&td->latency_ts, NULL);
1350                 td->latency_qd = 1;
1351                 td->latency_qd_high = td->o.iodepth;
1352                 td->latency_qd_low = 1;
1353                 td->latency_ios = ddir_rw_sum(td->io_blocks);
1354         } else
1355                 td->latency_qd = td->o.iodepth;
1356 }
1357
1358 void lat_target_reset(struct thread_data *td)
1359 {
1360         if (!td->latency_end_run)
1361                 lat_target_init(td);
1362 }
1363
1364 static void lat_target_success(struct thread_data *td)
1365 {
1366         const unsigned int qd = td->latency_qd;
1367         struct thread_options *o = &td->o;
1368
1369         td->latency_qd_low = td->latency_qd;
1370
1371         /*
1372          * If we haven't failed yet, we double up to a failing value instead
1373          * of bisecting from highest possible queue depth. If we have set
1374          * a limit other than td->o.iodepth, bisect between that.
1375          */
1376         if (td->latency_qd_high != o->iodepth)
1377                 td->latency_qd = (td->latency_qd + td->latency_qd_high) / 2;
1378         else
1379                 td->latency_qd *= 2;
1380
1381         if (td->latency_qd > o->iodepth)
1382                 td->latency_qd = o->iodepth;
1383
1384         dprint(FD_RATE, "Ramped up: %d %d %d\n", td->latency_qd_low, td->latency_qd, td->latency_qd_high);
1385
1386         /*
1387          * Same as last one, we are done. Let it run a latency cycle, so
1388          * we get only the results from the targeted depth.
1389          */
1390         if (td->latency_qd == qd) {
1391                 if (td->latency_end_run) {
1392                         dprint(FD_RATE, "We are done\n");
1393                         td->done = 1;
1394                 } else {
1395                         dprint(FD_RATE, "Quiesce and final run\n");
1396                         io_u_quiesce(td);
1397                         td->latency_end_run = 1;
1398                         reset_all_stats(td);
1399                         reset_io_stats(td);
1400                 }
1401         }
1402
1403         lat_new_cycle(td);
1404 }
1405
1406 /*
1407  * Check if we can bump the queue depth
1408  */
1409 void lat_target_check(struct thread_data *td)
1410 {
1411         uint64_t usec_window;
1412         uint64_t ios;
1413         double success_ios;
1414
1415         usec_window = utime_since_now(&td->latency_ts);
1416         if (usec_window < td->o.latency_window)
1417                 return;
1418
1419         ios = ddir_rw_sum(td->io_blocks) - td->latency_ios;
1420         success_ios = (double) (ios - td->latency_failed) / (double) ios;
1421         success_ios *= 100.0;
1422
1423         dprint(FD_RATE, "Success rate: %.2f%% (target %.2f%%)\n", success_ios, td->o.latency_percentile.u.f);
1424
1425         if (success_ios >= td->o.latency_percentile.u.f)
1426                 lat_target_success(td);
1427         else
1428                 __lat_target_failed(td);
1429 }
1430
1431 /*
1432  * If latency target is enabled, we might be ramping up or down and not
1433  * using the full queue depth available.
1434  */
1435 bool queue_full(const struct thread_data *td)
1436 {
1437         const int qempty = io_u_qempty(&td->io_u_freelist);
1438
1439         if (qempty)
1440                 return true;
1441         if (!td->o.latency_target)
1442                 return false;
1443
1444         return td->cur_depth >= td->latency_qd;
1445 }
1446
1447 struct io_u *__get_io_u(struct thread_data *td)
1448 {
1449         struct io_u *io_u = NULL;
1450
1451         if (td->stop_io)
1452                 return NULL;
1453
1454         td_io_u_lock(td);
1455
1456 again:
1457         if (!io_u_rempty(&td->io_u_requeues))
1458                 io_u = io_u_rpop(&td->io_u_requeues);
1459         else if (!queue_full(td)) {
1460                 io_u = io_u_qpop(&td->io_u_freelist);
1461
1462                 io_u->file = NULL;
1463                 io_u->buflen = 0;
1464                 io_u->resid = 0;
1465                 io_u->end_io = NULL;
1466         }
1467
1468         if (io_u) {
1469                 assert(io_u->flags & IO_U_F_FREE);
1470                 io_u_clear(td, io_u, IO_U_F_FREE | IO_U_F_NO_FILE_PUT |
1471                                  IO_U_F_TRIMMED | IO_U_F_BARRIER |
1472                                  IO_U_F_VER_LIST);
1473
