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
  17 struct io_completion_data {
  18         int nr;                         /* input */
  19
  20         int error;                      /* output */
  21         uint64_t bytes_done[DDIR_RWDIR_CNT];    /* output */
  22         struct timeval time;            /* output */
  23 };
  24
  25 /*
  26  * The ->io_axmap contains a map of blocks we have or have not done io
  27  * to yet. Used to make sure we cover the entire range in a fair fashion.
  28  */
  29 static int random_map_free(struct fio_file *f, const uint64_t block)
  30 {
  31         return !axmap_isset(f->io_axmap, block);
  32 }
  33
  34 /*
  35  * Mark a given offset as used in the map.
  36  */
  37 static void mark_random_map(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
  38 {
  39         unsigned int min_bs = td->o.rw_min_bs;
  40         struct fio_file *f = io_u->file;
  41         unsigned int nr_blocks;
  42         uint64_t block;
  43
  44         block = (io_u->offset - f->file_offset) / (uint64_t) min_bs;
  45         nr_blocks = (io_u->buflen + min_bs - 1) / min_bs;
  46
  47         if (!(io_u->flags & IO_U_F_BUSY_OK))
  48                 nr_blocks = axmap_set_nr(f->io_axmap, block, nr_blocks);
  49
  50         if ((nr_blocks * min_bs) < io_u->buflen)
  51                 io_u->buflen = nr_blocks * min_bs;
  52 }
  53
  54 static uint64_t last_block(struct thread_data *td, struct fio_file *f,
  55                            enum fio_ddir ddir)
  56 {
  57         uint64_t max_blocks;
  58         uint64_t max_size;
  59
  60         assert(ddir_rw(ddir));
  61
  62         /*
  63          * Hmm, should we make sure that ->io_size <= ->real_file_size?
  64          */
  65         max_size = f->io_size;
  66         if (max_size > f->real_file_size)
  67                 max_size = f->real_file_size;
  68
  69         if (td->o.zone_range)
  70                 max_size = td->o.zone_range;
  71
  72         if (td->o.min_bs[ddir] > td->o.ba[ddir])
  73                 max_size -= td->o.min_bs[ddir] - td->o.ba[ddir];
  74
  75         max_blocks = max_size / (uint64_t) td->o.ba[ddir];
  76         if (!max_blocks)
  77                 return 0;
  78
  79         return max_blocks;
  80 }
  81
  82 struct rand_off {
  83         struct flist_head list;
  84         uint64_t off;
  85 };
  86
  87 static int __get_next_rand_offset(struct thread_data *td, struct fio_file *f,
  88                                   enum fio_ddir ddir, uint64_t *b)
  89 {
  90         uint64_t r;
  91
  92         if (td->o.random_generator == FIO_RAND_GEN_TAUSWORTHE ||
  93             td->o.random_generator == FIO_RAND_GEN_TAUSWORTHE64) {
  94                 uint64_t frand_max, lastb;
  95
  96                 lastb = last_block(td, f, ddir);
  97                 if (!lastb)
  98                         return 1;
  99
 100                 frand_max = rand_max(&td->random_state);
 101                 r = __rand(&td->random_state);
 102
 103                 dprint(FD_RANDOM, "off rand %llu\n", (unsigned long long) r);
 104
 105                 *b = lastb * (r / ((uint64_t) frand_max + 1.0));
 106         } else {
 107                 uint64_t off = 0;
 108
 109                 assert(fio_file_lfsr(f));
 110
 111                 if (lfsr_next(&f->lfsr, &off))
 112                         return 1;
 113
 114                 *b = off;
 115         }
 116
 117         /*
 118          * if we are not maintaining a random map, we are done.
 119          */
 120         if (!file_randommap(td, f))
 121                 goto ret;
 122
 123         /*
 124          * calculate map offset and check if it's free
 125          */
 126         if (random_map_free(f, *b))
 127                 goto ret;
 128
 129         dprint(FD_RANDOM, "get_next_rand_offset: offset %llu busy\n",
 130                                                 (unsigned long long) *b);
 131
 132         *b = axmap_next_free(f->io_axmap, *b);
 133         if (*b == (uint64_t) -1ULL)
 134                 return 1;
 135 ret:
 136         return 0;
 137 }
 138
 139 static int __get_next_rand_offset_zipf(struct thread_data *td,
 140                                        struct fio_file *f, enum fio_ddir ddir,
 141                                        uint64_t *b)
 142 {
 143         *b = zipf_next(&f->zipf);
 144         return 0;
 145 }
 146
 147 static int __get_next_rand_offset_pareto(struct thread_data *td,
 148                                          struct fio_file *f, enum fio_ddir ddir,
 149                                          uint64_t *b)
 150 {
 151         *b = pareto_next(&f->zipf);
 152         return 0;
 153 }
 154
 155 static int __get_next_rand_offset_gauss(struct thread_data *td,
 156                                         struct fio_file *f, enum fio_ddir ddir,
 157                                         uint64_t *b)
 158 {
 159         *b = gauss_next(&f->gauss);
 160         return 0;
 161 }
 162
 163
 164 static int flist_cmp(void *data, struct flist_head *a, struct flist_head *b)
 165 {
 166         struct rand_off *r1 = flist_entry(a, struct rand_off, list);
 167         struct rand_off *r2 = flist_entry(b, struct rand_off, list);
 168
 169         return r1->off - r2->off;
 170 }
 171
 172 static int get_off_from_method(struct thread_data *td, struct fio_file *f,
 173                                enum fio_ddir ddir, uint64_t *b)
 174 {
 175         if (td->o.random_distribution == FIO_RAND_DIST_RANDOM)
 176                 return __get_next_rand_offset(td, f, ddir, b);
 177         else if (td->o.random_distribution == FIO_RAND_DIST_ZIPF)
 178                 return __get_next_rand_offset_zipf(td, f, ddir, b);
 179         else if (td->o.random_distribution == FIO_RAND_DIST_PARETO)
 180                 return __get_next_rand_offset_pareto(td, f, ddir, b);
 181         else if (td->o.random_distribution == FIO_RAND_DIST_GAUSS)
 182                 return __get_next_rand_offset_gauss(td, f, ddir, b);
 183
 184         log_err("fio: unknown random distribution: %d\n", td->o.random_distribution);
 185         return 1;
 186 }
 187
 188 /*
 189  * Sort the reads for a verify phase in batches of verifysort_nr, if
 190  * specified.
 191  */
 192 static inline int should_sort_io(struct thread_data *td)
 193 {
 194         if (!td->o.verifysort_nr || !td->o.do_verify)
 195                 return 0;
 196         if (!td_random(td))
 197                 return 0;
 198         if (td->runstate != TD_VERIFYING)
 199                 return 0;
 200         if (td->o.random_generator == FIO_RAND_GEN_TAUSWORTHE ||
 201             td->o.random_generator == FIO_RAND_GEN_TAUSWORTHE64)
 202                 return 0;
 203
 204         return 1;
 205 }
 206
 207 static int should_do_random(struct thread_data *td, enum fio_ddir ddir)
 208 {
 209         uint64_t frand_max;
 210         unsigned int v;
 211         unsigned long r;
 212
 213         if (td->o.perc_rand[ddir] == 100)
 214                 return 1;
 215
 216         frand_max = rand_max(&td->seq_rand_state[ddir]);
 217         r = __rand(&td->seq_rand_state[ddir]);
 218         v = 1 + (int) (100.0 * (r / (frand_max + 1.0)));
 219
 220         return v <= td->o.perc_rand[ddir];
 221 }
 222
 223 static int get_next_rand_offset(struct thread_data *td, struct fio_file *f,
 224                                 enum fio_ddir ddir, uint64_t *b)
 225 {
 226         struct rand_off *r;
 227         int i, ret = 1;
 228
 229         if (!should_sort_io(td))
 230                 return get_off_from_method(td, f, ddir, b);
 231
 232         if (!flist_empty(&td->next_rand_list)) {
 233 fetch:
 234                 r = flist_first_entry(&td->next_rand_list, struct rand_off, list);
 235                 flist_del(&r->list);
 236                 *b = r->off;
 237                 free(r);
 238                 return 0;
 239         }
 240
 241         for (i = 0; i < td->o.verifysort_nr; i++) {
 242                 r = malloc(sizeof(*r));
 243
 244                 ret = get_off_from_method(td, f, ddir, &r->off);
 245                 if (ret) {
 246                         free(r);
 247                         break;
 248                 }
 249
 250                 flist_add(&r->list, &td->next_rand_list);
 251         }
 252
 253         if (ret && !i)
 254                 return ret;
 255
 256         assert(!flist_empty(&td->next_rand_list));
 257         flist_sort(NULL, &td->next_rand_list, flist_cmp);
 258         goto fetch;
 259 }
 260
 261 static int get_next_rand_block(struct thread_data *td, struct fio_file *f,
 262                                enum fio_ddir ddir, uint64_t *b)
 263 {
 264         if (!get_next_rand_offset(td, f, ddir, b))
 265                 return 0;
 266
 267         if (td->o.time_based) {
 268                 fio_file_reset(td, f);
 269                 if (!get_next_rand_offset(td, f, ddir, b))
 270                         return 0;
 271         }
 272
 273         dprint(FD_IO, "%s: rand offset failed, last=%llu, size=%llu\n",
 274                         f->file_name, (unsigned long long) f->last_pos[ddir],
 275                         (unsigned long long) f->real_file_size);
 276         return 1;
 277 }
 278
 279 static int get_next_seq_offset(struct thread_data *td, struct fio_file *f,
 280                                enum fio_ddir ddir, uint64_t *offset)
 281 {
 282         struct thread_options *o = &td->o;
 283
 284         assert(ddir_rw(ddir));
 285
 286         if (f->last_pos[ddir] >= f->io_size + get_start_offset(td, f) &&
 287             o->time_based)
 288                 f->last_pos[ddir] = f->last_pos[ddir] - f->io_size;
 289
 290         if (f->last_pos[ddir] < f->real_file_size) {
 291                 uint64_t pos;
 292
 293                 if (f->last_pos[ddir] == f->file_offset && o->ddir_seq_add < 0)
 294                         f->last_pos[ddir] = f->real_file_size;
 295
 296                 pos = f->last_pos[ddir] - f->file_offset;
 297                 if (pos && o->ddir_seq_add) {
 298                         pos += o->ddir_seq_add;
 299
 300                         /*
 301                          * If we reach beyond the end of the file
 302                          * with holed IO, wrap around to the
 303                          * beginning again.
