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         bool power_2;
 537
 538         assert(ddir_rw(ddir));
 539
 540         if (td->o.bs_is_seq_rand)
 541                 ddir = is_random ? DDIR_WRITE: DDIR_READ;
 542
 543         minbs = td->o.min_bs[ddir];
 544         maxbs = td->o.max_bs[ddir];
 545
 546         if (minbs == maxbs)
 547                 return minbs;
 548
 549         /*
 550          * If we can't satisfy the min block size from here, then fail
 551          */
 552         if (!io_u_fits(td, io_u, minbs))
 553                 return 0;
 554
 555         frand_max = rand_max(&td->bsrange_state);
 556         do {
 557                 r = __rand(&td->bsrange_state);
 558
 559                 if (!td->o.bssplit_nr[ddir]) {
 560                         buflen = 1 + (unsigned int) ((double) maxbs *
 561                                         (r / (frand_max + 1.0)));
 562                         if (buflen < minbs)
 563                                 buflen = minbs;
 564                 } else {
 565                         long long perc = 0;
 566                         unsigned int i;
 567
 568                         for (i = 0; i < td->o.bssplit_nr[ddir]; i++) {
 569                                 struct bssplit *bsp = &td->o.bssplit[ddir][i];
 570
 571                                 buflen = bsp->bs;
 572                                 perc += bsp->perc;
 573                                 if (!perc)
 574                                         break;
 575                                 if ((r / perc <= frand_max / 100ULL) &&
 576                                     io_u_fits(td, io_u, buflen))
 577                                         break;
 578                         }
 579                 }
 580
 581                 power_2 = is_power_of_2(minbs);
 582                 if (!td->o.bs_unaligned && power_2)
 583                         buflen &= ~(minbs - 1);
 584                 else if (!td->o.bs_unaligned && !power_2)
 585                         buflen -= buflen % minbs;
 586         } while (!io_u_fits(td, io_u, buflen));
 587
 588         return buflen;
 589 }
 590
 591 static unsigned int get_next_buflen(struct thread_data *td, struct io_u *io_u,
 592                                     unsigned int is_random)
 593 {
 594         if (td->flags & TD_F_PROFILE_OPS) {
 595                 struct prof_io_ops *ops = &td->prof_io_ops;
 596
 597                 if (ops->fill_io_u_size)
 598                         return ops->fill_io_u_size(td, io_u, is_random);
 599         }
 600
 601         return __get_next_buflen(td, io_u, is_random);
 602 }
 603
 604 static void set_rwmix_bytes(struct thread_data *td)
 605 {
 606         unsigned int diff;
 607
 608         /*
 609          * we do time or byte based switch. this is needed because
 610          * buffered writes may issue a lot quicker than they complete,
 611          * whereas reads do not.
 612          */
 613         diff = td->o.rwmix[td->rwmix_ddir ^ 1];
 614         td->rwmix_issues = (td->io_issues[td->rwmix_ddir] * diff) / 100;
 615 }
 616
 617 static inline enum fio_ddir get_rand_ddir(struct thread_data *td)
 618 {
 619         unsigned int v;
 620
 621         v = rand32_between(&td->rwmix_state, 1, 100);
 622
 623         if (v <= td->o.rwmix[DDIR_READ])
 624                 return DDIR_READ;
 625
 626         return DDIR_WRITE;
 627 }
 628
 629 int io_u_quiesce(struct thread_data *td)
 630 {
 631         int completed = 0;
 632
 633         /*
 634          * We are going to sleep, ensure that we flush anything pending as
 635          * not to skew our latency numbers.
 636          *
 637          * Changed to only monitor 'in flight' requests here instead of the
 638          * td->cur_depth, b/c td->cur_depth does not accurately represent
 639          * io's that have been actually submitted to an async engine,
 640          * and cur_depth is meaningless for sync engines.
 641          */
 642         if (td->io_u_queued || td->cur_depth) {
 643                 int fio_unused ret;
 644
 645                 ret = td_io_commit(td);
 646         }
 647
 648         while (td->io_u_in_flight) {
 649                 int ret;
 650
 651                 ret = io_u_queued_complete(td, 1);
 652                 if (ret > 0)
 653                         completed += ret;
 654         }
 655
 656         if (td->flags & TD_F_REGROW_LOGS)
 657                 regrow_logs(td);
 658
 659         return completed;
 660 }
 661
 662 static enum fio_ddir rate_ddir(struct thread_data *td, enum fio_ddir ddir)
 663 {
 664         enum fio_ddir odir = ddir ^ 1;
 665         long usec;
 666         uint64_t now;
 667
 668         assert(ddir_rw(ddir));
 669         now = utime_since_now(&td->start);
 670
 671         /*
 672          * if rate_next_io_time is in the past, need to catch up to rate
 673          */
 674         if (td->rate_next_io_time[ddir] <= now)
 675                 return ddir;
 676
 677         /*
 678          * We are ahead of rate in this direction. See if we
 679          * should switch.
 680          */
 681         if (td_rw(td) && td->o.rwmix[odir]) {
 682                 /*
 683                  * Other direction is behind rate, switch
 684                  */
 685                 if (td->rate_next_io_time[odir] <= now)
 686                         return odir;
 687
 688                 /*
 689                  * Both directions are ahead of rate. sleep the min
 690                  * switch if necissary
 691                  */
 692                 if (td->rate_next_io_time[ddir] <=
 693                         td->rate_next_io_time[odir]) {
 694                         usec = td->rate_next_io_time[ddir] - now;
 695                 } else {
 696                         usec = td->rate_next_io_time[odir] - now;
 697                         ddir = odir;
 698                 }
 699         } else
 700                 usec = td->rate_next_io_time[ddir] - now;
 701
 702         if (td->o.io_submit_mode == IO_MODE_INLINE)
 703                 io_u_quiesce(td);
 704
 705         usec = usec_sleep(td, usec);
 706
 707         return ddir;
 708 }
 709
 710 /*
 711  * Return the data direction for the next io_u. If the job is a
 712  * mixed read/write workload, check the rwmix cycle and switch if
 713  * necessary.
 714  */
 715 static enum fio_ddir get_rw_ddir(struct thread_data *td)
 716 {
 717         enum fio_ddir ddir;
 718
 719         /*
 720          * See if it's time to fsync/fdatasync/sync_file_range first,
 721          * and if not then move on to check regular I/Os.
