io_u: don't use void* for pointer arithmetic (gcc)
[fio.git] / 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 timespec 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_nsec(struct thread_data *td, unsigned long long nsec)
993 {
994         int idx = 0;
995
996         assert(nsec < 1000);
997
998         switch (nsec) {
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_N_NR);
1030         td->ts.io_u_lat_n[idx]++;
1031 }
1032
1033 static void io_u_mark_lat_usec(struct thread_data *td, unsigned long long usec)
1034 {
1035         int idx = 0;
1036
1037         assert(usec < 1000 && usec >= 1);
1038
1039         switch (usec) {
1040         case 750 ... 999:
1041                 idx = 9;
1042                 break;
1043         case 500 ... 749:
1044                 idx = 8;
1045                 break;
1046         case 250 ... 499:
1047                 idx = 7;
1048                 break;
1049         case 100 ... 249:
1050                 idx = 6;
1051                 break;
1052         case 50 ... 99:
1053                 idx = 5;
1054                 break;
1055         case 20 ... 49:
1056                 idx = 4;
1057                 break;
1058         case 10 ... 19:
1059                 idx = 3;
1060                 break;
1061         case 4 ... 9:
1062                 idx = 2;
1063                 break;
1064         case 2 ... 3:
1065                 idx = 1;
1066         case 0 ... 1:
1067                 break;
1068         }
1069
1070         assert(idx < FIO_IO_U_LAT_U_NR);
1071         td->ts.io_u_lat_u[idx]++;
1072 }
1073
1074 static void io_u_mark_lat_msec(struct thread_data *td, unsigned long long msec)
1075 {
1076         int idx = 0;
1077
1078         assert(msec >= 1);
1079
1080         switch (msec) {
1081         default:
1082                 idx = 11;
1083                 break;
1084         case 1000 ... 1999:
1085                 idx = 10;
1086                 break;
1087         case 750 ... 999:
1088                 idx = 9;
1089                 break;
1090         case 500 ... 749:
1091                 idx = 8;
1092                 break;
1093         case 250 ... 499:
1094                 idx = 7;
1095                 break;
1096         case 100 ... 249:
1097                 idx = 6;
1098                 break;
1099         case 50 ... 99:
1100                 idx = 5;
1101                 break;
1102         case 20 ... 49:
1103                 idx = 4;
1104                 break;
1105         case 10 ... 19:
1106                 idx = 3;
1107                 break;
1108         case 4 ... 9:
1109                 idx = 2;
1110                 break;
1111         case 2 ... 3:
1112                 idx = 1;
1113         case 0 ... 1:
1114                 break;
1115         }
1116
1117         assert(idx < FIO_IO_U_LAT_M_NR);
1118         td->ts.io_u_lat_m[idx]++;
1119 }
1120
1121 static void io_u_mark_latency(struct thread_data *td, unsigned long long nsec)
1122 {
1123         if (nsec < 1000)
1124                 io_u_mark_lat_nsec(td, nsec);
1125         else if (nsec < 1000000)
1126                 io_u_mark_lat_usec(td, nsec / 1000);
1127         else
1128                 io_u_mark_lat_msec(td, nsec / 1000000);
1129 }
1130
1131 static unsigned int __get_next_fileno_rand(struct thread_data *td)
1132 {
1133         unsigned long fileno;
1134
1135         if (td->o.file_service_type == FIO_FSERVICE_RANDOM) {
1136                 uint64_t frand_max = rand_max(&td->next_file_state);
1137                 unsigned long r;
1138
1139                 r = __rand(&td->next_file_state);
1140                 return (unsigned int) ((double) td->o.nr_files
1141                                 * (r / (frand_max + 1.0)));
1142         }
1143
1144         if (td->o.file_service_type == FIO_FSERVICE_ZIPF)
1145                 fileno = zipf_next(&td->next_file_zipf);
1146         else if (td->o.file_service_type == FIO_FSERVICE_PARETO)
1147                 fileno = pareto_next(&td->next_file_zipf);
1148         else if (td->o.file_service_type == FIO_FSERVICE_GAUSS)
1149                 fileno = gauss_next(&td->next_file_gauss);
1150         else {
1151                 log_err("fio: bad file service type: %d\n", td->o.file_service_type);
1152                 assert(0);
1153                 return 0;
1154         }
1155
1156         return fileno >> FIO_FSERVICE_SHIFT;
1157 }
1158
1159 /*
1160  * Get next file to service by choosing one at random
1161  */
1162 static struct fio_file *get_next_file_rand(struct thread_data *td,
1163                                            enum fio_file_flags goodf,
1164                                            enum fio_file_flags badf)
1165 {
1166         struct fio_file *f;
1167         int fno;
1168
1169         do {
1170                 int opened = 0;
1171
1172                 fno = __get_next_fileno_rand(td);
1173
1174                 f = td->files[fno];
1175                 if (fio_file_done(f))
1176                         continue;
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                                 continue;
1187                         opened = 1;
1188                 }
1189
1190                 if ((!goodf || (f->flags & goodf)) && !(f->flags & badf)) {
1191                         dprint(FD_FILE, "get_next_file_rand: %p\n", f);
1192                         return f;
1193                 }
1194                 if (opened)
1195                         td_io_close_file(td, f);
1196         } while (1);
1197 }
1198
1199 /*
1200  * Get next file to service by doing round robin between all available ones
1201  */
1202 static struct fio_file *get_next_file_rr(struct thread_data *td, int goodf,