1474                 io_u->error = 0;
1475                 io_u->acct_ddir = -1;
1476                 td->cur_depth++;
1477                 assert(!(td->flags & TD_F_CHILD));
1478                 io_u_set(td, io_u, IO_U_F_IN_CUR_DEPTH);
1479                 io_u->ipo = NULL;
1480         } else if (td_async_processing(td)) {
1481                 /*
1482                  * We ran out, wait for async verify threads to finish and
1483                  * return one
1484                  */
1485                 assert(!(td->flags & TD_F_CHILD));
1486                 assert(!pthread_cond_wait(&td->free_cond, &td->io_u_lock));
1487                 goto again;
1488         }
1489
1490         td_io_u_unlock(td);
1491         return io_u;
1492 }
1493
1494 static bool check_get_trim(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
1495 {
1496         if (!(td->flags & TD_F_TRIM_BACKLOG))
1497                 return false;
1498
1499         if (td->trim_entries) {
1500                 int get_trim = 0;
1501
1502                 if (td->trim_batch) {
1503                         td->trim_batch--;
1504                         get_trim = 1;
1505                 } else if (!(td->io_hist_len % td->o.trim_backlog) &&
1506                          td->last_ddir != DDIR_READ) {
1507                         td->trim_batch = td->o.trim_batch;
1508                         if (!td->trim_batch)
1509                                 td->trim_batch = td->o.trim_backlog;
1510                         get_trim = 1;
1511                 }
1512
1513                 if (get_trim && get_next_trim(td, io_u))
1514                         return true;
1515         }
1516
1517         return false;
1518 }
1519
1520 static bool check_get_verify(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
1521 {
1522         if (!(td->flags & TD_F_VER_BACKLOG))
1523                 return false;
1524
1525         if (td->io_hist_len) {
1526                 int get_verify = 0;
1527
1528                 if (td->verify_batch)
1529                         get_verify = 1;
1530                 else if (!(td->io_hist_len % td->o.verify_backlog) &&
1531                          td->last_ddir != DDIR_READ) {
1532                         td->verify_batch = td->o.verify_batch;
1533                         if (!td->verify_batch)
1534                                 td->verify_batch = td->o.verify_backlog;
1535                         get_verify = 1;
1536                 }
1537
1538                 if (get_verify && !get_next_verify(td, io_u)) {
1539                         td->verify_batch--;
1540                         return true;
1541                 }
1542         }
1543
1544         return false;
1545 }
1546
1547 /*
1548  * Fill offset and start time into the buffer content, to prevent too
1549  * easy compressible data for simple de-dupe attempts. Do this for every
1550  * 512b block in the range, since that should be the smallest block size
1551  * we can expect from a device.
1552  */
1553 static void small_content_scramble(struct io_u *io_u)
1554 {
1555         unsigned int i, nr_blocks = io_u->buflen / 512;
1556         uint64_t boffset;
1557         unsigned int offset;
1558         void *p, *end;
1559
1560         if (!nr_blocks)
1561                 return;
1562
1563         p = io_u->xfer_buf;
1564         boffset = io_u->offset;
1565         io_u->buf_filled_len = 0;
1566
1567         for (i = 0; i < nr_blocks; i++) {
1568                 /*
1569                  * Fill the byte offset into a "random" start offset of
1570                  * the buffer, given by the product of the usec time
1571                  * and the actual offset.
1572                  */
1573                 offset = (io_u->start_time.tv_usec ^ boffset) & 511;
1574                 offset &= ~(sizeof(uint64_t) - 1);
1575                 if (offset >= 512 - sizeof(uint64_t))
1576                         offset -= sizeof(uint64_t);
1577                 memcpy(p + offset, &boffset, sizeof(boffset));
1578
1579                 end = p + 512 - sizeof(io_u->start_time);
1580                 memcpy(end, &io_u->start_time, sizeof(io_u->start_time));
1581                 p += 512;
1582                 boffset += 512;
1583         }
1584 }
1585
1586 /*
1587  * Return an io_u to be processed. Gets a buflen and offset, sets direction,
1588  * etc. The returned io_u is fully ready to be prepped and submitted.
