Random IO fixes
[fio.git] / io_u.c
diff --git a/io_u.c b/io_u.c
index 834e5d214d5da390365858f36d67ed3fd67127a6..a963441a9d3e6baabf4e312146638d90cb46f708 100644 (file)
--- a/io_u.c
+++ b/io_u.c
@@ -6,7 +6,19 @@
 #include <assert.h>
 
 #include "fio.h"
-#include "os.h"
+
+/*
+ * Change this define to play with the timeout handling
+ */
+#undef FIO_USE_TIMEOUT
+
+struct io_completion_data {
+       int nr;                         /* input */
+
+       int error;                      /* output */
+       unsigned long bytes_done[2];    /* output */
+       struct timeval time;            /* output */
+};
 
 /*
  * The ->file_map[] contains a map of blocks we have or have not done io
@@ -24,25 +36,32 @@ static int random_map_free(struct thread_data *td, struct fio_file *f,
 /*
  * Mark a given offset as used in the map.
  */
-static void mark_random_map(struct thread_data *td, struct fio_file *f,
-                           struct io_u *io_u)
+static void mark_random_map(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
 {
-       unsigned int min_bs = td->min_bs[io_u->ddir];
+       unsigned int min_bs = td->o.rw_min_bs;
+       struct fio_file *f = io_u->file;
        unsigned long long block;
        unsigned int blocks;
+       unsigned int nr_blocks;
 
        block = io_u->offset / (unsigned long long) min_bs;
        blocks = 0;
-       while (blocks < (io_u->buflen / min_bs)) {
+       nr_blocks = (io_u->buflen + min_bs - 1) / min_bs;
+
+       while (blocks < nr_blocks) {
                unsigned int idx, bit;
 
-               if (!random_map_free(td, f, block))
+               /*
+                * If we have a mixed random workload, we may
+                * encounter blocks we already did IO to.
+                */
+               if (!td->o.ddir_nr == 1 && !random_map_free(td, f, block))
                        break;
 
                idx = RAND_MAP_IDX(td, f, block);
                bit = RAND_MAP_BIT(td, f, block);
 
-               assert(idx < f->num_maps);
+               fio_assert(td, idx < f->num_maps);
 
                f->file_map[idx] |= (1UL << bit);
                block++;
@@ -61,11 +80,12 @@ static int get_next_free_block(struct thread_data *td, struct fio_file *f,
 {
        int i;
 
-       *b = 0;
-       i = 0;
-       while ((*b) * td->rw_min_bs < f->real_file_size) {
+       i = f->last_free_lookup;
+       *b = (i * BLOCKS_PER_MAP);
+       while ((*b) * td->o.rw_min_bs < f->real_file_size) {
                if (f->file_map[i] != -1UL) {
-                       *b += ffz(f->file_map[i]);
+                       *b += fio_ffz(f->file_map[i]);
+                       f->last_free_lookup = i;
                        return 0;
                }
 
@@ -76,72 +96,150 @@ static int get_next_free_block(struct thread_data *td, struct fio_file *f,
        return 1;
 }
 
