Scramble IO buffers unless explicitly told not
[fio.git] / io_u.c
diff --git a/io_u.c b/io_u.c
index aff24eb884c2fc1db5aa6eccc81c1001746cc372..a45dd4021c4e161f945367a3aec59dde0ebd4c57 100644 (file)
--- a/io_u.c
+++ b/io_u.c
 #include "verify.h"
 #include "trim.h"
 #include "lib/rand.h"
-#include "lib/bitmap.h"
+#include "lib/axmap.h"
+#include "err.h"
 
 struct io_completion_data {
        int nr;                         /* input */
 
        int error;                      /* output */
-       unsigned long bytes_done[DDIR_RWDIR_CNT];       /* output */
+       uint64_t bytes_done[DDIR_RWDIR_CNT];    /* output */
        struct timeval time;            /* output */
 };
 
 /*
- * The ->io_bitmap 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)
 {
-       return !bitmap_isset(f->io_bitmap, block);
+       return !axmap_isset(f->io_axmap, block);
 }
 
 /*
@@ -36,24 +37,24 @@ 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 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;
 
        if (!(io_u->flags & IO_U_F_BUSY_OK))
-               nr_blocks = bitmap_set_nr(f->io_bitmap, block, nr_blocks);
+               nr_blocks = axmap_set_nr(f->io_axmap, block, nr_blocks);
 
        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));
 
@@ -67,35 +68,48 @@ static unsigned long long last_block(struct thread_data *td, struct fio_file *f,
        if (td->o.zone_range)
                max_size = td->o.zone_range;
 
-       max_blocks = max_size / (unsigned long long) td->o.ba[ddir];
+       if (td->o.min_bs[ddir] > td->o.ba[ddir])
+               max_size -= td->o.min_bs[ddir] - td->o.ba[ddir];
+
+       max_blocks = max_size / (uint64_t) td->o.ba[ddir];
        if (!max_blocks)
                return 0;
 
        return max_blocks;
 }
 
+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, unsigned long long *b)
+                                 enum fio_ddir ddir, uint64_t *b)
 {
-       unsigned long long rmax, r, lastb;
+       uint64_t r;
 
-       lastb = last_block(td, f, ddir);
-       if (!lastb)
-               return 1;
+       if (td->o.random_generator == FIO_RAND_GEN_TAUSWORTHE) {
+               uint64_t lastb;
 
-       rmax = td->o.use_os_rand ? OS_RAND_MAX : FRAND_MAX;
+               lastb = last_block(td, f, ddir);
+               if (!lastb)
+                       return 1;
 
-       if (td->o.use_os_rand) {
-               rmax = OS_RAND_MAX;
-               r = os_random_long(&td->random_state);
+               r = __rand(&td->random_state);
+
+               dprint(FD_RANDOM, "off rand %llu\n", (unsigned long long) r);
+
+               *b = lastb * (r / ((uint64_t) FRAND_MAX + 1.0));
        } else {
-               rmax = FRAND_MAX;
-               r = __rand(&td->__random_state);
-       }
+               uint64_t off = 0;
 
-       *b = (lastb - 1) * (r / ((unsigned long long) rmax + 1.0));
+               assert(fio_file_lfsr(f));
 
-       dprint(FD_RANDOM, "off rand %llu\n", r);
+               if (lfsr_next(&f->lfsr, &off))
+                       return 1;
+
+               *b = off;
+       }
 
        /*
         * if we are not maintaining a random map, we are done.
@@ -109,9 +123,10 @@ static int __get_next_rand_offset(struct thread_data *td, struct fio_file *f,
        if (random_map_free(f, *b))
                goto ret;
 
-       dprint(FD_RANDOM, "get_next_rand_offset: offset %llu busy\n", *b);
+       dprint(FD_RANDOM, "get_next_rand_offset: offset %llu busy\n",
+                                               (unsigned long long) *b);
 
-       *b = bitmap_next_free(f->io_bitmap, *b);
+       *b = axmap_next_free(f->io_axmap, *b);
        if (*b == (uint64_t) -1ULL)
                return 1;
 ret:
@@ -120,7 +135,7 @@ ret:
 
 static int __get_next_rand_offset_zipf(struct thread_data *td,
                                       struct fio_file *f, enum fio_ddir ddir,
-                                      unsigned long long *b)
+                                      uint64_t *b)
 {
        *b = zipf_next(&f->zipf);
        return 0;
@@ -128,14 +143,22 @@ static int __get_next_rand_offset_zipf(struct thread_data *td,
 
 static int __get_next_rand_offset_pareto(struct thread_data *td,
                                         struct fio_file *f, enum fio_ddir ddir,
-                                        unsigned long long *b)
+                                        uint64_t *b)
 {
        *b = pareto_next(&f->zipf);
        return 0;
 }
 
-static int get_next_rand_offset(struct thread_data *td, struct fio_file *f,
-                               enum fio_ddir ddir, unsigned long long *b)
+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);
+
+       return r1->off - r2->off;
+}
+
+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);
@@ -148,40 +171,123 @@ static int get_next_rand_offset(struct thread_data *td, struct fio_file *f,
        return 1;
 }
 