 722          */
 723         if (should_fsync(td)) {
 724                 if (td->o.fsync_blocks && td->io_issues[DDIR_WRITE] &&
 725                     !(td->io_issues[DDIR_WRITE] % td->o.fsync_blocks))
 726                         return DDIR_SYNC;
 727
 728                 if (td->o.fdatasync_blocks && td->io_issues[DDIR_WRITE] &&
 729                     !(td->io_issues[DDIR_WRITE] % td->o.fdatasync_blocks))
 730                         return DDIR_DATASYNC;
 731
 732                 if (td->sync_file_range_nr && td->io_issues[DDIR_WRITE] &&
 733                     !(td->io_issues[DDIR_WRITE] % td->sync_file_range_nr))
 734                         return DDIR_SYNC_FILE_RANGE;
 735         }
 736
 737         if (td_rw(td)) {
 738                 /*
 739                  * Check if it's time to seed a new data direction.
 740                  */
 741                 if (td->io_issues[td->rwmix_ddir] >= td->rwmix_issues) {
 742                         /*
 743                          * Put a top limit on how many bytes we do for
 744                          * one data direction, to avoid overflowing the
 745                          * ranges too much
 746                          */
 747                         ddir = get_rand_ddir(td);
 748
 749                         if (ddir != td->rwmix_ddir)
 750                                 set_rwmix_bytes(td);
 751
 752                         td->rwmix_ddir = ddir;
 753                 }
 754                 ddir = td->rwmix_ddir;
 755         } else if (td_read(td))
 756                 ddir = DDIR_READ;
 757         else if (td_write(td))
 758                 ddir = DDIR_WRITE;
 759         else if (td_trim(td))
 760                 ddir = DDIR_TRIM;
 761         else
 762                 ddir = DDIR_INVAL;
 763
 764         td->rwmix_ddir = rate_ddir(td, ddir);
 765         return td->rwmix_ddir;
 766 }
 767
 768 static void set_rw_ddir(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
 769 {
 770         enum fio_ddir ddir = get_rw_ddir(td);
 771
 772         if (td_trimwrite(td)) {
 773                 struct fio_file *f = io_u->file;
 774                 if (f->last_pos[DDIR_WRITE] == f->last_pos[DDIR_TRIM])
 775                         ddir = DDIR_TRIM;
 776                 else
 777                         ddir = DDIR_WRITE;
 778         }
 779
 780         io_u->ddir = io_u->acct_ddir = ddir;
 781
 782         if (io_u->ddir == DDIR_WRITE && td_ioengine_flagged(td, FIO_BARRIER) &&
 783             td->o.barrier_blocks &&
 784            !(td->io_issues[DDIR_WRITE] % td->o.barrier_blocks) &&
 785              td->io_issues[DDIR_WRITE])
 786                 io_u_set(td, io_u, IO_U_F_BARRIER);
 787 }
 788
 789 void put_file_log(struct thread_data *td, struct fio_file *f)
 790 {
 791         unsigned int ret = put_file(td, f);
 792
 793         if (ret)
 794                 td_verror(td, ret, "file close");
 795 }
 796
 797 void put_io_u(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
 798 {
 799         if (td->parent)
 800                 td = td->parent;
 801
 802         td_io_u_lock(td);
 803
 804         if (io_u->file && !(io_u->flags & IO_U_F_NO_FILE_PUT))
 805                 put_file_log(td, io_u->file);
 806
 807         io_u->file = NULL;
 808         io_u_set(td, io_u, IO_U_F_FREE);
 809
 810         if (io_u->flags & IO_U_F_IN_CUR_DEPTH) {
 811                 td->cur_depth--;
 812                 assert(!(td->flags & TD_F_CHILD));
 813         }
 814         io_u_qpush(&td->io_u_freelist, io_u);
 815         td_io_u_unlock(td);
 816         td_io_u_free_notify(td);
 817 }
 818
 819 void clear_io_u(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
 820 {
 821         io_u_clear(td, io_u, IO_U_F_FLIGHT);
 822         put_io_u(td, io_u);
 823 }
 824
 825 void requeue_io_u(struct thread_data *td, struct io_u **io_u)
 826 {
 827         struct io_u *__io_u = *io_u;
 828         enum fio_ddir ddir = acct_ddir(__io_u);
 829
 830         dprint(FD_IO, "requeue %p\n", __io_u);
 831
 832         if (td->parent)
 833                 td = td->parent;
 834
 835         td_io_u_lock(td);
 836
 837         io_u_set(td, __io_u, IO_U_F_FREE);
 838         if ((__io_u->flags & IO_U_F_FLIGHT) && ddir_rw(ddir))
 839                 td->io_issues[ddir]--;
 840
 841         io_u_clear(td, __io_u, IO_U_F_FLIGHT);
 842         if (__io_u->flags & IO_U_F_IN_CUR_DEPTH) {
 843                 td->cur_depth--;
 844                 assert(!(td->flags & TD_F_CHILD));
 845         }
 846
 847         io_u_rpush(&td->io_u_requeues, __io_u);
 848         td_io_u_unlock(td);
 849         td_io_u_free_notify(td);
 850         *io_u = NULL;
 851 }
 852
 853 static int fill_io_u(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
 854 {
 855         unsigned int is_random;
 856
 857         if (td_ioengine_flagged(td, FIO_NOIO))
 858                 goto out;
 859
 860         set_rw_ddir(td, io_u);
 861
 862         /*
 863          * fsync() or fdatasync() or trim etc, we are done
 864          */
 865         if (!ddir_rw(io_u->ddir))
 866                 goto out;
 867
 868         /*
 869          * See if it's time to switch to a new zone
 870          */
 871         if (td->zone_bytes >= td->o.zone_size && td->o.zone_skip) {
 872                 struct fio_file *f = io_u->file;
 873
 874                 td->zone_bytes = 0;
 875                 f->file_offset += td->o.zone_range + td->o.zone_skip;
 876
 877                 /*
 878                  * Wrap from the beginning, if we exceed the file size
 879                  */
 880                 if (f->file_offset >= f->real_file_size)
 881                         f->file_offset = f->real_file_size - f->file_offset;
 882                 f->last_pos[io_u->ddir] = f->file_offset;
 883                 td->io_skip_bytes += td->o.zone_skip;
 884         }
 885
 886         /*
 887          * No log, let the seq/rand engine retrieve the next buflen and
 888          * position.
