Pre-load and sort random blocks for pure read verify workloads
[fio.git] / io_u.c
diff --git a/io_u.c b/io_u.c
index 5a3ca7444946751f4e208a32affdad5fb98051b9..87b80191c30e3530bc531f525a45c4e2ec47977f 100644 (file)
--- a/io_u.c
+++ b/io_u.c
 #include "verify.h"
 #include "trim.h"
 #include "lib/rand.h"
+#include "lib/axmap.h"
 
 struct io_completion_data {
        int nr;                         /* input */
 
        int error;                      /* output */
-       unsigned long bytes_done[2];    /* output */
+       unsigned long bytes_done[DDIR_RWDIR_CNT];       /* output */
        struct timeval time;            /* output */
 };
 
 /*
- * The ->file_map[] contains a map of blocks we have or have not done io
+ * The ->io_axmap contains a map of blocks we have or have not done io
  * to yet. Used to make sure we cover the entire range in a fair fashion.
  */
-static int random_map_free(struct fio_file *f, const unsigned long long block)
+static int random_map_free(struct fio_file *f, const uint64_t block)
 {
-       unsigned int idx = RAND_MAP_IDX(f, block);
-       unsigned int bit = RAND_MAP_BIT(f, block);
-
-       dprint(FD_RANDOM, "free: b=%llu, idx=%u, bit=%u\n", block, idx, bit);
-
-       return (f->file_map[idx] & (1UL << bit)) == 0;
+       return !axmap_isset(f->io_axmap, block);
 }
 
 /*
@@ -40,69 +36,24 @@ static void mark_random_map(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
 {
        unsigned int min_bs = td->o.rw_min_bs;
        struct fio_file *f = io_u->file;
-       unsigned long long block;
-       unsigned int blocks, nr_blocks;
-       int busy_check;
+       unsigned int nr_blocks;
+       uint64_t block;
 
-       block = (io_u->offset - f->file_offset) / (unsigned long long) min_bs;
+       block = (io_u->offset - f->file_offset) / (uint64_t) min_bs;
        nr_blocks = (io_u->buflen + min_bs - 1) / min_bs;
-       blocks = 0;
-       busy_check = !(io_u->flags & IO_U_F_BUSY_OK);
 
-       while (nr_blocks) {
-               unsigned int idx, bit;
-               unsigned long mask, this_blocks;
+       if (!(io_u->flags & IO_U_F_BUSY_OK))
+               nr_blocks = axmap_set_nr(f->io_axmap, block, nr_blocks);
 
-               /*
-                * If we have a mixed random workload, we may
-                * encounter blocks we already did IO to.
-                */
-               if (!busy_check) {
-                       blocks = nr_blocks;
-                       break;
-               }
-               if ((td->o.ddir_seq_nr == 1) && !random_map_free(f, block))
-                       break;
-
-               idx = RAND_MAP_IDX(f, block);
-               bit = RAND_MAP_BIT(f, block);
-
-               fio_assert(td, idx < f->num_maps);
-
-               this_blocks = nr_blocks;
-               if (this_blocks + bit > BLOCKS_PER_MAP)
-                       this_blocks = BLOCKS_PER_MAP - bit;
-
-               do {
-                       if (this_blocks == BLOCKS_PER_MAP)
-                               mask = -1UL;
-                       else
-                               mask = ((1UL << this_blocks) - 1) << bit;
-       
-                       if (!(f->file_map[idx] & mask))
-                               break;
-
-                       this_blocks--;
-               } while (this_blocks);
-
-               if (!this_blocks)
-                       break;
-
-               f->file_map[idx] |= mask;
-               nr_blocks -= this_blocks;
-               blocks += this_blocks;
-               block += this_blocks;
-       }
-
-       if ((blocks * min_bs) < io_u->buflen)
-               io_u->buflen = blocks * min_bs;
+       if ((nr_blocks * min_bs) < io_u->buflen)
+               io_u->buflen = nr_blocks * min_bs;
 }
 
-static unsigned long long last_block(struct thread_data *td, struct fio_file *f,
-                                    enum fio_ddir ddir)
+static uint64_t last_block(struct thread_data *td, struct fio_file *f,
+                          enum fio_ddir ddir)
 {
-       unsigned long long max_blocks;
-       unsigned long long max_size;
+       uint64_t max_blocks;
+       uint64_t max_size;
 
        assert(ddir_rw(ddir));
 
@@ -113,133 +64,194 @@ static unsigned long long last_block(struct thread_data *td, struct fio_file *f,
        if (max_size > f->real_file_size)
                max_size = f->real_file_size;
 
