Fix list handling to only use the API
[zfs.git] / module / zfs / arc.c
1 /*
2  * CDDL HEADER START
3  *
4  * The contents of this file are subject to the terms of the
5  * Common Development and Distribution License (the "License").
6  * You may not use this file except in compliance with the License.
7  *
8  * You can obtain a copy of the license at usr/src/OPENSOLARIS.LICENSE
9  * or http://www.opensolaris.org/os/licensing.
10  * See the License for the specific language governing permissions
11  * and limitations under the License.
12  *
13  * When distributing Covered Code, include this CDDL HEADER in each
14  * file and include the License file at usr/src/OPENSOLARIS.LICENSE.
15  * If applicable, add the following below this CDDL HEADER, with the
16  * fields enclosed by brackets "[]" replaced with your own identifying
17  * information: Portions Copyright [yyyy] [name of copyright owner]
18  *
19  * CDDL HEADER END
20  */
21 /*
22  * Copyright (c) 2005, 2010, Oracle and/or its affiliates. All rights reserved.
23  */
24
25 /*
26  * DVA-based Adjustable Replacement Cache
27  *
28  * While much of the theory of operation used here is
29  * based on the self-tuning, low overhead replacement cache
30  * presented by Megiddo and Modha at FAST 2003, there are some
31  * significant differences:
32  *
33  * 1. The Megiddo and Modha model assumes any page is evictable.
34  * Pages in its cache cannot be "locked" into memory.  This makes
35  * the eviction algorithm simple: evict the last page in the list.
36  * This also make the performance characteristics easy to reason
37  * about.  Our cache is not so simple.  At any given moment, some
38  * subset of the blocks in the cache are un-evictable because we
39  * have handed out a reference to them.  Blocks are only evictable
40  * when there are no external references active.  This makes
41  * eviction far more problematic:  we choose to evict the evictable
42  * blocks that are the "lowest" in the list.
43  *
44  * There are times when it is not possible to evict the requested
45  * space.  In these circumstances we are unable to adjust the cache
46  * size.  To prevent the cache growing unbounded at these times we
47  * implement a "cache throttle" that slows the flow of new data
48  * into the cache until we can make space available.
49  *
50  * 2. The Megiddo and Modha model assumes a fixed cache size.
51  * Pages are evicted when the cache is full and there is a cache
52  * miss.  Our model has a variable sized cache.  It grows with
53  * high use, but also tries to react to memory pressure from the
54  * operating system: decreasing its size when system memory is
55  * tight.
56  *
57  * 3. The Megiddo and Modha model assumes a fixed page size. All
58  * elements of the cache are therefor exactly the same size.  So
59  * when adjusting the cache size following a cache miss, its simply
60  * a matter of choosing a single page to evict.  In our model, we
61  * have variable sized cache blocks (rangeing from 512 bytes to
62  * 128K bytes).  We therefor choose a set of blocks to evict to make
63  * space for a cache miss that approximates as closely as possible
64  * the space used by the new block.
65  *
66  * See also:  "ARC: A Self-Tuning, Low Overhead Replacement Cache"
67  * by N. Megiddo & D. Modha, FAST 2003
68  */
69
70 /*
71  * The locking model:
72  *
73  * A new reference to a cache buffer can be obtained in two
74  * ways: 1) via a hash table lookup using the DVA as a key,
75  * or 2) via one of the ARC lists.  The arc_read() interface
76  * uses method 1, while the internal arc algorithms for
77  * adjusting the cache use method 2.  We therefor provide two
78  * types of locks: 1) the hash table lock array, and 2) the
79  * arc list locks.
80  *
81  * Buffers do not have their own mutexs, rather they rely on the
82  * hash table mutexs for the bulk of their protection (i.e. most
83  * fields in the arc_buf_hdr_t are protected by these mutexs).
84  *
85  * buf_hash_find() returns the appropriate mutex (held) when it
86  * locates the requested buffer in the hash table.  It returns
87  * NULL for the mutex if the buffer was not in the table.
88  *
89  * buf_hash_remove() expects the appropriate hash mutex to be
90  * already held before it is invoked.
91  *
92  * Each arc state also has a mutex which is used to protect the
93  * buffer list associated with the state.  When attempting to
94  * obtain a hash table lock while holding an arc list lock you
95  * must use: mutex_tryenter() to avoid deadlock.  Also note that
96  * the active state mutex must be held before the ghost state mutex.
97  *
98  * Arc buffers may have an associated eviction callback function.
99  * This function will be invoked prior to removing the buffer (e.g.
100  * in arc_do_user_evicts()).  Note however that the data associated
101  * with the buffer may be evicted prior to the callback.  The callback
102  * must be made with *no locks held* (to prevent deadlock).  Additionally,
103  * the users of callbacks must ensure that their private data is
104  * protected from simultaneous callbacks from arc_buf_evict()
105  * and arc_do_user_evicts().
106  *
107  * Note that the majority of the performance stats are manipulated
108  * with atomic operations.
109  *
110  * The L2ARC uses the l2arc_buflist_mtx global mutex for the following:
111  *
112  *      - L2ARC buflist creation
113  *      - L2ARC buflist eviction
114  *      - L2ARC write completion, which walks L2ARC buflists
115  *      - ARC header destruction, as it removes from L2ARC buflists
116  *      - ARC header release, as it removes from L2ARC buflists
117  */
118
119 #include <sys/spa.h>
120 #include <sys/zio.h>
121 #include <sys/zfs_context.h>
122 #include <sys/arc.h>
123 #include <sys/refcount.h>
124 #include <sys/vdev.h>
125 #include <sys/vdev_impl.h>
126 #ifdef _KERNEL
127 #include <sys/vmsystm.h>
128 #include <vm/anon.h>
129 #include <sys/fs/swapnode.h>
130 #include <sys/dnlc.h>
131 #endif
132 #include <sys/callb.h>
133 #include <sys/kstat.h>
134 #include <zfs_fletcher.h>
135
136 static kmutex_t         arc_reclaim_thr_lock;
137 static kcondvar_t       arc_reclaim_thr_cv;     /* used to signal reclaim thr */
138 static uint8_t          arc_thread_exit;
139
140 extern int zfs_write_limit_shift;
141 extern uint64_t zfs_write_limit_max;
142 extern kmutex_t zfs_write_limit_lock;
143
144 #define ARC_REDUCE_DNLC_PERCENT 3
145 uint_t arc_reduce_dnlc_percent = ARC_REDUCE_DNLC_PERCENT;
146
147 typedef enum arc_reclaim_strategy {
148         ARC_RECLAIM_AGGR,               /* Aggressive reclaim strategy */
149         ARC_RECLAIM_CONS                /* Conservative reclaim strategy */
150 } arc_reclaim_strategy_t;
151
152 /* number of seconds before growing cache again */
153 static int              arc_grow_retry = 60;
154
155 /* shift of arc_c for calculating both min and max arc_p */
156 static int              arc_p_min_shift = 4;
157
158 /* log2(fraction of arc to reclaim) */
159 static int              arc_shrink_shift = 5;
160
161 /*
162  * minimum lifespan of a prefetch block in clock ticks
163  * (initialized in arc_init())
164  */
165 static int              arc_min_prefetch_lifespan;
166
167 static int arc_dead;
168
169 /*
170  * The arc has filled available memory and has now warmed up.
171  */
172 static boolean_t arc_warm;
173
174 /*
175  * These tunables are for performance analysis.
176  */
177 uint64_t zfs_arc_max;
178 uint64_t zfs_arc_min;
179 uint64_t zfs_arc_meta_limit = 0;
180 int zfs_arc_grow_retry = 0;
181 int zfs_arc_shrink_shift = 0;
182 int zfs_arc_p_min_shift = 0;
183
184 /*
185  * Note that buffers can be in one of 6 states:
186  *      ARC_anon        - anonymous (discussed below)
187  *      ARC_mru         - recently used, currently cached
188  *      ARC_mru_ghost   - recentely used, no longer in cache
189  *      ARC_mfu         - frequently used, currently cached
190  *      ARC_mfu_ghost   - frequently used, no longer in cache
191  *      ARC_l2c_only    - exists in L2ARC but not other states
192  * When there are no active references to the buffer, they are
193  * are linked onto a list in one of these arc states.  These are
194  * the only buffers that can be evicted or deleted.  Within each
195  * state there are multiple lists, one for meta-data and one for
196  * non-meta-data.  Meta-data (indirect blocks, blocks of dnodes,
197  * etc.) is tracked separately so that it can be managed more
198  * explicitly: favored over data, limited explicitly.
199  *
200  * Anonymous buffers are buffers that are not associated with
201  * a DVA.  These are buffers that hold dirty block copies
202  * before they are written to stable storage.  By definition,
203  * they are "ref'd" and are considered part of arc_mru
204  * that cannot be freed.  Generally, they will aquire a DVA
205  * as they are written and migrate onto the arc_mru list.
206  *
207  * The ARC_l2c_only state is for buffers that are in the second
208  * level ARC but no longer in any of the ARC_m* lists.  The second
209  * level ARC itself may also contain buffers that are in any of
210  * the ARC_m* states - meaning that a buffer can exist in two
211  * places.  The reason for the ARC_l2c_only state is to keep the
212  * buffer header in the hash table, so that reads that hit the
213  * second level ARC benefit from these fast lookups.
214  */
215
216 typedef struct arc_state {
217         list_t  arcs_list[ARC_BUFC_NUMTYPES];   /* list of evictable buffers */
218         uint64_t arcs_lsize[ARC_BUFC_NUMTYPES]; /* amount of evictable data */
219         uint64_t arcs_size;     /* total amount of data in this state */
220         kmutex_t arcs_mtx;
221 } arc_state_t;
222
223 /* The 6 states: */
224 static arc_state_t ARC_anon;
225 static arc_state_t ARC_mru;
226 static arc_state_t ARC_mru_ghost;
227 static arc_state_t ARC_mfu;
228 static arc_state_t ARC_mfu_ghost;
229 static arc_state_t ARC_l2c_only;
230
231 typedef struct arc_stats {
232         kstat_named_t arcstat_hits;
233         kstat_named_t arcstat_misses;
234         kstat_named_t arcstat_demand_data_hits;
235         kstat_named_t arcstat_demand_data_misses;
236         kstat_named_t arcstat_demand_metadata_hits;
237         kstat_named_t arcstat_demand_metadata_misses;
238         kstat_named_t arcstat_prefetch_data_hits;
239         kstat_named_t arcstat_prefetch_data_misses;
240         kstat_named_t arcstat_prefetch_metadata_hits;
241         kstat_named_t arcstat_prefetch_metadata_misses;
242         kstat_named_t arcstat_mru_hits;
243         kstat_named_t arcstat_mru_ghost_hits;
244         kstat_named_t arcstat_mfu_hits;
245         kstat_named_t arcstat_mfu_ghost_hits;
246         kstat_named_t arcstat_deleted;
247         kstat_named_t arcstat_recycle_miss;
248         kstat_named_t arcstat_mutex_miss;
249         kstat_named_t arcstat_evict_skip;
250         kstat_named_t arcstat_evict_l2_cached;
251         kstat_named_t arcstat_evict_l2_eligible;
252         kstat_named_t arcstat_evict_l2_ineligible;
253         kstat_named_t arcstat_hash_elements;
254         kstat_named_t arcstat_hash_elements_max;
255         kstat_named_t arcstat_hash_collisions;
256         kstat_named_t arcstat_hash_chains;
257         kstat_named_t arcstat_hash_chain_max;
258         kstat_named_t arcstat_p;
259         kstat_named_t arcstat_c;
260         kstat_named_t arcstat_c_min;
261         kstat_named_t arcstat_c_max;
262         kstat_named_t arcstat_size;
263         kstat_named_t arcstat_hdr_size;
264         kstat_named_t arcstat_data_size;
265         kstat_named_t arcstat_other_size;
266         kstat_named_t arcstat_l2_hits;
267         kstat_named_t arcstat_l2_misses;
268         kstat_named_t arcstat_l2_feeds;
269         kstat_named_t arcstat_l2_rw_clash;
270         kstat_named_t arcstat_l2_read_bytes;
271         kstat_named_t arcstat_l2_write_bytes;
272         kstat_named_t arcstat_l2_writes_sent;
273         kstat_named_t arcstat_l2_writes_done;
274         kstat_named_t arcstat_l2_writes_error;
275         kstat_named_t arcstat_l2_writes_hdr_miss;
276         kstat_named_t arcstat_l2_evict_lock_retry;
277         kstat_named_t arcstat_l2_evict_reading;
278         kstat_named_t arcstat_l2_free_on_write;
279         kstat_named_t arcstat_l2_abort_lowmem;
280         kstat_named_t arcstat_l2_cksum_bad;
281         kstat_named_t arcstat_l2_io_error;
282         kstat_named_t arcstat_l2_size;
283         kstat_named_t arcstat_l2_hdr_size;
284         kstat_named_t arcstat_memory_throttle_count;
285 } arc_stats_t;
286
287 static arc_stats_t arc_stats = {
288         { "hits",                       KSTAT_DATA_UINT64 },
289         { "misses",                     KSTAT_DATA_UINT64 },
290         { "demand_data_hits",           KSTAT_DATA_UINT64 },
291         { "demand_data_misses",         KSTAT_DATA_UINT64 },
292         { "demand_metadata_hits",       KSTAT_DATA_UINT64 },
293         { "demand_metadata_misses",     KSTAT_DATA_UINT64 },
294         { "prefetch_data_hits",         KSTAT_DATA_UINT64 },
295         { "prefetch_data_misses",       KSTAT_DATA_UINT64 },
296         { "prefetch_metadata_hits",     KSTAT_DATA_UINT64 },
297         { "prefetch_metadata_misses",   KSTAT_DATA_UINT64 },
298         { "mru_hits",                   KSTAT_DATA_UINT64 },
299         { "mru_ghost_hits",             KSTAT_DATA_UINT64 },
300         { "mfu_hits",                   KSTAT_DATA_UINT64 },
301         { "mfu_ghost_hits",             KSTAT_DATA_UINT64 },
302         { "deleted",                    KSTAT_DATA_UINT64 },
303         { "recycle_miss",               KSTAT_DATA_UINT64 },
304         { "mutex_miss",                 KSTAT_DATA_UINT64 },
305         { "evict_skip",                 KSTAT_DATA_UINT64 },
306         { "evict_l2_cached",            KSTAT_DATA_UINT64 },
307         { "evict_l2_eligible",          KSTAT_DATA_UINT64 },
308         { "evict_l2_ineligible",        KSTAT_DATA_UINT64 },
309         { "hash_elements",              KSTAT_DATA_UINT64 },
310         { "hash_elements_max",          KSTAT_DATA_UINT64 },
311         { "hash_collisions",            KSTAT_DATA_UINT64 },
312         { "hash_chains",                KSTAT_DATA_UINT64 },
313         { "hash_chain_max",             KSTAT_DATA_UINT64 },
314         { "p",                          KSTAT_DATA_UINT64 },
315         { "c",                          KSTAT_DATA_UINT64 },
316         { "c_min",                      KSTAT_DATA_UINT64 },
317         { "c_max",                      KSTAT_DATA_UINT64 },
318         { "size",                       KSTAT_DATA_UINT64 },
319         { "hdr_size",                   KSTAT_DATA_UINT64 },
320         { "data_size",                  KSTAT_DATA_UINT64 },
321         { "other_size",                 KSTAT_DATA_UINT64 },
322         { "l2_hits",                    KSTAT_DATA_UINT64 },
323         { "l2_misses",                  KSTAT_DATA_UINT64 },
324         { "l2_feeds",                   KSTAT_DATA_UINT64 },
325         { "l2_rw_clash",                KSTAT_DATA_UINT64 },
326         { "l2_read_bytes",              KSTAT_DATA_UINT64 },
327         { "l2_write_bytes",             KSTAT_DATA_UINT64 },
328         { "l2_writes_sent",             KSTAT_DATA_UINT64 },
329         { "l2_writes_done",             KSTAT_DATA_UINT64 },
330         { "l2_writes_error",            KSTAT_DATA_UINT64 },
331         { "l2_writes_hdr_miss",         KSTAT_DATA_UINT64 },
332         { "l2_evict_lock_retry",        KSTAT_DATA_UINT64 },
333         { "l2_evict_reading",           KSTAT_DATA_UINT64 },
334         { "l2_free_on_write",           KSTAT_DATA_UINT64 },
335         { "l2_abort_lowmem",            KSTAT_DATA_UINT64 },
336         { "l2_cksum_bad",               KSTAT_DATA_UINT64 },
337         { "l2_io_error",                KSTAT_DATA_UINT64 },
338         { "l2_size",                    KSTAT_DATA_UINT64 },
339         { "l2_hdr_size",                KSTAT_DATA_UINT64 },
340         { "memory_throttle_count",      KSTAT_DATA_UINT64 }
341 };
342
343 #define ARCSTAT(stat)   (arc_stats.stat.value.ui64)
344
345 #define ARCSTAT_INCR(stat, val) \
346         atomic_add_64(&arc_stats.stat.value.ui64, (val));
347
348 #define ARCSTAT_BUMP(stat)      ARCSTAT_INCR(stat, 1)
349 #define ARCSTAT_BUMPDOWN(stat)  ARCSTAT_INCR(stat, -1)
350
351 #define ARCSTAT_MAX(stat, val) {                                        \
352         uint64_t m;                                                     \
353         while ((val) > (m = arc_stats.stat.value.ui64) &&               \
354             (m != atomic_cas_64(&arc_stats.stat.value.ui64, m, (val)))) \
355                 continue;                                               \
356 }
357
358 #define ARCSTAT_MAXSTAT(stat) \
359         ARCSTAT_MAX(stat##_max, arc_stats.stat.value.ui64)
360
361 /*
362  * We define a macro to allow ARC hits/misses to be easily broken down by
363  * two separate conditions, giving a total of four different subtypes for
364  * each of hits and misses (so eight statistics total).
365  */
366 #define ARCSTAT_CONDSTAT(cond1, stat1, notstat1, cond2, stat2, notstat2, stat) \
367         if (cond1) {                                                    \
368                 if (cond2) {                                            \
369                         ARCSTAT_BUMP(arcstat_##stat1##_##stat2##_##stat); \
370                 } else {                                                \
371                         ARCSTAT_BUMP(arcstat_##stat1##_##notstat2##_##stat); \
372                 }                                                       \
373         } else {                                                        \
374                 if (cond2) {                                            \
375                         ARCSTAT_BUMP(arcstat_##notstat1##_##stat2##_##stat); \
376                 } else {                                                \
377                         ARCSTAT_BUMP(arcstat_##notstat1##_##notstat2##_##stat);\
378                 }                                                       \
379         }
380
381 kstat_t                 *arc_ksp;
382 static arc_state_t      *arc_anon;
383 static arc_state_t      *arc_mru;
384 static arc_state_t      *arc_mru_ghost;
385 static arc_state_t      *arc_mfu;
386 static arc_state_t      *arc_mfu_ghost;
387 static arc_state_t      *arc_l2c_only;
388
389 /*
390  * There are several ARC variables that are critical to export as kstats --
391  * but we don't want to have to grovel around in the kstat whenever we wish to
392  * manipulate them.  For these variables, we therefore define them to be in
393  * terms of the statistic variable.  This assures that we are not introducing
394  * the possibility of inconsistency by having shadow copies of the variables,
395  * while still allowing the code to be readable.
396  */
397 #define arc_size        ARCSTAT(arcstat_size)   /* actual total arc size */
398 #define arc_p           ARCSTAT(arcstat_p)      /* target size of MRU */
399 #define arc_c           ARCSTAT(arcstat_c)      /* target size of cache */
400 #define arc_c_min       ARCSTAT(arcstat_c_min)  /* min target cache size */
401 #define arc_c_max       ARCSTAT(arcstat_c_max)  /* max target cache size */
402
403 static int              arc_no_grow;    /* Don't try to grow cache size */
404 static uint64_t         arc_tempreserve;
405 static uint64_t         arc_loaned_bytes;
406 static uint64_t         arc_meta_used;
407 static uint64_t         arc_meta_limit;
408 static uint64_t         arc_meta_max = 0;
409
410 typedef struct l2arc_buf_hdr l2arc_buf_hdr_t;
411
412 typedef struct arc_callback arc_callback_t;
413
414 struct arc_callback {
415         void                    *acb_private;
416         arc_done_func_t         *acb_done;
417         arc_buf_t               *acb_buf;
418         zio_t                   *acb_zio_dummy;
419         arc_callback_t          *acb_next;
420 };
421
422 typedef struct arc_write_callback arc_write_callback_t;
423
424 struct arc_write_callback {
425         void            *awcb_private;
426         arc_done_func_t *awcb_ready;
427         arc_done_func_t *awcb_done;
428         arc_buf_t       *awcb_buf;
429 };
430
431 struct arc_buf_hdr {
432         /* protected by hash lock */
433         dva_t                   b_dva;
434         uint64_t                b_birth;
435         uint64_t                b_cksum0;
436
437         kmutex_t                b_freeze_lock;
438         zio_cksum_t             *b_freeze_cksum;
439         void                    *b_thawed;
440
441         arc_buf_hdr_t           *b_hash_next;
442         arc_buf_t               *b_buf;
443         uint32_t                b_flags;
444         uint32_t                b_datacnt;
445
446         arc_callback_t          *b_acb;
447         kcondvar_t              b_cv;
448
449         /* immutable */
450         arc_buf_contents_t      b_type;
451         uint64_t                b_size;
452         uint64_t                b_spa;
453
454         /* protected by arc state mutex */
455         arc_state_t             *b_state;
456         list_node_t             b_arc_node;
457
458         /* updated atomically */
459         clock_t                 b_arc_access;
460
461         /* self protecting */
462         refcount_t              b_refcnt;
463
464         l2arc_buf_hdr_t         *b_l2hdr;
465         list_node_t             b_l2node;
466 };
467
468 static arc_buf_t *arc_eviction_list;
469 static kmutex_t arc_eviction_mtx;
470 static arc_buf_hdr_t arc_eviction_hdr;
471 static void arc_get_data_buf(arc_buf_t *buf);
472 static void arc_access(arc_buf_hdr_t *buf, kmutex_t *hash_lock);
473 static int arc_evict_needed(arc_buf_contents_t type);
474 static void arc_evict_ghost(arc_state_t *state, uint64_t spa, int64_t bytes);
475
476 static boolean_t l2arc_write_eligible(uint64_t spa_guid, arc_buf_hdr_t *ab);
477
478 #define GHOST_STATE(state)      \
479         ((state) == arc_mru_ghost || (state) == arc_mfu_ghost ||        \
480         (state) == arc_l2c_only)
481
482 /*
483  * Private ARC flags.  These flags are private ARC only flags that will show up
484  * in b_flags in the arc_hdr_buf_t.  Some flags are publicly declared, and can
485  * be passed in as arc_flags in things like arc_read.  However, these flags
486  * should never be passed and should only be set by ARC code.  When adding new
487  * public flags, make sure not to smash the private ones.