 304                          */
 305                         if (pos >= f->real_file_size)
 306                                 pos = f->file_offset;
 307                 }
 308
 309                 *offset = pos;
 310                 return 0;
 311         }
 312
 313         return 1;
 314 }
 315
 316 static int get_next_block(struct thread_data *td, struct io_u *io_u,
 317                           enum fio_ddir ddir, int rw_seq,
 318                           unsigned int *is_random)
 319 {
 320         struct fio_file *f = io_u->file;
 321         uint64_t b, offset;
 322         int ret;
 323
 324         assert(ddir_rw(ddir));
 325
 326         b = offset = -1ULL;
 327
 328         if (rw_seq) {
 329                 if (td_random(td)) {
 330                         if (should_do_random(td, ddir)) {
 331                                 ret = get_next_rand_block(td, f, ddir, &b);
 332                                 *is_random = 1;
 333                         } else {
 334                                 *is_random = 0;
 335                                 io_u_set(io_u, IO_U_F_BUSY_OK);
 336                                 ret = get_next_seq_offset(td, f, ddir, &offset);
 337                                 if (ret)
 338                                         ret = get_next_rand_block(td, f, ddir, &b);
 339                         }
 340                 } else {
 341                         *is_random = 0;
 342                         ret = get_next_seq_offset(td, f, ddir, &offset);
 343                 }
 344         } else {
 345                 io_u_set(io_u, IO_U_F_BUSY_OK);
 346                 *is_random = 0;
 347
 348                 if (td->o.rw_seq == RW_SEQ_SEQ) {
 349                         ret = get_next_seq_offset(td, f, ddir, &offset);
 350                         if (ret) {
 351                                 ret = get_next_rand_block(td, f, ddir, &b);
 352                                 *is_random = 0;
 353                         }
 354                 } else if (td->o.rw_seq == RW_SEQ_IDENT) {
 355                         if (f->last_start[ddir] != -1ULL)
 356                                 offset = f->last_start[ddir] - f->file_offset;
 357                         else
 358                                 offset = 0;
 359                         ret = 0;
 360                 } else {
 361                         log_err("fio: unknown rw_seq=%d\n", td->o.rw_seq);
 362                         ret = 1;
 363                 }
 364         }
 365
 366         if (!ret) {
 367                 if (offset != -1ULL)
 368                         io_u->offset = offset;
 369                 else if (b != -1ULL)
 370                         io_u->offset = b * td->o.ba[ddir];
 371                 else {
 372                         log_err("fio: bug in offset generation: offset=%llu, b=%llu\n", (unsigned long long) offset, (unsigned long long) b);
 373                         ret = 1;
 374                 }
 375         }
 376
 377         return ret;
 378 }
 379
 380 /*
 381  * For random io, generate a random new block and see if it's used. Repeat
 382  * until we find a free one. For sequential io, just return the end of
 383  * the last io issued.
 384  */
 385 static int __get_next_offset(struct thread_data *td, struct io_u *io_u,
 386                              unsigned int *is_random)
 387 {
 388         struct fio_file *f = io_u->file;
 389         enum fio_ddir ddir = io_u->ddir;
 390         int rw_seq_hit = 0;
 391
 392         assert(ddir_rw(ddir));
 393
 394         if (td->o.ddir_seq_nr && !--td->ddir_seq_nr) {
 395                 rw_seq_hit = 1;
 396                 td->ddir_seq_nr = td->o.ddir_seq_nr;
 397         }
 398
 399         if (get_next_block(td, io_u, ddir, rw_seq_hit, is_random))
 400                 return 1;
 401
 402         if (io_u->offset >= f->io_size) {
 403                 dprint(FD_IO, "get_next_offset: offset %llu >= io_size %llu\n",
 404                                         (unsigned long long) io_u->offset,
 405                                         (unsigned long long) f->io_size);
 406                 return 1;
 407         }
 408
 409         io_u->offset += f->file_offset;
 410         if (io_u->offset >= f->real_file_size) {
 411                 dprint(FD_IO, "get_next_offset: offset %llu >= size %llu\n",
 412                                         (unsigned long long) io_u->offset,
 413                                         (unsigned long long) f->real_file_size);
 414                 return 1;
 415         }
 416
 417         return 0;
 418 }
 419
 420 static int get_next_offset(struct thread_data *td, struct io_u *io_u,
 421                            unsigned int *is_random)
 422 {
 423         if (td->flags & TD_F_PROFILE_OPS) {
 424                 struct prof_io_ops *ops = &td->prof_io_ops;
 425
 426                 if (ops->fill_io_u_off)
 427                         return ops->fill_io_u_off(td, io_u, is_random);
 428         }
 429
 430         return __get_next_offset(td, io_u, is_random);
 431 }
 432
 433 static inline int io_u_fits(struct thread_data *td, struct io_u *io_u,
 434                             unsigned int buflen)
 435 {
 436         struct fio_file *f = io_u->file;
 437
 438         return io_u->offset + buflen <= f->io_size + get_start_offset(td, f);
 439 }
 440
 441 static unsigned int __get_next_buflen(struct thread_data *td, struct io_u *io_u,
 442                                       unsigned int is_random)
 443 {
 444         int ddir = io_u->ddir;
 445         unsigned int buflen = 0;
 446         unsigned int minbs, maxbs;
 447         uint64_t frand_max;
 448         unsigned long r;
 449
 450         assert(ddir_rw(ddir));
 451
 452         if (td->o.bs_is_seq_rand)
 453                 ddir = is_random ? DDIR_WRITE: DDIR_READ;
 454
 455         minbs = td->o.min_bs[ddir];
 456         maxbs = td->o.max_bs[ddir];
 457
 458         if (minbs == maxbs)
 459                 return minbs;
 460
 461         /*
 462          * If we can't satisfy the min block size from here, then fail
 463          */
 464         if (!io_u_fits(td, io_u, minbs))
 465                 return 0;
 466
 467         frand_max = rand_max(&td->bsrange_state);
 468         do {
 469                 r = __rand(&td->bsrange_state);
 470
 471                 if (!td->o.bssplit_nr[ddir]) {
 472                         buflen = 1 + (unsigned int) ((double) maxbs *
 473                                         (r / (frand_max + 1.0)));
 474                         if (buflen < minbs)
 475                                 buflen = minbs;
 476                 } else {
 477                         long perc = 0;
 478                         unsigned int i;
 479
 480                         for (i = 0; i < td->o.bssplit_nr[ddir]; i++) {
 481                                 struct bssplit *bsp = &td->o.bssplit[ddir][i];
 482
 483                                 buflen = bsp->bs;
 484                                 perc += bsp->perc;
 485                                 if ((r <= ((frand_max / 100L) * perc)) &&
 486                                     io_u_fits(td, io_u, buflen))
 487                                         break;
 488                         }
 489                 }
 490
 491                 if (td->o.do_verify && td->o.verify != VERIFY_NONE)
 492                         buflen = (buflen + td->o.verify_interval - 1) &
 493                                 ~(td->o.verify_interval - 1);
 494
 495                 if (!td->o.bs_unaligned && is_power_of_2(minbs))
 496                         buflen &= ~(minbs - 1);
 497
 498         } while (!io_u_fits(td, io_u, buflen));
 499
 500         return buflen;
 501 }
 502
 503 static unsigned int get_next_buflen(struct thread_data *td, struct io_u *io_u,
 504                                     unsigned int is_random)
 505 {
 506         if (td->flags & TD_F_PROFILE_OPS) {
 507                 struct prof_io_ops *ops = &td->prof_io_ops;
 508
 509                 if (ops->fill_io_u_size)
 510                         return ops->fill_io_u_size(td, io_u, is_random);
 511         }
 512
 513         return __get_next_buflen(td, io_u, is_random);
 514 }
 515
 516 static void set_rwmix_bytes(struct thread_data *td)
 517 {
 518         unsigned int diff;
 519
 520         /*
 521          * we do time or byte based switch. this is needed because
 522          * buffered writes may issue a lot quicker than they complete,
 523          * whereas reads do not.
