Make it possible to limit the number of open zones
[fio.git] / zbd.c
diff --git a/zbd.c b/zbd.c
index f4105b422522ae5ba15cef0bd8d8f020d1d0a6e9..2bf352122bf1dfae08c9cbb8a97f7f22ca2ace4a 100644 (file)
--- a/zbd.c
+++ b/zbd.c
@@ -708,17 +708,228 @@ void zbd_file_reset(struct thread_data *td, struct fio_file *f)
                        td->runstate != TD_VERIFYING);
 }
 
+/* The caller must hold f->zbd_info->mutex. */
+static bool is_zone_open(const struct thread_data *td, const struct fio_file *f,
+                        unsigned int zone_idx)
+{
+       struct zoned_block_device_info *zbdi = f->zbd_info;
+       int i;
+
+       assert(td->o.max_open_zones <= ARRAY_SIZE(zbdi->open_zones));
+       assert(zbdi->num_open_zones <= td->o.max_open_zones);
+
+       for (i = 0; i < zbdi->num_open_zones; i++)
+               if (zbdi->open_zones[i] == zone_idx)
+                       return true;
+
+       return false;
+}
+
+/*
+ * Open a ZBD zone if it was not yet open. Returns true if either the zone was
+ * already open or if opening a new zone is allowed. Returns false if the zone
+ * was not yet open and opening a new zone would cause the zone limit to be
+ * exceeded.
+ */
+static bool zbd_open_zone(struct thread_data *td, const struct io_u *io_u,
+                         uint32_t zone_idx)
+{
+       const uint32_t min_bs = td->o.min_bs[DDIR_WRITE];
+       const struct fio_file *f = io_u->file;
+       struct fio_zone_info *z = &f->zbd_info->zone_info[zone_idx];
+       bool res = true;
+
+       if (z->cond == BLK_ZONE_COND_OFFLINE)
+               return false;
+
+       /*
+        * Skip full zones with data verification enabled because resetting a
+        * zone causes data loss and hence causes verification to fail.
+        */
+       if (td->o.verify != VERIFY_NONE && zbd_zone_full(f, z, min_bs))
+               return false;
+
+       /* Zero means no limit */
+       if (!td->o.max_open_zones)
+               return true;
+
+       pthread_mutex_lock(&f->zbd_info->mutex);
+       if (is_zone_open(td, f, zone_idx))
+               goto out;
+       res = false;
+       if (f->zbd_info->num_open_zones >= td->o.max_open_zones)
+               goto out;
+       dprint(FD_ZBD, "%s: opening zone %d\n", f->file_name, zone_idx);
+       f->zbd_info->open_zones[f->zbd_info->num_open_zones++] = zone_idx;
+       z->open = 1;
+       res = true;
+
+out:
+       pthread_mutex_unlock(&f->zbd_info->mutex);
+       return res;
+}
+
+/* The caller must hold f->zbd_info->mutex */
+static void zbd_close_zone(struct thread_data *td, const struct fio_file *f,
+                          unsigned int open_zone_idx)
+{
+       uint32_t zone_idx;
+
+       assert(open_zone_idx < f->zbd_info->num_open_zones);
+       zone_idx = f->zbd_info->open_zones[open_zone_idx];
+       memmove(f->zbd_info->open_zones + open_zone_idx,
+               f->zbd_info->open_zones + open_zone_idx + 1,
+               (FIO_MAX_OPEN_ZBD_ZONES - (open_zone_idx + 1)) *
+               sizeof(f->zbd_info->open_zones[0]));
+       f->zbd_info->num_open_zones--;
+       f->zbd_info->zone_info[zone_idx].open = 0;
+}
+
+/*
+ * Modify the offset of an I/O unit that does not refer to an open zone such
+ * that it refers to an open zone. Close an open zone and open a new zone if
+ * necessary. This algorithm can only work correctly if all write pointers are
+ * a multiple of the fio block size. The caller must neither hold z->mutex
+ * nor f->zbd_info->mutex. Returns with z->mutex held upon success.
+ */
+struct fio_zone_info *zbd_convert_to_open_zone(struct thread_data *td,
+                                              struct io_u *io_u)
+{
+       const uint32_t min_bs = td->o.min_bs[io_u->ddir];
+       const struct fio_file *f = io_u->file;
+       struct fio_zone_info *z;
+       unsigned int open_zone_idx = -1;
+       uint32_t zone_idx, new_zone_idx;
+       int i;
+
+       assert(is_valid_offset(f, io_u->offset));
+
+       if (td->o.max_open_zones) {
+               /*
+                * This statement accesses f->zbd_info->open_zones[] on purpose
+                * without locking.
+                */
+               zone_idx = f->zbd_info->open_zones[(io_u->offset -
+                                                   f->file_offset) *
+                               f->zbd_info->num_open_zones / f->io_size];
+       } else {
+               zone_idx = zbd_zone_idx(f, io_u->offset);
+       }
+       dprint(FD_ZBD, "%s(%s): starting from zone %d (offset %lld, buflen %lld)\n",
+              __func__, f->file_name, zone_idx, io_u->offset, io_u->buflen);
+
+       /*
+        * Since z->mutex is the outer lock and f->zbd_info->mutex the inner
+        * lock it can happen that the state of the zone with index zone_idx
+        * has changed after 'z' has been assigned and before f->zbd_info->mutex
+        * has been obtained. Hence the loop.
+        */
+       for (;;) {
+               z = &f->zbd_info->zone_info[zone_idx];
+
+               pthread_mutex_lock(&z->mutex);
+               pthread_mutex_lock(&f->zbd_info->mutex);
+               if (td->o.max_open_zones == 0)
+                       goto examine_zone;
+               if (f->zbd_info->num_open_zones == 0) {
+                       pthread_mutex_unlock(&f->zbd_info->mutex);
+                       pthread_mutex_unlock(&z->mutex);
+                       dprint(FD_ZBD, "%s(%s): no zones are open\n",
+                              __func__, f->file_name);
+                       return NULL;
+               }
+               open_zone_idx = (io_u->offset - f->file_offset) *
+                       f->zbd_info->num_open_zones / f->io_size;
+               assert(open_zone_idx < f->zbd_info->num_open_zones);
+               new_zone_idx = f->zbd_info->open_zones[open_zone_idx];
+               if (new_zone_idx == zone_idx)
+                       break;
+               zone_idx = new_zone_idx;
+               pthread_mutex_unlock(&f->zbd_info->mutex);
+               pthread_mutex_unlock(&z->mutex);
+       }
+
+       /* Both z->mutex and f->zbd_info->mutex are held. */
+
+examine_zone:
+       if ((z->wp << 9) + min_bs <= ((z+1)->start << 9)) {
+               pthread_mutex_unlock(&f->zbd_info->mutex);
+               goto out;
+       }
+       dprint(FD_ZBD, "%s(%s): closing zone %d\n", __func__, f->file_name,
+              zone_idx);
+       if (td->o.max_open_zones)
+               zbd_close_zone(td, f, open_zone_idx);
+       pthread_mutex_unlock(&f->zbd_info->mutex);
+
+       /* Only z->mutex is held. */
+
+       /* Zone 'z' is full, so try to open a new zone. */
+       for (i = f->io_size / f->zbd_info->zone_size; i > 0; i--) {
+               zone_idx++;
+               pthread_mutex_unlock(&z->mutex);
+               z++;
+               if (!is_valid_offset(f, z->start << 9)) {
+                       /* Wrap-around. */
+                       zone_idx = zbd_zone_idx(f, f->file_offset);
+                       z = &f->zbd_info->zone_info[zone_idx];
+               }
+               assert(is_valid_offset(f, z->start << 9));
+               pthread_mutex_lock(&z->mutex);
+               if (z->open)
+                       continue;
+               if (zbd_open_zone(td, io_u, zone_idx))
+                       goto out;
+       }
+
+       /* Only z->mutex is held. */
+
+       /* Check whether the write fits in any of the already opened zones. */
+       pthread_mutex_lock(&f->zbd_info->mutex);
+       for (i = 0; i < f->zbd_info->num_open_zones; i++) {
+               zone_idx = f->zbd_info->open_zones[i];
+               pthread_mutex_unlock(&f->zbd_info->mutex);
+               pthread_mutex_unlock(&z->mutex);
+
+               z = &f->zbd_info->zone_info[zone_idx];
+
+               pthread_mutex_lock(&z->mutex);
+               if ((z->wp << 9) + min_bs <= ((z+1)->start << 9))
+                       goto out;
+               pthread_mutex_lock(&f->zbd_info->mutex);
+       }
+       pthread_mutex_unlock(&f->zbd_info->mutex);
+       pthread_mutex_unlock(&z->mutex);
+       dprint(FD_ZBD, "%s(%s): did not open another zone\n", __func__,
+              f->file_name);
+       return NULL;
+
+out:
+       dprint(FD_ZBD, "%s(%s): returning zone %d\n", __func__, f->file_name,
+              zone_idx);
+       io_u->offset = z->start << 9;
+       return z;
+}
+
 /* The caller must hold z->mutex. */
-static void zbd_replay_write_order(struct thread_data *td, struct io_u *io_u,
-                                  struct fio_zone_info *z)
+static struct fio_zone_info *zbd_replay_write_order(struct thread_data *td,
+                                                   struct io_u *io_u,
+                                                   struct fio_zone_info *z)
 {
        const struct fio_file *f = io_u->file;
        const uint32_t min_bs = td->o.min_bs[DDIR_WRITE];
 
