zbd.c

   1 /*
   2  * Copyright (C) 2018 Western Digital Corporation or its affiliates.
   3  *
   4  * This file is released under the GPL.
   5  */
   6
   7 #include <errno.h>
   8 #include <string.h>
   9 #include <stdlib.h>
  10 #include <fcntl.h>
  11 #include <sys/stat.h>
  12 #include <unistd.h>
  13
  14 #include "os/os.h"
  15 #include "file.h"
  16 #include "fio.h"
  17 #include "lib/pow2.h"
  18 #include "log.h"
  19 #include "oslib/asprintf.h"
  20 #include "smalloc.h"
  21 #include "verify.h"
  22 #include "pshared.h"
  23 #include "zbd.h"
  24
  25 /**
  26  * zbd_get_zoned_model - Get a device zoned model
  27  * @td: FIO thread data
  28  * @f: FIO file for which to get model information
  29  */
  30 int zbd_get_zoned_model(struct thread_data *td, struct fio_file *f,
  31                         enum zbd_zoned_model *model)
  32 {
  33         int ret;
  34
  35         if (td->io_ops && td->io_ops->get_zoned_model)
  36                 ret = td->io_ops->get_zoned_model(td, f, model);
  37         else
  38                 ret = blkzoned_get_zoned_model(td, f, model);
  39         if (ret < 0) {
  40                 td_verror(td, errno, "get zoned model failed");
  41                 log_err("%s: get zoned model failed (%d).\n",
  42                         f->file_name, errno);
  43         }
  44
  45         return ret;
  46 }
  47
  48 /**
  49  * zbd_report_zones - Get zone information
  50  * @td: FIO thread data.
  51  * @f: FIO file for which to get zone information
  52  * @offset: offset from which to report zones
  53  * @zones: Array of struct zbd_zone
  54  * @nr_zones: Size of @zones array
  55  *
  56  * Get zone information into @zones starting from the zone at offset @offset
  57  * for the device specified by @f.
  58  *
  59  * Returns the number of zones reported upon success and a negative error code
  60  * upon failure. If the zone report is empty, always assume an error (device
  61  * problem) and return -EIO.
  62  */
  63 int zbd_report_zones(struct thread_data *td, struct fio_file *f,
  64                      uint64_t offset, struct zbd_zone *zones,
  65                      unsigned int nr_zones)
  66 {
  67         int ret;
  68
  69         if (td->io_ops && td->io_ops->report_zones)
  70                 ret = td->io_ops->report_zones(td, f, offset, zones, nr_zones);
  71         else
  72                 ret = blkzoned_report_zones(td, f, offset, zones, nr_zones);
  73         if (ret < 0) {
  74                 td_verror(td, errno, "report zones failed");
  75                 log_err("%s: report zones from sector %llu failed (%d).\n",
  76                         f->file_name, (unsigned long long)offset >> 9, errno);
  77         } else if (ret == 0) {
  78                 td_verror(td, errno, "Empty zone report");
  79                 log_err("%s: report zones from sector %llu is empty.\n",
  80                         f->file_name, (unsigned long long)offset >> 9);
  81                 ret = -EIO;
  82         }
  83
  84         return ret;
  85 }
  86
  87 /**
  88  * zbd_reset_wp - reset the write pointer of a range of zones
  89  * @td: FIO thread data.
  90  * @f: FIO file for which to reset zones
  91  * @offset: Starting offset of the first zone to reset
  92  * @length: Length of the range of zones to reset
  93  *
  94  * Reset the write pointer of all zones in the range @offset...@offset+@length.
  95  * Returns 0 upon success and a negative error code upon failure.
  96  */
  97 int zbd_reset_wp(struct thread_data *td, struct fio_file *f,
  98                  uint64_t offset, uint64_t length)
  99 {
 100         int ret;
 101
 102         if (td->io_ops && td->io_ops->reset_wp)
 103                 ret = td->io_ops->reset_wp(td, f, offset, length);
 104         else
 105                 ret = blkzoned_reset_wp(td, f, offset, length);
 106         if (ret < 0) {
 107                 td_verror(td, errno, "resetting wp failed");
 108                 log_err("%s: resetting wp for %llu sectors at sector %llu failed (%d).\n",
 109                         f->file_name, (unsigned long long)length >> 9,
 110                         (unsigned long long)offset >> 9, errno);
 111         }
 112
 113         return ret;
 114 }
 115
 116 /**
 117  * zbd_zone_idx - convert an offset into a zone number
 118  * @f: file pointer.
 119  * @offset: offset in bytes. If this offset is in the first zone_size bytes
 120  *          past the disk size then the index of the sentinel is returned.
 121  */
 122 static uint32_t zbd_zone_idx(const struct fio_file *f, uint64_t offset)
 123 {
 124         uint32_t zone_idx;
 125
 126         if (f->zbd_info->zone_size_log2 > 0)
 127                 zone_idx = offset >> f->zbd_info->zone_size_log2;
 128         else
 129                 zone_idx = offset / f->zbd_info->zone_size;
 130
 131         return min(zone_idx, f->zbd_info->nr_zones);
 132 }
 133
 134 /**
 135  * zbd_zone_end - Return zone end location
 136  * @z: zone info pointer.
 137  */
 138 static inline uint64_t zbd_zone_end(const struct fio_zone_info *z)
 139 {
 140         return (z+1)->start;
 141 }
 142
 143 /**
 144  * zbd_zone_capacity_end - Return zone capacity limit end location
 145  * @z: zone info pointer.
 146  */
 147 static inline uint64_t zbd_zone_capacity_end(const struct fio_zone_info *z)
 148 {
 149         return z->start + z->capacity;
 150 }
 151
 152 /**
 153  * zbd_zone_full - verify whether a minimum number of bytes remain in a zone
 154  * @f: file pointer.
 155  * @z: zone info pointer.
 156  * @required: minimum number of bytes that must remain in a zone.
 157  *
 158  * The caller must hold z->mutex.
 159  */
 160 static bool zbd_zone_full(const struct fio_file *f, struct fio_zone_info *z,
 161                           uint64_t required)
 162 {
 163         assert((required & 511) == 0);
 164
 165         return z->has_wp &&
 166                 z->wp + required > zbd_zone_capacity_end(z);
 167 }
 168
 169 static void zone_lock(struct thread_data *td, struct fio_file *f, struct fio_zone_info *z)
 170 {
 171         struct zoned_block_device_info *zbd = f->zbd_info;
 172         uint32_t nz = z - zbd->zone_info;
 173
 174         /* A thread should never lock zones outside its working area. */
 175         assert(f->min_zone <= nz && nz < f->max_zone);
 176
 177         /*
 178          * Lock the io_u target zone. The zone will be unlocked if io_u offset
 179          * is changed or when io_u completes and zbd_put_io() executed.
 180          * To avoid multiple jobs doing asynchronous I/Os from deadlocking each
 181          * other waiting for zone locks when building an io_u batch, first
 182          * only trylock the zone. If the zone is already locked by another job,
 183          * process the currently queued I/Os so that I/O progress is made and
 184          * zones unlocked.
 185          */
 186         if (pthread_mutex_trylock(&z->mutex) != 0) {
 187                 if (!td_ioengine_flagged(td, FIO_SYNCIO))
 188                         io_u_quiesce(td);
 189                 pthread_mutex_lock(&z->mutex);
 190         }
 191 }
 192
 193 static inline void zone_unlock(struct fio_zone_info *z)
 194 {
 195         int ret;
 196
 197         ret = pthread_mutex_unlock(&z->mutex);
 198         assert(!ret);
 199 }
 200
 201 static bool is_valid_offset(const struct fio_file *f, uint64_t offset)
 202 {
 203         return (uint64_t)(offset - f->file_offset) < f->io_size;
 204 }
 205
 206 static inline struct fio_zone_info *get_zone(const struct fio_file *f,
 207                                              unsigned int zone_nr)
 208 {
 209         return &f->zbd_info->zone_info[zone_nr];
 210 }
 211
 212 /* Verify whether direct I/O is used for all host-managed zoned drives. */
 213 static bool zbd_using_direct_io(void)
 214 {
 215         struct thread_data *td;
 216         struct fio_file *f;
 217         int i, j;
 218
 219         for_each_td(td, i) {
 220                 if (td->o.odirect || !(td->o.td_ddir & TD_DDIR_WRITE))
 221                         continue;
 222                 for_each_file(td, f, j) {
 223                         if (f->zbd_info &&
 224                             f->zbd_info->model == ZBD_HOST_MANAGED)
 225                                 return false;
 226                 }
 227         }
 228
 229         return true;
 230 }
 231
 232 /* Whether or not the I/O range for f includes one or more sequential zones */
 233 static bool zbd_is_seq_job(struct fio_file *f)
 234 {
 235         uint32_t zone_idx, zone_idx_b, zone_idx_e;
 236
 237         assert(f->zbd_info);
 238         if (f->io_size == 0)
 239                 return false;
 240         zone_idx_b = zbd_zone_idx(f, f->file_offset);
 241         zone_idx_e = zbd_zone_idx(f, f->file_offset + f->io_size - 1);
 242         for (zone_idx = zone_idx_b; zone_idx <= zone_idx_e; zone_idx++)
 243                 if (get_zone(f, zone_idx)->has_wp)
 244                         return true;
 245
 246         return false;
 247 }
 248
 249 /*
 250  * Verify whether offset and size parameters are aligned with zone boundaries.