-       max_blocks = max_size / (unsigned long long) td->o.ba[ddir];
+       if (td->o.zone_range)
+               max_size = td->o.zone_range;
+
+       max_blocks = max_size / (uint64_t) td->o.ba[ddir];
        if (!max_blocks)
                return 0;
 
        return max_blocks;
 }
 
-/*
- * Return the next free block in the map.
- */
-static int get_next_free_block(struct thread_data *td, struct fio_file *f,
-                              enum fio_ddir ddir, unsigned long long *b)
+struct rand_off {
+       struct flist_head list;
+       uint64_t off;
+};
+
+static int __get_next_rand_offset(struct thread_data *td, struct fio_file *f,
+                                 enum fio_ddir ddir, uint64_t *b)
 {
-       unsigned long long block, min_bs = td->o.rw_min_bs, lastb;
-       int i;
+       uint64_t r, lastb;
 
        lastb = last_block(td, f, ddir);
        if (!lastb)
                return 1;
 
-       i = f->last_free_lookup;
-       block = i * BLOCKS_PER_MAP;
-       while (block * min_bs < f->real_file_size &&
-               block * min_bs < f->io_size) {
-               if (f->file_map[i] != -1UL) {
-                       block += ffz(f->file_map[i]);
-                       if (block > lastb)
-                               break;
-                       f->last_free_lookup = i;
-                       *b = block;
-                       return 0;
+       if (td->o.random_generator == FIO_RAND_GEN_TAUSWORTHE) {
+               uint64_t rmax;
+
+               rmax = td->o.use_os_rand ? OS_RAND_MAX : FRAND_MAX;
+
+               if (td->o.use_os_rand) {
+                       rmax = OS_RAND_MAX;
+                       r = os_random_long(&td->random_state);
+               } else {
+                       rmax = FRAND_MAX;
+                       r = __rand(&td->__random_state);
                }
 
-               block += BLOCKS_PER_MAP;
-               i++;
+               dprint(FD_RANDOM, "off rand %llu\n", r);
+
+               *b = (lastb - 1) * (r / ((uint64_t) rmax + 1.0));
+       } else {
+               uint64_t off = 0;
+
+               if (lfsr_next(&f->lfsr, &off, lastb))
+                       return 1;
+
+               *b = off;
        }
 
-       dprint(FD_IO, "failed finding a free block\n");
-       return 1;
-}
+       /*
+        * if we are not maintaining a random map, we are done.
+        */
+       if (!file_randommap(td, f))
+               goto ret;
 
-static int get_next_rand_offset(struct thread_data *td, struct fio_file *f,
-                               enum fio_ddir ddir, unsigned long long *b)
-{
-       unsigned long long r, lastb;
-       int loops = 5;
+       /*
+        * calculate map offset and check if it's free
+        */
+       if (random_map_free(f, *b))
+               goto ret;
 
-       lastb = last_block(td, f, ddir);
-       if (!lastb)
+       dprint(FD_RANDOM, "get_next_rand_offset: offset %llu busy\n", *b);
+
+       *b = axmap_next_free(f->io_axmap, *b);
+       if (*b == (uint64_t) -1ULL)
                return 1;
+ret:
+       return 0;
+}
 
-       if (f->failed_rands >= 200)
-               goto ffz;
+static int __get_next_rand_offset_zipf(struct thread_data *td,
+                                      struct fio_file *f, enum fio_ddir ddir,
+                                      uint64_t *b)
+{
+       *b = zipf_next(&f->zipf);
+       return 0;
+}
 
-       do {
-               r = os_random_long(&td->random_state);
-               dprint(FD_RANDOM, "off rand %llu\n", r);
-               *b = (lastb - 1) * (r / ((unsigned long long) OS_RAND_MAX + 1.0));
+static int __get_next_rand_offset_pareto(struct thread_data *td,
+                                        struct fio_file *f, enum fio_ddir ddir,
+                                        uint64_t *b)
+{
+       *b = pareto_next(&f->zipf);
+       return 0;
+}
 
-               /*
-                * if we are not maintaining a random map, we are done.
-                */
-               if (!file_randommap(td, f))
-                       goto ret_good;
+static int flist_cmp(void *data, struct flist_head *a, struct flist_head *b)
+{
+       struct rand_off *r1 = flist_entry(a, struct rand_off, list);
+       struct rand_off *r2 = flist_entry(b, struct rand_off, list);
 
-               /*
-                * calculate map offset and check if it's free
-                */
-               if (random_map_free(f, *b))
-                       goto ret_good;
+       return r1->off - r2->off;
+}
 
-               dprint(FD_RANDOM, "get_next_rand_offset: offset %llu busy\n",
-                                                                       *b);
-       } while (--loops);
+static int get_off_from_method(struct thread_data *td, struct fio_file *f,
+                              enum fio_ddir ddir, uint64_t *b)
+{
+       if (td->o.random_distribution == FIO_RAND_DIST_RANDOM)
+               return __get_next_rand_offset(td, f, ddir, b);
+       else if (td->o.random_distribution == FIO_RAND_DIST_ZIPF)
+               return __get_next_rand_offset_zipf(td, f, ddir, b);
+       else if (td->o.random_distribution == FIO_RAND_DIST_PARETO)
+               return __get_next_rand_offset_pareto(td, f, ddir, b);
+
+       log_err("fio: unknown random distribution: %d\n", td->o.random_distribution);
+       return 1;
+}
 