1589  */
1590 struct io_u *get_io_u(struct thread_data *td)
1591 {
1592         struct fio_file *f;
1593         struct io_u *io_u;
1594         int do_scramble = 0;
1595         long ret = 0;
1596
1597         io_u = __get_io_u(td);
1598         if (!io_u) {
1599                 dprint(FD_IO, "__get_io_u failed\n");
1600                 return NULL;
1601         }
1602
1603         if (check_get_verify(td, io_u))
1604                 goto out;
1605         if (check_get_trim(td, io_u))
1606                 goto out;
1607
1608         /*
1609          * from a requeue, io_u already setup
1610          */
1611         if (io_u->file)
1612                 goto out;
1613
1614         /*
1615          * If using an iolog, grab next piece if any available.
1616          */
1617         if (td->flags & TD_F_READ_IOLOG) {
1618                 if (read_iolog_get(td, io_u))
1619                         goto err_put;
1620         } else if (set_io_u_file(td, io_u)) {
1621                 ret = -EBUSY;
1622                 dprint(FD_IO, "io_u %p, setting file failed\n", io_u);
1623                 goto err_put;
1624         }
1625
1626         f = io_u->file;
1627         if (!f) {
1628                 dprint(FD_IO, "io_u %p, setting file failed\n", io_u);
1629                 goto err_put;
1630         }
1631
1632         assert(fio_file_open(f));
1633
1634         if (ddir_rw(io_u->ddir)) {
1635                 if (!io_u->buflen && !td_ioengine_flagged(td, FIO_NOIO)) {
1636                         dprint(FD_IO, "get_io_u: zero buflen on %p\n", io_u);
1637                         goto err_put;
1638                 }
1639
1640                 f->last_start[io_u->ddir] = io_u->offset;
1641                 f->last_pos[io_u->ddir] = io_u->offset + io_u->buflen;
1642
1643                 if (io_u->ddir == DDIR_WRITE) {
1644                         if (td->flags & TD_F_REFILL_BUFFERS) {
1645                                 io_u_fill_buffer(td, io_u,
1646                                         td->o.min_bs[DDIR_WRITE],
1647                                         io_u->buflen);
1648                         } else if ((td->flags & TD_F_SCRAMBLE_BUFFERS) &&
1649                                    !(td->flags & TD_F_COMPRESS))
1650                                 do_scramble = 1;
1651                         if (td->flags & TD_F_VER_NONE) {
1652                                 populate_verify_io_u(td, io_u);
1653                                 do_scramble = 0;
1654                         }
1655                 } else if (io_u->ddir == DDIR_READ) {
1656                         /*
1657                          * Reset the buf_filled parameters so next time if the
1658                          * buffer is used for writes it is refilled.
1659                          */
1660                         io_u->buf_filled_len = 0;
1661                 }
1662         }
1663
1664         /*
1665          * Set io data pointers.
1666          */
1667         io_u->xfer_buf = io_u->buf;
1668         io_u->xfer_buflen = io_u->buflen;
1669
1670 out:
1671         assert(io_u->file);
1672         if (!td_io_prep(td, io_u)) {
1673                 if (!td->o.disable_lat)
1674                         fio_gettime(&io_u->start_time, NULL);
1675                 if (do_scramble)
1676                         small_content_scramble(io_u);
1677                 return io_u;
1678         }
1679 err_put:
1680         dprint(FD_IO, "get_io_u failed\n");
1681         put_io_u(td, io_u);
1682         return ERR_PTR(ret);
1683 }
1684
1685 static void __io_u_log_error(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
1686 {
1687         enum error_type_bit eb = td_error_type(io_u->ddir, io_u->error);
1688
1689         if (td_non_fatal_error(td, eb, io_u->error) && !td->o.error_dump)
1690                 return;
1691
1692         log_err("fio: io_u error%s%s: %s: %s offset=%llu, buflen=%lu\n",
1693                 io_u->file ? " on file " : "",
1694                 io_u->file ? io_u->file->file_name : "",
1695                 strerror(io_u->error),
1696                 io_ddir_name(io_u->ddir),
1697                 io_u->offset, io_u->xfer_buflen);
1698
1699         if (td->io_ops->errdetails) {
1700                 char *err = td->io_ops->errdetails(io_u);
1701
1702                 log_err("fio: %s\n", err);
1703                 free(err);
1704         }
1705
1706         if (!td->error)
1707                 td_verror(td, io_u->error, "io_u error");
