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 <dirent.h>
  11 #include <fcntl.h>
  12 #include <sys/ioctl.h>
  13 #include <sys/stat.h>
  14 #include <unistd.h>
  15 #include <linux/blkzoned.h>
  16
  17 #include "file.h"
  18 #include "fio.h"
  19 #include "lib/pow2.h"
  20 #include "log.h"
  21 #include "oslib/asprintf.h"
  22 #include "smalloc.h"
  23 #include "verify.h"
  24 #include "zbd.h"
  25
  26 /**
  27  * zbd_zone_idx - convert an offset into a zone number
  28  * @f: file pointer.
  29  * @offset: offset in bytes. If this offset is in the first zone_size bytes
  30  *          past the disk size then the index of the sentinel is returned.
  31  */
  32 static uint32_t zbd_zone_idx(const struct fio_file *f, uint64_t offset)
  33 {
  34         uint32_t zone_idx;
  35
  36         if (f->zbd_info->zone_size_log2 > 0)
  37                 zone_idx = offset >> f->zbd_info->zone_size_log2;
  38         else
  39                 zone_idx = offset / f->zbd_info->zone_size;
  40
  41         return min(zone_idx, f->zbd_info->nr_zones);
  42 }
  43
  44 /**
  45  * zbd_zone_full - verify whether a minimum number of bytes remain in a zone
  46  * @f: file pointer.
  47  * @z: zone info pointer.
  48  * @required: minimum number of bytes that must remain in a zone.
  49  *
  50  * The caller must hold z->mutex.
  51  */
  52 static bool zbd_zone_full(const struct fio_file *f, struct fio_zone_info *z,
  53                           uint64_t required)
  54 {
  55         assert((required & 511) == 0);
  56
  57         return z->type == BLK_ZONE_TYPE_SEQWRITE_REQ &&
  58                 z->wp + required > z->start + f->zbd_info->zone_size;
  59 }
  60
  61 static bool is_valid_offset(const struct fio_file *f, uint64_t offset)
  62 {
  63         return (uint64_t)(offset - f->file_offset) < f->io_size;
  64 }
  65
  66 /* Verify whether direct I/O is used for all host-managed zoned drives. */
  67 static bool zbd_using_direct_io(void)
  68 {
  69         struct thread_data *td;
  70         struct fio_file *f;
  71         int i, j;
  72
  73         for_each_td(td, i) {
  74                 if (td->o.odirect || !(td->o.td_ddir & TD_DDIR_WRITE))
  75                         continue;
  76                 for_each_file(td, f, j) {
  77                         if (f->zbd_info &&
  78                             f->zbd_info->model == ZBD_DM_HOST_MANAGED)
  79                                 return false;
  80                 }
  81         }
  82
  83         return true;
  84 }
  85
  86 /* Whether or not the I/O range for f includes one or more sequential zones */
  87 static bool zbd_is_seq_job(struct fio_file *f)
  88 {
  89         uint32_t zone_idx, zone_idx_b, zone_idx_e;
  90
  91         assert(f->zbd_info);
  92         if (f->io_size == 0)
  93                 return false;
  94         zone_idx_b = zbd_zone_idx(f, f->file_offset);
  95         zone_idx_e = zbd_zone_idx(f, f->file_offset + f->io_size - 1);
  96         for (zone_idx = zone_idx_b; zone_idx <= zone_idx_e; zone_idx++)
  97                 if (f->zbd_info->zone_info[zone_idx].type ==
  98                     BLK_ZONE_TYPE_SEQWRITE_REQ)
  99                         return true;
 100
 101         return false;
 102 }
 103
 104 /*
 105  * Verify whether offset and size parameters are aligned with zone boundaries.
 106  */
 107 static bool zbd_verify_sizes(void)
 108 {
 109         const struct fio_zone_info *z;
 110         struct thread_data *td;
 111         struct fio_file *f;
 112         uint64_t new_offset, new_end;
 113         uint32_t zone_idx;
 114         int i, j;
 115
 116         for_each_td(td, i) {
 117                 for_each_file(td, f, j) {
 118                         if (!f->zbd_info)
 119                                 continue;
 120                         if (f->file_offset >= f->real_file_size)
 121                                 continue;
 122                         if (!zbd_is_seq_job(f))
 123                                 continue;
 124
 125                         if (!td->o.zone_size) {
 126                                 td->o.zone_size = f->zbd_info->zone_size;
 127                                 if (!td->o.zone_size) {
 128                                         log_err("%s: invalid 0 zone size\n",
 129                                                 f->file_name);
 130                                         return false;
 131                                 }
 132                         } else if (td->o.zone_size != f->zbd_info->zone_size) {
 133                                 log_err("%s: job parameter zonesize %llu does not match disk zone size %llu.\n",
 134                                         f->file_name, (unsigned long long) td->o.zone_size,
 135                                         (unsigned long long) f->zbd_info->zone_size);
 136                                 return false;
 137                         }
 138
 139                         if (td->o.zone_skip &&
 140                             (td->o.zone_skip < td->o.zone_size ||
 141                              td->o.zone_skip % td->o.zone_size)) {
 142                                 log_err("%s: zoneskip %llu is not a multiple of the device zone size %llu.\n",
 143                                         f->file_name, (unsigned long long) td->o.zone_skip,
 144                                         (unsigned long long) td->o.zone_size);
 145                                 return false;
 146                         }
 147
 148                         zone_idx = zbd_zone_idx(f, f->file_offset);
 149                         z = &f->zbd_info->zone_info[zone_idx];
 150                         if (f->file_offset != z->start) {
 151                                 new_offset = (z+1)->start;
 152                                 if (new_offset >= f->file_offset + f->io_size) {
 153                                         log_info("%s: io_size must be at least one zone\n",
 154                                                  f->file_name);
 155                                         return false;
 156                                 }
 157                                 log_info("%s: rounded up offset from %llu to %llu\n",
 158                                          f->file_name, (unsigned long long) f->file_offset,
 159                                          (unsigned long long) new_offset);
 160                                 f->io_size -= (new_offset - f->file_offset);
 161                                 f->file_offset = new_offset;
 162                         }
 163                         zone_idx = zbd_zone_idx(f, f->file_offset + f->io_size);
 164                         z = &f->zbd_info->zone_info[zone_idx];
 165                         new_end = z->start;
 166                         if (f->file_offset + f->io_size != new_end) {
 167                                 if (new_end <= f->file_offset) {
 168                                         log_info("%s: io_size must be at least one zone\n",
 169                                                  f->file_name);
 170                                         return false;
 171                                 }
 172                                 log_info("%s: rounded down io_size from %llu to %llu\n",
 173                                          f->file_name, (unsigned long long) f->io_size,
 174                                          (unsigned long long) new_end - f->file_offset);
 175                                 f->io_size = new_end - f->file_offset;
 176                         }
 177                 }
 178         }
 179
 180         return true;
 181 }
 182
 183 static bool zbd_verify_bs(void)
 184 {
 185         struct thread_data *td;
 186         struct fio_file *f;
 187         uint32_t zone_size;
 188         int i, j, k;
 189
 190         for_each_td(td, i) {
 191                 for_each_file(td, f, j) {
 192                         if (!f->zbd_info)
 193                                 continue;
 194                         zone_size = f->zbd_info->zone_size;
 195                         for (k = 0; k < ARRAY_SIZE(td->o.bs); k++) {
 196                                 if (td->o.verify != VERIFY_NONE &&
 197                                     zone_size % td->o.bs[k] != 0) {
 198                                         log_info("%s: block size %llu is not a divisor of the zone size %d\n",
 199                                                  f->file_name, td->o.bs[k],
 200                                                  zone_size);
 201                                         return false;
 202                                 }
 203                         }
 204                 }
 205         }
 206         return true;
 207 }
 208
 209 /*
 210  * Read zone information into @buf starting from sector @start_sector.