 251  */
 252 static bool zbd_verify_sizes(void)
 253 {
 254         const struct fio_zone_info *z;
 255         struct thread_data *td;
 256         struct fio_file *f;
 257         uint64_t new_offset, new_end;
 258         uint32_t zone_idx;
 259         int i, j;
 260
 261         for_each_td(td, i) {
 262                 for_each_file(td, f, j) {
 263                         if (!f->zbd_info)
 264                                 continue;
 265                         if (f->file_offset >= f->real_file_size)
 266                                 continue;
 267                         if (!zbd_is_seq_job(f))
 268                                 continue;
 269
 270                         if (!td->o.zone_size) {
 271                                 td->o.zone_size = f->zbd_info->zone_size;
 272                                 if (!td->o.zone_size) {
 273                                         log_err("%s: invalid 0 zone size\n",
 274                                                 f->file_name);
 275                                         return false;
 276                                 }
 277                         } else if (td->o.zone_size != f->zbd_info->zone_size) {
 278                                 log_err("%s: job parameter zonesize %llu does not match disk zone size %llu.\n",
 279                                         f->file_name, (unsigned long long) td->o.zone_size,
 280                                         (unsigned long long) f->zbd_info->zone_size);
 281                                 return false;
 282                         }
 283
 284                         if (td->o.zone_skip &&
 285                             (td->o.zone_skip < td->o.zone_size ||
 286                              td->o.zone_skip % td->o.zone_size)) {
 287                                 log_err("%s: zoneskip %llu is not a multiple of the device zone size %llu.\n",
 288                                         f->file_name, (unsigned long long) td->o.zone_skip,
 289                                         (unsigned long long) td->o.zone_size);
 290                                 return false;
 291                         }
 292
 293                         zone_idx = zbd_zone_idx(f, f->file_offset);
 294                         z = get_zone(f, zone_idx);
 295                         if ((f->file_offset != z->start) &&
 296                             (td->o.td_ddir != TD_DDIR_READ)) {
 297                                 new_offset = zbd_zone_end(z);
 298                                 if (new_offset >= f->file_offset + f->io_size) {
 299                                         log_info("%s: io_size must be at least one zone\n",
 300                                                  f->file_name);
 301                                         return false;
 302                                 }
 303                                 log_info("%s: rounded up offset from %llu to %llu\n",
 304                                          f->file_name, (unsigned long long) f->file_offset,
 305                                          (unsigned long long) new_offset);
 306                                 f->io_size -= (new_offset - f->file_offset);
 307                                 f->file_offset = new_offset;
 308                         }
 309                         zone_idx = zbd_zone_idx(f, f->file_offset + f->io_size);
 310                         z = get_zone(f, zone_idx);
 311                         new_end = z->start;
 312                         if ((td->o.td_ddir != TD_DDIR_READ) &&
 313                             (f->file_offset + f->io_size != new_end)) {
 314                                 if (new_end <= f->file_offset) {
 315                                         log_info("%s: io_size must be at least one zone\n",
 316                                                  f->file_name);
 317                                         return false;
 318                                 }
 319                                 log_info("%s: rounded down io_size from %llu to %llu\n",
 320                                          f->file_name, (unsigned long long) f->io_size,
 321                                          (unsigned long long) new_end - f->file_offset);
 322                                 f->io_size = new_end - f->file_offset;
 323                         }
 324
 325                         f->min_zone = zbd_zone_idx(f, f->file_offset);
 326                         f->max_zone = zbd_zone_idx(f, f->file_offset + f->io_size);
 327                         assert(f->min_zone < f->max_zone);
 328                 }
 329         }
 330
 331         return true;
 332 }
 333
 334 static bool zbd_verify_bs(void)
 335 {
 336         struct thread_data *td;
 337         struct fio_file *f;
 338         uint32_t zone_size;
 339         int i, j, k;
 340
 341         for_each_td(td, i) {
 342                 for_each_file(td, f, j) {
 343                         if (!f->zbd_info)
 344                                 continue;
 345                         zone_size = f->zbd_info->zone_size;
 346                         for (k = 0; k < FIO_ARRAY_SIZE(td->o.bs); k++) {
 347                                 if (td->o.verify != VERIFY_NONE &&
 348                                     zone_size % td->o.bs[k] != 0) {
 349                                         log_info("%s: block size %llu is not a divisor of the zone size %d\n",
 350                                                  f->file_name, td->o.bs[k],
 351                                                  zone_size);
 352                                         return false;
 353                                 }
 354                         }
 355                 }
 356         }
 357         return true;
 358 }
 359
 360 static int ilog2(uint64_t i)
 361 {
 362         int log = -1;
 363
 364         while (i) {
 365                 i >>= 1;
 366                 log++;
 367         }
 368         return log;
 369 }
 370
 371 /*
 372  * Initialize f->zbd_info for devices that are not zoned block devices. This
 373  * allows to execute a ZBD workload against a non-ZBD device.
 374  */
 375 static int init_zone_info(struct thread_data *td, struct fio_file *f)
 376 {
 377         uint32_t nr_zones;
 378         struct fio_zone_info *p;
 379         uint64_t zone_size = td->o.zone_size;
 380         uint64_t zone_capacity = td->o.zone_capacity;
 381         struct zoned_block_device_info *zbd_info = NULL;
 382         int i;
 383
 384         if (zone_size == 0) {
 385                 log_err("%s: Specifying the zone size is mandatory for regular block devices with --zonemode=zbd\n\n",
 386                         f->file_name);
 387                 return 1;
 388         }
 389
 390         if (zone_size < 512) {
 391                 log_err("%s: zone size must be at least 512 bytes for --zonemode=zbd\n\n",
 392                         f->file_name);
 393                 return 1;
 394         }
 395
 396         if (zone_capacity == 0)
 397                 zone_capacity = zone_size;
 398
 399         if (zone_capacity > zone_size) {
 400                 log_err("%s: job parameter zonecapacity %llu is larger than zone size %llu\n",
 401                         f->file_name, (unsigned long long) td->o.zone_capacity,
 402                         (unsigned long long) td->o.zone_size);
 403                 return 1;
 404         }
 405
 406         nr_zones = (f->real_file_size + zone_size - 1) / zone_size;
 407         zbd_info = scalloc(1, sizeof(*zbd_info) +
 408                            (nr_zones + 1) * sizeof(zbd_info->zone_info[0]));
 409         if (!zbd_info)
 410                 return -ENOMEM;
 411
 412         mutex_init_pshared(&zbd_info->mutex);
 413         zbd_info->refcount = 1;
 414         p = &zbd_info->zone_info[0];
 415         for (i = 0; i < nr_zones; i++, p++) {
 416                 mutex_init_pshared_with_type(&p->mutex,
 417                                              PTHREAD_MUTEX_RECURSIVE);
 418                 p->start = i * zone_size;
 419                 p->wp = p->start;
 420                 p->type = ZBD_ZONE_TYPE_SWR;
 421                 p->cond = ZBD_ZONE_COND_EMPTY;
 422                 p->capacity = zone_capacity;
 423                 p->has_wp = 1;
 424         }
 425         /* a sentinel */
 426         p->start = nr_zones * zone_size;
 427
 428         f->zbd_info = zbd_info;
 429         f->zbd_info->zone_size = zone_size;
 430         f->zbd_info->zone_size_log2 = is_power_of_2(zone_size) ?
 431                 ilog2(zone_size) : 0;
 432         f->zbd_info->nr_zones = nr_zones;
 433         return 0;
 434 }
 435
 436 /*
 437  * Maximum number of zones to report in one operation.
 438  */
 439 #define ZBD_REPORT_MAX_ZONES    8192U
 440
 441 /*
 442  * Parse the device zone report and store it in f->zbd_info. Must be called
 443  * only for devices that are zoned, namely those with a model != ZBD_NONE.