 524          */
 525         diff = td->o.rwmix[td->rwmix_ddir ^ 1];
 526         td->rwmix_issues = (td->io_issues[td->rwmix_ddir] * diff) / 100;
 527 }
 528
 529 static inline enum fio_ddir get_rand_ddir(struct thread_data *td)
 530 {
 531         uint64_t frand_max = rand_max(&td->rwmix_state);
 532         unsigned int v;
 533         unsigned long r;
 534
 535         r = __rand(&td->rwmix_state);
 536         v = 1 + (int) (100.0 * (r / (frand_max + 1.0)));
 537
 538         if (v <= td->o.rwmix[DDIR_READ])
 539                 return DDIR_READ;
 540
 541         return DDIR_WRITE;
 542 }
 543
 544 void io_u_quiesce(struct thread_data *td)
 545 {
 546         /*
 547          * We are going to sleep, ensure that we flush anything pending as
 548          * not to skew our latency numbers.
 549          *
 550          * Changed to only monitor 'in flight' requests here instead of the
 551          * td->cur_depth, b/c td->cur_depth does not accurately represent
 552          * io's that have been actually submitted to an async engine,
 553          * and cur_depth is meaningless for sync engines.
 554          */
 555         if (td->io_u_queued || td->cur_depth) {
 556                 int fio_unused ret;
 557
 558                 ret = td_io_commit(td);
 559         }
 560
 561         while (td->io_u_in_flight) {
 562                 int fio_unused ret;
 563
 564                 ret = io_u_queued_complete(td, 1);
 565         }
 566 }
 567
 568 static enum fio_ddir rate_ddir(struct thread_data *td, enum fio_ddir ddir)
 569 {
 570         enum fio_ddir odir = ddir ^ 1;
 571         long usec;
 572
 573         assert(ddir_rw(ddir));
 574
 575         if (td->rate_pending_usleep[ddir] <= 0)
 576                 return ddir;
 577
 578         /*
 579          * We have too much pending sleep in this direction. See if we
 580          * should switch.
 581          */
 582         if (td_rw(td) && td->o.rwmix[odir]) {
 583                 /*
 584                  * Other direction does not have too much pending, switch
 585                  */
 586                 if (td->rate_pending_usleep[odir] < 100000)
 587                         return odir;
 588
 589                 /*
 590                  * Both directions have pending sleep. Sleep the minimum time
 591                  * and deduct from both.
 592                  */
 593                 if (td->rate_pending_usleep[ddir] <=
 594                         td->rate_pending_usleep[odir]) {
 595                         usec = td->rate_pending_usleep[ddir];
 596                 } else {
 597                         usec = td->rate_pending_usleep[odir];
 598                         ddir = odir;
 599                 }
 600         } else
 601                 usec = td->rate_pending_usleep[ddir];
 602
 603         if (td->o.io_submit_mode == IO_MODE_INLINE)
 604                 io_u_quiesce(td);
 605
 606         usec = usec_sleep(td, usec);
 607
 608         td->rate_pending_usleep[ddir] -= usec;
 609
 610         odir = ddir ^ 1;
 611         if (td_rw(td) && __should_check_rate(td, odir))
 612                 td->rate_pending_usleep[odir] -= usec;
 613
 614         return ddir;
 615 }
 616
 617 /*
 618  * Return the data direction for the next io_u. If the job is a
 619  * mixed read/write workload, check the rwmix cycle and switch if
 620  * necessary.
 621  */
 622 static enum fio_ddir get_rw_ddir(struct thread_data *td)
 623 {
 624         enum fio_ddir ddir;
 625
 626         /*
 627          * see if it's time to fsync
 628          */
 629         if (td->o.fsync_blocks &&
 630            !(td->io_issues[DDIR_WRITE] % td->o.fsync_blocks) &&
 631              td->io_issues[DDIR_WRITE] && should_fsync(td))
 632                 return DDIR_SYNC;
 633
 634         /*
 635          * see if it's time to fdatasync
 636          */
 637         if (td->o.fdatasync_blocks &&
 638            !(td->io_issues[DDIR_WRITE] % td->o.fdatasync_blocks) &&
 639              td->io_issues[DDIR_WRITE] && should_fsync(td))
 640                 return DDIR_DATASYNC;
 641
 642         /*
 643          * see if it's time to sync_file_range
 644          */
 645         if (td->sync_file_range_nr &&
 646            !(td->io_issues[DDIR_WRITE] % td->sync_file_range_nr) &&
 647              td->io_issues[DDIR_WRITE] && should_fsync(td))
 648                 return DDIR_SYNC_FILE_RANGE;
 649
 650         if (td_rw(td)) {
 651                 /*
 652                  * Check if it's time to seed a new data direction.
 653                  */
 654                 if (td->io_issues[td->rwmix_ddir] >= td->rwmix_issues) {
 655                         /*
 656                          * Put a top limit on how many bytes we do for
 657                          * one data direction, to avoid overflowing the
 658                          * ranges too much
 659                          */
 660                         ddir = get_rand_ddir(td);
 661
 662                         if (ddir != td->rwmix_ddir)
 663                                 set_rwmix_bytes(td);
 664
 665                         td->rwmix_ddir = ddir;
 666                 }
 667                 ddir = td->rwmix_ddir;
 668         } else if (td_read(td))
 669                 ddir = DDIR_READ;
 670         else if (td_write(td))
 671                 ddir = DDIR_WRITE;
 672         else
 673                 ddir = DDIR_TRIM;
 674
 675         td->rwmix_ddir = rate_ddir(td, ddir);
 676         return td->rwmix_ddir;
 677 }
 678
 679 static void set_rw_ddir(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
 680 {
 681         enum fio_ddir ddir = get_rw_ddir(td);
 682
 683         if (td_trimwrite(td)) {
 684                 struct fio_file *f = io_u->file;
 685                 if (f->last_pos[DDIR_WRITE] == f->last_pos[DDIR_TRIM])
 686                         ddir = DDIR_TRIM;
 687                 else
 688                         ddir = DDIR_WRITE;
 689         }
 690
 691         io_u->ddir = io_u->acct_ddir = ddir;
 692
 693         if (io_u->ddir == DDIR_WRITE && (td->io_ops->flags & FIO_BARRIER) &&
 694             td->o.barrier_blocks &&
 695            !(td->io_issues[DDIR_WRITE] % td->o.barrier_blocks) &&
 696              td->io_issues[DDIR_WRITE])
 697                 io_u_set(io_u, IO_U_F_BARRIER);
 698 }
 699
 700 void put_file_log(struct thread_data *td, struct fio_file *f)
 701 {
 702         unsigned int ret = put_file(td, f);
 703
 704         if (ret)
 705                 td_verror(td, ret, "file close");
 706 }
 707
 708 void put_io_u(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
 709 {
 710         if (td->parent)
 711                 td = td->parent;
 712
 713         td_io_u_lock(td);
 714
 715         if (io_u->file && !(io_u->flags & IO_U_F_NO_FILE_PUT))
 716                 put_file_log(td, io_u->file);
 717
 718         io_u->file = NULL;
 719         io_u_set(io_u, IO_U_F_FREE);
 720
 721         if (io_u->flags & IO_U_F_IN_CUR_DEPTH) {
 722                 td->cur_depth--;
 723                 assert(!(td->flags & TD_F_CHILD));
 724         }
 725         io_u_qpush(&td->io_u_freelist, io_u);
 726         td_io_u_unlock(td);
 727         td_io_u_free_notify(td);
 728 }
 729
 730 void clear_io_u(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
 731 {
 732         io_u_clear(io_u, IO_U_F_FLIGHT);
 733         put_io_u(td, io_u);
 734 }
 735
 736 void requeue_io_u(struct thread_data *td, struct io_u **io_u)
 737 {
 738         struct io_u *__io_u = *io_u;
 739         enum fio_ddir ddir = acct_ddir(__io_u);
 740
 741         dprint(FD_IO, "requeue %p\n", __io_u);
 742
 743         if (td->parent)
 744                 td = td->parent;
 745
 746         td_io_u_lock(td);
 747
 748         io_u_set(__io_u, IO_U_F_FREE);
 749         if ((__io_u->flags & IO_U_F_FLIGHT) && ddir_rw(ddir))
 750                 td->io_issues[ddir]--;
 751
 752         io_u_clear(__io_u, IO_U_F_FLIGHT);
 753         if (__io_u->flags & IO_U_F_IN_CUR_DEPTH) {
 754                 td->cur_depth--;
 755                 assert(!(td->flags & TD_F_CHILD));
 756         }
 757
 758         io_u_rpush(&td->io_u_requeues, __io_u);
 759         td_io_u_unlock(td);
 760         td_io_u_free_notify(td);
 761         *io_u = NULL;
 762 }
 763
 764 static int fill_io_u(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
 765 {
 766         unsigned int is_random;
 767
 768         if (td->io_ops->flags & FIO_NOIO)
 769                 goto out;
 770
 771         set_rw_ddir(td, io_u);
 772
 773         /*
 774          * fsync() or fdatasync() or trim etc, we are done
 775          */
 776         if (!ddir_rw(io_u->ddir))
 777                 goto out;
 778
 779         /*
 780          * See if it's time to switch to a new zone
 781          */
 782         if (td->zone_bytes >= td->o.zone_size && td->o.zone_skip) {
 783                 struct fio_file *f = io_u->file;
 784
 785                 td->zone_bytes = 0;
 786                 f->file_offset += td->o.zone_range + td->o.zone_skip;
 787
 788                 /*
 789                  * Wrap from the beginning, if we exceed the file size
 790                  */
 791                 if (f->file_offset >= f->real_file_size)
 792                         f->file_offset = f->real_file_size - f->file_offset;
 793                 f->last_pos[io_u->ddir] = f->file_offset;
 794                 td->io_skip_bytes += td->o.zone_skip;
 795         }
 796
 797         /*
 798          * No log, let the seq/rand engine retrieve the next buflen and
 799          * position.