+/*
+ * Sort the reads for a verify phase in batches of verifysort_nr, if
+ * specified.
+ */
+static inline int should_sort_io(struct thread_data *td)
+{
+       if (!td->o.verifysort_nr || !td->o.do_verify)
+               return 0;
+       if (!td_random(td))
+               return 0;
+       if (td->runstate != TD_VERIFYING)
+               return 0;
+       if (td->o.random_generator == FIO_RAND_GEN_TAUSWORTHE)
+               return 0;
+
+       return 1;
+}
+
+static int should_do_random(struct thread_data *td, enum fio_ddir ddir)
+{
+       unsigned int v;
+       unsigned long r;
+
+       if (td->o.perc_rand[ddir] == 100)
+               return 1;
+
+       r = __rand(&td->seq_rand_state[ddir]);
+       v = 1 + (int) (100.0 * (r / (FRAND_MAX + 1.0)));
+
+       return v <= td->o.perc_rand[ddir];
+}
+
+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;
+
+       if (!should_sort_io(td))
+               return get_off_from_method(td, f, ddir, b);
+
+       if (!flist_empty(&td->next_rand_list)) {
+fetch:
+               r = flist_first_entry(&td->next_rand_list, struct rand_off, list);
+               flist_del(&r->list);
+               *b = r->off;
+               free(r);
+               return 0;
+       }
+
+       for (i = 0; i < td->o.verifysort_nr; i++) {
+               r = malloc(sizeof(*r));
+
+               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))
                return 0;
 
        if (td->o.time_based) {
-               fio_file_reset(f);
+               fio_file_reset(td, f);
                if (!get_next_rand_offset(td, f, ddir, b))
                        return 0;
        }
 
        dprint(FD_IO, "%s: rand offset failed, last=%llu, size=%llu\n",
-                       f->file_name, f->last_pos, f->real_file_size);
+                       f->file_name, (unsigned long long) f->last_pos[ddir],
+                       (unsigned long long) f->real_file_size);
        return 1;
 }
 
 static int get_next_seq_offset(struct thread_data *td, struct fio_file *f,
-                              enum fio_ddir ddir, unsigned long long *offset)
+                              enum fio_ddir ddir, uint64_t *offset)
 {
+       struct thread_options *o = &td->o;
+
        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[ddir] >= f->io_size + get_start_offset(td, f) &&
+           o->time_based)
+               f->last_pos[ddir] = f->last_pos[ddir] - f->io_size;
+
+       if (f->last_pos[ddir] < f->real_file_size) {
+               uint64_t pos;
 
-       if (f->last_pos < f->real_file_size) {
-               unsigned long long pos;
+               if (f->last_pos[ddir] == f->file_offset && o->ddir_seq_add < 0)
+                       f->last_pos[ddir] = f->real_file_size;
 
-               if (f->last_pos == f->file_offset && td->o.ddir_seq_add < 0)
-                       f->last_pos = f->real_file_size;
+               pos = f->last_pos[ddir] - f->file_offset;
+               if (pos && o->ddir_seq_add) {
+                       pos += o->ddir_seq_add;
 
-               pos = f->last_pos - f->file_offset;
-               if (pos)
-                       pos += td->o.ddir_seq_add;
+                       /*
+                        * If we reach beyond the end of the file
+                        * with holed IO, wrap around to the
+                        * beginning again.
+                        */
+                       if (pos >= f->real_file_size)
+                               pos = f->file_offset;
+               }
 
                *offset = pos;
                return 0;
@@ -191,10 +297,11 @@ static int get_next_seq_offset(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)
+                         enum fio_ddir ddir, int rw_seq,
+                         unsigned int *is_random)
 {
        struct fio_file *f = io_u->file;
-       unsigned long long b, offset;
+       uint64_t b, offset;
        int ret;
 
        assert(ddir_rw(ddir));
@@ -202,20 +309,34 @@ static int get_next_block(struct thread_data *td, struct io_u *io_u,
        b = offset = -1ULL;
 
        if (rw_seq) {
-               if (td_random(td))
-                       ret = get_next_rand_block(td, f, ddir, &b);
-               else
+               if (td_random(td)) {
+                       if (should_do_random(td, ddir)) {
+                               ret = get_next_rand_block(td, f, ddir, &b);
+                               *is_random = 1;
+                       } else {
+                               *is_random = 0;
+                               io_u->flags |= IO_U_F_BUSY_OK;
+                               ret = get_next_seq_offset(td, f, ddir, &offset);
+                               if (ret)
+                                       ret = get_next_rand_block(td, f, ddir, &b);
+                       }
+               } else {
+                       *is_random = 0;
                        ret = get_next_seq_offset(td, f, ddir, &offset);
+               }
        } else {
                io_u->flags |= IO_U_F_BUSY_OK;
+               *is_random = 0;
 
                if (td->o.rw_seq == RW_SEQ_SEQ) {
                        ret = get_next_seq_offset(td, f, ddir, &offset);
-                       if (ret)
+                       if (ret) {
                                ret = get_next_rand_block(td, f, ddir, &b);
+                               *is_random = 0;
+                       }
                } else if (td->o.rw_seq == RW_SEQ_IDENT) {
-                       if (f->last_start != -1ULL)
-                               offset = f->last_start - f->file_offset;
+                       if (f->last_start[ddir] != -1ULL)
+                               offset = f->last_start[ddir] - f->file_offset;
                        else
                                offset = 0;
                        ret = 0;
@@ -224,15 +345,14 @@ static int get_next_block(struct thread_data *td, struct io_u *io_u,
                        ret = 1;
                }
        }
-       
+
        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);
+                       log_err("fio: bug in offset generation: offset=%llu, b=%llu\n", (unsigned long long) offset, (unsigned long long) b);
                        ret = 1;
                }
        }
@@ -245,7 +365,8 @@ static int get_next_block(struct thread_data *td, struct io_u *io_u,
  * until we find a free one. For sequential io, just return the end of
  * the last io issued.
  */
-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,
+                            unsigned int *is_random)
 {
        struct fio_file *f = io_u->file;
        enum fio_ddir ddir = io_u->ddir;
@@ -258,33 +379,38 @@ 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))
+       if (get_next_block(td, io_u, ddir, rw_seq_hit, is_random))
                return 1;
 