 444  */
 445 static int parse_zone_info(struct thread_data *td, struct fio_file *f)
 446 {
 447         int nr_zones, nrz;
 448         struct zbd_zone *zones, *z;
 449         struct fio_zone_info *p;
 450         uint64_t zone_size, offset;
 451         struct zoned_block_device_info *zbd_info = NULL;
 452         int i, j, ret = -ENOMEM;
 453
 454         zones = calloc(ZBD_REPORT_MAX_ZONES, sizeof(struct zbd_zone));
 455         if (!zones)
 456                 goto out;
 457
 458         nrz = zbd_report_zones(td, f, 0, zones, ZBD_REPORT_MAX_ZONES);
 459         if (nrz < 0) {
 460                 ret = nrz;
 461                 log_info("fio: report zones (offset 0) failed for %s (%d).\n",
 462                          f->file_name, -ret);
 463                 goto out;
 464         }
 465
 466         zone_size = zones[0].len;
 467         nr_zones = (f->real_file_size + zone_size - 1) / zone_size;
 468
 469         if (td->o.zone_size == 0) {
 470                 td->o.zone_size = zone_size;
 471         } else if (td->o.zone_size != zone_size) {
 472                 log_err("fio: %s job parameter zonesize %llu does not match disk zone size %llu.\n",
 473                         f->file_name, (unsigned long long) td->o.zone_size,
 474                         (unsigned long long) zone_size);
 475                 ret = -EINVAL;
 476                 goto out;
 477         }
 478
 479         dprint(FD_ZBD, "Device %s has %d zones of size %llu KB\n", f->file_name,
 480                nr_zones, (unsigned long long) zone_size / 1024);
 481
 482         zbd_info = scalloc(1, sizeof(*zbd_info) +
 483                            (nr_zones + 1) * sizeof(zbd_info->zone_info[0]));
 484         if (!zbd_info)
 485                 goto out;
 486         mutex_init_pshared(&zbd_info->mutex);
 487         zbd_info->refcount = 1;
 488         p = &zbd_info->zone_info[0];
 489         for (offset = 0, j = 0; j < nr_zones;) {
 490                 z = &zones[0];
 491                 for (i = 0; i < nrz; i++, j++, z++, p++) {
 492                         mutex_init_pshared_with_type(&p->mutex,
 493                                                      PTHREAD_MUTEX_RECURSIVE);
 494                         p->start = z->start;
 495                         p->capacity = z->capacity;
 496                         switch (z->cond) {
 497                         case ZBD_ZONE_COND_NOT_WP:
 498                         case ZBD_ZONE_COND_FULL:
 499                                 p->wp = p->start + p->capacity;
 500                                 break;
 501                         default:
 502                                 assert(z->start <= z->wp);
 503                                 assert(z->wp <= z->start + zone_size);
 504                                 p->wp = z->wp;
 505                                 break;
 506                         }
 507
 508                         switch (z->type) {
 509                         case ZBD_ZONE_TYPE_SWR:
 510                                 p->has_wp = 1;
 511                                 break;
 512                         default:
 513                                 p->has_wp = 0;
 514                         }
 515                         p->type = z->type;
 516                         p->cond = z->cond;
 517
 518                         if (j > 0 && p->start != p[-1].start + zone_size) {
 519                                 log_info("%s: invalid zone data\n",
 520                                          f->file_name);
 521                                 ret = -EINVAL;
 522                                 goto out;
 523                         }
 524                 }
 525                 z--;
 526                 offset = z->start + z->len;
 527                 if (j >= nr_zones)
 528                         break;
 529                 nrz = zbd_report_zones(td, f, offset, zones,
 530                                        min((uint32_t)(nr_zones - j),
 531                                            ZBD_REPORT_MAX_ZONES));
 532                 if (nrz < 0) {
 533                         ret = nrz;
 534                         log_info("fio: report zones (offset %llu) failed for %s (%d).\n",
 535                                  (unsigned long long)offset,
 536                                  f->file_name, -ret);
 537                         goto out;
 538                 }
 539         }
 540
 541         /* a sentinel */
 542         zbd_info->zone_info[nr_zones].start = offset;
 543
 544         f->zbd_info = zbd_info;
 545         f->zbd_info->zone_size = zone_size;
 546         f->zbd_info->zone_size_log2 = is_power_of_2(zone_size) ?
 547                 ilog2(zone_size) : 0;
 548         f->zbd_info->nr_zones = nr_zones;
 549         zbd_info = NULL;
 550         ret = 0;
 551
 552 out:
 553         sfree(zbd_info);
 554         free(zones);
 555         return ret;
 556 }
 557
 558 /*
 559  * Allocate zone information and store it into f->zbd_info if zonemode=zbd.
 560  *
 561  * Returns 0 upon success and a negative error code upon failure.
 562  */
 563 static int zbd_create_zone_info(struct thread_data *td, struct fio_file *f)
 564 {
 565         enum zbd_zoned_model zbd_model;
 566         int ret;
 567
 568         assert(td->o.zone_mode == ZONE_MODE_ZBD);
 569
 570         ret = zbd_get_zoned_model(td, f, &zbd_model);
 571         if (ret)
 572                 return ret;
 573
 574         switch (zbd_model) {
 575         case ZBD_IGNORE:
 576                 return 0;
 577         case ZBD_HOST_AWARE:
 578         case ZBD_HOST_MANAGED:
 579                 ret = parse_zone_info(td, f);
 580                 break;
 581         case ZBD_NONE:
 582                 ret = init_zone_info(td, f);
 583                 break;
 584         default:
 585                 td_verror(td, EINVAL, "Unsupported zoned model");
 586                 log_err("Unsupported zoned model\n");
 587                 return -EINVAL;
 588         }
 589
 590         if (ret == 0) {
 591                 f->zbd_info->model = zbd_model;
 592                 f->zbd_info->max_open_zones = td->o.max_open_zones;
 593         }
 594         return ret;
 595 }
 596
 597 void zbd_free_zone_info(struct fio_file *f)
 598 {
 599         uint32_t refcount;
 600
 601         assert(f->zbd_info);
 602
 603         pthread_mutex_lock(&f->zbd_info->mutex);
 604         refcount = --f->zbd_info->refcount;
 605         pthread_mutex_unlock(&f->zbd_info->mutex);
 606
 607         assert((int32_t)refcount >= 0);
 608         if (refcount == 0)
 609                 sfree(f->zbd_info);
 610         f->zbd_info = NULL;
 611 }
 612
 613 /*
 614  * Initialize f->zbd_info.
 615  *
 616  * Returns 0 upon success and a negative error code upon failure.
 617  *
 618  * Note: this function can only work correctly if it is called before the first
 619  * fio fork() call.
 620  */
 621 static int zbd_init_zone_info(struct thread_data *td, struct fio_file *file)
 622 {
 623         struct thread_data *td2;
 624         struct fio_file *f2;
 625         int i, j, ret;
 626
 627         for_each_td(td2, i) {
 628                 for_each_file(td2, f2, j) {
 629                         if (td2 == td && f2 == file)
 630                                 continue;
 631                         if (!f2->zbd_info ||
 632                             strcmp(f2->file_name, file->file_name) != 0)
 633                                 continue;
 634                         file->zbd_info = f2->zbd_info;
 635                         file->zbd_info->refcount++;
 636                         return 0;
 637                 }
 638         }
 639
 640         ret = zbd_create_zone_info(td, file);
 641         if (ret < 0)
 642                 td_verror(td, -ret, "zbd_create_zone_info() failed");
 643         return ret;
 644 }
 645
 646 static bool zbd_open_zone(struct thread_data *td, const struct fio_file *f,
 647                           uint32_t zone_idx);
 648 static int zbd_reset_zone(struct thread_data *td, struct fio_file *f,
 649                           struct fio_zone_info *z);
 650
 651 int zbd_setup_files(struct thread_data *td)
 652 {
 653         struct fio_file *f;
 654         int i;
 655
 656         for_each_file(td, f, i) {
 657                 if (zbd_init_zone_info(td, f))
 658                         return 1;
 659         }
 660
 661         if (!zbd_using_direct_io()) {
 662                 log_err("Using direct I/O is mandatory for writing to ZBD drives\n\n");
 663                 return 1;
 664         }
 665
 666         if (!zbd_verify_sizes())
 667                 return 1;
 668
 669         if (!zbd_verify_bs())
 670                 return 1;
 671
 672         for_each_file(td, f, i) {
 673                 struct zoned_block_device_info *zbd = f->zbd_info;
 674                 struct fio_zone_info *z;
 675                 int zi;
 676
 677                 if (!zbd)
 678                         continue;
 679
 680                 zbd->max_open_zones = zbd->max_open_zones ?: ZBD_MAX_OPEN_ZONES;
 681
 682                 if (td->o.max_open_zones > 0 &&
 683                     zbd->max_open_zones != td->o.max_open_zones) {
 684                         log_err("Different 'max_open_zones' values\n");
 685                         return 1;
 686                 }
 687                 if (zbd->max_open_zones > ZBD_MAX_OPEN_ZONES) {
 688                         log_err("'max_open_zones' value is limited by %u\n", ZBD_MAX_OPEN_ZONES);
 689                         return 1;
 690                 }
 691
 692                 for (zi = f->min_zone; zi < f->max_zone; zi++) {
 693                         z = &zbd->zone_info[zi];
 694                         if (z->cond != ZBD_ZONE_COND_IMP_OPEN &&
 695                             z->cond != ZBD_ZONE_COND_EXP_OPEN)
 696                                 continue;
 697                         if (zbd_open_zone(td, f, zi))
 698                                 continue;
 699                         /*
 700                          * If the number of open zones exceeds specified limits,
 701                          * reset all extra open zones.