+static int get_next_rand_offset(struct thread_data *td, struct fio_file *f,
+                               int ddir, unsigned long long *b)
+{
+       unsigned long long max_blocks = f->io_size / td->o.min_bs[ddir];
+       unsigned long long r, rb;
+       int loops = 5;
+
+       do {
+               r = os_random_long(&td->random_state);
+               if (!max_blocks)
+                       *b = 0;
+               else
+                       *b = ((max_blocks - 1) * r / (unsigned long long) (RAND_MAX+1.0));
+               /*
+                * if we are not maintaining a random map, we are done.
+                */
+               if (td->o.norandommap)
+                       return 0;
+
+               /*
+                * calculate map offset and chec if it's free
+                */
+               rb = *b;
+               if (random_map_free(td, f, rb))
+                       return 0;
+
+       } while (--loops);
+
+       /*
+        * 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.
+        */
+       loops = 10;
+       do {
+               f->last_free_lookup = (f->num_maps - 1) * (r / (RAND_MAX+1.0));
+               if (!get_next_free_block(td, f, b))
+                       return 0;
+
+               r = os_random_long(&td->random_state);
+       } while (--loops);
+
+       /*
+        * that didn't work either, try exhaustive search from the start
+        */
+       f->last_free_lookup = 0;
+       return get_next_free_block(td, f, b);
+}
+
 /*
  * For random io, generate a random new block and see if it's used. Repeat
  * 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 fio_file *f,
-                          unsigned long long *offset, int ddir)
+static int get_next_offset(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
 {
-       unsigned long long b, rb;
-       long r;
-
-       if (!td->sequential) {
-               unsigned long long max_blocks = f->file_size / td->min_bs[ddir];
-               int loops = 50;
-
-               do {
-                       r = os_random_long(&td->random_state);
-                       b = ((max_blocks - 1) * r / (unsigned long long) (RAND_MAX+1.0));
-                       if (td->norandommap)
-                               break;
-                       rb = b + (f->file_offset / td->min_bs[ddir]);
-                       loops--;
-               } while (!random_map_free(td, f, rb) && loops);
-
-               if (!loops) {
-                       if (get_next_free_block(td, f, &b))
+       struct fio_file *f = io_u->file;
+       const int ddir = io_u->ddir;
+       unsigned long long b;
+
+       if (td_random(td) && (td->o.ddir_nr && !--td->ddir_nr)) {
+               td->ddir_nr = td->o.ddir_nr;
+
+               if (get_next_rand_offset(td, f, ddir, &b))
+                       return 1;
+       } else {
+               if (f->last_pos >= f->real_file_size) {
+                       if (!td_random(td) || get_next_rand_offset(td, f, ddir, &b))
                                return 1;
-               }
-       } else
-               b = f->last_pos / td->min_bs[ddir];
+               } else
+                       b = (f->last_pos - f->file_offset) / td->o.min_bs[ddir];
+       }
 
-       *offset = (b * td->min_bs[ddir]) + f->file_offset;
-       if (*offset > f->real_file_size)
+       io_u->offset = (b * td->o.min_bs[ddir]) + f->file_offset;
+       if (io_u->offset >= f->real_file_size)
                return 1;
 
        return 0;
 }
 
-static unsigned int get_next_buflen(struct thread_data *td, int ddir)
+static unsigned int get_next_buflen(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
 {
+       const int ddir = io_u->ddir;
        unsigned int buflen;
        long r;
 
-       if (td->min_bs[ddir] == td->max_bs[ddir])
-               buflen = td->min_bs[ddir];
+       if (td->o.min_bs[ddir] == td->o.max_bs[ddir])
+               buflen = td->o.min_bs[ddir];
        else {
                r = os_random_long(&td->bsrange_state);
-               buflen = (unsigned int) (1 + (double) (td->max_bs[ddir] - 1) * r / (RAND_MAX + 1.0));
-               if (!td->bs_unaligned)
-                       buflen = (buflen + td->min_bs[ddir] - 1) & ~(td->min_bs[ddir] - 1);
+               if (!td->o.bssplit_nr)
+                       buflen = (unsigned int) (1 + (double) (td->o.max_bs[ddir] - 1) * r / (RAND_MAX + 1.0));
+               else {
+                       long perc = 0;
+                       unsigned int i;
+
+                       for (i = 0; i < td->o.bssplit_nr; i++) {
+                               struct bssplit *bsp = &td->o.bssplit[i];
+
+                               buflen = bsp->bs;
+                               perc += bsp->perc;
+                               if (r <= ((LONG_MAX / 100L) * perc))
+                                       break;
+                       }
+               }
+               if (!td->o.bs_unaligned)
+                       buflen = (buflen + td->o.min_bs[ddir] - 1) & ~(td->o.min_bs[ddir] - 1);
        }
 