 211  * @fd is a file descriptor that refers to a block device and @bufsz is the
 212  * size of @buf.
 213  *
 214  * Returns 0 upon success and a negative error code upon failure.
 215  * If the zone report is empty, always assume an error (device problem) and
 216  * return -EIO.
 217  */
 218 static int read_zone_info(int fd, uint64_t start_sector,
 219                           void *buf, unsigned int bufsz)
 220 {
 221         struct blk_zone_report *hdr = buf;
 222         int ret;
 223
 224         if (bufsz < sizeof(*hdr))
 225                 return -EINVAL;
 226
 227         memset(hdr, 0, sizeof(*hdr));
 228
 229         hdr->nr_zones = (bufsz - sizeof(*hdr)) / sizeof(struct blk_zone);
 230         hdr->sector = start_sector;
 231         ret = ioctl(fd, BLKREPORTZONE, hdr);
 232         if (ret)
 233                 return -errno;
 234         if (!hdr->nr_zones)
 235                 return -EIO;
 236         return 0;
 237 }
 238
 239 /*
 240  * Read up to 255 characters from the first line of a file. Strip the trailing
 241  * newline.
 242  */
 243 static char *read_file(const char *path)
 244 {
 245         char line[256], *p = line;
 246         FILE *f;
 247
 248         f = fopen(path, "rb");
 249         if (!f)
 250                 return NULL;
 251         if (!fgets(line, sizeof(line), f))
 252                 line[0] = '\0';
 253         strsep(&p, "\n");
 254         fclose(f);
 255
 256         return strdup(line);
 257 }
 258
 259 static enum blk_zoned_model get_zbd_model(const char *file_name)
 260 {
 261         enum blk_zoned_model model = ZBD_DM_NONE;
 262         char *zoned_attr_path = NULL;
 263         char *model_str = NULL;
 264         struct stat statbuf;
 265         char *sys_devno_path = NULL;
 266         char *part_attr_path = NULL;
 267         char *part_str = NULL;
 268         char sys_path[PATH_MAX];
 269         ssize_t sz;
 270         char *delim = NULL;
 271
 272         if (stat(file_name, &statbuf) < 0)
 273                 goto out;
 274
 275         if (asprintf(&sys_devno_path, "/sys/dev/block/%d:%d",
 276                      major(statbuf.st_rdev), minor(statbuf.st_rdev)) < 0)
 277                 goto out;
 278
 279         sz = readlink(sys_devno_path, sys_path, sizeof(sys_path) - 1);
 280         if (sz < 0)
 281                 goto out;
 282         sys_path[sz] = '\0';
 283
 284         /*
 285          * If the device is a partition device, cut the device name in the
 286          * canonical sysfs path to obtain the sysfs path of the holder device.
 287          *   e.g.:  /sys/devices/.../sda/sda1 -> /sys/devices/.../sda
 288          */
 289         if (asprintf(&part_attr_path, "/sys/dev/block/%s/partition",
 290                      sys_path) < 0)
 291                 goto out;
 292         part_str = read_file(part_attr_path);
 293         if (part_str && *part_str == '1') {
 294                 delim = strrchr(sys_path, '/');
 295                 if (!delim)
 296                         goto out;
 297                 *delim = '\0';
 298         }
 299
 300         if (asprintf(&zoned_attr_path,
 301                      "/sys/dev/block/%s/queue/zoned", sys_path) < 0)
 302                 goto out;
 303
 304         model_str = read_file(zoned_attr_path);
 305         if (!model_str)
 306                 goto out;
 307         dprint(FD_ZBD, "%s: zbd model string: %s\n", file_name, model_str);
 308         if (strcmp(model_str, "host-aware") == 0)
 309                 model = ZBD_DM_HOST_AWARE;
 310         else if (strcmp(model_str, "host-managed") == 0)
 311                 model = ZBD_DM_HOST_MANAGED;
 312
 313 out:
 314         free(model_str);
 315         free(zoned_attr_path);
 316         free(part_str);
 317         free(part_attr_path);
 318         free(sys_devno_path);
 319         return model;
 320 }
 321
 322 static int ilog2(uint64_t i)
 323 {
 324         int log = -1;
 325
 326         while (i) {
 327                 i >>= 1;
 328                 log++;
 329         }
 330         return log;
 331 }
 332
 333 /*
 334  * Initialize f->zbd_info for devices that are not zoned block devices. This
 335  * allows to execute a ZBD workload against a non-ZBD device.
 336  */
 337 static int init_zone_info(struct thread_data *td, struct fio_file *f)
 338 {
 339         uint32_t nr_zones;
 340         struct fio_zone_info *p;
 341         uint64_t zone_size = td->o.zone_size;
 342         struct zoned_block_device_info *zbd_info = NULL;
 343         pthread_mutexattr_t attr;
 344         int i;
 345
 346         if (zone_size == 0) {
 347                 log_err("%s: Specifying the zone size is mandatory for regular block devices with --zonemode=zbd\n\n",
 348                         f->file_name);
 349                 return 1;
 350         }
 351
 352         if (zone_size < 512) {
 353                 log_err("%s: zone size must be at least 512 bytes for --zonemode=zbd\n\n",
 354                         f->file_name);
 355                 return 1;
 356         }
 357
 358         nr_zones = (f->real_file_size + zone_size - 1) / zone_size;
 359         zbd_info = scalloc(1, sizeof(*zbd_info) +
 360                            (nr_zones + 1) * sizeof(zbd_info->zone_info[0]));
 361         if (!zbd_info)
 362                 return -ENOMEM;
 363
 364         pthread_mutexattr_init(&attr);
 365         pthread_mutexattr_settype(&attr, PTHREAD_MUTEX_RECURSIVE);
 366         pthread_mutexattr_setpshared(&attr, true);
 367         pthread_mutex_init(&zbd_info->mutex, &attr);
 368         zbd_info->refcount = 1;
 369         p = &zbd_info->zone_info[0];
 370         for (i = 0; i < nr_zones; i++, p++) {
 371                 pthread_mutex_init(&p->mutex, &attr);
 372                 p->start = i * zone_size;
 373                 p->wp = p->start + zone_size;
 374                 p->type = BLK_ZONE_TYPE_SEQWRITE_REQ;
 375                 p->cond = BLK_ZONE_COND_EMPTY;
 376         }
 377         /* a sentinel */
 378         p->start = nr_zones * zone_size;
 379
 380         f->zbd_info = zbd_info;
 381         f->zbd_info->zone_size = zone_size;
 382         f->zbd_info->zone_size_log2 = is_power_of_2(zone_size) ?
 383                 ilog2(zone_size) : -1;
 384         f->zbd_info->nr_zones = nr_zones;
 385         pthread_mutexattr_destroy(&attr);
 386         return 0;
 387 }
 388
 389 /*
 390  * Parse the BLKREPORTZONE output and store it in f->zbd_info. Must be called
 391  * only for devices that support this ioctl, namely zoned block devices.