 800          */
 801         if (get_next_offset(td, io_u, &is_random)) {
 802                 dprint(FD_IO, "io_u %p, failed getting offset\n", io_u);
 803                 return 1;
 804         }
 805
 806         io_u->buflen = get_next_buflen(td, io_u, is_random);
 807         if (!io_u->buflen) {
 808                 dprint(FD_IO, "io_u %p, failed getting buflen\n", io_u);
 809                 return 1;
 810         }
 811
 812         if (io_u->offset + io_u->buflen > io_u->file->real_file_size) {
 813                 dprint(FD_IO, "io_u %p, offset too large\n", io_u);
 814                 dprint(FD_IO, "  off=%llu/%lu > %llu\n",
 815                         (unsigned long long) io_u->offset, io_u->buflen,
 816                         (unsigned long long) io_u->file->real_file_size);
 817                 return 1;
 818         }
 819
 820         /*
 821          * mark entry before potentially trimming io_u
 822          */
 823         if (td_random(td) && file_randommap(td, io_u->file))
 824                 mark_random_map(td, io_u);
 825
 826 out:
 827         dprint_io_u(io_u, "fill_io_u");
 828         td->zone_bytes += io_u->buflen;
 829         return 0;
 830 }
 831
 832 static void __io_u_mark_map(unsigned int *map, unsigned int nr)
 833 {
 834         int idx = 0;
 835
 836         switch (nr) {
 837         default:
 838                 idx = 6;
 839                 break;
 840         case 33 ... 64:
 841                 idx = 5;
 842                 break;
 843         case 17 ... 32:
 844                 idx = 4;
 845                 break;
 846         case 9 ... 16:
 847                 idx = 3;
 848                 break;
 849         case 5 ... 8:
 850                 idx = 2;
 851                 break;
 852         case 1 ... 4:
 853                 idx = 1;
 854         case 0:
 855                 break;
 856         }
 857
 858         map[idx]++;
 859 }
 860
 861 void io_u_mark_submit(struct thread_data *td, unsigned int nr)
 862 {
 863         __io_u_mark_map(td->ts.io_u_submit, nr);
 864         td->ts.total_submit++;
 865 }
 866
 867 void io_u_mark_complete(struct thread_data *td, unsigned int nr)
 868 {
 869         __io_u_mark_map(td->ts.io_u_complete, nr);
 870         td->ts.total_complete++;
 871 }
 872
 873 void io_u_mark_depth(struct thread_data *td, unsigned int nr)
 874 {
 875         int idx = 0;
 876
 877         switch (td->cur_depth) {
 878         default:
 879                 idx = 6;
 880                 break;
 881         case 32 ... 63:
 882                 idx = 5;
 883                 break;
 884         case 16 ... 31:
 885                 idx = 4;
 886                 break;
 887         case 8 ... 15:
 888                 idx = 3;
 889                 break;
 890         case 4 ... 7:
 891                 idx = 2;
 892                 break;
 893         case 2 ... 3:
 894                 idx = 1;
 895         case 1:
 896                 break;
 897         }
 898
 899         td->ts.io_u_map[idx] += nr;
 900 }
 901
 902 static void io_u_mark_lat_usec(struct thread_data *td, unsigned long usec)
 903 {
 904         int idx = 0;
 905
 906         assert(usec < 1000);
 907
 908         switch (usec) {
 909         case 750 ... 999:
 910                 idx = 9;
 911                 break;
 912         case 500 ... 749:
 913                 idx = 8;
 914                 break;
 915         case 250 ... 499:
 916                 idx = 7;
 917                 break;
 918         case 100 ... 249:
 919                 idx = 6;
 920                 break;
 921         case 50 ... 99:
 922                 idx = 5;
 923                 break;
 924         case 20 ... 49:
 925                 idx = 4;
 926                 break;
 927         case 10 ... 19:
 928                 idx = 3;
 929                 break;
 930         case 4 ... 9:
 931                 idx = 2;
 932                 break;
 933         case 2 ... 3:
 934                 idx = 1;
 935         case 0 ... 1:
 936                 break;
 937         }
 938
 939         assert(idx < FIO_IO_U_LAT_U_NR);
 940         td->ts.io_u_lat_u[idx]++;
 941 }
 942
 943 static void io_u_mark_lat_msec(struct thread_data *td, unsigned long msec)
 944 {
 945         int idx = 0;
 946
 947         switch (msec) {
 948         default:
 949                 idx = 11;
 950                 break;
 951         case 1000 ... 1999:
 952                 idx = 10;
 953                 break;
 954         case 750 ... 999:
 955                 idx = 9;
 956                 break;
 957         case 500 ... 749:
 958                 idx = 8;
 959                 break;
 960         case 250 ... 499:
 961                 idx = 7;
 962                 break;
 963         case 100 ... 249:
 964                 idx = 6;
 965                 break;
 966         case 50 ... 99:
 967                 idx = 5;
 968                 break;
 969         case 20 ... 49:
 970                 idx = 4;
 971                 break;
 972         case 10 ... 19:
 973                 idx = 3;
 974                 break;
 975         case 4 ... 9:
 976                 idx = 2;
 977                 break;
 978         case 2 ... 3:
 979                 idx = 1;
 980         case 0 ... 1:
 981                 break;
 982         }
 983
 984         assert(idx < FIO_IO_U_LAT_M_NR);
 985         td->ts.io_u_lat_m[idx]++;
 986 }
 987
 988 static void io_u_mark_latency(struct thread_data *td, unsigned long usec)
 989 {
 990         if (usec < 1000)
 991                 io_u_mark_lat_usec(td, usec);
 992         else
 993                 io_u_mark_lat_msec(td, usec / 1000);
 994 }
 995
 996 /*
 997  * Get next file to service by choosing one at random
 998  */
 999 static struct fio_file *get_next_file_rand(struct thread_data *td,
1000                                            enum fio_file_flags goodf,
1001                                            enum fio_file_flags badf)
1002 {
1003         uint64_t frand_max = rand_max(&td->next_file_state);
1004         struct fio_file *f;
1005         int fno;
1006
1007         do {
1008                 int opened = 0;
1009                 unsigned long r;
1010
1011                 r = __rand(&td->next_file_state);
1012                 fno = (unsigned int) ((double) td->o.nr_files
1013                                 * (r / (frand_max + 1.0)));
1014
1015                 f = td->files[fno];
1016                 if (fio_file_done(f))
1017                         continue;
1018
1019                 if (!fio_file_open(f)) {
1020                         int err;
1021
1022                         if (td->nr_open_files >= td->o.open_files)
1023                                 return ERR_PTR(-EBUSY);
1024
1025                         err = td_io_open_file(td, f);
1026                         if (err)
1027                                 continue;
1028                         opened = 1;
1029                 }
1030
1031                 if ((!goodf || (f->flags & goodf)) && !(f->flags & badf)) {
1032                         dprint(FD_FILE, "get_next_file_rand: %p\n", f);
1033                         return f;
1034                 }
1035                 if (opened)
1036                         td_io_close_file(td, f);
1037         } while (1);
1038 }
1039
1040 /*
1041  * Get next file to service by doing round robin between all available ones
1042  */
1043 static struct fio_file *get_next_file_rr(struct thread_data *td, int goodf,
1044                                          int badf)
1045 {
1046         unsigned int old_next_file = td->next_file;
1047         struct fio_file *f;