-       if (buflen > td->io_size - td->this_io_bytes[ddir]) {
-               /*
-                * if using direct/raw io, we may not be able to
-                * shrink the size. so just fail it.
-                */
-               if (td->io_ops->flags & FIO_RAWIO)
-                       return 0;
-
-               buflen = td->io_size - td->this_io_bytes[ddir];
-       }
+       if (io_u->offset + buflen > io_u->file->real_file_size)
+               buflen = td->o.min_bs[ddir];
 
        return buflen;
 }
 
+static void set_rwmix_bytes(struct thread_data *td)
+{
+       unsigned long long rbytes;
+       unsigned int diff;
+
+       /*
+        * we do time or byte based switch. this is needed because
+        * buffered writes may issue a lot quicker than they complete,
+        * whereas reads do not.
+        */
+       rbytes = td->io_bytes[td->rwmix_ddir] - td->rwmix_bytes;
+       diff = td->o.rwmix[td->rwmix_ddir ^ 1];
+
+       td->rwmix_bytes = td->io_bytes[td->rwmix_ddir] + (rbytes * ((100 - diff)) / diff);
+}
+
+static inline enum fio_ddir get_rand_ddir(struct thread_data *td)
+{
+       unsigned int v;
+       long r;
+
+       r = os_random_long(&td->rwmix_state);
+       v = 1 + (int) (100.0 * (r / (RAND_MAX + 1.0)));
+       if (v < td->o.rwmix[DDIR_READ])
+               return DDIR_READ;
+
+       return DDIR_WRITE;
+}
+
 /*
  * Return the data direction for the next io_u. If the job is a
  * mixed read/write workload, check the rwmix cycle and switch if
@@ -152,23 +250,45 @@ static enum fio_ddir get_rw_ddir(struct thread_data *td)
        if (td_rw(td)) {
                struct timeval now;
                unsigned long elapsed;
+               unsigned int cycle;
 
                fio_gettime(&now, NULL);
                elapsed = mtime_since_now(&td->rwmix_switch);
 
+               /*
+                * if this is the first cycle, make it shorter
+                */
+               cycle = td->o.rwmixcycle;
+               if (!td->rwmix_bytes)
+                       cycle /= 10;
+
                /*
                 * Check if it's time to seed a new data direction.
                 */
-               if (elapsed >= td->rwmixcycle) {
-                       unsigned int v;
-                       long r;
-
-                       r = os_random_long(&td->rwmix_state);
-                       v = 1 + (int) (100.0 * (r / (RAND_MAX + 1.0)));
-                       if (v < td->rwmixread)
-                               td->rwmix_ddir = DDIR_READ;
-                       else
-                               td->rwmix_ddir = DDIR_WRITE;
+               if (elapsed >= cycle ||
+                   td->io_bytes[td->rwmix_ddir] >= td->rwmix_bytes) {
+                       unsigned long long max_bytes;
+                       enum fio_ddir ddir;                     
+
+                       /*
+                        * Put a top limit on how many bytes we do for
+                        * one data direction, to avoid overflowing the
+                        * ranges too much
+                        */
+                       ddir = get_rand_ddir(td);
+                       max_bytes = td->this_io_bytes[ddir];
+                       if (max_bytes >= (td->o.size * td->o.rwmix[ddir] / 100)) {
+                               if (!td->rw_end_set[ddir]) {
+                                       td->rw_end_set[ddir] = 1;
+                                       memcpy(&td->rw_end[ddir], &now, sizeof(now));
+                               }
+                               ddir ^= 1;
+                       }
+
+                       if (ddir != td->rwmix_ddir)
+                               set_rwmix_bytes(td);
+
+                       td->rwmix_ddir = ddir;
                        memcpy(&td->rwmix_switch, &now, sizeof(now));
                }
                return td->rwmix_ddir;
@@ -180,63 +300,366 @@ static enum fio_ddir get_rw_ddir(struct thread_data *td)
 
 void put_io_u(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
 {
+       assert((io_u->flags & IO_U_F_FREE) == 0);
+       io_u->flags |= IO_U_F_FREE;
+
+       if (io_u->file)
+               put_file(td, io_u->file);
+
        io_u->file = NULL;
        list_del(&io_u->list);
        list_add(&io_u->list, &td->io_u_freelist);
        td->cur_depth--;
 }
 