 702                          */
 703                         if (zbd_reset_zone(td, f, z) < 0) {
 704                                 log_err("Failed to reest zone %d\n", zi);
 705                                 return 1;
 706                         }
 707                 }
 708         }
 709
 710         return 0;
 711 }
 712
 713 static inline unsigned int zbd_zone_nr(const struct fio_file *f,
 714                                        struct fio_zone_info *zone)
 715 {
 716         return zone - f->zbd_info->zone_info;
 717 }
 718
 719 /**
 720  * zbd_reset_zone - reset the write pointer of a single zone
 721  * @td: FIO thread data.
 722  * @f: FIO file associated with the disk for which to reset a write pointer.
 723  * @z: Zone to reset.
 724  *
 725  * Returns 0 upon success and a negative error code upon failure.
 726  *
 727  * The caller must hold z->mutex.
 728  */
 729 static int zbd_reset_zone(struct thread_data *td, struct fio_file *f,
 730                           struct fio_zone_info *z)
 731 {
 732         uint64_t offset = z->start;
 733         uint64_t length = (z+1)->start - offset;
 734         int ret = 0;
 735
 736         if (z->wp == z->start)
 737                 return 0;
 738
 739         assert(is_valid_offset(f, offset + length - 1));
 740
 741         dprint(FD_ZBD, "%s: resetting wp of zone %u.\n", f->file_name,
 742                 zbd_zone_nr(f, z));
 743         switch (f->zbd_info->model) {
 744         case ZBD_HOST_AWARE:
 745         case ZBD_HOST_MANAGED:
 746                 ret = zbd_reset_wp(td, f, offset, length);
 747                 if (ret < 0)
 748                         return ret;
 749                 break;
 750         default:
 751                 break;
 752         }
 753
 754         pthread_mutex_lock(&f->zbd_info->mutex);
 755         f->zbd_info->sectors_with_data -= z->wp - z->start;
 756         pthread_mutex_unlock(&f->zbd_info->mutex);
 757         z->wp = z->start;
 758         z->verify_block = 0;
 759
 760         td->ts.nr_zone_resets++;
 761
 762         return ret;
 763 }
 764
 765 /* The caller must hold f->zbd_info->mutex */
 766 static void zbd_close_zone(struct thread_data *td, const struct fio_file *f,
 767                            unsigned int zone_idx)
 768 {
 769         uint32_t open_zone_idx = 0;
 770
 771         for (; open_zone_idx < f->zbd_info->num_open_zones; open_zone_idx++) {
 772                 if (f->zbd_info->open_zones[open_zone_idx] == zone_idx)
 773                         break;
 774         }
 775         if (open_zone_idx == f->zbd_info->num_open_zones) {
 776                 dprint(FD_ZBD, "%s: zone %d is not open\n",
 777                        f->file_name, zone_idx);
 778                 return;
 779         }
 780
 781         dprint(FD_ZBD, "%s: closing zone %d\n", f->file_name, zone_idx);
 782         memmove(f->zbd_info->open_zones + open_zone_idx,
 783                 f->zbd_info->open_zones + open_zone_idx + 1,
 784                 (ZBD_MAX_OPEN_ZONES - (open_zone_idx + 1)) *
 785                 sizeof(f->zbd_info->open_zones[0]));
 786         f->zbd_info->num_open_zones--;
 787         td->num_open_zones--;
 788         get_zone(f, zone_idx)->open = 0;
 789 }
 790
 791 /*
 792  * Reset a range of zones. Returns 0 upon success and 1 upon failure.
 793  * @td: fio thread data.
 794  * @f: fio file for which to reset zones
 795  * @zb: first zone to reset.
 796  * @ze: first zone not to reset.
 797  * @all_zones: whether to reset all zones or only those zones for which the
 798  *      write pointer is not a multiple of td->o.min_bs[DDIR_WRITE].
 799  */
 800 static int zbd_reset_zones(struct thread_data *td, struct fio_file *f,
 801                            struct fio_zone_info *const zb,
 802                            struct fio_zone_info *const ze, bool all_zones)
 803 {
 804         struct fio_zone_info *z;
 805         const uint32_t min_bs = td->o.min_bs[DDIR_WRITE];
 806         bool reset_wp;
 807         int res = 0;
 808
 809         assert(min_bs);
 810
 811         dprint(FD_ZBD, "%s: examining zones %u .. %u\n", f->file_name,
 812                 zbd_zone_nr(f, zb), zbd_zone_nr(f, ze));
 813         for (z = zb; z < ze; z++) {
 814                 uint32_t nz = zbd_zone_nr(f, z);
 815
 816                 if (!z->has_wp)
 817                         continue;
 818                 zone_lock(td, f, z);
 819                 if (all_zones) {
 820                         pthread_mutex_lock(&f->zbd_info->mutex);
 821                         zbd_close_zone(td, f, nz);
 822                         pthread_mutex_unlock(&f->zbd_info->mutex);
 823
 824                         reset_wp = z->wp != z->start;
 825                 } else {
 826                         reset_wp = z->wp % min_bs != 0;
 827                 }
 828                 if (reset_wp) {
 829                         dprint(FD_ZBD, "%s: resetting zone %u\n",
 830                                f->file_name, zbd_zone_nr(f, z));
 831                         if (zbd_reset_zone(td, f, z) < 0)
 832                                 res = 1;
 833                 }
 834                 zone_unlock(z);
 835         }
 836
 837         return res;
 838 }
 839
 840 /*
 841  * Reset zbd_info.write_cnt, the counter that counts down towards the next
 842  * zone reset.
 843  */
 844 static void _zbd_reset_write_cnt(const struct thread_data *td,
 845                                  const struct fio_file *f)
 846 {
 847         assert(0 <= td->o.zrf.u.f && td->o.zrf.u.f <= 1);
 848
 849         f->zbd_info->write_cnt = td->o.zrf.u.f ?
 850                 min(1.0 / td->o.zrf.u.f, 0.0 + UINT_MAX) : UINT_MAX;
 851 }
 852
 853 static void zbd_reset_write_cnt(const struct thread_data *td,
 854                                 const struct fio_file *f)
 855 {
 856         pthread_mutex_lock(&f->zbd_info->mutex);
 857         _zbd_reset_write_cnt(td, f);
 858         pthread_mutex_unlock(&f->zbd_info->mutex);
 859 }
 860
 861 static bool zbd_dec_and_reset_write_cnt(const struct thread_data *td,
 862                                         const struct fio_file *f)
 863 {
 864         uint32_t write_cnt = 0;
 865
 866         pthread_mutex_lock(&f->zbd_info->mutex);
 867         assert(f->zbd_info->write_cnt);
 868         if (f->zbd_info->write_cnt)
 869                 write_cnt = --f->zbd_info->write_cnt;
 870         if (write_cnt == 0)
 871                 _zbd_reset_write_cnt(td, f);
 872         pthread_mutex_unlock(&f->zbd_info->mutex);
 873
 874         return write_cnt == 0;
 875 }
 876
 877 enum swd_action {
 878         CHECK_SWD,
 879         SET_SWD,
 880 };
 881
 882 /* Calculate the number of sectors with data (swd) and perform action 'a' */
 883 static uint64_t zbd_process_swd(const struct fio_file *f, enum swd_action a)
 884 {
 885         struct fio_zone_info *zb, *ze, *z;
 886         uint64_t swd = 0;
 887
 888         zb = get_zone(f, f->min_zone);
 889         ze = get_zone(f, f->max_zone);
 890         for (z = zb; z < ze; z++) {
 891                 pthread_mutex_lock(&z->mutex);
 892                 swd += z->wp - z->start;
 893         }
 894         pthread_mutex_lock(&f->zbd_info->mutex);
 895         switch (a) {
 896         case CHECK_SWD:
 897                 assert(f->zbd_info->sectors_with_data == swd);
 898                 break;
 899         case SET_SWD:
 900                 f->zbd_info->sectors_with_data = swd;
 901                 break;
 902         }
 903         pthread_mutex_unlock(&f->zbd_info->mutex);
 904         for (z = zb; z < ze; z++)
 905                 zone_unlock(z);
 906
 907         return swd;
 908 }
 909
 910 /*
 911  * The swd check is useful for debugging but takes too much time to leave
 912  * it enabled all the time. Hence it is disabled by default.