 889          */
 890         if (get_next_offset(td, io_u, &is_random)) {
 891                 dprint(FD_IO, "io_u %p, failed getting offset\n", io_u);
 892                 return 1;
 893         }
 894
 895         io_u->buflen = get_next_buflen(td, io_u, is_random);
 896         if (!io_u->buflen) {
 897                 dprint(FD_IO, "io_u %p, failed getting buflen\n", io_u);
 898                 return 1;
 899         }
 900
 901         if (io_u->offset + io_u->buflen > io_u->file->real_file_size) {
 902                 dprint(FD_IO, "io_u %p, offset + buflen exceeds file size\n",
 903                         io_u);
 904                 dprint(FD_IO, "  offset=%llu/buflen=%lu > %llu\n",
 905                         (unsigned long long) io_u->offset, io_u->buflen,
 906                         (unsigned long long) io_u->file->real_file_size);
 907                 return 1;
 908         }
 909
 910         /*
 911          * mark entry before potentially trimming io_u
 912          */
 913         if (td_random(td) && file_randommap(td, io_u->file))
 914                 mark_random_map(td, io_u);
 915
 916 out:
 917         dprint_io_u(io_u, "fill_io_u");
 918         td->zone_bytes += io_u->buflen;
 919         return 0;
 920 }
 921
 922 static void __io_u_mark_map(unsigned int *map, unsigned int nr)
 923 {
 924         int idx = 0;
 925
 926         switch (nr) {
 927         default:
 928                 idx = 6;
 929                 break;
 930         case 33 ... 64:
 931                 idx = 5;
 932                 break;
 933         case 17 ... 32:
 934                 idx = 4;
 935                 break;
 936         case 9 ... 16:
 937                 idx = 3;
 938                 break;
 939         case 5 ... 8:
 940                 idx = 2;
 941                 break;
 942         case 1 ... 4:
 943                 idx = 1;
 944         case 0:
 945                 break;
 946         }
 947
 948         map[idx]++;
 949 }
 950
 951 void io_u_mark_submit(struct thread_data *td, unsigned int nr)
 952 {
 953         __io_u_mark_map(td->ts.io_u_submit, nr);
 954         td->ts.total_submit++;
 955 }
 956
 957 void io_u_mark_complete(struct thread_data *td, unsigned int nr)
 958 {
 959         __io_u_mark_map(td->ts.io_u_complete, nr);
 960         td->ts.total_complete++;
 961 }
 962
 963 void io_u_mark_depth(struct thread_data *td, unsigned int nr)
 964 {
 965         int idx = 0;
 966
 967         switch (td->cur_depth) {
 968         default:
 969                 idx = 6;
 970                 break;
 971         case 32 ... 63:
 972                 idx = 5;
 973                 break;
 974         case 16 ... 31:
 975                 idx = 4;
 976                 break;
 977         case 8 ... 15:
 978                 idx = 3;
 979                 break;
 980         case 4 ... 7:
 981                 idx = 2;
 982                 break;
 983         case 2 ... 3:
 984                 idx = 1;
 985         case 1:
 986                 break;
 987         }
 988
 989         td->ts.io_u_map[idx] += nr;
 990 }
 991
 992 static void io_u_mark_lat_usec(struct thread_data *td, unsigned long usec)
 993 {
 994         int idx = 0;
 995
 996         assert(usec < 1000);
 997
 998         switch (usec) {
 999         case 750 ... 999:
1000                 idx = 9;
1001                 break;
1002         case 500 ... 749:
1003                 idx = 8;
1004                 break;
1005         case 250 ... 499:
1006                 idx = 7;
1007                 break;
1008         case 100 ... 249:
1009                 idx = 6;
1010                 break;
1011         case 50 ... 99:
1012                 idx = 5;
1013                 break;
1014         case 20 ... 49:
1015                 idx = 4;
1016                 break;
1017         case 10 ... 19:
1018                 idx = 3;
1019                 break;
1020         case 4 ... 9:
1021                 idx = 2;
1022                 break;
1023         case 2 ... 3:
1024                 idx = 1;
1025         case 0 ... 1:
1026                 break;
1027         }
1028
1029         assert(idx < FIO_IO_U_LAT_U_NR);
1030         td->ts.io_u_lat_u[idx]++;
1031 }
1032
1033 static void io_u_mark_lat_msec(struct thread_data *td, unsigned long msec)
1034 {
1035         int idx = 0;
1036
1037         switch (msec) {
1038         default:
1039                 idx = 11;
1040                 break;
1041         case 1000 ... 1999:
1042                 idx = 10;
1043                 break;
1044         case 750 ... 999:
1045                 idx = 9;
1046                 break;
1047         case 500 ... 749:
1048                 idx = 8;
1049                 break;
1050         case 250 ... 499:
1051                 idx = 7;
1052                 break;
1053         case 100 ... 249:
1054                 idx = 6;
1055                 break;
1056         case 50 ... 99:
1057                 idx = 5;
1058                 break;
1059         case 20 ... 49:
1060                 idx = 4;
1061                 break;
1062         case 10 ... 19:
1063                 idx = 3;
1064                 break;
1065         case 4 ... 9:
1066                 idx = 2;
1067                 break;
1068         case 2 ... 3:
1069                 idx = 1;
1070         case 0 ... 1:
1071                 break;
1072         }
1073
1074         assert(idx < FIO_IO_U_LAT_M_NR);
1075         td->ts.io_u_lat_m[idx]++;
1076 }
1077
1078 static void io_u_mark_latency(struct thread_data *td, unsigned long usec)
1079 {
1080         if (usec < 1000)
1081                 io_u_mark_lat_usec(td, usec);
1082         else
1083                 io_u_mark_lat_msec(td, usec / 1000);
1084 }
1085
1086 static unsigned int __get_next_fileno_rand(struct thread_data *td)
1087 {
1088         unsigned long fileno;
1089
1090         if (td->o.file_service_type == FIO_FSERVICE_RANDOM) {
1091                 uint64_t frand_max = rand_max(&td->next_file_state);
1092                 unsigned long r;
1093
1094                 r = __rand(&td->next_file_state);
1095                 return (unsigned int) ((double) td->o.nr_files
1096                                 * (r / (frand_max + 1.0)));
1097         }
1098
1099         if (td->o.file_service_type == FIO_FSERVICE_ZIPF)
1100                 fileno = zipf_next(&td->next_file_zipf);
1101         else if (td->o.file_service_type == FIO_FSERVICE_PARETO)
1102                 fileno = pareto_next(&td->next_file_zipf);
1103         else if (td->o.file_service_type == FIO_FSERVICE_GAUSS)
1104                 fileno = gauss_next(&td->next_file_gauss);
1105         else {
1106                 log_err("fio: bad file service type: %d\n", td->o.file_service_type);
1107                 assert(0);
1108                 return 0;
1109         }
1110
1111         return fileno >> FIO_FSERVICE_SHIFT;
1112 }
1113
1114 /*
1115  * Get next file to service by choosing one at random
1116  */
1117 static struct fio_file *get_next_file_rand(struct thread_data *td,
1118                                            enum fio_file_flags goodf,
1119                                            enum fio_file_flags badf)
1120 {
1121         struct fio_file *f;
1122         int fno;
1123
1124         do {
1125                 int opened = 0;
1126
1127                 fno = __get_next_fileno_rand(td);
1128
1129                 f = td->files[fno];
1130                 if (fio_file_done(f))