-       if (!f->failed_rands++)
-               f->last_free_lookup = 0;
+static int get_next_rand_offset(struct thread_data *td, struct fio_file *f,
+                               enum fio_ddir ddir, uint64_t *b)
+{
+       struct rand_off *r;
+       int i, ret = 1;
 
        /*
-        * we get here, if we didn't suceed in looking up a block. generate
-        * a random start offset into the filemap, and find the first free
-        * block from there.
+        * If sort not enabled, or not a pure random read workload without
+        * any stored write metadata, just return a random offset
         */
-       loops = 10;
-       do {
-               f->last_free_lookup = (f->num_maps - 1) *
-                                       (r / (OS_RAND_MAX + 1.0));
-               if (!get_next_free_block(td, f, ddir, b))
-                       goto ret;
+       if (!td->o.verifysort_nr || !(ddir == READ && td->o.do_verify &&
+           td->o.verify != VERIFY_NONE && td_random(td)))
+               return get_off_from_method(td, f, ddir, b);
+
+       if (!flist_empty(&td->next_rand_list)) {
+               struct rand_off *r;
+fetch:
+               r = flist_entry(td->next_rand_list.next, struct rand_off, list);
+               flist_del(&r->list);
+               *b = r->off;
+               free(r);
+               return 0;
+       }
 
-               r = os_random_long(&td->random_state);
-       } while (--loops);
+       for (i = 0; i < td->o.verifysort_nr; i++) {
+               r = malloc(sizeof(*r));
 
-       /*
-        * that didn't work either, try exhaustive search from the start
-        */
-       f->last_free_lookup = 0;
-ffz:
-       if (!get_next_free_block(td, f, ddir, b))
-               return 0;
-       f->last_free_lookup = 0;
-       return get_next_free_block(td, f, ddir, b);
-ret_good:
-       f->failed_rands = 0;
-ret:
-       return 0;
+               ret = get_off_from_method(td, f, ddir, &r->off);
+               if (ret) {
+                       free(r);
+                       break;
+               }
+
+               flist_add(&r->list, &td->next_rand_list);
+       }
+
+       if (ret && !i)
+               return ret;
+
+       assert(!flist_empty(&td->next_rand_list));
+       flist_sort(NULL, &td->next_rand_list, flist_cmp);
+       goto fetch;
 }
 
 static int get_next_rand_block(struct thread_data *td, struct fio_file *f,
-                              enum fio_ddir ddir, unsigned long long *b)
+                              enum fio_ddir ddir, uint64_t *b)
 {
-       if (get_next_rand_offset(td, f, ddir, b)) {
-               dprint(FD_IO, "%s: rand offset failed, last=%llu, size=%llu\n",
-                               f->file_name, f->last_pos, f->real_file_size);
-               return 1;
+       if (!get_next_rand_offset(td, f, ddir, b))
+               return 0;
+
+       if (td->o.time_based) {
+               fio_file_reset(f);
+               if (!get_next_rand_offset(td, f, ddir, b))
+                       return 0;
        }
 
-       return 0;
+       dprint(FD_IO, "%s: rand offset failed, last=%llu, size=%llu\n",
+                       f->file_name, f->last_pos, f->real_file_size);
+       return 1;
 }
 
-static int get_next_seq_block(struct thread_data *td, struct fio_file *f,
-                             enum fio_ddir ddir, unsigned long long *b)
+static int get_next_seq_offset(struct thread_data *td, struct fio_file *f,
+                              enum fio_ddir ddir, uint64_t *offset)
 {
        assert(ddir_rw(ddir));
 
+       if (f->last_pos >= f->io_size + get_start_offset(td) && td->o.time_based)
+               f->last_pos = f->last_pos - f->io_size;
+
        if (f->last_pos < f->real_file_size) {
-               *b = (f->last_pos - f->file_offset) / td->o.min_bs[ddir];
+               uint64_t pos;
+
+               if (f->last_pos == f->file_offset && td->o.ddir_seq_add < 0)
+                       f->last_pos = f->real_file_size;
+
+               pos = f->last_pos - f->file_offset;
+               if (pos)
+                       pos += td->o.ddir_seq_add;
+
+               *offset = pos;
                return 0;
        }
 
@@ -247,31 +259,33 @@ static int get_next_seq_block(struct thread_data *td, struct fio_file *f,
 }
 
 static int get_next_block(struct thread_data *td, struct io_u *io_u,
-                         enum fio_ddir ddir, int rw_seq, unsigned long long *b)
+                         enum fio_ddir ddir, int rw_seq)
 {
        struct fio_file *f = io_u->file;
+       uint64_t b, offset;
        int ret;
 
        assert(ddir_rw(ddir));
 