1048
1049         do {
1050                 int opened = 0;
1051
1052                 f = td->files[td->next_file];
1053
1054                 td->next_file++;
1055                 if (td->next_file >= td->o.nr_files)
1056                         td->next_file = 0;
1057
1058                 dprint(FD_FILE, "trying file %s %x\n", f->file_name, f->flags);
1059                 if (fio_file_done(f)) {
1060                         f = NULL;
1061                         continue;
1062                 }
1063
1064                 if (!fio_file_open(f)) {
1065                         int err;
1066
1067                         if (td->nr_open_files >= td->o.open_files)
1068                                 return ERR_PTR(-EBUSY);
1069
1070                         err = td_io_open_file(td, f);
1071                         if (err) {
1072                                 dprint(FD_FILE, "error %d on open of %s\n",
1073                                         err, f->file_name);
1074                                 f = NULL;
1075                                 continue;
1076                         }
1077                         opened = 1;
1078                 }
1079
1080                 dprint(FD_FILE, "goodf=%x, badf=%x, ff=%x\n", goodf, badf,
1081                                                                 f->flags);
1082                 if ((!goodf || (f->flags & goodf)) && !(f->flags & badf))
1083                         break;
1084
1085                 if (opened)
1086                         td_io_close_file(td, f);
1087
1088                 f = NULL;
1089         } while (td->next_file != old_next_file);
1090
1091         dprint(FD_FILE, "get_next_file_rr: %p\n", f);
1092         return f;
1093 }
1094
1095 static struct fio_file *__get_next_file(struct thread_data *td)
1096 {
1097         struct fio_file *f;
1098
1099         assert(td->o.nr_files <= td->files_index);
1100
1101         if (td->nr_done_files >= td->o.nr_files) {
1102                 dprint(FD_FILE, "get_next_file: nr_open=%d, nr_done=%d,"
1103                                 " nr_files=%d\n", td->nr_open_files,
1104                                                   td->nr_done_files,
1105                                                   td->o.nr_files);
1106                 return NULL;
1107         }
1108
1109         f = td->file_service_file;
1110         if (f && fio_file_open(f) && !fio_file_closing(f)) {
1111                 if (td->o.file_service_type == FIO_FSERVICE_SEQ)
1112                         goto out;
1113                 if (td->file_service_left--)
1114                         goto out;
1115         }
1116
1117         if (td->o.file_service_type == FIO_FSERVICE_RR ||
1118             td->o.file_service_type == FIO_FSERVICE_SEQ)
1119                 f = get_next_file_rr(td, FIO_FILE_open, FIO_FILE_closing);
1120         else
1121                 f = get_next_file_rand(td, FIO_FILE_open, FIO_FILE_closing);
1122
1123         if (IS_ERR(f))
1124                 return f;
1125
1126         td->file_service_file = f;
1127         td->file_service_left = td->file_service_nr - 1;
1128 out:
1129         if (f)
1130                 dprint(FD_FILE, "get_next_file: %p [%s]\n", f, f->file_name);
1131         else
1132                 dprint(FD_FILE, "get_next_file: NULL\n");
1133         return f;
1134 }
1135
1136 static struct fio_file *get_next_file(struct thread_data *td)
1137 {
1138         if (td->flags & TD_F_PROFILE_OPS) {
1139                 struct prof_io_ops *ops = &td->prof_io_ops;
1140
1141                 if (ops->get_next_file)
1142                         return ops->get_next_file(td);
1143         }
1144
1145         return __get_next_file(td);
1146 }
1147
1148 static long set_io_u_file(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
1149 {
1150         struct fio_file *f;
1151
1152         do {
1153                 f = get_next_file(td);
1154                 if (IS_ERR_OR_NULL(f))
1155                         return PTR_ERR(f);
1156
1157                 io_u->file = f;
1158                 get_file(f);
1159
1160                 if (!fill_io_u(td, io_u))
1161                         break;
1162
1163                 put_file_log(td, f);
1164                 td_io_close_file(td, f);
1165                 io_u->file = NULL;
1166                 fio_file_set_done(f);
1167                 td->nr_done_files++;
1168                 dprint(FD_FILE, "%s: is done (%d of %d)\n", f->file_name,
1169                                         td->nr_done_files, td->o.nr_files);
1170         } while (1);
1171
1172         return 0;
1173 }
1174
1175 static void lat_fatal(struct thread_data *td, struct io_completion_data *icd,
1176                       unsigned long tusec, unsigned long max_usec)
1177 {
1178         if (!td->error)
1179                 log_err("fio: latency of %lu usec exceeds specified max (%lu usec)\n", tusec, max_usec);
1180         td_verror(td, ETIMEDOUT, "max latency exceeded");
1181         icd->error = ETIMEDOUT;
1182 }
1183
1184 static void lat_new_cycle(struct thread_data *td)
1185 {
1186         fio_gettime(&td->latency_ts, NULL);
1187         td->latency_ios = ddir_rw_sum(td->io_blocks);
1188         td->latency_failed = 0;
1189 }
1190
1191 /*
1192  * We had an IO outside the latency target. Reduce the queue depth. If we
1193  * are at QD=1, then it's time to give up.
1194  */
1195 static int __lat_target_failed(struct thread_data *td)
1196 {
1197         if (td->latency_qd == 1)
1198                 return 1;
1199
1200         td->latency_qd_high = td->latency_qd;
1201
1202         if (td->latency_qd == td->latency_qd_low)
1203                 td->latency_qd_low--;
1204
1205         td->latency_qd = (td->latency_qd + td->latency_qd_low) / 2;
1206
1207         dprint(FD_RATE, "Ramped down: %d %d %d\n", td->latency_qd_low, td->latency_qd, td->latency_qd_high);
1208
1209         /*
1210          * When we ramp QD down, quiesce existing IO to prevent
1211          * a storm of ramp downs due to pending higher depth.
1212          */
1213         io_u_quiesce(td);
1214         lat_new_cycle(td);
1215         return 0;
1216 }
1217
1218 static int lat_target_failed(struct thread_data *td)
1219 {
1220         if (td->o.latency_percentile.u.f == 100.0)
1221                 return __lat_target_failed(td);
1222
1223         td->latency_failed++;
1224         return 0;
1225 }
1226
1227 void lat_target_init(struct thread_data *td)
1228 {
1229         td->latency_end_run = 0;
1230
1231         if (td->o.latency_target) {
1232                 dprint(FD_RATE, "Latency target=%llu\n", td->o.latency_target);
1233                 fio_gettime(&td->latency_ts, NULL);
1234                 td->latency_qd = 1;
1235                 td->latency_qd_high = td->o.iodepth;
1236                 td->latency_qd_low = 1;
1237                 td->latency_ios = ddir_rw_sum(td->io_blocks);
1238         } else
1239                 td->latency_qd = td->o.iodepth;
1240 }
1241
1242 void lat_target_reset(struct thread_data *td)
1243 {
1244         if (!td->latency_end_run)
1245                 lat_target_init(td);
1246 }
1247
1248 static void lat_target_success(struct thread_data *td)
1249 {
1250         const unsigned int qd = td->latency_qd;
1251         struct thread_options *o = &td->o;
1252
1253         td->latency_qd_low = td->latency_qd;
1254
1255         /*
1256          * If we haven't failed yet, we double up to a failing value instead
1257          * of bisecting from highest possible queue depth. If we have set
1258          * a limit other than td->o.iodepth, bisect between that.
