Merge branch 'wip-http-swift' of https://github.com/l-mb/fio
[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 long long min_bs = td->o.min_bs[io_u->ddir];
37         struct fio_file *f = io_u->file;
38         unsigned long long 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 long long 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 long long 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 long long buflen = 0;
518         unsigned long long 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 = minbs + (unsigned long long) ((double) maxbs *
545                                         (r / (frand_max + 1.0)));
546                 } else {
547                         long long perc = 0;
548                         unsigned int i;
549
550                         for (i = 0; i < td->o.bssplit_nr[ddir]; i++) {
551                                 struct bssplit *bsp = &td->o.bssplit[ddir][i];
552
553                                 buflen = bsp->bs;
554                                 perc += bsp->perc;
555                                 if (!perc)
556                                         break;
557                                 if ((r / perc <= frand_max / 100ULL) &&
558                                     io_u_fits(td, io_u, buflen))
559                                         break;
560                         }
561                 }
562
563                 power_2 = is_power_of_2(minbs);
564                 if (!td->o.bs_unaligned && power_2)
565                         buflen &= ~(minbs - 1);
566                 else if (!td->o.bs_unaligned && !power_2) 
567                         buflen -= buflen % minbs; 
568         } while (!io_u_fits(td, io_u, buflen));
569
570         return buflen;
571 }
572
573 static void set_rwmix_bytes(struct thread_data *td)
574 {
575         unsigned int diff;
576
577         /*
578          * we do time or byte based switch. this is needed because
579          * buffered writes may issue a lot quicker than they complete,
580          * whereas reads do not.
581          */
582         diff = td->o.rwmix[td->rwmix_ddir ^ 1];
583         td->rwmix_issues = (td->io_issues[td->rwmix_ddir] * diff) / 100;
584 }
585
586 static inline enum fio_ddir get_rand_ddir(struct thread_data *td)
587 {
588         unsigned int v;
589
590         v = rand_between(&td->rwmix_state, 1, 100);
591
592         if (v <= td->o.rwmix[DDIR_READ])
593                 return DDIR_READ;
594
595         return DDIR_WRITE;
596 }
597
598 int io_u_quiesce(struct thread_data *td)
599 {
600         int completed = 0;
601
602         /*
603          * We are going to sleep, ensure that we flush anything pending as
604          * not to skew our latency numbers.
605          *
606          * Changed to only monitor 'in flight' requests here instead of the
607          * td->cur_depth, b/c td->cur_depth does not accurately represent
608          * io's that have been actually submitted to an async engine,
609          * and cur_depth is meaningless for sync engines.
610          */
611         if (td->io_u_queued || td->cur_depth)
612                 td_io_commit(td);
613
614         while (td->io_u_in_flight) {
615                 int ret;
616
617                 ret = io_u_queued_complete(td, 1);
618                 if (ret > 0)
619                         completed += ret;
620         }
621
622         if (td->flags & TD_F_REGROW_LOGS)
623                 regrow_logs(td);
624
625         return completed;
626 }
627
628 static enum fio_ddir rate_ddir(struct thread_data *td, enum fio_ddir ddir)
629 {
630         enum fio_ddir odir = ddir ^ 1;
631         uint64_t usec;
632         uint64_t now;
633
634         assert(ddir_rw(ddir));
635         now = utime_since_now(&td->start);
636
637         /*
638          * if rate_next_io_time is in the past, need to catch up to rate
639          */
640         if (td->rate_next_io_time[ddir] <= now)
641                 return ddir;
642
643         /*
644          * We are ahead of rate in this direction. See if we
645          * should switch.
646          */
647         if (td_rw(td) && td->o.rwmix[odir]) {
648                 /*
649                  * Other direction is behind rate, switch
650                  */
651                 if (td->rate_next_io_time[odir] <= now)
652                         return odir;
653
654                 /*
655                  * Both directions are ahead of rate. sleep the min,
656                  * switch if necessary
657                  */
658                 if (td->rate_next_io_time[ddir] <=
659                     td->rate_next_io_time[odir]) {
660                         usec = td->rate_next_io_time[ddir] - now;
661                 } else {
662                         usec = td->rate_next_io_time[odir] - now;
663                         ddir = odir;
664                 }
665         } else
666                 usec = td->rate_next_io_time[ddir] - now;
667
668         if (td->o.io_submit_mode == IO_MODE_INLINE)
669                 io_u_quiesce(td);
670
671         usec_sleep(td, usec);
672         return ddir;
673 }
674
675 /*
676  * Return the data direction for the next io_u. If the job is a
677  * mixed read/write workload, check the rwmix cycle and switch if
678  * necessary.
679  */
680 static enum fio_ddir get_rw_ddir(struct thread_data *td)
681 {
682         enum fio_ddir ddir;
683
684         /*
685          * See if it's time to fsync/fdatasync/sync_file_range first,
686          * and if not then move on to check regular I/Os.
687          */
688         if (should_fsync(td)) {
689                 if (td->o.fsync_blocks && td->io_issues[DDIR_WRITE] &&
690                     !(td->io_issues[DDIR_WRITE] % td->o.fsync_blocks))
691                         return DDIR_SYNC;
692
693                 if (td->o.fdatasync_blocks && td->io_issues[DDIR_WRITE] &&
694                     !(td->io_issues[DDIR_WRITE] % td->o.fdatasync_blocks))
695                         return DDIR_DATASYNC;
696
697                 if (td->sync_file_range_nr && td->io_issues[DDIR_WRITE] &&
698                     !(td->io_issues[DDIR_WRITE] % td->sync_file_range_nr))
699                         return DDIR_SYNC_FILE_RANGE;
700         }
701
702         if (td_rw(td)) {
703                 /*
704                  * Check if it's time to seed a new data direction.