+       b = offset = -1ULL;
+
        if (rw_seq) {
                if (td_random(td))
-                       ret = get_next_rand_block(td, f, ddir, b);
+                       ret = get_next_rand_block(td, f, ddir, &b);
                else
-                       ret = get_next_seq_block(td, f, ddir, b);
+                       ret = get_next_seq_offset(td, f, ddir, &offset);
        } else {
                io_u->flags |= IO_U_F_BUSY_OK;
 
                if (td->o.rw_seq == RW_SEQ_SEQ) {
-                       ret = get_next_seq_block(td, f, ddir, b);
+                       ret = get_next_seq_offset(td, f, ddir, &offset);
                        if (ret)
-                               ret = get_next_rand_block(td, f, ddir, b);
+                               ret = get_next_rand_block(td, f, ddir, &b);
                } else if (td->o.rw_seq == RW_SEQ_IDENT) {
                        if (f->last_start != -1ULL)
-                               *b = (f->last_start - f->file_offset)
-                                       / td->o.min_bs[ddir];
+                               offset = f->last_start - f->file_offset;
                        else
-                               *b = 0;
+                               offset = 0;
                        ret = 0;
                } else {
                        log_err("fio: unknown rw_seq=%d\n", td->o.rw_seq);
@@ -279,6 +293,18 @@ static int get_next_block(struct thread_data *td, struct io_u *io_u,
                }
        }
        
+       if (!ret) {
+               if (offset != -1ULL)
+                       io_u->offset = offset;
+               else if (b != -1ULL)
+                       io_u->offset = b * td->o.ba[ddir];
+               else {
+                       log_err("fio: bug in offset generation: offset=%llu, b=%llu\n",
+                                                               offset, b);
+                       ret = 1;
+               }
+       }
+
        return ret;
 }
 
@@ -290,7 +316,6 @@ static int get_next_block(struct thread_data *td, struct io_u *io_u,
 static int __get_next_offset(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
 {
        struct fio_file *f = io_u->file;
-       unsigned long long b;
        enum fio_ddir ddir = io_u->ddir;
        int rw_seq_hit = 0;
 
@@ -301,10 +326,9 @@ static int __get_next_offset(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
                td->ddir_seq_nr = td->o.ddir_seq_nr;
        }
 
-       if (get_next_block(td, io_u, ddir, rw_seq_hit, &b))
+       if (get_next_block(td, io_u, ddir, rw_seq_hit))
                return 1;
 
-       io_u->offset = b * td->o.ba[ddir];
        if (io_u->offset >= f->io_size) {
                dprint(FD_IO, "get_next_offset: offset %llu >= io_size %llu\n",
                                        io_u->offset, f->io_size);
@@ -323,20 +347,30 @@ static int __get_next_offset(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
 
 static int get_next_offset(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
 {
-       struct prof_io_ops *ops = &td->prof_io_ops;
+       if (td->flags & TD_F_PROFILE_OPS) {
+               struct prof_io_ops *ops = &td->prof_io_ops;
 
-       if (ops->fill_io_u_off)
-               return ops->fill_io_u_off(td, io_u);
+               if (ops->fill_io_u_off)
+                       return ops->fill_io_u_off(td, io_u);
+       }
 
        return __get_next_offset(td, io_u);
 }
 
+static inline int io_u_fits(struct thread_data *td, struct io_u *io_u,
+                           unsigned int buflen)
+{
+       struct fio_file *f = io_u->file;
+
+       return io_u->offset + buflen <= f->io_size + get_start_offset(td);
+}
+
 static unsigned int __get_next_buflen(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
 {
        const int ddir = io_u->ddir;
-       unsigned int uninitialized_var(buflen);
+       unsigned int buflen = 0;
        unsigned int minbs, maxbs;
-       long r;
+       unsigned long r, rand_max;
 
        assert(ddir_rw(ddir));
 
@@ -344,12 +378,28 @@ static unsigned int __get_next_buflen(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
        maxbs = td->o.max_bs[ddir];
 
        if (minbs == maxbs)
-               buflen = minbs;
-       else {
-               r = os_random_long(&td->bsrange_state);
+               return minbs;
+
+       /*
+        * If we can't satisfy the min block size from here, then fail
+        */
+       if (!io_u_fits(td, io_u, minbs))
+               return 0;
+
+       if (td->o.use_os_rand)
+               rand_max = OS_RAND_MAX;
+       else
+               rand_max = FRAND_MAX;
+
+       do {
+               if (td->o.use_os_rand)
+                       r = os_random_long(&td->bsrange_state);
+               else
+                       r = __rand(&td->__bsrange_state);
+
                if (!td->o.bssplit_nr[ddir]) {
                        buflen = 1 + (unsigned int) ((double) maxbs *
-                                       (r / (OS_RAND_MAX + 1.0)));
+                                       (r / (rand_max + 1.0)));
                        if (buflen < minbs)
                                buflen = minbs;
                } else {
@@ -361,29 +411,28 @@ static unsigned int __get_next_buflen(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
 
                                buflen = bsp->bs;
                                perc += bsp->perc;
-                               if (r <= ((OS_RAND_MAX / 100L) * perc))
+                               if ((r <= ((rand_max / 100L) * perc)) &&
+                                   io_u_fits(td, io_u, buflen))
                                        break;
                        }
                }
+
                if (!td->o.bs_unaligned && is_power_of_2(minbs))
                        buflen = (buflen + minbs - 1) & ~(minbs - 1);
-       }
 