        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);
+                                       (unsigned long long) io_u->offset,
+                                       (unsigned long long) f->io_size);
                return 1;
        }
 
        io_u->offset += f->file_offset;
        if (io_u->offset >= f->real_file_size) {
                dprint(FD_IO, "get_next_offset: offset %llu >= size %llu\n",
-                                       io_u->offset, f->real_file_size);
+                                       (unsigned long long) io_u->offset,
+                                       (unsigned long long) f->real_file_size);
                return 1;
        }
 
        return 0;
 }
 
-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,
+                          unsigned int *is_random)
 {
-       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, is_random);
+       }
 
-       return __get_next_offset(td, io_u);
+       return __get_next_offset(td, io_u, is_random);
 }
 
 static inline int io_u_fits(struct thread_data *td, struct io_u *io_u,
@@ -292,18 +418,22 @@ static inline int io_u_fits(struct thread_data *td, struct io_u *io_u,
 {
        struct fio_file *f = io_u->file;
 
-       return io_u->offset + buflen <= f->io_size + get_start_offset(td);
+       return io_u->offset + buflen <= f->io_size + get_start_offset(td, f);
 }
 
-static unsigned int __get_next_buflen(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
+static unsigned int __get_next_buflen(struct thread_data *td, struct io_u *io_u,
+                                     unsigned int is_random)
 {
-       const int ddir = io_u->ddir;
+       int ddir = io_u->ddir;
        unsigned int buflen = 0;
        unsigned int minbs, maxbs;
-       unsigned long r, rand_max;
+       unsigned long r;
 
        assert(ddir_rw(ddir));
 
+       if (td->o.bs_is_seq_rand)
+               ddir = is_random ? DDIR_WRITE: DDIR_READ;
+
        minbs = td->o.min_bs[ddir];
        maxbs = td->o.max_bs[ddir];
 
@@ -316,20 +446,12 @@ static unsigned int __get_next_buflen(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
        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);
+               r = __rand(&td->bsrange_state);
 
                if (!td->o.bssplit_nr[ddir]) {
                        buflen = 1 + (unsigned int) ((double) maxbs *
-                                       (r / (rand_max + 1.0)));
+                                       (r / (FRAND_MAX + 1.0)));
                        if (buflen < minbs)
                                buflen = minbs;
                } else {
@@ -341,12 +463,16 @@ static unsigned int __get_next_buflen(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
 
                                buflen = bsp->bs;
                                perc += bsp->perc;
-                               if ((r <= ((rand_max / 100L) * perc)) &&
+                               if ((r <= ((FRAND_MAX / 100L) * perc)) &&
                                    io_u_fits(td, io_u, buflen))
                                        break;
                        }
                }
 
+               if (td->o.do_verify && td->o.verify != VERIFY_NONE)
+                       buflen = (buflen + td->o.verify_interval - 1) &
+                               ~(td->o.verify_interval - 1);
+
                if (!td->o.bs_unaligned && is_power_of_2(minbs))
                        buflen = (buflen + minbs - 1) & ~(minbs - 1);
 
@@ -355,14 +481,17 @@ static unsigned int __get_next_buflen(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
        return buflen;
 }
 
-static unsigned int get_next_buflen(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
+static unsigned int get_next_buflen(struct thread_data *td, struct io_u *io_u,
+                                   unsigned int is_random)
 {
-       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, is_random);
+       }
 
-       return __get_next_buflen(td, io_u);
+       return __get_next_buflen(td, io_u, is_random);
 }
 
 static void set_rwmix_bytes(struct thread_data *td)
@@ -383,13 +512,8 @@ static inline enum fio_ddir get_rand_ddir(struct thread_data *td)
        unsigned int v;
        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 = __rand(&td->rwmix_state);
+       v = 1 + (int) (100.0 * (r / (FRAND_MAX + 1.0)));
 
        if (v <= td->o.rwmix[DDIR_READ])
                return DDIR_READ;
@@ -397,10 +521,33 @@ static inline enum fio_ddir get_rand_ddir(struct thread_data *td)
        return DDIR_WRITE;
 }
 
+void io_u_quiesce(struct thread_data *td)
+{
+       /*
+        * 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_queued || td->cur_depth) {
+               int fio_unused ret;
+
+               ret = td_io_commit(td);
+       }
+
+       while (td->io_u_in_flight) {
+               int fio_unused ret;
+
+               ret = io_u_queued_complete(td, 1, NULL);
+       }
+}
+
 static enum fio_ddir rate_ddir(struct thread_data *td, enum fio_ddir ddir)
 {
        enum fio_ddir odir = ddir ^ 1;
-       struct timeval t;
        long usec;
 
        assert(ddir_rw(ddir));
@@ -412,7 +559,7 @@ static enum fio_ddir rate_ddir(struct thread_data *td, enum fio_ddir ddir)
         * We have too much pending sleep in this direction. See if we
         * should switch.
         */
-       if (td_rw(td)) {
+       if (td_rw(td) && td->o.rwmix[odir]) {
                /*
                 * Other direction does not have too much pending, switch
                 */
@@ -433,24 +580,9 @@ 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);
-       }
+       io_u_quiesce(td);
 
-       fio_gettime(&t, NULL);
-       usec_sleep(td, usec);
-       usec = utime_since_now(&t);
+       usec = usec_sleep(td, usec);
 
        td->rate_pending_usleep[ddir] -= usec;
 
@@ -458,8 +590,6 @@ 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;
 }
 
@@ -527,7 +657,7 @@ static enum fio_ddir get_rw_ddir(struct thread_data *td)
 
 static void set_rw_ddir(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
 {
-       io_u->ddir = get_rw_ddir(td);
+       io_u->ddir = io_u->acct_ddir = get_rw_ddir(td);
 
        if (io_u->ddir == DDIR_WRITE && (td->io_ops->flags & FIO_BARRIER) &&
            td->o.barrier_blocks &&
@@ -538,7 +668,7 @@ static void set_rw_ddir(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
 
 void put_file_log(struct thread_data *td, struct fio_file *f)
 {
-       int ret = put_file(td, f);
+       unsigned int ret = put_file(td, f);
 
        if (ret)
                td_verror(td, ret, "file close");
@@ -548,16 +678,15 @@ void put_io_u(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
 {
        td_io_u_lock(td);
 