705                  */
706                 if (td->io_issues[td->rwmix_ddir] >= td->rwmix_issues) {
707                         /*
708                          * Put a top limit on how many bytes we do for
709                          * one data direction, to avoid overflowing the
710                          * ranges too much
711                          */
712                         ddir = get_rand_ddir(td);
713
714                         if (ddir != td->rwmix_ddir)
715                                 set_rwmix_bytes(td);
716
717                         td->rwmix_ddir = ddir;
718                 }
719                 ddir = td->rwmix_ddir;
720         } else if (td_read(td))
721                 ddir = DDIR_READ;
722         else if (td_write(td))
723                 ddir = DDIR_WRITE;
724         else if (td_trim(td))
725                 ddir = DDIR_TRIM;
726         else
727                 ddir = DDIR_INVAL;
728
729         td->rwmix_ddir = rate_ddir(td, ddir);
730         return td->rwmix_ddir;
731 }
732
733 static void set_rw_ddir(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
734 {
735         enum fio_ddir ddir = get_rw_ddir(td);
736
737         if (td_trimwrite(td)) {
738                 struct fio_file *f = io_u->file;
739                 if (f->last_pos[DDIR_WRITE] == f->last_pos[DDIR_TRIM])
740                         ddir = DDIR_TRIM;
741                 else
742                         ddir = DDIR_WRITE;
743         }
744
745         io_u->ddir = io_u->acct_ddir = ddir;
746
747         if (io_u->ddir == DDIR_WRITE && td_ioengine_flagged(td, FIO_BARRIER) &&
748             td->o.barrier_blocks &&
749            !(td->io_issues[DDIR_WRITE] % td->o.barrier_blocks) &&
750              td->io_issues[DDIR_WRITE])
751                 io_u_set(td, io_u, IO_U_F_BARRIER);
752 }
753
754 void put_file_log(struct thread_data *td, struct fio_file *f)
755 {
756         unsigned int ret = put_file(td, f);
757
758         if (ret)
759                 td_verror(td, ret, "file close");
760 }
761
762 void put_io_u(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
763 {
764         if (td->parent)
765                 td = td->parent;
766
767         td_io_u_lock(td);
768
769         if (io_u->file && !(io_u->flags & IO_U_F_NO_FILE_PUT))
770                 put_file_log(td, io_u->file);
771
772         io_u->file = NULL;
773         io_u_set(td, io_u, IO_U_F_FREE);
774
775         if (io_u->flags & IO_U_F_IN_CUR_DEPTH) {
776                 td->cur_depth--;
777                 assert(!(td->flags & TD_F_CHILD));
778         }
779         io_u_qpush(&td->io_u_freelist, io_u);
780         td_io_u_free_notify(td);
781         td_io_u_unlock(td);
782 }
783
784 void clear_io_u(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
785 {
786         io_u_clear(td, io_u, IO_U_F_FLIGHT);
787         put_io_u(td, io_u);
788 }
789
790 void requeue_io_u(struct thread_data *td, struct io_u **io_u)
791 {
792         struct io_u *__io_u = *io_u;
793         enum fio_ddir ddir = acct_ddir(__io_u);
794
795         dprint(FD_IO, "requeue %p\n", __io_u);
796
797         if (td->parent)
798                 td = td->parent;
799
800         td_io_u_lock(td);
801
802         io_u_set(td, __io_u, IO_U_F_FREE);
803         if ((__io_u->flags & IO_U_F_FLIGHT) && ddir_rw(ddir))
804                 td->io_issues[ddir]--;
805
806         io_u_clear(td, __io_u, IO_U_F_FLIGHT);
807         if (__io_u->flags & IO_U_F_IN_CUR_DEPTH) {
808                 td->cur_depth--;
809                 assert(!(td->flags & TD_F_CHILD));
810         }
811
812         io_u_rpush(&td->io_u_requeues, __io_u);
813         td_io_u_free_notify(td);
814         td_io_u_unlock(td);
815         *io_u = NULL;
816 }
817
818 static void __fill_io_u_zone(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
819 {
820         struct fio_file *f = io_u->file;
821
822         /*
823          * See if it's time to switch to a new zone
824          */
825         if (td->zone_bytes >= td->o.zone_size && td->o.zone_skip) {
826                 td->zone_bytes = 0;
827                 f->file_offset += td->o.zone_range + td->o.zone_skip;
828
829                 /*
830                  * Wrap from the beginning, if we exceed the file size
831                  */
832                 if (f->file_offset >= f->real_file_size)
833                         f->file_offset = get_start_offset(td, f);
834
835                 f->last_pos[io_u->ddir] = f->file_offset;
836                 td->io_skip_bytes += td->o.zone_skip;
837         }
838
839         /*
840          * If zone_size > zone_range, then maintain the same zone until
841          * zone_bytes >= zone_size.
842          */
843         if (f->last_pos[io_u->ddir] >= (f->file_offset + td->o.zone_range)) {
844                 dprint(FD_IO, "io_u maintain zone offset=%" PRIu64 "/last_pos=%" PRIu64 "\n",
845                                 f->file_offset, f->last_pos[io_u->ddir]);
846                 f->last_pos[io_u->ddir] = f->file_offset;
847         }
848
849         /*
850          * For random: if 'norandommap' is not set and zone_size > zone_range,
851          * map needs to be reset as it's done with zone_range everytime.
852          */
853         if ((td->zone_bytes % td->o.zone_range) == 0)
854                 fio_file_reset(td, f);
855 }
856
857 static int fill_io_u(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
858 {
859         bool is_random;
860
861         if (td_ioengine_flagged(td, FIO_NOIO))
862                 goto out;
863
864         set_rw_ddir(td, io_u);
865
866         /*
867          * fsync() or fdatasync() or trim etc, we are done
868          */
869         if (!ddir_rw(io_u->ddir))
870                 goto out;
871
872         /*
873          * When file is zoned zone_range is always positive
874          */
875         if (td->o.zone_range)
876                 __fill_io_u_zone(td, io_u);
877
878         /*
879          * No log, let the seq/rand engine retrieve the next buflen and
880          * position.
881          */
882         if (get_next_offset(td, io_u, &is_random)) {
883                 dprint(FD_IO, "io_u %p, failed getting offset\n", io_u);
884                 return 1;
885         }
886
887         io_u->buflen = get_next_buflen(td, io_u, is_random);
888         if (!io_u->buflen) {
889                 dprint(FD_IO, "io_u %p, failed getting buflen\n", io_u);
890                 return 1;
891         }
892
893         if (io_u->offset + io_u->buflen > io_u->file->real_file_size) {
894                 dprint(FD_IO, "io_u %p, off=0x%llx + len=0x%llx exceeds file size=0x%llx\n",
895                         io_u,
896                         (unsigned long long) io_u->offset, io_u->buflen,
897                         (unsigned long long) io_u->file->real_file_size);
898                 return 1;
899         }
900
901         /*
902          * mark entry before potentially trimming io_u
903          */
904         if (td_random(td) && file_randommap(td, io_u->file))
905                 mark_random_map(td, io_u);
906
907 out:
908         dprint_io_u(io_u, "fill");
909         td->zone_bytes += io_u->buflen;
910         return 0;
911 }
912
913 static void __io_u_mark_map(uint64_t *map, unsigned int nr)
914 {
915         int idx = 0;
916
917         switch (nr) {
918         default:
919                 idx = 6;
920                 break;
921         case 33 ... 64:
922                 idx = 5;
923                 break;
924         case 17 ... 32:
925                 idx = 4;
926                 break;
927         case 9 ... 16:
928                 idx = 3;
929                 break;
930         case 5 ... 8:
931                 idx = 2;
932                 break;
933         case 1 ... 4:
934                 idx = 1;
935         case 0:
936                 break;
937         }
938
939         map[idx]++;
940 }
941
942 void io_u_mark_submit(struct thread_data *td, unsigned int nr)
943 {
944         __io_u_mark_map(td->ts.io_u_submit, nr);
945         td->ts.total_submit++;
946 }
947
948 void io_u_mark_complete(struct thread_data *td, unsigned int nr)
949 {
950         __io_u_mark_map(td->ts.io_u_complete, nr);
951         td->ts.total_complete++;
952 }
953
954 void io_u_mark_depth(struct thread_data *td, unsigned int nr)
955 {
956         int idx = 0;
957
958         switch (td->cur_depth) {
959         default:
960                 idx = 6;
961                 break;
962         case 32 ... 63:
963                 idx = 5;
964                 break;
965         case 16 ... 31:
966                 idx = 4;
967                 break;
968         case 8 ... 15:
969                 idx = 3;
970                 break;
971         case 4 ... 7:
972                 idx = 2;
973                 break;
974         case 2 ... 3:
975                 idx = 1;
976         case 1:
977                 break;
978         }
979
980         td->ts.io_u_map[idx] += nr;
981 }
982
983 static void io_u_mark_lat_nsec(struct thread_data *td, unsigned long long nsec)
984 {
985         int idx = 0;
986
987         assert(nsec < 1000);
988
989         switch (nsec) {
990         case 750 ... 999:
991                 idx = 9;
992                 break;
993         case 500 ... 749:
994                 idx = 8;
995                 break;
996         case 250 ... 499:
997                 idx = 7;
998                 break;
999         case 100 ... 249:
1000                 idx = 6;
1001                 break;
1002         case 50 ... 99:
1003                 idx = 5;
1004                 break;
1005         case 20 ... 49:
1006                 idx = 4;
1007                 break;
1008         case 10 ... 19:
1009                 idx = 3;
1010                 break;
1011         case 4 ... 9:
1012                 idx = 2;
1013                 break;
1014         case 2 ... 3:
1015                 idx = 1;
1016         case 0 ... 1:
1017                 break;
1018         }
1019
1020         assert(idx < FIO_IO_U_LAT_N_NR);
1021         td->ts.io_u_lat_n[idx]++;
1022 }
1023
1024 static void io_u_mark_lat_usec(struct thread_data *td, unsigned long long usec)
1025 {
1026         int idx = 0;
1027
1028         assert(usec < 1000 && usec >= 1);
1029
1030         switch (usec) {
1031         case 750 ... 999:
1032                 idx = 9;
1033                 break;
1034         case 500 ... 749:
1035                 idx = 8;
1036                 break;
1037         case 250 ... 499:
1038                 idx = 7;
1039                 break;
1040         case 100 ... 249:
1041                 idx = 6;
1042                 break;
1043         case 50 ... 99:
1044                 idx = 5;
1045                 break;
1046         case 20 ... 49:
1047                 idx = 4;
1048                 break;
1049         case 10 ... 19:
1050                 idx = 3;
1051                 break;
1052         case 4 ... 9:
1053                 idx = 2;
1054                 break;
1055         case 2 ... 3:
1056                 idx = 1;
1057         case 0 ... 1:
1058                 break;
1059         }
1060
1061         assert(idx < FIO_IO_U_LAT_U_NR);
1062         td->ts.io_u_lat_u[idx]++;
1063 }
1064
1065 static void io_u_mark_lat_msec(struct thread_data *td, unsigned long long msec)
1066 {
1067         int idx = 0;
1068
1069         assert(msec >= 1);
1070
1071         switch (msec) {
1072         default:
1073                 idx = 11;
1074                 break;
1075         case 1000 ... 1999:
1076                 idx = 10;
1077                 break;
1078         case 750 ... 999:
1079                 idx = 9;
1080                 break;
1081         case 500 ... 749:
1082                 idx = 8;
1083                 break;
1084         case 250 ... 499:
1085                 idx = 7;
1086                 break;
1087         case 100 ... 249:
1088                 idx = 6;
1089                 break;
1090         case 50 ... 99:
1091                 idx = 5;
1092                 break;
1093         case 20 ... 49:
1094                 idx = 4;
1095                 break;
1096         case 10 ... 19:
1097                 idx = 3;
1098                 break;
1099         case 4 ... 9:
1100                 idx = 2;
1101                 break;
1102         case 2 ... 3:
1103                 idx = 1;
1104         case 0 ... 1:
1105                 break;
1106         }
1107
1108         assert(idx < FIO_IO_U_LAT_M_NR);
1109         td->ts.io_u_lat_m[idx]++;
1110 }
1111
1112 static void io_u_mark_latency(struct thread_data *td, unsigned long long nsec)
1113 {
1114         if (nsec < 1000)
1115                 io_u_mark_lat_nsec(td, nsec);
1116         else if (nsec < 1000000)
1117                 io_u_mark_lat_usec(td, nsec / 1000);
1118         else
1119                 io_u_mark_lat_msec(td, nsec / 1000000);
1120 }
1121
1122 static unsigned int __get_next_fileno_rand(struct thread_data *td)
1123 {
1124         unsigned long fileno;
1125
1126         if (td->o.file_service_type == FIO_FSERVICE_RANDOM) {
1127                 uint64_t frand_max = rand_max(&td->next_file_state);
1128                 unsigned long r;
1129
1130                 r = __rand(&td->next_file_state);
1131                 return (unsigned int) ((double) td->o.nr_files
1132                                 * (r / (frand_max + 1.0)));
1133         }
1134
1135         if (td->o.file_service_type == FIO_FSERVICE_ZIPF)
1136                 fileno = zipf_next(&td->next_file_zipf);
1137         else if (td->o.file_service_type == FIO_FSERVICE_PARETO)
1138                 fileno = pareto_next(&td->next_file_zipf);
1139         else if (td->o.file_service_type == FIO_FSERVICE_GAUSS)
1140                 fileno = gauss_next(&td->next_file_gauss);
1141         else {
1142                 log_err("fio: bad file service type: %d\n", td->o.file_service_type);
1143                 assert(0);
1144                 return 0;
1145         }
1146
1147         return fileno >> FIO_FSERVICE_SHIFT;
1148 }
1149
1150 /*
1151  * Get next file to service by choosing one at random
1152  */
1153 static struct fio_file *get_next_file_rand(struct thread_data *td,
1154                                            enum fio_file_flags goodf,
1155                                            enum fio_file_flags badf)
1156 {
1157         struct fio_file *f;
1158         int fno;
1159
1160         do {
1161                 int opened = 0;
1162
1163                 fno = __get_next_fileno_rand(td);
1164
1165                 f = td->files[fno];
1166                 if (fio_file_done(f))
1167                         continue;
1168
1169                 if (!fio_file_open(f)) {
1170                         int err;
1171
1172                         if (td->nr_open_files >= td->o.open_files)
1173                                 return ERR_PTR(-EBUSY);
1174
1175                         err = td_io_open_file(td, f);
1176                         if (err)
1177                                 continue;
1178                         opened = 1;
1179                 }
1180
1181                 if ((!goodf || (f->flags & goodf)) && !(f->flags & badf)) {
1182                         dprint(FD_FILE, "get_next_file_rand: %p\n", f);
1183                         return f;
1184                 }
1185                 if (opened)
1186                         td_io_close_file(td, f);
1187         } while (1);
1188 }
1189
1190 /*
1191  * Get next file to service by doing round robin between all available ones
1192  */
1193 static struct fio_file *get_next_file_rr(struct thread_data *td, int goodf,