-       if (io_u->offset + buflen > io_u->file->real_file_size) {
-               dprint(FD_IO, "lower buflen %u -> %u (ddir=%d)\n", buflen,
-                                               minbs, ddir);
-               buflen = minbs;
-       }
+       } while (!io_u_fits(td, io_u, buflen));
 
        return buflen;
 }
 
 static unsigned int get_next_buflen(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
 {
-       struct prof_io_ops *ops = &td->prof_io_ops;
+       if (td->flags & TD_F_PROFILE_OPS) {
+               struct prof_io_ops *ops = &td->prof_io_ops;
 
-       if (ops->fill_io_u_size)
-               return ops->fill_io_u_size(td, io_u);
+               if (ops->fill_io_u_size)
+                       return ops->fill_io_u_size(td, io_u);
+       }
 
        return __get_next_buflen(td, io_u);
 }
@@ -404,10 +453,16 @@ static void set_rwmix_bytes(struct thread_data *td)
 static inline enum fio_ddir get_rand_ddir(struct thread_data *td)
 {
        unsigned int v;
-       long r;
+       unsigned long r;
+
+       if (td->o.use_os_rand) {
+               r = os_random_long(&td->rwmix_state);
+               v = 1 + (int) (100.0 * (r / (OS_RAND_MAX + 1.0)));
+       } else {
+               r = __rand(&td->__rwmix_state);
+               v = 1 + (int) (100.0 * (r / (FRAND_MAX + 1.0)));
+       }
 
-       r = os_random_long(&td->rwmix_state);
-       v = 1 + (int) (100.0 * (r / (OS_RAND_MAX + 1.0)));
        if (v <= td->o.rwmix[DDIR_READ])
                return DDIR_READ;
 
@@ -450,6 +505,21 @@ static enum fio_ddir rate_ddir(struct thread_data *td, enum fio_ddir ddir)
        } else
                usec = td->rate_pending_usleep[ddir];
 
+       /*
+        * We are going to sleep, ensure that we flush anything pending as
+        * not to skew our latency numbers.
+        *
+        * Changed to only monitor 'in flight' requests here instead of the
+        * td->cur_depth, b/c td->cur_depth does not accurately represent
+        * io's that have been actually submitted to an async engine,
+        * and cur_depth is meaningless for sync engines.
+        */
+       if (td->io_u_in_flight) {
+               int fio_unused ret;
+
+               ret = io_u_queued_complete(td, td->io_u_in_flight, NULL);
+       }
+
        fio_gettime(&t, NULL);
        usec_sleep(td, usec);
        usec = utime_since_now(&t);
@@ -460,6 +530,8 @@ static enum fio_ddir rate_ddir(struct thread_data *td, enum fio_ddir ddir)
        if (td_rw(td) && __should_check_rate(td, odir))
                td->rate_pending_usleep[odir] -= usec;
 
+       if (ddir_trim(ddir))
+               return ddir;
        return ddir;
 }
 
@@ -516,8 +588,10 @@ static enum fio_ddir get_rw_ddir(struct thread_data *td)
                ddir = td->rwmix_ddir;
        } else if (td_read(td))
                ddir = DDIR_READ;
-       else
+       else if (td_write(td))
                ddir = DDIR_WRITE;
+       else
+               ddir = DDIR_TRIM;
 
        td->rwmix_ddir = rate_ddir(td, ddir);
        return td->rwmix_ddir;
@@ -546,13 +620,12 @@ void put_io_u(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
 {
        td_io_u_lock(td);
 
-       io_u->flags |= IO_U_F_FREE;
-       io_u->flags &= ~IO_U_F_FREE_DEF;
-
-       if (io_u->file)
+       if (io_u->file && !(io_u->flags & IO_U_F_FREE_DEF))
                put_file_log(td, io_u->file);
-
        io_u->file = NULL;
+       io_u->flags &= ~IO_U_F_FREE_DEF;
+       io_u->flags |= IO_U_F_FREE;
+
        if (io_u->flags & IO_U_F_IN_CUR_DEPTH)
                td->cur_depth--;
        flist_del_init(&io_u->list);
@@ -604,9 +677,10 @@ static int fill_io_u(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
        /*
         * See if it's time to switch to a new zone
         */
-       if (td->zone_bytes >= td->o.zone_size) {
+       if (td->zone_bytes >= td->o.zone_size && td->o.zone_skip) {
                td->zone_bytes = 0;
-               io_u->file->last_pos += td->o.zone_skip;
+               io_u->file->file_offset += td->o.zone_range + td->o.zone_skip;
+               io_u->file->last_pos = io_u->file->file_offset;
                td->io_skip_bytes += td->o.zone_skip;
        }
 
@@ -823,11 +897,19 @@ static struct fio_file *get_next_file_rand(struct thread_data *td,
        int fno;
 
        do {
-               long r = os_random_long(&td->next_file_state);
                int opened = 0;
+               unsigned long r;
+
+               if (td->o.use_os_rand) {
+                       r = os_random_long(&td->next_file_state);
+                       fno = (unsigned int) ((double) td->o.nr_files
+                               * (r / (OS_RAND_MAX + 1.0)));
+               } else {
+                       r = __rand(&td->__next_file_state);
+                       fno = (unsigned int) ((double) td->o.nr_files
+                               * (r / (FRAND_MAX + 1.0)));
+               }
 
