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          * -> not for now since there is code assuming it could go either.
  66          */
  67         max_size = f->io_size;
  68         if (max_size > f->real_file_size)
  69                 max_size = f->real_file_size;
  70
  71         if (td->o.zone_range)
  72                 max_size = td->o.zone_range;
  73
  74         if (td->o.min_bs[ddir] > td->o.ba[ddir])
  75                 max_size -= td->o.min_bs[ddir] - td->o.ba[ddir];
  76
  77         max_blocks = max_size / (uint64_t) td->o.ba[ddir];
  78         if (!max_blocks)
  79                 return 0;
  80
  81         return max_blocks;
  82 }
  83
  84 struct rand_off {
  85         struct flist_head list;
  86         uint64_t off;
  87 };
  88
  89 static int __get_next_rand_offset(struct thread_data *td, struct fio_file *f,
  90                                   enum fio_ddir ddir, uint64_t *b,
  91                                   uint64_t lastb)
  92 {
  93         uint64_t r;
  94
  95         if (td->o.random_generator == FIO_RAND_GEN_TAUSWORTHE ||
  96             td->o.random_generator == FIO_RAND_GEN_TAUSWORTHE64) {
  97
  98                 r = __rand(&td->random_state);
  99
 100                 dprint(FD_RANDOM, "off rand %llu\n", (unsigned long long) r);
 101
 102                 *b = lastb * (r / (rand_max(&td->random_state) + 1.0));
 103         } else {
 104                 uint64_t off = 0;
 105
 106                 assert(fio_file_lfsr(f));
 107
 108                 if (lfsr_next(&f->lfsr, &off))
 109                         return 1;
 110
 111                 *b = off;
 112         }
 113
 114         /*
 115          * if we are not maintaining a random map, we are done.
 116          */
 117         if (!file_randommap(td, f))
 118                 goto ret;
 119
 120         /*
 121          * calculate map offset and check if it's free
 122          */
 123         if (random_map_free(f, *b))
 124                 goto ret;
 125
 126         dprint(FD_RANDOM, "get_next_rand_offset: offset %llu busy\n",
 127                                                 (unsigned long long) *b);
 128
 129         *b = axmap_next_free(f->io_axmap, *b);
 130         if (*b == (uint64_t) -1ULL)
 131                 return 1;
 132 ret:
 133         return 0;
 134 }
 135
 136 static int __get_next_rand_offset_zipf(struct thread_data *td,
 137                                        struct fio_file *f, enum fio_ddir ddir,
 138                                        uint64_t *b)
 139 {
 140         *b = zipf_next(&f->zipf);
 141         return 0;
 142 }
 143
 144 static int __get_next_rand_offset_pareto(struct thread_data *td,
 145                                          struct fio_file *f, enum fio_ddir ddir,
 146                                          uint64_t *b)
 147 {
 148         *b = pareto_next(&f->zipf);
 149         return 0;
 150 }
 151
 152 static int __get_next_rand_offset_gauss(struct thread_data *td,
 153                                         struct fio_file *f, enum fio_ddir ddir,
 154                                         uint64_t *b)
 155 {
 156         *b = gauss_next(&f->gauss);
 157         return 0;
 158 }
 159
 160 static int __get_next_rand_offset_zoned(struct thread_data *td,
 161                                         struct fio_file *f, enum fio_ddir ddir,
 162                                         uint64_t *b)
 163 {
 164         unsigned int v, send, stotal;
 165         uint64_t offset, lastb;
 166         static int warned;
 167         struct zone_split_index *zsi;
 168
 169         lastb = last_block(td, f, ddir);
 170         if (!lastb)
 171                 return 1;
 172
 173         if (!td->o.zone_split_nr[ddir]) {
 174 bail:
 175                 return __get_next_rand_offset(td, f, ddir, b, lastb);
 176         }
 177
 178         /*
 179          * Generate a value, v, between 1 and 100, both inclusive
 180          */
 181         v = rand32_between(&td->zone_state, 1, 100);
 182
 183         zsi = &td->zone_state_index[ddir][v - 1];
 184         stotal = zsi->size_perc_prev;
 185         send = zsi->size_perc;
 186
 187         /*
 188          * Should never happen
 189          */
 190         if (send == -1U) {
 191                 if (!warned) {
 192                         log_err("fio: bug in zoned generation\n");
 193                         warned = 1;
 194                 }
 195                 goto bail;
 196         }
 197
 198         /*
 199          * 'send' is some percentage below or equal to 100 that
 200          * marks the end of the current IO range. 'stotal' marks
 201          * the start, in percent.
 202          */
 203         if (stotal)
 204                 offset = stotal * lastb / 100ULL;
 205         else
 206                 offset = 0;
 207
 208         lastb = lastb * (send - stotal) / 100ULL;
 209
 210         /*
 211          * Generate index from 0..send-of-lastb
 212          */
 213         if (__get_next_rand_offset(td, f, ddir, b, lastb) == 1)
 214                 return 1;
 215
 216         /*
 217          * Add our start offset, if any
 218          */
 219         if (offset)
 220                 *b += offset;
 221
 222         return 0;
 223 }
 224
 225 static int flist_cmp(void *data, struct flist_head *a, struct flist_head *b)
 226 {
 227         struct rand_off *r1 = flist_entry(a, struct rand_off, list);
 228         struct rand_off *r2 = flist_entry(b, struct rand_off, list);
 229
 230         return r1->off - r2->off;
 231 }
 232
 233 static int get_off_from_method(struct thread_data *td, struct fio_file *f,
 234                                enum fio_ddir ddir, uint64_t *b)
 235 {
 236         if (td->o.random_distribution == FIO_RAND_DIST_RANDOM) {
 237                 uint64_t lastb;
 238
 239                 lastb = last_block(td, f, ddir);
 240                 if (!lastb)
 241                         return 1;
 242
 243                 return __get_next_rand_offset(td, f, ddir, b, lastb);
 244         } else if (td->o.random_distribution == FIO_RAND_DIST_ZIPF)
 245                 return __get_next_rand_offset_zipf(td, f, ddir, b);
 246         else if (td->o.random_distribution == FIO_RAND_DIST_PARETO)
 247                 return __get_next_rand_offset_pareto(td, f, ddir, b);
 248         else if (td->o.random_distribution == FIO_RAND_DIST_GAUSS)
 249                 return __get_next_rand_offset_gauss(td, f, ddir, b);
 250         else if (td->o.random_distribution == FIO_RAND_DIST_ZONED)
 251                 return __get_next_rand_offset_zoned(td, f, ddir, b);
 252
 253         log_err("fio: unknown random distribution: %d\n", td->o.random_distribution);
 254         return 1;
 255 }
 256
 257 /*
 258  * Sort the reads for a verify phase in batches of verifysort_nr, if
 259  * specified.