 913  */
 914 static const bool enable_check_swd = false;
 915
 916 /* Check whether the value of zbd_info.sectors_with_data is correct. */
 917 static void zbd_check_swd(const struct fio_file *f)
 918 {
 919         if (!enable_check_swd)
 920                 return;
 921
 922         zbd_process_swd(f, CHECK_SWD);
 923 }
 924
 925 static void zbd_init_swd(struct fio_file *f)
 926 {
 927         uint64_t swd;
 928
 929         if (!enable_check_swd)
 930                 return;
 931
 932         swd = zbd_process_swd(f, SET_SWD);
 933         dprint(FD_ZBD, "%s(%s): swd = %" PRIu64 "\n", __func__, f->file_name,
 934                swd);
 935 }
 936
 937 void zbd_file_reset(struct thread_data *td, struct fio_file *f)
 938 {
 939         struct fio_zone_info *zb, *ze;
 940
 941         if (!f->zbd_info || !td_write(td))
 942                 return;
 943
 944         zb = get_zone(f, f->min_zone);
 945         ze = get_zone(f, f->max_zone);
 946         zbd_init_swd(f);
 947         /*
 948          * If data verification is enabled reset the affected zones before
 949          * writing any data to avoid that a zone reset has to be issued while
 950          * writing data, which causes data loss.
 951          */
 952         zbd_reset_zones(td, f, zb, ze, td->o.verify != VERIFY_NONE &&
 953                         td->runstate != TD_VERIFYING);
 954         zbd_reset_write_cnt(td, f);
 955 }
 956
 957 /* The caller must hold f->zbd_info->mutex. */
 958 static bool is_zone_open(const struct thread_data *td, const struct fio_file *f,
 959                          unsigned int zone_idx)
 960 {
 961         struct zoned_block_device_info *zbdi = f->zbd_info;
 962         int i;
 963
 964         assert(td->o.job_max_open_zones == 0 || td->num_open_zones <= td->o.job_max_open_zones);
 965         assert(td->o.job_max_open_zones <= zbdi->max_open_zones);
 966         assert(zbdi->num_open_zones <= zbdi->max_open_zones);
 967
 968         for (i = 0; i < zbdi->num_open_zones; i++)
 969                 if (zbdi->open_zones[i] == zone_idx)
 970                         return true;
 971
 972         return false;
 973 }
 974
 975 /*
 976  * Open a ZBD zone if it was not yet open. Returns true if either the zone was
 977  * already open or if opening a new zone is allowed. Returns false if the zone
 978  * was not yet open and opening a new zone would cause the zone limit to be
 979  * exceeded.
 980  */
 981 static bool zbd_open_zone(struct thread_data *td, const struct fio_file *f,
 982                           uint32_t zone_idx)
 983 {
 984         const uint32_t min_bs = td->o.min_bs[DDIR_WRITE];
 985         struct fio_zone_info *z = get_zone(f, zone_idx);
 986         bool res = true;
 987
 988         if (z->cond == ZBD_ZONE_COND_OFFLINE)
 989                 return false;
 990
 991         /*
 992          * Skip full zones with data verification enabled because resetting a
 993          * zone causes data loss and hence causes verification to fail.
 994          */
 995         if (td->o.verify != VERIFY_NONE && zbd_zone_full(f, z, min_bs))
 996                 return false;
 997
 998         pthread_mutex_lock(&f->zbd_info->mutex);
 999         if (is_zone_open(td, f, zone_idx)) {
1000                 /*
1001                  * If the zone is already open and going to be full by writes
1002                  * in-flight, handle it as a full zone instead of an open zone.
1003                  */
1004                 if (z->wp >= zbd_zone_capacity_end(z))
1005                         res = false;
1006                 goto out;
1007         }
1008         res = false;
1009         /* Zero means no limit */
1010         if (td->o.job_max_open_zones > 0 &&
1011             td->num_open_zones >= td->o.job_max_open_zones)
1012                 goto out;
1013         if (f->zbd_info->num_open_zones >= f->zbd_info->max_open_zones)
1014                 goto out;
1015         dprint(FD_ZBD, "%s: opening zone %d\n", f->file_name, zone_idx);
1016         f->zbd_info->open_zones[f->zbd_info->num_open_zones++] = zone_idx;
1017         td->num_open_zones++;
1018         z->open = 1;
1019         res = true;
1020
1021 out:
1022         pthread_mutex_unlock(&f->zbd_info->mutex);
1023         return res;
1024 }
1025
1026 /* Anything goes as long as it is not a constant. */
1027 static uint32_t pick_random_zone_idx(const struct fio_file *f,
1028                                      const struct io_u *io_u)
1029 {
1030         return io_u->offset * f->zbd_info->num_open_zones / f->real_file_size;
1031 }
1032
1033 /*
1034  * Modify the offset of an I/O unit that does not refer to an open zone such
1035  * that it refers to an open zone. Close an open zone and open a new zone if
1036  * necessary. This algorithm can only work correctly if all write pointers are
1037  * a multiple of the fio block size. The caller must neither hold z->mutex
1038  * nor f->zbd_info->mutex. Returns with z->mutex held upon success.
1039  */
1040 static struct fio_zone_info *zbd_convert_to_open_zone(struct thread_data *td,
1041                                                       struct io_u *io_u)
1042 {
1043         const uint32_t min_bs = td->o.min_bs[io_u->ddir];
1044         struct fio_file *f = io_u->file;
1045         struct fio_zone_info *z;
1046         unsigned int open_zone_idx = -1;
1047         uint32_t zone_idx, new_zone_idx;
1048         int i;
1049         bool wait_zone_close;
1050
1051         assert(is_valid_offset(f, io_u->offset));
1052
1053         if (td->o.max_open_zones || td->o.job_max_open_zones) {
1054                 /*
1055                  * This statement accesses f->zbd_info->open_zones[] on purpose
1056                  * without locking.
1057                  */
1058                 zone_idx = f->zbd_info->open_zones[pick_random_zone_idx(f, io_u)];
1059         } else {
1060                 zone_idx = zbd_zone_idx(f, io_u->offset);
1061         }
1062         if (zone_idx < f->min_zone)
1063                 zone_idx = f->min_zone;
1064         else if (zone_idx >= f->max_zone)
1065                 zone_idx = f->max_zone - 1;
1066         dprint(FD_ZBD, "%s(%s): starting from zone %d (offset %lld, buflen %lld)\n",
1067                __func__, f->file_name, zone_idx, io_u->offset, io_u->buflen);
1068
1069         /*
1070          * Since z->mutex is the outer lock and f->zbd_info->mutex the inner
1071          * lock it can happen that the state of the zone with index zone_idx
1072          * has changed after 'z' has been assigned and before f->zbd_info->mutex
1073          * has been obtained. Hence the loop.
1074          */
1075         for (;;) {
1076                 uint32_t tmp_idx;
1077
1078                 z = get_zone(f, zone_idx);
1079
1080                 zone_lock(td, f, z);
1081                 pthread_mutex_lock(&f->zbd_info->mutex);
1082                 if (z->cond != ZBD_ZONE_COND_OFFLINE &&
1083                     td->o.max_open_zones == 0 && td->o.job_max_open_zones == 0)
1084                         goto examine_zone;
1085                 if (f->zbd_info->num_open_zones == 0) {
1086                         dprint(FD_ZBD, "%s(%s): no zones are open\n",
1087                                __func__, f->file_name);
1088                         goto open_other_zone;
1089                 }
1090
1091                 /*
1092                  * List of opened zones is per-device, shared across all threads.