-static int fill_io_u(struct thread_data *td, struct fio_file *f,
-                    struct io_u *io_u)
+void requeue_io_u(struct thread_data *td, struct io_u **io_u)
 {
-       /*
-        * If using an iolog, grab next piece if any available.
-        */
-       if (td->read_iolog)
-               return read_iolog_get(td, io_u);
+       struct io_u *__io_u = *io_u;
+
+       __io_u->flags |= IO_U_F_FREE;
+       __io_u->flags &= ~IO_U_F_FLIGHT;
+
+       list_del(&__io_u->list);
+       list_add_tail(&__io_u->list, &td->io_u_requeues);
+       td->cur_depth--;
+       *io_u = NULL;
+}
+
+static int fill_io_u(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
+{
+       if (td->io_ops->flags & FIO_NOIO)
+               goto out;
 
        /*
         * see if it's time to sync
         */
-       if (td->fsync_blocks && !(td->io_blocks[DDIR_WRITE] % td->fsync_blocks)
-           && should_fsync(td)) {
+       if (td->o.fsync_blocks &&
+          !(td->io_issues[DDIR_WRITE] % td->o.fsync_blocks) &&
+            td->io_issues[DDIR_WRITE] && should_fsync(td)) {
                io_u->ddir = DDIR_SYNC;
-               io_u->file = f;
-               return 0;
+               goto out;
        }
 
        io_u->ddir = get_rw_ddir(td);
 
        /*
-        * No log, let the seq/rand engine retrieve the next position.
+        * See if it's time to switch to a new zone
         */
-       if (!get_next_offset(td, f, &io_u->offset, io_u->ddir)) {
-               io_u->buflen = get_next_buflen(td, io_u->ddir);
-               if (io_u->buflen) {
-                       /*
-                        * If using a write iolog, store this entry.
-                        */
-                       if (td->write_iolog_file)
-                               write_iolog_put(td, io_u);
+       if (td->zone_bytes >= td->o.zone_size) {
+               td->zone_bytes = 0;
+               io_u->file->last_pos += td->o.zone_skip;
+               td->io_skip_bytes += td->o.zone_skip;
+       }
 
-                       io_u->file = f;
-                       return 0;
-               }
+       /*
+        * No log, let the seq/rand engine retrieve the next buflen and
+        * position.
+        */
+       if (get_next_offset(td, io_u))
+               return 1;
+
+       io_u->buflen = get_next_buflen(td, io_u);
+       if (!io_u->buflen)
+               return 1;
+
+       if (io_u->offset + io_u->buflen > io_u->file->real_file_size)
+               return 1;
+
+       /*
+        * mark entry before potentially trimming io_u
+        */
+       if (td_random(td) && !td->o.norandommap)
+               mark_random_map(td, io_u);
+
+       /*
+        * If using a write iolog, store this entry.
+        */
+out:
+       log_io_u(td, io_u);
+       return 0;
+}
+
+void io_u_mark_depth(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
+{
+       int index = 0;
+
+       if (io_u->ddir == DDIR_SYNC)
+               return;
+
+       switch (td->cur_depth) {
+       default:
+               index = 6;
+               break;
+       case 32 ... 63:
+               index = 5;
+               break;
+       case 16 ... 31:
+               index = 4;
+               break;
+       case 8 ... 15:
+               index = 3;
+               break;
+       case 4 ... 7:
+               index = 2;
+               break;
+       case 2 ... 3:
+               index = 1;
+       case 1:
+               break;
        }
 