-       if (io_u->file && !(io_u->flags & IO_U_F_FREE_DEF))
+       if (io_u->file && !(io_u->flags & IO_U_F_NO_FILE_PUT))
                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);
-       flist_add(&io_u->list, &td->io_u_freelist);
+       io_u_qpush(&td->io_u_freelist, io_u);
        td_io_u_unlock(td);
        td_io_u_free_notify(td);
 }
@@ -571,26 +700,29 @@ void clear_io_u(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
 void requeue_io_u(struct thread_data *td, struct io_u **io_u)
 {
        struct io_u *__io_u = *io_u;
+       enum fio_ddir ddir = acct_ddir(__io_u);
 
        dprint(FD_IO, "requeue %p\n", __io_u);
 
        td_io_u_lock(td);
 
        __io_u->flags |= IO_U_F_FREE;
-       if ((__io_u->flags & IO_U_F_FLIGHT) && ddir_rw(__io_u->ddir))
-               td->io_issues[__io_u->ddir]--;
+       if ((__io_u->flags & IO_U_F_FLIGHT) && ddir_rw(ddir))
+               td->io_issues[ddir]--;
 
        __io_u->flags &= ~IO_U_F_FLIGHT;
        if (__io_u->flags & IO_U_F_IN_CUR_DEPTH)
                td->cur_depth--;
-       flist_del(&__io_u->list);
-       flist_add_tail(&__io_u->list, &td->io_u_requeues);
+
+       io_u_rpush(&td->io_u_requeues, __io_u);
        td_io_u_unlock(td);
        *io_u = NULL;
 }
 
 static int fill_io_u(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
 {
+       unsigned int is_random;
+
        if (td->io_ops->flags & FIO_NOIO)
                goto out;
 
@@ -606,9 +738,17 @@ 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 && td->o.zone_skip) {
+               struct fio_file *f = io_u->file;
+
                td->zone_bytes = 0;
-               io_u->file->file_offset += td->o.zone_range + td->o.zone_skip;
-               io_u->file->last_pos = io_u->file->file_offset;
+               f->file_offset += td->o.zone_range + td->o.zone_skip;
+
+               /*
+                * Wrap from the beginning, if we exceed the file size
+                */
+               if (f->file_offset >= f->real_file_size)
+                       f->file_offset = f->real_file_size - f->file_offset;
+               f->last_pos[io_u->ddir] = f->file_offset;
                td->io_skip_bytes += td->o.zone_skip;
        }
 
@@ -616,12 +756,12 @@ static int fill_io_u(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
         * No log, let the seq/rand engine retrieve the next buflen and
         * position.
         */
-       if (get_next_offset(td, io_u)) {
+       if (get_next_offset(td, io_u, &is_random)) {
                dprint(FD_IO, "io_u %p, failed getting offset\n", io_u);
                return 1;
        }
 
-       io_u->buflen = get_next_buflen(td, io_u);
+       io_u->buflen = get_next_buflen(td, io_u, is_random);
        if (!io_u->buflen) {
                dprint(FD_IO, "io_u %p, failed getting buflen\n", io_u);
                return 1;
@@ -629,8 +769,9 @@ static int fill_io_u(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
 
        if (io_u->offset + io_u->buflen > io_u->file->real_file_size) {
                dprint(FD_IO, "io_u %p, offset too large\n", io_u);
-               dprint(FD_IO, "  off=%llu/%lu > %llu\n", io_u->offset,
-                               io_u->buflen, io_u->file->real_file_size);
+               dprint(FD_IO, "  off=%llu/%lu > %llu\n",
+                       (unsigned long long) io_u->offset, io_u->buflen,
+                       (unsigned long long) io_u->file->real_file_size);
                return 1;
        }
 
@@ -640,13 +781,9 @@ static int fill_io_u(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
        if (td_random(td) && file_randommap(td, io_u->file))
                mark_random_map(td, io_u);
 
-       /*
-        * If using a write iolog, store this entry.
-        */
 out:
        dprint_io_u(io_u, "fill_io_u");
        td->zone_bytes += io_u->buflen;
-       log_io_u(td, io_u);
        return 0;
 }
 
@@ -828,15 +965,9 @@ static struct fio_file *get_next_file_rand(struct thread_data *td,
                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 = __rand(&td->next_file_state);
+               fno = (unsigned int) ((double) td->o.nr_files
                                * (r / (FRAND_MAX + 1.0)));
-               }
 
                f = td->files[fno];
                if (fio_file_done(f))
@@ -845,6 +976,9 @@ static struct fio_file *get_next_file_rand(struct thread_data *td,
                if (!fio_file_open(f)) {
                        int err;
 
+                       if (td->nr_open_files >= td->o.open_files)
+                               return ERR_PTR(-EBUSY);
+
                        err = td_io_open_file(td, f);
                        if (err)
                                continue;
@@ -887,6 +1021,9 @@ static struct fio_file *get_next_file_rr(struct thread_data *td, int goodf,
                if (!fio_file_open(f)) {
                        int err;
 
+                       if (td->nr_open_files >= td->o.open_files)
+                               return ERR_PTR(-EBUSY);
+
                        err = td_io_open_file(td, f);
                        if (err) {
                                dprint(FD_FILE, "error %d on open of %s\n",
@@ -940,31 +1077,39 @@ static struct fio_file *__get_next_file(struct thread_data *td)
        else
                f = get_next_file_rand(td, FIO_FILE_open, FIO_FILE_closing);
 