1093                  * Start with quasi-random candidate zone.
1094                  * Ignore zones which don't belong to thread's offset/size area.
1095                  */
1096                 open_zone_idx = pick_random_zone_idx(f, io_u);
1097                 assert(open_zone_idx < f->zbd_info->num_open_zones);
1098                 tmp_idx = open_zone_idx;
1099                 for (i = 0; i < f->zbd_info->num_open_zones; i++) {
1100                         uint32_t tmpz;
1101
1102                         if (tmp_idx >= f->zbd_info->num_open_zones)
1103                                 tmp_idx = 0;
1104                         tmpz = f->zbd_info->open_zones[tmp_idx];
1105                         if (f->min_zone <= tmpz && tmpz < f->max_zone) {
1106                                 open_zone_idx = tmp_idx;
1107                                 goto found_candidate_zone;
1108                         }
1109
1110                         tmp_idx++;
1111                 }
1112
1113                 dprint(FD_ZBD, "%s(%s): no candidate zone\n",
1114                         __func__, f->file_name);
1115                 pthread_mutex_unlock(&f->zbd_info->mutex);
1116                 zone_unlock(z);
1117                 return NULL;
1118
1119 found_candidate_zone:
1120                 new_zone_idx = f->zbd_info->open_zones[open_zone_idx];
1121                 if (new_zone_idx == zone_idx)
1122                         break;
1123                 zone_idx = new_zone_idx;
1124                 pthread_mutex_unlock(&f->zbd_info->mutex);
1125                 zone_unlock(z);
1126         }
1127
1128         /* Both z->mutex and f->zbd_info->mutex are held. */
1129
1130 examine_zone:
1131         if (z->wp + min_bs <= zbd_zone_capacity_end(z)) {
1132                 pthread_mutex_unlock(&f->zbd_info->mutex);
1133                 goto out;
1134         }
1135
1136 open_other_zone:
1137         /* Check if number of open zones reaches one of limits. */
1138         wait_zone_close =
1139                 f->zbd_info->num_open_zones == f->max_zone - f->min_zone ||
1140                 (td->o.max_open_zones &&
1141                  f->zbd_info->num_open_zones == td->o.max_open_zones) ||
1142                 (td->o.job_max_open_zones &&
1143                  td->num_open_zones == td->o.job_max_open_zones);
1144
1145         pthread_mutex_unlock(&f->zbd_info->mutex);
1146
1147         /* Only z->mutex is held. */
1148
1149         /*
1150          * When number of open zones reaches to one of limits, wait for
1151          * zone close before opening a new zone.
1152          */
1153         if (wait_zone_close) {
1154                 dprint(FD_ZBD, "%s(%s): quiesce to allow open zones to close\n",
1155                        __func__, f->file_name);
1156                 io_u_quiesce(td);
1157         }
1158
1159         /* Zone 'z' is full, so try to open a new zone. */
1160         for (i = f->io_size / f->zbd_info->zone_size; i > 0; i--) {
1161                 zone_idx++;
1162                 zone_unlock(z);
1163                 z++;
1164                 if (!is_valid_offset(f, z->start)) {
1165                         /* Wrap-around. */
1166                         zone_idx = f->min_zone;
1167                         z = get_zone(f, zone_idx);
1168                 }
1169                 assert(is_valid_offset(f, z->start));
1170                 zone_lock(td, f, z);
1171                 if (z->open)
1172                         continue;
1173                 if (zbd_open_zone(td, f, zone_idx))
1174                         goto out;
1175         }
1176
1177         /* Only z->mutex is held. */
1178
1179         /* Check whether the write fits in any of the already opened zones. */
1180         pthread_mutex_lock(&f->zbd_info->mutex);
1181         for (i = 0; i < f->zbd_info->num_open_zones; i++) {
1182                 zone_idx = f->zbd_info->open_zones[i];
1183                 if (zone_idx < f->min_zone || zone_idx >= f->max_zone)
1184                         continue;
1185                 pthread_mutex_unlock(&f->zbd_info->mutex);
1186                 zone_unlock(z);
1187
1188                 z = get_zone(f, zone_idx);
1189
1190                 zone_lock(td, f, z);
1191                 if (z->wp + min_bs <= zbd_zone_capacity_end(z))
1192                         goto out;
1193                 pthread_mutex_lock(&f->zbd_info->mutex);
1194         }
1195         pthread_mutex_unlock(&f->zbd_info->mutex);
1196         zone_unlock(z);
1197         dprint(FD_ZBD, "%s(%s): did not open another zone\n", __func__,
1198                f->file_name);
1199         return NULL;
1200
1201 out:
1202         dprint(FD_ZBD, "%s(%s): returning zone %d\n", __func__, f->file_name,
1203                zone_idx);
1204         io_u->offset = z->start;
1205         assert(z->cond != ZBD_ZONE_COND_OFFLINE);
1206         return z;
1207 }
1208
1209 /* The caller must hold z->mutex. */
1210 static struct fio_zone_info *zbd_replay_write_order(struct thread_data *td,
1211                                                     struct io_u *io_u,
1212                                                     struct fio_zone_info *z)
1213 {
1214         const struct fio_file *f = io_u->file;
1215         const uint32_t min_bs = td->o.min_bs[DDIR_WRITE];
1216
1217         if (!zbd_open_zone(td, f, zbd_zone_nr(f, z))) {
1218                 zone_unlock(z);
1219                 z = zbd_convert_to_open_zone(td, io_u);
1220                 assert(z);
1221         }
1222
1223         if (z->verify_block * min_bs >= z->capacity)
1224                 log_err("%s: %d * %d >= %llu\n", f->file_name, z->verify_block,
1225                         min_bs, (unsigned long long)z->capacity);
1226         io_u->offset = z->start + z->verify_block++ * min_bs;
1227         return z;
1228 }
1229
1230 /*
1231  * Find another zone for which @io_u fits below the write pointer. Start
1232  * searching in zones @zb + 1 .. @zl and continue searching in zones
1233  * @zf .. @zb - 1.
1234  *
1235  * Either returns NULL or returns a zone pointer and holds the mutex for that
1236  * zone.
1237  */
1238 static struct fio_zone_info *
1239 zbd_find_zone(struct thread_data *td, struct io_u *io_u,
1240               struct fio_zone_info *zb, struct fio_zone_info *zl)
1241 {
1242         const uint32_t min_bs = td->o.min_bs[io_u->ddir];
1243         struct fio_file *f = io_u->file;
1244         struct fio_zone_info *z1, *z2;
1245         const struct fio_zone_info *const zf = get_zone(f, f->min_zone);
1246
1247         /*
1248          * Skip to the next non-empty zone in case of sequential I/O and to
1249          * the nearest non-empty zone in case of random I/O.
1250          */
1251         for (z1 = zb + 1, z2 = zb - 1; z1 < zl || z2 >= zf; z1++, z2--) {
1252                 if (z1 < zl && z1->cond != ZBD_ZONE_COND_OFFLINE) {
1253                         zone_lock(td, f, z1);
1254                         if (z1->start + min_bs <= z1->wp)
1255                                 return z1;
1256                         zone_unlock(z1);
1257                 } else if (!td_random(td)) {
1258                         break;
1259                 }
1260                 if (td_random(td) && z2 >= zf &&
1261                     z2->cond != ZBD_ZONE_COND_OFFLINE) {
1262                         zone_lock(td, f, z2);
1263                         if (z2->start + min_bs <= z2->wp)
1264                                 return z2;
1265                         zone_unlock(z2);
1266                 }
1267         }
1268         dprint(FD_ZBD, "%s: adjusting random read offset failed\n",
1269                f->file_name);
1270         return NULL;
1271 }
1272
1273 /**
1274  * zbd_end_zone_io - update zone status at command completion
1275  * @io_u: I/O unit
1276  * @z: zone info pointer
1277  *
1278  * If the write command made the zone full, close it.
1279  *
1280  * The caller must hold z->mutex.
1281  */
1282 static void zbd_end_zone_io(struct thread_data *td, const struct io_u *io_u,
1283                             struct fio_zone_info *z)
1284 {
1285         const struct fio_file *f = io_u->file;
1286
1287         if (io_u->ddir == DDIR_WRITE &&
1288             io_u->offset + io_u->buflen >= zbd_zone_capacity_end(z)) {
1289                 pthread_mutex_lock(&f->zbd_info->mutex);
1290                 zbd_close_zone(td, f, zbd_zone_nr(f, z));
1291                 pthread_mutex_unlock(&f->zbd_info->mutex);
1292         }
1293 }
1294
1295 /**
1296  * zbd_queue_io - update the write pointer of a sequential zone
1297  * @io_u: I/O unit
1298  * @success: Whether or not the I/O unit has been queued successfully
1299  * @q: queueing status (busy, completed or queued).