1203                                          int badf)
1204 {
1205         unsigned int old_next_file = td->next_file;
1206         struct fio_file *f;
1207
1208         do {
1209                 int opened = 0;
1210
1211                 f = td->files[td->next_file];
1212
1213                 td->next_file++;
1214                 if (td->next_file >= td->o.nr_files)
1215                         td->next_file = 0;
1216
1217                 dprint(FD_FILE, "trying file %s %x\n", f->file_name, f->flags);
1218                 if (fio_file_done(f)) {
1219                         f = NULL;
1220                         continue;
1221                 }
1222
1223                 if (!fio_file_open(f)) {
1224                         int err;
1225
1226                         if (td->nr_open_files >= td->o.open_files)
1227                                 return ERR_PTR(-EBUSY);
1228
1229                         err = td_io_open_file(td, f);
1230                         if (err) {
1231                                 dprint(FD_FILE, "error %d on open of %s\n",
1232                                         err, f->file_name);
1233                                 f = NULL;
1234                                 continue;
1235                         }
1236                         opened = 1;
1237                 }
1238
1239                 dprint(FD_FILE, "goodf=%x, badf=%x, ff=%x\n", goodf, badf,
1240                                                                 f->flags);
1241                 if ((!goodf || (f->flags & goodf)) && !(f->flags & badf))
1242                         break;
1243
1244                 if (opened)
1245                         td_io_close_file(td, f);
1246
1247                 f = NULL;
1248         } while (td->next_file != old_next_file);
1249
1250         dprint(FD_FILE, "get_next_file_rr: %p\n", f);
1251         return f;
1252 }
1253
1254 static struct fio_file *__get_next_file(struct thread_data *td)
1255 {
1256         struct fio_file *f;
1257
1258         assert(td->o.nr_files <= td->files_index);
1259
1260         if (td->nr_done_files >= td->o.nr_files) {
1261                 dprint(FD_FILE, "get_next_file: nr_open=%d, nr_done=%d,"
1262                                 " nr_files=%d\n", td->nr_open_files,
1263                                                   td->nr_done_files,
1264                                                   td->o.nr_files);
1265                 return NULL;
1266         }
1267
1268         f = td->file_service_file;
1269         if (f && fio_file_open(f) && !fio_file_closing(f)) {
1270                 if (td->o.file_service_type == FIO_FSERVICE_SEQ)
1271                         goto out;
1272                 if (td->file_service_left--)
1273                         goto out;
1274         }
1275
1276         if (td->o.file_service_type == FIO_FSERVICE_RR ||
1277             td->o.file_service_type == FIO_FSERVICE_SEQ)
1278                 f = get_next_file_rr(td, FIO_FILE_open, FIO_FILE_closing);
1279         else
1280                 f = get_next_file_rand(td, FIO_FILE_open, FIO_FILE_closing);
1281
1282         if (IS_ERR(f))
1283                 return f;
1284
1285         td->file_service_file = f;
1286         td->file_service_left = td->file_service_nr - 1;
1287 out:
1288         if (f)
1289                 dprint(FD_FILE, "get_next_file: %p [%s]\n", f, f->file_name);
1290         else
1291                 dprint(FD_FILE, "get_next_file: NULL\n");
1292         return f;
1293 }
1294
1295 static struct fio_file *get_next_file(struct thread_data *td)
1296 {
1297         if (td->flags & TD_F_PROFILE_OPS) {
1298                 struct prof_io_ops *ops = &td->prof_io_ops;
1299
1300                 if (ops->get_next_file)
1301                         return ops->get_next_file(td);
1302         }
1303
1304         return __get_next_file(td);
1305 }
1306
1307 static long set_io_u_file(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
1308 {
1309         struct fio_file *f;
1310
1311         do {
1312                 f = get_next_file(td);
1313                 if (IS_ERR_OR_NULL(f))
1314                         return PTR_ERR(f);
1315
1316                 io_u->file = f;
1317                 get_file(f);
1318
1319                 if (!fill_io_u(td, io_u))
1320                         break;
1321
1322                 put_file_log(td, f);
1323                 td_io_close_file(td, f);
1324                 io_u->file = NULL;
1325                 if (td->o.file_service_type & __FIO_FSERVICE_NONUNIFORM)
1326                         fio_file_reset(td, f);
1327                 else {
1328                         fio_file_set_done(f);
1329                         td->nr_done_files++;
1330                         dprint(FD_FILE, "%s: is done (%d of %d)\n", f->file_name,
1331                                         td->nr_done_files, td->o.nr_files);
1332                 }
1333         } while (1);
1334
1335         return 0;
1336 }
1337
1338 static void lat_fatal(struct thread_data *td, struct io_completion_data *icd,
1339                       unsigned long tusec, unsigned long max_usec)
1340 {
1341         if (!td->error)
1342                 log_err("fio: latency of %lu usec exceeds specified max (%lu usec)\n", tusec, max_usec);
1343         td_verror(td, ETIMEDOUT, "max latency exceeded");
1344         icd->error = ETIMEDOUT;
1345 }
1346
1347 static void lat_new_cycle(struct thread_data *td)
1348 {
1349         fio_gettime(&td->latency_ts, NULL);
1350         td->latency_ios = ddir_rw_sum(td->io_blocks);
1351         td->latency_failed = 0;
1352 }
1353
1354 /*
1355  * We had an IO outside the latency target. Reduce the queue depth. If we
1356  * are at QD=1, then it's time to give up.