488  */
489
490 #define ARC_IN_HASH_TABLE       (1 << 9)        /* this buffer is hashed */
491 #define ARC_IO_IN_PROGRESS      (1 << 10)       /* I/O in progress for buf */
492 #define ARC_IO_ERROR            (1 << 11)       /* I/O failed for buf */
493 #define ARC_FREED_IN_READ       (1 << 12)       /* buf freed while in read */
494 #define ARC_BUF_AVAILABLE       (1 << 13)       /* block not in active use */
495 #define ARC_INDIRECT            (1 << 14)       /* this is an indirect block */
496 #define ARC_FREE_IN_PROGRESS    (1 << 15)       /* hdr about to be freed */
497 #define ARC_L2_WRITING          (1 << 16)       /* L2ARC write in progress */
498 #define ARC_L2_EVICTED          (1 << 17)       /* evicted during I/O */
499 #define ARC_L2_WRITE_HEAD       (1 << 18)       /* head of write list */
500
501 #define HDR_IN_HASH_TABLE(hdr)  ((hdr)->b_flags & ARC_IN_HASH_TABLE)
502 #define HDR_IO_IN_PROGRESS(hdr) ((hdr)->b_flags & ARC_IO_IN_PROGRESS)
503 #define HDR_IO_ERROR(hdr)       ((hdr)->b_flags & ARC_IO_ERROR)
504 #define HDR_PREFETCH(hdr)       ((hdr)->b_flags & ARC_PREFETCH)
505 #define HDR_FREED_IN_READ(hdr)  ((hdr)->b_flags & ARC_FREED_IN_READ)
506 #define HDR_BUF_AVAILABLE(hdr)  ((hdr)->b_flags & ARC_BUF_AVAILABLE)
507 #define HDR_FREE_IN_PROGRESS(hdr)       ((hdr)->b_flags & ARC_FREE_IN_PROGRESS)
508 #define HDR_L2CACHE(hdr)        ((hdr)->b_flags & ARC_L2CACHE)
509 #define HDR_L2_READING(hdr)     ((hdr)->b_flags & ARC_IO_IN_PROGRESS && \
510                                     (hdr)->b_l2hdr != NULL)
511 #define HDR_L2_WRITING(hdr)     ((hdr)->b_flags & ARC_L2_WRITING)
512 #define HDR_L2_EVICTED(hdr)     ((hdr)->b_flags & ARC_L2_EVICTED)
513 #define HDR_L2_WRITE_HEAD(hdr)  ((hdr)->b_flags & ARC_L2_WRITE_HEAD)
514
515 /*
516  * Other sizes
517  */
518
519 #define HDR_SIZE ((int64_t)sizeof (arc_buf_hdr_t))
520 #define L2HDR_SIZE ((int64_t)sizeof (l2arc_buf_hdr_t))
521
522 /*
523  * Hash table routines
524  */
525
526 #define HT_LOCK_PAD     64
527
528 struct ht_lock {
529         kmutex_t        ht_lock;
530 #ifdef _KERNEL
531         unsigned char   pad[(HT_LOCK_PAD - sizeof (kmutex_t))];
532 #endif
533 };
534
535 #define BUF_LOCKS 256
536 typedef struct buf_hash_table {
537         uint64_t ht_mask;
538         arc_buf_hdr_t **ht_table;
539         struct ht_lock ht_locks[BUF_LOCKS];
540 } buf_hash_table_t;
541
542 static buf_hash_table_t buf_hash_table;
543
544 #define BUF_HASH_INDEX(spa, dva, birth) \
545         (buf_hash(spa, dva, birth) & buf_hash_table.ht_mask)
546 #define BUF_HASH_LOCK_NTRY(idx) (buf_hash_table.ht_locks[idx & (BUF_LOCKS-1)])
547 #define BUF_HASH_LOCK(idx)      (&(BUF_HASH_LOCK_NTRY(idx).ht_lock))
548 #define HDR_LOCK(hdr) \
549         (BUF_HASH_LOCK(BUF_HASH_INDEX(hdr->b_spa, &hdr->b_dva, hdr->b_birth)))
550
551 uint64_t zfs_crc64_table[256];
552
553 /*
554  * Level 2 ARC
555  */
556
557 #define L2ARC_WRITE_SIZE        (8 * 1024 * 1024)       /* initial write max */
558 #define L2ARC_HEADROOM          2               /* num of writes */
559 #define L2ARC_FEED_SECS         1               /* caching interval secs */
560 #define L2ARC_FEED_MIN_MS       200             /* min caching interval ms */
561
562 #define l2arc_writes_sent       ARCSTAT(arcstat_l2_writes_sent)
563 #define l2arc_writes_done       ARCSTAT(arcstat_l2_writes_done)
564
565 /*
566  * L2ARC Performance Tunables
567  */
568 uint64_t l2arc_write_max = L2ARC_WRITE_SIZE;    /* default max write size */
569 uint64_t l2arc_write_boost = L2ARC_WRITE_SIZE;  /* extra write during warmup */
570 uint64_t l2arc_headroom = L2ARC_HEADROOM;       /* number of dev writes */
571 uint64_t l2arc_feed_secs = L2ARC_FEED_SECS;     /* interval seconds */
572 uint64_t l2arc_feed_min_ms = L2ARC_FEED_MIN_MS; /* min interval milliseconds */
573 boolean_t l2arc_noprefetch = B_TRUE;            /* don't cache prefetch bufs */
574 boolean_t l2arc_feed_again = B_TRUE;            /* turbo warmup */
575 boolean_t l2arc_norw = B_TRUE;                  /* no reads during writes */
576
577 /*
578  * L2ARC Internals
579  */
580 typedef struct l2arc_dev {
581         vdev_t                  *l2ad_vdev;     /* vdev */
582         spa_t                   *l2ad_spa;      /* spa */
583         uint64_t                l2ad_hand;      /* next write location */
584         uint64_t                l2ad_write;     /* desired write size, bytes */
585         uint64_t                l2ad_boost;     /* warmup write boost, bytes */
586         uint64_t                l2ad_start;     /* first addr on device */
587         uint64_t                l2ad_end;       /* last addr on device */
588         uint64_t                l2ad_evict;     /* last addr eviction reached */
589         boolean_t               l2ad_first;     /* first sweep through */
590         boolean_t               l2ad_writing;   /* currently writing */
591         list_t                  *l2ad_buflist;  /* buffer list */
592         list_node_t             l2ad_node;      /* device list node */
593 } l2arc_dev_t;
594
595 static list_t L2ARC_dev_list;                   /* device list */
596 static list_t *l2arc_dev_list;                  /* device list pointer */
597 static kmutex_t l2arc_dev_mtx;                  /* device list mutex */
598 static l2arc_dev_t *l2arc_dev_last;             /* last device used */
599 static kmutex_t l2arc_buflist_mtx;              /* mutex for all buflists */
600 static list_t L2ARC_free_on_write;              /* free after write buf list */
601 static list_t *l2arc_free_on_write;             /* free after write list ptr */
602 static kmutex_t l2arc_free_on_write_mtx;        /* mutex for list */
603 static uint64_t l2arc_ndev;                     /* number of devices */
604
605 typedef struct l2arc_read_callback {
606         arc_buf_t       *l2rcb_buf;             /* read buffer */
607         spa_t           *l2rcb_spa;             /* spa */
608         blkptr_t        l2rcb_bp;               /* original blkptr */
609         zbookmark_t     l2rcb_zb;               /* original bookmark */
610         int             l2rcb_flags;            /* original flags */
611 } l2arc_read_callback_t;
612
613 typedef struct l2arc_write_callback {
614         l2arc_dev_t     *l2wcb_dev;             /* device info */
615         arc_buf_hdr_t   *l2wcb_head;            /* head of write buflist */
616 } l2arc_write_callback_t;
617
618 struct l2arc_buf_hdr {
619         /* protected by arc_buf_hdr  mutex */
620         l2arc_dev_t     *b_dev;                 /* L2ARC device */
621         uint64_t        b_daddr;                /* disk address, offset byte */
622 };
623
624 typedef struct l2arc_data_free {
625         /* protected by l2arc_free_on_write_mtx */
626         void            *l2df_data;
627         size_t          l2df_size;
628         void            (*l2df_func)(void *, size_t);
629         list_node_t     l2df_list_node;
630 } l2arc_data_free_t;
631
632 static kmutex_t l2arc_feed_thr_lock;
633 static kcondvar_t l2arc_feed_thr_cv;
634 static uint8_t l2arc_thread_exit;
635
636 static void l2arc_read_done(zio_t *zio);
637 static void l2arc_hdr_stat_add(void);
638 static void l2arc_hdr_stat_remove(void);
639
640 static uint64_t
641 buf_hash(uint64_t spa, const dva_t *dva, uint64_t birth)
642 {
643         uint8_t *vdva = (uint8_t *)dva;
644         uint64_t crc = -1ULL;
645         int i;
646
647         ASSERT(zfs_crc64_table[128] == ZFS_CRC64_POLY);
648
649         for (i = 0; i < sizeof (dva_t); i++)
650                 crc = (crc >> 8) ^ zfs_crc64_table[(crc ^ vdva[i]) & 0xFF];
651
652         crc ^= (spa>>8) ^ birth;
653
654         return (crc);
655 }
656
657 #define BUF_EMPTY(buf)                                          \
658         ((buf)->b_dva.dva_word[0] == 0 &&                       \
659         (buf)->b_dva.dva_word[1] == 0 &&                        \
660         (buf)->b_birth == 0)
661
662 #define BUF_EQUAL(spa, dva, birth, buf)                         \
663         ((buf)->b_dva.dva_word[0] == (dva)->dva_word[0]) &&     \
664         ((buf)->b_dva.dva_word[1] == (dva)->dva_word[1]) &&     \
665         ((buf)->b_birth == birth) && ((buf)->b_spa == spa)
666
667 static void
668 buf_discard_identity(arc_buf_hdr_t *hdr)
669 {
670         hdr->b_dva.dva_word[0] = 0;
671         hdr->b_dva.dva_word[1] = 0;
672         hdr->b_birth = 0;
673         hdr->b_cksum0 = 0;
674 }
675
676 static arc_buf_hdr_t *
677 buf_hash_find(uint64_t spa, const dva_t *dva, uint64_t birth, kmutex_t **lockp)
678 {
679         uint64_t idx = BUF_HASH_INDEX(spa, dva, birth);
680         kmutex_t *hash_lock = BUF_HASH_LOCK(idx);
681         arc_buf_hdr_t *buf;
682
683         mutex_enter(hash_lock);
684         for (buf = buf_hash_table.ht_table[idx]; buf != NULL;
685             buf = buf->b_hash_next) {
686                 if (BUF_EQUAL(spa, dva, birth, buf)) {
687                         *lockp = hash_lock;
688                         return (buf);
689                 }
690         }
691         mutex_exit(hash_lock);
692         *lockp = NULL;
693         return (NULL);
694 }
695
696 /*
697  * Insert an entry into the hash table.  If there is already an element
698  * equal to elem in the hash table, then the already existing element
699  * will be returned and the new element will not be inserted.
700  * Otherwise returns NULL.
701  */
702 static arc_buf_hdr_t *
703 buf_hash_insert(arc_buf_hdr_t *buf, kmutex_t **lockp)
704 {
705         uint64_t idx = BUF_HASH_INDEX(buf->b_spa, &buf->b_dva, buf->b_birth);
706         kmutex_t *hash_lock = BUF_HASH_LOCK(idx);
707         arc_buf_hdr_t *fbuf;
708         uint32_t i;
709
710         ASSERT(!HDR_IN_HASH_TABLE(buf));
711         *lockp = hash_lock;
712         mutex_enter(hash_lock);
713         for (fbuf = buf_hash_table.ht_table[idx], i = 0; fbuf != NULL;
714             fbuf = fbuf->b_hash_next, i++) {
715                 if (BUF_EQUAL(buf->b_spa, &buf->b_dva, buf->b_birth, fbuf))
716                         return (fbuf);
717         }
718
719         buf->b_hash_next = buf_hash_table.ht_table[idx];
720         buf_hash_table.ht_table[idx] = buf;
721         buf->b_flags |= ARC_IN_HASH_TABLE;
722
723         /* collect some hash table performance data */
724         if (i > 0) {
725                 ARCSTAT_BUMP(arcstat_hash_collisions);
726                 if (i == 1)
727                         ARCSTAT_BUMP(arcstat_hash_chains);
728
729                 ARCSTAT_MAX(arcstat_hash_chain_max, i);
730         }
731
732         ARCSTAT_BUMP(arcstat_hash_elements);
733         ARCSTAT_MAXSTAT(arcstat_hash_elements);
734
735         return (NULL);
736 }
737
738 static void
739 buf_hash_remove(arc_buf_hdr_t *buf)
740 {
741         arc_buf_hdr_t *fbuf, **bufp;
742         uint64_t idx = BUF_HASH_INDEX(buf->b_spa, &buf->b_dva, buf->b_birth);
743
744         ASSERT(MUTEX_HELD(BUF_HASH_LOCK(idx)));
745         ASSERT(HDR_IN_HASH_TABLE(buf));
746
747         bufp = &buf_hash_table.ht_table[idx];
748         while ((fbuf = *bufp) != buf) {
749                 ASSERT(fbuf != NULL);
750                 bufp = &fbuf->b_hash_next;
751         }
752         *bufp = buf->b_hash_next;
753         buf->b_hash_next = NULL;
754         buf->b_flags &= ~ARC_IN_HASH_TABLE;
755
756         /* collect some hash table performance data */
757         ARCSTAT_BUMPDOWN(arcstat_hash_elements);
758
759         if (buf_hash_table.ht_table[idx] &&
760             buf_hash_table.ht_table[idx]->b_hash_next == NULL)
761                 ARCSTAT_BUMPDOWN(arcstat_hash_chains);
762 }
763
764 /*
765  * Global data structures and functions for the buf kmem cache.
766  */
767 static kmem_cache_t *hdr_cache;
768 static kmem_cache_t *buf_cache;
769
770 static void
771 buf_fini(void)
772 {
773         int i;
774
775         kmem_free(buf_hash_table.ht_table,
776             (buf_hash_table.ht_mask + 1) * sizeof (void *));
777         for (i = 0; i < BUF_LOCKS; i++)
778                 mutex_destroy(&buf_hash_table.ht_locks[i].ht_lock);
779         kmem_cache_destroy(hdr_cache);
780         kmem_cache_destroy(buf_cache);
781 }
782
783 /*
784  * Constructor callback - called when the cache is empty
785  * and a new buf is requested.
786  */
787 /* ARGSUSED */
788 static int
789 hdr_cons(void *vbuf, void *unused, int kmflag)
790 {
791         arc_buf_hdr_t *buf = vbuf;
792
793         bzero(buf, sizeof (arc_buf_hdr_t));
794         refcount_create(&buf->b_refcnt);
795         cv_init(&buf->b_cv, NULL, CV_DEFAULT, NULL);
796         mutex_init(&buf->b_freeze_lock, NULL, MUTEX_DEFAULT, NULL);
797         list_link_init(&buf->b_arc_node);
798         list_link_init(&buf->b_l2node);
799         arc_space_consume(sizeof (arc_buf_hdr_t), ARC_SPACE_HDRS);
800
801         return (0);
802 }
803
804 /* ARGSUSED */
805 static int
806 buf_cons(void *vbuf, void *unused, int kmflag)
807 {
808         arc_buf_t *buf = vbuf;
809
810         bzero(buf, sizeof (arc_buf_t));
811         mutex_init(&buf->b_evict_lock, NULL, MUTEX_DEFAULT, NULL);
812         rw_init(&buf->b_data_lock, NULL, RW_DEFAULT, NULL);
813         arc_space_consume(sizeof (arc_buf_t), ARC_SPACE_HDRS);
814
815         return (0);
816 }
817
818 /*
819  * Destructor callback - called when a cached buf is
820  * no longer required.
821  */
822 /* ARGSUSED */
823 static void
824 hdr_dest(void *vbuf, void *unused)
825 {
826         arc_buf_hdr_t *buf = vbuf;
827
828         ASSERT(BUF_EMPTY(buf));
829         refcount_destroy(&buf->b_refcnt);
830         cv_destroy(&buf->b_cv);
831         mutex_destroy(&buf->b_freeze_lock);
832         arc_space_return(sizeof (arc_buf_hdr_t), ARC_SPACE_HDRS);
833 }
834
835 /* ARGSUSED */
836 static void
837 buf_dest(void *vbuf, void *unused)
838 {
839         arc_buf_t *buf = vbuf;
840
841         mutex_destroy(&buf->b_evict_lock);
842         rw_destroy(&buf->b_data_lock);
843         arc_space_return(sizeof (arc_buf_t), ARC_SPACE_HDRS);
844 }
845
846 /*
847  * Reclaim callback -- invoked when memory is low.
848  */
849 /* ARGSUSED */
850 static void
851 hdr_recl(void *unused)
852 {
853         dprintf("hdr_recl called\n");
854         /*
855          * umem calls the reclaim func when we destroy the buf cache,
856          * which is after we do arc_fini().
857          */
858         if (!arc_dead)
859                 cv_signal(&arc_reclaim_thr_cv);
860 }
861
862 static void
863 buf_init(void)
864 {
865         uint64_t *ct;
866         uint64_t hsize = 1ULL << 12;
867         int i, j;
868
869         /*
870          * The hash table is big enough to fill all of physical memory
871          * with an average 64K block size.  The table will take up
872          * totalmem*sizeof(void*)/64K (eg. 128KB/GB with 8-byte pointers).
873          */
874         while (hsize * 65536 < physmem * PAGESIZE)
875                 hsize <<= 1;
876 retry:
877         buf_hash_table.ht_mask = hsize - 1;
878         buf_hash_table.ht_table =
879             kmem_zalloc(hsize * sizeof (void*), KM_NOSLEEP);
880         if (buf_hash_table.ht_table == NULL) {
881                 ASSERT(hsize > (1ULL << 8));
882                 hsize >>= 1;
883                 goto retry;
884         }
885
886         hdr_cache = kmem_cache_create("arc_buf_hdr_t", sizeof (arc_buf_hdr_t),
887             0, hdr_cons, hdr_dest, hdr_recl, NULL, NULL, 0);
888         buf_cache = kmem_cache_create("arc_buf_t", sizeof (arc_buf_t),
889             0, buf_cons, buf_dest, NULL, NULL, NULL, 0);
890
891         for (i = 0; i < 256; i++)
892                 for (ct = zfs_crc64_table + i, *ct = i, j = 8; j > 0; j--)
893                         *ct = (*ct >> 1) ^ (-(*ct & 1) & ZFS_CRC64_POLY);
894
895         for (i = 0; i < BUF_LOCKS; i++) {
896                 mutex_init(&buf_hash_table.ht_locks[i].ht_lock,
897                     NULL, MUTEX_DEFAULT, NULL);
898         }
899 }
900
901 #define ARC_MINTIME     (hz>>4) /* 62 ms */
902
903 static void
904 arc_cksum_verify(arc_buf_t *buf)
905 {
906         zio_cksum_t zc;
907
908         if (!(zfs_flags & ZFS_DEBUG_MODIFY))
909                 return;
910
911         mutex_enter(&buf->b_hdr->b_freeze_lock);
912         if (buf->b_hdr->b_freeze_cksum == NULL ||
913             (buf->b_hdr->b_flags & ARC_IO_ERROR)) {
914                 mutex_exit(&buf->b_hdr->b_freeze_lock);
915                 return;
916         }
917         fletcher_2_native(buf->b_data, buf->b_hdr->b_size, &zc);
918         if (!ZIO_CHECKSUM_EQUAL(*buf->b_hdr->b_freeze_cksum, zc))
919                 panic("buffer modified while frozen!");
920         mutex_exit(&buf->b_hdr->b_freeze_lock);
921 }
922
923 static int
924 arc_cksum_equal(arc_buf_t *buf)
925 {
926         zio_cksum_t zc;
927         int equal;
928
929         mutex_enter(&buf->b_hdr->b_freeze_lock);
930         fletcher_2_native(buf->b_data, buf->b_hdr->b_size, &zc);
931         equal = ZIO_CHECKSUM_EQUAL(*buf->b_hdr->b_freeze_cksum, zc);
932         mutex_exit(&buf->b_hdr->b_freeze_lock);
933
934         return (equal);
935 }
936
937 static void
938 arc_cksum_compute(arc_buf_t *buf, boolean_t force)
939 {
940         if (!force && !(zfs_flags & ZFS_DEBUG_MODIFY))
941                 return;
942
943         mutex_enter(&buf->b_hdr->b_freeze_lock);
944         if (buf->b_hdr->b_freeze_cksum != NULL) {
945                 mutex_exit(&buf->b_hdr->b_freeze_lock);
946                 return;
947         }
948         buf->b_hdr->b_freeze_cksum = kmem_alloc(sizeof (zio_cksum_t), KM_SLEEP);
949         fletcher_2_native(buf->b_data, buf->b_hdr->b_size,
950             buf->b_hdr->b_freeze_cksum);
951         mutex_exit(&buf->b_hdr->b_freeze_lock);
952 }
953
954 void
955 arc_buf_thaw(arc_buf_t *buf)
956 {
957         if (zfs_flags & ZFS_DEBUG_MODIFY) {
958                 if (buf->b_hdr->b_state != arc_anon)
959                         panic("modifying non-anon buffer!");
960                 if (buf->b_hdr->b_flags & ARC_IO_IN_PROGRESS)
961                         panic("modifying buffer while i/o in progress!");
962                 arc_cksum_verify(buf);
963         }
964
965         mutex_enter(&buf->b_hdr->b_freeze_lock);
966         if (buf->b_hdr->b_freeze_cksum != NULL) {
967                 kmem_free(buf->b_hdr->b_freeze_cksum, sizeof (zio_cksum_t));
968                 buf->b_hdr->b_freeze_cksum = NULL;
969         }
970
971         if (zfs_flags & ZFS_DEBUG_MODIFY) {
972                 if (buf->b_hdr->b_thawed)
973                         kmem_free(buf->b_hdr->b_thawed, 1);
974                 buf->b_hdr->b_thawed = kmem_alloc(1, KM_SLEEP);
975         }
976
977         mutex_exit(&buf->b_hdr->b_freeze_lock);
978 }
979
980 void
981 arc_buf_freeze(arc_buf_t *buf)
982 {
983         kmutex_t *hash_lock;
984
985         if (!(zfs_flags & ZFS_DEBUG_MODIFY))
986                 return;
987
988         hash_lock = HDR_LOCK(buf->b_hdr);
989         mutex_enter(hash_lock);
990
991         ASSERT(buf->b_hdr->b_freeze_cksum != NULL ||
992             buf->b_hdr->b_state == arc_anon);
993         arc_cksum_compute(buf, B_FALSE);
994         mutex_exit(hash_lock);
995 }
996
997 static void
998 add_reference(arc_buf_hdr_t *ab, kmutex_t *hash_lock, void *tag)
999 {
1000         ASSERT(MUTEX_HELD(hash_lock));
1001
1002         if ((refcount_add(&ab->b_refcnt, tag) == 1) &&
1003             (ab->b_state != arc_anon)) {
1004                 uint64_t delta = ab->b_size * ab->b_datacnt;
1005                 list_t *list = &ab->b_state->arcs_list[ab->b_type];
1006                 uint64_t *size = &ab->b_state->arcs_lsize[ab->b_type];
1007
1008                 ASSERT(!MUTEX_HELD(&ab->b_state->arcs_mtx));
1009                 mutex_enter(&ab->b_state->arcs_mtx);
1010                 ASSERT(list_link_active(&ab->b_arc_node));
1011                 list_remove(list, ab);
1012                 if (GHOST_STATE(ab->b_state)) {
1013                         ASSERT3U(ab->b_datacnt, ==, 0);
1014                         ASSERT3P(ab->b_buf, ==, NULL);
1015                         delta = ab->b_size;
1016                 }
1017                 ASSERT(delta > 0);
1018                 ASSERT3U(*size, >=, delta);
1019                 atomic_add_64(size, -delta);
1020                 mutex_exit(&ab->b_state->arcs_mtx);
1021                 /* remove the prefetch flag if we get a reference */
1022                 if (ab->b_flags & ARC_PREFETCH)
1023                         ab->b_flags &= ~ARC_PREFETCH;
1024         }
1025 }
1026
1027 static int
1028 remove_reference(arc_buf_hdr_t *ab, kmutex_t *hash_lock, void *tag)
1029 {
1030         int cnt;
1031         arc_state_t *state = ab->b_state;
1032
1033         ASSERT(state == arc_anon || MUTEX_HELD(hash_lock));
1034         ASSERT(!GHOST_STATE(state));
1035
1036         if (((cnt = refcount_remove(&ab->b_refcnt, tag)) == 0) &&
1037             (state != arc_anon)) {
1038                 uint64_t *size = &state->arcs_lsize[ab->b_type];
1039
1040                 ASSERT(!MUTEX_HELD(&state->arcs_mtx));
1041                 mutex_enter(&state->arcs_mtx);
1042                 ASSERT(!list_link_active(&ab->b_arc_node));
1043                 list_insert_head(&state->arcs_list[ab->b_type], ab);
1044                 ASSERT(ab->b_datacnt > 0);
1045                 atomic_add_64(size, ab->b_size * ab->b_datacnt);
1046                 mutex_exit(&state->arcs_mtx);
1047         }
1048         return (cnt);
1049 }
1050
1051 /*
1052  * Move the supplied buffer to the indicated state.  The mutex
1053  * for the buffer must be held by the caller.