 260  */
 261 static inline bool should_sort_io(struct thread_data *td)
 262 {
 263         if (!td->o.verifysort_nr || !td->o.do_verify)
 264                 return false;
 265         if (!td_random(td))
 266                 return false;
 267         if (td->runstate != TD_VERIFYING)
 268                 return false;
 269         if (td->o.random_generator == FIO_RAND_GEN_TAUSWORTHE ||
 270             td->o.random_generator == FIO_RAND_GEN_TAUSWORTHE64)
 271                 return false;
 272
 273         return true;
 274 }
 275
 276 static bool should_do_random(struct thread_data *td, enum fio_ddir ddir)
 277 {
 278         unsigned int v;
 279
 280         if (td->o.perc_rand[ddir] == 100)
 281                 return true;
 282
 283         v = rand32_between(&td->seq_rand_state[ddir], 1, 100);
 284
 285         return v <= td->o.perc_rand[ddir];
 286 }
 287
 288 static int get_next_rand_offset(struct thread_data *td, struct fio_file *f,
 289                                 enum fio_ddir ddir, uint64_t *b)
 290 {
 291         struct rand_off *r;
 292         int i, ret = 1;
 293
 294         if (!should_sort_io(td))
 295                 return get_off_from_method(td, f, ddir, b);
 296
 297         if (!flist_empty(&td->next_rand_list)) {
 298 fetch:
 299                 r = flist_first_entry(&td->next_rand_list, struct rand_off, list);
 300                 flist_del(&r->list);
 301                 *b = r->off;
 302                 free(r);
 303                 return 0;
 304         }
 305
 306         for (i = 0; i < td->o.verifysort_nr; i++) {
 307                 r = malloc(sizeof(*r));
 308
 309                 ret = get_off_from_method(td, f, ddir, &r->off);
 310                 if (ret) {
 311                         free(r);
 312                         break;
 313                 }
 314
 315                 flist_add(&r->list, &td->next_rand_list);
 316         }
 317
 318         if (ret && !i)
 319                 return ret;
 320
 321         assert(!flist_empty(&td->next_rand_list));
 322         flist_sort(NULL, &td->next_rand_list, flist_cmp);
 323         goto fetch;
 324 }
 325
 326 static int get_next_rand_block(struct thread_data *td, struct fio_file *f,
 327                                enum fio_ddir ddir, uint64_t *b)
 328 {
 329         if (!get_next_rand_offset(td, f, ddir, b))
 330                 return 0;
 331
 332         if (td->o.time_based ||
 333             (td->o.file_service_type & __FIO_FSERVICE_NONUNIFORM)) {
 334                 fio_file_reset(td, f);
 335                 if (!get_next_rand_offset(td, f, ddir, b))
 336                         return 0;
 337         }
 338
 339         dprint(FD_IO, "%s: rand offset failed, last=%llu, size=%llu\n",
 340                         f->file_name, (unsigned long long) f->last_pos[ddir],
 341                         (unsigned long long) f->real_file_size);
 342         return 1;
 343 }
 344
 345 static int get_next_seq_offset(struct thread_data *td, struct fio_file *f,
 346                                enum fio_ddir ddir, uint64_t *offset)
 347 {
 348         struct thread_options *o = &td->o;
 349
 350         assert(ddir_rw(ddir));
 351
 352         if (f->last_pos[ddir] >= f->io_size + get_start_offset(td, f) &&
 353             o->time_based) {
 354                 struct thread_options *o = &td->o;
 355                 uint64_t io_size = f->io_size + (f->io_size % o->min_bs[ddir]);
 356
 357                 if (io_size > f->last_pos[ddir])
 358                         f->last_pos[ddir] = 0;
 359                 else
 360                         f->last_pos[ddir] = f->last_pos[ddir] - io_size;
 361         }
 362
 363         if (f->last_pos[ddir] < f->real_file_size) {
 364                 uint64_t pos;
 365
 366                 if (f->last_pos[ddir] == f->file_offset && o->ddir_seq_add < 0) {
 367                         if (f->real_file_size > f->io_size)
 368                                 f->last_pos[ddir] = f->io_size;
 369                         else
 370                                 f->last_pos[ddir] = f->real_file_size;
 371                 }
 372
 373                 pos = f->last_pos[ddir] - f->file_offset;
 374                 if (pos && o->ddir_seq_add) {
 375                         pos += o->ddir_seq_add;
 376
 377                         /*
 378                          * If we reach beyond the end of the file
 379                          * with holed IO, wrap around to the
 380                          * beginning again. If we're doing backwards IO,
 381                          * wrap to the end.
 382                          */
 383                         if (pos >= f->real_file_size) {
 384                                 if (o->ddir_seq_add > 0)
 385                                         pos = f->file_offset;
 386                                 else {
 387                                         if (f->real_file_size > f->io_size)
 388                                                 pos = f->io_size;
 389                                         else
 390                                                 pos = f->real_file_size;
 391
 392                                         pos += o->ddir_seq_add;
 393                                 }
 394                         }
 395                 }
 396
 397                 *offset = pos;
 398                 return 0;
 399         }
 400
 401         return 1;
 402 }
 403
 404 static int get_next_block(struct thread_data *td, struct io_u *io_u,
 405                           enum fio_ddir ddir, int rw_seq,
 406                           unsigned int *is_random)
 407 {
 408         struct fio_file *f = io_u->file;
 409         uint64_t b, offset;
 410         int ret;
 411
 412         assert(ddir_rw(ddir));
 413
 414         b = offset = -1ULL;
 415
 416         if (rw_seq) {
 417                 if (td_random(td)) {
 418                         if (should_do_random(td, ddir)) {
 419                                 ret = get_next_rand_block(td, f, ddir, &b);
 420                                 *is_random = 1;
 421                         } else {
 422                                 *is_random = 0;
 423                                 io_u_set(td, io_u, IO_U_F_BUSY_OK);
 424                                 ret = get_next_seq_offset(td, f, ddir, &offset);
 425                                 if (ret)
 426                                         ret = get_next_rand_block(td, f, ddir, &b);
 427                         }
 428                 } else {
 429                         *is_random = 0;
 430                         ret = get_next_seq_offset(td, f, ddir, &offset);
 431                 }
 432         } else {
 433                 io_u_set(td, io_u, IO_U_F_BUSY_OK);
 434                 *is_random = 0;
 435
 436                 if (td->o.rw_seq == RW_SEQ_SEQ) {
 437                         ret = get_next_seq_offset(td, f, ddir, &offset);
 438                         if (ret) {
 439                                 ret = get_next_rand_block(td, f, ddir, &b);
 440                                 *is_random = 0;
 441                         }
 442                 } else if (td->o.rw_seq == RW_SEQ_IDENT) {
 443                         if (f->last_start[ddir] != -1ULL)
 444                                 offset = f->last_start[ddir] - f->file_offset;
 445                         else
 446                                 offset = 0;
 447                         ret = 0;
 448                 } else {
 449                         log_err("fio: unknown rw_seq=%d\n", td->o.rw_seq);
 450                         ret = 1;
 451                 }
 452         }
 453
 454         if (!ret) {
 455                 if (offset != -1ULL)
 456                         io_u->offset = offset;
 457                 else if (b != -1ULL)
 458                         io_u->offset = b * td->o.ba[ddir];
 459                 else {
 460                         log_err("fio: bug in offset generation: offset=%llu, b=%llu\n", (unsigned long long) offset, (unsigned long long) b);
 461                         ret = 1;
 462                 }
 463         }
 464
 465         return ret;
 466 }
 467
 468 /*
 469  * For random io, generate a random new block and see if it's used. Repeat
 470  * until we find a free one. For sequential io, just return the end of
 471  * the last io issued.
 472  */
 473 static int __get_next_offset(struct thread_data *td, struct io_u *io_u,
 474                              unsigned int *is_random)
 475 {
 476         struct fio_file *f = io_u->file;
 477         enum fio_ddir ddir = io_u->ddir;
 478         int rw_seq_hit = 0;
 479
 480         assert(ddir_rw(ddir));
 481
 482         if (td->o.ddir_seq_nr && !--td->ddir_seq_nr) {
 483                 rw_seq_hit = 1;
 484                 td->ddir_seq_nr = td->o.ddir_seq_nr;
 485         }
 486
 487         if (get_next_block(td, io_u, ddir, rw_seq_hit, is_random))
 488                 return 1;
 489
 490         if (io_u->offset >= f->io_size) {
 491                 dprint(FD_IO, "get_next_offset: offset %llu >= io_size %llu\n",
 492                                         (unsigned long long) io_u->offset,
 493                                         (unsigned long long) f->io_size);
 494                 return 1;
 495         }
 496
 497         io_u->offset += f->file_offset;
 498         if (io_u->offset >= f->real_file_size) {
 499                 dprint(FD_IO, "get_next_offset: offset %llu >= size %llu\n",
 500                                         (unsigned long long) io_u->offset,
 501                                         (unsigned long long) f->real_file_size);
 502                 return 1;
 503         }
 504
 505         return 0;
 506 }
 507
 508 static int get_next_offset(struct thread_data *td, struct io_u *io_u,
 509                            unsigned int *is_random)
 510 {
 511         if (td->flags & TD_F_PROFILE_OPS) {
 512                 struct prof_io_ops *ops = &td->prof_io_ops;
 513
 514                 if (ops->fill_io_u_off)
 515                         return ops->fill_io_u_off(td, io_u, is_random);
 516         }
 517
 518         return __get_next_offset(td, io_u, is_random);
 519 }
 520
 521 static inline bool io_u_fits(struct thread_data *td, struct io_u *io_u,
 522                              unsigned int buflen)
 523 {
 524         struct fio_file *f = io_u->file;
 525
 526         return io_u->offset + buflen <= f->io_size + get_start_offset(td, f);
 527 }
 528
 529 static unsigned int __get_next_buflen(struct thread_data *td, struct io_u *io_u,
 530                                       unsigned int is_random)
 531 {
 532         int ddir = io_u->ddir;
 533         unsigned int buflen = 0;
 534         unsigned int minbs, maxbs;
 535         uint64_t frand_max, 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 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 (!perc)
 573                                         break;
 574                                 if ((r / perc <= frand_max / 100ULL) &&
 575                                     io_u_fits(td, io_u, buflen))
 576                                         break;
 577                         }
 578                 }
 579
 580                 if (!td->o.bs_unaligned && is_power_of_2(minbs))
 581                         buflen &= ~(minbs - 1);
 582
 583         } while (!io_u_fits(td, io_u, buflen));
 584
 585         return buflen;
 586 }
 587
 588 static unsigned int get_next_buflen(struct thread_data *td, struct io_u *io_u,
 589                                     unsigned int is_random)
 590 {
 591         if (td->flags & TD_F_PROFILE_OPS) {
 592                 struct prof_io_ops *ops = &td->prof_io_ops;
 593
 594                 if (ops->fill_io_u_size)
 595                         return ops->fill_io_u_size(td, io_u, is_random);
 596         }
 597
 598         return __get_next_buflen(td, io_u, is_random);
 599 }
 600
 601 static void set_rwmix_bytes(struct thread_data *td)
 602 {
 603         unsigned int diff;
 604
 605         /*
 606          * we do time or byte based switch. this is needed because
 607          * buffered writes may issue a lot quicker than they complete,
 608          * whereas reads do not.
