zbd.c

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