1054  */
1055 static void
1056 arc_change_state(arc_state_t *new_state, arc_buf_hdr_t *ab, kmutex_t *hash_lock)
1057 {
1058         arc_state_t *old_state = ab->b_state;
1059         int64_t refcnt = refcount_count(&ab->b_refcnt);
1060         uint64_t from_delta, to_delta;
1061
1062         ASSERT(MUTEX_HELD(hash_lock));
1063         ASSERT(new_state != old_state);
1064         ASSERT(refcnt == 0 || ab->b_datacnt > 0);
1065         ASSERT(ab->b_datacnt == 0 || !GHOST_STATE(new_state));
1066         ASSERT(ab->b_datacnt <= 1 || old_state != arc_anon);
1067
1068         from_delta = to_delta = ab->b_datacnt * ab->b_size;
1069
1070         /*
1071          * If this buffer is evictable, transfer it from the
1072          * old state list to the new state list.
1073          */
1074         if (refcnt == 0) {
1075                 if (old_state != arc_anon) {
1076                         int use_mutex = !MUTEX_HELD(&old_state->arcs_mtx);
1077                         uint64_t *size = &old_state->arcs_lsize[ab->b_type];
1078
1079                         if (use_mutex)
1080                                 mutex_enter(&old_state->arcs_mtx);
1081
1082                         ASSERT(list_link_active(&ab->b_arc_node));
1083                         list_remove(&old_state->arcs_list[ab->b_type], ab);
1084
1085                         /*
1086                          * If prefetching out of the ghost cache,
1087                          * we will have a non-zero datacnt.
1088                          */
1089                         if (GHOST_STATE(old_state) && ab->b_datacnt == 0) {
1090                                 /* ghost elements have a ghost size */
1091                                 ASSERT(ab->b_buf == NULL);
1092                                 from_delta = ab->b_size;
1093                         }
1094                         ASSERT3U(*size, >=, from_delta);
1095                         atomic_add_64(size, -from_delta);
1096
1097                         if (use_mutex)
1098                                 mutex_exit(&old_state->arcs_mtx);
1099                 }
1100                 if (new_state != arc_anon) {
1101                         int use_mutex = !MUTEX_HELD(&new_state->arcs_mtx);
1102                         uint64_t *size = &new_state->arcs_lsize[ab->b_type];
1103
1104                         if (use_mutex)
1105                                 mutex_enter(&new_state->arcs_mtx);
1106
1107                         list_insert_head(&new_state->arcs_list[ab->b_type], ab);
1108
1109                         /* ghost elements have a ghost size */
1110                         if (GHOST_STATE(new_state)) {
1111                                 ASSERT(ab->b_datacnt == 0);
1112                                 ASSERT(ab->b_buf == NULL);
1113                                 to_delta = ab->b_size;
1114                         }
1115                         atomic_add_64(size, to_delta);
1116
1117                         if (use_mutex)
1118                                 mutex_exit(&new_state->arcs_mtx);
1119                 }
1120         }
1121
1122         ASSERT(!BUF_EMPTY(ab));
1123         if (new_state == arc_anon && HDR_IN_HASH_TABLE(ab))
1124                 buf_hash_remove(ab);
1125
1126         /* adjust state sizes */
1127         if (to_delta)
1128                 atomic_add_64(&new_state->arcs_size, to_delta);
1129         if (from_delta) {
1130                 ASSERT3U(old_state->arcs_size, >=, from_delta);
1131                 atomic_add_64(&old_state->arcs_size, -from_delta);
1132         }
1133         ab->b_state = new_state;
1134
1135         /* adjust l2arc hdr stats */
1136         if (new_state == arc_l2c_only)
1137                 l2arc_hdr_stat_add();
1138         else if (old_state == arc_l2c_only)
1139                 l2arc_hdr_stat_remove();
1140 }
1141
1142 void
1143 arc_space_consume(uint64_t space, arc_space_type_t type)
1144 {
1145         ASSERT(type >= 0 && type < ARC_SPACE_NUMTYPES);
1146
1147         switch (type) {
1148         default:
1149                 break;
1150         case ARC_SPACE_DATA:
1151                 ARCSTAT_INCR(arcstat_data_size, space);
1152                 break;
1153         case ARC_SPACE_OTHER:
1154                 ARCSTAT_INCR(arcstat_other_size, space);
1155                 break;
1156         case ARC_SPACE_HDRS:
1157                 ARCSTAT_INCR(arcstat_hdr_size, space);
1158                 break;
1159         case ARC_SPACE_L2HDRS:
1160                 ARCSTAT_INCR(arcstat_l2_hdr_size, space);
1161                 break;
1162         }
1163
1164         atomic_add_64(&arc_meta_used, space);
1165         atomic_add_64(&arc_size, space);
1166 }
1167
1168 void
1169 arc_space_return(uint64_t space, arc_space_type_t type)
1170 {
1171         ASSERT(type >= 0 && type < ARC_SPACE_NUMTYPES);
1172
1173         switch (type) {
1174         default:
1175                 break;
1176         case ARC_SPACE_DATA:
1177                 ARCSTAT_INCR(arcstat_data_size, -space);
1178                 break;
1179         case ARC_SPACE_OTHER:
1180                 ARCSTAT_INCR(arcstat_other_size, -space);
1181                 break;
1182         case ARC_SPACE_HDRS:
1183                 ARCSTAT_INCR(arcstat_hdr_size, -space);
1184                 break;
1185         case ARC_SPACE_L2HDRS:
1186                 ARCSTAT_INCR(arcstat_l2_hdr_size, -space);
1187                 break;
1188         }
1189
1190         ASSERT(arc_meta_used >= space);
1191         if (arc_meta_max < arc_meta_used)
1192                 arc_meta_max = arc_meta_used;
1193         atomic_add_64(&arc_meta_used, -space);
1194         ASSERT(arc_size >= space);
1195         atomic_add_64(&arc_size, -space);
1196 }
1197
1198 void *
1199 arc_data_buf_alloc(uint64_t size)
1200 {
1201         if (arc_evict_needed(ARC_BUFC_DATA))
1202                 cv_signal(&arc_reclaim_thr_cv);
1203         atomic_add_64(&arc_size, size);
1204         return (zio_data_buf_alloc(size));
1205 }
1206
1207 void
1208 arc_data_buf_free(void *buf, uint64_t size)
1209 {
1210         zio_data_buf_free(buf, size);
1211         ASSERT(arc_size >= size);
1212         atomic_add_64(&arc_size, -size);
1213 }
1214
1215 arc_buf_t *
1216 arc_buf_alloc(spa_t *spa, int size, void *tag, arc_buf_contents_t type)
1217 {
1218         arc_buf_hdr_t *hdr;
1219         arc_buf_t *buf;
1220
1221         ASSERT3U(size, >, 0);
1222         hdr = kmem_cache_alloc(hdr_cache, KM_PUSHPAGE);
1223         ASSERT(BUF_EMPTY(hdr));
1224         hdr->b_size = size;
1225         hdr->b_type = type;
1226         hdr->b_spa = spa_guid(spa);
1227         hdr->b_state = arc_anon;
1228         hdr->b_arc_access = 0;
1229         buf = kmem_cache_alloc(buf_cache, KM_PUSHPAGE);
1230         buf->b_hdr = hdr;
1231         buf->b_data = NULL;
1232         buf->b_efunc = NULL;
1233         buf->b_private = NULL;
1234         buf->b_next = NULL;
1235         hdr->b_buf = buf;
1236         arc_get_data_buf(buf);
1237         hdr->b_datacnt = 1;
1238         hdr->b_flags = 0;
1239         ASSERT(refcount_is_zero(&hdr->b_refcnt));
1240         (void) refcount_add(&hdr->b_refcnt, tag);
1241
1242         return (buf);
1243 }
1244
1245 static char *arc_onloan_tag = "onloan";
1246
1247 /*
1248  * Loan out an anonymous arc buffer. Loaned buffers are not counted as in
1249  * flight data by arc_tempreserve_space() until they are "returned". Loaned
1250  * buffers must be returned to the arc before they can be used by the DMU or
1251  * freed.
1252  */
1253 arc_buf_t *
1254 arc_loan_buf(spa_t *spa, int size)
1255 {
1256         arc_buf_t *buf;
1257
1258         buf = arc_buf_alloc(spa, size, arc_onloan_tag, ARC_BUFC_DATA);
1259
1260         atomic_add_64(&arc_loaned_bytes, size);
1261         return (buf);
1262 }
1263
1264 /*
1265  * Return a loaned arc buffer to the arc.
1266  */
1267 void
1268 arc_return_buf(arc_buf_t *buf, void *tag)
1269 {
1270         arc_buf_hdr_t *hdr = buf->b_hdr;
1271
1272         ASSERT(buf->b_data != NULL);
1273         (void) refcount_add(&hdr->b_refcnt, tag);
1274         (void) refcount_remove(&hdr->b_refcnt, arc_onloan_tag);
1275
1276         atomic_add_64(&arc_loaned_bytes, -hdr->b_size);
1277 }
1278
1279 /* Detach an arc_buf from a dbuf (tag) */
1280 void
1281 arc_loan_inuse_buf(arc_buf_t *buf, void *tag)
1282 {
1283         arc_buf_hdr_t *hdr;
1284
1285         ASSERT(buf->b_data != NULL);
1286         hdr = buf->b_hdr;
1287         (void) refcount_add(&hdr->b_refcnt, arc_onloan_tag);
1288         (void) refcount_remove(&hdr->b_refcnt, tag);
1289         buf->b_efunc = NULL;
1290         buf->b_private = NULL;
1291
1292         atomic_add_64(&arc_loaned_bytes, hdr->b_size);
1293 }
1294
1295 static arc_buf_t *
1296 arc_buf_clone(arc_buf_t *from)
1297 {
1298         arc_buf_t *buf;
1299         arc_buf_hdr_t *hdr = from->b_hdr;
1300         uint64_t size = hdr->b_size;
1301
1302         ASSERT(hdr->b_state != arc_anon);
1303
1304         buf = kmem_cache_alloc(buf_cache, KM_PUSHPAGE);
1305         buf->b_hdr = hdr;
1306         buf->b_data = NULL;
1307         buf->b_efunc = NULL;
1308         buf->b_private = NULL;
1309         buf->b_next = hdr->b_buf;
1310         hdr->b_buf = buf;
1311         arc_get_data_buf(buf);
1312         bcopy(from->b_data, buf->b_data, size);
1313         hdr->b_datacnt += 1;
1314         return (buf);
1315 }
1316
1317 void
1318 arc_buf_add_ref(arc_buf_t *buf, void* tag)
1319 {
1320         arc_buf_hdr_t *hdr;
1321         kmutex_t *hash_lock;
1322
1323         /*
1324          * Check to see if this buffer is evicted.  Callers
1325          * must verify b_data != NULL to know if the add_ref
1326          * was successful.
1327          */
1328         mutex_enter(&buf->b_evict_lock);
1329         if (buf->b_data == NULL) {
1330                 mutex_exit(&buf->b_evict_lock);
1331                 return;
1332         }
1333         hash_lock = HDR_LOCK(buf->b_hdr);
1334         mutex_enter(hash_lock);
1335         hdr = buf->b_hdr;
1336         ASSERT3P(hash_lock, ==, HDR_LOCK(hdr));
1337         mutex_exit(&buf->b_evict_lock);
1338
1339         ASSERT(hdr->b_state == arc_mru || hdr->b_state == arc_mfu);
1340         add_reference(hdr, hash_lock, tag);
1341         DTRACE_PROBE1(arc__hit, arc_buf_hdr_t *, hdr);
1342         arc_access(hdr, hash_lock);
1343         mutex_exit(hash_lock);
1344         ARCSTAT_BUMP(arcstat_hits);
1345         ARCSTAT_CONDSTAT(!(hdr->b_flags & ARC_PREFETCH),
1346             demand, prefetch, hdr->b_type != ARC_BUFC_METADATA,
1347             data, metadata, hits);
1348 }
1349
1350 /*
1351  * Free the arc data buffer.  If it is an l2arc write in progress,
1352  * the buffer is placed on l2arc_free_on_write to be freed later.
1353  */
1354 static void
1355 arc_buf_data_free(arc_buf_hdr_t *hdr, void (*free_func)(void *, size_t),
1356     void *data, size_t size)
1357 {
1358         if (HDR_L2_WRITING(hdr)) {
1359                 l2arc_data_free_t *df;
1360                 df = kmem_alloc(sizeof (l2arc_data_free_t), KM_SLEEP);
1361                 df->l2df_data = data;
1362                 df->l2df_size = size;
1363                 df->l2df_func = free_func;
1364                 mutex_enter(&l2arc_free_on_write_mtx);
1365                 list_insert_head(l2arc_free_on_write, df);
1366                 mutex_exit(&l2arc_free_on_write_mtx);
1367                 ARCSTAT_BUMP(arcstat_l2_free_on_write);
1368         } else {
1369                 free_func(data, size);
1370         }
1371 }
1372
1373 static void
1374 arc_buf_destroy(arc_buf_t *buf, boolean_t recycle, boolean_t all)
1375 {
1376         arc_buf_t **bufp;
1377
1378         /* free up data associated with the buf */
1379         if (buf->b_data) {
1380                 arc_state_t *state = buf->b_hdr->b_state;
1381                 uint64_t size = buf->b_hdr->b_size;
1382                 arc_buf_contents_t type = buf->b_hdr->b_type;
1383
1384                 arc_cksum_verify(buf);
1385
1386                 if (!recycle) {
1387                         if (type == ARC_BUFC_METADATA) {
1388                                 arc_buf_data_free(buf->b_hdr, zio_buf_free,
1389                                     buf->b_data, size);
1390                                 arc_space_return(size, ARC_SPACE_DATA);
1391                         } else {
1392                                 ASSERT(type == ARC_BUFC_DATA);
1393                                 arc_buf_data_free(buf->b_hdr,
1394                                     zio_data_buf_free, buf->b_data, size);
1395                                 ARCSTAT_INCR(arcstat_data_size, -size);
1396                                 atomic_add_64(&arc_size, -size);
1397                         }
1398                 }
1399                 if (list_link_active(&buf->b_hdr->b_arc_node)) {
1400                         uint64_t *cnt = &state->arcs_lsize[type];
1401
1402                         ASSERT(refcount_is_zero(&buf->b_hdr->b_refcnt));
1403                         ASSERT(state != arc_anon);
1404
1405                         ASSERT3U(*cnt, >=, size);
1406                         atomic_add_64(cnt, -size);
1407                 }
1408                 ASSERT3U(state->arcs_size, >=, size);
1409                 atomic_add_64(&state->arcs_size, -size);
1410                 buf->b_data = NULL;
1411                 ASSERT(buf->b_hdr->b_datacnt > 0);
1412                 buf->b_hdr->b_datacnt -= 1;
1413         }
1414
1415         /* only remove the buf if requested */
1416         if (!all)
1417                 return;
1418
1419         /* remove the buf from the hdr list */
1420         for (bufp = &buf->b_hdr->b_buf; *bufp != buf; bufp = &(*bufp)->b_next)
1421                 continue;
1422         *bufp = buf->b_next;
1423         buf->b_next = NULL;
1424
1425         ASSERT(buf->b_efunc == NULL);
1426
1427         /* clean up the buf */
1428         buf->b_hdr = NULL;
1429         kmem_cache_free(buf_cache, buf);
1430 }
1431
1432 static void
1433 arc_hdr_destroy(arc_buf_hdr_t *hdr)
1434 {
1435         l2arc_buf_hdr_t *l2hdr = hdr->b_l2hdr;
1436
1437         ASSERT(refcount_is_zero(&hdr->b_refcnt));
1438         ASSERT3P(hdr->b_state, ==, arc_anon);
1439         ASSERT(!HDR_IO_IN_PROGRESS(hdr));
1440
1441         if (l2hdr != NULL) {
1442                 boolean_t buflist_held = MUTEX_HELD(&l2arc_buflist_mtx);
1443                 /*
1444                  * To prevent arc_free() and l2arc_evict() from
1445                  * attempting to free the same buffer at the same time,
1446                  * a FREE_IN_PROGRESS flag is given to arc_free() to
1447                  * give it priority.  l2arc_evict() can't destroy this
1448                  * header while we are waiting on l2arc_buflist_mtx.
1449                  *
1450                  * The hdr may be removed from l2ad_buflist before we
1451                  * grab l2arc_buflist_mtx, so b_l2hdr is rechecked.
1452                  */
1453                 if (!buflist_held) {
1454                         mutex_enter(&l2arc_buflist_mtx);
1455                         l2hdr = hdr->b_l2hdr;
1456                 }
1457
1458                 if (l2hdr != NULL) {
1459                         list_remove(l2hdr->b_dev->l2ad_buflist, hdr);
1460                         ARCSTAT_INCR(arcstat_l2_size, -hdr->b_size);
1461                         kmem_free(l2hdr, sizeof (l2arc_buf_hdr_t));
1462                         if (hdr->b_state == arc_l2c_only)
1463                                 l2arc_hdr_stat_remove();
1464                         hdr->b_l2hdr = NULL;
1465                 }
1466
1467                 if (!buflist_held)
1468                         mutex_exit(&l2arc_buflist_mtx);
1469         }
1470
1471         if (!BUF_EMPTY(hdr)) {
1472                 ASSERT(!HDR_IN_HASH_TABLE(hdr));
1473                 buf_discard_identity(hdr);
1474         }
1475         while (hdr->b_buf) {
1476                 arc_buf_t *buf = hdr->b_buf;
1477
1478                 if (buf->b_efunc) {
1479                         mutex_enter(&arc_eviction_mtx);
1480                         mutex_enter(&buf->b_evict_lock);
1481                         ASSERT(buf->b_hdr != NULL);
1482                         arc_buf_destroy(hdr->b_buf, FALSE, FALSE);
1483                         hdr->b_buf = buf->b_next;
1484                         buf->b_hdr = &arc_eviction_hdr;
1485                         buf->b_next = arc_eviction_list;
1486                         arc_eviction_list = buf;
1487                         mutex_exit(&buf->b_evict_lock);
1488                         mutex_exit(&arc_eviction_mtx);
1489                 } else {
1490                         arc_buf_destroy(hdr->b_buf, FALSE, TRUE);
1491                 }
1492         }
1493         if (hdr->b_freeze_cksum != NULL) {
1494                 kmem_free(hdr->b_freeze_cksum, sizeof (zio_cksum_t));
1495                 hdr->b_freeze_cksum = NULL;
1496         }
1497         if (hdr->b_thawed) {
1498                 kmem_free(hdr->b_thawed, 1);
1499                 hdr->b_thawed = NULL;
1500         }
1501
1502         ASSERT(!list_link_active(&hdr->b_arc_node));
1503         ASSERT3P(hdr->b_hash_next, ==, NULL);
1504         ASSERT3P(hdr->b_acb, ==, NULL);
1505         kmem_cache_free(hdr_cache, hdr);
1506 }
1507
1508 void
1509 arc_buf_free(arc_buf_t *buf, void *tag)
1510 {
1511         arc_buf_hdr_t *hdr = buf->b_hdr;
1512         int hashed = hdr->b_state != arc_anon;
1513
1514         ASSERT(buf->b_efunc == NULL);
1515         ASSERT(buf->b_data != NULL);
1516
1517         if (hashed) {
1518                 kmutex_t *hash_lock = HDR_LOCK(hdr);
1519
1520                 mutex_enter(hash_lock);
1521                 hdr = buf->b_hdr;
1522                 ASSERT3P(hash_lock, ==, HDR_LOCK(hdr));
1523
1524                 (void) remove_reference(hdr, hash_lock, tag);
1525                 if (hdr->b_datacnt > 1) {
1526                         arc_buf_destroy(buf, FALSE, TRUE);
1527                 } else {
1528                         ASSERT(buf == hdr->b_buf);
1529                         ASSERT(buf->b_efunc == NULL);
1530                         hdr->b_flags |= ARC_BUF_AVAILABLE;
1531                 }
1532                 mutex_exit(hash_lock);
1533         } else if (HDR_IO_IN_PROGRESS(hdr)) {
1534                 int destroy_hdr;
1535                 /*
1536                  * We are in the middle of an async write.  Don't destroy
1537                  * this buffer unless the write completes before we finish
1538                  * decrementing the reference count.