 609          */
 610         diff = td->o.rwmix[td->rwmix_ddir ^ 1];
 611         td->rwmix_issues = (td->io_issues[td->rwmix_ddir] * diff) / 100;
 612 }
 613
 614 static inline enum fio_ddir get_rand_ddir(struct thread_data *td)
 615 {
 616         unsigned int v;
 617
 618         v = rand32_between(&td->rwmix_state, 1, 100);
 619
 620         if (v <= td->o.rwmix[DDIR_READ])
 621                 return DDIR_READ;
 622
 623         return DDIR_WRITE;
 624 }
 625
 626 int io_u_quiesce(struct thread_data *td)
 627 {
 628         int completed = 0;
 629
 630         /*
 631          * We are going to sleep, ensure that we flush anything pending as
 632          * not to skew our latency numbers.
 633          *
 634          * Changed to only monitor 'in flight' requests here instead of the
 635          * td->cur_depth, b/c td->cur_depth does not accurately represent
 636          * io's that have been actually submitted to an async engine,
 637          * and cur_depth is meaningless for sync engines.
 638          */
 639         if (td->io_u_queued || td->cur_depth) {
 640                 int fio_unused ret;
 641
 642                 ret = td_io_commit(td);
 643         }
 644
 645         while (td->io_u_in_flight) {
 646                 int ret;
 647
 648                 ret = io_u_queued_complete(td, 1);
 649                 if (ret > 0)
 650                         completed += ret;
 651         }
 652
 653         if (td->flags & TD_F_REGROW_LOGS)
 654                 regrow_logs(td);
 655
 656         return completed;
 657 }
 658
 659 static enum fio_ddir rate_ddir(struct thread_data *td, enum fio_ddir ddir)
 660 {
 661         enum fio_ddir odir = ddir ^ 1;
 662         long usec;
 663         uint64_t now;
 664
 665         assert(ddir_rw(ddir));
 666         now = utime_since_now(&td->start);
 667
 668         /*
 669          * if rate_next_io_time is in the past, need to catch up to rate
 670          */
 671         if (td->rate_next_io_time[ddir] <= now)
 672                 return ddir;
 673
 674         /*
 675          * We are ahead of rate in this direction. See if we
 676          * should switch.
 677          */
 678         if (td_rw(td) && td->o.rwmix[odir]) {
 679                 /*
 680                  * Other direction is behind rate, switch
 681                  */
 682                 if (td->rate_next_io_time[odir] <= now)
 683                         return odir;
 684
 685                 /*
 686                  * Both directions are ahead of rate. sleep the min
 687                  * switch if necissary
 688                  */
 689                 if (td->rate_next_io_time[ddir] <=
 690                         td->rate_next_io_time[odir]) {
 691                         usec = td->rate_next_io_time[ddir] - now;
 692                 } else {
 693                         usec = td->rate_next_io_time[odir] - now;
 694                         ddir = odir;
 695                 }
 696         } else
 697                 usec = td->rate_next_io_time[ddir] - now;
 698
 699         if (td->o.io_submit_mode == IO_MODE_INLINE)
 700                 io_u_quiesce(td);
 701
 702         usec = usec_sleep(td, usec);
 703
 704         return ddir;
 705 }
 706
 707 /*
 708  * Return the data direction for the next io_u. If the job is a
 709  * mixed read/write workload, check the rwmix cycle and switch if
 710  * necessary.
 711  */
 712 static enum fio_ddir get_rw_ddir(struct thread_data *td)
 713 {
 714         enum fio_ddir ddir;
 715
 716         /*
 717          * see if it's time to fsync
 718          */
 719         if (td->o.fsync_blocks &&
 720            !(td->io_issues[DDIR_WRITE] % td->o.fsync_blocks) &&
 721              td->io_issues[DDIR_WRITE] && should_fsync(td))
 722                 return DDIR_SYNC;
 723
 724         /*
 725          * see if it's time to fdatasync
 726          */
 727         if (td->o.fdatasync_blocks &&
 728            !(td->io_issues[DDIR_WRITE] % td->o.fdatasync_blocks) &&
 729              td->io_issues[DDIR_WRITE] && should_fsync(td))
 730                 return DDIR_DATASYNC;
 731
 732         /*
 733          * see if it's time to sync_file_range
 734          */
 735         if (td->sync_file_range_nr &&
 736            !(td->io_issues[DDIR_WRITE] % td->sync_file_range_nr) &&
 737              td->io_issues[DDIR_WRITE] && should_fsync(td))
 738                 return DDIR_SYNC_FILE_RANGE;
 739
 740         if (td_rw(td)) {
 741                 /*
 742                  * Check if it's time to seed a new data direction.
 743                  */
 744                 if (td->io_issues[td->rwmix_ddir] >= td->rwmix_issues) {
 745                         /*
 746                          * Put a top limit on how many bytes we do for
 747                          * one data direction, to avoid overflowing the
 748                          * ranges too much
 749                          */
 750                         ddir = get_rand_ddir(td);
 751
 752                         if (ddir != td->rwmix_ddir)
 753                                 set_rwmix_bytes(td);
 754
 755                         td->rwmix_ddir = ddir;
 756                 }
 757                 ddir = td->rwmix_ddir;
 758         } else if (td_read(td))
 759                 ddir = DDIR_READ;
 760         else if (td_write(td))
 761                 ddir = DDIR_WRITE;
 762         else if (td_trim(td))
 763                 ddir = DDIR_TRIM;
 764         else
 765                 ddir = DDIR_INVAL;
 766
 767         td->rwmix_ddir = rate_ddir(td, ddir);
 768         return td->rwmix_ddir;
 769 }
 770
 771 static void set_rw_ddir(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
 772 {
 773         enum fio_ddir ddir = get_rw_ddir(td);
 774
 775         if (td_trimwrite(td)) {
 776                 struct fio_file *f = io_u->file;
 777                 if (f->last_pos[DDIR_WRITE] == f->last_pos[DDIR_TRIM])
 778                         ddir = DDIR_TRIM;
 779                 else
 780                         ddir = DDIR_WRITE;
 781         }
 782
 783         io_u->ddir = io_u->acct_ddir = ddir;
 784
 785         if (io_u->ddir == DDIR_WRITE && td_ioengine_flagged(td, FIO_BARRIER) &&
 786             td->o.barrier_blocks &&
 787            !(td->io_issues[DDIR_WRITE] % td->o.barrier_blocks) &&
 788              td->io_issues[DDIR_WRITE])
 789                 io_u_set(td, io_u, IO_U_F_BARRIER);
 790 }
 791
 792 void put_file_log(struct thread_data *td, struct fio_file *f)
 793 {
 794         unsigned int ret = put_file(td, f);
 795
 796         if (ret)
 797                 td_verror(td, ret, "file close");
 798 }
 799
 800 void put_io_u(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
 801 {
 802         if (td->parent)
 803                 td = td->parent;
 804
 805         td_io_u_lock(td);
 806
 807         if (io_u->file && !(io_u->flags & IO_U_F_NO_FILE_PUT))
 808                 put_file_log(td, io_u->file);
 809
 810         io_u->file = NULL;
 811         io_u_set(td, io_u, IO_U_F_FREE);
 812
 813         if (io_u->flags & IO_U_F_IN_CUR_DEPTH) {
 814                 td->cur_depth--;
 815                 assert(!(td->flags & TD_F_CHILD));
 816         }
 817         io_u_qpush(&td->io_u_freelist, io_u);
 818         td_io_u_unlock(td);
 819         td_io_u_free_notify(td);
 820 }
 821
 822 void clear_io_u(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
 823 {
 824         io_u_clear(td, io_u, IO_U_F_FLIGHT);
 825         put_io_u(td, io_u);
 826 }
 827
 828 void requeue_io_u(struct thread_data *td, struct io_u **io_u)
 829 {
 830         struct io_u *__io_u = *io_u;
 831         enum fio_ddir ddir = acct_ddir(__io_u);
 832
 833         dprint(FD_IO, "requeue %p\n", __io_u);
 834
 835         if (td->parent)
 836                 td = td->parent;
 837
 838         td_io_u_lock(td);
 839
 840         io_u_set(td, __io_u, IO_U_F_FREE);
 841         if ((__io_u->flags & IO_U_F_FLIGHT) && ddir_rw(ddir))
 842                 td->io_issues[ddir]--;
 843
 844         io_u_clear(td, __io_u, IO_U_F_FLIGHT);
 845         if (__io_u->flags & IO_U_F_IN_CUR_DEPTH) {
 846                 td->cur_depth--;
 847                 assert(!(td->flags & TD_F_CHILD));
 848         }
 849
 850         io_u_rpush(&td->io_u_requeues, __io_u);
 851         td_io_u_unlock(td);
 852         td_io_u_free_notify(td);
 853         *io_u = NULL;
 854 }
 855
 856 static int fill_io_u(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
 857 {
 858         unsigned int is_random;
 859
 860         if (td_ioengine_flagged(td, FIO_NOIO))
 861                 goto out;
 862
 863         set_rw_ddir(td, io_u);
 864
 865         /*
 866          * fsync() or fdatasync() or trim etc, we are done
 867          */
 868         if (!ddir_rw(io_u->ddir))
 869                 goto out;
 870
 871         /*
 872          * See if it's time to switch to a new zone
 873          */
 874         if (td->zone_bytes >= td->o.zone_size && td->o.zone_skip) {
 875                 struct fio_file *f = io_u->file;
 876
 877                 td->zone_bytes = 0;
 878                 f->file_offset += td->o.zone_range + td->o.zone_skip;
 879
 880                 /*
 881                  * Wrap from the beginning, if we exceed the file size
 882                  */
 883                 if (f->file_offset >= f->real_file_size)
 884                         f->file_offset = f->real_file_size - f->file_offset;
 885                 f->last_pos[io_u->ddir] = f->file_offset;
 886                 td->io_skip_bytes += td->o.zone_skip;
 887         }
 888
 889         /*
 890          * No log, let the seq/rand engine retrieve the next buflen and
 891          * position.