 392  */
 393 static int parse_zone_info(struct thread_data *td, struct fio_file *f)
 394 {
 395         const unsigned int bufsz = sizeof(struct blk_zone_report) +
 396                 4096 * sizeof(struct blk_zone);
 397         uint32_t nr_zones;
 398         struct blk_zone_report *hdr;
 399         const struct blk_zone *z;
 400         struct fio_zone_info *p;
 401         uint64_t zone_size, start_sector;
 402         struct zoned_block_device_info *zbd_info = NULL;
 403         pthread_mutexattr_t attr;
 404         void *buf;
 405         int fd, i, j, ret = 0;
 406
 407         pthread_mutexattr_init(&attr);
 408         pthread_mutexattr_settype(&attr, PTHREAD_MUTEX_RECURSIVE);
 409         pthread_mutexattr_setpshared(&attr, true);
 410
 411         buf = malloc(bufsz);
 412         if (!buf)
 413                 goto out;
 414
 415         fd = open(f->file_name, O_RDONLY | O_LARGEFILE);
 416         if (fd < 0) {
 417                 ret = -errno;
 418                 goto free;
 419         }
 420
 421         ret = read_zone_info(fd, 0, buf, bufsz);
 422         if (ret < 0) {
 423                 log_info("fio: BLKREPORTZONE(%lu) failed for %s (%d).\n",
 424                          0UL, f->file_name, -ret);
 425                 goto close;
 426         }
 427         hdr = buf;
 428         if (hdr->nr_zones < 1) {
 429                 log_info("fio: %s has invalid zone information.\n",
 430                          f->file_name);
 431                 goto close;
 432         }
 433         z = (void *)(hdr + 1);
 434         zone_size = z->len << 9;
 435         nr_zones = (f->real_file_size + zone_size - 1) / zone_size;
 436
 437         if (td->o.zone_size == 0) {
 438                 td->o.zone_size = zone_size;
 439         } else if (td->o.zone_size != zone_size) {
 440                 log_err("fio: %s job parameter zonesize %llu does not match disk zone size %llu.\n",
 441                         f->file_name, (unsigned long long) td->o.zone_size,
 442                         (unsigned long long) zone_size);
 443                 ret = -EINVAL;
 444                 goto close;
 445         }
 446
 447         dprint(FD_ZBD, "Device %s has %d zones of size %llu KB\n", f->file_name,
 448                nr_zones, (unsigned long long) zone_size / 1024);
 449
 450         zbd_info = scalloc(1, sizeof(*zbd_info) +
 451                            (nr_zones + 1) * sizeof(zbd_info->zone_info[0]));
 452         ret = -ENOMEM;
 453         if (!zbd_info)
 454                 goto close;
 455         pthread_mutex_init(&zbd_info->mutex, &attr);
 456         zbd_info->refcount = 1;
 457         p = &zbd_info->zone_info[0];
 458         for (start_sector = 0, j = 0; j < nr_zones;) {
 459                 z = (void *)(hdr + 1);
 460                 for (i = 0; i < hdr->nr_zones; i++, j++, z++, p++) {
 461                         pthread_mutex_init(&p->mutex, &attr);
 462                         p->start = z->start << 9;
 463                         switch (z->cond) {
 464                         case BLK_ZONE_COND_NOT_WP:
 465                         case BLK_ZONE_COND_FULL:
 466                                 p->wp = p->start + zone_size;
 467                                 break;
 468                         default:
 469                                 assert(z->start <= z->wp);
 470                                 assert(z->wp <= z->start + (zone_size >> 9));
 471                                 p->wp = z->wp << 9;
 472                                 break;
 473                         }
 474                         p->type = z->type;
 475                         p->cond = z->cond;
 476                         if (j > 0 && p->start != p[-1].start + zone_size) {
 477                                 log_info("%s: invalid zone data\n",
 478                                          f->file_name);
 479                                 ret = -EINVAL;
 480                                 goto close;
 481                         }
 482                 }
 483                 z--;
 484                 start_sector = z->start + z->len;
 485                 if (j >= nr_zones)
 486                         break;
 487                 ret = read_zone_info(fd, start_sector, buf, bufsz);
 488                 if (ret < 0) {
 489                         log_info("fio: BLKREPORTZONE(%llu) failed for %s (%d).\n",
 490                                  (unsigned long long) start_sector, f->file_name, -ret);
 491                         goto close;
 492                 }
 493         }
 494         /* a sentinel */
 495         zbd_info->zone_info[nr_zones].start = start_sector << 9;
 496
 497         f->zbd_info = zbd_info;
 498         f->zbd_info->zone_size = zone_size;
 499         f->zbd_info->zone_size_log2 = is_power_of_2(zone_size) ?
 500                 ilog2(zone_size) : -1;
 501         f->zbd_info->nr_zones = nr_zones;
 502         zbd_info = NULL;
 503         ret = 0;
 504
 505 close:
 506         sfree(zbd_info);
 507         close(fd);
 508 free:
 509         free(buf);
 510 out:
 511         pthread_mutexattr_destroy(&attr);
 512         return ret;
 513 }
 514
 515 /*
 516  * Allocate zone information and store it into f->zbd_info if zonemode=zbd.
 517  *
 518  * Returns 0 upon success and a negative error code upon failure.
 519  */
 520 static int zbd_create_zone_info(struct thread_data *td, struct fio_file *f)
 521 {
 522         enum blk_zoned_model zbd_model;
 523         int ret = 0;
 524
 525         assert(td->o.zone_mode == ZONE_MODE_ZBD);
 526
 527         zbd_model = get_zbd_model(f->file_name);
 528         switch (zbd_model) {
 529         case ZBD_DM_HOST_AWARE:
 530         case ZBD_DM_HOST_MANAGED:
 531                 ret = parse_zone_info(td, f);
 532                 break;
 533         case ZBD_DM_NONE:
 534                 ret = init_zone_info(td, f);
 535                 break;
 536         }
 537         if (ret == 0)
 538                 f->zbd_info->model = zbd_model;
 539         return ret;
 540 }
 541
 542 void zbd_free_zone_info(struct fio_file *f)
 543 {
 544         uint32_t refcount;
 545
 546         if (!f->zbd_info)
 547                 return;
 548
 549         pthread_mutex_lock(&f->zbd_info->mutex);
 550         refcount = --f->zbd_info->refcount;
 551         pthread_mutex_unlock(&f->zbd_info->mutex);
 552
 553         assert((int32_t)refcount >= 0);
 554         if (refcount == 0)
 555                 sfree(f->zbd_info);
 556         f->zbd_info = NULL;
 557 }
 558
 559 /*
 560  * Initialize f->zbd_info.
 561  *
 562  * Returns 0 upon success and a negative error code upon failure.
 563  *
 564  * Note: this function can only work correctly if it is called before the first
 565  * fio fork() call.
 566  */
 567 static int zbd_init_zone_info(struct thread_data *td, struct fio_file *file)
 568 {
 569         struct thread_data *td2;
 570         struct fio_file *f2;
 571         int i, j, ret;
 572
 573         for_each_td(td2, i) {
 574                 for_each_file(td2, f2, j) {
 575                         if (td2 == td && f2 == file)
 576                                 continue;
 577                         if (!f2->zbd_info ||
 578                             strcmp(f2->file_name, file->file_name) != 0)
 579                                 continue;
 580                         file->zbd_info = f2->zbd_info;
 581                         file->zbd_info->refcount++;
 582                         return 0;
 583                 }
 584         }
 585
 586         ret = zbd_create_zone_info(td, file);
 587         if (ret < 0)
 588                 td_verror(td, -ret, "zbd_create_zone_info() failed");
 589         return ret;
 590 }
 591
 592 int zbd_init(struct thread_data *td)
 593 {
 594         struct fio_file *f;
 595         int i;
 596
 597         for_each_file(td, f, i) {
 598                 if (f->filetype != FIO_TYPE_BLOCK)
 599                         continue;
 600                 if (zbd_init_zone_info(td, f))
 601                         return 1;
 602         }
 603
 604         if (!zbd_using_direct_io()) {
 605                 log_err("Using direct I/O is mandatory for writing to ZBD drives\n\n");
 606                 return 1;
 607         }
 608
 609         if (!zbd_verify_sizes())
 610                 return 1;
 611
 612         if (!zbd_verify_bs())
 613                 return 1;
 614
 615         return 0;
 616 }
 617
 618 /**
 619  * zbd_reset_range - reset zones for a range of sectors
 620  * @td: FIO thread data.