1357  */
1358 static bool __lat_target_failed(struct thread_data *td)
1359 {
1360         if (td->latency_qd == 1)
1361                 return true;
1362
1363         td->latency_qd_high = td->latency_qd;
1364
1365         if (td->latency_qd == td->latency_qd_low)
1366                 td->latency_qd_low--;
1367
1368         td->latency_qd = (td->latency_qd + td->latency_qd_low) / 2;
1369
1370         dprint(FD_RATE, "Ramped down: %d %d %d\n", td->latency_qd_low, td->latency_qd, td->latency_qd_high);
1371
1372         /*
1373          * When we ramp QD down, quiesce existing IO to prevent
1374          * a storm of ramp downs due to pending higher depth.
1375          */
1376         io_u_quiesce(td);
1377         lat_new_cycle(td);
1378         return false;
1379 }
1380
1381 static bool lat_target_failed(struct thread_data *td)
1382 {
1383         if (td->o.latency_percentile.u.f == 100.0)
1384                 return __lat_target_failed(td);
1385
1386         td->latency_failed++;
1387         return false;
1388 }
1389
1390 void lat_target_init(struct thread_data *td)
1391 {
1392         td->latency_end_run = 0;
1393
1394         if (td->o.latency_target) {
1395                 dprint(FD_RATE, "Latency target=%llu\n", td->o.latency_target);
1396                 fio_gettime(&td->latency_ts, NULL);
1397                 td->latency_qd = 1;
1398                 td->latency_qd_high = td->o.iodepth;
1399                 td->latency_qd_low = 1;
1400                 td->latency_ios = ddir_rw_sum(td->io_blocks);
1401         } else
1402                 td->latency_qd = td->o.iodepth;
1403 }
1404
1405 void lat_target_reset(struct thread_data *td)
1406 {
1407         if (!td->latency_end_run)
1408                 lat_target_init(td);
1409 }
1410
1411 static void lat_target_success(struct thread_data *td)
1412 {
1413         const unsigned int qd = td->latency_qd;
1414         struct thread_options *o = &td->o;
1415
1416         td->latency_qd_low = td->latency_qd;
1417
1418         /*
1419          * If we haven't failed yet, we double up to a failing value instead
1420          * of bisecting from highest possible queue depth. If we have set
1421          * a limit other than td->o.iodepth, bisect between that.
1422          */
1423         if (td->latency_qd_high != o->iodepth)
1424                 td->latency_qd = (td->latency_qd + td->latency_qd_high) / 2;
1425         else
1426                 td->latency_qd *= 2;
1427
1428         if (td->latency_qd > o->iodepth)
1429                 td->latency_qd = o->iodepth;
1430
1431         dprint(FD_RATE, "Ramped up: %d %d %d\n", td->latency_qd_low, td->latency_qd, td->latency_qd_high);
1432
1433         /*
1434          * Same as last one, we are done. Let it run a latency cycle, so
1435          * we get only the results from the targeted depth.
1436          */
1437         if (td->latency_qd == qd) {
1438                 if (td->latency_end_run) {
1439                         dprint(FD_RATE, "We are done\n");
1440                         td->done = 1;
1441                 } else {
1442                         dprint(FD_RATE, "Quiesce and final run\n");
1443                         io_u_quiesce(td);
1444                         td->latency_end_run = 1;
1445                         reset_all_stats(td);
1446                         reset_io_stats(td);
1447                 }
1448         }
1449
1450         lat_new_cycle(td);
1451 }
1452
1453 /*
1454  * Check if we can bump the queue depth
1455  */
1456 void lat_target_check(struct thread_data *td)
1457 {
1458         uint64_t usec_window;
1459         uint64_t ios;
1460         double success_ios;
1461
1462         usec_window = utime_since_now(&td->latency_ts);
1463         if (usec_window < td->o.latency_window)
1464                 return;
1465
1466         ios = ddir_rw_sum(td->io_blocks) - td->latency_ios;
1467         success_ios = (double) (ios - td->latency_failed) / (double) ios;
1468         success_ios *= 100.0;
1469
1470         dprint(FD_RATE, "Success rate: %.2f%% (target %.2f%%)\n", success_ios, td->o.latency_percentile.u.f);
1471
1472         if (success_ios >= td->o.latency_percentile.u.f)
1473                 lat_target_success(td);
1474         else
1475                 __lat_target_failed(td);
1476 }
1477
1478 /*
1479  * If latency target is enabled, we might be ramping up or down and not
1480  * using the full queue depth available.