-               fno = (unsigned int) ((double) td->o.nr_files
-                       * (r / (OS_RAND_MAX + 1.0)));
                f = td->files[fno];
                if (fio_file_done(f))
                        continue;
@@ -939,10 +1021,12 @@ out:
 
 static struct fio_file *get_next_file(struct thread_data *td)
 {
-       struct prof_io_ops *ops = &td->prof_io_ops;
+       if (!(td->flags & TD_F_PROFILE_OPS)) {
+               struct prof_io_ops *ops = &td->prof_io_ops;
 
-       if (ops->get_next_file)
-               return ops->get_next_file(td);
+               if (ops->get_next_file)
+                       return ops->get_next_file(td);
+       }
 
        return __get_next_file(td);
 }
@@ -997,10 +1081,11 @@ again:
                assert(io_u->flags & IO_U_F_FREE);
                io_u->flags &= ~(IO_U_F_FREE | IO_U_F_FREE_DEF);
                io_u->flags &= ~(IO_U_F_TRIMMED | IO_U_F_BARRIER);
+               io_u->flags &= ~IO_U_F_VER_LIST;
 
                io_u->error = 0;
                flist_del(&io_u->list);
-               flist_add(&io_u->list, &td->io_u_busylist);
+               flist_add_tail(&io_u->list, &td->io_u_busylist);
                td->cur_depth++;
                io_u->flags |= IO_U_F_IN_CUR_DEPTH;
        } else if (td->o.verify_async) {
@@ -1018,7 +1103,10 @@ again:
 
 static int check_get_trim(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
 {
-       if (td->o.trim_backlog && td->trim_entries) {
+       if (!(td->flags & TD_F_TRIM_BACKLOG))
+               return 0;
+
+       if (td->trim_entries) {
                int get_trim = 0;
 
                if (td->trim_batch) {
@@ -1041,13 +1129,15 @@ static int check_get_trim(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
 
 static int check_get_verify(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
 {
-       if (td->o.verify_backlog && td->io_hist_len) {
+       if (!(td->flags & TD_F_VER_BACKLOG))
+               return 0;
+
+       if (td->io_hist_len) {
                int get_verify = 0;
 
-               if (td->verify_batch) {
-                       td->verify_batch--;
+               if (td->verify_batch)
                        get_verify = 1;
-               else if (!(td->io_hist_len % td->o.verify_backlog) &&
+               else if (!(td->io_hist_len % td->o.verify_backlog) &&
                         td->last_ddir != DDIR_READ) {
                        td->verify_batch = td->o.verify_batch;
                        if (!td->verify_batch)
@@ -1055,13 +1145,54 @@ static int check_get_verify(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
                        get_verify = 1;
                }
 
-               if (get_verify && !get_next_verify(td, io_u))
+               if (get_verify && !get_next_verify(td, io_u)) {
+                       td->verify_batch--;
                        return 1;
+               }
        }
 
        return 0;
 }
 
+/*
+ * Fill offset and start time into the buffer content, to prevent too
+ * easy compressible data for simple de-dupe attempts. Do this for every
+ * 512b block in the range, since that should be the smallest block size
+ * we can expect from a device.
+ */
+static void small_content_scramble(struct io_u *io_u)
+{
+       unsigned int i, nr_blocks = io_u->buflen / 512;
+       uint64_t boffset;
+       unsigned int offset;
+       void *p, *end;
+
+       if (!nr_blocks)
+               return;
+
+       p = io_u->xfer_buf;
+       boffset = io_u->offset;
+       io_u->buf_filled_len = 0;
+
+       for (i = 0; i < nr_blocks; i++) {
+               /*
+                * Fill the byte offset into a "random" start offset of
+                * the buffer, given by the product of the usec time
+                * and the actual offset.
+                */
+               offset = (io_u->start_time.tv_usec ^ boffset) & 511;
+               offset &= ~(sizeof(uint64_t) - 1);
+               if (offset >= 512 - sizeof(uint64_t))
+                       offset -= sizeof(uint64_t);
+               memcpy(p + offset, &boffset, sizeof(boffset));
+
+               end = p + 512 - sizeof(io_u->start_time);
+               memcpy(end, &io_u->start_time, sizeof(io_u->start_time));
+               p += 512;
+               boffset += 512;
+       }
+}
+
 /*
  * Return an io_u to be processed. Gets a buflen and offset, sets direction,
  * etc. The returned io_u is fully ready to be prepped and submitted.
@@ -1070,6 +1201,7 @@ struct io_u *get_io_u(struct thread_data *td)
 {
        struct fio_file *f;
        struct io_u *io_u;
+       int do_scramble = 0;
 
        io_u = __get_io_u(td);
        if (!io_u) {
@@ -1091,7 +1223,7 @@ struct io_u *get_io_u(struct thread_data *td)
        /*
         * If using an iolog, grab next piece if any available.
         */
-       if (td->o.read_iolog_file) {
+       if (td->flags & TD_F_READ_IOLOG) {
                if (read_iolog_get(td, io_u))
                        goto err_put;
        } else if (set_io_u_file(td, io_u)) {
@@ -1111,11 +1243,17 @@ struct io_u *get_io_u(struct thread_data *td)
                f->last_start = io_u->offset;
                f->last_pos = io_u->offset + io_u->buflen;
 