1708 }
1709
1710 void io_u_log_error(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
1711 {
1712         __io_u_log_error(td, io_u);
1713         if (td->parent)
1714                 __io_u_log_error(td->parent, io_u);
1715 }
1716
1717 static inline bool gtod_reduce(struct thread_data *td)
1718 {
1719         return (td->o.disable_clat && td->o.disable_slat && td->o.disable_bw)
1720                         || td->o.gtod_reduce;
1721 }
1722
1723 static void account_io_completion(struct thread_data *td, struct io_u *io_u,
1724                                   struct io_completion_data *icd,
1725                                   const enum fio_ddir idx, unsigned int bytes)
1726 {
1727         const int no_reduce = !gtod_reduce(td);
1728         unsigned long lusec = 0;
1729
1730         if (td->parent)
1731                 td = td->parent;
1732
1733         if (no_reduce)
1734                 lusec = utime_since(&io_u->issue_time, &icd->time);
1735
1736         if (!td->o.disable_lat) {
1737                 unsigned long tusec;
1738
1739                 tusec = utime_since(&io_u->start_time, &icd->time);
1740                 add_lat_sample(td, idx, tusec, bytes, io_u->offset);
1741
1742                 if (td->flags & TD_F_PROFILE_OPS) {
1743                         struct prof_io_ops *ops = &td->prof_io_ops;
1744
1745                         if (ops->io_u_lat)
1746                                 icd->error = ops->io_u_lat(td, tusec);
1747                 }
1748
1749                 if (td->o.max_latency && tusec > td->o.max_latency)
1750                         lat_fatal(td, icd, tusec, td->o.max_latency);
1751                 if (td->o.latency_target && tusec > td->o.latency_target) {
1752                         if (lat_target_failed(td))
1753                                 lat_fatal(td, icd, tusec, td->o.latency_target);
1754                 }
1755         }
1756
1757         if (ddir_rw(idx)) {
1758                 if (!td->o.disable_clat) {
1759                         add_clat_sample(td, idx, lusec, bytes, io_u->offset);
1760                         io_u_mark_latency(td, lusec);
1761                 }
1762
1763                 if (!td->o.disable_bw && per_unit_log(td->bw_log))
1764                         add_bw_sample(td, io_u, bytes, lusec);
1765
1766                 if (no_reduce && per_unit_log(td->iops_log))
1767                         add_iops_sample(td, io_u, bytes);
1768         }
1769
1770         if (td->ts.nr_block_infos && io_u->ddir == DDIR_TRIM) {
1771                 uint32_t *info = io_u_block_info(td, io_u);
1772                 if (BLOCK_INFO_STATE(*info) < BLOCK_STATE_TRIM_FAILURE) {
1773                         if (io_u->ddir == DDIR_TRIM) {
1774                                 *info = BLOCK_INFO(BLOCK_STATE_TRIMMED,
1775                                                 BLOCK_INFO_TRIMS(*info) + 1);
1776                         } else if (io_u->ddir == DDIR_WRITE) {
1777                                 *info = BLOCK_INFO_SET_STATE(BLOCK_STATE_WRITTEN,
1778                                                                 *info);
1779                         }
1780                 }
1781         }
1782 }
1783
1784 static void file_log_write_comp(const struct thread_data *td, struct fio_file *f,
1785                                 uint64_t offset, unsigned int bytes)
1786 {
1787         int idx;
1788
1789         if (!f)
1790                 return;
1791
1792         if (f->first_write == -1ULL || offset < f->first_write)
1793                 f->first_write = offset;
1794         if (f->last_write == -1ULL || ((offset + bytes) > f->last_write))
1795                 f->last_write = offset + bytes;
1796
1797         if (!f->last_write_comp)
1798                 return;
1799
1800         idx = f->last_write_idx++;
1801         f->last_write_comp[idx] = offset;
1802         if (f->last_write_idx == td->o.iodepth)
1803                 f->last_write_idx = 0;
1804 }
1805
1806 static void io_completed(struct thread_data *td, struct io_u **io_u_ptr,
1807                          struct io_completion_data *icd)
1808 {
1809         struct io_u *io_u = *io_u_ptr;
1810         enum fio_ddir ddir = io_u->ddir;
1811         struct fio_file *f = io_u->file;
1812
1813         dprint_io_u(io_u, "io complete");
1814
1815         assert(io_u->flags & IO_U_F_FLIGHT);
1816         io_u_clear(td, io_u, IO_U_F_FLIGHT | IO_U_F_BUSY_OK);
1817