1481  */
1482 bool queue_full(const struct thread_data *td)
1483 {
1484         const int qempty = io_u_qempty(&td->io_u_freelist);
1485
1486         if (qempty)
1487                 return true;
1488         if (!td->o.latency_target)
1489                 return false;
1490
1491         return td->cur_depth >= td->latency_qd;
1492 }
1493
1494 struct io_u *__get_io_u(struct thread_data *td)
1495 {
1496         struct io_u *io_u = NULL;
1497
1498         if (td->stop_io)
1499                 return NULL;
1500
1501         td_io_u_lock(td);
1502
1503 again:
1504         if (!io_u_rempty(&td->io_u_requeues))
1505                 io_u = io_u_rpop(&td->io_u_requeues);
1506         else if (!queue_full(td)) {
1507                 io_u = io_u_qpop(&td->io_u_freelist);
1508
1509                 io_u->file = NULL;
1510                 io_u->buflen = 0;
1511                 io_u->resid = 0;
1512                 io_u->end_io = NULL;
1513         }
1514
1515         if (io_u) {
1516                 assert(io_u->flags & IO_U_F_FREE);
1517                 io_u_clear(td, io_u, IO_U_F_FREE | IO_U_F_NO_FILE_PUT |
1518                                  IO_U_F_TRIMMED | IO_U_F_BARRIER |
1519                                  IO_U_F_VER_LIST);
1520
1521                 io_u->error = 0;
1522                 io_u->acct_ddir = -1;
1523                 td->cur_depth++;
1524                 assert(!(td->flags & TD_F_CHILD));
1525                 io_u_set(td, io_u, IO_U_F_IN_CUR_DEPTH);
1526                 io_u->ipo = NULL;
1527         } else if (td_async_processing(td)) {
1528                 /*
1529                  * We ran out, wait for async verify threads to finish and
1530                  * return one
1531                  */
1532                 assert(!(td->flags & TD_F_CHILD));
1533                 assert(!pthread_cond_wait(&td->free_cond, &td->io_u_lock));
1534                 goto again;
1535         }
1536
1537         td_io_u_unlock(td);
1538         return io_u;
1539 }
1540
1541 static bool check_get_trim(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
1542 {
1543         if (!(td->flags & TD_F_TRIM_BACKLOG))
1544                 return false;
1545
1546         if (td->trim_entries) {
1547                 int get_trim = 0;
1548
1549                 if (td->trim_batch) {
1550                         td->trim_batch--;
1551                         get_trim = 1;
1552                 } else if (!(td->io_hist_len % td->o.trim_backlog) &&
1553                          td->last_ddir != DDIR_READ) {
1554                         td->trim_batch = td->o.trim_batch;
1555                         if (!td->trim_batch)
1556                                 td->trim_batch = td->o.trim_backlog;
1557                         get_trim = 1;
1558                 }
1559
1560                 if (get_trim && get_next_trim(td, io_u))
1561                         return true;
1562         }
1563
1564         return false;
1565 }
1566
1567 static bool check_get_verify(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
1568 {
1569         if (!(td->flags & TD_F_VER_BACKLOG))
1570                 return false;
1571
1572         if (td->io_hist_len) {
1573                 int get_verify = 0;
1574
1575                 if (td->verify_batch)
1576                         get_verify = 1;
1577                 else if (!(td->io_hist_len % td->o.verify_backlog) &&
1578                          td->last_ddir != DDIR_READ) {
1579                         td->verify_batch = td->o.verify_batch;
1580                         if (!td->verify_batch)
1581                                 td->verify_batch = td->o.verify_backlog;
1582                         get_verify = 1;
1583                 }
1584
1585                 if (get_verify && !get_next_verify(td, io_u)) {
1586                         td->verify_batch--;
1587                         return true;
1588                 }
1589         }
1590
1591         return false;
1592 }
1593
1594 /*
1595  * Fill offset and start time into the buffer content, to prevent too
1596  * easy compressible data for simple de-dupe attempts. Do this for every
1597  * 512b block in the range, since that should be the smallest block size
1598  * we can expect from a device.
1599  */
1600 static void small_content_scramble(struct io_u *io_u)
1601 {
1602         unsigned int i, nr_blocks = io_u->buflen / 512;
1603         uint64_t boffset;
1604         unsigned int offset;
1605         char *p, *end;
1606
1607         if (!nr_blocks)
1608                 return;
1609
1610         p = io_u->xfer_buf;
1611         boffset = io_u->offset;
1612         io_u->buf_filled_len = 0;
1613
1614         for (i = 0; i < nr_blocks; i++) {
1615                 /*
1616                  * Fill the byte offset into a "random" start offset of
1617                  * the buffer, given by the product of the usec time
1618                  * and the actual offset.
1619                  */
1620                 offset = ((io_u->start_time.tv_nsec/1000) ^ boffset) & 511;
1621                 offset &= ~(sizeof(uint64_t) - 1);
1622                 if (offset >= 512 - sizeof(uint64_t))
1623                         offset -= sizeof(uint64_t);
1624                 memcpy(p + offset, &boffset, sizeof(boffset));
1625
1626                 end = p + 512 - sizeof(io_u->start_time);
1627                 memcpy(end, &io_u->start_time, sizeof(io_u->start_time));
1628                 p += 512;
1629                 boffset += 512;
1630         }
1631 }
1632
1633 /*
1634  * Return an io_u to be processed. Gets a buflen and offset, sets direction,
1635  * etc. The returned io_u is fully ready to be prepped and submitted.