1194                                          int badf)
1195 {
1196         unsigned int old_next_file = td->next_file;
1197         struct fio_file *f;
1198
1199         do {
1200                 int opened = 0;
1201
1202                 f = td->files[td->next_file];
1203
1204                 td->next_file++;
1205                 if (td->next_file >= td->o.nr_files)
1206                         td->next_file = 0;
1207
1208                 dprint(FD_FILE, "trying file %s %x\n", f->file_name, f->flags);
1209                 if (fio_file_done(f)) {
1210                         f = NULL;
1211                         continue;
1212                 }
1213
1214                 if (!fio_file_open(f)) {
1215                         int err;
1216
1217                         if (td->nr_open_files >= td->o.open_files)
1218                                 return ERR_PTR(-EBUSY);
1219
1220                         err = td_io_open_file(td, f);
1221                         if (err) {
1222                                 dprint(FD_FILE, "error %d on open of %s\n",
1223                                         err, f->file_name);
1224                                 f = NULL;
1225                                 continue;
1226                         }
1227                         opened = 1;
1228                 }
1229
1230                 dprint(FD_FILE, "goodf=%x, badf=%x, ff=%x\n", goodf, badf,
1231                                                                 f->flags);
1232                 if ((!goodf || (f->flags & goodf)) && !(f->flags & badf))
1233                         break;
1234
1235                 if (opened)
1236                         td_io_close_file(td, f);
1237
1238                 f = NULL;
1239         } while (td->next_file != old_next_file);
1240
1241         dprint(FD_FILE, "get_next_file_rr: %p\n", f);
1242         return f;
1243 }
1244
1245 static struct fio_file *__get_next_file(struct thread_data *td)
1246 {
1247         struct fio_file *f;
1248
1249         assert(td->o.nr_files <= td->files_index);
1250
1251         if (td->nr_done_files >= td->o.nr_files) {
1252                 dprint(FD_FILE, "get_next_file: nr_open=%d, nr_done=%d,"
1253                                 " nr_files=%d\n", td->nr_open_files,
1254                                                   td->nr_done_files,
1255                                                   td->o.nr_files);
1256                 return NULL;
1257         }
1258
1259         f = td->file_service_file;
1260         if (f && fio_file_open(f) && !fio_file_closing(f)) {
1261                 if (td->o.file_service_type == FIO_FSERVICE_SEQ)
1262                         goto out;
1263                 if (td->file_service_left--)
1264                         goto out;
1265         }
1266
1267         if (td->o.file_service_type == FIO_FSERVICE_RR ||
1268             td->o.file_service_type == FIO_FSERVICE_SEQ)
1269                 f = get_next_file_rr(td, FIO_FILE_open, FIO_FILE_closing);
1270         else
1271                 f = get_next_file_rand(td, FIO_FILE_open, FIO_FILE_closing);
1272
1273         if (IS_ERR(f))
1274                 return f;
1275
1276         td->file_service_file = f;
1277         td->file_service_left = td->file_service_nr - 1;
1278 out:
1279         if (f)
1280                 dprint(FD_FILE, "get_next_file: %p [%s]\n", f, f->file_name);
1281         else
1282                 dprint(FD_FILE, "get_next_file: NULL\n");
1283         return f;
1284 }
1285
1286 static struct fio_file *get_next_file(struct thread_data *td)
1287 {
1288         return __get_next_file(td);
1289 }
1290
1291 static long set_io_u_file(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
1292 {
1293         struct fio_file *f;
1294
1295         do {
1296                 f = get_next_file(td);
1297                 if (IS_ERR_OR_NULL(f))
1298                         return PTR_ERR(f);
1299
1300                 io_u->file = f;
1301                 get_file(f);
1302
1303                 if (!fill_io_u(td, io_u))
1304                         break;
1305
1306                 put_file_log(td, f);
1307                 td_io_close_file(td, f);
1308                 io_u->file = NULL;
1309                 if (td->o.file_service_type & __FIO_FSERVICE_NONUNIFORM)
1310                         fio_file_reset(td, f);
1311                 else {
1312                         fio_file_set_done(f);
1313                         td->nr_done_files++;
1314                         dprint(FD_FILE, "%s: is done (%d of %d)\n", f->file_name,
1315                                         td->nr_done_files, td->o.nr_files);
1316                 }
1317         } while (1);
1318
1319         return 0;
1320 }
1321
1322 static void lat_fatal(struct thread_data *td, struct io_completion_data *icd,
1323                       unsigned long long tnsec, unsigned long long max_nsec)
1324 {
1325         if (!td->error)
1326                 log_err("fio: latency of %llu nsec exceeds specified max (%llu nsec)\n", tnsec, max_nsec);
1327         td_verror(td, ETIMEDOUT, "max latency exceeded");
1328         icd->error = ETIMEDOUT;
1329 }
1330
1331 static void lat_new_cycle(struct thread_data *td)
1332 {
1333         fio_gettime(&td->latency_ts, NULL);
1334         td->latency_ios = ddir_rw_sum(td->io_blocks);
1335         td->latency_failed = 0;
1336 }
1337
1338 /*
1339  * We had an IO outside the latency target. Reduce the queue depth. If we
1340  * are at QD=1, then it's time to give up.
1341  */
1342 static bool __lat_target_failed(struct thread_data *td)
1343 {
1344         if (td->latency_qd == 1)
1345                 return true;
1346
1347         td->latency_qd_high = td->latency_qd;
1348
1349         if (td->latency_qd == td->latency_qd_low)
1350                 td->latency_qd_low--;
1351
1352         td->latency_qd = (td->latency_qd + td->latency_qd_low) / 2;
1353
1354         dprint(FD_RATE, "Ramped down: %d %d %d\n", td->latency_qd_low, td->latency_qd, td->latency_qd_high);
1355
1356         /*
1357          * When we ramp QD down, quiesce existing IO to prevent
1358          * a storm of ramp downs due to pending higher depth.
1359          */
1360         io_u_quiesce(td);
1361         lat_new_cycle(td);
1362         return false;
1363 }
1364
1365 static bool lat_target_failed(struct thread_data *td)
1366 {
1367         if (td->o.latency_percentile.u.f == 100.0)
1368                 return __lat_target_failed(td);
1369
1370         td->latency_failed++;
1371         return false;
1372 }
1373
1374 void lat_target_init(struct thread_data *td)
1375 {
1376         td->latency_end_run = 0;
1377
1378         if (td->o.latency_target) {
1379                 dprint(FD_RATE, "Latency target=%llu\n", td->o.latency_target);
1380                 fio_gettime(&td->latency_ts, NULL);
1381                 td->latency_qd = 1;
1382                 td->latency_qd_high = td->o.iodepth;
1383                 td->latency_qd_low = 1;
1384                 td->latency_ios = ddir_rw_sum(td->io_blocks);
1385         } else
1386                 td->latency_qd = td->o.iodepth;
1387 }
1388
1389 void lat_target_reset(struct thread_data *td)
1390 {
1391         if (!td->latency_end_run)
1392                 lat_target_init(td);
1393 }
1394
1395 static void lat_target_success(struct thread_data *td)
1396 {
1397         const unsigned int qd = td->latency_qd;
1398         struct thread_options *o = &td->o;
1399
1400         td->latency_qd_low = td->latency_qd;
1401
1402         /*
1403          * If we haven't failed yet, we double up to a failing value instead
1404          * of bisecting from highest possible queue depth. If we have set
1405          * a limit other than td->o.iodepth, bisect between that.