1131                         continue;
1132
1133                 if (!fio_file_open(f)) {
1134                         int err;
1135
1136                         if (td->nr_open_files >= td->o.open_files)
1137                                 return ERR_PTR(-EBUSY);
1138
1139                         err = td_io_open_file(td, f);
1140                         if (err)
1141                                 continue;
1142                         opened = 1;
1143                 }
1144
1145                 if ((!goodf || (f->flags & goodf)) && !(f->flags & badf)) {
1146                         dprint(FD_FILE, "get_next_file_rand: %p\n", f);
1147                         return f;
1148                 }
1149                 if (opened)
1150                         td_io_close_file(td, f);
1151         } while (1);
1152 }
1153
1154 /*
1155  * Get next file to service by doing round robin between all available ones
1156  */
1157 static struct fio_file *get_next_file_rr(struct thread_data *td, int goodf,
1158                                          int badf)
1159 {
1160         unsigned int old_next_file = td->next_file;
1161         struct fio_file *f;
1162
1163         do {
1164                 int opened = 0;
1165
1166                 f = td->files[td->next_file];
1167
1168                 td->next_file++;
1169                 if (td->next_file >= td->o.nr_files)
1170                         td->next_file = 0;
1171
1172                 dprint(FD_FILE, "trying file %s %x\n", f->file_name, f->flags);
1173                 if (fio_file_done(f)) {
1174                         f = NULL;
1175                         continue;
1176                 }
1177
1178                 if (!fio_file_open(f)) {
1179                         int err;
1180
1181                         if (td->nr_open_files >= td->o.open_files)
1182                                 return ERR_PTR(-EBUSY);
1183
1184                         err = td_io_open_file(td, f);
1185                         if (err) {
1186                                 dprint(FD_FILE, "error %d on open of %s\n",
1187                                         err, f->file_name);
1188                                 f = NULL;
1189                                 continue;
1190                         }
1191                         opened = 1;
1192                 }
1193
1194                 dprint(FD_FILE, "goodf=%x, badf=%x, ff=%x\n", goodf, badf,
1195                                                                 f->flags);
1196                 if ((!goodf || (f->flags & goodf)) && !(f->flags & badf))
1197                         break;
1198
1199                 if (opened)
1200                         td_io_close_file(td, f);
1201
1202                 f = NULL;
1203         } while (td->next_file != old_next_file);
1204
1205         dprint(FD_FILE, "get_next_file_rr: %p\n", f);
1206         return f;
1207 }
1208
1209 static struct fio_file *__get_next_file(struct thread_data *td)
1210 {
1211         struct fio_file *f;
1212
1213         assert(td->o.nr_files <= td->files_index);
1214
1215         if (td->nr_done_files >= td->o.nr_files) {
1216                 dprint(FD_FILE, "get_next_file: nr_open=%d, nr_done=%d,"
1217                                 " nr_files=%d\n", td->nr_open_files,
1218                                                   td->nr_done_files,
1219                                                   td->o.nr_files);
1220                 return NULL;
1221         }
1222
1223         f = td->file_service_file;
1224         if (f && fio_file_open(f) && !fio_file_closing(f)) {
1225                 if (td->o.file_service_type == FIO_FSERVICE_SEQ)
1226                         goto out;
1227                 if (td->file_service_left--)
1228                         goto out;
1229         }
1230
1231         if (td->o.file_service_type == FIO_FSERVICE_RR ||
1232             td->o.file_service_type == FIO_FSERVICE_SEQ)
1233                 f = get_next_file_rr(td, FIO_FILE_open, FIO_FILE_closing);
1234         else
1235                 f = get_next_file_rand(td, FIO_FILE_open, FIO_FILE_closing);
1236
1237         if (IS_ERR(f))
1238                 return f;
1239
1240         td->file_service_file = f;
1241         td->file_service_left = td->file_service_nr - 1;
1242 out:
1243         if (f)
1244                 dprint(FD_FILE, "get_next_file: %p [%s]\n", f, f->file_name);
1245         else
1246                 dprint(FD_FILE, "get_next_file: NULL\n");
1247         return f;
1248 }
1249
1250 static struct fio_file *get_next_file(struct thread_data *td)
1251 {
1252         if (td->flags & TD_F_PROFILE_OPS) {
1253                 struct prof_io_ops *ops = &td->prof_io_ops;
1254
1255                 if (ops->get_next_file)
1256                         return ops->get_next_file(td);
1257         }
1258
1259         return __get_next_file(td);
1260 }
1261
1262 static long set_io_u_file(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
1263 {
1264         struct fio_file *f;
1265
1266         do {
1267                 f = get_next_file(td);
1268                 if (IS_ERR_OR_NULL(f))
1269                         return PTR_ERR(f);
1270
1271                 io_u->file = f;
1272                 get_file(f);
1273
1274                 if (!fill_io_u(td, io_u))
1275                         break;
1276
1277                 put_file_log(td, f);
1278                 td_io_close_file(td, f);
1279                 io_u->file = NULL;
1280                 if (td->o.file_service_type & __FIO_FSERVICE_NONUNIFORM)
1281                         fio_file_reset(td, f);
1282                 else {
1283                         fio_file_set_done(f);
1284                         td->nr_done_files++;
1285                         dprint(FD_FILE, "%s: is done (%d of %d)\n", f->file_name,
1286                                         td->nr_done_files, td->o.nr_files);
1287                 }
1288         } while (1);
1289
1290         return 0;
1291 }
1292
1293 static void lat_fatal(struct thread_data *td, struct io_completion_data *icd,
1294                       unsigned long tusec, unsigned long max_usec)
1295 {
1296         if (!td->error)
1297                 log_err("fio: latency of %lu usec exceeds specified max (%lu usec)\n", tusec, max_usec);
1298         td_verror(td, ETIMEDOUT, "max latency exceeded");
1299         icd->error = ETIMEDOUT;
1300 }
1301
1302 static void lat_new_cycle(struct thread_data *td)
1303 {
1304         fio_gettime(&td->latency_ts, NULL);
1305         td->latency_ios = ddir_rw_sum(td->io_blocks);
1306         td->latency_failed = 0;
1307 }
1308
1309 /*
1310  * We had an IO outside the latency target. Reduce the queue depth. If we
1311  * are at QD=1, then it's time to give up.
1312  */
1313 static bool __lat_target_failed(struct thread_data *td)
1314 {
1315         if (td->latency_qd == 1)
1316                 return true;
1317
1318         td->latency_qd_high = td->latency_qd;
1319
1320         if (td->latency_qd == td->latency_qd_low)
1321                 td->latency_qd_low--;
1322
1323         td->latency_qd = (td->latency_qd + td->latency_qd_low) / 2;
1324
1325         dprint(FD_RATE, "Ramped down: %d %d %d\n", td->latency_qd_low, td->latency_qd, td->latency_qd_high);
1326
1327         /*
1328          * When we ramp QD down, quiesce existing IO to prevent
1329          * a storm of ramp downs due to pending higher depth.