1636  */
1637 struct io_u *get_io_u(struct thread_data *td)
1638 {
1639         struct fio_file *f;
1640         struct io_u *io_u;
1641         int do_scramble = 0;
1642         long ret = 0;
1643
1644         io_u = __get_io_u(td);
1645         if (!io_u) {
1646                 dprint(FD_IO, "__get_io_u failed\n");
1647                 return NULL;
1648         }
1649
1650         if (check_get_verify(td, io_u))
1651                 goto out;
1652         if (check_get_trim(td, io_u))
1653                 goto out;
1654
1655         /*
1656          * from a requeue, io_u already setup
1657          */
1658         if (io_u->file)
1659                 goto out;
1660
1661         /*
1662          * If using an iolog, grab next piece if any available.
1663          */
1664         if (td->flags & TD_F_READ_IOLOG) {
1665                 if (read_iolog_get(td, io_u))
1666                         goto err_put;
1667         } else if (set_io_u_file(td, io_u)) {
1668                 ret = -EBUSY;
1669                 dprint(FD_IO, "io_u %p, setting file failed\n", io_u);
1670                 goto err_put;
1671         }
1672
1673         f = io_u->file;
1674         if (!f) {
1675                 dprint(FD_IO, "io_u %p, setting file failed\n", io_u);
1676                 goto err_put;
1677         }
1678
1679         assert(fio_file_open(f));
1680
1681         if (ddir_rw(io_u->ddir)) {
1682                 if (!io_u->buflen && !td_ioengine_flagged(td, FIO_NOIO)) {
1683                         dprint(FD_IO, "get_io_u: zero buflen on %p\n", io_u);
1684                         goto err_put;
1685                 }
1686
1687                 f->last_start[io_u->ddir] = io_u->offset;
1688                 f->last_pos[io_u->ddir] = io_u->offset + io_u->buflen;
1689
1690                 if (io_u->ddir == DDIR_WRITE) {
1691                         if (td->flags & TD_F_REFILL_BUFFERS) {
1692                                 io_u_fill_buffer(td, io_u,
1693                                         td->o.min_bs[DDIR_WRITE],
1694                                         io_u->buflen);
1695                         } else if ((td->flags & TD_F_SCRAMBLE_BUFFERS) &&
1696                                    !(td->flags & TD_F_COMPRESS))
1697                                 do_scramble = 1;
1698                         if (td->flags & TD_F_VER_NONE) {
1699                                 populate_verify_io_u(td, io_u);
1700                                 do_scramble = 0;
1701                         }
1702                 } else if (io_u->ddir == DDIR_READ) {
1703                         /*
1704                          * Reset the buf_filled parameters so next time if the
1705                          * buffer is used for writes it is refilled.
1706                          */
1707                         io_u->buf_filled_len = 0;
1708                 }
1709         }
1710
1711         /*
1712          * Set io data pointers.
1713          */
1714         io_u->xfer_buf = io_u->buf;
1715         io_u->xfer_buflen = io_u->buflen;
1716
1717 out:
1718         assert(io_u->file);
1719         if (!td_io_prep(td, io_u)) {
1720                 if (!td->o.disable_lat)
1721                         fio_gettime(&io_u->start_time, NULL);
1722
1723                 if (do_scramble)
1724                         small_content_scramble(io_u);
1725
1726                 return io_u;
1727         }
1728 err_put:
1729         dprint(FD_IO, "get_io_u failed\n");
1730         put_io_u(td, io_u);
1731         return ERR_PTR(ret);
1732 }
1733
1734 static void __io_u_log_error(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
1735 {
1736         enum error_type_bit eb = td_error_type(io_u->ddir, io_u->error);
1737
1738         if (td_non_fatal_error(td, eb, io_u->error) && !td->o.error_dump)
1739                 return;
1740
1741         log_err("fio: io_u error%s%s: %s: %s offset=%llu, buflen=%lu\n",
1742                 io_u->file ? " on file " : "",
1743                 io_u->file ? io_u->file->file_name : "",
1744                 strerror(io_u->error),
1745                 io_ddir_name(io_u->ddir),
1746                 io_u->offset, io_u->xfer_buflen);
1747
1748         if (td->io_ops->errdetails) {
1749                 char *err = td->io_ops->errdetails(io_u);
1750
1751                 log_err("fio: %s\n", err);
1752                 free(err);
1753         }
1754
1755         if (!td->error)
1756                 td_verror(td, io_u->error, "io_u error");
1757 }
1758
1759 void io_u_log_error(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
1760 {
1761         __io_u_log_error(td, io_u);
1762         if (td->parent)
1763                 __io_u_log_error(td->parent, io_u);
1764 }
1765
1766 static inline bool gtod_reduce(struct thread_data *td)
1767 {
1768         return (td->o.disable_clat && td->o.disable_slat && td->o.disable_bw)
1769                         || td->o.gtod_reduce;
1770 }
1771
1772 static void account_io_completion(struct thread_data *td, struct io_u *io_u,
1773                                   struct io_completion_data *icd,
1774                                   const enum fio_ddir idx, unsigned int bytes)
1775 {
1776         const int no_reduce = !gtod_reduce(td);
1777         unsigned long long llnsec = 0;
1778
1779         if (td->parent)
1780                 td = td->parent;
1781
1782         if (!td->o.stats)
1783                 return;
1784
1785         if (no_reduce)
1786                 llnsec = ntime_since(&io_u->issue_time, &icd->time);
1787
1788         if (!td->o.disable_lat) {
1789                 unsigned long long tnsec;
1790
1791                 tnsec = ntime_since(&io_u->start_time, &icd->time);
1792                 add_lat_sample(td, idx, tnsec, bytes, io_u->offset);
1793