 621  * @f: Fio file for which to reset zones
 622  * @sector: Starting sector in units of 512 bytes
 623  * @nr_sectors: Number of sectors in units of 512 bytes
 624  *
 625  * Returns 0 upon success and a negative error code upon failure.
 626  */
 627 static int zbd_reset_range(struct thread_data *td, const struct fio_file *f,
 628                            uint64_t offset, uint64_t length)
 629 {
 630         struct blk_zone_range zr = {
 631                 .sector         = offset >> 9,
 632                 .nr_sectors     = length >> 9,
 633         };
 634         uint32_t zone_idx_b, zone_idx_e;
 635         struct fio_zone_info *zb, *ze, *z;
 636         int ret = 0;
 637
 638         assert(f->fd != -1);
 639         assert(is_valid_offset(f, offset + length - 1));
 640         switch (f->zbd_info->model) {
 641         case ZBD_DM_HOST_AWARE:
 642         case ZBD_DM_HOST_MANAGED:
 643                 ret = ioctl(f->fd, BLKRESETZONE, &zr);
 644                 if (ret < 0) {
 645                         td_verror(td, errno, "resetting wp failed");
 646                         log_err("%s: resetting wp for %llu sectors at sector %llu failed (%d).\n",
 647                                 f->file_name, zr.nr_sectors, zr.sector, errno);
 648                         return ret;
 649                 }
 650                 break;
 651         case ZBD_DM_NONE:
 652                 break;
 653         }
 654
 655         zone_idx_b = zbd_zone_idx(f, offset);
 656         zb = &f->zbd_info->zone_info[zone_idx_b];
 657         zone_idx_e = zbd_zone_idx(f, offset + length);
 658         ze = &f->zbd_info->zone_info[zone_idx_e];
 659         for (z = zb; z < ze; z++) {
 660                 pthread_mutex_lock(&z->mutex);
 661                 pthread_mutex_lock(&f->zbd_info->mutex);
 662                 f->zbd_info->sectors_with_data -= z->wp - z->start;
 663                 pthread_mutex_unlock(&f->zbd_info->mutex);
 664                 z->wp = z->start;
 665                 z->verify_block = 0;
 666                 pthread_mutex_unlock(&z->mutex);
 667         }
 668
 669         td->ts.nr_zone_resets += ze - zb;
 670
 671         return ret;
 672 }
 673
 674 static unsigned int zbd_zone_nr(struct zoned_block_device_info *zbd_info,
 675                                 struct fio_zone_info *zone)
 676 {
 677         return zone - zbd_info->zone_info;
 678 }
 679
 680 /**
 681  * zbd_reset_zone - reset the write pointer of a single zone
 682  * @td: FIO thread data.
 683  * @f: FIO file associated with the disk for which to reset a write pointer.
 684  * @z: Zone to reset.
 685  *
 686  * Returns 0 upon success and a negative error code upon failure.
 687  */
 688 static int zbd_reset_zone(struct thread_data *td, const struct fio_file *f,
 689                           struct fio_zone_info *z)
 690 {
 691         dprint(FD_ZBD, "%s: resetting wp of zone %u.\n", f->file_name,
 692                 zbd_zone_nr(f->zbd_info, z));
 693
 694         return zbd_reset_range(td, f, z->start, (z+1)->start - z->start);
 695 }
 696
 697 /*
 698  * Reset a range of zones. Returns 0 upon success and 1 upon failure.
 699  * @td: fio thread data.
 700  * @f: fio file for which to reset zones
 701  * @zb: first zone to reset.
 702  * @ze: first zone not to reset.
 703  * @all_zones: whether to reset all zones or only those zones for which the
 704  *      write pointer is not a multiple of td->o.min_bs[DDIR_WRITE].
 705  */
 706 static int zbd_reset_zones(struct thread_data *td, struct fio_file *f,
 707                            struct fio_zone_info *const zb,
 708                            struct fio_zone_info *const ze, bool all_zones)
 709 {
 710         struct fio_zone_info *z, *start_z = ze;
 711         const uint32_t min_bs = td->o.min_bs[DDIR_WRITE];
 712         bool reset_wp;
 713         int res = 0;
 714
 715         dprint(FD_ZBD, "%s: examining zones %u .. %u\n", f->file_name,
 716                 zbd_zone_nr(f->zbd_info, zb), zbd_zone_nr(f->zbd_info, ze));
 717         assert(f->fd != -1);
 718         for (z = zb; z < ze; z++) {
 719                 pthread_mutex_lock(&z->mutex);
 720                 switch (z->type) {
 721                 case BLK_ZONE_TYPE_SEQWRITE_REQ:
 722                         reset_wp = all_zones ? z->wp != z->start :
 723                                         (td->o.td_ddir & TD_DDIR_WRITE) &&
 724                                         z->wp % min_bs != 0;
 725                         if (start_z == ze && reset_wp) {
 726                                 start_z = z;
 727                         } else if (start_z < ze && !reset_wp) {
 728                                 dprint(FD_ZBD,
 729                                        "%s: resetting zones %u .. %u\n",
 730                                        f->file_name,
 731                                         zbd_zone_nr(f->zbd_info, start_z),
 732                                         zbd_zone_nr(f->zbd_info, z));
 733                                 if (zbd_reset_range(td, f, start_z->start,
 734                                                 z->start - start_z->start) < 0)
 735                                         res = 1;
 736                                 start_z = ze;
 737                         }
 738                         break;
 739                 default:
 740                         if (start_z == ze)
 741                                 break;
 742                         dprint(FD_ZBD, "%s: resetting zones %u .. %u\n",
 743                                f->file_name, zbd_zone_nr(f->zbd_info, start_z),
 744                                zbd_zone_nr(f->zbd_info, z));
 745                         if (zbd_reset_range(td, f, start_z->start,
 746                                             z->start - start_z->start) < 0)
 747                                 res = 1;
 748                         start_z = ze;
 749                         break;
 750                 }
 751         }
 752         if (start_z < ze) {
 753                 dprint(FD_ZBD, "%s: resetting zones %u .. %u\n", f->file_name,
 754                         zbd_zone_nr(f->zbd_info, start_z),
 755                         zbd_zone_nr(f->zbd_info, z));
 756                 if (zbd_reset_range(td, f, start_z->start,
 757                                     z->start - start_z->start) < 0)
 758                         res = 1;
 759         }
 760         for (z = zb; z < ze; z++)
 761                 pthread_mutex_unlock(&z->mutex);
 762
 763         return res;
 764 }
 765
 766 /*
 767  * Reset zbd_info.write_cnt, the counter that counts down towards the next
 768  * zone reset.
 769  */
 770 static void zbd_reset_write_cnt(const struct thread_data *td,
 771                                 const struct fio_file *f)
 772 {
 773         assert(0 <= td->o.zrf.u.f && td->o.zrf.u.f <= 1);
 774
 775         pthread_mutex_lock(&f->zbd_info->mutex);
 776         f->zbd_info->write_cnt = td->o.zrf.u.f ?