+       if (IS_ERR(f))
+               return f;
+
        td->file_service_file = f;
        td->file_service_left = td->file_service_nr - 1;
 out:
-       dprint(FD_FILE, "get_next_file: %p [%s]\n", f, f->file_name);
+       if (f)
+               dprint(FD_FILE, "get_next_file: %p [%s]\n", f, f->file_name);
+       else
+               dprint(FD_FILE, "get_next_file: NULL\n");
        return f;
 }
 
 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);
 }
 
-static int set_io_u_file(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
+static long set_io_u_file(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
 {
        struct fio_file *f;
 
        do {
                f = get_next_file(td);
-               if (!f)
-                       return 1;
+               if (IS_ERR_OR_NULL(f))
+                       return PTR_ERR(f);
 
                io_u->file = f;
                get_file(f);
@@ -984,36 +1129,194 @@ static int set_io_u_file(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
        return 0;
 }
 
+static void lat_fatal(struct thread_data *td, struct io_completion_data *icd,
+                     unsigned long tusec, unsigned long max_usec)
+{
+       if (!td->error)
+               log_err("fio: latency of %lu usec exceeds specified max (%lu usec)\n", tusec, max_usec);
+       td_verror(td, ETIMEDOUT, "max latency exceeded");
+       icd->error = ETIMEDOUT;
+}
+
+static void lat_new_cycle(struct thread_data *td)
+{
+       fio_gettime(&td->latency_ts, NULL);
+       td->latency_ios = ddir_rw_sum(td->io_blocks);
+       td->latency_failed = 0;
+}
+
+/*
+ * We had an IO outside the latency target. Reduce the queue depth. If we
+ * are at QD=1, then it's time to give up.
+ */
+static int __lat_target_failed(struct thread_data *td)
+{
+       if (td->latency_qd == 1)
+               return 1;
+
+       td->latency_qd_high = td->latency_qd;
+
+       if (td->latency_qd == td->latency_qd_low)
+               td->latency_qd_low--;
+
+       td->latency_qd = (td->latency_qd + td->latency_qd_low) / 2;
+
+       dprint(FD_RATE, "Ramped down: %d %d %d\n", td->latency_qd_low, td->latency_qd, td->latency_qd_high);
+
+       /*
+        * When we ramp QD down, quiesce existing IO to prevent
+        * a storm of ramp downs due to pending higher depth.
+        */
+       io_u_quiesce(td);
+       lat_new_cycle(td);
+       return 0;
+}
+
+static int lat_target_failed(struct thread_data *td)
+{
+       if (td->o.latency_percentile.u.f == 100.0)
+               return __lat_target_failed(td);
+
+       td->latency_failed++;
+       return 0;
+}
+
+void lat_target_init(struct thread_data *td)
+{
+       td->latency_end_run = 0;
+
+       if (td->o.latency_target) {
+               dprint(FD_RATE, "Latency target=%llu\n", td->o.latency_target);
+               fio_gettime(&td->latency_ts, NULL);
+               td->latency_qd = 1;
+               td->latency_qd_high = td->o.iodepth;
+               td->latency_qd_low = 1;
+               td->latency_ios = ddir_rw_sum(td->io_blocks);
+       } else
+               td->latency_qd = td->o.iodepth;
+}
+
+void lat_target_reset(struct thread_data *td)
+{
+       if (!td->latency_end_run)
+               lat_target_init(td);
+}
+
+static void lat_target_success(struct thread_data *td)
+{
+       const unsigned int qd = td->latency_qd;
+       struct thread_options *o = &td->o;
+
+       td->latency_qd_low = td->latency_qd;
+
+       /*
+        * If we haven't failed yet, we double up to a failing value instead
+        * of bisecting from highest possible queue depth. If we have set
+        * a limit other than td->o.iodepth, bisect between that.
+        */
+       if (td->latency_qd_high != o->iodepth)
+               td->latency_qd = (td->latency_qd + td->latency_qd_high) / 2;
+       else
+               td->latency_qd *= 2;
+
+       if (td->latency_qd > o->iodepth)
+               td->latency_qd = o->iodepth;
+
+       dprint(FD_RATE, "Ramped up: %d %d %d\n", td->latency_qd_low, td->latency_qd, td->latency_qd_high);
+
+       /*
+        * Same as last one, we are done. Let it run a latency cycle, so
+        * we get only the results from the targeted depth.
+        */
+       if (td->latency_qd == qd) {
+               if (td->latency_end_run) {
+                       dprint(FD_RATE, "We are done\n");
+                       td->done = 1;
+               } else {
+                       dprint(FD_RATE, "Quiesce and final run\n");
+                       io_u_quiesce(td);
+                       td->latency_end_run = 1;
+                       reset_all_stats(td);
+                       reset_io_stats(td);
+               }
+       }
+
+       lat_new_cycle(td);
+}
+
+/*
+ * Check if we can bump the queue depth
+ */
+void lat_target_check(struct thread_data *td)
+{
+       uint64_t usec_window;
+       uint64_t ios;
+       double success_ios;
+
+       usec_window = utime_since_now(&td->latency_ts);
+       if (usec_window < td->o.latency_window)
+               return;
+
+       ios = ddir_rw_sum(td->io_blocks) - td->latency_ios;
+       success_ios = (double) (ios - td->latency_failed) / (double) ios;
+       success_ios *= 100.0;
+
+       dprint(FD_RATE, "Success rate: %.2f%% (target %.2f%%)\n", success_ios, td->o.latency_percentile.u.f);
+
+       if (success_ios >= td->o.latency_percentile.u.f)
+               lat_target_success(td);
+       else
+               __lat_target_failed(td);
+}
+
+/*
+ * If latency target is enabled, we might be ramping up or down and not
+ * using the full queue depth available.
+ */
+int queue_full(const struct thread_data *td)
+{
+       const int qempty = io_u_qempty(&td->io_u_freelist);
+
+       if (qempty)
+               return 1;
+       if (!td->o.latency_target)
+               return 0;
+
+       return td->cur_depth >= td->latency_qd;
+}
 
 struct io_u *__get_io_u(struct thread_data *td)
 {
        struct io_u *io_u = NULL;
 