-       return 1;
+       td->ts.io_u_map[index]++;
+       td->ts.total_io_u[io_u->ddir]++;
+}
+
+static void io_u_mark_lat_usec(struct thread_data *td, unsigned long usec)
+{
+       int index = 0;
+
+       assert(usec < 1000);
+
+       switch (usec) {
+       case 750 ... 999:
+               index = 9;
+               break;
+       case 500 ... 749:
+               index = 8;
+               break;
+       case 250 ... 499:
+               index = 7;
+               break;
+       case 100 ... 249:
+               index = 6;
+               break;
+       case 50 ... 99:
+               index = 5;
+               break;
+       case 20 ... 49:
+               index = 4;
+               break;
+       case 10 ... 19:
+               index = 3;
+               break;
+       case 4 ... 9:
+               index = 2;
+               break;
+       case 2 ... 3:
+               index = 1;
+       case 0 ... 1:
+               break;
+       }
+
+       assert(index < FIO_IO_U_LAT_U_NR);
+       td->ts.io_u_lat_u[index]++;
 }
 
+static void io_u_mark_lat_msec(struct thread_data *td, unsigned long msec)
+{
+       int index = 0;
+
+       switch (msec) {
+       default:
+               index = 11;
+               break;
+       case 1000 ... 1999:
+               index = 10;
+               break;
+       case 750 ... 999:
+               index = 9;
+               break;
+       case 500 ... 749:
+               index = 8;
+               break;
+       case 250 ... 499:
+               index = 7;
+               break;
+       case 100 ... 249:
+               index = 6;
+               break;
+       case 50 ... 99:
+               index = 5;
+               break;
+       case 20 ... 49:
+               index = 4;
+               break;
+       case 10 ... 19:
+               index = 3;
+               break;
+       case 4 ... 9:
+               index = 2;
+               break;
+       case 2 ... 3:
+               index = 1;
+       case 0 ... 1:
+               break;
+       }
+
+       assert(index < FIO_IO_U_LAT_M_NR);
+       td->ts.io_u_lat_m[index]++;
+}
+
+static void io_u_mark_latency(struct thread_data *td, unsigned long usec)
+{
+       if (usec < 1000)
+               io_u_mark_lat_usec(td, usec);
+       else
+               io_u_mark_lat_msec(td, usec / 1000);
+}
+
+/*
+ * Get next file to service by choosing one at random
+ */
+static struct fio_file *get_next_file_rand(struct thread_data *td, int goodf,
+                                          int badf)
+{
+       struct fio_file *f;
+       int fno;
+
+       do {
+               long r = os_random_long(&td->next_file_state);
+
+               fno = (unsigned int) ((double) td->o.nr_files * (r / (RAND_MAX + 1.0)));
+               f = &td->files[fno];
+               if (f->flags & FIO_FILE_DONE)
+                       continue;
+
+               if ((!goodf || (f->flags & goodf)) && !(f->flags & badf))
+                       return f;
+       } while (1);
+}
+
+/*
+ * Get next file to service by doing round robin between all available ones
+ */
+static struct fio_file *get_next_file_rr(struct thread_data *td, int goodf,
+                                        int badf)
+{
+       unsigned int old_next_file = td->next_file;
+       struct fio_file *f;
+
+       do {
+               f = &td->files[td->next_file];
+
+               td->next_file++;
+               if (td->next_file >= td->o.nr_files)
+                       td->next_file = 0;
+
+               if (f->flags & FIO_FILE_DONE) {
+                       f = NULL;
+                       continue;
+               }
+
+               if ((!goodf || (f->flags & goodf)) && !(f->flags & badf))
+                       break;
+
+               f = NULL;
+       } while (td->next_file != old_next_file);
+
+       return f;
+}
+
+static struct fio_file *get_next_file(struct thread_data *td)
+{
+       struct fio_file *f;
+
+       assert(td->o.nr_files <= td->files_index);
+
+       if (!td->nr_open_files || td->nr_done_files >= td->o.nr_files)
+               return NULL;
+
+       f = td->file_service_file;
+       if (f && (f->flags & FIO_FILE_OPEN) && td->file_service_left--)
+               return f;
+
+       if (td->o.file_service_type == FIO_FSERVICE_RR)
+               f = get_next_file_rr(td, FIO_FILE_OPEN, FIO_FILE_CLOSING);
+       else
+               f = get_next_file_rand(td, FIO_FILE_OPEN, FIO_FILE_CLOSING);
+
+       td->file_service_file = f;
+       td->file_service_left = td->file_service_nr - 1;
+       return f;
+}
+
+static struct fio_file *find_next_new_file(struct thread_data *td)
+{
+       struct fio_file *f;
+
+       if (!td->nr_open_files || td->nr_done_files >= td->o.nr_files)
+               return NULL;
+
+       if (td->o.file_service_type == FIO_FSERVICE_RR)
+               f = get_next_file_rr(td, 0, FIO_FILE_OPEN);
+       else
+               f = get_next_file_rand(td, 0, FIO_FILE_OPEN);
+
+       return f;
+}
+
+static int 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;
+
+set_file:
+               io_u->file = f;
+               get_file(f);
+
+               if (!fill_io_u(td, io_u))
+                       break;
+
+               /*
+                * td_io_close() does a put_file() as well, so no need to
+                * do that here.
+                */
+               io_u->file = NULL;
+               td_io_close_file(td, f);
+               f->flags |= FIO_FILE_DONE;
+               td->nr_done_files++;
+
+               /*
+                * probably not the right place to do this, but see
+                * if we need to open a new file
+                */
+               if (td->nr_open_files < td->o.open_files &&
+                   td->o.open_files != td->o.nr_files) {
+                       f = find_next_new_file(td);
+
+                       if (!f || td_io_open_file(td, f))
+                               return 1;
+
+                       goto set_file;
+               }
+       } while (1);
+
+       return 0;
+}
+
+
 struct io_u *__get_io_u(struct thread_data *td)
 {
        struct io_u *io_u = NULL;
 