1539                  */
1540                 mutex_enter(&arc_eviction_mtx);
1541                 (void) remove_reference(hdr, NULL, tag);
1542                 ASSERT(refcount_is_zero(&hdr->b_refcnt));
1543                 destroy_hdr = !HDR_IO_IN_PROGRESS(hdr);
1544                 mutex_exit(&arc_eviction_mtx);
1545                 if (destroy_hdr)
1546                         arc_hdr_destroy(hdr);
1547         } else {
1548                 if (remove_reference(hdr, NULL, tag) > 0)
1549                         arc_buf_destroy(buf, FALSE, TRUE);
1550                 else
1551                         arc_hdr_destroy(hdr);
1552         }
1553 }
1554
1555 int
1556 arc_buf_remove_ref(arc_buf_t *buf, void* tag)
1557 {
1558         arc_buf_hdr_t *hdr = buf->b_hdr;
1559         kmutex_t *hash_lock = HDR_LOCK(hdr);
1560         int no_callback = (buf->b_efunc == NULL);
1561
1562         if (hdr->b_state == arc_anon) {
1563                 ASSERT(hdr->b_datacnt == 1);
1564                 arc_buf_free(buf, tag);
1565                 return (no_callback);
1566         }
1567
1568         mutex_enter(hash_lock);
1569         hdr = buf->b_hdr;
1570         ASSERT3P(hash_lock, ==, HDR_LOCK(hdr));
1571         ASSERT(hdr->b_state != arc_anon);
1572         ASSERT(buf->b_data != NULL);
1573
1574         (void) remove_reference(hdr, hash_lock, tag);
1575         if (hdr->b_datacnt > 1) {
1576                 if (no_callback)
1577                         arc_buf_destroy(buf, FALSE, TRUE);
1578         } else if (no_callback) {
1579                 ASSERT(hdr->b_buf == buf && buf->b_next == NULL);
1580                 ASSERT(buf->b_efunc == NULL);
1581                 hdr->b_flags |= ARC_BUF_AVAILABLE;
1582         }
1583         ASSERT(no_callback || hdr->b_datacnt > 1 ||
1584             refcount_is_zero(&hdr->b_refcnt));
1585         mutex_exit(hash_lock);
1586         return (no_callback);
1587 }
1588
1589 int
1590 arc_buf_size(arc_buf_t *buf)
1591 {
1592         return (buf->b_hdr->b_size);
1593 }
1594
1595 /*
1596  * Evict buffers from list until we've removed the specified number of
1597  * bytes.  Move the removed buffers to the appropriate evict state.
1598  * If the recycle flag is set, then attempt to "recycle" a buffer:
1599  * - look for a buffer to evict that is `bytes' long.
1600  * - return the data block from this buffer rather than freeing it.
1601  * This flag is used by callers that are trying to make space for a
1602  * new buffer in a full arc cache.
1603  *
1604  * This function makes a "best effort".  It skips over any buffers
1605  * it can't get a hash_lock on, and so may not catch all candidates.
1606  * It may also return without evicting as much space as requested.
1607  */
1608 static void *
1609 arc_evict(arc_state_t *state, uint64_t spa, int64_t bytes, boolean_t recycle,
1610     arc_buf_contents_t type)
1611 {
1612         arc_state_t *evicted_state;
1613         uint64_t bytes_evicted = 0, skipped = 0, missed = 0;
1614         arc_buf_hdr_t *ab, *ab_prev = NULL;
1615         list_t *list = &state->arcs_list[type];
1616         kmutex_t *hash_lock;
1617         boolean_t have_lock;
1618         void *stolen = NULL;
1619
1620         ASSERT(state == arc_mru || state == arc_mfu);
1621
1622         evicted_state = (state == arc_mru) ? arc_mru_ghost : arc_mfu_ghost;
1623
1624         mutex_enter(&state->arcs_mtx);
1625         mutex_enter(&evicted_state->arcs_mtx);
1626
1627         for (ab = list_tail(list); ab; ab = ab_prev) {
1628                 ab_prev = list_prev(list, ab);
1629                 /* prefetch buffers have a minimum lifespan */
1630                 if (HDR_IO_IN_PROGRESS(ab) ||
1631                     (spa && ab->b_spa != spa) ||
1632                     (ab->b_flags & (ARC_PREFETCH|ARC_INDIRECT) &&
1633                     ddi_get_lbolt() - ab->b_arc_access <
1634                     arc_min_prefetch_lifespan)) {
1635                         skipped++;
1636                         continue;
1637                 }
1638                 /* "lookahead" for better eviction candidate */
1639                 if (recycle && ab->b_size != bytes &&
1640                     ab_prev && ab_prev->b_size == bytes)
1641                         continue;
1642                 hash_lock = HDR_LOCK(ab);
1643                 have_lock = MUTEX_HELD(hash_lock);
1644                 if (have_lock || mutex_tryenter(hash_lock)) {
1645                         ASSERT3U(refcount_count(&ab->b_refcnt), ==, 0);
1646                         ASSERT(ab->b_datacnt > 0);
1647                         while (ab->b_buf) {
1648                                 arc_buf_t *buf = ab->b_buf;
1649                                 if (!mutex_tryenter(&buf->b_evict_lock)) {
1650                                         missed += 1;
1651                                         break;
1652                                 }
1653                                 if (buf->b_data) {
1654                                         bytes_evicted += ab->b_size;
1655                                         if (recycle && ab->b_type == type &&
1656                                             ab->b_size == bytes &&
1657                                             !HDR_L2_WRITING(ab)) {
1658                                                 stolen = buf->b_data;
1659                                                 recycle = FALSE;
1660                                         }
1661                                 }
1662                                 if (buf->b_efunc) {
1663                                         mutex_enter(&arc_eviction_mtx);
1664                                         arc_buf_destroy(buf,
1665                                             buf->b_data == stolen, FALSE);
1666                                         ab->b_buf = buf->b_next;
1667                                         buf->b_hdr = &arc_eviction_hdr;
1668                                         buf->b_next = arc_eviction_list;
1669                                         arc_eviction_list = buf;
1670                                         mutex_exit(&arc_eviction_mtx);
1671                                         mutex_exit(&buf->b_evict_lock);
1672                                 } else {
1673                                         mutex_exit(&buf->b_evict_lock);
1674                                         arc_buf_destroy(buf,
1675                                             buf->b_data == stolen, TRUE);
1676                                 }
1677                         }
1678
1679                         if (ab->b_l2hdr) {
1680                                 ARCSTAT_INCR(arcstat_evict_l2_cached,
1681                                     ab->b_size);
1682                         } else {
1683                                 if (l2arc_write_eligible(ab->b_spa, ab)) {
1684                                         ARCSTAT_INCR(arcstat_evict_l2_eligible,
1685                                             ab->b_size);
1686                                 } else {
1687                                         ARCSTAT_INCR(
1688                                             arcstat_evict_l2_ineligible,
1689                                             ab->b_size);
1690                                 }
1691                         }
1692
1693                         if (ab->b_datacnt == 0) {
1694                                 arc_change_state(evicted_state, ab, hash_lock);
1695                                 ASSERT(HDR_IN_HASH_TABLE(ab));
1696                                 ab->b_flags |= ARC_IN_HASH_TABLE;
1697                                 ab->b_flags &= ~ARC_BUF_AVAILABLE;
1698                                 DTRACE_PROBE1(arc__evict, arc_buf_hdr_t *, ab);
1699                         }
1700                         if (!have_lock)
1701                                 mutex_exit(hash_lock);
1702                         if (bytes >= 0 && bytes_evicted >= bytes)
1703                                 break;
1704                 } else {
1705                         missed += 1;
1706                 }
1707         }
1708
1709         mutex_exit(&evicted_state->arcs_mtx);
1710         mutex_exit(&state->arcs_mtx);
1711
1712         if (bytes_evicted < bytes)
1713                 dprintf("only evicted %lld bytes from %x",
1714                     (longlong_t)bytes_evicted, state);
1715
1716         if (skipped)
1717                 ARCSTAT_INCR(arcstat_evict_skip, skipped);
1718
1719         if (missed)
1720                 ARCSTAT_INCR(arcstat_mutex_miss, missed);
1721
1722         /*
1723          * We have just evicted some date into the ghost state, make
1724          * sure we also adjust the ghost state size if necessary.
1725          */
1726         if (arc_no_grow &&
1727             arc_mru_ghost->arcs_size + arc_mfu_ghost->arcs_size > arc_c) {
1728                 int64_t mru_over = arc_anon->arcs_size + arc_mru->arcs_size +
1729                     arc_mru_ghost->arcs_size - arc_c;
1730
1731                 if (mru_over > 0 && arc_mru_ghost->arcs_lsize[type] > 0) {
1732                         int64_t todelete =
1733                             MIN(arc_mru_ghost->arcs_lsize[type], mru_over);
1734                         arc_evict_ghost(arc_mru_ghost, 0, todelete);
1735                 } else if (arc_mfu_ghost->arcs_lsize[type] > 0) {
1736                         int64_t todelete = MIN(arc_mfu_ghost->arcs_lsize[type],
1737                             arc_mru_ghost->arcs_size +
1738                             arc_mfu_ghost->arcs_size - arc_c);
1739                         arc_evict_ghost(arc_mfu_ghost, 0, todelete);
1740                 }
1741         }
1742
1743         return (stolen);
1744 }
1745
1746 /*
1747  * Remove buffers from list until we've removed the specified number of
1748  * bytes.  Destroy the buffers that are removed.
1749  */
1750 static void
1751 arc_evict_ghost(arc_state_t *state, uint64_t spa, int64_t bytes)
1752 {
1753         arc_buf_hdr_t *ab, *ab_prev;
1754         arc_buf_hdr_t marker;
1755         list_t *list = &state->arcs_list[ARC_BUFC_DATA];
1756         kmutex_t *hash_lock;
1757         uint64_t bytes_deleted = 0;
1758         uint64_t bufs_skipped = 0;
1759
1760         ASSERT(GHOST_STATE(state));
1761         bzero(&marker, sizeof(marker));
1762 top:
1763         mutex_enter(&state->arcs_mtx);
1764         for (ab = list_tail(list); ab; ab = ab_prev) {
1765                 ab_prev = list_prev(list, ab);
1766                 if (spa && ab->b_spa != spa)
1767                         continue;
1768
1769                 /* ignore markers */
1770                 if (ab->b_spa == 0)
1771                         continue;
1772
1773                 hash_lock = HDR_LOCK(ab);
1774                 /* caller may be trying to modify this buffer, skip it */
1775                 if (MUTEX_HELD(hash_lock))
1776                         continue;
1777                 if (mutex_tryenter(hash_lock)) {
1778                         ASSERT(!HDR_IO_IN_PROGRESS(ab));
1779                         ASSERT(ab->b_buf == NULL);
1780                         ARCSTAT_BUMP(arcstat_deleted);
1781                         bytes_deleted += ab->b_size;
1782
1783                         if (ab->b_l2hdr != NULL) {
1784                                 /*
1785                                  * This buffer is cached on the 2nd Level ARC;
1786                                  * don't destroy the header.
1787                                  */
1788                                 arc_change_state(arc_l2c_only, ab, hash_lock);
1789                                 mutex_exit(hash_lock);
1790                         } else {
1791                                 arc_change_state(arc_anon, ab, hash_lock);
1792                                 mutex_exit(hash_lock);
1793                                 arc_hdr_destroy(ab);
1794                         }
1795
1796                         DTRACE_PROBE1(arc__delete, arc_buf_hdr_t *, ab);
1797                         if (bytes >= 0 && bytes_deleted >= bytes)
1798                                 break;
1799                 } else if (bytes < 0) {
1800                         /*
1801                          * Insert a list marker and then wait for the
1802                          * hash lock to become available. Once its
1803                          * available, restart from where we left off.
1804                          */
1805                         list_insert_after(list, ab, &marker);
1806                         mutex_exit(&state->arcs_mtx);
1807                         mutex_enter(hash_lock);
1808                         mutex_exit(hash_lock);
1809                         mutex_enter(&state->arcs_mtx);
1810                         ab_prev = list_prev(list, &marker);
1811                         list_remove(list, &marker);
1812                 } else
1813                         bufs_skipped += 1;
1814         }
1815         mutex_exit(&state->arcs_mtx);
1816
1817         if (list == &state->arcs_list[ARC_BUFC_DATA] &&
1818             (bytes < 0 || bytes_deleted < bytes)) {
1819                 list = &state->arcs_list[ARC_BUFC_METADATA];
1820                 goto top;
1821         }
1822
1823         if (bufs_skipped) {
1824                 ARCSTAT_INCR(arcstat_mutex_miss, bufs_skipped);
1825                 ASSERT(bytes >= 0);
1826         }
1827
1828         if (bytes_deleted < bytes)
1829                 dprintf("only deleted %lld bytes from %p",
1830                     (longlong_t)bytes_deleted, state);
1831 }
1832
1833 static void
1834 arc_adjust(void)
1835 {
1836         int64_t adjustment, delta;
1837
1838         /*
1839          * Adjust MRU size
1840          */
1841
1842         adjustment = MIN((int64_t)(arc_size - arc_c),
1843             (int64_t)(arc_anon->arcs_size + arc_mru->arcs_size + arc_meta_used -
1844             arc_p));
1845
1846         if (adjustment > 0 && arc_mru->arcs_lsize[ARC_BUFC_DATA] > 0) {
1847                 delta = MIN(arc_mru->arcs_lsize[ARC_BUFC_DATA], adjustment);
1848                 (void) arc_evict(arc_mru, 0, delta, FALSE, ARC_BUFC_DATA);
1849                 adjustment -= delta;
1850         }
1851
1852         if (adjustment > 0 && arc_mru->arcs_lsize[ARC_BUFC_METADATA] > 0) {
1853                 delta = MIN(arc_mru->arcs_lsize[ARC_BUFC_METADATA], adjustment);
1854                 (void) arc_evict(arc_mru, 0, delta, FALSE,
1855                     ARC_BUFC_METADATA);
1856         }
1857
1858         /*
1859          * Adjust MFU size
1860          */
1861
1862         adjustment = arc_size - arc_c;
1863
1864         if (adjustment > 0 && arc_mfu->arcs_lsize[ARC_BUFC_DATA] > 0) {
1865                 delta = MIN(adjustment, arc_mfu->arcs_lsize[ARC_BUFC_DATA]);
1866                 (void) arc_evict(arc_mfu, 0, delta, FALSE, ARC_BUFC_DATA);
1867                 adjustment -= delta;
1868         }
1869
1870         if (adjustment > 0 && arc_mfu->arcs_lsize[ARC_BUFC_METADATA] > 0) {
1871                 int64_t delta = MIN(adjustment,
1872                     arc_mfu->arcs_lsize[ARC_BUFC_METADATA]);
1873                 (void) arc_evict(arc_mfu, 0, delta, FALSE,
1874                     ARC_BUFC_METADATA);
1875         }
1876
1877         /*
1878          * Adjust ghost lists
1879          */
1880
1881         adjustment = arc_mru->arcs_size + arc_mru_ghost->arcs_size - arc_c;
1882
1883         if (adjustment > 0 && arc_mru_ghost->arcs_size > 0) {
1884                 delta = MIN(arc_mru_ghost->arcs_size, adjustment);
1885                 arc_evict_ghost(arc_mru_ghost, 0, delta);
1886         }
1887
1888         adjustment =
1889             arc_mru_ghost->arcs_size + arc_mfu_ghost->arcs_size - arc_c;
1890
1891         if (adjustment > 0 && arc_mfu_ghost->arcs_size > 0) {
1892                 delta = MIN(arc_mfu_ghost->arcs_size, adjustment);
1893                 arc_evict_ghost(arc_mfu_ghost, 0, delta);
1894         }
1895 }
1896
1897 static void
1898 arc_do_user_evicts(void)
1899 {
1900         mutex_enter(&arc_eviction_mtx);
1901         while (arc_eviction_list != NULL) {
1902                 arc_buf_t *buf = arc_eviction_list;
1903                 arc_eviction_list = buf->b_next;
1904                 mutex_enter(&buf->b_evict_lock);
1905                 buf->b_hdr = NULL;
1906                 mutex_exit(&buf->b_evict_lock);
1907                 mutex_exit(&arc_eviction_mtx);
1908
1909                 if (buf->b_efunc != NULL)
1910                         VERIFY(buf->b_efunc(buf) == 0);
1911
1912                 buf->b_efunc = NULL;
1913                 buf->b_private = NULL;
1914                 kmem_cache_free(buf_cache, buf);
1915                 mutex_enter(&arc_eviction_mtx);
1916         }
1917         mutex_exit(&arc_eviction_mtx);
1918 }
1919
1920 /*
1921  * Flush all *evictable* data from the cache for the given spa.
1922  * NOTE: this will not touch "active" (i.e. referenced) data.
1923  */
1924 void
1925 arc_flush(spa_t *spa)
1926 {
1927         uint64_t guid = 0;
1928
1929         if (spa)
1930                 guid = spa_guid(spa);
1931
1932         while (list_head(&arc_mru->arcs_list[ARC_BUFC_DATA])) {
1933                 (void) arc_evict(arc_mru, guid, -1, FALSE, ARC_BUFC_DATA);
1934                 if (spa)
1935                         break;
1936         }
1937         while (list_head(&arc_mru->arcs_list[ARC_BUFC_METADATA])) {
1938                 (void) arc_evict(arc_mru, guid, -1, FALSE, ARC_BUFC_METADATA);
1939                 if (spa)
1940                         break;
1941         }
1942         while (list_head(&arc_mfu->arcs_list[ARC_BUFC_DATA])) {
1943                 (void) arc_evict(arc_mfu, guid, -1, FALSE, ARC_BUFC_DATA);
1944                 if (spa)
1945                         break;
1946         }
1947         while (list_head(&arc_mfu->arcs_list[ARC_BUFC_METADATA])) {
1948                 (void) arc_evict(arc_mfu, guid, -1, FALSE, ARC_BUFC_METADATA);
1949                 if (spa)
1950                         break;
1951         }
1952
1953         arc_evict_ghost(arc_mru_ghost, guid, -1);
1954         arc_evict_ghost(arc_mfu_ghost, guid, -1);
1955
1956         mutex_enter(&arc_reclaim_thr_lock);
1957         arc_do_user_evicts();
1958         mutex_exit(&arc_reclaim_thr_lock);
1959         ASSERT(spa || arc_eviction_list == NULL);
1960 }
1961
1962 void
1963 arc_shrink(void)
1964 {
1965         if (arc_c > arc_c_min) {
1966                 uint64_t to_free;
1967
1968 #ifdef _KERNEL
1969                 to_free = MAX(arc_c >> arc_shrink_shift, ptob(needfree));
1970 #else
1971                 to_free = arc_c >> arc_shrink_shift;
1972 #endif
1973                 if (arc_c > arc_c_min + to_free)
1974                         atomic_add_64(&arc_c, -to_free);
1975                 else
1976                         arc_c = arc_c_min;
1977
1978                 atomic_add_64(&arc_p, -(arc_p >> arc_shrink_shift));
1979                 if (arc_c > arc_size)
1980                         arc_c = MAX(arc_size, arc_c_min);
1981                 if (arc_p > arc_c)
1982                         arc_p = (arc_c >> 1);
1983                 ASSERT(arc_c >= arc_c_min);
1984                 ASSERT((int64_t)arc_p >= 0);
1985         }
1986
1987         if (arc_size > arc_c)
1988                 arc_adjust();
1989 }
1990
1991 static int
1992 arc_reclaim_needed(void)
1993 {
1994 #ifdef _KERNEL
1995         uint64_t extra;
1996
1997         if (needfree)
1998                 return (1);
1999
2000         /*
2001          * take 'desfree' extra pages, so we reclaim sooner, rather than later
2002          */
2003         extra = desfree;
2004
2005         /*
2006          * check that we're out of range of the pageout scanner.  It starts to
2007          * schedule paging if freemem is less than lotsfree and needfree.
2008          * lotsfree is the high-water mark for pageout, and needfree is the
2009          * number of needed free pages.  We add extra pages here to make sure
2010          * the scanner doesn't start up while we're freeing memory.
2011          */
2012         if (freemem < lotsfree + needfree + extra)
2013                 return (1);
2014
2015         /*
2016          * check to make sure that swapfs has enough space so that anon
2017          * reservations can still succeed. anon_resvmem() checks that the
2018          * availrmem is greater than swapfs_minfree, and the number of reserved
2019          * swap pages.  We also add a bit of extra here just to prevent
2020          * circumstances from getting really dire.
2021          */
2022         if (availrmem < swapfs_minfree + swapfs_reserve + extra)
2023                 return (1);
2024
2025 #if defined(__i386)
2026         /*
2027          * If we're on an i386 platform, it's possible that we'll exhaust the
2028          * kernel heap space before we ever run out of available physical
2029          * memory.  Most checks of the size of the heap_area compare against
2030          * tune.t_minarmem, which is the minimum available real memory that we
2031          * can have in the system.  However, this is generally fixed at 25 pages
2032          * which is so low that it's useless.  In this comparison, we seek to
2033          * calculate the total heap-size, and reclaim if more than 3/4ths of the
2034          * heap is allocated.  (Or, in the calculation, if less than 1/4th is
2035          * free)
2036          */
2037         if (btop(vmem_size(heap_arena, VMEM_FREE)) <
2038             (btop(vmem_size(heap_arena, VMEM_FREE | VMEM_ALLOC)) >> 2))
2039                 return (1);
2040 #endif
2041
2042 #else
2043         if (spa_get_random(100) == 0)
2044                 return (1);
2045 #endif
2046         return (0);
2047 }
2048
2049 static void
2050 arc_kmem_reap_now(arc_reclaim_strategy_t strat)
2051 {
2052         size_t                  i;
2053         kmem_cache_t            *prev_cache = NULL;
2054         kmem_cache_t            *prev_data_cache = NULL;
2055         extern kmem_cache_t     *zio_buf_cache[];
2056         extern kmem_cache_t     *zio_data_buf_cache[];
2057
2058 #ifdef _KERNEL
2059         if (arc_meta_used >= arc_meta_limit) {
2060                 /*
2061                  * We are exceeding our meta-data cache limit.
2062                  * Purge some DNLC entries to release holds on meta-data.
2063                  */
2064                 dnlc_reduce_cache((void *)(uintptr_t)arc_reduce_dnlc_percent);
2065         }
2066 #if defined(__i386)
2067         /*
2068          * Reclaim unused memory from all kmem caches.
2069          */
2070         kmem_reap();
2071 #endif
2072 #endif
2073
2074         /*
2075          * An aggressive reclamation will shrink the cache size as well as
2076          * reap free buffers from the arc kmem caches.