+       if (td->stop_io)
+               return NULL;
+
        td_io_u_lock(td);
 
 again:
-       if (!flist_empty(&td->io_u_requeues))
-               io_u = flist_entry(td->io_u_requeues.next, struct io_u, list);
+       if (!io_u_rempty(&td->io_u_requeues))
+               io_u = io_u_rpop(&td->io_u_requeues);
        else if (!queue_full(td)) {
-               io_u = flist_entry(td->io_u_freelist.next, struct io_u, list);
+               io_u = io_u_qpop(&td->io_u_freelist);
 
+               io_u->file = NULL;
                io_u->buflen = 0;
                io_u->resid = 0;
-               io_u->file = NULL;
                io_u->end_io = NULL;
        }
 
        if (io_u) {
                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->flags &= ~(IO_U_F_FREE | IO_U_F_NO_FILE_PUT |
+                                IO_U_F_TRIMMED | IO_U_F_BARRIER |
+                                IO_U_F_VER_LIST);
 
                io_u->error = 0;
-               flist_del(&io_u->list);
-               flist_add_tail(&io_u->list, &td->io_u_busylist);
+               io_u->acct_ddir = -1;
                td->cur_depth++;
                io_u->flags |= IO_U_F_IN_CUR_DEPTH;
+               io_u->ipo = NULL;
        } else if (td->o.verify_async) {
                /*
                 * We ran out, wait for async verify threads to finish and
@@ -1029,7 +1332,10 @@ 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) {
@@ -1052,7 +1358,10 @@ 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)
@@ -1083,7 +1392,7 @@ static int check_get_verify(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
 static void small_content_scramble(struct io_u *io_u)
 {
        unsigned int i, nr_blocks = io_u->buflen / 512;
-       unsigned long long boffset;
+       uint64_t boffset;
        unsigned int offset;
        void *p, *end;
 
@@ -1101,9 +1410,9 @@ static void small_content_scramble(struct io_u *io_u)
                 * and the actual offset.
                 */
                offset = (io_u->start_time.tv_usec ^ boffset) & 511;
-               offset &= ~(sizeof(unsigned long long) - 1);
-               if (offset >= 512 - sizeof(unsigned long long))
-                       offset -= sizeof(unsigned long long);
+               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);
@@ -1122,6 +1431,7 @@ struct io_u *get_io_u(struct thread_data *td)
        struct fio_file *f;
        struct io_u *io_u;
        int do_scramble = 0;
+       long ret = 0;
 
        io_u = __get_io_u(td);
        if (!io_u) {
@@ -1143,15 +1453,21 @@ 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)) {
+               ret = -EBUSY;
                dprint(FD_IO, "io_u %p, setting file failed\n", io_u);
                goto err_put;
        }
 
        f = io_u->file;
+       if (!f) {
+               dprint(FD_IO, "io_u %p, setting file failed\n", io_u);
+               goto err_put;
+       }
+
        assert(fio_file_open(f));
 
        if (ddir_rw(io_u->ddir)) {
@@ -1160,16 +1476,19 @@ struct io_u *get_io_u(struct thread_data *td)
                        goto err_put;
                }
 
-               f->last_start = io_u->offset;
-               f->last_pos = io_u->offset + io_u->buflen;
+               f->last_start[io_u->ddir] = io_u->offset;
+               f->last_pos[io_u->ddir] = io_u->offset + io_u->buflen;
 
                if (io_u->ddir == DDIR_WRITE) {
-                       if (td->o.refill_buffers) {
+                       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->o.scramble_buffers)
+                                       td->o.min_bs[DDIR_WRITE],
+                                       io_u->xfer_buflen);
+                       }
+                       if ((td->flags & TD_F_SCRAMBLE_BUFFERS) &&
+                                  !(td->flags & TD_F_COMPRESS))
                                do_scramble = 1;
-                       if (td->o.verify != VERIFY_NONE) {
+                       if (td->flags & TD_F_VER_NONE) {
                                populate_verify_io_u(td, io_u);
                                do_scramble = 0;
                        }
@@ -1200,69 +1519,79 @@ out:
 err_put:
        dprint(FD_IO, "get_io_u failed\n");
        put_io_u(td, io_u);
-       return NULL;
+       return ERR_PTR(ret);
 }
 
 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");
-
-       if (io_u->file)
-               log_err(" on file %s", io_u->file->file_name);
-
-       log_err(": %s\n", strerror(io_u->error));
-
-       log_err("     %s offset=%llu, buflen=%lu\n", msg[io_u->ddir],
-                                       io_u->offset, io_u->xfer_buflen);
+       log_err("fio: io_u error%s%s: %s: %s offset=%llu, buflen=%lu\n",
+               io_u->file ? " on file " : "",
+               io_u->file ? io_u->file->file_name : "",
+               strerror(io_u->error),
+               io_ddir_name(io_u->ddir),
+               io_u->offset, io_u->xfer_buflen);
 
        if (!td->error)
                td_verror(td, io_u->error, "io_u error");
 }
 
+static inline int gtod_reduce(struct thread_data *td)
+{
+       return td->o.disable_clat && td->o.disable_lat && td->o.disable_slat
+               && td->o.disable_bw;
+}
+
 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)
+       if (!gtod_reduce(td))
                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);
+               add_lat_sample(td, idx, tusec, bytes, io_u->offset);
+
+               if (td->flags & TD_F_PROFILE_OPS) {
+                       struct prof_io_ops *ops = &td->prof_io_ops;
 