-       if (!queue_full(td)) {
+       if (!list_empty(&td->io_u_requeues))
+               io_u = list_entry(td->io_u_requeues.next, struct io_u, list);
+       else if (!queue_full(td)) {
                io_u = list_entry(td->io_u_freelist.next, struct io_u, list);
 
                io_u->buflen = 0;
-               io_u->error = 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->error = 0;
                list_del(&io_u->list);
                list_add(&io_u->list, &td->io_u_busylist);
                td->cur_depth++;
@@ -249,61 +672,84 @@ struct io_u *__get_io_u(struct thread_data *td)
  * 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.
  */
-struct io_u *get_io_u(struct thread_data *td, struct fio_file *f)
+struct io_u *get_io_u(struct thread_data *td)
 {
+       struct fio_file *f;
        struct io_u *io_u;
 
        io_u = __get_io_u(td);
        if (!io_u)
                return NULL;
 
-       if (td->zone_bytes >= td->zone_size) {
-               td->zone_bytes = 0;
-               f->last_pos += td->zone_skip;
-       }
-
-       if (fill_io_u(td, f, io_u)) {
-               put_io_u(td, io_u);
-               return NULL;
-       }
-
-       if (io_u->buflen + io_u->offset > f->real_file_size) {
-               if (td->io_ops->flags & FIO_RAWIO) {
-                       put_io_u(td, io_u);
-                       return NULL;
-               }
+       /*
+        * from a requeue, io_u already setup
+        */
+       if (io_u->file)
+               goto out;
 
-               io_u->buflen = f->real_file_size - io_u->offset;
-       }
+       /*
+        * If using an iolog, grab next piece if any available.
+        */
+       if (td->o.read_iolog_file) {
+               if (read_iolog_get(td, io_u))
+                       goto err_put;
+       } else if (set_io_u_file(td, io_u))
+               goto err_put;
+       
+       f = io_u->file;
+       assert(f->flags & FIO_FILE_OPEN);
 
        if (io_u->ddir != DDIR_SYNC) {
-               if (!io_u->buflen) {
-                       put_io_u(td, io_u);
-                       return NULL;
-               }
-
-               if (!td->read_iolog && !td->sequential && !td->norandommap)
-                       mark_random_map(td, f, io_u);
+               if (!io_u->buflen)
+                       goto err_put;
 