1406          */
1407         if (td->latency_qd_high != o->iodepth)
1408                 td->latency_qd = (td->latency_qd + td->latency_qd_high) / 2;
1409         else
1410                 td->latency_qd *= 2;
1411
1412         if (td->latency_qd > o->iodepth)
1413                 td->latency_qd = o->iodepth;
1414
1415         dprint(FD_RATE, "Ramped up: %d %d %d\n", td->latency_qd_low, td->latency_qd, td->latency_qd_high);
1416
1417         /*
1418          * Same as last one, we are done. Let it run a latency cycle, so
1419          * we get only the results from the targeted depth.
1420          */
1421         if (td->latency_qd == qd) {
1422                 if (td->latency_end_run) {
1423                         dprint(FD_RATE, "We are done\n");
1424                         td->done = 1;
1425                 } else {
1426                         dprint(FD_RATE, "Quiesce and final run\n");
1427                         io_u_quiesce(td);
1428                         td->latency_end_run = 1;
1429                         reset_all_stats(td);
1430                         reset_io_stats(td);
1431                 }
1432         }
1433
1434         lat_new_cycle(td);
1435 }
1436
1437 /*
1438  * Check if we can bump the queue depth
1439  */
1440 void lat_target_check(struct thread_data *td)
1441 {
1442         uint64_t usec_window;
1443         uint64_t ios;
1444         double success_ios;
1445
1446         usec_window = utime_since_now(&td->latency_ts);
1447         if (usec_window < td->o.latency_window)
1448                 return;
1449
1450         ios = ddir_rw_sum(td->io_blocks) - td->latency_ios;
1451         success_ios = (double) (ios - td->latency_failed) / (double) ios;
1452         success_ios *= 100.0;
1453
1454         dprint(FD_RATE, "Success rate: %.2f%% (target %.2f%%)\n", success_ios, td->o.latency_percentile.u.f);
1455
1456         if (success_ios >= td->o.latency_percentile.u.f)
1457                 lat_target_success(td);
1458         else
1459                 __lat_target_failed(td);
1460 }
1461
1462 /*
1463  * If latency target is enabled, we might be ramping up or down and not
1464  * using the full queue depth available.
1465  */
1466 bool queue_full(const struct thread_data *td)
1467 {
1468         const int qempty = io_u_qempty(&td->io_u_freelist);
1469
1470         if (qempty)
1471                 return true;
1472         if (!td->o.latency_target)
1473                 return false;
1474
1475         return td->cur_depth >= td->latency_qd;
1476 }
1477
1478 struct io_u *__get_io_u(struct thread_data *td)
1479 {
1480         struct io_u *io_u = NULL;
1481         int ret;
1482
1483         if (td->stop_io)
1484                 return NULL;
1485
1486         td_io_u_lock(td);
1487
1488 again:
1489         if (!io_u_rempty(&td->io_u_requeues))
1490                 io_u = io_u_rpop(&td->io_u_requeues);
1491         else if (!queue_full(td)) {
1492                 io_u = io_u_qpop(&td->io_u_freelist);
1493
1494                 io_u->file = NULL;
1495                 io_u->buflen = 0;
1496                 io_u->resid = 0;
1497                 io_u->end_io = NULL;
1498         }
1499
1500         if (io_u) {
1501                 assert(io_u->flags & IO_U_F_FREE);
1502                 io_u_clear(td, io_u, IO_U_F_FREE | IO_U_F_NO_FILE_PUT |
1503                                  IO_U_F_TRIMMED | IO_U_F_BARRIER |
1504                                  IO_U_F_VER_LIST);
1505
1506                 io_u->error = 0;
1507                 io_u->acct_ddir = -1;
1508                 td->cur_depth++;
1509                 assert(!(td->flags & TD_F_CHILD));
1510                 io_u_set(td, io_u, IO_U_F_IN_CUR_DEPTH);
1511                 io_u->ipo = NULL;
1512         } else if (td_async_processing(td)) {
1513                 /*
1514                  * We ran out, wait for async verify threads to finish and
1515                  * return one
1516                  */
1517                 assert(!(td->flags & TD_F_CHILD));
1518                 ret = pthread_cond_wait(&td->free_cond, &td->io_u_lock);
1519                 assert(ret == 0);
1520                 goto again;
1521         }
1522
1523         td_io_u_unlock(td);
1524         return io_u;
1525 }
1526
1527 static bool check_get_trim(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
1528 {
1529         if (!(td->flags & TD_F_TRIM_BACKLOG))
1530                 return false;
1531         if (!td->trim_entries)
1532                 return false;
1533
1534         if (td->trim_batch) {
1535                 td->trim_batch--;
1536                 if (get_next_trim(td, io_u))
1537                         return true;
1538         } else if (!(td->io_hist_len % td->o.trim_backlog) &&
1539                      td->last_ddir != DDIR_READ) {
1540                 td->trim_batch = td->o.trim_batch;
1541                 if (!td->trim_batch)
1542                         td->trim_batch = td->o.trim_backlog;
1543                 if (get_next_trim(td, io_u))
1544                         return true;
1545         }
1546
1547         return false;
1548 }
1549
1550 static bool check_get_verify(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
1551 {
1552         if (!(td->flags & TD_F_VER_BACKLOG))
1553                 return false;
1554
1555         if (td->io_hist_len) {
1556                 int get_verify = 0;
1557
1558                 if (td->verify_batch)
1559                         get_verify = 1;
1560                 else if (!(td->io_hist_len % td->o.verify_backlog) &&
1561                          td->last_ddir != DDIR_READ) {
1562                         td->verify_batch = td->o.verify_batch;
1563                         if (!td->verify_batch)
1564                                 td->verify_batch = td->o.verify_backlog;
1565                         get_verify = 1;
1566                 }
1567
1568                 if (get_verify && !get_next_verify(td, io_u)) {
1569                         td->verify_batch--;
1570                         return true;
1571                 }
1572         }
1573
1574         return false;
1575 }
1576
1577 /*
1578  * Fill offset and start time into the buffer content, to prevent too
1579  * easy compressible data for simple de-dupe attempts. Do this for every
1580  * 512b block in the range, since that should be the smallest block size
1581  * we can expect from a device.
1582  */
1583 static void small_content_scramble(struct io_u *io_u)
1584 {
1585         unsigned long long i, nr_blocks = io_u->buflen >> 9;
1586         unsigned int offset;
1587         uint64_t boffset, *iptr;
1588         char *p;
1589
1590         if (!nr_blocks)
1591                 return;
1592
1593         p = io_u->xfer_buf;
1594         boffset = io_u->offset;
1595
1596         if (io_u->buf_filled_len)
1597                 io_u->buf_filled_len = 0;
1598
1599         /*
1600          * Generate random index between 0..7. We do chunks of 512b, if
1601          * we assume a cacheline is 64 bytes, then we have 8 of those.
1602          * Scramble content within the blocks in the same cacheline to
1603          * speed things up.