-               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 (ops->io_u_lat)
+                               icd->error = ops->io_u_lat(td, tusec);
+               }
+
+               if (td->o.max_latency && tusec > td->o.max_latency)
+                       lat_fatal(td, icd, tusec, td->o.max_latency);
+               if (td->o.latency_target && tusec > td->o.latency_target) {
+                       if (lat_target_failed(td))
+                               lat_fatal(td, icd, tusec, td->o.latency_target);
                }
        }
 
        if (!td->o.disable_clat) {
-               add_clat_sample(td, idx, lusec, bytes);
+               add_clat_sample(td, idx, lusec, bytes, io_u->offset);
                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);
+       if (!gtod_reduce(td))
+               add_iops_sample(td, idx, bytes, &icd->time);
 }
 
 static long long usec_for_io(struct thread_data *td, enum fio_ddir ddir)
 {
-       unsigned long long secs, remainder, bps, bytes;
+       uint64_t secs, remainder, bps, bytes;
+
        bytes = td->this_io_bytes[ddir];
        bps = td->rate_bps[ddir];
        secs = bytes / bps;
@@ -1270,21 +1599,38 @@ static long long usec_for_io(struct thread_data *td, enum fio_ddir ddir)
        return remainder * 1000000 / bps + secs * 1000000;
 }
 
-static void io_completed(struct thread_data *td, struct io_u *io_u,
+static void io_completed(struct thread_data *td, struct io_u **io_u_ptr,
                         struct io_completion_data *icd)
 {
-       struct fio_file *f;
+       struct io_u *io_u = *io_u_ptr;
+       enum fio_ddir ddir = io_u->ddir;
+       struct fio_file *f = io_u->file;
 
        dprint_io_u(io_u, "io complete");
 
        td_io_u_lock(td);
        assert(io_u->flags & IO_U_F_FLIGHT);
        io_u->flags &= ~(IO_U_F_FLIGHT | IO_U_F_BUSY_OK);
+
+       /*
+        * Mark IO ok to verify
+        */
+       if (io_u->ipo) {
+               /*
+                * Remove errored entry from the verification list
+                */
+               if (io_u->error)
+                       unlog_io_piece(td, io_u);
+               else {
+                       io_u->ipo->flags &= ~IP_F_IN_FLIGHT;
+                       write_barrier();
+               }
+       }
+
        td_io_u_unlock(td);
 
-       if (ddir_sync(io_u->ddir)) {
+       if (ddir_sync(ddir)) {
                td->last_was_sync = 1;
-               f = io_u->file;
                if (f) {
                        f->first_write = -1ULL;
                        f->last_write = -1ULL;
@@ -1293,23 +1639,21 @@ static void io_completed(struct thread_data *td, struct io_u *io_u,
        }
 
        td->last_was_sync = 0;
-       td->last_ddir = io_u->ddir;
+       td->last_ddir = ddir;
 
-       if (!io_u->error && ddir_rw(io_u->ddir)) {
+       if (!io_u->error && ddir_rw(ddir)) {
                unsigned int bytes = io_u->buflen - io_u->resid;
-               const enum fio_ddir idx = io_u->ddir;
-               const enum fio_ddir odx = io_u->ddir ^ 1;
+               const enum fio_ddir oddir = ddir ^ 1;
                int ret;
 
-               td->io_blocks[idx]++;
-               td->this_io_blocks[idx]++;
-               td->io_bytes[idx] += bytes;
+               td->io_blocks[ddir]++;
+               td->this_io_blocks[ddir]++;
+               td->io_bytes[ddir] += bytes;
 
                if (!(io_u->flags & IO_U_F_VER_LIST))
-                       td->this_io_bytes[idx] += bytes;
+                       td->this_io_bytes[ddir] += bytes;
 
-               if (idx == DDIR_WRITE) {
-                       f = io_u->file;
+               if (ddir == DDIR_WRITE) {
                        if (f) {
                                if (f->first_write == -1ULL ||
                                    io_u->offset < f->first_write)
@@ -1318,32 +1662,37 @@ static void io_completed(struct thread_data *td, struct io_u *io_u,
                                    ((io_u->offset + bytes) > f->last_write))
                                        f->last_write = io_u->offset + bytes;
                        }
+                       if (td->last_write_comp) {
+                               int idx = td->last_write_idx++;
+
+                               td->last_write_comp[idx] = io_u->offset;
+                               if (td->last_write_idx == td->o.iodepth)
+                                       td->last_write_idx = 0;
+                       }
                }
 
                if (ramp_time_over(td) && (td->runstate == TD_RUNNING ||
                                           td->runstate == TD_VERIFYING)) {
-                       account_io_completion(td, io_u, icd, idx, bytes);
+                       account_io_completion(td, io_u, icd, ddir, bytes);
 
-                       if (__should_check_rate(td, idx)) {
-                               td->rate_pending_usleep[idx] =
-                                       (usec_for_io(td, idx) -
+                       if (__should_check_rate(td, ddir)) {
+                               td->rate_pending_usleep[ddir] =
+                                       (usec_for_io(td, ddir) -
                                         utime_since_now(&td->start));
                        }
-                       if (idx != DDIR_TRIM && __should_check_rate(td, odx))
-                               td->rate_pending_usleep[odx] =
-                                       (usec_for_io(td, odx) -
+                       if (ddir != DDIR_TRIM &&
+                           __should_check_rate(td, oddir)) {
+                               td->rate_pending_usleep[oddir] =
+                                       (usec_for_io(td, oddir) -
                                         utime_since_now(&td->start));
+                       }
                }
 