1300  *
1301  * For write and trim operations, update the write pointer of the I/O unit
1302  * target zone.
1303  */
1304 static void zbd_queue_io(struct thread_data *td, struct io_u *io_u, int q,
1305                          bool success)
1306 {
1307         const struct fio_file *f = io_u->file;
1308         struct zoned_block_device_info *zbd_info = f->zbd_info;
1309         struct fio_zone_info *z;
1310         uint32_t zone_idx;
1311         uint64_t zone_end;
1312
1313         if (!zbd_info)
1314                 return;
1315
1316         zone_idx = zbd_zone_idx(f, io_u->offset);
1317         assert(zone_idx < zbd_info->nr_zones);
1318         z = get_zone(f, zone_idx);
1319
1320         if (!z->has_wp)
1321                 return;
1322
1323         if (!success)
1324                 goto unlock;
1325
1326         dprint(FD_ZBD,
1327                "%s: queued I/O (%lld, %llu) for zone %u\n",
1328                f->file_name, io_u->offset, io_u->buflen, zone_idx);
1329
1330         switch (io_u->ddir) {
1331         case DDIR_WRITE:
1332                 zone_end = min((uint64_t)(io_u->offset + io_u->buflen),
1333                                zbd_zone_capacity_end(z));
1334                 pthread_mutex_lock(&zbd_info->mutex);
1335                 /*
1336                  * z->wp > zone_end means that one or more I/O errors
1337                  * have occurred.
1338                  */
1339                 if (z->wp <= zone_end)
1340                         zbd_info->sectors_with_data += zone_end - z->wp;
1341                 pthread_mutex_unlock(&zbd_info->mutex);
1342                 z->wp = zone_end;
1343                 break;
1344         case DDIR_TRIM:
1345                 assert(z->wp == z->start);
1346                 break;
1347         default:
1348                 break;
1349         }
1350
1351         if (q == FIO_Q_COMPLETED && !io_u->error)
1352                 zbd_end_zone_io(td, io_u, z);
1353
1354 unlock:
1355         if (!success || q != FIO_Q_QUEUED) {
1356                 /* BUSY or COMPLETED: unlock the zone */
1357                 zone_unlock(z);
1358                 io_u->zbd_put_io = NULL;
1359         }
1360 }
1361
1362 /**
1363  * zbd_put_io - Unlock an I/O unit target zone lock
1364  * @io_u: I/O unit
1365  */
1366 static void zbd_put_io(struct thread_data *td, const struct io_u *io_u)
1367 {
1368         const struct fio_file *f = io_u->file;
1369         struct zoned_block_device_info *zbd_info = f->zbd_info;
1370         struct fio_zone_info *z;
1371         uint32_t zone_idx;
1372
1373         if (!zbd_info)
1374                 return;
1375
1376         zone_idx = zbd_zone_idx(f, io_u->offset);
1377         assert(zone_idx < zbd_info->nr_zones);
1378         z = get_zone(f, zone_idx);
1379
1380         if (!z->has_wp)
1381                 return;
1382
1383         dprint(FD_ZBD,
1384                "%s: terminate I/O (%lld, %llu) for zone %u\n",
1385                f->file_name, io_u->offset, io_u->buflen, zone_idx);
1386
1387         zbd_end_zone_io(td, io_u, z);
1388
1389         zone_unlock(z);
1390         zbd_check_swd(f);
1391 }
1392
1393 /*
1394  * Windows and MacOS do not define this.
1395  */
1396 #ifndef EREMOTEIO
1397 #define EREMOTEIO       121     /* POSIX value */
1398 #endif
1399
1400 bool zbd_unaligned_write(int error_code)
1401 {
1402         switch (error_code) {
1403         case EIO:
1404         case EREMOTEIO:
1405                 return true;
1406         }
1407         return false;
1408 }
1409
1410 /**
1411  * setup_zbd_zone_mode - handle zoneskip as necessary for ZBD drives
1412  * @td: FIO thread data.
1413  * @io_u: FIO I/O unit.
1414  *
1415  * For sequential workloads, change the file offset to skip zoneskip bytes when
1416  * no more IO can be performed in the current zone.
1417  * - For read workloads, zoneskip is applied when the io has reached the end of
1418  *   the zone or the zone write position (when td->o.read_beyond_wp is false).
1419  * - For write workloads, zoneskip is applied when the zone is full.
1420  * This applies only to read and write operations.
1421  */
1422 void setup_zbd_zone_mode(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
1423 {
1424         struct fio_file *f = io_u->file;
1425         enum fio_ddir ddir = io_u->ddir;
1426         struct fio_zone_info *z;
1427         uint32_t zone_idx;
1428
1429         assert(td->o.zone_mode == ZONE_MODE_ZBD);
1430         assert(td->o.zone_size);
1431
1432         zone_idx = zbd_zone_idx(f, f->last_pos[ddir]);
1433         z = get_zone(f, zone_idx);
1434
1435         /*
1436          * When the zone capacity is smaller than the zone size and the I/O is
1437          * sequential write, skip to zone end if the latest position is at the
1438          * zone capacity limit.
1439          */
1440         if (z->capacity < f->zbd_info->zone_size && !td_random(td) &&
1441             ddir == DDIR_WRITE &&
1442             f->last_pos[ddir] >= zbd_zone_capacity_end(z)) {
1443                 dprint(FD_ZBD,
1444                        "%s: Jump from zone capacity limit to zone end:"
1445                        " (%llu -> %llu) for zone %u (%llu)\n",
1446                        f->file_name, (unsigned long long) f->last_pos[ddir],
1447                        (unsigned long long) zbd_zone_end(z), zone_idx,
1448                        (unsigned long long) z->capacity);
1449                 td->io_skip_bytes += zbd_zone_end(z) - f->last_pos[ddir];
1450                 f->last_pos[ddir] = zbd_zone_end(z);
1451         }
1452
1453         /*
1454          * zone_skip is valid only for sequential workloads.
1455          */
1456         if (td_random(td) || !td->o.zone_skip)
1457                 return;
1458
1459         /*
1460          * It is time to switch to a new zone if:
1461          * - zone_bytes == zone_size bytes have already been accessed
1462          * - The last position reached the end of the current zone.
1463          * - For reads with td->o.read_beyond_wp == false, the last position
1464          *   reached the zone write pointer.
1465          */
1466         if (td->zone_bytes >= td->o.zone_size ||
1467             f->last_pos[ddir] >= zbd_zone_end(z) ||
1468             (ddir == DDIR_READ &&
1469              (!td->o.read_beyond_wp) && f->last_pos[ddir] >= z->wp)) {
1470                 /*
1471                  * Skip zones.
1472                  */
1473                 td->zone_bytes = 0;
1474                 f->file_offset += td->o.zone_size + td->o.zone_skip;
1475
1476                 /*
1477                  * Wrap from the beginning, if we exceed the file size
1478                  */
1479                 if (f->file_offset >= f->real_file_size)
1480                         f->file_offset = get_start_offset(td, f);
1481
1482                 f->last_pos[ddir] = f->file_offset;
1483                 td->io_skip_bytes += td->o.zone_skip;
1484         }
1485 }
1486
1487 /**
1488  * zbd_adjust_ddir - Adjust an I/O direction for zonemode=zbd.
1489  *
1490  * @td: FIO thread data.
1491  * @io_u: FIO I/O unit.
1492  * @ddir: I/O direction before adjustment.
1493  *
1494  * Return adjusted I/O direction.
1495  */
1496 enum fio_ddir zbd_adjust_ddir(struct thread_data *td, struct io_u *io_u,
1497                               enum fio_ddir ddir)
1498 {
1499         /*
1500          * In case read direction is chosen for the first random I/O, fio with
1501          * zonemode=zbd stops because no data can be read from zoned block
1502          * devices with all empty zones. Overwrite the first I/O direction as
1503          * write to make sure data to read exists.
1504          */
1505         if (ddir != DDIR_READ || !td_rw(td))
1506                 return ddir;
1507
1508         if (io_u->file->zbd_info->sectors_with_data ||
1509             td->o.read_beyond_wp)
1510                 return DDIR_READ;
1511
1512         return DDIR_WRITE;
1513 }
1514
1515 /**
1516  * zbd_adjust_block - adjust the offset and length as necessary for ZBD drives
1517  * @td: FIO thread data.
1518  * @io_u: FIO I/O unit.