-               if (td->o.verify != VERIFY_NONE && io_u->ddir == DDIR_WRITE)
-                       populate_verify_io_u(td, io_u);
-               else if (td->o.refill_buffers && io_u->ddir == DDIR_WRITE)
-                       io_u_fill_buffer(td, io_u, io_u->xfer_buflen);
-               else if (io_u->ddir == DDIR_READ) {
+               if (io_u->ddir == DDIR_WRITE) {
+                       if (td->flags & TD_F_REFILL_BUFFERS) {
+                               io_u_fill_buffer(td, io_u,
+                                       io_u->xfer_buflen, io_u->xfer_buflen);
+                       } else if (td->flags & TD_F_SCRAMBLE_BUFFERS)
+                               do_scramble = 1;
+                       if (td->flags & TD_F_VER_NONE) {
+                               populate_verify_io_u(td, io_u);
+                               do_scramble = 0;
+                       }
+               } else if (io_u->ddir == DDIR_READ) {
                        /*
                         * Reset the buf_filled parameters so next time if the
                         * buffer is used for writes it is refilled.
@@ -1135,6 +1273,8 @@ out:
        if (!td_io_prep(td, io_u)) {
                if (!td->o.disable_slat)
                        fio_gettime(&io_u->start_time, NULL);
+               if (do_scramble)
+                       small_content_scramble(io_u);
                return io_u;
        }
 err_put:
@@ -1145,10 +1285,12 @@ err_put:
 
 void io_u_log_error(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
 {
+       enum error_type_bit eb = td_error_type(io_u->ddir, io_u->error);
        const char *msg[] = { "read", "write", "sync", "datasync",
                                "sync_file_range", "wait", "trim" };
 
-
+       if (td_non_fatal_error(td, eb, io_u->error) && !td->o.error_dump)
+               return;
 
        log_err("fio: io_u error");
 
@@ -1164,14 +1306,54 @@ void io_u_log_error(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
                td_verror(td, io_u->error, "io_u error");
 }
 
+static void account_io_completion(struct thread_data *td, struct io_u *io_u,
+                                 struct io_completion_data *icd,
+                                 const enum fio_ddir idx, unsigned int bytes)
+{
+       unsigned long lusec = 0;
+
+       if (!td->o.disable_clat || !td->o.disable_bw)
+               lusec = utime_since(&io_u->issue_time, &icd->time);
+
+       if (!td->o.disable_lat) {
+               unsigned long tusec;
+
+               tusec = utime_since(&io_u->start_time, &icd->time);
+               add_lat_sample(td, idx, tusec, bytes);
+
+               if (td->o.max_latency && tusec > td->o.max_latency) {
+                       if (!td->error)
+                               log_err("fio: latency of %lu usec exceeds specified max (%u usec)\n", tusec, td->o.max_latency);
+                       td_verror(td, ETIMEDOUT, "max latency exceeded");
+                       icd->error = ETIMEDOUT;
+               }
+       }
+
+       if (!td->o.disable_clat) {
+               add_clat_sample(td, idx, lusec, bytes);
+               io_u_mark_latency(td, lusec);
+       }
+
+       if (!td->o.disable_bw)
+               add_bw_sample(td, idx, bytes, &icd->time);
+
+       add_iops_sample(td, idx, &icd->time);
+}
+
+static long long usec_for_io(struct thread_data *td, enum fio_ddir ddir)
+{
+       uint64_t secs, remainder, bps, bytes;
+
+       bytes = td->this_io_bytes[ddir];
+       bps = td->rate_bps[ddir];
+       secs = bytes / bps;
+       remainder = bytes % bps;
+       return remainder * 1000000 / bps + secs * 1000000;
+}
+
 static void io_completed(struct thread_data *td, struct io_u *io_u,
                         struct io_completion_data *icd)
 {
-       /*
-        * Older gcc's are too dumb to realize that usec is always used
-        * initialized, silence that warning.
-        */
-       unsigned long uninitialized_var(usec);
        struct fio_file *f;
 
        dprint_io_u(io_u, "io complete");
@@ -1201,8 +1383,11 @@ static void io_completed(struct thread_data *td, struct io_u *io_u,
                int ret;
 
                td->io_blocks[idx]++;
+               td->this_io_blocks[idx]++;
                td->io_bytes[idx] += bytes;
-               td->this_io_bytes[idx] += bytes;
+
+               if (!(io_u->flags & IO_U_F_VER_LIST))
+                       td->this_io_bytes[idx] += bytes;
 
                if (idx == DDIR_WRITE) {
                        f = io_u->file;
@@ -1216,35 +1401,18 @@ static void io_completed(struct thread_data *td, struct io_u *io_u,
                        }
                }
 