-               if (td_write(td) && idx == DDIR_WRITE &&
-                   td->o.do_verify &&
-                   td->o.verify != VERIFY_NONE)
-                       log_io_piece(td, io_u);
-
-               icd->bytes_done[idx] += bytes;
+               icd->bytes_done[ddir] += bytes;
 
                if (io_u->end_io) {
-                       ret = io_u->end_io(td, io_u);
+                       ret = io_u->end_io(td, io_u_ptr);
+                       io_u = *io_u_ptr;
                        if (ret && !icd->error)
                                icd->error = ret;
                }
@@ -1352,9 +1701,11 @@ static void io_completed(struct thread_data *td, struct io_u *io_u,
                io_u_log_error(td, io_u);
        }
        if (icd->error) {
-               enum error_type_bit eb = td_error_type(io_u->ddir, icd->error);
+               enum error_type_bit eb = td_error_type(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.
@@ -1362,7 +1713,8 @@ static void io_completed(struct thread_data *td, struct io_u *io_u,
                update_error_count(td, icd->error);
                td_clear_error(td);
                icd->error = 0;
-               io_u->error = 0;
+               if (io_u)
+                       io_u->error = 0;
        }
 }
 
@@ -1370,7 +1722,8 @@ 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)
+
+       if (!gtod_reduce(td))
                fio_gettime(&icd->time, NULL);
 
        icd->nr = nr;
@@ -1389,9 +1742,9 @@ static void ios_completed(struct thread_data *td,
        for (i = 0; i < icd->nr; i++) {
                io_u = td->io_ops->event(td, i);
 
-               io_completed(td, io_u, icd);
+               io_completed(td, &io_u, icd);
 
-               if (!(io_u->flags & IO_U_F_FREE_DEF))
+               if (io_u)
                        put_io_u(td, io_u);
        }
 }
@@ -1400,14 +1753,14 @@ static void ios_completed(struct thread_data *td,
  * Complete a single io_u for the sync engines.
  */
 int io_u_sync_complete(struct thread_data *td, struct io_u *io_u,
-                      unsigned long *bytes)
+                      uint64_t *bytes)
 {
        struct io_completion_data icd;
 
        init_icd(td, &icd, 1);
-       io_completed(td, io_u, &icd);
+       io_completed(td, &io_u, &icd);
 
-       if (!(io_u->flags & IO_U_F_FREE_DEF))
+       if (io_u)
                put_io_u(td, io_u);
 
        if (icd.error) {
@@ -1429,7 +1782,7 @@ int io_u_sync_complete(struct thread_data *td, struct io_u *io_u,
  * Called to complete min_events number of io for the async engines.
  */
 int io_u_queued_complete(struct thread_data *td, int min_evts,
-                        unsigned long *bytes)
+                        uint64_t *bytes)
 {
        struct io_completion_data icd;
        struct timespec *tvp = NULL;
@@ -1440,6 +1793,8 @@ int io_u_queued_complete(struct thread_data *td, int min_evts,
 
        if (!min_evts)
                tvp = &ts;
+       else if (min_evts > td->cur_depth)
+               min_evts = td->cur_depth;
 
        ret = td_io_getevents(td, min_evts, td->o.iodepth_batch_complete, tvp);
        if (ret < 0) {
@@ -1474,10 +1829,79 @@ void io_u_queued(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
                unsigned long slat_time;
 
                slat_time = utime_since(&io_u->start_time, &io_u->issue_time);
-               add_slat_sample(td, io_u->ddir, slat_time, io_u->xfer_buflen);
+               add_slat_sample(td, io_u->ddir, slat_time, io_u->xfer_buflen,
+                               io_u->offset);
        }
 }
 
+/*
+ * See if we should reuse the last seed, if dedupe is enabled
+ */
+static struct frand_state *get_buf_state(struct thread_data *td)
+{
+       unsigned int v;
+       unsigned long r;
+
+       if (!td->o.dedupe_percentage)
+               return &td->buf_state;
+       else if (td->o.dedupe_percentage == 100)
+               return &td->buf_state_prev;
+
+       r = __rand(&td->dedupe_state);
+       v = 1 + (int) (100.0 * (r / (FRAND_MAX + 1.0)));
+
+       if (v <= td->o.dedupe_percentage)
+               return &td->buf_state_prev;
+
+       return &td->buf_state;
+}
+
+static void save_buf_state(struct thread_data *td, struct frand_state *rs)
+{
+       if (rs == &td->buf_state)
+               frand_copy(&td->buf_state_prev, rs);
+}
+
+void fill_io_buffer(struct thread_data *td, void *buf, unsigned int min_write,
+                   unsigned int max_bs)
+{
+       struct thread_options *o = &td->o;
+
+       if (o->compress_percentage || o->dedupe_percentage) {
+               unsigned int perc = td->o.compress_percentage;
+               struct frand_state *rs;
+               unsigned int left = max_bs;
+
+               do {
+                       rs = get_buf_state(td);
+
+                       min_write = min(min_write, left);
+
+                       if (perc) {
+                               unsigned int seg = min_write;
+
+                               seg = min(min_write, td->o.compress_chunk);
+                               if (!seg)
+                                       seg = min_write;
+
+                               fill_random_buf_percentage(rs, buf, perc, seg,
+                                       min_write, o->buffer_pattern,
+                                                  o->buffer_pattern_bytes);
+                       } else
+                               fill_random_buf(rs, buf, min_write);
+
+                       buf += min_write;
+                       left -= min_write;
+                       save_buf_state(td, rs);
+               } while (left);
+       } else if (o->buffer_pattern_bytes)
+               fill_buffer_pattern(td, buf, max_bs);
+       else if (o->zero_buffers)
+               memset(buf, 0, max_bs);
+       else
+               fill_random_buf(get_buf_state(td), buf, max_bs);
+}
+
 /*
  * "randomly" fill the buffer contents
  */
@@ -1485,18 +1909,5 @@ void io_u_fill_buffer(struct thread_data *td, struct io_u *io_u,
                      unsigned int min_write, unsigned int max_bs)
 {
        io_u->buf_filled_len = 0;
-
-       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);
+       fill_io_buffer(td, io_u->buf, min_write, max_bs);
 }