zbd: Fix zbd_zone_idx()
[fio.git] / zbd.c
diff --git a/zbd.c b/zbd.c
index 42487780ca77e5cf7f67665545f47c856bbd2919..eb474f6e2935deebb46605c02cdd69bdc56ebdbc 100644 (file)
--- a/zbd.c
+++ b/zbd.c
@@ -31,7 +31,7 @@ static uint32_t zbd_zone_idx(const struct fio_file *f, uint64_t offset)
 {
        uint32_t zone_idx;
 
-       if (f->zbd_info->zone_size_log2)
+       if (f->zbd_info->zone_size_log2 > 0)
                zone_idx = offset >> f->zbd_info->zone_size_log2;
        else
                zone_idx = (offset >> 9) / f->zbd_info->zone_size;
@@ -589,11 +589,16 @@ static int zbd_reset_range(struct thread_data *td, const struct fio_file *f,
        ze = &f->zbd_info->zone_info[zone_idx_e];
        for (z = zb; z < ze; z++) {
                pthread_mutex_lock(&z->mutex);
+               pthread_mutex_lock(&f->zbd_info->mutex);
+               f->zbd_info->sectors_with_data -= z->wp - z->start;
+               pthread_mutex_unlock(&f->zbd_info->mutex);
                z->wp = z->start;
                z->verify_block = 0;
                pthread_mutex_unlock(&z->mutex);
        }
 
+       td->ts.nr_zone_resets += ze - zb;
+
        return ret;
 }
 
@@ -685,10 +690,65 @@ static int zbd_reset_zones(struct thread_data *td, struct fio_file *f,
        return res;
 }
 
+/*
+ * Reset zbd_info.write_cnt, the counter that counts down towards the next
+ * zone reset.
+ */
+static void zbd_reset_write_cnt(const struct thread_data *td,
+                               const struct fio_file *f)
+{
+       assert(0 <= td->o.zrf.u.f && td->o.zrf.u.f <= 1);
+
+       pthread_mutex_lock(&f->zbd_info->mutex);
+       f->zbd_info->write_cnt = td->o.zrf.u.f ?
+               min(1.0 / td->o.zrf.u.f, 0.0 + UINT_MAX) : UINT_MAX;
+       pthread_mutex_unlock(&f->zbd_info->mutex);
+}
+
+static bool zbd_dec_and_reset_write_cnt(const struct thread_data *td,
+                                       const struct fio_file *f)
+{
+       uint32_t write_cnt = 0;
+
+       pthread_mutex_lock(&f->zbd_info->mutex);
+       assert(f->zbd_info->write_cnt);
+       if (f->zbd_info->write_cnt)
+               write_cnt = --f->zbd_info->write_cnt;
+       if (write_cnt == 0)
+               zbd_reset_write_cnt(td, f);
+       pthread_mutex_unlock(&f->zbd_info->mutex);
+
+       return write_cnt == 0;
+}
+
+/* Check whether the value of zbd_info.sectors_with_data is correct. */
+static void check_swd(const struct thread_data *td, const struct fio_file *f)
+{
+#if 0
+       struct fio_zone_info *zb, *ze, *z;
+       uint64_t swd;
+
+       zb = &f->zbd_info->zone_info[zbd_zone_idx(f, f->file_offset)];
+       ze = &f->zbd_info->zone_info[zbd_zone_idx(f, f->file_offset +
+                                                 f->io_size)];
+       swd = 0;
+       for (z = zb; z < ze; z++) {
+               pthread_mutex_lock(&z->mutex);
+               swd += z->wp - z->start;
+       }
+       pthread_mutex_lock(&f->zbd_info->mutex);
+       assert(f->zbd_info->sectors_with_data == swd);
+       pthread_mutex_unlock(&f->zbd_info->mutex);
+       for (z = zb; z < ze; z++)
+               pthread_mutex_unlock(&z->mutex);
+#endif
+}
+
 void zbd_file_reset(struct thread_data *td, struct fio_file *f)
 {
-       struct fio_zone_info *zb, *ze;
+       struct fio_zone_info *zb, *ze, *z;
        uint32_t zone_idx_e;
+       uint64_t swd = 0;
 