1330          */
1331         io_u_quiesce(td);
1332         lat_new_cycle(td);
1333         return false;
1334 }
1335
1336 static bool lat_target_failed(struct thread_data *td)
1337 {
1338         if (td->o.latency_percentile.u.f == 100.0)
1339                 return __lat_target_failed(td);
1340
1341         td->latency_failed++;
1342         return false;
1343 }
1344
1345 void lat_target_init(struct thread_data *td)
1346 {
1347         td->latency_end_run = 0;
1348
1349         if (td->o.latency_target) {
1350                 dprint(FD_RATE, "Latency target=%llu\n", td->o.latency_target);
1351                 fio_gettime(&td->latency_ts, NULL);
1352                 td->latency_qd = 1;
1353                 td->latency_qd_high = td->o.iodepth;
1354                 td->latency_qd_low = 1;
1355                 td->latency_ios = ddir_rw_sum(td->io_blocks);
1356         } else
1357                 td->latency_qd = td->o.iodepth;
1358 }
1359
1360 void lat_target_reset(struct thread_data *td)
1361 {
1362         if (!td->latency_end_run)
1363                 lat_target_init(td);
1364 }
1365
1366 static void lat_target_success(struct thread_data *td)
1367 {
1368         const unsigned int qd = td->latency_qd;
1369         struct thread_options *o = &td->o;
1370
1371         td->latency_qd_low = td->latency_qd;
1372
1373         /*
1374          * If we haven't failed yet, we double up to a failing value instead
1375          * of bisecting from highest possible queue depth. If we have set
1376          * a limit other than td->o.iodepth, bisect between that.
1377          */
1378         if (td->latency_qd_high != o->iodepth)
1379                 td->latency_qd = (td->latency_qd + td->latency_qd_high) / 2;
1380         else
1381                 td->latency_qd *= 2;
1382
1383         if (td->latency_qd > o->iodepth)
1384                 td->latency_qd = o->iodepth;
1385
1386         dprint(FD_RATE, "Ramped up: %d %d %d\n", td->latency_qd_low, td->latency_qd, td->latency_qd_high);
1387
1388         /*
1389          * Same as last one, we are done. Let it run a latency cycle, so
1390          * we get only the results from the targeted depth.
1391          */
1392         if (td->latency_qd == qd) {
1393                 if (td->latency_end_run) {
1394                         dprint(FD_RATE, "We are done\n");
1395                         td->done = 1;
1396                 } else {
1397                         dprint(FD_RATE, "Quiesce and final run\n");
1398                         io_u_quiesce(td);
1399                         td->latency_end_run = 1;
1400                         reset_all_stats(td);
1401                         reset_io_stats(td);
1402                 }
1403         }
1404
1405         lat_new_cycle(td);
1406 }
1407
1408 /*
1409  * Check if we can bump the queue depth
1410  */
1411 void lat_target_check(struct thread_data *td)
1412 {
1413         uint64_t usec_window;
1414         uint64_t ios;
1415         double success_ios;
1416
1417         usec_window = utime_since_now(&td->latency_ts);
1418         if (usec_window < td->o.latency_window)
1419                 return;
1420
1421         ios = ddir_rw_sum(td->io_blocks) - td->latency_ios;
1422         success_ios = (double) (ios - td->latency_failed) / (double) ios;
1423         success_ios *= 100.0;
1424
1425         dprint(FD_RATE, "Success rate: %.2f%% (target %.2f%%)\n", success_ios, td->o.latency_percentile.u.f);
1426
1427         if (success_ios >= td->o.latency_percentile.u.f)
1428                 lat_target_success(td);
1429         else
1430                 __lat_target_failed(td);
1431 }
1432
1433 /*
1434  * If latency target is enabled, we might be ramping up or down and not
1435  * using the full queue depth available.
1436  */
1437 bool queue_full(const struct thread_data *td)
1438 {
1439         const int qempty = io_u_qempty(&td->io_u_freelist);
1440
1441         if (qempty)
1442                 return true;
1443         if (!td->o.latency_target)
1444                 return false;
1445
1446         return td->cur_depth >= td->latency_qd;
1447 }
1448
1449 struct io_u *__get_io_u(struct thread_data *td)
1450 {
1451         struct io_u *io_u = NULL;
1452
1453         if (td->stop_io)
1454                 return NULL;
1455
1456         td_io_u_lock(td);
1457
1458 again:
1459         if (!io_u_rempty(&td->io_u_requeues))
1460                 io_u = io_u_rpop(&td->io_u_requeues);
1461         else if (!queue_full(td)) {
1462                 io_u = io_u_qpop(&td->io_u_freelist);
1463
1464                 io_u->file = NULL;
1465                 io_u->buflen = 0;
1466                 io_u->resid = 0;
1467                 io_u->end_io = NULL;
1468         }
1469
1470         if (io_u) {
1471                 assert(io_u->flags & IO_U_F_FREE);
1472                 io_u_clear(td, io_u, IO_U_F_FREE | IO_U_F_NO_FILE_PUT |
1473                                  IO_U_F_TRIMMED | IO_U_F_BARRIER |
1474                                  IO_U_F_VER_LIST);
1475
1476                 io_u->error = 0;
1477                 io_u->acct_ddir = -1;
1478                 td->cur_depth++;
1479                 assert(!(td->flags & TD_F_CHILD));
1480                 io_u_set(td, io_u, IO_U_F_IN_CUR_DEPTH);
1481                 io_u->ipo = NULL;
1482         } else if (td_async_processing(td)) {
1483                 /*
1484                  * We ran out, wait for async verify threads to finish and
1485                  * return one
1486                  */
1487                 assert(!(td->flags & TD_F_CHILD));
1488                 assert(!pthread_cond_wait(&td->free_cond, &td->io_u_lock));
1489                 goto again;
1490         }
1491
1492         td_io_u_unlock(td);
1493         return io_u;
1494 }
1495
1496 static bool check_get_trim(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
1497 {
1498         if (!(td->flags & TD_F_TRIM_BACKLOG))
1499                 return false;
1500
1501         if (td->trim_entries) {
1502                 int get_trim = 0;
1503
1504                 if (td->trim_batch) {
1505                         td->trim_batch--;
1506                         get_trim = 1;
1507                 } else if (!(td->io_hist_len % td->o.trim_backlog) &&
1508                          td->last_ddir != DDIR_READ) {
1509                         td->trim_batch = td->o.trim_batch;
1510                         if (!td->trim_batch)
1511                                 td->trim_batch = td->o.trim_backlog;
1512                         get_trim = 1;
1513                 }
1514
1515                 if (get_trim && get_next_trim(td, io_u))
1516                         return true;
1517         }
1518
1519         return false;
1520 }
1521
1522 static bool check_get_verify(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
1523 {
1524         if (!(td->flags & TD_F_VER_BACKLOG))
1525                 return false;
1526
1527         if (td->io_hist_len) {
1528                 int get_verify = 0;
1529
1530                 if (td->verify_batch)
1531                         get_verify = 1;
1532                 else if (!(td->io_hist_len % td->o.verify_backlog) &&
1533                          td->last_ddir != DDIR_READ) {
1534                         td->verify_batch = td->o.verify_batch;
1535                         if (!td->verify_batch)
1536                                 td->verify_batch = td->o.verify_backlog;
1537                         get_verify = 1;
1538                 }
1539
1540                 if (get_verify && !get_next_verify(td, io_u)) {
1541                         td->verify_batch--;
1542                         return true;
1543                 }
1544         }
1545
1546         return false;
1547 }
1548
1549 /*
1550  * Fill offset and start time into the buffer content, to prevent too
1551  * easy compressible data for simple de-dupe attempts. Do this for every
1552  * 512b block in the range, since that should be the smallest block size
1553  * we can expect from a device.