1794                 if (td->flags & TD_F_PROFILE_OPS) {
1795                         struct prof_io_ops *ops = &td->prof_io_ops;
1796
1797                         if (ops->io_u_lat)
1798                                 icd->error = ops->io_u_lat(td, tnsec/1000);
1799                 }
1800
1801                 if (td->o.max_latency && tnsec/1000 > td->o.max_latency)
1802                         lat_fatal(td, icd, tnsec/1000, td->o.max_latency);
1803                 if (td->o.latency_target && tnsec/1000 > td->o.latency_target) {
1804                         if (lat_target_failed(td))
1805                                 lat_fatal(td, icd, tnsec/1000, td->o.latency_target);
1806                 }
1807         }
1808
1809         if (ddir_rw(idx)) {
1810                 if (!td->o.disable_clat) {
1811                         add_clat_sample(td, idx, llnsec, bytes, io_u->offset);
1812                         io_u_mark_latency(td, llnsec);
1813                 }
1814
1815                 if (!td->o.disable_bw && per_unit_log(td->bw_log))
1816                         add_bw_sample(td, io_u, bytes, llnsec);
1817
1818                 if (no_reduce && per_unit_log(td->iops_log))
1819                         add_iops_sample(td, io_u, bytes);
1820         }
1821
1822         if (td->ts.nr_block_infos && io_u->ddir == DDIR_TRIM) {
1823                 uint32_t *info = io_u_block_info(td, io_u);
1824                 if (BLOCK_INFO_STATE(*info) < BLOCK_STATE_TRIM_FAILURE) {
1825                         if (io_u->ddir == DDIR_TRIM) {
1826                                 *info = BLOCK_INFO(BLOCK_STATE_TRIMMED,
1827                                                 BLOCK_INFO_TRIMS(*info) + 1);
1828                         } else if (io_u->ddir == DDIR_WRITE) {
1829                                 *info = BLOCK_INFO_SET_STATE(BLOCK_STATE_WRITTEN,
1830                                                                 *info);
1831                         }
1832                 }
1833         }
1834 }
1835
1836 static void file_log_write_comp(const struct thread_data *td, struct fio_file *f,
1837                                 uint64_t offset, unsigned int bytes)
1838 {
1839         int idx;
1840
1841         if (!f)
1842                 return;
1843
1844         if (f->first_write == -1ULL || offset < f->first_write)
1845                 f->first_write = offset;
1846         if (f->last_write == -1ULL || ((offset + bytes) > f->last_write))
1847                 f->last_write = offset + bytes;
1848
1849         if (!f->last_write_comp)
1850                 return;
1851
1852         idx = f->last_write_idx++;
1853         f->last_write_comp[idx] = offset;
1854         if (f->last_write_idx == td->o.iodepth)
1855                 f->last_write_idx = 0;
1856 }
1857
1858 static void io_completed(struct thread_data *td, struct io_u **io_u_ptr,
1859                          struct io_completion_data *icd)
1860 {
1861         struct io_u *io_u = *io_u_ptr;
1862         enum fio_ddir ddir = io_u->ddir;
1863         struct fio_file *f = io_u->file;
1864
1865         dprint_io_u(io_u, "io complete");
1866
1867         assert(io_u->flags & IO_U_F_FLIGHT);
1868         io_u_clear(td, io_u, IO_U_F_FLIGHT | IO_U_F_BUSY_OK);
1869
1870         /*
1871          * Mark IO ok to verify
1872          */
1873         if (io_u->ipo) {
1874                 /*
1875                  * Remove errored entry from the verification list
1876                  */
1877                 if (io_u->error)
1878                         unlog_io_piece(td, io_u);
1879                 else {
1880                         io_u->ipo->flags &= ~IP_F_IN_FLIGHT;
1881                         write_barrier();
1882                 }
1883         }
1884
1885         if (ddir_sync(ddir)) {
1886                 td->last_was_sync = 1;
1887                 if (f) {
1888                         f->first_write = -1ULL;
1889                         f->last_write = -1ULL;
1890                 }
1891                 return;
1892         }
1893
1894         td->last_was_sync = 0;
1895         td->last_ddir = ddir;
1896
1897         if (!io_u->error && ddir_rw(ddir)) {
1898                 unsigned int bytes = io_u->buflen - io_u->resid;
1899                 int ret;
1900
1901                 td->io_blocks[ddir]++;
1902                 td->this_io_blocks[ddir]++;
1903                 td->io_bytes[ddir] += bytes;
1904
1905                 if (!(io_u->flags & IO_U_F_VER_LIST))
1906                         td->this_io_bytes[ddir] += bytes;
1907
1908                 if (ddir == DDIR_WRITE)
1909                         file_log_write_comp(td, f, io_u->offset, bytes);
1910
1911                 if (ramp_time_over(td) && (td->runstate == TD_RUNNING ||
1912                                            td->runstate == TD_VERIFYING))
1913                         account_io_completion(td, io_u, icd, ddir, bytes);
1914
1915                 icd->bytes_done[ddir] += bytes;
1916
1917                 if (io_u->end_io) {
1918                         ret = io_u->end_io(td, io_u_ptr);
1919                         io_u = *io_u_ptr;
1920                         if (ret && !icd->error)
1921                                 icd->error = ret;
1922                 }
1923         } else if (io_u->error) {
1924                 icd->error = io_u->error;
1925                 io_u_log_error(td, io_u);
1926         }
1927         if (icd->error) {
1928                 enum error_type_bit eb = td_error_type(ddir, icd->error);
1929
1930                 if (!td_non_fatal_error(td, eb, icd->error))
1931                         return;
1932
1933                 /*
1934                  * If there is a non_fatal error, then add to the error count
1935                  * and clear all the errors.