 892          */
 893         if (get_next_offset(td, io_u, &is_random)) {
 894                 dprint(FD_IO, "io_u %p, failed getting offset\n", io_u);
 895                 return 1;
 896         }
 897
 898         io_u->buflen = get_next_buflen(td, io_u, is_random);
 899         if (!io_u->buflen) {
 900                 dprint(FD_IO, "io_u %p, failed getting buflen\n", io_u);
 901                 return 1;
 902         }
 903
 904         if (io_u->offset + io_u->buflen > io_u->file->real_file_size) {
 905                 dprint(FD_IO, "io_u %p, offset too large\n", io_u);
 906                 dprint(FD_IO, "  off=%llu/%lu > %llu\n",
 907                         (unsigned long long) io_u->offset, io_u->buflen,
 908                         (unsigned long long) io_u->file->real_file_size);
 909                 return 1;
 910         }
 911
 912         /*
 913          * mark entry before potentially trimming io_u
 914          */
 915         if (td_random(td) && file_randommap(td, io_u->file))
 916                 mark_random_map(td, io_u);
 917
 918 out:
 919         dprint_io_u(io_u, "fill_io_u");
 920         td->zone_bytes += io_u->buflen;
 921         return 0;
 922 }
 923
 924 static void __io_u_mark_map(unsigned int *map, unsigned int nr)
 925 {
 926         int idx = 0;
 927
 928         switch (nr) {
 929         default:
 930                 idx = 6;
 931                 break;
 932         case 33 ... 64:
 933                 idx = 5;
 934                 break;
 935         case 17 ... 32:
 936                 idx = 4;
 937                 break;
 938         case 9 ... 16:
 939                 idx = 3;
 940                 break;
 941         case 5 ... 8:
 942                 idx = 2;
 943                 break;
 944         case 1 ... 4:
 945                 idx = 1;
 946         case 0:
 947                 break;
 948         }
 949
 950         map[idx]++;
 951 }
 952
 953 void io_u_mark_submit(struct thread_data *td, unsigned int nr)
 954 {
 955         __io_u_mark_map(td->ts.io_u_submit, nr);
 956         td->ts.total_submit++;
 957 }
 958
 959 void io_u_mark_complete(struct thread_data *td, unsigned int nr)
 960 {
 961         __io_u_mark_map(td->ts.io_u_complete, nr);
 962         td->ts.total_complete++;
 963 }
 964
 965 void io_u_mark_depth(struct thread_data *td, unsigned int nr)
 966 {
 967         int idx = 0;
 968
 969         switch (td->cur_depth) {
 970         default:
 971                 idx = 6;
 972                 break;
 973         case 32 ... 63:
 974                 idx = 5;
 975                 break;
 976         case 16 ... 31:
 977                 idx = 4;
 978                 break;
 979         case 8 ... 15:
 980                 idx = 3;
 981                 break;
 982         case 4 ... 7:
 983                 idx = 2;
 984                 break;
 985         case 2 ... 3:
 986                 idx = 1;
 987         case 1:
 988                 break;
 989         }
 990
 991         td->ts.io_u_map[idx] += nr;
 992 }
 993
 994 static void io_u_mark_lat_usec(struct thread_data *td, unsigned long usec)
 995 {
 996         int idx = 0;
 997
 998         assert(usec < 1000);
 999
1000         switch (usec) {
1001         case 750 ... 999:
1002                 idx = 9;
1003                 break;
1004         case 500 ... 749:
1005                 idx = 8;
1006                 break;
1007         case 250 ... 499:
1008                 idx = 7;
1009                 break;
1010         case 100 ... 249:
1011                 idx = 6;
1012                 break;
1013         case 50 ... 99:
1014                 idx = 5;
1015                 break;
1016         case 20 ... 49:
1017                 idx = 4;
1018                 break;
1019         case 10 ... 19:
1020                 idx = 3;
1021                 break;
1022         case 4 ... 9:
1023                 idx = 2;
1024                 break;
1025         case 2 ... 3:
1026                 idx = 1;
1027         case 0 ... 1:
1028                 break;
1029         }
1030
1031         assert(idx < FIO_IO_U_LAT_U_NR);
1032         td->ts.io_u_lat_u[idx]++;
1033 }
1034
1035 static void io_u_mark_lat_msec(struct thread_data *td, unsigned long msec)
1036 {
1037         int idx = 0;
1038
1039         switch (msec) {
1040         default:
1041                 idx = 11;
1042                 break;
1043         case 1000 ... 1999:
1044                 idx = 10;
1045                 break;
1046         case 750 ... 999:
1047                 idx = 9;
1048                 break;
1049         case 500 ... 749:
1050                 idx = 8;
1051                 break;
1052         case 250 ... 499:
1053                 idx = 7;
1054                 break;
1055         case 100 ... 249:
1056                 idx = 6;
1057                 break;
1058         case 50 ... 99:
1059                 idx = 5;
1060                 break;
1061         case 20 ... 49:
1062                 idx = 4;
1063                 break;
1064         case 10 ... 19:
1065                 idx = 3;
1066                 break;
1067         case 4 ... 9:
1068                 idx = 2;
1069                 break;
1070         case 2 ... 3:
1071                 idx = 1;
1072         case 0 ... 1:
1073                 break;
1074         }
1075
1076         assert(idx < FIO_IO_U_LAT_M_NR);
1077         td->ts.io_u_lat_m[idx]++;
1078 }
1079
1080 static void io_u_mark_latency(struct thread_data *td, unsigned long usec)
1081 {
1082         if (usec < 1000)
1083                 io_u_mark_lat_usec(td, usec);
1084         else
1085                 io_u_mark_lat_msec(td, usec / 1000);
1086 }
1087
1088 static unsigned int __get_next_fileno_rand(struct thread_data *td)
1089 {
1090         unsigned long fileno;
1091
1092         if (td->o.file_service_type == FIO_FSERVICE_RANDOM) {
1093                 uint64_t frand_max = rand_max(&td->next_file_state);
1094                 unsigned long r;
1095
1096                 r = __rand(&td->next_file_state);
1097                 return (unsigned int) ((double) td->o.nr_files
1098                                 * (r / (frand_max + 1.0)));
1099         }
1100
1101         if (td->o.file_service_type == FIO_FSERVICE_ZIPF)
1102                 fileno = zipf_next(&td->next_file_zipf);
1103         else if (td->o.file_service_type == FIO_FSERVICE_PARETO)
1104                 fileno = pareto_next(&td->next_file_zipf);
1105         else if (td->o.file_service_type == FIO_FSERVICE_GAUSS)
1106                 fileno = gauss_next(&td->next_file_gauss);
1107         else {
1108                 log_err("fio: bad file service type: %d\n", td->o.file_service_type);
1109                 assert(0);
1110                 return 0;
1111         }
1112
1113         return fileno >> FIO_FSERVICE_SHIFT;
1114 }
1115
1116 /*
1117  * Get next file to service by choosing one at random
1118  */
1119 static struct fio_file *get_next_file_rand(struct thread_data *td,
1120                                            enum fio_file_flags goodf,
1121                                            enum fio_file_flags badf)
1122 {
1123         struct fio_file *f;
1124         int fno;
1125
1126         do {
1127                 int opened = 0;
1128
1129                 fno = __get_next_fileno_rand(td);
1130
1131                 f = td->files[fno];
1132                 if (fio_file_done(f))
1133                         continue;
1134
1135                 if (!fio_file_open(f)) {
1136                         int err;
1137
1138                         if (td->nr_open_files >= td->o.open_files)
1139                                 return ERR_PTR(-EBUSY);
1140
1141                         err = td_io_open_file(td, f);
1142                         if (err)
1143                                 continue;
1144                         opened = 1;
1145                 }
1146
1147                 if ((!goodf || (f->flags & goodf)) && !(f->flags & badf)) {
1148                         dprint(FD_FILE, "get_next_file_rand: %p\n", f);
1149                         return f;
1150                 }
1151                 if (opened)
1152                         td_io_close_file(td, f);