1519  *
1520  * Locking strategy: returns with z->mutex locked if and only if z refers
1521  * to a sequential zone and if io_u_accept is returned. z is the zone that
1522  * corresponds to io_u->offset at the end of this function.
1523  */
1524 enum io_u_action zbd_adjust_block(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
1525 {
1526         struct fio_file *f = io_u->file;
1527         uint32_t zone_idx_b;
1528         struct fio_zone_info *zb, *zl, *orig_zb;
1529         uint32_t orig_len = io_u->buflen;
1530         uint32_t min_bs = td->o.min_bs[io_u->ddir];
1531         uint64_t new_len;
1532         int64_t range;
1533
1534         if (!f->zbd_info)
1535                 return io_u_accept;
1536
1537         assert(min_bs);
1538         assert(is_valid_offset(f, io_u->offset));
1539         assert(io_u->buflen);
1540         zone_idx_b = zbd_zone_idx(f, io_u->offset);
1541         zb = get_zone(f, zone_idx_b);
1542         orig_zb = zb;
1543
1544         /* Accept the I/O offset for conventional zones. */
1545         if (!zb->has_wp)
1546                 return io_u_accept;
1547
1548         /*
1549          * Accept the I/O offset for reads if reading beyond the write pointer
1550          * is enabled.
1551          */
1552         if (zb->cond != ZBD_ZONE_COND_OFFLINE &&
1553             io_u->ddir == DDIR_READ && td->o.read_beyond_wp)
1554                 return io_u_accept;
1555
1556         zbd_check_swd(f);
1557
1558         zone_lock(td, f, zb);
1559
1560         switch (io_u->ddir) {
1561         case DDIR_READ:
1562                 if (td->runstate == TD_VERIFYING && td_write(td)) {
1563                         zb = zbd_replay_write_order(td, io_u, zb);
1564                         /*
1565                          * Since we return with the zone lock still held,
1566                          * add an annotation to let Coverity know that it
1567                          * is intentional.
1568                          */
1569                         /* coverity[missing_unlock] */
1570                         goto accept;
1571                 }
1572                 /*
1573                  * Check that there is enough written data in the zone to do an
1574                  * I/O of at least min_bs B. If there isn't, find a new zone for
1575                  * the I/O.
1576                  */
1577                 range = zb->cond != ZBD_ZONE_COND_OFFLINE ?
1578                         zb->wp - zb->start : 0;
1579                 if (range < min_bs ||
1580                     ((!td_random(td)) && (io_u->offset + min_bs > zb->wp))) {
1581                         zone_unlock(zb);
1582                         zl = get_zone(f, f->max_zone);
1583                         zb = zbd_find_zone(td, io_u, zb, zl);
1584                         if (!zb) {
1585                                 dprint(FD_ZBD,
1586                                        "%s: zbd_find_zone(%lld, %llu) failed\n",
1587                                        f->file_name, io_u->offset,
1588                                        io_u->buflen);
1589                                 goto eof;
1590                         }
1591                         /*
1592                          * zbd_find_zone() returned a zone with a range of at
1593                          * least min_bs.
1594                          */
1595                         range = zb->wp - zb->start;
1596                         assert(range >= min_bs);
1597
1598                         if (!td_random(td))
1599                                 io_u->offset = zb->start;
1600                 }
1601                 /*
1602                  * Make sure the I/O is within the zone valid data range while
1603                  * maximizing the I/O size and preserving randomness.
1604                  */
1605                 if (range <= io_u->buflen)
1606                         io_u->offset = zb->start;
1607                 else if (td_random(td))
1608                         io_u->offset = zb->start +
1609                                 ((io_u->offset - orig_zb->start) %
1610                                  (range - io_u->buflen)) / min_bs * min_bs;
1611                 /*
1612                  * Make sure the I/O does not cross over the zone wp position.
1613                  */
1614                 new_len = min((unsigned long long)io_u->buflen,
1615                               (unsigned long long)(zb->wp - io_u->offset));
1616                 new_len = new_len / min_bs * min_bs;
1617                 if (new_len < io_u->buflen) {
1618                         io_u->buflen = new_len;
1619                         dprint(FD_IO, "Changed length from %u into %llu\n",
1620                                orig_len, io_u->buflen);
1621                 }
1622                 assert(zb->start <= io_u->offset);
1623                 assert(io_u->offset + io_u->buflen <= zb->wp);
1624                 goto accept;
1625         case DDIR_WRITE:
1626                 if (io_u->buflen > f->zbd_info->zone_size)
1627                         goto eof;
1628                 if (!zbd_open_zone(td, f, zone_idx_b)) {
1629                         zone_unlock(zb);
1630                         zb = zbd_convert_to_open_zone(td, io_u);
1631                         if (!zb)
1632                                 goto eof;
1633                         zone_idx_b = zbd_zone_nr(f, zb);
1634                 }
1635                 /* Check whether the zone reset threshold has been exceeded */
1636                 if (td->o.zrf.u.f) {
1637                         if (f->zbd_info->sectors_with_data >=
1638                             f->io_size * td->o.zrt.u.f &&
1639                             zbd_dec_and_reset_write_cnt(td, f)) {
1640                                 zb->reset_zone = 1;
1641                         }
1642                 }
1643                 /* Reset the zone pointer if necessary */
1644                 if (zb->reset_zone || zbd_zone_full(f, zb, min_bs)) {
1645                         assert(td->o.verify == VERIFY_NONE);
1646                         /*
1647                          * Since previous write requests may have been submitted
1648                          * asynchronously and since we will submit the zone
1649                          * reset synchronously, wait until previously submitted
1650                          * write requests have completed before issuing a
1651                          * zone reset.
1652                          */
1653                         io_u_quiesce(td);
1654                         zb->reset_zone = 0;
1655                         if (zbd_reset_zone(td, f, zb) < 0)
1656                                 goto eof;
1657
1658                         if (zb->capacity < min_bs) {
1659                                 log_err("zone capacity %llu smaller than minimum block size %d\n",
1660                                         (unsigned long long)zb->capacity,
1661                                         min_bs);
1662                                 goto eof;
1663                         }
1664                 }
1665                 /* Make writes occur at the write pointer */
1666                 assert(!zbd_zone_full(f, zb, min_bs));
1667                 io_u->offset = zb->wp;
1668                 if (!is_valid_offset(f, io_u->offset)) {
1669                         dprint(FD_ZBD, "Dropped request with offset %llu\n",
1670                                io_u->offset);
1671                         goto eof;
1672                 }
1673                 /*
1674                  * Make sure that the buflen is a multiple of the minimal
1675                  * block size. Give up if shrinking would make the request too
1676                  * small.
1677                  */
1678                 new_len = min((unsigned long long)io_u->buflen,
1679                               zbd_zone_capacity_end(zb) - io_u->offset);
1680                 new_len = new_len / min_bs * min_bs;
1681                 if (new_len == io_u->buflen)
1682                         goto accept;
1683                 if (new_len >= min_bs) {
1684                         io_u->buflen = new_len;
1685                         dprint(FD_IO, "Changed length from %u into %llu\n",
1686                                orig_len, io_u->buflen);
1687                         goto accept;
1688                 }
1689                 log_err("Zone remainder %lld smaller than minimum block size %d\n",
1690                         (zbd_zone_capacity_end(zb) - io_u->offset),
1691                         min_bs);
1692                 goto eof;
1693         case DDIR_TRIM:
1694                 /* fall-through */
1695         case DDIR_SYNC:
1696         case DDIR_DATASYNC:
1697         case DDIR_SYNC_FILE_RANGE:
1698         case DDIR_WAIT:
1699         case DDIR_LAST:
1700         case DDIR_INVAL:
1701                 goto accept;
1702         }
1703
1704         assert(false);
1705
1706 accept:
1707         assert(zb);
1708         assert(zb->cond != ZBD_ZONE_COND_OFFLINE);
1709         assert(!io_u->zbd_queue_io);
1710         assert(!io_u->zbd_put_io);
1711         io_u->zbd_queue_io = zbd_queue_io;
1712         io_u->zbd_put_io = zbd_put_io;
1713         return io_u_accept;
1714
1715 eof:
1716         if (zb)
1717                 zone_unlock(zb);
1718         return io_u_eof;
1719 }
1720
1721 /* Return a string with ZBD statistics */
1722 char *zbd_write_status(const struct thread_stat *ts)
1723 {
1724         char *res;
1725
1726         if (asprintf(&res, "; %llu zone resets", (unsigned long long) ts->nr_zone_resets) < 0)
1727                 return NULL;
1728         return res;
1729 }