2077          */
2078         if (strat == ARC_RECLAIM_AGGR)
2079                 arc_shrink();
2080
2081         for (i = 0; i < SPA_MAXBLOCKSIZE >> SPA_MINBLOCKSHIFT; i++) {
2082                 if (zio_buf_cache[i] != prev_cache) {
2083                         prev_cache = zio_buf_cache[i];
2084                         kmem_cache_reap_now(zio_buf_cache[i]);
2085                 }
2086                 if (zio_data_buf_cache[i] != prev_data_cache) {
2087                         prev_data_cache = zio_data_buf_cache[i];
2088                         kmem_cache_reap_now(zio_data_buf_cache[i]);
2089                 }
2090         }
2091         kmem_cache_reap_now(buf_cache);
2092         kmem_cache_reap_now(hdr_cache);
2093 }
2094
2095 static void
2096 arc_reclaim_thread(void)
2097 {
2098         clock_t                 growtime = 0;
2099         arc_reclaim_strategy_t  last_reclaim = ARC_RECLAIM_CONS;
2100         callb_cpr_t             cpr;
2101
2102         CALLB_CPR_INIT(&cpr, &arc_reclaim_thr_lock, callb_generic_cpr, FTAG);
2103
2104         mutex_enter(&arc_reclaim_thr_lock);
2105         while (arc_thread_exit == 0) {
2106                 if (arc_reclaim_needed()) {
2107
2108                         if (arc_no_grow) {
2109                                 if (last_reclaim == ARC_RECLAIM_CONS) {
2110                                         last_reclaim = ARC_RECLAIM_AGGR;
2111                                 } else {
2112                                         last_reclaim = ARC_RECLAIM_CONS;
2113                                 }
2114                         } else {
2115                                 arc_no_grow = TRUE;
2116                                 last_reclaim = ARC_RECLAIM_AGGR;
2117                                 membar_producer();
2118                         }
2119
2120                         /* reset the growth delay for every reclaim */
2121                         growtime = ddi_get_lbolt() + (arc_grow_retry * hz);
2122
2123                         arc_kmem_reap_now(last_reclaim);
2124                         arc_warm = B_TRUE;
2125
2126                 } else if (arc_no_grow && ddi_get_lbolt() >= growtime) {
2127                         arc_no_grow = FALSE;
2128                 }
2129
2130                 arc_adjust();
2131
2132                 if (arc_eviction_list != NULL)
2133                         arc_do_user_evicts();
2134
2135                 /* block until needed, or one second, whichever is shorter */
2136                 CALLB_CPR_SAFE_BEGIN(&cpr);
2137                 (void) cv_timedwait(&arc_reclaim_thr_cv,
2138                     &arc_reclaim_thr_lock, (ddi_get_lbolt() + hz));
2139                 CALLB_CPR_SAFE_END(&cpr, &arc_reclaim_thr_lock);
2140         }
2141
2142         arc_thread_exit = 0;
2143         cv_broadcast(&arc_reclaim_thr_cv);
2144         CALLB_CPR_EXIT(&cpr);           /* drops arc_reclaim_thr_lock */
2145         thread_exit();
2146 }
2147
2148 /*
2149  * Adapt arc info given the number of bytes we are trying to add and
2150  * the state that we are comming from.  This function is only called
2151  * when we are adding new content to the cache.
2152  */
2153 static void
2154 arc_adapt(int bytes, arc_state_t *state)
2155 {
2156         int mult;
2157         uint64_t arc_p_min = (arc_c >> arc_p_min_shift);
2158
2159         if (state == arc_l2c_only)
2160                 return;
2161
2162         ASSERT(bytes > 0);
2163         /*
2164          * Adapt the target size of the MRU list:
2165          *      - if we just hit in the MRU ghost list, then increase
2166          *        the target size of the MRU list.
2167          *      - if we just hit in the MFU ghost list, then increase
2168          *        the target size of the MFU list by decreasing the
2169          *        target size of the MRU list.
2170          */
2171         if (state == arc_mru_ghost) {
2172                 mult = ((arc_mru_ghost->arcs_size >= arc_mfu_ghost->arcs_size) ?
2173                     1 : (arc_mfu_ghost->arcs_size/arc_mru_ghost->arcs_size));
2174                 mult = MIN(mult, 10); /* avoid wild arc_p adjustment */
2175
2176                 arc_p = MIN(arc_c - arc_p_min, arc_p + bytes * mult);
2177         } else if (state == arc_mfu_ghost) {
2178                 uint64_t delta;
2179
2180                 mult = ((arc_mfu_ghost->arcs_size >= arc_mru_ghost->arcs_size) ?
2181                     1 : (arc_mru_ghost->arcs_size/arc_mfu_ghost->arcs_size));
2182                 mult = MIN(mult, 10);
2183
2184                 delta = MIN(bytes * mult, arc_p);
2185                 arc_p = MAX(arc_p_min, arc_p - delta);
2186         }
2187         ASSERT((int64_t)arc_p >= 0);
2188
2189         if (arc_reclaim_needed()) {
2190                 cv_signal(&arc_reclaim_thr_cv);
2191                 return;
2192         }
2193
2194         if (arc_no_grow)
2195                 return;
2196
2197         if (arc_c >= arc_c_max)
2198                 return;
2199
2200         /*
2201          * If we're within (2 * maxblocksize) bytes of the target
2202          * cache size, increment the target cache size
2203          */
2204         if (arc_size > arc_c - (2ULL << SPA_MAXBLOCKSHIFT)) {
2205                 atomic_add_64(&arc_c, (int64_t)bytes);
2206                 if (arc_c > arc_c_max)
2207                         arc_c = arc_c_max;
2208                 else if (state == arc_anon)
2209                         atomic_add_64(&arc_p, (int64_t)bytes);
2210                 if (arc_p > arc_c)
2211                         arc_p = arc_c;
2212         }
2213         ASSERT((int64_t)arc_p >= 0);
2214 }
2215
2216 /*
2217  * Check if the cache has reached its limits and eviction is required
2218  * prior to insert.
2219  */
2220 static int
2221 arc_evict_needed(arc_buf_contents_t type)
2222 {
2223         if (type == ARC_BUFC_METADATA && arc_meta_used >= arc_meta_limit)
2224                 return (1);
2225
2226 #ifdef _KERNEL
2227         /*
2228          * If zio data pages are being allocated out of a separate heap segment,
2229          * then enforce that the size of available vmem for this area remains
2230          * above about 1/32nd free.
2231          */
2232         if (type == ARC_BUFC_DATA && zio_arena != NULL &&
2233             vmem_size(zio_arena, VMEM_FREE) <
2234             (vmem_size(zio_arena, VMEM_ALLOC) >> 5))
2235                 return (1);
2236 #endif
2237
2238         if (arc_reclaim_needed())
2239                 return (1);
2240
2241         return (arc_size > arc_c);
2242 }
2243
2244 /*
2245  * The buffer, supplied as the first argument, needs a data block.
2246  * So, if we are at cache max, determine which cache should be victimized.
2247  * We have the following cases:
2248  *
2249  * 1. Insert for MRU, p > sizeof(arc_anon + arc_mru) ->
2250  * In this situation if we're out of space, but the resident size of the MFU is
2251  * under the limit, victimize the MFU cache to satisfy this insertion request.
2252  *
2253  * 2. Insert for MRU, p <= sizeof(arc_anon + arc_mru) ->
2254  * Here, we've used up all of the available space for the MRU, so we need to
2255  * evict from our own cache instead.  Evict from the set of resident MRU
2256  * entries.
2257  *
2258  * 3. Insert for MFU (c - p) > sizeof(arc_mfu) ->
2259  * c minus p represents the MFU space in the cache, since p is the size of the
2260  * cache that is dedicated to the MRU.  In this situation there's still space on
2261  * the MFU side, so the MRU side needs to be victimized.
2262  *
2263  * 4. Insert for MFU (c - p) < sizeof(arc_mfu) ->
2264  * MFU's resident set is consuming more space than it has been allotted.  In
2265  * this situation, we must victimize our own cache, the MFU, for this insertion.
2266  */
2267 static void
2268 arc_get_data_buf(arc_buf_t *buf)
2269 {
2270         arc_state_t             *state = buf->b_hdr->b_state;
2271         uint64_t                size = buf->b_hdr->b_size;
2272         arc_buf_contents_t      type = buf->b_hdr->b_type;
2273
2274         arc_adapt(size, state);
2275
2276         /*
2277          * We have not yet reached cache maximum size,
2278          * just allocate a new buffer.
2279          */
2280         if (!arc_evict_needed(type)) {
2281                 if (type == ARC_BUFC_METADATA) {
2282                         buf->b_data = zio_buf_alloc(size);
2283                         arc_space_consume(size, ARC_SPACE_DATA);
2284                 } else {
2285                         ASSERT(type == ARC_BUFC_DATA);
2286                         buf->b_data = zio_data_buf_alloc(size);
2287                         ARCSTAT_INCR(arcstat_data_size, size);
2288                         atomic_add_64(&arc_size, size);
2289                 }
2290                 goto out;
2291         }
2292
2293         /*
2294          * If we are prefetching from the mfu ghost list, this buffer
2295          * will end up on the mru list; so steal space from there.
2296          */
2297         if (state == arc_mfu_ghost)
2298                 state = buf->b_hdr->b_flags & ARC_PREFETCH ? arc_mru : arc_mfu;
2299         else if (state == arc_mru_ghost)
2300                 state = arc_mru;
2301
2302         if (state == arc_mru || state == arc_anon) {
2303                 uint64_t mru_used = arc_anon->arcs_size + arc_mru->arcs_size;
2304                 state = (arc_mfu->arcs_lsize[type] >= size &&
2305                     arc_p > mru_used) ? arc_mfu : arc_mru;
2306         } else {
2307                 /* MFU cases */
2308                 uint64_t mfu_space = arc_c - arc_p;
2309                 state =  (arc_mru->arcs_lsize[type] >= size &&
2310                     mfu_space > arc_mfu->arcs_size) ? arc_mru : arc_mfu;
2311         }
2312         if ((buf->b_data = arc_evict(state, 0, size, TRUE, type)) == NULL) {
2313                 if (type == ARC_BUFC_METADATA) {
2314                         buf->b_data = zio_buf_alloc(size);
2315                         arc_space_consume(size, ARC_SPACE_DATA);
2316                 } else {
2317                         ASSERT(type == ARC_BUFC_DATA);
2318                         buf->b_data = zio_data_buf_alloc(size);
2319                         ARCSTAT_INCR(arcstat_data_size, size);
2320                         atomic_add_64(&arc_size, size);
2321                 }
2322                 ARCSTAT_BUMP(arcstat_recycle_miss);
2323         }
2324         ASSERT(buf->b_data != NULL);
2325 out:
2326         /*
2327          * Update the state size.  Note that ghost states have a
2328          * "ghost size" and so don't need to be updated.
2329          */
2330         if (!GHOST_STATE(buf->b_hdr->b_state)) {
2331                 arc_buf_hdr_t *hdr = buf->b_hdr;
2332
2333                 atomic_add_64(&hdr->b_state->arcs_size, size);
2334                 if (list_link_active(&hdr->b_arc_node)) {
2335                         ASSERT(refcount_is_zero(&hdr->b_refcnt));
2336                         atomic_add_64(&hdr->b_state->arcs_lsize[type], size);
2337                 }
2338                 /*
2339                  * If we are growing the cache, and we are adding anonymous
2340                  * data, and we have outgrown arc_p, update arc_p
2341                  */
2342                 if (arc_size < arc_c && hdr->b_state == arc_anon &&
2343                     arc_anon->arcs_size + arc_mru->arcs_size > arc_p)
2344                         arc_p = MIN(arc_c, arc_p + size);
2345         }
2346 }
2347
2348 /*
2349  * This routine is called whenever a buffer is accessed.
2350  * NOTE: the hash lock is dropped in this function.
2351  */
2352 static void
2353 arc_access(arc_buf_hdr_t *buf, kmutex_t *hash_lock)
2354 {
2355         clock_t now;
2356
2357         ASSERT(MUTEX_HELD(hash_lock));
2358
2359         if (buf->b_state == arc_anon) {
2360                 /*
2361                  * This buffer is not in the cache, and does not
2362                  * appear in our "ghost" list.  Add the new buffer
2363                  * to the MRU state.
2364                  */
2365
2366                 ASSERT(buf->b_arc_access == 0);
2367                 buf->b_arc_access = ddi_get_lbolt();
2368                 DTRACE_PROBE1(new_state__mru, arc_buf_hdr_t *, buf);
2369                 arc_change_state(arc_mru, buf, hash_lock);
2370
2371         } else if (buf->b_state == arc_mru) {
2372                 now = ddi_get_lbolt();
2373
2374                 /*
2375                  * If this buffer is here because of a prefetch, then either:
2376                  * - clear the flag if this is a "referencing" read
2377                  *   (any subsequent access will bump this into the MFU state).
2378                  * or
2379                  * - move the buffer to the head of the list if this is
2380                  *   another prefetch (to make it less likely to be evicted).
2381                  */
2382                 if ((buf->b_flags & ARC_PREFETCH) != 0) {
2383                         if (refcount_count(&buf->b_refcnt) == 0) {
2384                                 ASSERT(list_link_active(&buf->b_arc_node));
2385                         } else {
2386                                 buf->b_flags &= ~ARC_PREFETCH;
2387                                 ARCSTAT_BUMP(arcstat_mru_hits);
2388                         }
2389                         buf->b_arc_access = now;
2390                         return;
2391                 }
2392
2393                 /*
2394                  * This buffer has been "accessed" only once so far,
2395                  * but it is still in the cache. Move it to the MFU
2396                  * state.
2397                  */
2398                 if (now > buf->b_arc_access + ARC_MINTIME) {
2399                         /*
2400                          * More than 125ms have passed since we
2401                          * instantiated this buffer.  Move it to the
2402                          * most frequently used state.
2403                          */
2404                         buf->b_arc_access = now;
2405                         DTRACE_PROBE1(new_state__mfu, arc_buf_hdr_t *, buf);
2406                         arc_change_state(arc_mfu, buf, hash_lock);
2407                 }
2408                 ARCSTAT_BUMP(arcstat_mru_hits);
2409         } else if (buf->b_state == arc_mru_ghost) {
2410                 arc_state_t     *new_state;
2411                 /*
2412                  * This buffer has been "accessed" recently, but
2413                  * was evicted from the cache.  Move it to the
2414                  * MFU state.
2415                  */
2416
2417                 if (buf->b_flags & ARC_PREFETCH) {
2418                         new_state = arc_mru;
2419                         if (refcount_count(&buf->b_refcnt) > 0)
2420                                 buf->b_flags &= ~ARC_PREFETCH;
2421                         DTRACE_PROBE1(new_state__mru, arc_buf_hdr_t *, buf);
2422                 } else {
2423                         new_state = arc_mfu;
2424                         DTRACE_PROBE1(new_state__mfu, arc_buf_hdr_t *, buf);
2425                 }
2426
2427                 buf->b_arc_access = ddi_get_lbolt();
2428                 arc_change_state(new_state, buf, hash_lock);
2429
2430                 ARCSTAT_BUMP(arcstat_mru_ghost_hits);
2431         } else if (buf->b_state == arc_mfu) {
2432                 /*
2433                  * This buffer has been accessed more than once and is
2434                  * still in the cache.  Keep it in the MFU state.
2435                  *
2436                  * NOTE: an add_reference() that occurred when we did
2437                  * the arc_read() will have kicked this off the list.
2438                  * If it was a prefetch, we will explicitly move it to
2439                  * the head of the list now.
2440                  */
2441                 if ((buf->b_flags & ARC_PREFETCH) != 0) {
2442                         ASSERT(refcount_count(&buf->b_refcnt) == 0);
2443                         ASSERT(list_link_active(&buf->b_arc_node));
2444                 }
2445                 ARCSTAT_BUMP(arcstat_mfu_hits);
2446                 buf->b_arc_access = ddi_get_lbolt();
2447         } else if (buf->b_state == arc_mfu_ghost) {
2448                 arc_state_t     *new_state = arc_mfu;
2449                 /*
2450                  * This buffer has been accessed more than once but has
2451                  * been evicted from the cache.  Move it back to the
2452                  * MFU state.
2453                  */
2454
2455                 if (buf->b_flags & ARC_PREFETCH) {
2456                         /*
2457                          * This is a prefetch access...
2458                          * move this block back to the MRU state.
2459                          */
2460                         ASSERT3U(refcount_count(&buf->b_refcnt), ==, 0);
2461                         new_state = arc_mru;
2462                 }
2463
2464                 buf->b_arc_access = ddi_get_lbolt();
2465                 DTRACE_PROBE1(new_state__mfu, arc_buf_hdr_t *, buf);
2466                 arc_change_state(new_state, buf, hash_lock);
2467
2468                 ARCSTAT_BUMP(arcstat_mfu_ghost_hits);
2469         } else if (buf->b_state == arc_l2c_only) {
2470                 /*
2471                  * This buffer is on the 2nd Level ARC.
2472                  */
2473
2474                 buf->b_arc_access = ddi_get_lbolt();
2475                 DTRACE_PROBE1(new_state__mfu, arc_buf_hdr_t *, buf);
2476                 arc_change_state(arc_mfu, buf, hash_lock);
2477         } else {
2478                 ASSERT(!"invalid arc state");
2479         }
2480 }
2481
2482 /* a generic arc_done_func_t which you can use */
2483 /* ARGSUSED */
2484 void
2485 arc_bcopy_func(zio_t *zio, arc_buf_t *buf, void *arg)
2486 {
2487         if (zio == NULL || zio->io_error == 0)
2488                 bcopy(buf->b_data, arg, buf->b_hdr->b_size);
2489         VERIFY(arc_buf_remove_ref(buf, arg) == 1);
2490 }
2491
2492 /* a generic arc_done_func_t */
2493 void
2494 arc_getbuf_func(zio_t *zio, arc_buf_t *buf, void *arg)
2495 {
2496         arc_buf_t **bufp = arg;
2497         if (zio && zio->io_error) {
2498                 VERIFY(arc_buf_remove_ref(buf, arg) == 1);
2499                 *bufp = NULL;
2500         } else {
2501                 *bufp = buf;
2502                 ASSERT(buf->b_data);
2503         }
2504 }
2505
2506 static void
2507 arc_read_done(zio_t *zio)
2508 {
2509         arc_buf_hdr_t   *hdr, *found;
2510         arc_buf_t       *buf;
2511         arc_buf_t       *abuf;  /* buffer we're assigning to callback */
2512         kmutex_t        *hash_lock;
2513         arc_callback_t  *callback_list, *acb;
2514         int             freeable = FALSE;
2515
2516         buf = zio->io_private;
2517         hdr = buf->b_hdr;
2518
2519         /*
2520          * The hdr was inserted into hash-table and removed from lists
2521          * prior to starting I/O.  We should find this header, since
2522          * it's in the hash table, and it should be legit since it's
2523          * not possible to evict it during the I/O.  The only possible
2524          * reason for it not to be found is if we were freed during the
2525          * read.
2526          */
2527         found = buf_hash_find(hdr->b_spa, &hdr->b_dva, hdr->b_birth,
2528             &hash_lock);
2529
2530         ASSERT((found == NULL && HDR_FREED_IN_READ(hdr) && hash_lock == NULL) ||
2531             (found == hdr && DVA_EQUAL(&hdr->b_dva, BP_IDENTITY(zio->io_bp))) ||
2532             (found == hdr && HDR_L2_READING(hdr)));
2533
2534         hdr->b_flags &= ~ARC_L2_EVICTED;
2535         if (l2arc_noprefetch && (hdr->b_flags & ARC_PREFETCH))
2536                 hdr->b_flags &= ~ARC_L2CACHE;
2537
2538         /* byteswap if necessary */
2539         callback_list = hdr->b_acb;
2540         ASSERT(callback_list != NULL);
2541         if (BP_SHOULD_BYTESWAP(zio->io_bp) && zio->io_error == 0) {
2542                 arc_byteswap_func_t *func = BP_GET_LEVEL(zio->io_bp) > 0 ?
2543                     byteswap_uint64_array :
2544                     dmu_ot[BP_GET_TYPE(zio->io_bp)].ot_byteswap;
2545                 func(buf->b_data, hdr->b_size);
2546         }
2547
2548         arc_cksum_compute(buf, B_FALSE);
2549
2550         if (hash_lock && zio->io_error == 0 && hdr->b_state == arc_anon) {
2551                 /*
2552                  * Only call arc_access on anonymous buffers.  This is because
2553                  * if we've issued an I/O for an evicted buffer, we've already
2554                  * called arc_access (to prevent any simultaneous readers from
2555                  * getting confused).
2556                  */
2557                 arc_access(hdr, hash_lock);
2558         }
2559
2560         /* create copies of the data buffer for the callers */
2561         abuf = buf;
2562         for (acb = callback_list; acb; acb = acb->acb_next) {
2563                 if (acb->acb_done) {
2564                         if (abuf == NULL)
2565                                 abuf = arc_buf_clone(buf);
2566                         acb->acb_buf = abuf;
2567                         abuf = NULL;
2568                 }
2569         }
2570         hdr->b_acb = NULL;
2571         hdr->b_flags &= ~ARC_IO_IN_PROGRESS;
2572         ASSERT(!HDR_BUF_AVAILABLE(hdr));
2573         if (abuf == buf) {
2574                 ASSERT(buf->b_efunc == NULL);
2575                 ASSERT(hdr->b_datacnt == 1);
2576                 hdr->b_flags |= ARC_BUF_AVAILABLE;
2577         }
2578
2579         ASSERT(refcount_is_zero(&hdr->b_refcnt) || callback_list != NULL);
2580
2581         if (zio->io_error != 0) {
2582                 hdr->b_flags |= ARC_IO_ERROR;
2583                 if (hdr->b_state != arc_anon)
2584                         arc_change_state(arc_anon, hdr, hash_lock);
2585                 if (HDR_IN_HASH_TABLE(hdr))
2586                         buf_hash_remove(hdr);
2587                 freeable = refcount_is_zero(&hdr->b_refcnt);
2588         }
2589
2590         /*
2591          * Broadcast before we drop the hash_lock to avoid the possibility
2592          * that the hdr (and hence the cv) might be freed before we get to
2593          * the cv_broadcast().
2594          */
2595         cv_broadcast(&hdr->b_cv);
2596
2597         if (hash_lock) {
2598                 mutex_exit(hash_lock);
2599         } else {
2600                 /*
2601                  * This block was freed while we waited for the read to
2602                  * complete.  It has been removed from the hash table and
2603                  * moved to the anonymous state (so that it won't show up
2604                  * in the cache).
2605                  */
2606                 ASSERT3P(hdr->b_state, ==, arc_anon);
2607                 freeable = refcount_is_zero(&hdr->b_refcnt);
2608         }
2609
2610         /* execute each callback and free its structure */
2611         while ((acb = callback_list) != NULL) {
2612                 if (acb->acb_done)
2613                         acb->acb_done(zio, acb->acb_buf, acb->acb_private);
2614
2615                 if (acb->acb_zio_dummy != NULL) {
2616                         acb->acb_zio_dummy->io_error = zio->io_error;
2617                         zio_nowait(acb->acb_zio_dummy);
2618                 }
2619
2620                 callback_list = acb->acb_next;
2621                 kmem_free(acb, sizeof (arc_callback_t));
2622         }
2623
2624         if (freeable)
2625                 arc_hdr_destroy(hdr);
2626 }
2627
2628 /*
2629  * "Read" the block block at the specified DVA (in bp) via the
2630  * cache.  If the block is found in the cache, invoke the provided
2631  * callback immediately and return.  Note that the `zio' parameter
2632  * in the callback will be NULL in this case, since no IO was
2633  * required.  If the block is not in the cache pass the read request
2634  * on to the spa with a substitute callback function, so that the
2635  * requested block will be added to the cache.