1818         /*
1819          * Mark IO ok to verify
1820          */
1821         if (io_u->ipo) {
1822                 /*
1823                  * Remove errored entry from the verification list
1824                  */
1825                 if (io_u->error)
1826                         unlog_io_piece(td, io_u);
1827                 else {
1828                         io_u->ipo->flags &= ~IP_F_IN_FLIGHT;
1829                         write_barrier();
1830                 }
1831         }
1832
1833         if (ddir_sync(ddir)) {
1834                 td->last_was_sync = 1;
1835                 if (f) {
1836                         f->first_write = -1ULL;
1837                         f->last_write = -1ULL;
1838                 }
1839                 return;
1840         }
1841
1842         td->last_was_sync = 0;
1843         td->last_ddir = ddir;
1844
1845         if (!io_u->error && ddir_rw(ddir)) {
1846                 unsigned int bytes = io_u->buflen - io_u->resid;
1847                 int ret;
1848
1849                 td->io_blocks[ddir]++;
1850                 td->this_io_blocks[ddir]++;
1851                 td->io_bytes[ddir] += bytes;
1852
1853                 if (!(io_u->flags & IO_U_F_VER_LIST))
1854                         td->this_io_bytes[ddir] += bytes;
1855
1856                 if (ddir == DDIR_WRITE)
1857                         file_log_write_comp(td, f, io_u->offset, bytes);
1858
1859                 if (ramp_time_over(td) && (td->runstate == TD_RUNNING ||
1860                                            td->runstate == TD_VERIFYING))
1861                         account_io_completion(td, io_u, icd, ddir, bytes);
1862
1863                 icd->bytes_done[ddir] += bytes;
1864
1865                 if (io_u->end_io) {
1866                         ret = io_u->end_io(td, io_u_ptr);
1867                         io_u = *io_u_ptr;
1868                         if (ret && !icd->error)
1869                                 icd->error = ret;
1870                 }
1871         } else if (io_u->error) {
1872                 icd->error = io_u->error;
1873                 io_u_log_error(td, io_u);
1874         }
1875         if (icd->error) {
1876                 enum error_type_bit eb = td_error_type(ddir, icd->error);
1877
1878                 if (!td_non_fatal_error(td, eb, icd->error))
1879                         return;
1880
1881                 /*
1882                  * If there is a non_fatal error, then add to the error count
1883                  * and clear all the errors.
1884                  */
1885                 update_error_count(td, icd->error);
1886                 td_clear_error(td);
1887                 icd->error = 0;
1888                 if (io_u)
1889                         io_u->error = 0;
1890         }
1891 }
1892
1893 static void init_icd(struct thread_data *td, struct io_completion_data *icd,
1894                      int nr)
1895 {
1896         int ddir;
1897
1898         if (!gtod_reduce(td))
1899                 fio_gettime(&icd->time, NULL);
1900
1901         icd->nr = nr;
1902
1903         icd->error = 0;
1904         for (ddir = DDIR_READ; ddir < DDIR_RWDIR_CNT; ddir++)
1905                 icd->bytes_done[ddir] = 0;
1906 }
1907
1908 static void ios_completed(struct thread_data *td,
1909                           struct io_completion_data *icd)
1910 {
1911         struct io_u *io_u;
1912         int i;
1913
1914         for (i = 0; i < icd->nr; i++) {
1915                 io_u = td->io_ops->event(td, i);
1916
1917                 io_completed(td, &io_u, icd);
1918
1919                 if (io_u)
1920                         put_io_u(td, io_u);
1921         }
1922 }
1923
1924 /*
1925  * Complete a single io_u for the sync engines.
1926  */
1927 int io_u_sync_complete(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
1928 {
1929         struct io_completion_data icd;
1930         int ddir;
1931
1932         init_icd(td, &icd, 1);
1933         io_completed(td, &io_u, &icd);
1934
1935         if (io_u)
1936                 put_io_u(td, io_u);
1937
1938         if (icd.error) {
1939                 td_verror(td, icd.error, "io_u_sync_complete");
1940                 return -1;
1941         }
1942
1943         for (ddir = DDIR_READ; ddir < DDIR_RWDIR_CNT; ddir++)
1944                 td->bytes_done[ddir] += icd.bytes_done[ddir];
1945
1946         return 0;
1947 }
1948
1949 /*
1950  * Called to complete min_events number of io for the async engines.