 777                 min(1.0 / td->o.zrf.u.f, 0.0 + UINT_MAX) : UINT_MAX;
 778         pthread_mutex_unlock(&f->zbd_info->mutex);
 779 }
 780
 781 static bool zbd_dec_and_reset_write_cnt(const struct thread_data *td,
 782                                         const struct fio_file *f)
 783 {
 784         uint32_t write_cnt = 0;
 785
 786         pthread_mutex_lock(&f->zbd_info->mutex);
 787         assert(f->zbd_info->write_cnt);
 788         if (f->zbd_info->write_cnt)
 789                 write_cnt = --f->zbd_info->write_cnt;
 790         if (write_cnt == 0)
 791                 zbd_reset_write_cnt(td, f);
 792         pthread_mutex_unlock(&f->zbd_info->mutex);
 793
 794         return write_cnt == 0;
 795 }
 796
 797 enum swd_action {
 798         CHECK_SWD,
 799         SET_SWD,
 800 };
 801
 802 /* Calculate the number of sectors with data (swd) and perform action 'a' */
 803 static uint64_t zbd_process_swd(const struct fio_file *f, enum swd_action a)
 804 {
 805         struct fio_zone_info *zb, *ze, *z;
 806         uint64_t swd = 0;
 807
 808         zb = &f->zbd_info->zone_info[zbd_zone_idx(f, f->file_offset)];
 809         ze = &f->zbd_info->zone_info[zbd_zone_idx(f, f->file_offset +
 810                                                   f->io_size)];
 811         for (z = zb; z < ze; z++) {
 812                 pthread_mutex_lock(&z->mutex);
 813                 swd += z->wp - z->start;
 814         }
 815         pthread_mutex_lock(&f->zbd_info->mutex);
 816         switch (a) {
 817         case CHECK_SWD:
 818                 assert(f->zbd_info->sectors_with_data == swd);
 819                 break;
 820         case SET_SWD:
 821                 f->zbd_info->sectors_with_data = swd;
 822                 break;
 823         }
 824         pthread_mutex_unlock(&f->zbd_info->mutex);
 825         for (z = zb; z < ze; z++)
 826                 pthread_mutex_unlock(&z->mutex);
 827
 828         return swd;
 829 }
 830
 831 /*
 832  * The swd check is useful for debugging but takes too much time to leave
 833  * it enabled all the time. Hence it is disabled by default.
 834  */
 835 static const bool enable_check_swd = false;
 836
 837 /* Check whether the value of zbd_info.sectors_with_data is correct. */
 838 static void zbd_check_swd(const struct fio_file *f)
 839 {
 840         if (!enable_check_swd)
 841                 return;
 842
 843         zbd_process_swd(f, CHECK_SWD);
 844 }
 845
 846 static void zbd_init_swd(struct fio_file *f)
 847 {
 848         uint64_t swd;
 849
 850         if (!enable_check_swd)
 851                 return;
 852
 853         swd = zbd_process_swd(f, SET_SWD);
 854         dprint(FD_ZBD, "%s(%s): swd = %" PRIu64 "\n", __func__, f->file_name,
 855                swd);
 856 }
 857
 858 void zbd_file_reset(struct thread_data *td, struct fio_file *f)
 859 {
 860         struct fio_zone_info *zb, *ze;
 861         uint32_t zone_idx_e;
 862
 863         if (!f->zbd_info)
 864                 return;
 865
 866         zb = &f->zbd_info->zone_info[zbd_zone_idx(f, f->file_offset)];
 867         zone_idx_e = zbd_zone_idx(f, f->file_offset + f->io_size);
 868         ze = &f->zbd_info->zone_info[zone_idx_e];
 869         zbd_init_swd(f);
 870         /*
 871          * If data verification is enabled reset the affected zones before
 872          * writing any data to avoid that a zone reset has to be issued while
 873          * writing data, which causes data loss.
 874          */
 875         zbd_reset_zones(td, f, zb, ze, td->o.verify != VERIFY_NONE &&
 876                         (td->o.td_ddir & TD_DDIR_WRITE) &&
 877                         td->runstate != TD_VERIFYING);
 878         zbd_reset_write_cnt(td, f);
 879 }
 880
 881 /* The caller must hold f->zbd_info->mutex. */
 882 static bool is_zone_open(const struct thread_data *td, const struct fio_file *f,
 883                          unsigned int zone_idx)
 884 {
 885         struct zoned_block_device_info *zbdi = f->zbd_info;
 886         int i;
 887
 888         assert(td->o.max_open_zones <= ARRAY_SIZE(zbdi->open_zones));
 889         assert(zbdi->num_open_zones <= td->o.max_open_zones);
 890
 891         for (i = 0; i < zbdi->num_open_zones; i++)
 892                 if (zbdi->open_zones[i] == zone_idx)
 893                         return true;
 894
 895         return false;
 896 }
 897
 898 /*
 899  * Open a ZBD zone if it was not yet open. Returns true if either the zone was
 900  * already open or if opening a new zone is allowed. Returns false if the zone
 901  * was not yet open and opening a new zone would cause the zone limit to be
 902  * exceeded.
 903  */
 904 static bool zbd_open_zone(struct thread_data *td, const struct io_u *io_u,
 905                           uint32_t zone_idx)
 906 {
 907         const uint32_t min_bs = td->o.min_bs[DDIR_WRITE];
 908         const struct fio_file *f = io_u->file;
 909         struct fio_zone_info *z = &f->zbd_info->zone_info[zone_idx];
 910         bool res = true;
 911
 912         if (z->cond == BLK_ZONE_COND_OFFLINE)
 913                 return false;
 914
 915         /*
 916          * Skip full zones with data verification enabled because resetting a
 917          * zone causes data loss and hence causes verification to fail.
 918          */
 919         if (td->o.verify != VERIFY_NONE && zbd_zone_full(f, z, min_bs))
 920                 return false;
 921
 922         /* Zero means no limit */
 923         if (!td->o.max_open_zones)
 924                 return true;
 925
 926         pthread_mutex_lock(&f->zbd_info->mutex);
 927         if (is_zone_open(td, f, zone_idx))
 928                 goto out;
 929         res = false;
 930         if (f->zbd_info->num_open_zones >= td->o.max_open_zones)
 931                 goto out;
 932         dprint(FD_ZBD, "%s: opening zone %d\n", f->file_name, zone_idx);
 933         f->zbd_info->open_zones[f->zbd_info->num_open_zones++] = zone_idx;
 934         z->open = 1;
 935         res = true;
 936
 937 out:
 938         pthread_mutex_unlock(&f->zbd_info->mutex);
 939         return res;
 940 }
 941
 942 /* The caller must hold f->zbd_info->mutex */
 943 static void zbd_close_zone(struct thread_data *td, const struct fio_file *f,
 944                            unsigned int open_zone_idx)
 945 {
 946         uint32_t zone_idx;
 947
 948         assert(open_zone_idx < f->zbd_info->num_open_zones);
 949         zone_idx = f->zbd_info->open_zones[open_zone_idx];
 950         memmove(f->zbd_info->open_zones + open_zone_idx,
 951                 f->zbd_info->open_zones + open_zone_idx + 1,
 952                 (FIO_MAX_OPEN_ZBD_ZONES - (open_zone_idx + 1)) *
 953                 sizeof(f->zbd_info->open_zones[0]));
 954         f->zbd_info->num_open_zones--;
 955         f->zbd_info->zone_info[zone_idx].open = 0;
 956 }
 957
 958 /*
 959  * Modify the offset of an I/O unit that does not refer to an open zone such
 960  * that it refers to an open zone. Close an open zone and open a new zone if
 961  * necessary. This algorithm can only work correctly if all write pointers are
 962  * a multiple of the fio block size. The caller must neither hold z->mutex
 963  * nor f->zbd_info->mutex. Returns with z->mutex held upon success.
 964  */
 965 static struct fio_zone_info *zbd_convert_to_open_zone(struct thread_data *td,
 966                                                       struct io_u *io_u)
 967 {
 968         const uint32_t min_bs = td->o.min_bs[io_u->ddir];
 969         const struct fio_file *f = io_u->file;
 970         struct fio_zone_info *z;
 971         unsigned int open_zone_idx = -1;
 972         uint32_t zone_idx, new_zone_idx;
 973         int i;
 974
 975         assert(is_valid_offset(f, io_u->offset));
 976
 977         if (td->o.max_open_zones) {
 978                 /*
 979                  * This statement accesses f->zbd_info->open_zones[] on purpose
 980                  * without locking.