+       if (!zbd_open_zone(td, io_u, z - f->zbd_info->zone_info)) {
+               pthread_mutex_unlock(&z->mutex);
+               z = zbd_convert_to_open_zone(td, io_u);
+               assert(z);
+       }
+
        if (z->verify_block * min_bs >= f->zbd_info->zone_size)
                log_err("%s: %d * %d >= %ld\n", f->file_name, z->verify_block,
                        min_bs, f->zbd_info->zone_size);
        io_u->offset = (z->start << 9) + z->verify_block++ * min_bs;
+       return z;
 }
 
 /*
@@ -861,7 +1072,7 @@ enum io_u_action zbd_adjust_block(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
        switch (io_u->ddir) {
        case DDIR_READ:
                if (td->runstate == TD_VERIFYING) {
-                       zbd_replay_write_order(td, io_u, zb);
+                       zb = zbd_replay_write_order(td, io_u, zb);
                        goto accept;
                }
                /*
@@ -903,6 +1114,13 @@ enum io_u_action zbd_adjust_block(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
        case DDIR_WRITE:
                if (io_u->buflen > (f->zbd_info->zone_size << 9))
                        goto eof;
+               if (!zbd_open_zone(td, io_u, zone_idx_b)) {
+                       pthread_mutex_unlock(&zb->mutex);
+                       zb = zbd_convert_to_open_zone(td, io_u);
+                       if (!zb)
+                               goto eof;
+                       zone_idx_b = zb - f->zbd_info->zone_info;
+               }
                /* Reset the zone pointer if necessary */
                if (zb->reset_zone || zbd_zone_full(f, zb, min_bs)) {
                        assert(td->o.verify == VERIFY_NONE);