1554  */
1555 static void small_content_scramble(struct io_u *io_u)
1556 {
1557         unsigned int i, nr_blocks = io_u->buflen / 512;
1558         uint64_t boffset;
1559         unsigned int offset;
1560         void *p, *end;
1561
1562         if (!nr_blocks)
1563                 return;
1564
1565         p = io_u->xfer_buf;
1566         boffset = io_u->offset;
1567         io_u->buf_filled_len = 0;
1568
1569         for (i = 0; i < nr_blocks; i++) {
1570                 /*
1571                  * Fill the byte offset into a "random" start offset of
1572                  * the buffer, given by the product of the usec time
1573                  * and the actual offset.
1574                  */
1575                 offset = (io_u->start_time.tv_usec ^ boffset) & 511;
1576                 offset &= ~(sizeof(uint64_t) - 1);
1577                 if (offset >= 512 - sizeof(uint64_t))
1578                         offset -= sizeof(uint64_t);
1579                 memcpy(p + offset, &boffset, sizeof(boffset));
1580
1581                 end = p + 512 - sizeof(io_u->start_time);
1582                 memcpy(end, &io_u->start_time, sizeof(io_u->start_time));
1583                 p += 512;
1584                 boffset += 512;
1585         }
1586 }
1587
1588 /*
1589  * Return an io_u to be processed. Gets a buflen and offset, sets direction,
1590  * etc. The returned io_u is fully ready to be prepped and submitted.
1591  */
1592 struct io_u *get_io_u(struct thread_data *td)
1593 {
1594         struct fio_file *f;
1595         struct io_u *io_u;
1596         int do_scramble = 0;
1597         long ret = 0;
1598
1599         io_u = __get_io_u(td);
1600         if (!io_u) {
1601                 dprint(FD_IO, "__get_io_u failed\n");
1602                 return NULL;
1603         }
1604
1605         if (check_get_verify(td, io_u))
1606                 goto out;
1607         if (check_get_trim(td, io_u))
1608                 goto out;
1609
1610         /*
1611          * from a requeue, io_u already setup
1612          */
1613         if (io_u->file)
1614                 goto out;
1615
1616         /*
1617          * If using an iolog, grab next piece if any available.
1618          */
1619         if (td->flags & TD_F_READ_IOLOG) {
1620                 if (read_iolog_get(td, io_u))
1621                         goto err_put;
1622         } else if (set_io_u_file(td, io_u)) {
1623                 ret = -EBUSY;
1624                 dprint(FD_IO, "io_u %p, setting file failed\n", io_u);
1625                 goto err_put;
1626         }
1627
1628         f = io_u->file;
1629         if (!f) {
1630                 dprint(FD_IO, "io_u %p, setting file failed\n", io_u);
1631                 goto err_put;
1632         }
1633
1634         assert(fio_file_open(f));
1635
1636         if (ddir_rw(io_u->ddir)) {
1637                 if (!io_u->buflen && !td_ioengine_flagged(td, FIO_NOIO)) {
1638                         dprint(FD_IO, "get_io_u: zero buflen on %p\n", io_u);
1639                         goto err_put;
1640                 }
1641
1642                 f->last_start[io_u->ddir] = io_u->offset;
1643                 f->last_pos[io_u->ddir] = io_u->offset + io_u->buflen;
1644
1645                 if (io_u->ddir == DDIR_WRITE) {
1646                         if (td->flags & TD_F_REFILL_BUFFERS) {
1647                                 io_u_fill_buffer(td, io_u,
1648                                         td->o.min_bs[DDIR_WRITE],
1649                                         io_u->buflen);
1650                         } else if ((td->flags & TD_F_SCRAMBLE_BUFFERS) &&
1651                                    !(td->flags & TD_F_COMPRESS))
1652                                 do_scramble = 1;
1653                         if (td->flags & TD_F_VER_NONE) {
1654                                 populate_verify_io_u(td, io_u);
1655                                 do_scramble = 0;
1656                         }
1657                 } else if (io_u->ddir == DDIR_READ) {
1658                         /*
1659                          * Reset the buf_filled parameters so next time if the
1660                          * buffer is used for writes it is refilled.
1661                          */
1662                         io_u->buf_filled_len = 0;
1663                 }
1664         }
1665
1666         /*
1667          * Set io data pointers.