        if (!f->zbd_info)
                return;
@@ -696,6 +756,16 @@ void zbd_file_reset(struct thread_data *td, struct fio_file *f)
        zb = &f->zbd_info->zone_info[zbd_zone_idx(f, f->file_offset)];
        zone_idx_e = zbd_zone_idx(f, f->file_offset + f->io_size);
        ze = &f->zbd_info->zone_info[zone_idx_e];
+       for (z = zb ; z < ze; z++) {
+               pthread_mutex_lock(&z->mutex);
+               swd += z->wp - z->start;
+       }
+       pthread_mutex_lock(&f->zbd_info->mutex);
+       f->zbd_info->sectors_with_data = swd;
+       pthread_mutex_unlock(&f->zbd_info->mutex);
+       for (z = zb ; z < ze; z++)
+               pthread_mutex_unlock(&z->mutex);
+       dprint(FD_ZBD, "%s(%s): swd = %ld\n", __func__, f->file_name, swd);
        /*
         * If data verification is enabled reset the affected zones before
         * writing any data to avoid that a zone reset has to be issued while
@@ -704,19 +774,231 @@ void zbd_file_reset(struct thread_data *td, struct fio_file *f)
        zbd_reset_zones(td, f, zb, ze, td->o.verify != VERIFY_NONE &&
                        (td->o.td_ddir & TD_DDIR_WRITE) &&
                        td->runstate != TD_VERIFYING);
+       zbd_reset_write_cnt(td, f);
+}
+
+/* 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;
 }
 
 /*
@@ -794,6 +1076,14 @@ static void zbd_post_submit(const struct io_u *io_u, bool success)
        switch (io_u->ddir) {
        case DDIR_WRITE:
                zone_end = min(end, (z + 1)->start);
+               pthread_mutex_lock(&zbd_info->mutex);
+               /*
+                * z->wp > zone_end means that one or more I/O errors
+                * have occurred.
+                */
+               if (z->wp <= zone_end)
+                       zbd_info->sectors_with_data += zone_end - z->wp;
+               pthread_mutex_unlock(&zbd_info->mutex);
                z->wp = zone_end;
                break;
        case DDIR_TRIM:
@@ -829,7 +1119,7 @@ enum io_u_action zbd_adjust_block(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
 {
        const struct fio_file *f = io_u->file;
        uint32_t zone_idx_b;
-       struct fio_zone_info *zb, *zl;
+       struct fio_zone_info *zb, *zl, *orig_zb;
        uint32_t orig_len = io_u->buflen;
        uint32_t min_bs = td->o.min_bs[io_u->ddir];
        uint64_t new_len;
@@ -842,6 +1132,7 @@ enum io_u_action zbd_adjust_block(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
        assert(io_u->buflen);
        zone_idx_b = zbd_zone_idx(f, io_u->offset);
        zb = &f->zbd_info->zone_info[zone_idx_b];
+       orig_zb = zb;
 