1153         } while (1);
1154 }
1155
1156 /*
1157  * Get next file to service by doing round robin between all available ones
1158  */
1159 static struct fio_file *get_next_file_rr(struct thread_data *td, int goodf,
1160                                          int badf)
1161 {
1162         unsigned int old_next_file = td->next_file;
1163         struct fio_file *f;
1164
1165         do {
1166                 int opened = 0;
1167
1168                 f = td->files[td->next_file];
1169
1170                 td->next_file++;
1171                 if (td->next_file >= td->o.nr_files)
1172                         td->next_file = 0;
1173
1174                 dprint(FD_FILE, "trying file %s %x\n", f->file_name, f->flags);
1175                 if (fio_file_done(f)) {
1176                         f = NULL;
1177                         continue;
1178                 }
1179
1180                 if (!fio_file_open(f)) {
1181                         int err;
1182
1183                         if (td->nr_open_files >= td->o.open_files)
1184                                 return ERR_PTR(-EBUSY);
1185
1186                         err = td_io_open_file(td, f);
1187                         if (err) {
1188                                 dprint(FD_FILE, "error %d on open of %s\n",
1189                                         err, f->file_name);
1190                                 f = NULL;
1191                                 continue;
1192                         }
1193                         opened = 1;
1194                 }
1195
1196                 dprint(FD_FILE, "goodf=%x, badf=%x, ff=%x\n", goodf, badf,
1197                                                                 f->flags);
1198                 if ((!goodf || (f->flags & goodf)) && !(f->flags & badf))
1199                         break;
1200
1201                 if (opened)
1202                         td_io_close_file(td, f);
1203
1204                 f = NULL;
1205         } while (td->next_file != old_next_file);
1206
1207         dprint(FD_FILE, "get_next_file_rr: %p\n", f);
1208         return f;
1209 }
1210
1211 static struct fio_file *__get_next_file(struct thread_data *td)
1212 {
1213         struct fio_file *f;
1214
1215         assert(td->o.nr_files <= td->files_index);
1216
1217         if (td->nr_done_files >= td->o.nr_files) {
1218                 dprint(FD_FILE, "get_next_file: nr_open=%d, nr_done=%d,"
1219                                 " nr_files=%d\n", td->nr_open_files,
1220                                                   td->nr_done_files,
1221                                                   td->o.nr_files);
1222                 return NULL;
1223         }
1224
1225         f = td->file_service_file;
1226         if (f && fio_file_open(f) && !fio_file_closing(f)) {
1227                 if (td->o.file_service_type == FIO_FSERVICE_SEQ)
1228                         goto out;
1229                 if (td->file_service_left--)
1230                         goto out;
1231         }
1232
1233         if (td->o.file_service_type == FIO_FSERVICE_RR ||
1234             td->o.file_service_type == FIO_FSERVICE_SEQ)
1235                 f = get_next_file_rr(td, FIO_FILE_open, FIO_FILE_closing);
1236         else
1237                 f = get_next_file_rand(td, FIO_FILE_open, FIO_FILE_closing);
1238
1239         if (IS_ERR(f))
1240                 return f;
1241
1242         td->file_service_file = f;
1243         td->file_service_left = td->file_service_nr - 1;
1244 out:
1245         if (f)
1246                 dprint(FD_FILE, "get_next_file: %p [%s]\n", f, f->file_name);
1247         else
1248                 dprint(FD_FILE, "get_next_file: NULL\n");
1249         return f;
1250 }
1251
1252 static struct fio_file *get_next_file(struct thread_data *td)
1253 {
1254         if (td->flags & TD_F_PROFILE_OPS) {
1255                 struct prof_io_ops *ops = &td->prof_io_ops;
1256
1257                 if (ops->get_next_file)
1258                         return ops->get_next_file(td);
1259         }
1260
1261         return __get_next_file(td);
1262 }
1263
1264 static long set_io_u_file(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
1265 {
1266         struct fio_file *f;
1267
1268         do {
1269                 f = get_next_file(td);
1270                 if (IS_ERR_OR_NULL(f))
1271                         return PTR_ERR(f);
1272
1273                 io_u->file = f;
1274                 get_file(f);
1275
1276                 if (!fill_io_u(td, io_u))
1277                         break;
1278
1279                 put_file_log(td, f);
1280                 td_io_close_file(td, f);
1281                 io_u->file = NULL;
1282                 if (td->o.file_service_type & __FIO_FSERVICE_NONUNIFORM)
1283                         fio_file_reset(td, f);
1284                 else {
1285                         fio_file_set_done(f);
1286                         td->nr_done_files++;
1287                         dprint(FD_FILE, "%s: is done (%d of %d)\n", f->file_name,
1288                                         td->nr_done_files, td->o.nr_files);
1289                 }
1290         } while (1);
1291
1292         return 0;
1293 }
1294
1295 static void lat_fatal(struct thread_data *td, struct io_completion_data *icd,
1296                       unsigned long tusec, unsigned long max_usec)
1297 {
1298         if (!td->error)
1299                 log_err("fio: latency of %lu usec exceeds specified max (%lu usec)\n", tusec, max_usec);
1300         td_verror(td, ETIMEDOUT, "max latency exceeded");
1301         icd->error = ETIMEDOUT;
1302 }
1303
1304 static void lat_new_cycle(struct thread_data *td)
1305 {
1306         fio_gettime(&td->latency_ts, NULL);
1307         td->latency_ios = ddir_rw_sum(td->io_blocks);
1308         td->latency_failed = 0;
1309 }
1310
1311 /*
1312  * We had an IO outside the latency target. Reduce the queue depth. If we
1313  * are at QD=1, then it's time to give up.
1314  */
1315 static bool __lat_target_failed(struct thread_data *td)
1316 {
1317         if (td->latency_qd == 1)
1318                 return true;
1319
1320         td->latency_qd_high = td->latency_qd;
1321
1322         if (td->latency_qd == td->latency_qd_low)
1323                 td->latency_qd_low--;
1324
1325         td->latency_qd = (td->latency_qd + td->latency_qd_low) / 2;
1326
1327         dprint(FD_RATE, "Ramped down: %d %d %d\n", td->latency_qd_low, td->latency_qd, td->latency_qd_high);
1328
1329         /*
1330          * When we ramp QD down, quiesce existing IO to prevent
1331          * a storm of ramp downs due to pending higher depth.
1332          */
1333         io_u_quiesce(td);
1334         lat_new_cycle(td);
1335         return false;
1336 }
1337
1338 static bool lat_target_failed(struct thread_data *td)
1339 {
1340         if (td->o.latency_percentile.u.f == 100.0)
1341                 return __lat_target_failed(td);
1342
1343         td->latency_failed++;
1344         return false;
1345 }
1346
1347 void lat_target_init(struct thread_data *td)
1348 {
1349         td->latency_end_run = 0;
1350
1351         if (td->o.latency_target) {
1352                 dprint(FD_RATE, "Latency target=%llu\n", td->o.latency_target);
1353                 fio_gettime(&td->latency_ts, NULL);
1354                 td->latency_qd = 1;
1355                 td->latency_qd_high = td->o.iodepth;
1356                 td->latency_qd_low = 1;
1357                 td->latency_ios = ddir_rw_sum(td->io_blocks);
1358         } else
1359                 td->latency_qd = td->o.iodepth;
1360 }
1361
1362 void lat_target_reset(struct thread_data *td)
1363 {
1364         if (!td->latency_end_run)
1365                 lat_target_init(td);
1366 }
1367
1368 static void lat_target_success(struct thread_data *td)
1369 {
1370         const unsigned int qd = td->latency_qd;
1371         struct thread_options *o = &td->o;
1372
1373         td->latency_qd_low = td->latency_qd;
1374
1375         /*
1376          * If we haven't failed yet, we double up to a failing value instead
1377          * of bisecting from highest possible queue depth. If we have set
1378          * a limit other than td->o.iodepth, bisect between that.
