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