 981                  */
 982                 zone_idx = f->zbd_info->open_zones[(io_u->offset -
 983                                                     f->file_offset) *
 984                                 f->zbd_info->num_open_zones / f->io_size];
 985         } else {
 986                 zone_idx = zbd_zone_idx(f, io_u->offset);
 987         }
 988         dprint(FD_ZBD, "%s(%s): starting from zone %d (offset %lld, buflen %lld)\n",
 989                __func__, f->file_name, zone_idx, io_u->offset, io_u->buflen);
 990
 991         /*
 992          * Since z->mutex is the outer lock and f->zbd_info->mutex the inner
 993          * lock it can happen that the state of the zone with index zone_idx
 994          * has changed after 'z' has been assigned and before f->zbd_info->mutex
 995          * has been obtained. Hence the loop.
 996          */
 997         for (;;) {
 998                 z = &f->zbd_info->zone_info[zone_idx];
 999
1000                 pthread_mutex_lock(&z->mutex);
1001                 pthread_mutex_lock(&f->zbd_info->mutex);
1002                 if (td->o.max_open_zones == 0)
1003                         goto examine_zone;
1004                 if (f->zbd_info->num_open_zones == 0) {
1005                         pthread_mutex_unlock(&f->zbd_info->mutex);
1006                         pthread_mutex_unlock(&z->mutex);
1007                         dprint(FD_ZBD, "%s(%s): no zones are open\n",
1008                                __func__, f->file_name);
1009                         return NULL;
1010                 }
1011                 open_zone_idx = (io_u->offset - f->file_offset) *
1012                         f->zbd_info->num_open_zones / f->io_size;
1013                 assert(open_zone_idx < f->zbd_info->num_open_zones);
1014                 new_zone_idx = f->zbd_info->open_zones[open_zone_idx];
1015                 if (new_zone_idx == zone_idx)
1016                         break;
1017                 zone_idx = new_zone_idx;
1018                 pthread_mutex_unlock(&f->zbd_info->mutex);
1019                 pthread_mutex_unlock(&z->mutex);
1020         }
1021
1022         /* Both z->mutex and f->zbd_info->mutex are held. */
1023
1024 examine_zone:
1025         if (z->wp + min_bs <= (z+1)->start) {
1026                 pthread_mutex_unlock(&f->zbd_info->mutex);
1027                 goto out;
1028         }
1029         dprint(FD_ZBD, "%s(%s): closing zone %d\n", __func__, f->file_name,
1030                zone_idx);
1031         if (td->o.max_open_zones)
1032                 zbd_close_zone(td, f, open_zone_idx);
1033         pthread_mutex_unlock(&f->zbd_info->mutex);
1034
1035         /* Only z->mutex is held. */
1036
1037         /* Zone 'z' is full, so try to open a new zone. */
1038         for (i = f->io_size / f->zbd_info->zone_size; i > 0; i--) {
1039                 zone_idx++;
1040                 pthread_mutex_unlock(&z->mutex);
1041                 z++;
1042                 if (!is_valid_offset(f, z->start)) {
1043                         /* Wrap-around. */
1044                         zone_idx = zbd_zone_idx(f, f->file_offset);
1045                         z = &f->zbd_info->zone_info[zone_idx];
1046                 }
1047                 assert(is_valid_offset(f, z->start));
1048                 pthread_mutex_lock(&z->mutex);
1049                 if (z->open)
1050                         continue;
1051                 if (zbd_open_zone(td, io_u, zone_idx))
1052                         goto out;
1053         }
1054
1055         /* Only z->mutex is held. */
1056
1057         /* Check whether the write fits in any of the already opened zones. */
1058         pthread_mutex_lock(&f->zbd_info->mutex);
1059         for (i = 0; i < f->zbd_info->num_open_zones; i++) {
1060                 zone_idx = f->zbd_info->open_zones[i];
1061                 pthread_mutex_unlock(&f->zbd_info->mutex);
1062                 pthread_mutex_unlock(&z->mutex);
1063
1064                 z = &f->zbd_info->zone_info[zone_idx];
1065
1066                 pthread_mutex_lock(&z->mutex);
1067                 if (z->wp + min_bs <= (z+1)->start)
1068                         goto out;
1069                 pthread_mutex_lock(&f->zbd_info->mutex);
1070         }
1071         pthread_mutex_unlock(&f->zbd_info->mutex);
1072         pthread_mutex_unlock(&z->mutex);
1073         dprint(FD_ZBD, "%s(%s): did not open another zone\n", __func__,
1074                f->file_name);
1075         return NULL;
1076
1077 out:
1078         dprint(FD_ZBD, "%s(%s): returning zone %d\n", __func__, f->file_name,
1079                zone_idx);
1080         io_u->offset = z->start;
1081         return z;
1082 }
1083
1084 /* The caller must hold z->mutex. */
1085 static struct fio_zone_info *zbd_replay_write_order(struct thread_data *td,
1086                                                     struct io_u *io_u,
1087                                                     struct fio_zone_info *z)
1088 {
1089         const struct fio_file *f = io_u->file;
1090         const uint32_t min_bs = td->o.min_bs[DDIR_WRITE];
1091
1092         if (!zbd_open_zone(td, io_u, z - f->zbd_info->zone_info)) {
1093                 pthread_mutex_unlock(&z->mutex);
1094                 z = zbd_convert_to_open_zone(td, io_u);
1095                 assert(z);
1096         }
1097
1098         if (z->verify_block * min_bs >= f->zbd_info->zone_size)
1099                 log_err("%s: %d * %d >= %llu\n", f->file_name, z->verify_block,
1100                         min_bs, (unsigned long long) f->zbd_info->zone_size);
1101         io_u->offset = z->start + z->verify_block++ * min_bs;
1102         return z;
1103 }
1104
1105 /*
1106  * Find another zone for which @io_u fits below the write pointer. Start
1107  * searching in zones @zb + 1 .. @zl and continue searching in zones
1108  * @zf .. @zb - 1.
1109  *
1110  * Either returns NULL or returns a zone pointer and holds the mutex for that
1111  * zone.
1112  */
1113 static struct fio_zone_info *
1114 zbd_find_zone(struct thread_data *td, struct io_u *io_u,
1115               struct fio_zone_info *zb, struct fio_zone_info *zl)
1116 {
1117         const uint32_t min_bs = td->o.min_bs[io_u->ddir];
1118         const struct fio_file *f = io_u->file;
1119         struct fio_zone_info *z1, *z2;
1120         const struct fio_zone_info *const zf =
1121                 &f->zbd_info->zone_info[zbd_zone_idx(f, f->file_offset)];
1122
1123         /*
1124          * Skip to the next non-empty zone in case of sequential I/O and to
1125          * the nearest non-empty zone in case of random I/O.
1126          */
1127         for (z1 = zb + 1, z2 = zb - 1; z1 < zl || z2 >= zf; z1++, z2--) {
1128                 if (z1 < zl && z1->cond != BLK_ZONE_COND_OFFLINE) {
1129                         pthread_mutex_lock(&z1->mutex);
1130                         if (z1->start + min_bs <= z1->wp)
1131                                 return z1;
1132                         pthread_mutex_unlock(&z1->mutex);
1133                 } else if (!td_random(td)) {
1134                         break;
1135                 }
1136                 if (td_random(td) && z2 >= zf &&
1137                     z2->cond != BLK_ZONE_COND_OFFLINE) {
1138                         pthread_mutex_lock(&z2->mutex);
1139                         if (z2->start + min_bs <= z2->wp)
1140                                 return z2;
1141                         pthread_mutex_unlock(&z2->mutex);
1142                 }
1143         }
1144         dprint(FD_ZBD, "%s: adjusting random read offset failed\n",
1145                f->file_name);
1146         return NULL;
1147 }
1148
1149 /**
1150  * zbd_queue_io - update the write pointer of a sequential zone
1151  * @io_u: I/O unit
1152  * @success: Whether or not the I/O unit has been queued successfully
1153  * @q: queueing status (busy, completed or queued).