-               f->last_pos += io_u->buflen;
+               f->last_pos = io_u->offset + io_u->buflen;
 
-               if (td->verify != VERIFY_NONE)
+               if (td->o.verify != VERIFY_NONE)
                        populate_verify_io_u(td, io_u);
        }
 
-       if (td_io_prep(td, io_u)) {
-               put_io_u(td, io_u);
-               return NULL;
+       /*
+        * Set io data pointers.
+        */
+       io_u->endpos = io_u->offset + io_u->buflen;
+out:
+       io_u->xfer_buf = io_u->buf;
+       io_u->xfer_buflen = io_u->buflen;
+
+       if (!td_io_prep(td, io_u)) {
+               fio_gettime(&io_u->start_time, NULL);
+               return io_u;
        }
+err_put:
+       put_io_u(td, io_u);
+       return NULL;
+}
 
-       fio_gettime(&io_u->start_time, NULL);
-       return io_u;
+void io_u_log_error(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
+{
+       const char *msg[] = { "read", "write", "sync" };
+
+       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);
+
+       if (!td->error)
+               td_verror(td, io_u->error, "io_u error");
 }
 
-void io_completed(struct thread_data *td, struct io_u *io_u,
-                 struct io_completion_data *icd)
+static void io_completed(struct thread_data *td, struct io_u *io_u,
+                        struct io_completion_data *icd)
 {
-       unsigned long msec;
+       unsigned long usec;
+
+       assert(io_u->flags & IO_U_F_FLIGHT);
+       io_u->flags &= ~IO_U_F_FLIGHT;
 
        if (io_u->ddir == DDIR_SYNC) {
                td->last_was_sync = 1;
@@ -315,36 +761,54 @@ void io_completed(struct thread_data *td, struct io_u *io_u,
        if (!io_u->error) {
                unsigned int bytes = io_u->buflen - io_u->resid;
                const enum fio_ddir idx = io_u->ddir;
+               int ret;
 
                td->io_blocks[idx]++;
                td->io_bytes[idx] += bytes;
                td->zone_bytes += bytes;
                td->this_io_bytes[idx] += bytes;
 
-               io_u->file->last_completed_pos = io_u->offset + io_u->buflen;
+               io_u->file->last_completed_pos = io_u->endpos;
 
-               msec = mtime_since(&io_u->issue_time, &icd->time);
+               usec = utime_since(&io_u->issue_time, &icd->time);
 
-               add_clat_sample(td, idx, msec);
+               add_clat_sample(td, idx, usec);
                add_bw_sample(td, idx, &icd->time);
+               io_u_mark_latency(td, usec);
 
-               if ((td_rw(td) || td_write(td)) && idx == DDIR_WRITE)
+               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;
-       } else
+
+               if (io_u->end_io) {
+                       ret = io_u->end_io(td, io_u);
+                       if (ret && !icd->error)
+                               icd->error = ret;
+               }
+       } else {
                icd->error = io_u->error;
+               io_u_log_error(td, io_u);
+       }
 }
 
-void ios_completed(struct thread_data *td, struct io_completion_data *icd)
+static void init_icd(struct io_completion_data *icd, int nr)
 {
-       struct io_u *io_u;
-       int i;
-
        fio_gettime(&icd->time, NULL);
 
+       icd->nr = nr;
+
        icd->error = 0;
        icd->bytes_done[0] = icd->bytes_done[1] = 0;
+}
+
+static void ios_completed(struct thread_data *td,
+                         struct io_completion_data *icd)
+{
+       struct io_u *io_u;
+       int i;
 
        for (i = 0; i < icd->nr; i++) {
                io_u = td->io_ops->event(td, i);
@@ -354,4 +818,140 @@ void ios_completed(struct thread_data *td, struct io_completion_data *icd)
        }
 }
 