1379          */
1380         if (td->latency_qd_high != o->iodepth)
1381                 td->latency_qd = (td->latency_qd + td->latency_qd_high) / 2;
1382         else
1383                 td->latency_qd *= 2;
1384
1385         if (td->latency_qd > o->iodepth)
1386                 td->latency_qd = o->iodepth;
1387
1388         dprint(FD_RATE, "Ramped up: %d %d %d\n", td->latency_qd_low, td->latency_qd, td->latency_qd_high);
1389
1390         /*
1391          * Same as last one, we are done. Let it run a latency cycle, so
1392          * we get only the results from the targeted depth.
1393          */
1394         if (td->latency_qd == qd) {
1395                 if (td->latency_end_run) {
1396                         dprint(FD_RATE, "We are done\n");
1397                         td->done = 1;
1398                 } else {
1399                         dprint(FD_RATE, "Quiesce and final run\n");
1400                         io_u_quiesce(td);
1401                         td->latency_end_run = 1;
1402                         reset_all_stats(td);
1403                         reset_io_stats(td);
1404                 }
1405         }
1406
1407         lat_new_cycle(td);
1408 }
1409
1410 /*
1411  * Check if we can bump the queue depth
1412  */
1413 void lat_target_check(struct thread_data *td)
1414 {
1415         uint64_t usec_window;
1416         uint64_t ios;
1417         double success_ios;
1418
1419         usec_window = utime_since_now(&td->latency_ts);
1420         if (usec_window < td->o.latency_window)
1421                 return;
1422
1423         ios = ddir_rw_sum(td->io_blocks) - td->latency_ios;
1424         success_ios = (double) (ios - td->latency_failed) / (double) ios;
1425         success_ios *= 100.0;
1426
1427         dprint(FD_RATE, "Success rate: %.2f%% (target %.2f%%)\n", success_ios, td->o.latency_percentile.u.f);
1428
1429         if (success_ios >= td->o.latency_percentile.u.f)
1430                 lat_target_success(td);
1431         else
1432                 __lat_target_failed(td);
1433 }
1434
1435 /*
1436  * If latency target is enabled, we might be ramping up or down and not
1437  * using the full queue depth available.
1438  */
1439 bool queue_full(const struct thread_data *td)
1440 {
1441         const int qempty = io_u_qempty(&td->io_u_freelist);
1442
1443         if (qempty)
1444                 return true;
1445         if (!td->o.latency_target)
1446                 return false;
1447
1448         return td->cur_depth >= td->latency_qd;
1449 }
1450
1451 struct io_u *__get_io_u(struct thread_data *td)
1452 {
1453         struct io_u *io_u = NULL;
1454
1455         if (td->stop_io)
1456                 return NULL;
1457
1458         td_io_u_lock(td);
1459
1460 again:
1461         if (!io_u_rempty(&td->io_u_requeues))
1462                 io_u = io_u_rpop(&td->io_u_requeues);
1463         else if (!queue_full(td)) {
1464                 io_u = io_u_qpop(&td->io_u_freelist);
1465
1466                 io_u->file = NULL;
1467                 io_u->buflen = 0;
1468                 io_u->resid = 0;
1469                 io_u->end_io = NULL;
1470         }
1471
1472         if (io_u) {
1473                 assert(io_u->flags & IO_U_F_FREE);
1474                 io_u_clear(td, io_u, IO_U_F_FREE | IO_U_F_NO_FILE_PUT |
1475                                  IO_U_F_TRIMMED | IO_U_F_BARRIER |
1476                                  IO_U_F_VER_LIST);
1477
1478                 io_u->error = 0;
1479                 io_u->acct_ddir = -1;
1480                 td->cur_depth++;
1481                 assert(!(td->flags & TD_F_CHILD));
1482                 io_u_set(td, io_u, IO_U_F_IN_CUR_DEPTH);
1483                 io_u->ipo = NULL;
1484         } else if (td_async_processing(td)) {
1485                 /*
1486                  * We ran out, wait for async verify threads to finish and
1487                  * return one
1488                  */
1489                 assert(!(td->flags & TD_F_CHILD));
1490                 assert(!pthread_cond_wait(&td->free_cond, &td->io_u_lock));
1491                 goto again;
1492         }
1493
1494         td_io_u_unlock(td);
1495         return io_u;
1496 }
1497
1498 static bool check_get_trim(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
1499 {
1500         if (!(td->flags & TD_F_TRIM_BACKLOG))
1501                 return false;
1502
1503         if (td->trim_entries) {
1504                 int get_trim = 0;
1505
1506                 if (td->trim_batch) {
1507                         td->trim_batch--;
1508                         get_trim = 1;
1509                 } else if (!(td->io_hist_len % td->o.trim_backlog) &&
1510                          td->last_ddir != DDIR_READ) {
1511                         td->trim_batch = td->o.trim_batch;
1512                         if (!td->trim_batch)
1513                                 td->trim_batch = td->o.trim_backlog;
1514                         get_trim = 1;
1515                 }
1516
1517                 if (get_trim && get_next_trim(td, io_u))
1518                         return true;
1519         }
1520
1521         return false;
1522 }
1523
1524 static bool check_get_verify(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
1525 {
1526         if (!(td->flags & TD_F_VER_BACKLOG))
1527                 return false;
1528
1529         if (td->io_hist_len) {
1530                 int get_verify = 0;
1531
1532                 if (td->verify_batch)
1533                         get_verify = 1;
1534                 else if (!(td->io_hist_len % td->o.verify_backlog) &&
1535                          td->last_ddir != DDIR_READ) {
1536                         td->verify_batch = td->o.verify_batch;
1537                         if (!td->verify_batch)
1538                                 td->verify_batch = td->o.verify_backlog;
1539                         get_verify = 1;
1540                 }
1541
1542                 if (get_verify && !get_next_verify(td, io_u)) {
1543                         td->verify_batch--;
1544                         return true;
1545                 }
1546         }
1547
1548         return false;
1549 }
1550
1551 /*
1552  * Fill offset and start time into the buffer content, to prevent too
1553  * easy compressible data for simple de-dupe attempts. Do this for every
1554  * 512b block in the range, since that should be the smallest block size
1555  * we can expect from a device.
1556  */
1557 static void small_content_scramble(struct io_u *io_u)
1558 {
1559         unsigned int i, nr_blocks = io_u->buflen / 512;
1560         uint64_t boffset;
1561         unsigned int offset;
1562         void *p, *end;
1563
1564         if (!nr_blocks)
1565                 return;
1566
1567         p = io_u->xfer_buf;
1568         boffset = io_u->offset;
1569         io_u->buf_filled_len = 0;
1570
1571         for (i = 0; i < nr_blocks; i++) {
1572                 /*
1573                  * Fill the byte offset into a "random" start offset of
1574                  * the buffer, given by the product of the usec time
1575                  * and the actual offset.
1576                  */
1577                 offset = (io_u->start_time.tv_usec ^ boffset) & 511;
1578                 offset &= ~(sizeof(uint64_t) - 1);
1579                 if (offset >= 512 - sizeof(uint64_t))
1580                         offset -= sizeof(uint64_t);
1581                 memcpy(p + offset, &boffset, sizeof(boffset));
1582
1583                 end = p + 512 - sizeof(io_u->start_time);
1584                 memcpy(end, &io_u->start_time, sizeof(io_u->start_time));
1585                 p += 512;
1586                 boffset += 512;
1587         }
1588 }
1589
1590 /*
1591  * Return an io_u to be processed. Gets a buflen and offset, sets direction,
1592  * etc. The returned io_u is fully ready to be prepped and submitted.
1593  */
1594 struct io_u *get_io_u(struct thread_data *td)
1595 {
1596         struct fio_file *f;
1597         struct io_u *io_u;
1598         int do_scramble = 0;
1599         long ret = 0;
1600
1601         io_u = __get_io_u(td);
1602         if (!io_u) {
1603                 dprint(FD_IO, "__get_io_u failed\n");
1604                 return NULL;
1605         }
1606
1607         if (check_get_verify(td, io_u))
1608                 goto out;
1609         if (check_get_trim(td, io_u))
1610                 goto out;
1611
1612         /*
1613          * from a requeue, io_u already setup
1614          */
1615         if (io_u->file)
1616                 goto out;
1617
1618         /*
1619          * If using an iolog, grab next piece if any available.