1154  *
1155  * For write and trim operations, update the write pointer of the I/O unit
1156  * target zone.
1157  */
1158 static void zbd_queue_io(struct io_u *io_u, int q, bool success)
1159 {
1160         const struct fio_file *f = io_u->file;
1161         struct zoned_block_device_info *zbd_info = f->zbd_info;
1162         struct fio_zone_info *z;
1163         uint32_t zone_idx;
1164         uint64_t zone_end;
1165
1166         if (!zbd_info)
1167                 return;
1168
1169         zone_idx = zbd_zone_idx(f, io_u->offset);
1170         assert(zone_idx < zbd_info->nr_zones);
1171         z = &zbd_info->zone_info[zone_idx];
1172
1173         if (z->type != BLK_ZONE_TYPE_SEQWRITE_REQ)
1174                 return;
1175
1176         if (!success)
1177                 goto unlock;
1178
1179         dprint(FD_ZBD,
1180                "%s: queued I/O (%lld, %llu) for zone %u\n",
1181                f->file_name, io_u->offset, io_u->buflen, zone_idx);
1182
1183         switch (io_u->ddir) {
1184         case DDIR_WRITE:
1185                 zone_end = min((uint64_t)(io_u->offset + io_u->buflen),
1186                                (z + 1)->start);
1187                 pthread_mutex_lock(&zbd_info->mutex);
1188                 /*
1189                  * z->wp > zone_end means that one or more I/O errors
1190                  * have occurred.
1191                  */
1192                 if (z->wp <= zone_end)
1193                         zbd_info->sectors_with_data += zone_end - z->wp;
1194                 pthread_mutex_unlock(&zbd_info->mutex);
1195                 z->wp = zone_end;
1196                 break;
1197         case DDIR_TRIM:
1198                 assert(z->wp == z->start);
1199                 break;
1200         default:
1201                 break;
1202         }
1203
1204 unlock:
1205         if (!success || q != FIO_Q_QUEUED) {
1206                 /* BUSY or COMPLETED: unlock the zone */
1207                 pthread_mutex_unlock(&z->mutex);
1208                 io_u->zbd_put_io = NULL;
1209         }
1210 }
1211
1212 /**
1213  * zbd_put_io - Unlock an I/O unit target zone lock
1214  * @io_u: I/O unit
1215  */
1216 static void zbd_put_io(const struct io_u *io_u)
1217 {
1218         const struct fio_file *f = io_u->file;
1219         struct zoned_block_device_info *zbd_info = f->zbd_info;
1220         struct fio_zone_info *z;
1221         uint32_t zone_idx;
1222
1223         if (!zbd_info)
1224                 return;
1225
1226         zone_idx = zbd_zone_idx(f, io_u->offset);
1227         assert(zone_idx < zbd_info->nr_zones);
1228         z = &zbd_info->zone_info[zone_idx];
1229
1230         if (z->type != BLK_ZONE_TYPE_SEQWRITE_REQ)
1231                 return;
1232
1233         dprint(FD_ZBD,
1234                "%s: terminate I/O (%lld, %llu) for zone %u\n",
1235                f->file_name, io_u->offset, io_u->buflen, zone_idx);
1236
1237         assert(pthread_mutex_unlock(&z->mutex) == 0);
1238         zbd_check_swd(f);
1239 }
1240
1241 bool zbd_unaligned_write(int error_code)
1242 {
1243         switch (error_code) {
1244         case EIO:
1245         case EREMOTEIO:
1246                 return true;
1247         }
1248         return false;
1249 }
1250
1251 /**
1252  * setup_zbd_zone_mode - handle zoneskip as necessary for ZBD drives
1253  * @td: FIO thread data.
1254  * @io_u: FIO I/O unit.
1255  *
1256  * For sequential workloads, change the file offset to skip zoneskip bytes when
1257  * no more IO can be performed in the current zone.
1258  * - For read workloads, zoneskip is applied when the io has reached the end of
1259  *   the zone or the zone write position (when td->o.read_beyond_wp is false).
1260  * - For write workloads, zoneskip is applied when the zone is full.
1261  * This applies only to read and write operations.
1262  */
1263 void setup_zbd_zone_mode(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
1264 {
1265         struct fio_file *f = io_u->file;
1266         enum fio_ddir ddir = io_u->ddir;
1267         struct fio_zone_info *z;
1268         uint32_t zone_idx;
1269
1270         assert(td->o.zone_mode == ZONE_MODE_ZBD);
1271         assert(td->o.zone_size);
1272
1273         /*
1274          * zone_skip is valid only for sequential workloads.
1275          */
1276         if (td_random(td) || !td->o.zone_skip)
1277                 return;
1278
1279         /*
1280          * It is time to switch to a new zone if:
1281          * - zone_bytes == zone_size bytes have already been accessed
1282          * - The last position reached the end of the current zone.
1283          * - For reads with td->o.read_beyond_wp == false, the last position
1284          *   reached the zone write pointer.
1285          */
1286         zone_idx = zbd_zone_idx(f, f->last_pos[ddir]);
1287         z = &f->zbd_info->zone_info[zone_idx];
1288
1289         if (td->zone_bytes >= td->o.zone_size ||
1290             f->last_pos[ddir] >= (z+1)->start ||
1291             (ddir == DDIR_READ &&
1292              (!td->o.read_beyond_wp) && f->last_pos[ddir] >= z->wp)) {
1293                 /*
1294                  * Skip zones.
1295                  */
1296                 td->zone_bytes = 0;
1297                 f->file_offset += td->o.zone_size + td->o.zone_skip;
1298
1299                 /*
1300                  * Wrap from the beginning, if we exceed the file size
1301                  */
1302                 if (f->file_offset >= f->real_file_size)
1303                         f->file_offset = get_start_offset(td, f);
1304
1305                 f->last_pos[ddir] = f->file_offset;
1306                 td->io_skip_bytes += td->o.zone_skip;
1307         }
1308 }
1309
1310 /**
1311  * zbd_adjust_block - adjust the offset and length as necessary for ZBD drives
1312  * @td: FIO thread data.
1313  * @io_u: FIO I/O unit.
1314  *
1315  * Locking strategy: returns with z->mutex locked if and only if z refers
1316  * to a sequential zone and if io_u_accept is returned. z is the zone that
1317  * corresponds to io_u->offset at the end of this function.
1318  */
1319 enum io_u_action zbd_adjust_block(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
1320 {
1321         const struct fio_file *f = io_u->file;
1322         uint32_t zone_idx_b;
1323         struct fio_zone_info *zb, *zl, *orig_zb;
1324         uint32_t orig_len = io_u->buflen;
1325         uint32_t min_bs = td->o.min_bs[io_u->ddir];
1326         uint64_t new_len;
1327         int64_t range;
1328
1329         if (!f->zbd_info)
1330                 return io_u_accept;
1331
1332         assert(is_valid_offset(f, io_u->offset));
1333         assert(io_u->buflen);
1334         zone_idx_b = zbd_zone_idx(f, io_u->offset);
1335         zb = &f->zbd_info->zone_info[zone_idx_b];
1336         orig_zb = zb;
1337
1338         /* Accept the I/O offset for conventional zones. */
1339         if (zb->type == BLK_ZONE_TYPE_CONVENTIONAL)
1340                 return io_u_accept;
1341
1342         /*
1343          * Accept the I/O offset for reads if reading beyond the write pointer
1344          * is enabled.
