io_u.c

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