1604          */
1605         offset = (io_u->start_time.tv_nsec ^ boffset) & 7;
1606
1607         for (i = 0; i < nr_blocks; i++) {
1608                 /*
1609                  * Fill offset into start of cacheline, time into end
1610                  * of cacheline
1611                  */
1612                 iptr = (void *) p + (offset << 6);
1613                 *iptr = boffset;
1614
1615                 iptr = (void *) p + 64 - 2 * sizeof(uint64_t);
1616                 iptr[0] = io_u->start_time.tv_sec;
1617                 iptr[1] = io_u->start_time.tv_nsec;
1618
1619                 p += 512;
1620                 boffset += 512;
1621         }
1622 }
1623
1624 /*
1625  * Return an io_u to be processed. Gets a buflen and offset, sets direction,
1626  * etc. The returned io_u is fully ready to be prepped, populated and submitted.
1627  */
1628 struct io_u *get_io_u(struct thread_data *td)
1629 {
1630         struct fio_file *f;
1631         struct io_u *io_u;
1632         int do_scramble = 0;
1633         long ret = 0;
1634
1635         io_u = __get_io_u(td);
1636         if (!io_u) {
1637                 dprint(FD_IO, "__get_io_u failed\n");
1638                 return NULL;
1639         }
1640
1641         if (check_get_verify(td, io_u))
1642                 goto out;
1643         if (check_get_trim(td, io_u))
1644                 goto out;
1645
1646         /*
1647          * from a requeue, io_u already setup
1648          */
1649         if (io_u->file)
1650                 goto out;
1651
1652         /*
1653          * If using an iolog, grab next piece if any available.
1654          */
1655         if (td->flags & TD_F_READ_IOLOG) {
1656                 if (read_iolog_get(td, io_u))
1657                         goto err_put;
1658         } else if (set_io_u_file(td, io_u)) {
1659                 ret = -EBUSY;
1660                 dprint(FD_IO, "io_u %p, setting file failed\n", io_u);
1661                 goto err_put;
1662         }
1663
1664         f = io_u->file;
1665         if (!f) {
1666                 dprint(FD_IO, "io_u %p, setting file failed\n", io_u);
1667                 goto err_put;
1668         }
1669
1670         assert(fio_file_open(f));
1671
1672         if (ddir_rw(io_u->ddir)) {
1673                 if (!io_u->buflen && !td_ioengine_flagged(td, FIO_NOIO)) {
1674                         dprint(FD_IO, "get_io_u: zero buflen on %p\n", io_u);
1675                         goto err_put;
1676                 }
1677
1678                 f->last_start[io_u->ddir] = io_u->offset;
1679                 f->last_pos[io_u->ddir] = io_u->offset + io_u->buflen;
1680
1681                 if (io_u->ddir == DDIR_WRITE) {
1682                         if (td->flags & TD_F_REFILL_BUFFERS) {
1683                                 io_u_fill_buffer(td, io_u,
1684                                         td->o.min_bs[DDIR_WRITE],
1685                                         io_u->buflen);
1686                         } else if ((td->flags & TD_F_SCRAMBLE_BUFFERS) &&
1687                                    !(td->flags & TD_F_COMPRESS) &&
1688                                    !(td->flags & TD_F_DO_VERIFY))
1689                                 do_scramble = 1;
1690                 } else if (io_u->ddir == DDIR_READ) {
1691                         /*
1692                          * Reset the buf_filled parameters so next time if the
1693                          * buffer is used for writes it is refilled.
1694                          */
1695                         io_u->buf_filled_len = 0;
1696                 }
1697         }
1698
1699         /*
1700          * Set io data pointers.
1701          */
1702         io_u->xfer_buf = io_u->buf;
1703         io_u->xfer_buflen = io_u->buflen;
1704
1705 out:
1706         assert(io_u->file);
1707         if (!td_io_prep(td, io_u)) {
1708                 if (!td->o.disable_lat)
1709                         fio_gettime(&io_u->start_time, NULL);
1710
1711                 if (do_scramble)
1712                         small_content_scramble(io_u);
1713
1714                 return io_u;
1715         }
1716 err_put:
1717         dprint(FD_IO, "get_io_u failed\n");
1718         put_io_u(td, io_u);
1719         return ERR_PTR(ret);
1720 }
1721
1722 static void __io_u_log_error(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
1723 {
1724         enum error_type_bit eb = td_error_type(io_u->ddir, io_u->error);
1725
1726         if (td_non_fatal_error(td, eb, io_u->error) && !td->o.error_dump)
1727                 return;
1728
1729         log_err("fio: io_u error%s%s: %s: %s offset=%llu, buflen=%llu\n",
1730                 io_u->file ? " on file " : "",
1731                 io_u->file ? io_u->file->file_name : "",
1732                 strerror(io_u->error),
1733                 io_ddir_name(io_u->ddir),
1734                 io_u->offset, io_u->xfer_buflen);
1735
1736         if (td->io_ops->errdetails) {
1737                 char *err = td->io_ops->errdetails(io_u);
1738
1739                 log_err("fio: %s\n", err);
1740                 free(err);
1741         }
1742
1743         if (!td->error)
1744                 td_verror(td, io_u->error, "io_u error");
1745 }
1746
1747 void io_u_log_error(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
1748 {
1749         __io_u_log_error(td, io_u);
1750         if (td->parent)
1751                 __io_u_log_error(td->parent, io_u);
1752 }
1753
1754 static inline bool gtod_reduce(struct thread_data *td)
1755 {
1756         return (td->o.disable_clat && td->o.disable_slat && td->o.disable_bw)
1757                         || td->o.gtod_reduce;
1758 }
1759
1760 static void account_io_completion(struct thread_data *td, struct io_u *io_u,
1761                                   struct io_completion_data *icd,
1762                                   const enum fio_ddir idx, unsigned int bytes)
1763 {
1764         const int no_reduce = !gtod_reduce(td);
1765         unsigned long long llnsec = 0;
1766
1767         if (td->parent)
1768                 td = td->parent;
1769
1770         if (!td->o.stats || td_ioengine_flagged(td, FIO_NOSTATS))
1771                 return;
1772
1773         if (no_reduce)
1774                 llnsec = ntime_since(&io_u->issue_time, &icd->time);
1775
1776         if (!td->o.disable_lat) {
1777                 unsigned long long tnsec;
1778
1779                 tnsec = ntime_since(&io_u->start_time, &icd->time);
1780                 add_lat_sample(td, idx, tnsec, bytes, io_u->offset);
1781
1782                 if (td->flags & TD_F_PROFILE_OPS) {
1783                         struct prof_io_ops *ops = &td->prof_io_ops;
1784
1785                         if (ops->io_u_lat)
1786                                 icd->error = ops->io_u_lat(td, tnsec);
1787                 }
1788
1789                 if (td->o.max_latency && tnsec > td->o.max_latency)
1790                         lat_fatal(td, icd, tnsec, td->o.max_latency);
1791                 if (td->o.latency_target && tnsec > td->o.latency_target) {
1792                         if (lat_target_failed(td))
1793                                 lat_fatal(td, icd, tnsec, td->o.latency_target);
1794                 }
1795         }
1796
1797         if (ddir_rw(idx)) {
1798                 if (!td->o.disable_clat) {