1345          */
1346         if (zb->cond != BLK_ZONE_COND_OFFLINE &&
1347             io_u->ddir == DDIR_READ && td->o.read_beyond_wp)
1348                 return io_u_accept;
1349
1350         zbd_check_swd(f);
1351
1352         /*
1353          * Lock the io_u target zone. The zone will be unlocked if io_u offset
1354          * is changed or when io_u completes and zbd_put_io() executed.
1355          * To avoid multiple jobs doing asynchronous I/Os from deadlocking each
1356          * other waiting for zone locks when building an io_u batch, first
1357          * only trylock the zone. If the zone is already locked by another job,
1358          * process the currently queued I/Os so that I/O progress is made and
1359          * zones unlocked.
1360          */
1361         if (pthread_mutex_trylock(&zb->mutex) != 0) {
1362                 if (!td_ioengine_flagged(td, FIO_SYNCIO))
1363                         io_u_quiesce(td);
1364                 pthread_mutex_lock(&zb->mutex);
1365         }
1366
1367         switch (io_u->ddir) {
1368         case DDIR_READ:
1369                 if (td->runstate == TD_VERIFYING) {
1370                         zb = zbd_replay_write_order(td, io_u, zb);
1371                         goto accept;
1372                 }
1373                 /*
1374                  * Check that there is enough written data in the zone to do an
1375                  * I/O of at least min_bs B. If there isn't, find a new zone for
1376                  * the I/O.
1377                  */
1378                 range = zb->cond != BLK_ZONE_COND_OFFLINE ?
1379                         zb->wp - zb->start : 0;
1380                 if (range < min_bs ||
1381                     ((!td_random(td)) && (io_u->offset + min_bs > zb->wp))) {
1382                         pthread_mutex_unlock(&zb->mutex);
1383                         zl = &f->zbd_info->zone_info[zbd_zone_idx(f,
1384                                                 f->file_offset + f->io_size)];
1385                         zb = zbd_find_zone(td, io_u, zb, zl);
1386                         if (!zb) {
1387                                 dprint(FD_ZBD,
1388                                        "%s: zbd_find_zone(%lld, %llu) failed\n",
1389                                        f->file_name, io_u->offset,
1390                                        io_u->buflen);
1391                                 goto eof;
1392                         }
1393                         /*
1394                          * zbd_find_zone() returned a zone with a range of at
1395                          * least min_bs.
1396                          */
1397                         range = zb->wp - zb->start;
1398                         assert(range >= min_bs);
1399
1400                         if (!td_random(td))
1401                                 io_u->offset = zb->start;
1402                 }
1403                 /*
1404                  * Make sure the I/O is within the zone valid data range while
1405                  * maximizing the I/O size and preserving randomness.
1406                  */
1407                 if (range <= io_u->buflen)
1408                         io_u->offset = zb->start;
1409                 else if (td_random(td))
1410                         io_u->offset = zb->start +
1411                                 ((io_u->offset - orig_zb->start) %
1412                                  (range - io_u->buflen)) / min_bs * min_bs;
1413                 /*
1414                  * Make sure the I/O does not cross over the zone wp position.
1415                  */
1416                 new_len = min((unsigned long long)io_u->buflen,
1417                               (unsigned long long)(zb->wp - io_u->offset));
1418                 new_len = new_len / min_bs * min_bs;
1419                 if (new_len < io_u->buflen) {
1420                         io_u->buflen = new_len;
1421                         dprint(FD_IO, "Changed length from %u into %llu\n",
1422                                orig_len, io_u->buflen);
1423                 }
1424                 assert(zb->start <= io_u->offset);
1425                 assert(io_u->offset + io_u->buflen <= zb->wp);
1426                 goto accept;
1427         case DDIR_WRITE:
1428                 if (io_u->buflen > f->zbd_info->zone_size)
1429                         goto eof;
1430                 if (!zbd_open_zone(td, io_u, zone_idx_b)) {
1431                         pthread_mutex_unlock(&zb->mutex);
1432                         zb = zbd_convert_to_open_zone(td, io_u);
1433                         if (!zb)
1434                                 goto eof;
1435                         zone_idx_b = zb - f->zbd_info->zone_info;
1436                 }
1437                 /* Check whether the zone reset threshold has been exceeded */
1438                 if (td->o.zrf.u.f) {
1439                         if (f->zbd_info->sectors_with_data >=
1440                             f->io_size * td->o.zrt.u.f &&
1441                             zbd_dec_and_reset_write_cnt(td, f)) {
1442                                 zb->reset_zone = 1;
1443                         }
1444                 }
1445                 /* Reset the zone pointer if necessary */
1446                 if (zb->reset_zone || zbd_zone_full(f, zb, min_bs)) {
1447                         assert(td->o.verify == VERIFY_NONE);
1448                         /*
1449                          * Since previous write requests may have been submitted
1450                          * asynchronously and since we will submit the zone
1451                          * reset synchronously, wait until previously submitted
1452                          * write requests have completed before issuing a
1453                          * zone reset.
1454                          */
1455                         io_u_quiesce(td);
1456                         zb->reset_zone = 0;
1457                         if (zbd_reset_zone(td, f, zb) < 0)
1458                                 goto eof;
1459                 }
1460                 /* Make writes occur at the write pointer */
1461                 assert(!zbd_zone_full(f, zb, min_bs));
1462                 io_u->offset = zb->wp;
1463                 if (!is_valid_offset(f, io_u->offset)) {
1464                         dprint(FD_ZBD, "Dropped request with offset %llu\n",
1465                                io_u->offset);
1466                         goto eof;
1467                 }
1468                 /*
1469                  * Make sure that the buflen is a multiple of the minimal
1470                  * block size. Give up if shrinking would make the request too
1471                  * small.
1472                  */
1473                 new_len = min((unsigned long long)io_u->buflen,
1474                               (zb + 1)->start - io_u->offset);
1475                 new_len = new_len / min_bs * min_bs;
1476                 if (new_len == io_u->buflen)
1477                         goto accept;
1478                 if (new_len >= min_bs) {
1479                         io_u->buflen = new_len;
1480                         dprint(FD_IO, "Changed length from %u into %llu\n",
1481                                orig_len, io_u->buflen);
1482                         goto accept;
1483                 }
1484                 log_err("Zone remainder %lld smaller than minimum block size %d\n",
1485                         ((zb + 1)->start - io_u->offset),
1486                         min_bs);
1487                 goto eof;
1488         case DDIR_TRIM:
1489                 /* fall-through */
1490         case DDIR_SYNC:
1491         case DDIR_DATASYNC:
1492         case DDIR_SYNC_FILE_RANGE:
1493         case DDIR_WAIT:
1494         case DDIR_LAST:
1495         case DDIR_INVAL:
1496                 goto accept;
1497         }
1498
1499         assert(false);
1500
1501 accept:
1502         assert(zb);
1503         assert(zb->cond != BLK_ZONE_COND_OFFLINE);
1504         assert(!io_u->zbd_queue_io);
1505         assert(!io_u->zbd_put_io);
1506         io_u->zbd_queue_io = zbd_queue_io;
1507         io_u->zbd_put_io = zbd_put_io;
1508         return io_u_accept;
1509
1510 eof:
1511         if (zb)
1512                 pthread_mutex_unlock(&zb->mutex);
1513         return io_u_eof;
1514 }
1515
1516 /* Return a string with ZBD statistics */
1517 char *zbd_write_status(const struct thread_stat *ts)
1518 {
1519         char *res;
1520
1521         if (asprintf(&res, "; %llu zone resets", (unsigned long long) ts->nr_zone_resets) < 0)
1522                 return NULL;
1523         return res;
1524 }