2636  *
2637  * If a read request arrives for a block that has a read in-progress,
2638  * either wait for the in-progress read to complete (and return the
2639  * results); or, if this is a read with a "done" func, add a record
2640  * to the read to invoke the "done" func when the read completes,
2641  * and return; or just return.
2642  *
2643  * arc_read_done() will invoke all the requested "done" functions
2644  * for readers of this block.
2645  *
2646  * Normal callers should use arc_read and pass the arc buffer and offset
2647  * for the bp.  But if you know you don't need locking, you can use
2648  * arc_read_bp.
2649  */
2650 int
2651 arc_read(zio_t *pio, spa_t *spa, const blkptr_t *bp, arc_buf_t *pbuf,
2652     arc_done_func_t *done, void *private, int priority, int zio_flags,
2653     uint32_t *arc_flags, const zbookmark_t *zb)
2654 {
2655         int err;
2656
2657         if (pbuf == NULL) {
2658                 /*
2659                  * XXX This happens from traverse callback funcs, for
2660                  * the objset_phys_t block.
2661                  */
2662                 return (arc_read_nolock(pio, spa, bp, done, private, priority,
2663                     zio_flags, arc_flags, zb));
2664         }
2665
2666         ASSERT(!refcount_is_zero(&pbuf->b_hdr->b_refcnt));
2667         ASSERT3U((char *)bp - (char *)pbuf->b_data, <, pbuf->b_hdr->b_size);
2668         rw_enter(&pbuf->b_data_lock, RW_READER);
2669
2670         err = arc_read_nolock(pio, spa, bp, done, private, priority,
2671             zio_flags, arc_flags, zb);
2672         rw_exit(&pbuf->b_data_lock);
2673
2674         return (err);
2675 }
2676
2677 int
2678 arc_read_nolock(zio_t *pio, spa_t *spa, const blkptr_t *bp,
2679     arc_done_func_t *done, void *private, int priority, int zio_flags,
2680     uint32_t *arc_flags, const zbookmark_t *zb)
2681 {
2682         arc_buf_hdr_t *hdr;
2683         arc_buf_t *buf = NULL;
2684         kmutex_t *hash_lock;
2685         zio_t *rzio;
2686         uint64_t guid = spa_guid(spa);
2687
2688 top:
2689         hdr = buf_hash_find(guid, BP_IDENTITY(bp), BP_PHYSICAL_BIRTH(bp),
2690             &hash_lock);
2691         if (hdr && hdr->b_datacnt > 0) {
2692
2693                 *arc_flags |= ARC_CACHED;
2694
2695                 if (HDR_IO_IN_PROGRESS(hdr)) {
2696
2697                         if (*arc_flags & ARC_WAIT) {
2698                                 cv_wait(&hdr->b_cv, hash_lock);
2699                                 mutex_exit(hash_lock);
2700                                 goto top;
2701                         }
2702                         ASSERT(*arc_flags & ARC_NOWAIT);
2703
2704                         if (done) {
2705                                 arc_callback_t  *acb = NULL;
2706
2707                                 acb = kmem_zalloc(sizeof (arc_callback_t),
2708                                     KM_SLEEP);
2709                                 acb->acb_done = done;
2710                                 acb->acb_private = private;
2711                                 if (pio != NULL)
2712                                         acb->acb_zio_dummy = zio_null(pio,
2713                                             spa, NULL, NULL, NULL, zio_flags);
2714
2715                                 ASSERT(acb->acb_done != NULL);
2716                                 acb->acb_next = hdr->b_acb;
2717                                 hdr->b_acb = acb;
2718                                 add_reference(hdr, hash_lock, private);
2719                                 mutex_exit(hash_lock);
2720                                 return (0);
2721                         }
2722                         mutex_exit(hash_lock);
2723                         return (0);
2724                 }
2725
2726                 ASSERT(hdr->b_state == arc_mru || hdr->b_state == arc_mfu);
2727
2728                 if (done) {
2729                         add_reference(hdr, hash_lock, private);
2730                         /*
2731                          * If this block is already in use, create a new
2732                          * copy of the data so that we will be guaranteed
2733                          * that arc_release() will always succeed.
2734                          */
2735                         buf = hdr->b_buf;
2736                         ASSERT(buf);
2737                         ASSERT(buf->b_data);
2738                         if (HDR_BUF_AVAILABLE(hdr)) {
2739                                 ASSERT(buf->b_efunc == NULL);
2740                                 hdr->b_flags &= ~ARC_BUF_AVAILABLE;
2741                         } else {
2742                                 buf = arc_buf_clone(buf);
2743                         }
2744
2745                 } else if (*arc_flags & ARC_PREFETCH &&
2746                     refcount_count(&hdr->b_refcnt) == 0) {
2747                         hdr->b_flags |= ARC_PREFETCH;
2748                 }
2749                 DTRACE_PROBE1(arc__hit, arc_buf_hdr_t *, hdr);
2750                 arc_access(hdr, hash_lock);
2751                 if (*arc_flags & ARC_L2CACHE)
2752                         hdr->b_flags |= ARC_L2CACHE;
2753                 mutex_exit(hash_lock);
2754                 ARCSTAT_BUMP(arcstat_hits);
2755                 ARCSTAT_CONDSTAT(!(hdr->b_flags & ARC_PREFETCH),
2756                     demand, prefetch, hdr->b_type != ARC_BUFC_METADATA,
2757                     data, metadata, hits);
2758
2759                 if (done)
2760                         done(NULL, buf, private);
2761         } else {
2762                 uint64_t size = BP_GET_LSIZE(bp);
2763                 arc_callback_t  *acb;
2764                 vdev_t *vd = NULL;
2765                 daddr_t addr = -1;
2766                 boolean_t devw = B_FALSE;
2767
2768                 if (hdr == NULL) {
2769                         /* this block is not in the cache */
2770                         arc_buf_hdr_t   *exists;
2771                         arc_buf_contents_t type = BP_GET_BUFC_TYPE(bp);
2772                         buf = arc_buf_alloc(spa, size, private, type);
2773                         hdr = buf->b_hdr;
2774                         hdr->b_dva = *BP_IDENTITY(bp);
2775                         hdr->b_birth = BP_PHYSICAL_BIRTH(bp);
2776                         hdr->b_cksum0 = bp->blk_cksum.zc_word[0];
2777                         exists = buf_hash_insert(hdr, &hash_lock);
2778                         if (exists) {
2779                                 /* somebody beat us to the hash insert */
2780                                 mutex_exit(hash_lock);
2781                                 buf_discard_identity(hdr);
2782                                 (void) arc_buf_remove_ref(buf, private);
2783                                 goto top; /* restart the IO request */
2784                         }
2785                         /* if this is a prefetch, we don't have a reference */
2786                         if (*arc_flags & ARC_PREFETCH) {
2787                                 (void) remove_reference(hdr, hash_lock,
2788                                     private);
2789                                 hdr->b_flags |= ARC_PREFETCH;
2790                         }
2791                         if (*arc_flags & ARC_L2CACHE)
2792                                 hdr->b_flags |= ARC_L2CACHE;
2793                         if (BP_GET_LEVEL(bp) > 0)
2794                                 hdr->b_flags |= ARC_INDIRECT;
2795                 } else {
2796                         /* this block is in the ghost cache */
2797                         ASSERT(GHOST_STATE(hdr->b_state));
2798                         ASSERT(!HDR_IO_IN_PROGRESS(hdr));
2799                         ASSERT3U(refcount_count(&hdr->b_refcnt), ==, 0);
2800                         ASSERT(hdr->b_buf == NULL);
2801
2802                         /* if this is a prefetch, we don't have a reference */
2803                         if (*arc_flags & ARC_PREFETCH)
2804                                 hdr->b_flags |= ARC_PREFETCH;
2805                         else
2806                                 add_reference(hdr, hash_lock, private);
2807                         if (*arc_flags & ARC_L2CACHE)
2808                                 hdr->b_flags |= ARC_L2CACHE;
2809                         buf = kmem_cache_alloc(buf_cache, KM_PUSHPAGE);
2810                         buf->b_hdr = hdr;
2811                         buf->b_data = NULL;
2812                         buf->b_efunc = NULL;
2813                         buf->b_private = NULL;
2814                         buf->b_next = NULL;
2815                         hdr->b_buf = buf;
2816                         ASSERT(hdr->b_datacnt == 0);
2817                         hdr->b_datacnt = 1;
2818                         arc_get_data_buf(buf);
2819                         arc_access(hdr, hash_lock);
2820                 }
2821
2822                 ASSERT(!GHOST_STATE(hdr->b_state));
2823
2824                 acb = kmem_zalloc(sizeof (arc_callback_t), KM_SLEEP);
2825                 acb->acb_done = done;
2826                 acb->acb_private = private;
2827
2828                 ASSERT(hdr->b_acb == NULL);
2829                 hdr->b_acb = acb;
2830                 hdr->b_flags |= ARC_IO_IN_PROGRESS;
2831
2832                 if (HDR_L2CACHE(hdr) && hdr->b_l2hdr != NULL &&
2833                     (vd = hdr->b_l2hdr->b_dev->l2ad_vdev) != NULL) {
2834                         devw = hdr->b_l2hdr->b_dev->l2ad_writing;
2835                         addr = hdr->b_l2hdr->b_daddr;
2836                         /*
2837                          * Lock out device removal.
2838                          */
2839                         if (vdev_is_dead(vd) ||
2840                             !spa_config_tryenter(spa, SCL_L2ARC, vd, RW_READER))
2841                                 vd = NULL;
2842                 }
2843
2844                 mutex_exit(hash_lock);
2845
2846                 ASSERT3U(hdr->b_size, ==, size);
2847                 DTRACE_PROBE4(arc__miss, arc_buf_hdr_t *, hdr, blkptr_t *, bp,
2848                     uint64_t, size, zbookmark_t *, zb);
2849                 ARCSTAT_BUMP(arcstat_misses);
2850                 ARCSTAT_CONDSTAT(!(hdr->b_flags & ARC_PREFETCH),
2851                     demand, prefetch, hdr->b_type != ARC_BUFC_METADATA,
2852                     data, metadata, misses);
2853
2854                 if (vd != NULL && l2arc_ndev != 0 && !(l2arc_norw && devw)) {
2855                         /*
2856                          * Read from the L2ARC if the following are true:
2857                          * 1. The L2ARC vdev was previously cached.
2858                          * 2. This buffer still has L2ARC metadata.
2859                          * 3. This buffer isn't currently writing to the L2ARC.
2860                          * 4. The L2ARC entry wasn't evicted, which may
2861                          *    also have invalidated the vdev.
2862                          * 5. This isn't prefetch and l2arc_noprefetch is set.
2863                          */
2864                         if (hdr->b_l2hdr != NULL &&
2865                             !HDR_L2_WRITING(hdr) && !HDR_L2_EVICTED(hdr) &&
2866                             !(l2arc_noprefetch && HDR_PREFETCH(hdr))) {
2867                                 l2arc_read_callback_t *cb;
2868
2869                                 DTRACE_PROBE1(l2arc__hit, arc_buf_hdr_t *, hdr);
2870                                 ARCSTAT_BUMP(arcstat_l2_hits);
2871
2872                                 cb = kmem_zalloc(sizeof (l2arc_read_callback_t),
2873                                     KM_SLEEP);
2874                                 cb->l2rcb_buf = buf;
2875                                 cb->l2rcb_spa = spa;
2876                                 cb->l2rcb_bp = *bp;
2877                                 cb->l2rcb_zb = *zb;
2878                                 cb->l2rcb_flags = zio_flags;
2879
2880                                 /*
2881                                  * l2arc read.  The SCL_L2ARC lock will be
2882                                  * released by l2arc_read_done().
2883                                  */
2884                                 rzio = zio_read_phys(pio, vd, addr, size,
2885                                     buf->b_data, ZIO_CHECKSUM_OFF,
2886                                     l2arc_read_done, cb, priority, zio_flags |
2887                                     ZIO_FLAG_DONT_CACHE | ZIO_FLAG_CANFAIL |
2888                                     ZIO_FLAG_DONT_PROPAGATE |
2889                                     ZIO_FLAG_DONT_RETRY, B_FALSE);
2890                                 DTRACE_PROBE2(l2arc__read, vdev_t *, vd,
2891                                     zio_t *, rzio);
2892                                 ARCSTAT_INCR(arcstat_l2_read_bytes, size);
2893
2894                                 if (*arc_flags & ARC_NOWAIT) {
2895                                         zio_nowait(rzio);
2896                                         return (0);
2897                                 }
2898
2899                                 ASSERT(*arc_flags & ARC_WAIT);
2900                                 if (zio_wait(rzio) == 0)
2901                                         return (0);
2902
2903                                 /* l2arc read error; goto zio_read() */
2904                         } else {
2905                                 DTRACE_PROBE1(l2arc__miss,
2906                                     arc_buf_hdr_t *, hdr);
2907                                 ARCSTAT_BUMP(arcstat_l2_misses);
2908                                 if (HDR_L2_WRITING(hdr))
2909                                         ARCSTAT_BUMP(arcstat_l2_rw_clash);
2910                                 spa_config_exit(spa, SCL_L2ARC, vd);
2911                         }
2912                 } else {
2913                         if (vd != NULL)
2914                                 spa_config_exit(spa, SCL_L2ARC, vd);
2915                         if (l2arc_ndev != 0) {
2916                                 DTRACE_PROBE1(l2arc__miss,
2917                                     arc_buf_hdr_t *, hdr);
2918                                 ARCSTAT_BUMP(arcstat_l2_misses);
2919                         }
2920                 }
2921
2922                 rzio = zio_read(pio, spa, bp, buf->b_data, size,
2923                     arc_read_done, buf, priority, zio_flags, zb);
2924
2925                 if (*arc_flags & ARC_WAIT)
2926                         return (zio_wait(rzio));
2927
2928                 ASSERT(*arc_flags & ARC_NOWAIT);
2929                 zio_nowait(rzio);
2930         }
2931         return (0);
2932 }
2933
2934 void
2935 arc_set_callback(arc_buf_t *buf, arc_evict_func_t *func, void *private)
2936 {
2937         ASSERT(buf->b_hdr != NULL);
2938         ASSERT(buf->b_hdr->b_state != arc_anon);
2939         ASSERT(!refcount_is_zero(&buf->b_hdr->b_refcnt) || func == NULL);
2940         ASSERT(buf->b_efunc == NULL);
2941         ASSERT(!HDR_BUF_AVAILABLE(buf->b_hdr));
2942
2943         buf->b_efunc = func;
2944         buf->b_private = private;
2945 }
2946
2947 /*
2948  * This is used by the DMU to let the ARC know that a buffer is
2949  * being evicted, so the ARC should clean up.  If this arc buf
2950  * is not yet in the evicted state, it will be put there.
2951  */
2952 int
2953 arc_buf_evict(arc_buf_t *buf)
2954 {
2955         arc_buf_hdr_t *hdr;
2956         kmutex_t *hash_lock;
2957         arc_buf_t **bufp;
2958
2959         mutex_enter(&buf->b_evict_lock);
2960         hdr = buf->b_hdr;
2961         if (hdr == NULL) {
2962                 /*
2963                  * We are in arc_do_user_evicts().
2964                  */
2965                 ASSERT(buf->b_data == NULL);
2966                 mutex_exit(&buf->b_evict_lock);
2967                 return (0);
2968         } else if (buf->b_data == NULL) {
2969                 arc_buf_t copy = *buf; /* structure assignment */
2970                 /*
2971                  * We are on the eviction list; process this buffer now
2972                  * but let arc_do_user_evicts() do the reaping.
2973                  */
2974                 buf->b_efunc = NULL;
2975                 mutex_exit(&buf->b_evict_lock);
2976                 VERIFY(copy.b_efunc(&copy) == 0);
2977                 return (1);
2978         }
2979         hash_lock = HDR_LOCK(hdr);
2980         mutex_enter(hash_lock);
2981         hdr = buf->b_hdr;
2982         ASSERT3P(hash_lock, ==, HDR_LOCK(hdr));
2983
2984         ASSERT3U(refcount_count(&hdr->b_refcnt), <, hdr->b_datacnt);
2985         ASSERT(hdr->b_state == arc_mru || hdr->b_state == arc_mfu);
2986
2987         /*
2988          * Pull this buffer off of the hdr
2989          */
2990         bufp = &hdr->b_buf;
2991         while (*bufp != buf)
2992                 bufp = &(*bufp)->b_next;
2993         *bufp = buf->b_next;
2994
2995         ASSERT(buf->b_data != NULL);
2996         arc_buf_destroy(buf, FALSE, FALSE);
2997
2998         if (hdr->b_datacnt == 0) {
2999                 arc_state_t *old_state = hdr->b_state;
3000                 arc_state_t *evicted_state;
3001
3002                 ASSERT(hdr->b_buf == NULL);
3003                 ASSERT(refcount_is_zero(&hdr->b_refcnt));
3004
3005                 evicted_state =
3006                     (old_state == arc_mru) ? arc_mru_ghost : arc_mfu_ghost;
3007
3008                 mutex_enter(&old_state->arcs_mtx);
3009                 mutex_enter(&evicted_state->arcs_mtx);
3010
3011                 arc_change_state(evicted_state, hdr, hash_lock);
3012                 ASSERT(HDR_IN_HASH_TABLE(hdr));
3013                 hdr->b_flags |= ARC_IN_HASH_TABLE;
3014                 hdr->b_flags &= ~ARC_BUF_AVAILABLE;
3015
3016                 mutex_exit(&evicted_state->arcs_mtx);
3017                 mutex_exit(&old_state->arcs_mtx);
3018         }
3019         mutex_exit(hash_lock);
3020         mutex_exit(&buf->b_evict_lock);
3021
3022         VERIFY(buf->b_efunc(buf) == 0);
3023         buf->b_efunc = NULL;
3024         buf->b_private = NULL;
3025         buf->b_hdr = NULL;
3026         buf->b_next = NULL;
3027         kmem_cache_free(buf_cache, buf);
3028         return (1);
3029 }
3030
3031 /*
3032  * Release this buffer from the cache.  This must be done
3033  * after a read and prior to modifying the buffer contents.
3034  * If the buffer has more than one reference, we must make
3035  * a new hdr for the buffer.
3036  */
3037 void
3038 arc_release(arc_buf_t *buf, void *tag)
3039 {
3040         arc_buf_hdr_t *hdr;
3041         kmutex_t *hash_lock = NULL;
3042         l2arc_buf_hdr_t *l2hdr;
3043         uint64_t buf_size = 0;
3044
3045         /*
3046          * It would be nice to assert that if it's DMU metadata (level >
3047          * 0 || it's the dnode file), then it must be syncing context.
3048          * But we don't know that information at this level.
3049          */
3050
3051         mutex_enter(&buf->b_evict_lock);
3052         hdr = buf->b_hdr;
3053
3054         /* this buffer is not on any list */
3055         ASSERT(refcount_count(&hdr->b_refcnt) > 0);
3056
3057         if (hdr->b_state == arc_anon) {
3058                 /* this buffer is already released */
3059                 ASSERT(buf->b_efunc == NULL);
3060         } else {
3061                 hash_lock = HDR_LOCK(hdr);
3062                 mutex_enter(hash_lock);
3063                 hdr = buf->b_hdr;
3064                 ASSERT3P(hash_lock, ==, HDR_LOCK(hdr));
3065         }
3066
3067         l2hdr = hdr->b_l2hdr;
3068         if (l2hdr) {
3069                 mutex_enter(&l2arc_buflist_mtx);
3070                 hdr->b_l2hdr = NULL;
3071                 buf_size = hdr->b_size;
3072         }
3073
3074         /*
3075          * Do we have more than one buf?
3076          */
3077         if (hdr->b_datacnt > 1) {
3078                 arc_buf_hdr_t *nhdr;
3079                 arc_buf_t **bufp;
3080                 uint64_t blksz = hdr->b_size;
3081                 uint64_t spa = hdr->b_spa;
3082                 arc_buf_contents_t type = hdr->b_type;
3083                 uint32_t flags = hdr->b_flags;
3084
3085                 ASSERT(hdr->b_buf != buf || buf->b_next != NULL);
3086                 /*
3087                  * Pull the data off of this hdr and attach it to
3088                  * a new anonymous hdr.
3089                  */
3090                 (void) remove_reference(hdr, hash_lock, tag);
3091                 bufp = &hdr->b_buf;
3092                 while (*bufp != buf)
3093                         bufp = &(*bufp)->b_next;
3094                 *bufp = buf->b_next;
3095                 buf->b_next = NULL;
3096
3097                 ASSERT3U(hdr->b_state->arcs_size, >=, hdr->b_size);
3098                 atomic_add_64(&hdr->b_state->arcs_size, -hdr->b_size);
3099                 if (refcount_is_zero(&hdr->b_refcnt)) {
3100                         uint64_t *size = &hdr->b_state->arcs_lsize[hdr->b_type];
3101                         ASSERT3U(*size, >=, hdr->b_size);
3102                         atomic_add_64(size, -hdr->b_size);
3103                 }
3104                 hdr->b_datacnt -= 1;
3105                 arc_cksum_verify(buf);
3106
3107                 mutex_exit(hash_lock);
3108
3109                 nhdr = kmem_cache_alloc(hdr_cache, KM_PUSHPAGE);
3110                 nhdr->b_size = blksz;
3111                 nhdr->b_spa = spa;
3112                 nhdr->b_type = type;
3113                 nhdr->b_buf = buf;
3114                 nhdr->b_state = arc_anon;
3115                 nhdr->b_arc_access = 0;
3116                 nhdr->b_flags = flags & ARC_L2_WRITING;
3117                 nhdr->b_l2hdr = NULL;
3118                 nhdr->b_datacnt = 1;
3119                 nhdr->b_freeze_cksum = NULL;
3120                 (void) refcount_add(&nhdr->b_refcnt, tag);
3121                 buf->b_hdr = nhdr;
3122                 mutex_exit(&buf->b_evict_lock);
3123                 atomic_add_64(&arc_anon->arcs_size, blksz);
3124         } else {
3125                 mutex_exit(&buf->b_evict_lock);
3126                 ASSERT(refcount_count(&hdr->b_refcnt) == 1);
3127                 ASSERT(!list_link_active(&hdr->b_arc_node));
3128                 ASSERT(!HDR_IO_IN_PROGRESS(hdr));
3129                 if (hdr->b_state != arc_anon)
3130                         arc_change_state(arc_anon, hdr, hash_lock);
3131                 hdr->b_arc_access = 0;
3132                 if (hash_lock)
3133                         mutex_exit(hash_lock);
3134
3135                 buf_discard_identity(hdr);
3136                 arc_buf_thaw(buf);
3137         }
3138         buf->b_efunc = NULL;
3139         buf->b_private = NULL;
3140
3141         if (l2hdr) {
3142                 list_remove(l2hdr->b_dev->l2ad_buflist, hdr);
3143                 kmem_free(l2hdr, sizeof (l2arc_buf_hdr_t));
3144                 ARCSTAT_INCR(arcstat_l2_size, -buf_size);
3145                 mutex_exit(&l2arc_buflist_mtx);
3146         }
3147 }
3148
3149 /*
3150  * Release this buffer.  If it does not match the provided BP, fill it
3151  * with that block's contents.