1668          */
1669         io_u->xfer_buf = io_u->buf;
1670         io_u->xfer_buflen = io_u->buflen;
1671
1672 out:
1673         assert(io_u->file);
1674         if (!td_io_prep(td, io_u)) {
1675                 if (!td->o.disable_lat)
1676                         fio_gettime(&io_u->start_time, NULL);
1677
1678                 if (do_scramble)
1679                         small_content_scramble(io_u);
1680
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 (!td->o.stats)
1738                 return;
1739
1740         if (no_reduce)
1741                 lusec = utime_since(&io_u->issue_time, &icd->time);
1742
1743         if (!td->o.disable_lat) {
1744                 unsigned long tusec;
1745
1746                 tusec = utime_since(&io_u->start_time, &icd->time);
1747                 add_lat_sample(td, idx, tusec, bytes, io_u->offset);
1748
1749                 if (td->flags & TD_F_PROFILE_OPS) {
1750                         struct prof_io_ops *ops = &td->prof_io_ops;
1751
1752                         if (ops->io_u_lat)
1753                                 icd->error = ops->io_u_lat(td, tusec);
1754                 }
1755
1756                 if (td->o.max_latency && tusec > td->o.max_latency)
1757                         lat_fatal(td, icd, tusec, td->o.max_latency);
1758                 if (td->o.latency_target && tusec > td->o.latency_target) {
1759                         if (lat_target_failed(td))
1760                                 lat_fatal(td, icd, tusec, td->o.latency_target);
1761                 }
1762         }
1763
1764         if (ddir_rw(idx)) {
1765                 if (!td->o.disable_clat) {
1766                         add_clat_sample(td, idx, lusec, bytes, io_u->offset);
1767                         io_u_mark_latency(td, lusec);
1768                 }
1769
1770                 if (!td->o.disable_bw && per_unit_log(td->bw_log))
1771                         add_bw_sample(td, io_u, bytes, lusec);
1772
1773                 if (no_reduce && per_unit_log(td->iops_log))
1774                         add_iops_sample(td, io_u, bytes);
1775         }
1776
1777         if (td->ts.nr_block_infos && io_u->ddir == DDIR_TRIM) {
1778                 uint32_t *info = io_u_block_info(td, io_u);
1779                 if (BLOCK_INFO_STATE(*info) < BLOCK_STATE_TRIM_FAILURE) {
1780                         if (io_u->ddir == DDIR_TRIM) {
1781                                 *info = BLOCK_INFO(BLOCK_STATE_TRIMMED,
1782                                                 BLOCK_INFO_TRIMS(*info) + 1);
1783                         } else if (io_u->ddir == DDIR_WRITE) {
1784                                 *info = BLOCK_INFO_SET_STATE(BLOCK_STATE_WRITTEN,
1785                                                                 *info);
1786                         }
1787                 }
1788         }
1789 }
1790
1791 static void file_log_write_comp(const struct thread_data *td, struct fio_file *f,
1792                                 uint64_t offset, unsigned int bytes)
1793 {
1794         int idx;
1795
1796         if (!f)
1797                 return;
1798
1799         if (f->first_write == -1ULL || offset < f->first_write)
1800                 f->first_write = offset;
1801         if (f->last_write == -1ULL || ((offset + bytes) > f->last_write))
1802                 f->last_write = offset + bytes;
1803
1804         if (!f->last_write_comp)
1805                 return;
1806
1807         idx = f->last_write_idx++;
1808         f->last_write_comp[idx] = offset;
1809         if (f->last_write_idx == td->o.iodepth)
1810                 f->last_write_idx = 0;
1811 }
1812
1813 static void io_completed(struct thread_data *td, struct io_u **io_u_ptr,
1814                          struct io_completion_data *icd)
1815 {
1816         struct io_u *io_u = *io_u_ptr;
1817         enum fio_ddir ddir = io_u->ddir;
1818         struct fio_file *f = io_u->file;
1819
1820         dprint_io_u(io_u, "io complete");
1821
1822         assert(io_u->flags & IO_U_F_FLIGHT);
1823         io_u_clear(td, io_u, IO_U_F_FLIGHT | IO_U_F_BUSY_OK);
1824
1825         /*
1826          * Mark IO ok to verify
1827          */
1828         if (io_u->ipo) {
1829                 /*
1830                  * Remove errored entry from the verification list
1831                  */
1832                 if (io_u->error)
1833                         unlog_io_piece(td, io_u);
1834                 else {
1835                         io_u->ipo->flags &= ~IP_F_IN_FLIGHT;
1836                         write_barrier();
1837                 }
1838         }
1839
1840         if (ddir_sync(ddir)) {
1841                 td->last_was_sync = 1;
1842                 if (f) {
1843                         f->first_write = -1ULL;
1844                         f->last_write = -1ULL;
1845                 }
1846                 return;
1847         }
1848
1849         td->last_was_sync = 0;
1850         td->last_ddir = ddir;
1851
1852         if (!io_u->error && ddir_rw(ddir)) {
1853                 unsigned int bytes = io_u->buflen - io_u->resid;
1854                 int ret;
1855
1856                 td->io_blocks[ddir]++;
1857                 td->this_io_blocks[ddir]++;
1858                 td->io_bytes[ddir] += bytes;
1859
1860                 if (!(io_u->flags & IO_U_F_VER_LIST))
1861                         td->this_io_bytes[ddir] += bytes;
1862
1863                 if (ddir == DDIR_WRITE)
1864                         file_log_write_comp(td, f, io_u->offset, bytes);
1865
1866                 if (ramp_time_over(td) && (td->runstate == TD_RUNNING ||
1867                                            td->runstate == TD_VERIFYING))
1868                         account_io_completion(td, io_u, icd, ddir, bytes);
1869
1870                 icd->bytes_done[ddir] += bytes;
1871
1872                 if (io_u->end_io) {
1873                         ret = io_u->end_io(td, io_u_ptr);
1874                         io_u = *io_u_ptr;
1875                         if (ret && !icd->error)
1876                                 icd->error = ret;
1877                 }
1878         } else if (io_u->error) {
1879                 icd->error = io_u->error;
1880                 io_u_log_error(td, io_u);
1881         }
1882         if (icd->error) {
1883                 enum error_type_bit eb = td_error_type(ddir, icd->error);
1884
1885                 if (!td_non_fatal_error(td, eb, icd->error))
1886                         return;
1887
1888                 /*
1889                  * If there is a non_fatal error, then add to the error count
1890                  * and clear all the errors.
1891                  */
1892                 update_error_count(td, icd->error);
1893                 td_clear_error(td);
1894                 icd->error = 0;
1895                 if (io_u)
1896                         io_u->error = 0;
1897         }
1898 }
1899
1900 static void init_icd(struct thread_data *td, struct io_completion_data *icd,
1901                      int nr)
1902 {
1903         int ddir;
1904
1905         if (!gtod_reduce(td))
1906                 fio_gettime(&icd->time, NULL);
1907
1908         icd->nr = nr;
1909
1910         icd->error = 0;
1911         for (ddir = 0; ddir < DDIR_RWDIR_CNT; ddir++)
1912                 icd->bytes_done[ddir] = 0;
1913 }
1914
1915 static void ios_completed(struct thread_data *td,
1916                           struct io_completion_data *icd)
1917 {
1918         struct io_u *io_u;
1919         int i;
1920
1921         for (i = 0; i < icd->nr; i++) {
1922                 io_u = td->io_ops->event(td, i);
1923
1924                 io_completed(td, &io_u, icd);
1925
1926                 if (io_u)
1927                         put_io_u(td, io_u);
1928         }
1929 }
1930
1931 /*
1932  * Complete a single io_u for the sync engines.
1933  */
1934 int io_u_sync_complete(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
1935 {
1936         struct io_completion_data icd;
1937         int ddir;
1938
1939         init_icd(td, &icd, 1);
1940         io_completed(td, &io_u, &icd);
1941
1942         if (io_u)
1943                 put_io_u(td, io_u);
1944
1945         if (icd.error) {
1946                 td_verror(td, icd.error, "io_u_sync_complete");
1947                 return -1;
1948         }
1949
1950         for (ddir = 0; ddir < DDIR_RWDIR_CNT; ddir++)
1951                 td->bytes_done[ddir] += icd.bytes_done[ddir];
1952
1953         return 0;
1954 }
1955
1956 /*
1957  * Called to complete min_events number of io for the async engines.