1259          */
1260         if (td->latency_qd_high != o->iodepth)
1261                 td->latency_qd = (td->latency_qd + td->latency_qd_high) / 2;
1262         else
1263                 td->latency_qd *= 2;
1264
1265         if (td->latency_qd > o->iodepth)
1266                 td->latency_qd = o->iodepth;
1267
1268         dprint(FD_RATE, "Ramped up: %d %d %d\n", td->latency_qd_low, td->latency_qd, td->latency_qd_high);
1269
1270         /*
1271          * Same as last one, we are done. Let it run a latency cycle, so
1272          * we get only the results from the targeted depth.
1273          */
1274         if (td->latency_qd == qd) {
1275                 if (td->latency_end_run) {
1276                         dprint(FD_RATE, "We are done\n");
1277                         td->done = 1;
1278                 } else {
1279                         dprint(FD_RATE, "Quiesce and final run\n");
1280                         io_u_quiesce(td);
1281                         td->latency_end_run = 1;
1282                         reset_all_stats(td);
1283                         reset_io_stats(td);
1284                 }
1285         }
1286
1287         lat_new_cycle(td);
1288 }
1289
1290 /*
1291  * Check if we can bump the queue depth
1292  */
1293 void lat_target_check(struct thread_data *td)
1294 {
1295         uint64_t usec_window;
1296         uint64_t ios;
1297         double success_ios;
1298
1299         usec_window = utime_since_now(&td->latency_ts);
1300         if (usec_window < td->o.latency_window)
1301                 return;
1302
1303         ios = ddir_rw_sum(td->io_blocks) - td->latency_ios;
1304         success_ios = (double) (ios - td->latency_failed) / (double) ios;
1305         success_ios *= 100.0;
1306
1307         dprint(FD_RATE, "Success rate: %.2f%% (target %.2f%%)\n", success_ios, td->o.latency_percentile.u.f);
1308
1309         if (success_ios >= td->o.latency_percentile.u.f)
1310                 lat_target_success(td);
1311         else
1312                 __lat_target_failed(td);
1313 }
1314
1315 /*
1316  * If latency target is enabled, we might be ramping up or down and not
1317  * using the full queue depth available.
1318  */
1319 int queue_full(const struct thread_data *td)
1320 {
1321         const int qempty = io_u_qempty(&td->io_u_freelist);
1322
1323         if (qempty)
1324                 return 1;
1325         if (!td->o.latency_target)
1326                 return 0;
1327
1328         return td->cur_depth >= td->latency_qd;
1329 }
1330
1331 struct io_u *__get_io_u(struct thread_data *td)
1332 {
1333         struct io_u *io_u = NULL;
1334
1335         if (td->stop_io)
1336                 return NULL;
1337
1338         td_io_u_lock(td);
1339
1340 again:
1341         if (!io_u_rempty(&td->io_u_requeues))
1342                 io_u = io_u_rpop(&td->io_u_requeues);
1343         else if (!queue_full(td)) {
1344                 io_u = io_u_qpop(&td->io_u_freelist);
1345
1346                 io_u->file = NULL;
1347                 io_u->buflen = 0;
1348                 io_u->resid = 0;
1349                 io_u->end_io = NULL;
1350         }
1351
1352         if (io_u) {
1353                 assert(io_u->flags & IO_U_F_FREE);
1354                 io_u_clear(io_u, IO_U_F_FREE | IO_U_F_NO_FILE_PUT |
1355                                  IO_U_F_TRIMMED | IO_U_F_BARRIER |
1356                                  IO_U_F_VER_LIST);
1357
1358                 io_u->error = 0;
1359                 io_u->acct_ddir = -1;
1360                 td->cur_depth++;
1361                 assert(!(td->flags & TD_F_CHILD));
1362                 io_u_set(io_u, IO_U_F_IN_CUR_DEPTH);
1363                 io_u->ipo = NULL;
1364         } else if (td_async_processing(td)) {
1365                 /*
1366                  * We ran out, wait for async verify threads to finish and
1367                  * return one
1368                  */
1369                 assert(!(td->flags & TD_F_CHILD));
1370                 assert(!pthread_cond_wait(&td->free_cond, &td->io_u_lock));
1371                 goto again;
1372         }
1373
1374         td_io_u_unlock(td);
1375         return io_u;
1376 }
1377
1378 static int check_get_trim(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
1379 {
1380         if (!(td->flags & TD_F_TRIM_BACKLOG))
1381                 return 0;
1382
1383         if (td->trim_entries) {
1384                 int get_trim = 0;
1385
1386                 if (td->trim_batch) {
1387                         td->trim_batch--;
1388                         get_trim = 1;
1389                 } else if (!(td->io_hist_len % td->o.trim_backlog) &&
1390                          td->last_ddir != DDIR_READ) {
1391                         td->trim_batch = td->o.trim_batch;
1392                         if (!td->trim_batch)
1393                                 td->trim_batch = td->o.trim_backlog;
1394                         get_trim = 1;
1395                 }
1396
1397                 if (get_trim && !get_next_trim(td, io_u))
1398                         return 1;
1399         }
1400
1401         return 0;
1402 }
1403
1404 static int check_get_verify(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
1405 {
1406         if (!(td->flags & TD_F_VER_BACKLOG))
1407                 return 0;
1408
1409         if (td->io_hist_len) {
1410                 int get_verify = 0;
1411
1412                 if (td->verify_batch)
1413                         get_verify = 1;
1414                 else if (!(td->io_hist_len % td->o.verify_backlog) &&
1415                          td->last_ddir != DDIR_READ) {
1416                         td->verify_batch = td->o.verify_batch;
1417                         if (!td->verify_batch)
1418                                 td->verify_batch = td->o.verify_backlog;
1419                         get_verify = 1;
1420                 }
1421
1422                 if (get_verify && !get_next_verify(td, io_u)) {
1423                         td->verify_batch--;
1424                         return 1;
1425                 }
1426         }
1427
1428         return 0;
1429 }
1430
1431 /*
1432  * Fill offset and start time into the buffer content, to prevent too
1433  * easy compressible data for simple de-dupe attempts. Do this for every
1434  * 512b block in the range, since that should be the smallest block size
1435  * we can expect from a device.
1436  */
1437 static void small_content_scramble(struct io_u *io_u)
1438 {
1439         unsigned int i, nr_blocks = io_u->buflen / 512;
1440         uint64_t boffset;
1441         unsigned int offset;
1442         void *p, *end;
1443
1444         if (!nr_blocks)
1445                 return;
1446
1447         p = io_u->xfer_buf;
1448         boffset = io_u->offset;
1449         io_u->buf_filled_len = 0;
1450
1451         for (i = 0; i < nr_blocks; i++) {
1452                 /*
1453                  * Fill the byte offset into a "random" start offset of
1454                  * the buffer, given by the product of the usec time
1455                  * and the actual offset.
1456                  */
1457                 offset = (io_u->start_time.tv_usec ^ boffset) & 511;
1458                 offset &= ~(sizeof(uint64_t) - 1);
1459                 if (offset >= 512 - sizeof(uint64_t))
1460                         offset -= sizeof(uint64_t);
1461                 memcpy(p + offset, &boffset, sizeof(boffset));
1462
1463                 end = p + 512 - sizeof(io_u->start_time);
1464                 memcpy(end, &io_u->start_time, sizeof(io_u->start_time));
1465                 p += 512;
1466                 boffset += 512;
1467         }
1468 }
1469
1470 /*
1471  * Return an io_u to be processed. Gets a buflen and offset, sets direction,
1472  * etc. The returned io_u is fully ready to be prepped and submitted.
1473  */
1474 struct io_u *get_io_u(struct thread_data *td)
1475 {
1476         struct fio_file *f;
1477         struct io_u *io_u;
1478         int do_scramble = 0;
1479         long ret = 0;
1480
1481         io_u = __get_io_u(td);
1482         if (!io_u) {
1483                 dprint(FD_IO, "__get_io_u failed\n");
1484                 return NULL;
1485         }
1486
1487         if (check_get_verify(td, io_u))
1488                 goto out;
1489         if (check_get_trim(td, io_u))
1490                 goto out;
1491
1492         /*
1493          * from a requeue, io_u already setup
1494          */
1495         if (io_u->file)
1496                 goto out;
1497
1498         /*
1499          * If using an iolog, grab next piece if any available.