1620          */
1621         if (td->flags & TD_F_READ_IOLOG) {
1622                 if (read_iolog_get(td, io_u))
1623                         goto err_put;
1624         } else if (set_io_u_file(td, io_u)) {
1625                 ret = -EBUSY;
1626                 dprint(FD_IO, "io_u %p, setting file failed\n", io_u);
1627                 goto err_put;
1628         }
1629
1630         f = io_u->file;
1631         if (!f) {
1632                 dprint(FD_IO, "io_u %p, setting file failed\n", io_u);
1633                 goto err_put;
1634         }
1635
1636         assert(fio_file_open(f));
1637
1638         if (ddir_rw(io_u->ddir)) {
1639                 if (!io_u->buflen && !td_ioengine_flagged(td, FIO_NOIO)) {
1640                         dprint(FD_IO, "get_io_u: zero buflen on %p\n", io_u);
1641                         goto err_put;
1642                 }
1643
1644                 f->last_start[io_u->ddir] = io_u->offset;
1645                 f->last_pos[io_u->ddir] = io_u->offset + io_u->buflen;
1646
1647                 if (io_u->ddir == DDIR_WRITE) {
1648                         if (td->flags & TD_F_REFILL_BUFFERS) {
1649                                 io_u_fill_buffer(td, io_u,
1650                                         td->o.min_bs[DDIR_WRITE],
1651                                         io_u->buflen);
1652                         } else if ((td->flags & TD_F_SCRAMBLE_BUFFERS) &&
1653                                    !(td->flags & TD_F_COMPRESS))
1654                                 do_scramble = 1;
1655                         if (td->flags & TD_F_VER_NONE) {
1656                                 populate_verify_io_u(td, io_u);
1657                                 do_scramble = 0;
1658                         }
1659                 } else if (io_u->ddir == DDIR_READ) {
1660                         /*
1661                          * Reset the buf_filled parameters so next time if the
1662                          * buffer is used for writes it is refilled.
1663                          */
1664                         io_u->buf_filled_len = 0;
1665                 }
1666         }
1667
1668         /*
1669          * Set io data pointers.
1670          */
1671         io_u->xfer_buf = io_u->buf;
1672         io_u->xfer_buflen = io_u->buflen;
1673
1674 out:
1675         assert(io_u->file);
1676         if (!td_io_prep(td, io_u)) {
1677                 if (!td->o.disable_lat)
1678                         fio_gettime(&io_u->start_time, NULL);
1679                 if (do_scramble)
1680                         small_content_scramble(io_u);
1681                 return io_u;
1682         }
1683 err_put:
1684         dprint(FD_IO, "get_io_u failed\n");
1685         put_io_u(td, io_u);
1686         return ERR_PTR(ret);
1687 }
1688
1689 static void __io_u_log_error(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
1690 {
1691         enum error_type_bit eb = td_error_type(io_u->ddir, io_u->error);
1692
1693         if (td_non_fatal_error(td, eb, io_u->error) && !td->o.error_dump)
1694                 return;
1695
1696         log_err("fio: io_u error%s%s: %s: %s offset=%llu, buflen=%lu\n",
1697                 io_u->file ? " on file " : "",
1698                 io_u->file ? io_u->file->file_name : "",
1699                 strerror(io_u->error),
1700                 io_ddir_name(io_u->ddir),
1701                 io_u->offset, io_u->xfer_buflen);
1702
1703         if (td->io_ops->errdetails) {
1704                 char *err = td->io_ops->errdetails(io_u);
1705
1706                 log_err("fio: %s\n", err);
1707                 free(err);
1708         }
1709
1710         if (!td->error)
1711                 td_verror(td, io_u->error, "io_u error");
1712 }
1713
1714 void io_u_log_error(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
1715 {
1716         __io_u_log_error(td, io_u);
1717         if (td->parent)
1718                 __io_u_log_error(td->parent, io_u);
1719 }
1720
1721 static inline bool gtod_reduce(struct thread_data *td)
1722 {
1723         return (td->o.disable_clat && td->o.disable_slat && td->o.disable_bw)
1724                         || td->o.gtod_reduce;
1725 }
1726
1727 static void account_io_completion(struct thread_data *td, struct io_u *io_u,
1728                                   struct io_completion_data *icd,
1729                                   const enum fio_ddir idx, unsigned int bytes)
1730 {
1731         const int no_reduce = !gtod_reduce(td);
1732         unsigned long lusec = 0;
1733
1734         if (td->parent)
1735                 td = td->parent;
1736
1737         if (no_reduce)
1738                 lusec = utime_since(&io_u->issue_time, &icd->time);
1739
1740         if (!td->o.disable_lat) {
1741                 unsigned long tusec;
1742
1743                 tusec = utime_since(&io_u->start_time, &icd->time);
1744                 add_lat_sample(td, idx, tusec, bytes, io_u->offset);
1745
1746                 if (td->flags & TD_F_PROFILE_OPS) {
1747                         struct prof_io_ops *ops = &td->prof_io_ops;
1748
1749                         if (ops->io_u_lat)
1750                                 icd->error = ops->io_u_lat(td, tusec);
1751                 }
1752
1753                 if (td->o.max_latency && tusec > td->o.max_latency)
1754                         lat_fatal(td, icd, tusec, td->o.max_latency);
1755                 if (td->o.latency_target && tusec > td->o.latency_target) {
1756                         if (lat_target_failed(td))
1757                                 lat_fatal(td, icd, tusec, td->o.latency_target);
1758                 }
1759         }
1760
1761         if (ddir_rw(idx)) {
1762                 if (!td->o.disable_clat) {
1763                         add_clat_sample(td, idx, lusec, bytes, io_u->offset);
1764                         io_u_mark_latency(td, lusec);
1765                 }
1766
1767                 if (!td->o.disable_bw && per_unit_log(td->bw_log))
1768                         add_bw_sample(td, io_u, bytes, lusec);
1769
1770                 if (no_reduce && per_unit_log(td->iops_log))
1771                         add_iops_sample(td, io_u, bytes);
1772         }
1773
1774         if (td->ts.nr_block_infos && io_u->ddir == DDIR_TRIM) {
1775                 uint32_t *info = io_u_block_info(td, io_u);
1776                 if (BLOCK_INFO_STATE(*info) < BLOCK_STATE_TRIM_FAILURE) {
1777                         if (io_u->ddir == DDIR_TRIM) {
1778                                 *info = BLOCK_INFO(BLOCK_STATE_TRIMMED,
1779                                                 BLOCK_INFO_TRIMS(*info) + 1);
1780                         } else if (io_u->ddir == DDIR_WRITE) {
1781                                 *info = BLOCK_INFO_SET_STATE(BLOCK_STATE_WRITTEN,
1782                                                                 *info);
1783                         }
1784                 }
1785         }
1786 }
1787
1788 static void file_log_write_comp(const struct thread_data *td, struct fio_file *f,
1789                                 uint64_t offset, unsigned int bytes)
1790 {
1791         int idx;
1792
1793         if (!f)
1794                 return;
1795
1796         if (f->first_write == -1ULL || offset < f->first_write)
1797                 f->first_write = offset;
1798         if (f->last_write == -1ULL || ((offset + bytes) > f->last_write))
1799                 f->last_write = offset + bytes;
1800
1801         if (!f->last_write_comp)
1802                 return;
1803
1804         idx = f->last_write_idx++;
1805         f->last_write_comp[idx] = offset;
1806         if (f->last_write_idx == td->o.iodepth)
1807                 f->last_write_idx = 0;
1808 }
1809
1810 static void io_completed(struct thread_data *td, struct io_u **io_u_ptr,
1811                          struct io_completion_data *icd)
1812 {
1813         struct io_u *io_u = *io_u_ptr;
1814         enum fio_ddir ddir = io_u->ddir;
1815         struct fio_file *f = io_u->file;
1816
1817         dprint_io_u(io_u, "io complete");
1818
1819         assert(io_u->flags & IO_U_F_FLIGHT);
1820         io_u_clear(td, io_u, IO_U_F_FLIGHT | IO_U_F_BUSY_OK);
1821
1822         /*
1823          * Mark IO ok to verify
1824          */
1825         if (io_u->ipo) {
1826                 /*
1827                  * Remove errored entry from the verification list
1828                  */
1829                 if (io_u->error)
1830                         unlog_io_piece(td, io_u);
1831                 else {
1832                         io_u->ipo->flags &= ~IP_F_IN_FLIGHT;
1833                         write_barrier();
1834                 }
1835         }
1836
1837         if (ddir_sync(ddir)) {
1838                 td->last_was_sync = 1;
1839                 if (f) {
1840                         f->first_write = -1ULL;
1841                         f->last_write = -1ULL;
1842                 }
1843                 return;
1844         }
1845
1846         td->last_was_sync = 0;
1847         td->last_ddir = ddir;
1848
1849         if (!io_u->error && ddir_rw(ddir)) {
1850                 unsigned int bytes = io_u->buflen - io_u->resid;
1851                 int ret;
1852
1853                 td->io_blocks[ddir]++;
1854                 td->this_io_blocks[ddir]++;
1855                 td->io_bytes[ddir] += bytes;
1856
1857                 if (!(io_u->flags & IO_U_F_VER_LIST))
1858                         td->this_io_bytes[ddir] += bytes;
1859
1860                 if (ddir == DDIR_WRITE)
1861                         file_log_write_comp(td, f, io_u->offset, bytes);
1862
1863                 if (ramp_time_over(td) && (td->runstate == TD_RUNNING ||
1864                                            td->runstate == TD_VERIFYING))
1865                         account_io_completion(td, io_u, icd, ddir, bytes);
1866
1867                 icd->bytes_done[ddir] += bytes;
1868
1869                 if (io_u->end_io) {
1870                         ret = io_u->end_io(td, io_u_ptr);
1871                         io_u = *io_u_ptr;
1872                         if (ret && !icd->error)
1873                                 icd->error = ret;
1874                 }
1875         } else if (io_u->error) {
1876                 icd->error = io_u->error;
1877                 io_u_log_error(td, io_u);
1878         }
1879         if (icd->error) {
1880                 enum error_type_bit eb = td_error_type(ddir, icd->error);
1881
1882                 if (!td_non_fatal_error(td, eb, icd->error))
1883                         return;
1884
1885                 /*
1886                  * If there is a non_fatal error, then add to the error count
1887                  * and clear all the errors.