1936                  */
1937                 update_error_count(td, icd->error);
1938                 td_clear_error(td);
1939                 icd->error = 0;
1940                 if (io_u)
1941                         io_u->error = 0;
1942         }
1943 }
1944
1945 static void init_icd(struct thread_data *td, struct io_completion_data *icd,
1946                      int nr)
1947 {
1948         int ddir;
1949
1950         if (!gtod_reduce(td))
1951                 fio_gettime(&icd->time, NULL);
1952
1953         icd->nr = nr;
1954
1955         icd->error = 0;
1956         for (ddir = 0; ddir < DDIR_RWDIR_CNT; ddir++)
1957                 icd->bytes_done[ddir] = 0;
1958 }
1959
1960 static void ios_completed(struct thread_data *td,
1961                           struct io_completion_data *icd)
1962 {
1963         struct io_u *io_u;
1964         int i;
1965
1966         for (i = 0; i < icd->nr; i++) {
1967                 io_u = td->io_ops->event(td, i);
1968
1969                 io_completed(td, &io_u, icd);
1970
1971                 if (io_u)
1972                         put_io_u(td, io_u);
1973         }
1974 }
1975
1976 /*
1977  * Complete a single io_u for the sync engines.
1978  */
1979 int io_u_sync_complete(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
1980 {
1981         struct io_completion_data icd;
1982         int ddir;
1983
1984         init_icd(td, &icd, 1);
1985         io_completed(td, &io_u, &icd);
1986
1987         if (io_u)
1988                 put_io_u(td, io_u);
1989
1990         if (icd.error) {
1991                 td_verror(td, icd.error, "io_u_sync_complete");
1992                 return -1;
1993         }
1994
1995         for (ddir = 0; ddir < DDIR_RWDIR_CNT; ddir++)
1996                 td->bytes_done[ddir] += icd.bytes_done[ddir];
1997
1998         return 0;
1999 }
2000
2001 /*
2002  * Called to complete min_events number of io for the async engines.
2003  */
2004 int io_u_queued_complete(struct thread_data *td, int min_evts)
2005 {
2006         struct io_completion_data icd;
2007         struct timespec *tvp = NULL;
2008         int ret, ddir;
2009         struct timespec ts = { .tv_sec = 0, .tv_nsec = 0, };
2010
2011         dprint(FD_IO, "io_u_queued_complete: min=%d\n", min_evts);
2012
2013         if (!min_evts)
2014                 tvp = &ts;
2015         else if (min_evts > td->cur_depth)
2016                 min_evts = td->cur_depth;
2017
2018         /* No worries, td_io_getevents fixes min and max if they are
2019          * set incorrectly */
2020         ret = td_io_getevents(td, min_evts, td->o.iodepth_batch_complete_max, tvp);
2021         if (ret < 0) {
2022                 td_verror(td, -ret, "td_io_getevents");
2023                 return ret;
2024         } else if (!ret)
2025                 return ret;
2026
2027         init_icd(td, &icd, ret);
2028         ios_completed(td, &icd);
2029         if (icd.error) {
2030                 td_verror(td, icd.error, "io_u_queued_complete");
2031                 return -1;
2032         }
2033
2034         for (ddir = 0; ddir < DDIR_RWDIR_CNT; ddir++)
2035                 td->bytes_done[ddir] += icd.bytes_done[ddir];
2036
2037         return ret;
2038 }
2039
2040 /*
2041  * Call when io_u is really queued, to update the submission latency.