+/*
+ * Complete a single io_u for the sync engines.
+ */
+long io_u_sync_complete(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
+{
+       struct io_completion_data icd;
+
+       init_icd(&icd, 1);
+       io_completed(td, io_u, &icd);
+       put_io_u(td, io_u);
+
+       if (!icd.error)
+               return icd.bytes_done[0] + icd.bytes_done[1];
+
+       td_verror(td, icd.error, "io_u_sync_complete");
+       return -1;
+}
+
+/*
+ * Called to complete min_events number of io for the async engines.
+ */
+long io_u_queued_complete(struct thread_data *td, int min_events)
+{
+       struct io_completion_data icd;
+       struct timespec *tvp = NULL;
+       int ret;
+       struct timespec ts = { .tv_sec = 0, .tv_nsec = 0, };
+
+       if (!min_events)
+               tvp = &ts;
+
+       ret = td_io_getevents(td, min_events, td->cur_depth, tvp);
+       if (ret < 0) {
+               td_verror(td, -ret, "td_io_getevents");
+               return ret;
+       } else if (!ret)
+               return ret;
+
+       init_icd(&icd, ret);
+       ios_completed(td, &icd);
+       if (!icd.error)
+               return icd.bytes_done[0] + icd.bytes_done[1];
+
+       td_verror(td, icd.error, "io_u_queued_complete");
+       return -1;
+}
+
+/*
+ * Call when io_u is really queued, to update the submission latency.
+ */
+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);
+}
+
+#ifdef FIO_USE_TIMEOUT
+void io_u_set_timeout(struct thread_data *td)
+{
+       assert(td->cur_depth);
+
+       td->timer.it_interval.tv_sec = 0;
+       td->timer.it_interval.tv_usec = 0;
+       td->timer.it_value.tv_sec = IO_U_TIMEOUT + IO_U_TIMEOUT_INC;
+       td->timer.it_value.tv_usec = 0;
+       setitimer(ITIMER_REAL, &td->timer, NULL);
+       fio_gettime(&td->timeout_end, NULL);
+}
+
+static void io_u_dump(struct io_u *io_u)
+{
+       unsigned long t_start = mtime_since_now(&io_u->start_time);
+       unsigned long t_issue = mtime_since_now(&io_u->issue_time);
+
+       log_err("io_u=%p, t_start=%lu, t_issue=%lu\n", io_u, t_start, t_issue);
+       log_err("  buf=%p/%p, len=%lu/%lu, offset=%llu\n", io_u->buf, io_u->xfer_buf, io_u->buflen, io_u->xfer_buflen, io_u->offset);
+       log_err("  ddir=%d, fname=%s\n", io_u->ddir, io_u->file->file_name);
+}
+#else
+void io_u_set_timeout(struct thread_data fio_unused *td)
+{
+}
+#endif
 
+#ifdef FIO_USE_TIMEOUT
+static void io_u_timeout_handler(int fio_unused sig)
+{
+       struct thread_data *td, *__td;
+       pid_t pid = getpid();
+       struct list_head *entry;
+       struct io_u *io_u;
+       int i;
+
+       log_err("fio: io_u timeout\n");
+
+       /*
+        * TLS would be nice...
+        */
+       td = NULL;
+       for_each_td(__td, i) {
+               if (__td->pid == pid) {
+                       td = __td;
+                       break;
+               }
+       }
+
+       if (!td) {
+               log_err("fio: io_u timeout, can't find job\n");
+               exit(1);
+       }
+
+       if (!td->cur_depth) {
+               log_err("fio: timeout without pending work?\n");
+               return;
+       }
+
+       log_err("fio: io_u timeout: job=%s, pid=%d\n", td->o.name, td->pid);
+
+       list_for_each(entry, &td->io_u_busylist) {
+               io_u = list_entry(entry, struct io_u, list);
+
+               io_u_dump(io_u);
+       }
+
+       td_verror(td, ETIMEDOUT, "io_u timeout");
+       exit(1);
+}
+#endif
+
+void io_u_init_timeout(void)
+{
+#ifdef FIO_USE_TIMEOUT
+       signal(SIGALRM, io_u_timeout_handler);
+#endif
+}