1888                  */
1889                 update_error_count(td, icd->error);
1890                 td_clear_error(td);
1891                 icd->error = 0;
1892                 if (io_u)
1893                         io_u->error = 0;
1894         }
1895 }
1896
1897 static void init_icd(struct thread_data *td, struct io_completion_data *icd,
1898                      int nr)
1899 {
1900         int ddir;
1901
1902         if (!gtod_reduce(td))
1903                 fio_gettime(&icd->time, NULL);
1904
1905         icd->nr = nr;
1906
1907         icd->error = 0;
1908         for (ddir = 0; ddir < DDIR_RWDIR_CNT; ddir++)
1909                 icd->bytes_done[ddir] = 0;
1910 }
1911
1912 static void ios_completed(struct thread_data *td,
1913                           struct io_completion_data *icd)
1914 {
1915         struct io_u *io_u;
1916         int i;
1917
1918         for (i = 0; i < icd->nr; i++) {
1919                 io_u = td->io_ops->event(td, i);
1920
1921                 io_completed(td, &io_u, icd);
1922
1923                 if (io_u)
1924                         put_io_u(td, io_u);
1925         }
1926 }
1927
1928 /*
1929  * Complete a single io_u for the sync engines.
1930  */
1931 int io_u_sync_complete(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
1932 {
1933         struct io_completion_data icd;
1934         int ddir;
1935
1936         init_icd(td, &icd, 1);
1937         io_completed(td, &io_u, &icd);
1938
1939         if (io_u)
1940                 put_io_u(td, io_u);
1941
1942         if (icd.error) {
1943                 td_verror(td, icd.error, "io_u_sync_complete");
1944                 return -1;
1945         }
1946
1947         for (ddir = 0; ddir < DDIR_RWDIR_CNT; ddir++)
1948                 td->bytes_done[ddir] += icd.bytes_done[ddir];
1949
1950         return 0;
1951 }
1952
1953 /*
1954  * Called to complete min_events number of io for the async engines.
1955  */
1956 int io_u_queued_complete(struct thread_data *td, int min_evts)
1957 {
1958         struct io_completion_data icd;
1959         struct timespec *tvp = NULL;
1960         int ret, ddir;
1961         struct timespec ts = { .tv_sec = 0, .tv_nsec = 0, };
1962
1963         dprint(FD_IO, "io_u_queued_complete: min=%d\n", min_evts);
1964
1965         if (!min_evts)
1966                 tvp = &ts;
1967         else if (min_evts > td->cur_depth)
1968                 min_evts = td->cur_depth;
1969
1970         /* No worries, td_io_getevents fixes min and max if they are
1971          * set incorrectly */
1972         ret = td_io_getevents(td, min_evts, td->o.iodepth_batch_complete_max, tvp);
1973         if (ret < 0) {
1974                 td_verror(td, -ret, "td_io_getevents");
1975                 return ret;
1976         } else if (!ret)
1977                 return ret;
1978
1979         init_icd(td, &icd, ret);
1980         ios_completed(td, &icd);
1981         if (icd.error) {
1982                 td_verror(td, icd.error, "io_u_queued_complete");
1983                 return -1;
1984         }
1985
1986         for (ddir = 0; ddir < DDIR_RWDIR_CNT; ddir++)
1987                 td->bytes_done[ddir] += icd.bytes_done[ddir];
1988
1989         return ret;
1990 }
1991
1992 /*
1993  * Call when io_u is really queued, to update the submission latency.
1994  */
1995 void io_u_queued(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
1996 {
1997         if (!td->o.disable_slat && ramp_time_over(td)) {
1998                 unsigned long slat_time;
1999
2000                 slat_time = utime_since(&io_u->start_time, &io_u->issue_time);
2001
2002                 if (td->parent)
2003                         td = td->parent;
2004
2005                 add_slat_sample(td, io_u->ddir, slat_time, io_u->xfer_buflen,
2006                                 io_u->offset);
2007         }
2008 }
2009
2010 /*
2011  * See if we should reuse the last seed, if dedupe is enabled
2012  */
2013 static struct frand_state *get_buf_state(struct thread_data *td)
2014 {
2015         unsigned int v;
2016
2017         if (!td->o.dedupe_percentage)
2018                 return &td->buf_state;
2019         else if (td->o.dedupe_percentage == 100) {
2020                 frand_copy(&td->buf_state_prev, &td->buf_state);
2021                 return &td->buf_state;
2022         }
2023
2024         v = rand32_between(&td->dedupe_state, 1, 100);
2025
2026         if (v <= td->o.dedupe_percentage)
2027                 return &td->buf_state_prev;
2028
2029         return &td->buf_state;
2030 }
2031
2032 static void save_buf_state(struct thread_data *td, struct frand_state *rs)
2033 {
2034         if (td->o.dedupe_percentage == 100)
2035                 frand_copy(rs, &td->buf_state_prev);
2036         else if (rs == &td->buf_state)
2037                 frand_copy(&td->buf_state_prev, rs);
2038 }
2039
2040 void fill_io_buffer(struct thread_data *td, void *buf, unsigned int min_write,
2041                     unsigned int max_bs)
2042 {
2043         struct thread_options *o = &td->o;
2044
2045         if (o->compress_percentage || o->dedupe_percentage) {
2046                 unsigned int perc = td->o.compress_percentage;
2047                 struct frand_state *rs;
2048                 unsigned int left = max_bs;
2049                 unsigned int this_write;
2050
2051                 do {
2052                         rs = get_buf_state(td);
2053
2054                         min_write = min(min_write, left);
2055
2056                         if (perc) {
2057                                 this_write = min_not_zero(min_write,
2058                                                         td->o.compress_chunk);
2059
2060                                 fill_random_buf_percentage(rs, buf, perc,
2061                                         this_write, this_write,
2062                                         o->buffer_pattern,
2063                                         o->buffer_pattern_bytes);
2064                         } else {
2065                                 fill_random_buf(rs, buf, min_write);
2066                                 this_write = min_write;
2067                         }
2068
2069                         buf += this_write;
2070                         left -= this_write;
2071                         save_buf_state(td, rs);
2072                 } while (left);
2073         } else if (o->buffer_pattern_bytes)
2074                 fill_buffer_pattern(td, buf, max_bs);
2075         else if (o->zero_buffers)
2076                 memset(buf, 0, max_bs);
2077         else
2078                 fill_random_buf(get_buf_state(td), buf, max_bs);
2079 }
2080
2081 /*
2082  * "randomly" fill the buffer contents
2083  */
2084 void io_u_fill_buffer(struct thread_data *td, struct io_u *io_u,
2085                       unsigned int min_write, unsigned int max_bs)
2086 {
2087         io_u->buf_filled_len = 0;
2088         fill_io_buffer(td, io_u->buf, min_write, max_bs);
2089 }