2042  */
2043 void io_u_queued(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
2044 {
2045         if (!td->o.disable_slat && ramp_time_over(td) && td->o.stats) {
2046                 unsigned long slat_time;
2047
2048                 slat_time = ntime_since(&io_u->start_time, &io_u->issue_time);
2049
2050                 if (td->parent)
2051                         td = td->parent;
2052
2053                 add_slat_sample(td, io_u->ddir, slat_time, io_u->xfer_buflen,
2054                                 io_u->offset);
2055         }
2056 }
2057
2058 /*
2059  * See if we should reuse the last seed, if dedupe is enabled
2060  */
2061 static struct frand_state *get_buf_state(struct thread_data *td)
2062 {
2063         unsigned int v;
2064
2065         if (!td->o.dedupe_percentage)
2066                 return &td->buf_state;
2067         else if (td->o.dedupe_percentage == 100) {
2068                 frand_copy(&td->buf_state_prev, &td->buf_state);
2069                 return &td->buf_state;
2070         }
2071
2072         v = rand32_between(&td->dedupe_state, 1, 100);
2073
2074         if (v <= td->o.dedupe_percentage)
2075                 return &td->buf_state_prev;
2076
2077         return &td->buf_state;
2078 }
2079
2080 static void save_buf_state(struct thread_data *td, struct frand_state *rs)
2081 {
2082         if (td->o.dedupe_percentage == 100)
2083                 frand_copy(rs, &td->buf_state_prev);
2084         else if (rs == &td->buf_state)
2085                 frand_copy(&td->buf_state_prev, rs);
2086 }
2087
2088 void fill_io_buffer(struct thread_data *td, void *buf, unsigned int min_write,
2089                     unsigned int max_bs)
2090 {
2091         struct thread_options *o = &td->o;
2092
2093         if (o->mem_type == MEM_CUDA_MALLOC)
2094                 return;
2095
2096         if (o->compress_percentage || o->dedupe_percentage) {
2097                 unsigned int perc = td->o.compress_percentage;
2098                 struct frand_state *rs;
2099                 unsigned int left = max_bs;
2100                 unsigned int this_write;
2101
2102                 do {
2103                         rs = get_buf_state(td);
2104
2105                         min_write = min(min_write, left);
2106
2107                         if (perc) {
2108                                 this_write = min_not_zero(min_write,
2109                                                         td->o.compress_chunk);
2110
2111                                 fill_random_buf_percentage(rs, buf, perc,
2112                                         this_write, this_write,
2113                                         o->buffer_pattern,
2114                                         o->buffer_pattern_bytes);
2115                         } else {
2116                                 fill_random_buf(rs, buf, min_write);
2117                                 this_write = min_write;
2118                         }
2119
2120                         buf += this_write;
2121                         left -= this_write;
2122                         save_buf_state(td, rs);
2123                 } while (left);
2124         } else if (o->buffer_pattern_bytes)
2125                 fill_buffer_pattern(td, buf, max_bs);
2126         else if (o->zero_buffers)
2127                 memset(buf, 0, max_bs);
2128         else
2129                 fill_random_buf(get_buf_state(td), buf, max_bs);
2130 }
2131
2132 /*
2133  * "randomly" fill the buffer contents
2134  */
2135 void io_u_fill_buffer(struct thread_data *td, struct io_u *io_u,
2136                       unsigned int min_write, unsigned int max_bs)
2137 {
2138         io_u->buf_filled_len = 0;
2139         fill_io_buffer(td, io_u->buf, min_write, max_bs);
2140 }
2141
2142 static int do_sync_file_range(const struct thread_data *td,
2143                               struct fio_file *f)
2144 {
2145         off64_t offset, nbytes;
2146
2147         offset = f->first_write;
2148         nbytes = f->last_write - f->first_write;
2149
2150         if (!nbytes)
2151                 return 0;
2152
2153         return sync_file_range(f->fd, offset, nbytes, td->o.sync_file_range);
2154 }
2155
2156 int do_io_u_sync(const struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
2157 {
2158         int ret;
2159
2160         if (io_u->ddir == DDIR_SYNC) {
2161                 ret = fsync(io_u->file->fd);
2162         } else if (io_u->ddir == DDIR_DATASYNC) {
2163 #ifdef CONFIG_FDATASYNC
2164                 ret = fdatasync(io_u->file->fd);
2165 #else
2166                 ret = io_u->xfer_buflen;
2167                 io_u->error = EINVAL;
2168 #endif
2169         } else if (io_u->ddir == DDIR_SYNC_FILE_RANGE)
2170                 ret = do_sync_file_range(td, io_u->file);
2171         else {
2172                 ret = io_u->xfer_buflen;
2173                 io_u->error = EINVAL;
2174         }
2175
2176         if (ret < 0)
2177                 io_u->error = errno;
2178
2179         return ret;
2180 }
2181
2182 int do_io_u_trim(const struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
2183 {
2184 #ifndef FIO_HAVE_TRIM
2185         io_u->error = EINVAL;
2186         return 0;
2187 #else
2188         struct fio_file *f = io_u->file;
2189         int ret;
2190
2191         ret = os_trim(f->fd, io_u->offset, io_u->xfer_buflen);
2192         if (!ret)
2193                 return io_u->xfer_buflen;
2194
2195         io_u->error = ret;
2196         return 0;
2197 #endif
2198 }