1500          */
1501         if (td->flags & TD_F_READ_IOLOG) {
1502                 if (read_iolog_get(td, io_u))
1503                         goto err_put;
1504         } else if (set_io_u_file(td, io_u)) {
1505                 ret = -EBUSY;
1506                 dprint(FD_IO, "io_u %p, setting file failed\n", io_u);
1507                 goto err_put;
1508         }
1509
1510         f = io_u->file;
1511         if (!f) {
1512                 dprint(FD_IO, "io_u %p, setting file failed\n", io_u);
1513                 goto err_put;
1514         }
1515
1516         assert(fio_file_open(f));
1517
1518         if (ddir_rw(io_u->ddir)) {
1519                 if (!io_u->buflen && !(td->io_ops->flags & FIO_NOIO)) {
1520                         dprint(FD_IO, "get_io_u: zero buflen on %p\n", io_u);
1521                         goto err_put;
1522                 }
1523
1524                 f->last_start[io_u->ddir] = io_u->offset;
1525                 f->last_pos[io_u->ddir] = io_u->offset + io_u->buflen;
1526
1527                 if (io_u->ddir == DDIR_WRITE) {
1528                         if (td->flags & TD_F_REFILL_BUFFERS) {
1529                                 io_u_fill_buffer(td, io_u,
1530                                         td->o.min_bs[DDIR_WRITE],
1531                                         io_u->xfer_buflen);
1532                         } else if ((td->flags & TD_F_SCRAMBLE_BUFFERS) &&
1533                                    !(td->flags & TD_F_COMPRESS))
1534                                 do_scramble = 1;
1535                         if (td->flags & TD_F_VER_NONE) {
1536                                 populate_verify_io_u(td, io_u);
1537                                 do_scramble = 0;
1538                         }
1539                 } else if (io_u->ddir == DDIR_READ) {
1540                         /*
1541                          * Reset the buf_filled parameters so next time if the
1542                          * buffer is used for writes it is refilled.
1543                          */
1544                         io_u->buf_filled_len = 0;
1545                 }
1546         }
1547
1548         /*
1549          * Set io data pointers.
1550          */
1551         io_u->xfer_buf = io_u->buf;
1552         io_u->xfer_buflen = io_u->buflen;
1553
1554 out:
1555         assert(io_u->file);
1556         if (!td_io_prep(td, io_u)) {
1557                 if (!td->o.disable_slat)
1558                         fio_gettime(&io_u->start_time, NULL);
1559                 if (do_scramble)
1560                         small_content_scramble(io_u);
1561                 return io_u;
1562         }
1563 err_put:
1564         dprint(FD_IO, "get_io_u failed\n");
1565         put_io_u(td, io_u);
1566         return ERR_PTR(ret);
1567 }
1568
1569 static void __io_u_log_error(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
1570 {
1571         enum error_type_bit eb = td_error_type(io_u->ddir, io_u->error);
1572
1573         if (td_non_fatal_error(td, eb, io_u->error) && !td->o.error_dump)
1574                 return;
1575
1576         log_err("fio: io_u error%s%s: %s: %s offset=%llu, buflen=%lu\n",
1577                 io_u->file ? " on file " : "",
1578                 io_u->file ? io_u->file->file_name : "",
1579                 strerror(io_u->error),
1580                 io_ddir_name(io_u->ddir),
1581                 io_u->offset, io_u->xfer_buflen);
1582
1583         if (!td->error)
1584                 td_verror(td, io_u->error, "io_u error");
1585 }
1586
1587 void io_u_log_error(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
1588 {
1589         __io_u_log_error(td, io_u);
1590         if (td->parent)
1591                 __io_u_log_error(td, io_u);
1592 }
1593
1594 static inline int gtod_reduce(struct thread_data *td)
1595 {
1596         return td->o.disable_clat && td->o.disable_lat && td->o.disable_slat
1597                 && td->o.disable_bw;
1598 }
1599
1600 static void account_io_completion(struct thread_data *td, struct io_u *io_u,
1601                                   struct io_completion_data *icd,
1602                                   const enum fio_ddir idx, unsigned int bytes)
1603 {
1604         const int no_reduce = !gtod_reduce(td);
1605         unsigned long lusec = 0;
1606
1607         if (td->parent)
1608                 td = td->parent;
1609
1610         if (no_reduce)
1611                 lusec = utime_since(&io_u->issue_time, &icd->time);
1612
1613         if (!td->o.disable_lat) {
1614                 unsigned long tusec;
1615
1616                 tusec = utime_since(&io_u->start_time, &icd->time);
1617                 add_lat_sample(td, idx, tusec, bytes, io_u->offset);
1618
1619                 if (td->flags & TD_F_PROFILE_OPS) {
1620                         struct prof_io_ops *ops = &td->prof_io_ops;
1621
1622                         if (ops->io_u_lat)
1623                                 icd->error = ops->io_u_lat(td, tusec);
1624                 }
1625
1626                 if (td->o.max_latency && tusec > td->o.max_latency)
1627                         lat_fatal(td, icd, tusec, td->o.max_latency);
1628                 if (td->o.latency_target && tusec > td->o.latency_target) {
1629                         if (lat_target_failed(td))
1630                                 lat_fatal(td, icd, tusec, td->o.latency_target);
1631                 }
1632         }
1633
1634         if (!td->o.disable_clat) {
1635                 add_clat_sample(td, idx, lusec, bytes, io_u->offset);
1636                 io_u_mark_latency(td, lusec);
1637         }
1638
1639         if (!td->o.disable_bw)
1640                 add_bw_sample(td, idx, bytes, &icd->time);
1641
1642         if (no_reduce)
1643                 add_iops_sample(td, idx, bytes, &icd->time);
1644
1645         if (td->ts.nr_block_infos && io_u->ddir == DDIR_TRIM) {
1646                 uint32_t *info = io_u_block_info(td, io_u);
1647                 if (BLOCK_INFO_STATE(*info) < BLOCK_STATE_TRIM_FAILURE) {
1648                         if (io_u->ddir == DDIR_TRIM) {
1649                                 *info = BLOCK_INFO(BLOCK_STATE_TRIMMED,
1650                                                 BLOCK_INFO_TRIMS(*info) + 1);
1651                         } else if (io_u->ddir == DDIR_WRITE) {
1652                                 *info = BLOCK_INFO_SET_STATE(BLOCK_STATE_WRITTEN,
1653                                                                 *info);
1654                         }
1655                 }
1656         }
1657 }
1658
1659 static long long usec_for_io(struct thread_data *td, enum fio_ddir ddir)
1660 {
1661         uint64_t secs, remainder, bps, bytes;
1662
1663         assert(!(td->flags & TD_F_CHILD));
1664         bytes = td->this_io_bytes[ddir];
1665         bps = td->rate_bps[ddir];
1666         secs = bytes / bps;
1667         remainder = bytes % bps;
1668         return remainder * 1000000 / bps + secs * 1000000;
1669 }
1670
1671 static void io_completed(struct thread_data *td, struct io_u **io_u_ptr,
1672                          struct io_completion_data *icd)
1673 {
1674         struct io_u *io_u = *io_u_ptr;
1675         enum fio_ddir ddir = io_u->ddir;
1676         struct fio_file *f = io_u->file;
1677
1678         dprint_io_u(io_u, "io complete");
1679
1680         assert(io_u->flags & IO_U_F_FLIGHT);
1681         io_u_clear(io_u, IO_U_F_FLIGHT | IO_U_F_BUSY_OK);
1682
1683         /*
1684          * Mark IO ok to verify
1685          */
1686         if (io_u->ipo) {
1687                 /*
1688                  * Remove errored entry from the verification list
1689                  */
1690                 if (io_u->error)
1691                         unlog_io_piece(td, io_u);
1692                 else {
1693                         io_u->ipo->flags &= ~IP_F_IN_FLIGHT;
1694                         write_barrier();
1695                 }
1696         }
1697
1698         if (ddir_sync(ddir)) {
1699                 td->last_was_sync = 1;
1700                 if (f) {
1701                         f->first_write = -1ULL;
1702                         f->last_write = -1ULL;
1703                 }
1704                 return;
1705         }
1706
1707         td->last_was_sync = 0;
1708         td->last_ddir = ddir;
1709
1710         if (!io_u->error && ddir_rw(ddir)) {
1711                 unsigned int bytes = io_u->buflen - io_u->resid;
1712                 const enum fio_ddir oddir = ddir ^ 1;
1713                 int ret;
1714
1715                 td->io_blocks[ddir]++;
1716                 td->this_io_blocks[ddir]++;
1717                 td->io_bytes[ddir] += bytes;
1718
1719                 if (!(io_u->flags & IO_U_F_VER_LIST))
1720                         td->this_io_bytes[ddir] += bytes;
1721
1722                 if (ddir == DDIR_WRITE) {
1723                         if (f) {
1724                                 if (f->first_write == -1ULL ||
1725                                     io_u->offset < f->first_write)
1726                                         f->first_write = io_u->offset;
1727                                 if (f->last_write == -1ULL ||
1728                                     ((io_u->offset + bytes) > f->last_write))
1729                                         f->last_write = io_u->offset + bytes;
1730                         }
1731                         if (td->last_write_comp) {
1732                                 int idx = td->last_write_idx++;
1733
1734                                 td->last_write_comp[idx] = io_u->offset;
1735                                 if (td->last_write_idx == td->o.iodepth)
1736                                         td->last_write_idx = 0;
1737                         }
1738                 }
1739
1740                 if (ramp_time_over(td) && (td->runstate == TD_RUNNING ||
1741                                            td->runstate == TD_VERIFYING)) {
1742                         struct thread_data *__td = td;
1743
1744                         account_io_completion(td, io_u, icd, ddir, bytes);
1745
1746                         if (td->parent)
1747                                 __td = td->parent;
1748
1749                         if (__should_check_rate(__td, ddir)) {
1750                                 __td->rate_pending_usleep[ddir] =
1751                                         (usec_for_io(__td, ddir) -
1752                                          utime_since_now(&__td->start));
1753                         }
1754                         if (ddir != DDIR_TRIM &&
1755                             __should_check_rate(__td, oddir)) {
1756                                 __td->rate_pending_usleep[oddir] =
1757                                         (usec_for_io(__td, oddir) -
1758                                          utime_since_now(&__td->start));
1759                         }
1760                 }
1761
1762                 icd->bytes_done[ddir] += bytes;
1763
1764                 if (io_u->end_io) {
1765                         ret = io_u->end_io(td, io_u_ptr);
1766                         io_u = *io_u_ptr;
1767                         if (ret && !icd->error)
1768                                 icd->error = ret;
1769                 }
1770         } else if (io_u->error) {
1771                 icd->error = io_u->error;
1772                 io_u_log_error(td, io_u);
1773         }
1774         if (icd->error) {
1775                 enum error_type_bit eb = td_error_type(ddir, icd->error);
1776
1777                 if (!td_non_fatal_error(td, eb, icd->error))
1778                         return;
1779
1780                 /*
1781                  * If there is a non_fatal error, then add to the error count
1782                  * and clear all the errors.