-               if (ramp_time_over(td)) {
-                       unsigned long uninitialized_var(lusec);
+               if (ramp_time_over(td) && (td->runstate == TD_RUNNING ||
+                                          td->runstate == TD_VERIFYING)) {
+                       account_io_completion(td, io_u, icd, idx, bytes);
 
-                       if (!td->o.disable_clat || !td->o.disable_bw)
-                               lusec = utime_since(&io_u->issue_time,
-                                                       &icd->time);
-                       if (!td->o.disable_lat) {
-                               unsigned long tusec;
-
-                               tusec = utime_since(&io_u->start_time,
-                                                       &icd->time);
-                               add_lat_sample(td, idx, tusec, bytes);
-                       }
-                       if (!td->o.disable_clat) {
-                               add_clat_sample(td, idx, lusec, bytes);
-                               io_u_mark_latency(td, lusec);
-                       }
-                       if (!td->o.disable_bw)
-                               add_bw_sample(td, idx, bytes, &icd->time);
                        if (__should_check_rate(td, idx)) {
                                td->rate_pending_usleep[idx] =
-                                       ((td->this_io_bytes[idx] *
-                                         td->rate_nsec_cycle[idx]) / 1000 -
+                                       (usec_for_io(td, idx) -
                                         utime_since_now(&td->start));
                        }
-                       if (__should_check_rate(td, idx ^ 1))
+                       if (idx != DDIR_TRIM && __should_check_rate(td, odx))
                                td->rate_pending_usleep[odx] =
-                                       ((td->this_io_bytes[odx] *
-                                         td->rate_nsec_cycle[odx]) / 1000 -
+                                       (usec_for_io(td, odx) -
                                         utime_since_now(&td->start));
                }
 
@@ -1264,8 +1432,10 @@ static void io_completed(struct thread_data *td, struct io_u *io_u,
                icd->error = io_u->error;
                io_u_log_error(td, io_u);
        }
-       if (td->o.continue_on_error && icd->error &&
-           td_non_fatal_error(icd->error)) {
+       if (icd->error) {
+               enum error_type_bit eb = td_error_type(io_u->ddir, icd->error);
+               if (!td_non_fatal_error(td, eb, icd->error))
+                       return;
                /*
                 * If there is a non_fatal error, then add to the error count
                 * and clear all the errors.
@@ -1280,13 +1450,15 @@ static void io_completed(struct thread_data *td, struct io_u *io_u,
 static void init_icd(struct thread_data *td, struct io_completion_data *icd,
                     int nr)
 {
+       int ddir;
        if (!td->o.disable_clat || !td->o.disable_bw)
                fio_gettime(&icd->time, NULL);
 
        icd->nr = nr;
 
        icd->error = 0;
-       icd->bytes_done[0] = icd->bytes_done[1] = 0;
+       for (ddir = DDIR_READ; ddir < DDIR_RWDIR_CNT; ddir++)
+               icd->bytes_done[ddir] = 0;
 }
 
 static void ios_completed(struct thread_data *td,
@@ -1325,8 +1497,10 @@ int io_u_sync_complete(struct thread_data *td, struct io_u *io_u,
        }
 
        if (bytes) {
-               bytes[0] += icd.bytes_done[0];
-               bytes[1] += icd.bytes_done[1];
+               int ddir;
+
+               for (ddir = DDIR_READ; ddir < DDIR_RWDIR_CNT; ddir++)
+                       bytes[ddir] += icd.bytes_done[ddir];
        }
 
        return 0;
@@ -1363,8 +1537,10 @@ int io_u_queued_complete(struct thread_data *td, int min_evts,
        }
 
        if (bytes) {
-               bytes[0] += icd.bytes_done[0];
-               bytes[1] += icd.bytes_done[1];
+               int ddir;
+
+               for (ddir = DDIR_READ; ddir < DDIR_RWDIR_CNT; ddir++)
+                       bytes[ddir] += icd.bytes_done[ddir];
        }
 
        return 0;
@@ -1387,12 +1563,21 @@ void io_u_queued(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
  * "randomly" fill the buffer contents
  */
 void io_u_fill_buffer(struct thread_data *td, struct io_u *io_u,
-                     unsigned int max_bs)
+                     unsigned int min_write, unsigned int max_bs)
 {
        io_u->buf_filled_len = 0;
 
-       if (!td->o.zero_buffers)
-               fill_random_buf(io_u->buf, max_bs);
-       else
+       if (!td->o.zero_buffers) {
+               unsigned int perc = td->o.compress_percentage;
+
+               if (perc) {
+                       unsigned int seg = min_write;
+
+                       seg = min(min_write, td->o.compress_chunk);
+                       fill_random_buf_percentage(&td->buf_state, io_u->buf,
+                                               perc, seg, max_bs);
+               } else
+                       fill_random_buf(&td->buf_state, io_u->buf, max_bs);
+       } else
                memset(io_u->buf, 0, max_bs);
 }