3152  */
3153 /* ARGSUSED */
3154 int
3155 arc_release_bp(arc_buf_t *buf, void *tag, blkptr_t *bp, spa_t *spa,
3156     zbookmark_t *zb)
3157 {
3158         arc_release(buf, tag);
3159         return (0);
3160 }
3161
3162 int
3163 arc_released(arc_buf_t *buf)
3164 {
3165         int released;
3166
3167         mutex_enter(&buf->b_evict_lock);
3168         released = (buf->b_data != NULL && buf->b_hdr->b_state == arc_anon);
3169         mutex_exit(&buf->b_evict_lock);
3170         return (released);
3171 }
3172
3173 int
3174 arc_has_callback(arc_buf_t *buf)
3175 {
3176         int callback;
3177
3178         mutex_enter(&buf->b_evict_lock);
3179         callback = (buf->b_efunc != NULL);
3180         mutex_exit(&buf->b_evict_lock);
3181         return (callback);
3182 }
3183
3184 #ifdef ZFS_DEBUG
3185 int
3186 arc_referenced(arc_buf_t *buf)
3187 {
3188         int referenced;
3189
3190         mutex_enter(&buf->b_evict_lock);
3191         referenced = (refcount_count(&buf->b_hdr->b_refcnt));
3192         mutex_exit(&buf->b_evict_lock);
3193         return (referenced);
3194 }
3195 #endif
3196
3197 static void
3198 arc_write_ready(zio_t *zio)
3199 {
3200         arc_write_callback_t *callback = zio->io_private;
3201         arc_buf_t *buf = callback->awcb_buf;
3202         arc_buf_hdr_t *hdr = buf->b_hdr;
3203
3204         ASSERT(!refcount_is_zero(&buf->b_hdr->b_refcnt));
3205         callback->awcb_ready(zio, buf, callback->awcb_private);
3206
3207         /*
3208          * If the IO is already in progress, then this is a re-write
3209          * attempt, so we need to thaw and re-compute the cksum.
3210          * It is the responsibility of the callback to handle the
3211          * accounting for any re-write attempt.
3212          */
3213         if (HDR_IO_IN_PROGRESS(hdr)) {
3214                 mutex_enter(&hdr->b_freeze_lock);
3215                 if (hdr->b_freeze_cksum != NULL) {
3216                         kmem_free(hdr->b_freeze_cksum, sizeof (zio_cksum_t));
3217                         hdr->b_freeze_cksum = NULL;
3218                 }
3219                 mutex_exit(&hdr->b_freeze_lock);
3220         }
3221         arc_cksum_compute(buf, B_FALSE);
3222         hdr->b_flags |= ARC_IO_IN_PROGRESS;
3223 }
3224
3225 static void
3226 arc_write_done(zio_t *zio)
3227 {
3228         arc_write_callback_t *callback = zio->io_private;
3229         arc_buf_t *buf = callback->awcb_buf;
3230         arc_buf_hdr_t *hdr = buf->b_hdr;
3231
3232         ASSERT(hdr->b_acb == NULL);
3233
3234         if (zio->io_error == 0) {
3235                 hdr->b_dva = *BP_IDENTITY(zio->io_bp);
3236                 hdr->b_birth = BP_PHYSICAL_BIRTH(zio->io_bp);
3237                 hdr->b_cksum0 = zio->io_bp->blk_cksum.zc_word[0];
3238         } else {
3239                 ASSERT(BUF_EMPTY(hdr));
3240         }
3241
3242         /*
3243          * If the block to be written was all-zero, we may have
3244          * compressed it away.  In this case no write was performed
3245          * so there will be no dva/birth/checksum.  The buffer must
3246          * therefore remain anonymous (and uncached).
3247          */
3248         if (!BUF_EMPTY(hdr)) {
3249                 arc_buf_hdr_t *exists;
3250                 kmutex_t *hash_lock;
3251
3252                 ASSERT(zio->io_error == 0);
3253
3254                 arc_cksum_verify(buf);
3255
3256                 exists = buf_hash_insert(hdr, &hash_lock);
3257                 if (exists) {
3258                         /*
3259                          * This can only happen if we overwrite for
3260                          * sync-to-convergence, because we remove
3261                          * buffers from the hash table when we arc_free().
3262                          */
3263                         if (zio->io_flags & ZIO_FLAG_IO_REWRITE) {
3264                                 if (!BP_EQUAL(&zio->io_bp_orig, zio->io_bp))
3265                                         panic("bad overwrite, hdr=%p exists=%p",
3266                                             (void *)hdr, (void *)exists);
3267                                 ASSERT(refcount_is_zero(&exists->b_refcnt));
3268                                 arc_change_state(arc_anon, exists, hash_lock);
3269                                 mutex_exit(hash_lock);
3270                                 arc_hdr_destroy(exists);
3271                                 exists = buf_hash_insert(hdr, &hash_lock);
3272                                 ASSERT3P(exists, ==, NULL);
3273                         } else {
3274                                 /* Dedup */
3275                                 ASSERT(hdr->b_datacnt == 1);
3276                                 ASSERT(hdr->b_state == arc_anon);
3277                                 ASSERT(BP_GET_DEDUP(zio->io_bp));
3278                                 ASSERT(BP_GET_LEVEL(zio->io_bp) == 0);
3279                         }
3280                 }
3281                 hdr->b_flags &= ~ARC_IO_IN_PROGRESS;
3282                 /* if it's not anon, we are doing a scrub */
3283                 if (!exists && hdr->b_state == arc_anon)
3284                         arc_access(hdr, hash_lock);
3285                 mutex_exit(hash_lock);
3286         } else {
3287                 hdr->b_flags &= ~ARC_IO_IN_PROGRESS;
3288         }
3289
3290         ASSERT(!refcount_is_zero(&hdr->b_refcnt));
3291         callback->awcb_done(zio, buf, callback->awcb_private);
3292
3293         kmem_free(callback, sizeof (arc_write_callback_t));
3294 }
3295
3296 zio_t *
3297 arc_write(zio_t *pio, spa_t *spa, uint64_t txg,
3298     blkptr_t *bp, arc_buf_t *buf, boolean_t l2arc, const zio_prop_t *zp,
3299     arc_done_func_t *ready, arc_done_func_t *done, void *private,
3300     int priority, int zio_flags, const zbookmark_t *zb)
3301 {
3302         arc_buf_hdr_t *hdr = buf->b_hdr;
3303         arc_write_callback_t *callback;
3304         zio_t *zio;
3305
3306         ASSERT(ready != NULL);
3307         ASSERT(done != NULL);
3308         ASSERT(!HDR_IO_ERROR(hdr));
3309         ASSERT((hdr->b_flags & ARC_IO_IN_PROGRESS) == 0);
3310         ASSERT(hdr->b_acb == NULL);
3311         if (l2arc)
3312                 hdr->b_flags |= ARC_L2CACHE;
3313         callback = kmem_zalloc(sizeof (arc_write_callback_t), KM_SLEEP);
3314         callback->awcb_ready = ready;
3315         callback->awcb_done = done;
3316         callback->awcb_private = private;
3317         callback->awcb_buf = buf;
3318
3319         zio = zio_write(pio, spa, txg, bp, buf->b_data, hdr->b_size, zp,
3320             arc_write_ready, arc_write_done, callback, priority, zio_flags, zb);
3321
3322         return (zio);
3323 }
3324
3325 static int
3326 arc_memory_throttle(uint64_t reserve, uint64_t inflight_data, uint64_t txg)
3327 {
3328 #ifdef _KERNEL
3329         uint64_t available_memory = ptob(freemem);
3330         static uint64_t page_load = 0;
3331         static uint64_t last_txg = 0;
3332
3333 #if defined(__i386)
3334         available_memory =
3335             MIN(available_memory, vmem_size(heap_arena, VMEM_FREE));
3336 #endif
3337         if (available_memory >= zfs_write_limit_max)
3338                 return (0);
3339
3340         if (txg > last_txg) {
3341                 last_txg = txg;
3342                 page_load = 0;
3343         }
3344         /*
3345          * If we are in pageout, we know that memory is already tight,
3346          * the arc is already going to be evicting, so we just want to
3347          * continue to let page writes occur as quickly as possible.
3348          */
3349         if (curproc == proc_pageout) {
3350                 if (page_load > MAX(ptob(minfree), available_memory) / 4)
3351                         return (ERESTART);
3352                 /* Note: reserve is inflated, so we deflate */
3353                 page_load += reserve / 8;
3354                 return (0);
3355         } else if (page_load > 0 && arc_reclaim_needed()) {
3356                 /* memory is low, delay before restarting */
3357                 ARCSTAT_INCR(arcstat_memory_throttle_count, 1);
3358                 return (EAGAIN);
3359         }
3360         page_load = 0;
3361
3362         if (arc_size > arc_c_min) {
3363                 uint64_t evictable_memory =
3364                     arc_mru->arcs_lsize[ARC_BUFC_DATA] +
3365                     arc_mru->arcs_lsize[ARC_BUFC_METADATA] +
3366                     arc_mfu->arcs_lsize[ARC_BUFC_DATA] +
3367                     arc_mfu->arcs_lsize[ARC_BUFC_METADATA];
3368                 available_memory += MIN(evictable_memory, arc_size - arc_c_min);
3369         }
3370
3371         if (inflight_data > available_memory / 4) {
3372                 ARCSTAT_INCR(arcstat_memory_throttle_count, 1);
3373                 return (ERESTART);
3374         }
3375 #endif
3376         return (0);
3377 }
3378
3379 void
3380 arc_tempreserve_clear(uint64_t reserve)
3381 {
3382         atomic_add_64(&arc_tempreserve, -reserve);
3383         ASSERT((int64_t)arc_tempreserve >= 0);
3384 }
3385
3386 int
3387 arc_tempreserve_space(uint64_t reserve, uint64_t txg)
3388 {
3389         int error;
3390         uint64_t anon_size;
3391
3392 #ifdef ZFS_DEBUG
3393         /*
3394          * Once in a while, fail for no reason.  Everything should cope.
3395          */
3396         if (spa_get_random(10000) == 0) {
3397                 dprintf("forcing random failure\n");
3398                 return (ERESTART);
3399         }
3400 #endif
3401         if (reserve > arc_c/4 && !arc_no_grow)
3402                 arc_c = MIN(arc_c_max, reserve * 4);
3403         if (reserve > arc_c)
3404                 return (ENOMEM);
3405
3406         /*
3407          * Don't count loaned bufs as in flight dirty data to prevent long
3408          * network delays from blocking transactions that are ready to be
3409          * assigned to a txg.
3410          */
3411         anon_size = MAX((int64_t)(arc_anon->arcs_size - arc_loaned_bytes), 0);
3412
3413         /*
3414          * Writes will, almost always, require additional memory allocations
3415          * in order to compress/encrypt/etc the data.  We therefor need to
3416          * make sure that there is sufficient available memory for this.
3417          */
3418         if ((error = arc_memory_throttle(reserve, anon_size, txg)))
3419                 return (error);
3420
3421         /*
3422          * Throttle writes when the amount of dirty data in the cache
3423          * gets too large.  We try to keep the cache less than half full
3424          * of dirty blocks so that our sync times don't grow too large.
3425          * Note: if two requests come in concurrently, we might let them
3426          * both succeed, when one of them should fail.  Not a huge deal.
3427          */
3428
3429         if (reserve + arc_tempreserve + anon_size > arc_c / 2 &&
3430             anon_size > arc_c / 4) {
3431                 dprintf("failing, arc_tempreserve=%lluK anon_meta=%lluK "
3432                     "anon_data=%lluK tempreserve=%lluK arc_c=%lluK\n",
3433                     arc_tempreserve>>10,
3434                     arc_anon->arcs_lsize[ARC_BUFC_METADATA]>>10,
3435                     arc_anon->arcs_lsize[ARC_BUFC_DATA]>>10,
3436                     reserve>>10, arc_c>>10);
3437                 return (ERESTART);
3438         }
3439         atomic_add_64(&arc_tempreserve, reserve);
3440         return (0);
3441 }
3442
3443 void
3444 arc_init(void)
3445 {
3446         mutex_init(&arc_reclaim_thr_lock, NULL, MUTEX_DEFAULT, NULL);
3447         cv_init(&arc_reclaim_thr_cv, NULL, CV_DEFAULT, NULL);
3448
3449         /* Convert seconds to clock ticks */
3450         arc_min_prefetch_lifespan = 1 * hz;
3451
3452         /* Start out with 1/8 of all memory */
3453         arc_c = physmem * PAGESIZE / 8;
3454
3455 #ifdef _KERNEL
3456         /*
3457          * On architectures where the physical memory can be larger
3458          * than the addressable space (intel in 32-bit mode), we may
3459          * need to limit the cache to 1/8 of VM size.
3460          */
3461         arc_c = MIN(arc_c, vmem_size(heap_arena, VMEM_ALLOC | VMEM_FREE) / 8);
3462 #endif
3463
3464         /* set min cache to 1/32 of all memory, or 64MB, whichever is more */
3465         arc_c_min = MAX(arc_c / 4, 64<<20);
3466         /* set max to 3/4 of all memory, or all but 1GB, whichever is more */
3467         if (arc_c * 8 >= 1<<30)
3468                 arc_c_max = (arc_c * 8) - (1<<30);
3469         else
3470                 arc_c_max = arc_c_min;
3471         arc_c_max = MAX(arc_c * 6, arc_c_max);
3472
3473         /*
3474          * Allow the tunables to override our calculations if they are
3475          * reasonable (ie. over 64MB)
3476          */
3477         if (zfs_arc_max > 64<<20 && zfs_arc_max < physmem * PAGESIZE)
3478                 arc_c_max = zfs_arc_max;
3479         if (zfs_arc_min > 64<<20 && zfs_arc_min <= arc_c_max)
3480                 arc_c_min = zfs_arc_min;
3481
3482         arc_c = arc_c_max;
3483         arc_p = (arc_c >> 1);
3484
3485         /* limit meta-data to 1/4 of the arc capacity */
3486         arc_meta_limit = arc_c_max / 4;
3487
3488         /* Allow the tunable to override if it is reasonable */
3489         if (zfs_arc_meta_limit > 0 && zfs_arc_meta_limit <= arc_c_max)
3490                 arc_meta_limit = zfs_arc_meta_limit;
3491
3492         if (arc_c_min < arc_meta_limit / 2 && zfs_arc_min == 0)
3493                 arc_c_min = arc_meta_limit / 2;
3494
3495         if (zfs_arc_grow_retry > 0)
3496                 arc_grow_retry = zfs_arc_grow_retry;
3497
3498         if (zfs_arc_shrink_shift > 0)
3499                 arc_shrink_shift = zfs_arc_shrink_shift;
3500
3501         if (zfs_arc_p_min_shift > 0)
3502                 arc_p_min_shift = zfs_arc_p_min_shift;
3503
3504         /* if kmem_flags are set, lets try to use less memory */
3505         if (kmem_debugging())
3506                 arc_c = arc_c / 2;
3507         if (arc_c < arc_c_min)
3508                 arc_c = arc_c_min;
3509
3510         arc_anon = &ARC_anon;
3511         arc_mru = &ARC_mru;
3512         arc_mru_ghost = &ARC_mru_ghost;
3513         arc_mfu = &ARC_mfu;
3514         arc_mfu_ghost = &ARC_mfu_ghost;
3515         arc_l2c_only = &ARC_l2c_only;
3516         arc_size = 0;
3517
3518         mutex_init(&arc_anon->arcs_mtx, NULL, MUTEX_DEFAULT, NULL);
3519         mutex_init(&arc_mru->arcs_mtx, NULL, MUTEX_DEFAULT, NULL);
3520         mutex_init(&arc_mru_ghost->arcs_mtx, NULL, MUTEX_DEFAULT, NULL);
3521         mutex_init(&arc_mfu->arcs_mtx, NULL, MUTEX_DEFAULT, NULL);
3522         mutex_init(&arc_mfu_ghost->arcs_mtx, NULL, MUTEX_DEFAULT, NULL);
3523         mutex_init(&arc_l2c_only->arcs_mtx, NULL, MUTEX_DEFAULT, NULL);
3524
3525         list_create(&arc_mru->arcs_list[ARC_BUFC_METADATA],
3526             sizeof (arc_buf_hdr_t), offsetof(arc_buf_hdr_t, b_arc_node));
3527         list_create(&arc_mru->arcs_list[ARC_BUFC_DATA],
3528             sizeof (arc_buf_hdr_t), offsetof(arc_buf_hdr_t, b_arc_node));
3529         list_create(&arc_mru_ghost->arcs_list[ARC_BUFC_METADATA],
3530             sizeof (arc_buf_hdr_t), offsetof(arc_buf_hdr_t, b_arc_node));
3531         list_create(&arc_mru_ghost->arcs_list[ARC_BUFC_DATA],
3532             sizeof (arc_buf_hdr_t), offsetof(arc_buf_hdr_t, b_arc_node));
3533         list_create(&arc_mfu->arcs_list[ARC_BUFC_METADATA],
3534             sizeof (arc_buf_hdr_t), offsetof(arc_buf_hdr_t, b_arc_node));
3535         list_create(&arc_mfu->arcs_list[ARC_BUFC_DATA],
3536             sizeof (arc_buf_hdr_t), offsetof(arc_buf_hdr_t, b_arc_node));
3537         list_create(&arc_mfu_ghost->arcs_list[ARC_BUFC_METADATA],
3538             sizeof (arc_buf_hdr_t), offsetof(arc_buf_hdr_t, b_arc_node));
3539         list_create(&arc_mfu_ghost->arcs_list[ARC_BUFC_DATA],
3540             sizeof (arc_buf_hdr_t), offsetof(arc_buf_hdr_t, b_arc_node));
3541         list_create(&arc_l2c_only->arcs_list[ARC_BUFC_METADATA],
3542             sizeof (arc_buf_hdr_t), offsetof(arc_buf_hdr_t, b_arc_node));
3543         list_create(&arc_l2c_only->arcs_list[ARC_BUFC_DATA],
3544             sizeof (arc_buf_hdr_t), offsetof(arc_buf_hdr_t, b_arc_node));
3545
3546         buf_init();
3547
3548         arc_thread_exit = 0;
3549         arc_eviction_list = NULL;
3550         mutex_init(&arc_eviction_mtx, NULL, MUTEX_DEFAULT, NULL);
3551         bzero(&arc_eviction_hdr, sizeof (arc_buf_hdr_t));
3552
3553         arc_ksp = kstat_create("zfs", 0, "arcstats", "misc", KSTAT_TYPE_NAMED,
3554             sizeof (arc_stats) / sizeof (kstat_named_t), KSTAT_FLAG_VIRTUAL);
3555
3556         if (arc_ksp != NULL) {
3557                 arc_ksp->ks_data = &arc_stats;
3558                 kstat_install(arc_ksp);
3559         }
3560
3561         (void) thread_create(NULL, 0, arc_reclaim_thread, NULL, 0, &p0,
3562             TS_RUN, minclsyspri);
3563
3564         arc_dead = FALSE;
3565         arc_warm = B_FALSE;
3566
3567         if (zfs_write_limit_max == 0)
3568                 zfs_write_limit_max = ptob(physmem) >> zfs_write_limit_shift;
3569         else
3570                 zfs_write_limit_shift = 0;
3571         mutex_init(&zfs_write_limit_lock, NULL, MUTEX_DEFAULT, NULL);
3572 }
3573
3574 void
3575 arc_fini(void)
3576 {
3577         mutex_enter(&arc_reclaim_thr_lock);
3578         arc_thread_exit = 1;
3579         while (arc_thread_exit != 0)
3580                 cv_wait(&arc_reclaim_thr_cv, &arc_reclaim_thr_lock);
3581         mutex_exit(&arc_reclaim_thr_lock);
3582
3583         arc_flush(NULL);
3584
3585         arc_dead = TRUE;
3586
3587         if (arc_ksp != NULL) {
3588                 kstat_delete(arc_ksp);
3589                 arc_ksp = NULL;
3590         }
3591
3592         mutex_destroy(&arc_eviction_mtx);
3593         mutex_destroy(&arc_reclaim_thr_lock);
3594         cv_destroy(&arc_reclaim_thr_cv);
3595
3596         list_destroy(&arc_mru->arcs_list[ARC_BUFC_METADATA]);
3597         list_destroy(&arc_mru_ghost->arcs_list[ARC_BUFC_METADATA]);
3598         list_destroy(&arc_mfu->arcs_list[ARC_BUFC_METADATA]);
3599         list_destroy(&arc_mfu_ghost->arcs_list[ARC_BUFC_METADATA]);
3600         list_destroy(&arc_mru->arcs_list[ARC_BUFC_DATA]);
3601         list_destroy(&arc_mru_ghost->arcs_list[ARC_BUFC_DATA]);
3602         list_destroy(&arc_mfu->arcs_list[ARC_BUFC_DATA]);
3603         list_destroy(&arc_mfu_ghost->arcs_list[ARC_BUFC_DATA]);
3604
3605         mutex_destroy(&arc_anon->arcs_mtx);
3606         mutex_destroy(&arc_mru->arcs_mtx);
3607         mutex_destroy(&arc_mru_ghost->arcs_mtx);
3608         mutex_destroy(&arc_mfu->arcs_mtx);
3609         mutex_destroy(&arc_mfu_ghost->arcs_mtx);
3610         mutex_destroy(&arc_l2c_only->arcs_mtx);
3611
3612         mutex_destroy(&zfs_write_limit_lock);
3613
3614         buf_fini();
3615
3616         ASSERT(arc_loaned_bytes == 0);
3617 }
3618
3619 /*
3620  * Level 2 ARC
3621  *
3622  * The level 2 ARC (L2ARC) is a cache layer in-between main memory and disk.
3623  * It uses dedicated storage devices to hold cached data, which are populated
3624  * using large infrequent writes.  The main role of this cache is to boost
3625  * the performance of random read workloads.  The intended L2ARC devices
3626  * include short-stroked disks, solid state disks, and other media with
3627  * substantially faster read latency than disk.
3628  *
3629  *                 +-----------------------+
3630  *                 |         ARC           |
3631  *                 +-----------------------+
3632  *                    |         ^     ^
3633  *                    |         |     |
3634  *      l2arc_feed_thread()    arc_read()
3635  *                    |         |     |
3636  *                    |  l2arc read   |
3637  *                    V         |     |
3638  *               +---------------+    |
3639  *               |     L2ARC     |    |
3640  *               +---------------+    |
3641  *                   |    ^           |
3642  *          l2arc_write() |           |
3643  *                   |    |           |
3644  *                   V    |           |
3645  *                 +-------+      +-------+
3646  *                 | vdev  |      | vdev  |
3647  *                 | cache |      | cache |
3648  *                 +-------+      +-------+
3649  *                 +=========+     .-----.