1783                  */
1784                 update_error_count(td, icd->error);
1785                 td_clear_error(td);
1786                 icd->error = 0;
1787                 if (io_u)
1788                         io_u->error = 0;
1789         }
1790 }
1791
1792 static void init_icd(struct thread_data *td, struct io_completion_data *icd,
1793                      int nr)
1794 {
1795         int ddir;
1796
1797         if (!gtod_reduce(td))
1798                 fio_gettime(&icd->time, NULL);
1799
1800         icd->nr = nr;
1801
1802         icd->error = 0;
1803         for (ddir = DDIR_READ; ddir < DDIR_RWDIR_CNT; ddir++)
1804                 icd->bytes_done[ddir] = 0;
1805 }
1806
1807 static void ios_completed(struct thread_data *td,
1808                           struct io_completion_data *icd)
1809 {
1810         struct io_u *io_u;
1811         int i;
1812
1813         for (i = 0; i < icd->nr; i++) {
1814                 io_u = td->io_ops->event(td, i);
1815
1816                 io_completed(td, &io_u, icd);
1817
1818                 if (io_u)
1819                         put_io_u(td, io_u);
1820         }
1821 }
1822
1823 /*
1824  * Complete a single io_u for the sync engines.
1825  */
1826 int io_u_sync_complete(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
1827 {
1828         struct io_completion_data icd;
1829         int ddir;
1830
1831         init_icd(td, &icd, 1);
1832         io_completed(td, &io_u, &icd);
1833
1834         if (io_u)
1835                 put_io_u(td, io_u);
1836
1837         if (icd.error) {
1838                 td_verror(td, icd.error, "io_u_sync_complete");
1839                 return -1;
1840         }
1841
1842         for (ddir = DDIR_READ; ddir < DDIR_RWDIR_CNT; ddir++)
1843                 td->bytes_done[ddir] += icd.bytes_done[ddir];
1844
1845         return 0;
1846 }
1847
1848 /*
1849  * Called to complete min_events number of io for the async engines.
1850  */
1851 int io_u_queued_complete(struct thread_data *td, int min_evts)
1852 {
1853         struct io_completion_data icd;
1854         struct timespec *tvp = NULL;
1855         int ret, ddir;
1856         struct timespec ts = { .tv_sec = 0, .tv_nsec = 0, };
1857
1858         dprint(FD_IO, "io_u_queued_completed: min=%d\n", min_evts);
1859
1860         if (!min_evts)
1861                 tvp = &ts;
1862         else if (min_evts > td->cur_depth)
1863                 min_evts = td->cur_depth;
1864
1865         ret = td_io_getevents(td, min_evts, td->o.iodepth_batch_complete, tvp);
1866         if (ret < 0) {
1867                 td_verror(td, -ret, "td_io_getevents");
1868                 return ret;
1869         } else if (!ret)
1870                 return ret;
1871
1872         init_icd(td, &icd, ret);
1873         ios_completed(td, &icd);
1874         if (icd.error) {
1875                 td_verror(td, icd.error, "io_u_queued_complete");
1876                 return -1;
1877         }
1878
1879         for (ddir = DDIR_READ; ddir < DDIR_RWDIR_CNT; ddir++)
1880                 td->bytes_done[ddir] += icd.bytes_done[ddir];
1881
1882         return 0;
1883 }
1884
1885 /*
1886  * Call when io_u is really queued, to update the submission latency.
1887  */
1888 void io_u_queued(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
1889 {
1890         if (!td->o.disable_slat) {
1891                 unsigned long slat_time;
1892
1893                 slat_time = utime_since(&io_u->start_time, &io_u->issue_time);
1894
1895                 if (td->parent)
1896                         td = td->parent;
1897
1898                 add_slat_sample(td, io_u->ddir, slat_time, io_u->xfer_buflen,
1899                                 io_u->offset);
1900         }
1901 }
1902
1903 /*
1904  * See if we should reuse the last seed, if dedupe is enabled
1905  */
1906 static struct frand_state *get_buf_state(struct thread_data *td)
1907 {
1908         uint64_t frand_max;
1909         unsigned int v;
1910         unsigned long r;
1911
1912         if (!td->o.dedupe_percentage)
1913                 return &td->buf_state;
1914         else if (td->o.dedupe_percentage == 100) {
1915                 frand_copy(&td->buf_state_prev, &td->buf_state);
1916                 return &td->buf_state;
1917         }
1918
1919         frand_max = rand_max(&td->dedupe_state);
1920         r = __rand(&td->dedupe_state);
1921         v = 1 + (int) (100.0 * (r / (frand_max + 1.0)));
1922
1923         if (v <= td->o.dedupe_percentage)
1924                 return &td->buf_state_prev;
1925
1926         return &td->buf_state;
1927 }
1928
1929 static void save_buf_state(struct thread_data *td, struct frand_state *rs)
1930 {
1931         if (td->o.dedupe_percentage == 100)
1932                 frand_copy(rs, &td->buf_state_prev);
1933         else if (rs == &td->buf_state)
1934                 frand_copy(&td->buf_state_prev, rs);
1935 }
1936
1937 void fill_io_buffer(struct thread_data *td, void *buf, unsigned int min_write,
1938                     unsigned int max_bs)
1939 {
1940         struct thread_options *o = &td->o;
1941
1942         if (o->compress_percentage || o->dedupe_percentage) {
1943                 unsigned int perc = td->o.compress_percentage;
1944                 struct frand_state *rs;
1945                 unsigned int left = max_bs;
1946
1947                 do {
1948                         rs = get_buf_state(td);
1949
1950                         min_write = min(min_write, left);
1951
1952                         if (perc) {
1953                                 unsigned int seg = min_write;
1954
1955                                 seg = min(min_write, td->o.compress_chunk);
1956                                 if (!seg)
1957                                         seg = min_write;
1958
1959                                 fill_random_buf_percentage(rs, buf, perc, seg,
1960                                         min_write, o->buffer_pattern,
1961                                                    o->buffer_pattern_bytes);
1962                         } else
1963                                 fill_random_buf(rs, buf, min_write);
1964
1965                         buf += min_write;
1966                         left -= min_write;
1967                         save_buf_state(td, rs);
1968                 } while (left);
1969         } else if (o->buffer_pattern_bytes)
1970                 fill_buffer_pattern(td, buf, max_bs);
1971         else if (o->zero_buffers)
1972                 memset(buf, 0, max_bs);
1973         else
1974                 fill_random_buf(get_buf_state(td), buf, max_bs);
1975 }
1976
1977 /*
1978  * "randomly" fill the buffer contents
1979  */
1980 void io_u_fill_buffer(struct thread_data *td, struct io_u *io_u,
1981                       unsigned int min_write, unsigned int max_bs)
1982 {
1983         io_u->buf_filled_len = 0;
1984         fill_io_buffer(td, io_u->buf, min_write, max_bs);
1985 }