1958  */
1959 int io_u_queued_complete(struct thread_data *td, int min_evts)
1960 {
1961         struct io_completion_data icd;
1962         struct timespec *tvp = NULL;
1963         int ret, ddir;
1964         struct timespec ts = { .tv_sec = 0, .tv_nsec = 0, };
1965
1966         dprint(FD_IO, "io_u_queued_complete: min=%d\n", min_evts);
1967
1968         if (!min_evts)
1969                 tvp = &ts;
1970         else if (min_evts > td->cur_depth)
1971                 min_evts = td->cur_depth;
1972
1973         /* No worries, td_io_getevents fixes min and max if they are
1974          * set incorrectly */
1975         ret = td_io_getevents(td, min_evts, td->o.iodepth_batch_complete_max, tvp);
1976         if (ret < 0) {
1977                 td_verror(td, -ret, "td_io_getevents");
1978                 return ret;
1979         } else if (!ret)
1980                 return ret;
1981
1982         init_icd(td, &icd, ret);
1983         ios_completed(td, &icd);
1984         if (icd.error) {
1985                 td_verror(td, icd.error, "io_u_queued_complete");
1986                 return -1;
1987         }
1988
1989         for (ddir = 0; ddir < DDIR_RWDIR_CNT; ddir++)
1990                 td->bytes_done[ddir] += icd.bytes_done[ddir];
1991
1992         return ret;
1993 }
1994
1995 /*
1996  * Call when io_u is really queued, to update the submission latency.
1997  */
1998 void io_u_queued(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
1999 {
2000         if (!td->o.disable_slat && ramp_time_over(td) && td->o.stats) {
2001                 unsigned long slat_time;
2002
2003                 slat_time = utime_since(&io_u->start_time, &io_u->issue_time);
2004
2005                 if (td->parent)
2006                         td = td->parent;
2007
2008                 add_slat_sample(td, io_u->ddir, slat_time, io_u->xfer_buflen,
2009                                 io_u->offset);
2010         }
2011 }
2012
2013 /*
2014  * See if we should reuse the last seed, if dedupe is enabled
2015  */
2016 static struct frand_state *get_buf_state(struct thread_data *td)
2017 {
2018         unsigned int v;
2019
2020         if (!td->o.dedupe_percentage)
2021                 return &td->buf_state;
2022         else if (td->o.dedupe_percentage == 100) {
2023                 frand_copy(&td->buf_state_prev, &td->buf_state);
2024                 return &td->buf_state;
2025         }
2026
2027         v = rand32_between(&td->dedupe_state, 1, 100);
2028
2029         if (v <= td->o.dedupe_percentage)
2030                 return &td->buf_state_prev;
2031
2032         return &td->buf_state;
2033 }
2034
2035 static void save_buf_state(struct thread_data *td, struct frand_state *rs)
2036 {
2037         if (td->o.dedupe_percentage == 100)
2038                 frand_copy(rs, &td->buf_state_prev);
2039         else if (rs == &td->buf_state)
2040                 frand_copy(&td->buf_state_prev, rs);
2041 }
2042
2043 void fill_io_buffer(struct thread_data *td, void *buf, unsigned int min_write,
2044                     unsigned int max_bs)
2045 {
2046         struct thread_options *o = &td->o;
2047
2048         if (o->mem_type == MEM_CUDA_MALLOC)
2049                 return;
2050
2051         if (o->compress_percentage || o->dedupe_percentage) {
2052                 unsigned int perc = td->o.compress_percentage;
2053                 struct frand_state *rs;
2054                 unsigned int left = max_bs;
2055                 unsigned int this_write;
2056
2057                 do {
2058                         rs = get_buf_state(td);
2059
2060                         min_write = min(min_write, left);
2061
2062                         if (perc) {
2063                                 this_write = min_not_zero(min_write,
2064                                                         td->o.compress_chunk);
2065
2066                                 fill_random_buf_percentage(rs, buf, perc,
2067                                         this_write, this_write,
2068                                         o->buffer_pattern,
2069                                         o->buffer_pattern_bytes);
2070                         } else {
2071                                 fill_random_buf(rs, buf, min_write);
2072                                 this_write = min_write;
2073                         }
2074
2075                         buf += this_write;
2076                         left -= this_write;
2077                         save_buf_state(td, rs);
2078                 } while (left);
2079         } else if (o->buffer_pattern_bytes)
2080                 fill_buffer_pattern(td, buf, max_bs);
2081         else if (o->zero_buffers)
2082                 memset(buf, 0, max_bs);
2083         else
2084                 fill_random_buf(get_buf_state(td), buf, max_bs);
2085 }
2086
2087 /*
2088  * "randomly" fill the buffer contents
2089  */
2090 void io_u_fill_buffer(struct thread_data *td, struct io_u *io_u,
2091                       unsigned int min_write, unsigned int max_bs)
2092 {
2093         io_u->buf_filled_len = 0;
2094         fill_io_buffer(td, io_u->buf, min_write, max_bs);
2095 }
2096
2097 static int do_sync_file_range(const struct thread_data *td,
2098                               struct fio_file *f)
2099 {
2100         off64_t offset, nbytes;
2101
2102         offset = f->first_write;
2103         nbytes = f->last_write - f->first_write;
2104
2105         if (!nbytes)
2106                 return 0;
2107
2108         return sync_file_range(f->fd, offset, nbytes, td->o.sync_file_range);
2109 }
2110
2111 int do_io_u_sync(const struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
2112 {
2113         int ret;
2114
2115         if (io_u->ddir == DDIR_SYNC) {
2116                 ret = fsync(io_u->file->fd);
2117         } else if (io_u->ddir == DDIR_DATASYNC) {
2118 #ifdef CONFIG_FDATASYNC
2119                 ret = fdatasync(io_u->file->fd);
2120 #else
2121                 ret = io_u->xfer_buflen;
2122                 io_u->error = EINVAL;
2123 #endif
2124         } else if (io_u->ddir == DDIR_SYNC_FILE_RANGE)
2125                 ret = do_sync_file_range(td, io_u->file);
2126         else {
2127                 ret = io_u->xfer_buflen;
2128                 io_u->error = EINVAL;
2129         }
2130
2131         if (ret < 0)
2132                 io_u->error = errno;
2133
2134         return ret;
2135 }
2136
2137 int do_io_u_trim(const struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
2138 {
2139 #ifndef FIO_HAVE_TRIM
2140         io_u->error = EINVAL;
2141         return 0;
2142 #else
2143         struct fio_file *f = io_u->file;
2144         int ret;
2145
2146         ret = os_trim(f->fd, io_u->offset, io_u->xfer_buflen);
2147         if (!ret)
2148                 return io_u->xfer_buflen;
2149
2150         io_u->error = ret;
2151         return 0;
2152 #endif
2153 }