1799                         add_clat_sample(td, idx, llnsec, bytes, io_u->offset);
1800                         io_u_mark_latency(td, llnsec);
1801                 }
1802
1803                 if (!td->o.disable_bw && per_unit_log(td->bw_log))
1804                         add_bw_sample(td, io_u, bytes, llnsec);
1805
1806                 if (no_reduce && per_unit_log(td->iops_log))
1807                         add_iops_sample(td, io_u, bytes);
1808         } else if (ddir_sync(idx) && !td->o.disable_clat)
1809                 add_sync_clat_sample(&td->ts, llnsec);
1810
1811         if (td->ts.nr_block_infos && io_u->ddir == DDIR_TRIM) {
1812                 uint32_t *info = io_u_block_info(td, io_u);
1813                 if (BLOCK_INFO_STATE(*info) < BLOCK_STATE_TRIM_FAILURE) {
1814                         if (io_u->ddir == DDIR_TRIM) {
1815                                 *info = BLOCK_INFO(BLOCK_STATE_TRIMMED,
1816                                                 BLOCK_INFO_TRIMS(*info) + 1);
1817                         } else if (io_u->ddir == DDIR_WRITE) {
1818                                 *info = BLOCK_INFO_SET_STATE(BLOCK_STATE_WRITTEN,
1819                                                                 *info);
1820                         }
1821                 }
1822         }
1823 }
1824
1825 static void file_log_write_comp(const struct thread_data *td, struct fio_file *f,
1826                                 uint64_t offset, unsigned int bytes)
1827 {
1828         int idx;
1829
1830         if (!f)
1831                 return;
1832
1833         if (f->first_write == -1ULL || offset < f->first_write)
1834                 f->first_write = offset;
1835         if (f->last_write == -1ULL || ((offset + bytes) > f->last_write))
1836                 f->last_write = offset + bytes;
1837
1838         if (!f->last_write_comp)
1839                 return;
1840
1841         idx = f->last_write_idx++;
1842         f->last_write_comp[idx] = offset;
1843         if (f->last_write_idx == td->o.iodepth)
1844                 f->last_write_idx = 0;
1845 }
1846
1847 static bool should_account(struct thread_data *td)
1848 {
1849         return ramp_time_over(td) && (td->runstate == TD_RUNNING ||
1850                                            td->runstate == TD_VERIFYING);
1851 }
1852
1853 static void io_completed(struct thread_data *td, struct io_u **io_u_ptr,
1854                          struct io_completion_data *icd)
1855 {
1856         struct io_u *io_u = *io_u_ptr;
1857         enum fio_ddir ddir = io_u->ddir;
1858         struct fio_file *f = io_u->file;
1859
1860         dprint_io_u(io_u, "complete");
1861
1862         assert(io_u->flags & IO_U_F_FLIGHT);
1863         io_u_clear(td, io_u, IO_U_F_FLIGHT | IO_U_F_BUSY_OK);
1864
1865         /*
1866          * Mark IO ok to verify
1867          */
1868         if (io_u->ipo) {
1869                 /*
1870                  * Remove errored entry from the verification list
1871                  */
1872                 if (io_u->error)
1873                         unlog_io_piece(td, io_u);
1874                 else {
1875                         io_u->ipo->flags &= ~IP_F_IN_FLIGHT;
1876                         write_barrier();
1877                 }
1878         }
1879
1880         if (ddir_sync(ddir)) {
1881                 td->last_was_sync = true;
1882                 if (f) {
1883                         f->first_write = -1ULL;
1884                         f->last_write = -1ULL;
1885                 }
1886                 if (should_account(td))
1887                         account_io_completion(td, io_u, icd, ddir, io_u->buflen);
1888                 return;
1889         }
1890
1891         td->last_was_sync = false;
1892         td->last_ddir = ddir;
1893
1894         if (!io_u->error && ddir_rw(ddir)) {
1895                 unsigned long long bytes = io_u->buflen - io_u->resid;
1896                 int ret;
1897
1898                 td->io_blocks[ddir]++;
1899                 td->io_bytes[ddir] += bytes;
1900
1901                 if (!(io_u->flags & IO_U_F_VER_LIST)) {
1902                         td->this_io_blocks[ddir]++;
1903                         td->this_io_bytes[ddir] += bytes;
1904                 }
1905
1906                 if (ddir == DDIR_WRITE)
1907                         file_log_write_comp(td, f, io_u->offset, bytes);
1908
1909                 if (should_account(td))
1910                         account_io_completion(td, io_u, icd, ddir, bytes);
1911
1912                 icd->bytes_done[ddir] += bytes;
1913
1914                 if (io_u->end_io) {
1915                         ret = io_u->end_io(td, io_u_ptr);
1916                         io_u = *io_u_ptr;
1917                         if (ret && !icd->error)
1918                                 icd->error = ret;
1919                 }
1920         } else if (io_u->error) {
1921                 icd->error = io_u->error;
1922                 io_u_log_error(td, io_u);
1923         }
1924         if (icd->error) {
1925                 enum error_type_bit eb = td_error_type(ddir, icd->error);
1926
1927                 if (!td_non_fatal_error(td, eb, icd->error))
1928                         return;
1929
1930                 /*
1931                  * If there is a non_fatal error, then add to the error count
1932                  * and clear all the errors.
1933                  */
1934                 update_error_count(td, icd->error);
1935                 td_clear_error(td);
1936                 icd->error = 0;
1937                 if (io_u)
1938                         io_u->error = 0;
1939         }
1940 }
1941
1942 static void init_icd(struct thread_data *td, struct io_completion_data *icd,
1943                      int nr)
1944 {
1945         int ddir;
1946
1947         if (!gtod_reduce(td))
1948                 fio_gettime(&icd->time, NULL);
1949
1950         icd->nr = nr;
1951
1952         icd->error = 0;
1953         for (ddir = 0; ddir < DDIR_RWDIR_CNT; ddir++)
1954                 icd->bytes_done[ddir] = 0;
1955 }
1956
1957 static void ios_completed(struct thread_data *td,
1958                           struct io_completion_data *icd)
1959 {
1960         struct io_u *io_u;
1961         int i;
1962
1963         for (i = 0; i < icd->nr; i++) {
1964                 io_u = td->io_ops->event(td, i);
1965
1966                 io_completed(td, &io_u, icd);
1967
1968                 if (io_u)
1969                         put_io_u(td, io_u);
1970         }
1971 }
1972
1973 /*
1974  * Complete a single io_u for the sync engines.
1975  */
1976 int io_u_sync_complete(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
1977 {
1978         struct io_completion_data icd;
1979         int ddir;
1980
1981         init_icd(td, &icd, 1);
1982         io_completed(td, &io_u, &icd);
1983
1984         if (io_u)
1985                 put_io_u(td, io_u);
1986
1987         if (icd.error) {
1988                 td_verror(td, icd.error, "io_u_sync_complete");
1989                 return -1;
1990         }
1991
1992         for (ddir = 0; ddir < DDIR_RWDIR_CNT; ddir++)
1993                 td->bytes_done[ddir] += icd.bytes_done[ddir];
1994
1995         return 0;
1996 }
1997
1998 /*
1999  * Called to complete min_events number of io for the async engines.