        /* Accept the I/O offset for conventional zones. */
        if (zb->type == BLK_ZONE_TYPE_CONVENTIONAL)
@@ -859,25 +1150,18 @@ 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;
                }
                /*
-                * Avoid reads past the write pointer because such reads do not
-                * hit the medium.
+                * Check that there is enough written data in the zone to do an
+                * I/O of at least min_bs B. If there isn't, find a new zone for
+                * the I/O.
                 */
                range = zb->cond != BLK_ZONE_COND_OFFLINE ?
-                       ((zb->wp - zb->start) << 9) - io_u->buflen : 0;
-               if (td_random(td) && range >= 0) {
-                       io_u->offset = (zb->start << 9) +
-                               ((io_u->offset - (zb->start << 9)) %
-                                (range + 1)) / min_bs * min_bs;
-                       assert(zb->start << 9 <= io_u->offset);
-                       assert(io_u->offset + io_u->buflen <= zb->wp << 9);
-                       goto accept;
-               }
-               if (zb->cond == BLK_ZONE_COND_OFFLINE ||
-                   (io_u->offset + io_u->buflen) >> 9 > zb->wp) {
+                       (zb->wp - zb->start) << 9 : 0;
+               if (range < min_bs ||
+                   ((!td_random(td)) && (io_u->offset + min_bs > zb->wp << 9))) {
                        pthread_mutex_unlock(&zb->mutex);
                        zl = &f->zbd_info->zone_info[zbd_zone_idx(f,
                                                f->file_offset + f->io_size)];
@@ -889,18 +1173,59 @@ enum io_u_action zbd_adjust_block(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
                                       io_u->buflen);
                                goto eof;
                        }
-                       io_u->offset = zb->start << 9;
+                       /*
+                        * zbd_find_zone() returned a zone with a range of at
+                        * least min_bs.
+                        */
+                       range = (zb->wp - zb->start) << 9;
+                       assert(range >= min_bs);
+
+                       if (!td_random(td))
+                               io_u->offset = zb->start << 9;
                }
-               if ((io_u->offset + io_u->buflen) >> 9 > zb->wp) {
-                       dprint(FD_ZBD, "%s: %lld + %lld > %" PRIu64 "\n",
-                              f->file_name, io_u->offset, io_u->buflen,
-                              zb->wp);
-                       goto eof;
+               /*
+                * Make sure the I/O is within the zone valid data range while
+                * maximizing the I/O size and preserving randomness.
+                */
+               if (range <= io_u->buflen)
+                       io_u->offset = zb->start << 9;
+               else if (td_random(td))
+                       io_u->offset = (zb->start << 9) +
+                               ((io_u->offset - (orig_zb->start << 9)) %
+                                (range - io_u->buflen)) / min_bs * min_bs;
+               /*
+                * Make sure the I/O does not cross over the zone wp position.
+                */
+               new_len = min((unsigned long long)io_u->buflen,
+                             (unsigned long long)(zb->wp << 9) - io_u->offset);
+               new_len = new_len / min_bs * min_bs;
+               if (new_len < io_u->buflen) {
+                       io_u->buflen = new_len;
+                       dprint(FD_IO, "Changed length from %u into %llu\n",
+                              orig_len, io_u->buflen);
                }
+               assert(zb->start << 9 <= io_u->offset);
+               assert(io_u->offset + io_u->buflen <= zb->wp << 9);
                goto accept;
        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;
+               }
+               /* Check whether the zone reset threshold has been exceeded */
+               if (td->o.zrf.u.f) {
+                       check_swd(td, f);
+                       if ((f->zbd_info->sectors_with_data << 9) >=
+                           f->io_size * td->o.zrt.u.f &&
+                           zbd_dec_and_reset_write_cnt(td, f)) {
+                               zb->reset_zone = 1;
+                       }
+               }
                /* Reset the zone pointer if necessary */
                if (zb->reset_zone || zbd_zone_full(f, zb, min_bs)) {
                        assert(td->o.verify == VERIFY_NONE);
@@ -915,6 +1240,7 @@ enum io_u_action zbd_adjust_block(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
                        zb->reset_zone = 0;
                        if (zbd_reset_zone(td, f, zb) < 0)
                                goto eof;
+                       check_swd(td, f);
                }
                /* Make writes occur at the write pointer */
                assert(!zbd_zone_full(f, zb, min_bs));
@@ -969,3 +1295,13 @@ eof:
                pthread_mutex_unlock(&zb->mutex);
        return io_u_eof;
 }
+
+/* Return a string with ZBD statistics */
+char *zbd_write_status(const struct thread_stat *ts)
+{
+       char *res;
+
+       if (asprintf(&res, "; %ld zone resets", ts->nr_zone_resets) < 0)
+               return NULL;
+       return res;
+}