1951  */
1952 int io_u_queued_complete(struct thread_data *td, int min_evts)
1953 {
1954         struct io_completion_data icd;
1955         struct timespec *tvp = NULL;
1956         int ret, ddir;
1957         struct timespec ts = { .tv_sec = 0, .tv_nsec = 0, };
1958
1959         dprint(FD_IO, "io_u_queued_completed: min=%d\n", min_evts);
1960
1961         if (!min_evts)
1962                 tvp = &ts;
1963         else if (min_evts > td->cur_depth)
1964                 min_evts = td->cur_depth;
1965
1966         /* No worries, td_io_getevents fixes min and max if they are
1967          * set incorrectly */
1968         ret = td_io_getevents(td, min_evts, td->o.iodepth_batch_complete_max, tvp);
1969         if (ret < 0) {
1970                 td_verror(td, -ret, "td_io_getevents");
1971                 return ret;
1972         } else if (!ret)
1973                 return ret;
1974
1975         init_icd(td, &icd, ret);
1976         ios_completed(td, &icd);
1977         if (icd.error) {
1978                 td_verror(td, icd.error, "io_u_queued_complete");
1979                 return -1;
1980         }
1981
1982         for (ddir = DDIR_READ; ddir < DDIR_RWDIR_CNT; ddir++)
1983                 td->bytes_done[ddir] += icd.bytes_done[ddir];
1984
1985         return ret;
1986 }
1987
1988 /*
1989  * Call when io_u is really queued, to update the submission latency.
1990  */
1991 void io_u_queued(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
1992 {
1993         if (!td->o.disable_slat) {
1994                 unsigned long slat_time;
1995
1996                 slat_time = utime_since(&io_u->start_time, &io_u->issue_time);
1997
1998                 if (td->parent)
1999                         td = td->parent;
2000
2001                 add_slat_sample(td, io_u->ddir, slat_time, io_u->xfer_buflen,
2002                                 io_u->offset);
2003         }
2004 }
2005
2006 /*
2007  * See if we should reuse the last seed, if dedupe is enabled
2008  */
2009 static struct frand_state *get_buf_state(struct thread_data *td)
2010 {
2011         unsigned int v;
2012
2013         if (!td->o.dedupe_percentage)
2014                 return &td->buf_state;
2015         else if (td->o.dedupe_percentage == 100) {
2016                 frand_copy(&td->buf_state_prev, &td->buf_state);
2017                 return &td->buf_state;
2018         }
2019
2020         v = rand32_between(&td->dedupe_state, 1, 100);
2021
2022         if (v <= td->o.dedupe_percentage)
2023                 return &td->buf_state_prev;
2024
2025         return &td->buf_state;
2026 }
2027
2028 static void save_buf_state(struct thread_data *td, struct frand_state *rs)
2029 {
2030         if (td->o.dedupe_percentage == 100)
2031                 frand_copy(rs, &td->buf_state_prev);
2032         else if (rs == &td->buf_state)
2033                 frand_copy(&td->buf_state_prev, rs);
2034 }
2035
2036 void fill_io_buffer(struct thread_data *td, void *buf, unsigned int min_write,
2037                     unsigned int max_bs)
2038 {
2039         struct thread_options *o = &td->o;
2040
2041         if (o->compress_percentage || o->dedupe_percentage) {
2042                 unsigned int perc = td->o.compress_percentage;
2043                 struct frand_state *rs;
2044                 unsigned int left = max_bs;
2045                 unsigned int this_write;
2046
2047                 do {
2048                         rs = get_buf_state(td);
2049
2050                         min_write = min(min_write, left);
2051
2052                         if (perc) {
2053                                 this_write = min_not_zero(min_write,
2054                                                         td->o.compress_chunk);
2055
2056                                 fill_random_buf_percentage(rs, buf, perc,
2057                                         this_write, this_write,
2058                                         o->buffer_pattern,
2059                                         o->buffer_pattern_bytes);
2060                         } else {
2061                                 fill_random_buf(rs, buf, min_write);
2062                                 this_write = min_write;
2063                         }
2064
2065                         buf += this_write;
2066                         left -= this_write;
2067                         save_buf_state(td, rs);
2068                 } while (left);
2069         } else if (o->buffer_pattern_bytes)
2070                 fill_buffer_pattern(td, buf, max_bs);
2071         else if (o->zero_buffers)
2072                 memset(buf, 0, max_bs);
2073         else
2074                 fill_random_buf(get_buf_state(td), buf, max_bs);
2075 }
2076
2077 /*
2078  * "randomly" fill the buffer contents
2079  */
2080 void io_u_fill_buffer(struct thread_data *td, struct io_u *io_u,
2081                       unsigned int min_write, unsigned int max_bs)
2082 {
2083         io_u->buf_filled_len = 0;
2084         fill_io_buffer(td, io_u->buf, min_write, max_bs);
2085 }