2000  */
2001 int io_u_queued_complete(struct thread_data *td, int min_evts)
2002 {
2003         struct io_completion_data icd;
2004         struct timespec *tvp = NULL;
2005         int ret, ddir;
2006         struct timespec ts = { .tv_sec = 0, .tv_nsec = 0, };
2007
2008         dprint(FD_IO, "io_u_queued_complete: min=%d\n", min_evts);
2009
2010         if (!min_evts)
2011                 tvp = &ts;
2012         else if (min_evts > td->cur_depth)
2013                 min_evts = td->cur_depth;
2014
2015         /* No worries, td_io_getevents fixes min and max if they are
2016          * set incorrectly */
2017         ret = td_io_getevents(td, min_evts, td->o.iodepth_batch_complete_max, tvp);
2018         if (ret < 0) {
2019                 td_verror(td, -ret, "td_io_getevents");
2020                 return ret;
2021         } else if (!ret)
2022                 return ret;
2023
2024         init_icd(td, &icd, ret);
2025         ios_completed(td, &icd);
2026         if (icd.error) {
2027                 td_verror(td, icd.error, "io_u_queued_complete");
2028                 return -1;
2029         }
2030
2031         for (ddir = 0; ddir < DDIR_RWDIR_CNT; ddir++)
2032                 td->bytes_done[ddir] += icd.bytes_done[ddir];
2033
2034         return ret;
2035 }
2036
2037 /*
2038  * Call when io_u is really queued, to update the submission latency.
2039  */
2040 void io_u_queued(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
2041 {
2042         if (!td->o.disable_slat && ramp_time_over(td) && td->o.stats) {
2043                 unsigned long slat_time;
2044
2045                 slat_time = ntime_since(&io_u->start_time, &io_u->issue_time);
2046
2047                 if (td->parent)
2048                         td = td->parent;
2049
2050                 add_slat_sample(td, io_u->ddir, slat_time, io_u->xfer_buflen,
2051                                 io_u->offset);
2052         }
2053 }
2054
2055 /*
2056  * See if we should reuse the last seed, if dedupe is enabled
2057  */
2058 static struct frand_state *get_buf_state(struct thread_data *td)
2059 {
2060         unsigned int v;
2061
2062         if (!td->o.dedupe_percentage)
2063                 return &td->buf_state;
2064         else if (td->o.dedupe_percentage == 100) {
2065                 frand_copy(&td->buf_state_prev, &td->buf_state);
2066                 return &td->buf_state;
2067         }
2068
2069         v = rand_between(&td->dedupe_state, 1, 100);
2070
2071         if (v <= td->o.dedupe_percentage)
2072                 return &td->buf_state_prev;
2073
2074         return &td->buf_state;
2075 }
2076
2077 static void save_buf_state(struct thread_data *td, struct frand_state *rs)
2078 {
2079         if (td->o.dedupe_percentage == 100)
2080                 frand_copy(rs, &td->buf_state_prev);
2081         else if (rs == &td->buf_state)
2082                 frand_copy(&td->buf_state_prev, rs);
2083 }
2084
2085 void fill_io_buffer(struct thread_data *td, void *buf, unsigned long long min_write,
2086                     unsigned long long max_bs)
2087 {
2088         struct thread_options *o = &td->o;
2089
2090         if (o->mem_type == MEM_CUDA_MALLOC)
2091                 return;
2092
2093         if (o->compress_percentage || o->dedupe_percentage) {
2094                 unsigned int perc = td->o.compress_percentage;
2095                 struct frand_state *rs;
2096                 unsigned long long left = max_bs;
2097                 unsigned long long this_write;
2098
2099                 do {
2100                         rs = get_buf_state(td);
2101
2102                         min_write = min(min_write, left);
2103
2104                         if (perc) {
2105                                 this_write = min_not_zero(min_write,
2106                                                         (unsigned long long) td->o.compress_chunk);
2107
2108                                 fill_random_buf_percentage(rs, buf, perc,
2109                                         this_write, this_write,
2110                                         o->buffer_pattern,
2111                                         o->buffer_pattern_bytes);
2112                         } else {
2113                                 fill_random_buf(rs, buf, min_write);
2114                                 this_write = min_write;
2115                         }
2116
2117                         buf += this_write;
2118                         left -= this_write;
2119                         save_buf_state(td, rs);
2120                 } while (left);
2121         } else if (o->buffer_pattern_bytes)
2122                 fill_buffer_pattern(td, buf, max_bs);
2123         else if (o->zero_buffers)
2124                 memset(buf, 0, max_bs);
2125         else
2126                 fill_random_buf(get_buf_state(td), buf, max_bs);
2127 }
2128
2129 /*
2130  * "randomly" fill the buffer contents
2131  */
2132 void io_u_fill_buffer(struct thread_data *td, struct io_u *io_u,
2133                       unsigned long long min_write, unsigned long long max_bs)
2134 {
2135         io_u->buf_filled_len = 0;
2136         fill_io_buffer(td, io_u->buf, min_write, max_bs);
2137 }
2138
2139 static int do_sync_file_range(const struct thread_data *td,
2140                               struct fio_file *f)
2141 {
2142         off64_t offset, nbytes;
2143
2144         offset = f->first_write;
2145         nbytes = f->last_write - f->first_write;
2146
2147         if (!nbytes)
2148                 return 0;
2149
2150         return sync_file_range(f->fd, offset, nbytes, td->o.sync_file_range);
2151 }
2152
2153 int do_io_u_sync(const struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
2154 {
2155         int ret;
2156
2157         if (io_u->ddir == DDIR_SYNC) {
2158                 ret = fsync(io_u->file->fd);
2159         } else if (io_u->ddir == DDIR_DATASYNC) {
2160 #ifdef CONFIG_FDATASYNC
2161                 ret = fdatasync(io_u->file->fd);
2162 #else
2163                 ret = io_u->xfer_buflen;
2164                 io_u->error = EINVAL;
2165 #endif
2166         } else if (io_u->ddir == DDIR_SYNC_FILE_RANGE)
2167                 ret = do_sync_file_range(td, io_u->file);
2168         else {
2169                 ret = io_u->xfer_buflen;
2170                 io_u->error = EINVAL;
2171         }
2172
2173         if (ret < 0)
2174                 io_u->error = errno;
2175
2176         return ret;
2177 }
2178
2179 int do_io_u_trim(const struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
2180 {
2181 #ifndef FIO_HAVE_TRIM
2182         io_u->error = EINVAL;
2183         return 0;
2184 #else
2185         struct fio_file *f = io_u->file;
2186         int ret;
2187
2188         ret = os_trim(f, io_u->offset, io_u->xfer_buflen);
2189         if (!ret)
2190                 return io_u->xfer_buflen;
2191
2192         io_u->error = ret;
2193         return 0;
2194 #endif
2195 }