3650  *                 :  L2ARC  :    |-_____-|
3651  *                 : devices :    | Disks |
3652  *                 +=========+    `-_____-'
3653  *
3654  * Read requests are satisfied from the following sources, in order:
3655  *
3656  *      1) ARC
3657  *      2) vdev cache of L2ARC devices
3658  *      3) L2ARC devices
3659  *      4) vdev cache of disks
3660  *      5) disks
3661  *
3662  * Some L2ARC device types exhibit extremely slow write performance.
3663  * To accommodate for this there are some significant differences between
3664  * the L2ARC and traditional cache design:
3665  *
3666  * 1. There is no eviction path from the ARC to the L2ARC.  Evictions from
3667  * the ARC behave as usual, freeing buffers and placing headers on ghost
3668  * lists.  The ARC does not send buffers to the L2ARC during eviction as
3669  * this would add inflated write latencies for all ARC memory pressure.
3670  *
3671  * 2. The L2ARC attempts to cache data from the ARC before it is evicted.
3672  * It does this by periodically scanning buffers from the eviction-end of
3673  * the MFU and MRU ARC lists, copying them to the L2ARC devices if they are
3674  * not already there.  It scans until a headroom of buffers is satisfied,
3675  * which itself is a buffer for ARC eviction.  The thread that does this is
3676  * l2arc_feed_thread(), illustrated below; example sizes are included to
3677  * provide a better sense of ratio than this diagram:
3678  *
3679  *             head -->                        tail
3680  *              +---------------------+----------+
3681  *      ARC_mfu |:::::#:::::::::::::::|o#o###o###|-->.   # already on L2ARC
3682  *              +---------------------+----------+   |   o L2ARC eligible
3683  *      ARC_mru |:#:::::::::::::::::::|#o#ooo####|-->|   : ARC buffer
3684  *              +---------------------+----------+   |
3685  *                   15.9 Gbytes      ^ 32 Mbytes    |
3686  *                                 headroom          |
3687  *                                            l2arc_feed_thread()
3688  *                                                   |
3689  *                       l2arc write hand <--[oooo]--'
3690  *                               |           8 Mbyte
3691  *                               |          write max
3692  *                               V
3693  *                +==============================+
3694  *      L2ARC dev |####|#|###|###|    |####| ... |
3695  *                +==============================+
3696  *                           32 Gbytes
3697  *
3698  * 3. If an ARC buffer is copied to the L2ARC but then hit instead of
3699  * evicted, then the L2ARC has cached a buffer much sooner than it probably
3700  * needed to, potentially wasting L2ARC device bandwidth and storage.  It is
3701  * safe to say that this is an uncommon case, since buffers at the end of
3702  * the ARC lists have moved there due to inactivity.
3703  *
3704  * 4. If the ARC evicts faster than the L2ARC can maintain a headroom,
3705  * then the L2ARC simply misses copying some buffers.  This serves as a
3706  * pressure valve to prevent heavy read workloads from both stalling the ARC
3707  * with waits and clogging the L2ARC with writes.  This also helps prevent
3708  * the potential for the L2ARC to churn if it attempts to cache content too
3709  * quickly, such as during backups of the entire pool.
3710  *
3711  * 5. After system boot and before the ARC has filled main memory, there are
3712  * no evictions from the ARC and so the tails of the ARC_mfu and ARC_mru
3713  * lists can remain mostly static.  Instead of searching from tail of these
3714  * lists as pictured, the l2arc_feed_thread() will search from the list heads
3715  * for eligible buffers, greatly increasing its chance of finding them.
3716  *
3717  * The L2ARC device write speed is also boosted during this time so that
3718  * the L2ARC warms up faster.  Since there have been no ARC evictions yet,
3719  * there are no L2ARC reads, and no fear of degrading read performance
3720  * through increased writes.
3721  *
3722  * 6. Writes to the L2ARC devices are grouped and sent in-sequence, so that
3723  * the vdev queue can aggregate them into larger and fewer writes.  Each
3724  * device is written to in a rotor fashion, sweeping writes through
3725  * available space then repeating.
3726  *
3727  * 7. The L2ARC does not store dirty content.  It never needs to flush
3728  * write buffers back to disk based storage.
3729  *
3730  * 8. If an ARC buffer is written (and dirtied) which also exists in the
3731  * L2ARC, the now stale L2ARC buffer is immediately dropped.
3732  *
3733  * The performance of the L2ARC can be tweaked by a number of tunables, which
3734  * may be necessary for different workloads:
3735  *
3736  *      l2arc_write_max         max write bytes per interval
3737  *      l2arc_write_boost       extra write bytes during device warmup
3738  *      l2arc_noprefetch        skip caching prefetched buffers
3739  *      l2arc_headroom          number of max device writes to precache
3740  *      l2arc_feed_secs         seconds between L2ARC writing
3741  *
3742  * Tunables may be removed or added as future performance improvements are
3743  * integrated, and also may become zpool properties.
3744  *
3745  * There are three key functions that control how the L2ARC warms up:
3746  *
3747  *      l2arc_write_eligible()  check if a buffer is eligible to cache
3748  *      l2arc_write_size()      calculate how much to write
3749  *      l2arc_write_interval()  calculate sleep delay between writes
3750  *
3751  * These three functions determine what to write, how much, and how quickly
3752  * to send writes.
3753  */
3754
3755 static boolean_t
3756 l2arc_write_eligible(uint64_t spa_guid, arc_buf_hdr_t *ab)
3757 {
3758         /*
3759          * A buffer is *not* eligible for the L2ARC if it:
3760          * 1. belongs to a different spa.
3761          * 2. is already cached on the L2ARC.
3762          * 3. has an I/O in progress (it may be an incomplete read).
3763          * 4. is flagged not eligible (zfs property).
3764          */
3765         if (ab->b_spa != spa_guid || ab->b_l2hdr != NULL ||
3766             HDR_IO_IN_PROGRESS(ab) || !HDR_L2CACHE(ab))
3767                 return (B_FALSE);
3768
3769         return (B_TRUE);
3770 }
3771
3772 static uint64_t
3773 l2arc_write_size(l2arc_dev_t *dev)
3774 {
3775         uint64_t size;
3776
3777         size = dev->l2ad_write;
3778
3779         if (arc_warm == B_FALSE)
3780                 size += dev->l2ad_boost;
3781
3782         return (size);
3783
3784 }
3785
3786 static clock_t
3787 l2arc_write_interval(clock_t began, uint64_t wanted, uint64_t wrote)
3788 {
3789         clock_t interval, next, now;
3790
3791         /*
3792          * If the ARC lists are busy, increase our write rate; if the
3793          * lists are stale, idle back.  This is achieved by checking
3794          * how much we previously wrote - if it was more than half of
3795          * what we wanted, schedule the next write much sooner.
3796          */
3797         if (l2arc_feed_again && wrote > (wanted / 2))
3798                 interval = (hz * l2arc_feed_min_ms) / 1000;
3799         else
3800                 interval = hz * l2arc_feed_secs;
3801
3802         now = ddi_get_lbolt();
3803         next = MAX(now, MIN(now + interval, began + interval));
3804
3805         return (next);
3806 }
3807
3808 static void
3809 l2arc_hdr_stat_add(void)
3810 {
3811         ARCSTAT_INCR(arcstat_l2_hdr_size, HDR_SIZE + L2HDR_SIZE);
3812         ARCSTAT_INCR(arcstat_hdr_size, -HDR_SIZE);
3813 }
3814
3815 static void
3816 l2arc_hdr_stat_remove(void)
3817 {
3818         ARCSTAT_INCR(arcstat_l2_hdr_size, -(HDR_SIZE + L2HDR_SIZE));
3819         ARCSTAT_INCR(arcstat_hdr_size, HDR_SIZE);
3820 }
3821
3822 /*
3823  * Cycle through L2ARC devices.  This is how L2ARC load balances.
3824  * If a device is returned, this also returns holding the spa config lock.
3825  */
3826 static l2arc_dev_t *
3827 l2arc_dev_get_next(void)
3828 {
3829         l2arc_dev_t *first, *next = NULL;
3830
3831         /*
3832          * Lock out the removal of spas (spa_namespace_lock), then removal
3833          * of cache devices (l2arc_dev_mtx).  Once a device has been selected,
3834          * both locks will be dropped and a spa config lock held instead.
3835          */
3836         mutex_enter(&spa_namespace_lock);
3837         mutex_enter(&l2arc_dev_mtx);
3838
3839         /* if there are no vdevs, there is nothing to do */
3840         if (l2arc_ndev == 0)
3841                 goto out;
3842
3843         first = NULL;
3844         next = l2arc_dev_last;
3845         do {
3846                 /* loop around the list looking for a non-faulted vdev */
3847                 if (next == NULL) {
3848                         next = list_head(l2arc_dev_list);
3849                 } else {
3850                         next = list_next(l2arc_dev_list, next);
3851                         if (next == NULL)
3852                                 next = list_head(l2arc_dev_list);
3853                 }
3854
3855                 /* if we have come back to the start, bail out */
3856                 if (first == NULL)
3857                         first = next;
3858                 else if (next == first)
3859                         break;
3860
3861         } while (vdev_is_dead(next->l2ad_vdev));
3862
3863         /* if we were unable to find any usable vdevs, return NULL */
3864         if (vdev_is_dead(next->l2ad_vdev))
3865                 next = NULL;
3866
3867         l2arc_dev_last = next;
3868
3869 out:
3870         mutex_exit(&l2arc_dev_mtx);
3871
3872         /*
3873          * Grab the config lock to prevent the 'next' device from being
3874          * removed while we are writing to it.
3875          */
3876         if (next != NULL)
3877                 spa_config_enter(next->l2ad_spa, SCL_L2ARC, next, RW_READER);
3878         mutex_exit(&spa_namespace_lock);
3879
3880         return (next);
3881 }
3882
3883 /*
3884  * Free buffers that were tagged for destruction.
3885  */
3886 static void
3887 l2arc_do_free_on_write(void)
3888 {
3889         list_t *buflist;
3890         l2arc_data_free_t *df, *df_prev;
3891
3892         mutex_enter(&l2arc_free_on_write_mtx);
3893         buflist = l2arc_free_on_write;
3894
3895         for (df = list_tail(buflist); df; df = df_prev) {
3896                 df_prev = list_prev(buflist, df);
3897                 ASSERT(df->l2df_data != NULL);
3898                 ASSERT(df->l2df_func != NULL);
3899                 df->l2df_func(df->l2df_data, df->l2df_size);
3900                 list_remove(buflist, df);
3901                 kmem_free(df, sizeof (l2arc_data_free_t));
3902         }
3903
3904         mutex_exit(&l2arc_free_on_write_mtx);
3905 }
3906
3907 /*
3908  * A write to a cache device has completed.  Update all headers to allow
3909  * reads from these buffers to begin.
3910  */
3911 static void
3912 l2arc_write_done(zio_t *zio)
3913 {
3914         l2arc_write_callback_t *cb;
3915         l2arc_dev_t *dev;
3916         list_t *buflist;
3917         arc_buf_hdr_t *head, *ab, *ab_prev;
3918         l2arc_buf_hdr_t *abl2;
3919         kmutex_t *hash_lock;
3920
3921         cb = zio->io_private;
3922         ASSERT(cb != NULL);
3923         dev = cb->l2wcb_dev;
3924         ASSERT(dev != NULL);
3925         head = cb->l2wcb_head;
3926         ASSERT(head != NULL);
3927         buflist = dev->l2ad_buflist;
3928         ASSERT(buflist != NULL);
3929         DTRACE_PROBE2(l2arc__iodone, zio_t *, zio,
3930             l2arc_write_callback_t *, cb);
3931
3932         if (zio->io_error != 0)
3933                 ARCSTAT_BUMP(arcstat_l2_writes_error);
3934
3935         mutex_enter(&l2arc_buflist_mtx);
3936
3937         /*
3938          * All writes completed, or an error was hit.
3939          */
3940         for (ab = list_prev(buflist, head); ab; ab = ab_prev) {
3941                 ab_prev = list_prev(buflist, ab);
3942
3943                 hash_lock = HDR_LOCK(ab);
3944                 if (!mutex_tryenter(hash_lock)) {
3945                         /*
3946                          * This buffer misses out.  It may be in a stage
3947                          * of eviction.  Its ARC_L2_WRITING flag will be
3948                          * left set, denying reads to this buffer.
3949                          */
3950                         ARCSTAT_BUMP(arcstat_l2_writes_hdr_miss);
3951                         continue;
3952                 }
3953
3954                 if (zio->io_error != 0) {
3955                         /*
3956                          * Error - drop L2ARC entry.
3957                          */
3958                         list_remove(buflist, ab);
3959                         abl2 = ab->b_l2hdr;
3960                         ab->b_l2hdr = NULL;
3961                         kmem_free(abl2, sizeof (l2arc_buf_hdr_t));
3962                         ARCSTAT_INCR(arcstat_l2_size, -ab->b_size);
3963                 }
3964
3965                 /*
3966                  * Allow ARC to begin reads to this L2ARC entry.
3967                  */
3968                 ab->b_flags &= ~ARC_L2_WRITING;
3969
3970                 mutex_exit(hash_lock);
3971         }
3972
3973         atomic_inc_64(&l2arc_writes_done);
3974         list_remove(buflist, head);
3975         kmem_cache_free(hdr_cache, head);
3976         mutex_exit(&l2arc_buflist_mtx);
3977
3978         l2arc_do_free_on_write();
3979
3980         kmem_free(cb, sizeof (l2arc_write_callback_t));
3981 }
3982
3983 /*
3984  * A read to a cache device completed.  Validate buffer contents before
3985  * handing over to the regular ARC routines.
3986  */
3987 static void
3988 l2arc_read_done(zio_t *zio)
3989 {
3990         l2arc_read_callback_t *cb;
3991         arc_buf_hdr_t *hdr;
3992         arc_buf_t *buf;
3993         kmutex_t *hash_lock;
3994         int equal;
3995
3996         ASSERT(zio->io_vd != NULL);
3997         ASSERT(zio->io_flags & ZIO_FLAG_DONT_PROPAGATE);
3998
3999         spa_config_exit(zio->io_spa, SCL_L2ARC, zio->io_vd);
4000
4001         cb = zio->io_private;
4002         ASSERT(cb != NULL);
4003         buf = cb->l2rcb_buf;
4004         ASSERT(buf != NULL);
4005
4006         hash_lock = HDR_LOCK(buf->b_hdr);
4007         mutex_enter(hash_lock);
4008         hdr = buf->b_hdr;
4009         ASSERT3P(hash_lock, ==, HDR_LOCK(hdr));
4010
4011         /*
4012          * Check this survived the L2ARC journey.
4013          */
4014         equal = arc_cksum_equal(buf);
4015         if (equal && zio->io_error == 0 && !HDR_L2_EVICTED(hdr)) {
4016                 mutex_exit(hash_lock);
4017                 zio->io_private = buf;
4018                 zio->io_bp_copy = cb->l2rcb_bp; /* XXX fix in L2ARC 2.0 */
4019                 zio->io_bp = &zio->io_bp_copy;  /* XXX fix in L2ARC 2.0 */
4020                 arc_read_done(zio);
4021         } else {
4022                 mutex_exit(hash_lock);
4023                 /*
4024                  * Buffer didn't survive caching.  Increment stats and
4025                  * reissue to the original storage device.
4026                  */
4027                 if (zio->io_error != 0) {
4028                         ARCSTAT_BUMP(arcstat_l2_io_error);
4029                 } else {
4030                         zio->io_error = EIO;
4031                 }
4032                 if (!equal)
4033                         ARCSTAT_BUMP(arcstat_l2_cksum_bad);
4034
4035                 /*
4036                  * If there's no waiter, issue an async i/o to the primary
4037                  * storage now.  If there *is* a waiter, the caller must
4038                  * issue the i/o in a context where it's OK to block.
4039                  */
4040                 if (zio->io_waiter == NULL) {
4041                         zio_t *pio = zio_unique_parent(zio);
4042
4043                         ASSERT(!pio || pio->io_child_type == ZIO_CHILD_LOGICAL);
4044
4045                         zio_nowait(zio_read(pio, cb->l2rcb_spa, &cb->l2rcb_bp,
4046                             buf->b_data, zio->io_size, arc_read_done, buf,
4047                             zio->io_priority, cb->l2rcb_flags, &cb->l2rcb_zb));
4048                 }
4049         }
4050
4051         kmem_free(cb, sizeof (l2arc_read_callback_t));
4052 }
4053
4054 /*
4055  * This is the list priority from which the L2ARC will search for pages to
4056  * cache.  This is used within loops (0..3) to cycle through lists in the
4057  * desired order.  This order can have a significant effect on cache
4058  * performance.
4059  *
4060  * Currently the metadata lists are hit first, MFU then MRU, followed by
4061  * the data lists.  This function returns a locked list, and also returns
4062  * the lock pointer.
4063  */
4064 static list_t *
4065 l2arc_list_locked(int list_num, kmutex_t **lock)
4066 {
4067         list_t *list = NULL;
4068
4069         ASSERT(list_num >= 0 && list_num <= 3);
4070
4071         switch (list_num) {
4072         case 0:
4073                 list = &arc_mfu->arcs_list[ARC_BUFC_METADATA];
4074                 *lock = &arc_mfu->arcs_mtx;
4075                 break;
4076         case 1:
4077                 list = &arc_mru->arcs_list[ARC_BUFC_METADATA];
4078                 *lock = &arc_mru->arcs_mtx;
4079                 break;
4080         case 2:
4081                 list = &arc_mfu->arcs_list[ARC_BUFC_DATA];
4082                 *lock = &arc_mfu->arcs_mtx;
4083                 break;
4084         case 3:
4085                 list = &arc_mru->arcs_list[ARC_BUFC_DATA];
4086                 *lock = &arc_mru->arcs_mtx;
4087                 break;
4088         }
4089
4090         ASSERT(!(MUTEX_HELD(*lock)));
4091         mutex_enter(*lock);
4092         return (list);
4093 }
4094
4095 /*
4096  * Evict buffers from the device write hand to the distance specified in
4097  * bytes.  This distance may span populated buffers, it may span nothing.
4098  * This is clearing a region on the L2ARC device ready for writing.
4099  * If the 'all' boolean is set, every buffer is evicted.
4100  */
4101 static void
4102 l2arc_evict(l2arc_dev_t *dev, uint64_t distance, boolean_t all)
4103 {
4104         list_t *buflist;
4105         l2arc_buf_hdr_t *abl2;
4106         arc_buf_hdr_t *ab, *ab_prev;
4107         kmutex_t *hash_lock;
4108         uint64_t taddr;
4109
4110         buflist = dev->l2ad_buflist;
4111
4112         if (buflist == NULL)
4113                 return;
4114
4115         if (!all && dev->l2ad_first) {
4116                 /*
4117                  * This is the first sweep through the device.  There is
4118                  * nothing to evict.
4119                  */
4120                 return;
4121         }
4122
4123         if (dev->l2ad_hand >= (dev->l2ad_end - (2 * distance))) {
4124                 /*
4125                  * When nearing the end of the device, evict to the end
4126                  * before the device write hand jumps to the start.
4127                  */
4128                 taddr = dev->l2ad_end;
4129         } else {
4130                 taddr = dev->l2ad_hand + distance;
4131         }
4132         DTRACE_PROBE4(l2arc__evict, l2arc_dev_t *, dev, list_t *, buflist,
4133             uint64_t, taddr, boolean_t, all);
4134
4135 top:
4136         mutex_enter(&l2arc_buflist_mtx);
4137         for (ab = list_tail(buflist); ab; ab = ab_prev) {
4138                 ab_prev = list_prev(buflist, ab);
4139
4140                 hash_lock = HDR_LOCK(ab);
4141                 if (!mutex_tryenter(hash_lock)) {
4142                         /*
4143                          * Missed the hash lock.  Retry.
4144                          */
4145                         ARCSTAT_BUMP(arcstat_l2_evict_lock_retry);
4146                         mutex_exit(&l2arc_buflist_mtx);
4147                         mutex_enter(hash_lock);
4148                         mutex_exit(hash_lock);
4149                         goto top;
4150                 }
4151
4152                 if (HDR_L2_WRITE_HEAD(ab)) {
4153                         /*
4154                          * We hit a write head node.  Leave it for
4155                          * l2arc_write_done().
4156                          */
4157                         list_remove(buflist, ab);
4158                         mutex_exit(hash_lock);
4159                         continue;
4160                 }
4161
4162                 if (!all && ab->b_l2hdr != NULL &&
4163                     (ab->b_l2hdr->b_daddr > taddr ||
4164                     ab->b_l2hdr->b_daddr < dev->l2ad_hand)) {
4165                         /*
4166                          * We've evicted to the target address,
4167                          * or the end of the device.
4168                          */
4169                         mutex_exit(hash_lock);
4170                         break;
4171                 }
4172
4173                 if (HDR_FREE_IN_PROGRESS(ab)) {
4174                         /*
4175                          * Already on the path to destruction.
4176                          */
4177                         mutex_exit(hash_lock);
4178                         continue;
4179                 }
4180
4181                 if (ab->b_state == arc_l2c_only) {
4182                         ASSERT(!HDR_L2_READING(ab));
4183                         /*
4184                          * This doesn't exist in the ARC.  Destroy.
4185                          * arc_hdr_destroy() will call list_remove()
4186                          * and decrement arcstat_l2_size.
4187                          */
4188                         arc_change_state(arc_anon, ab, hash_lock);
4189                         arc_hdr_destroy(ab);
4190                 } else {
4191                         /*
4192                          * Invalidate issued or about to be issued
4193                          * reads, since we may be about to write
4194                          * over this location.
4195                          */
4196                         if (HDR_L2_READING(ab)) {
4197                                 ARCSTAT_BUMP(arcstat_l2_evict_reading);
4198                                 ab->b_flags |= ARC_L2_EVICTED;
4199                         }
4200
4201                         /*
4202                          * Tell ARC this no longer exists in L2ARC.
4203                          */
4204                         if (ab->b_l2hdr != NULL) {
4205                                 abl2 = ab->b_l2hdr;
4206                                 ab->b_l2hdr = NULL;
4207                                 kmem_free(abl2, sizeof (l2arc_buf_hdr_t));
4208                                 ARCSTAT_INCR(arcstat_l2_size, -ab->b_size);
4209                         }
4210                         list_remove(buflist, ab);
4211
4212                         /*
4213                          * This may have been leftover after a
4214                          * failed write.
4215                          */
4216                         ab->b_flags &= ~ARC_L2_WRITING;
4217                 }
4218                 mutex_exit(hash_lock);
4219         }
4220         mutex_exit(&l2arc_buflist_mtx);
4221
4222         vdev_space_update(dev->l2ad_vdev, -(taddr - dev->l2ad_evict), 0, 0);
4223         dev->l2ad_evict = taddr;
4224 }
4225
4226 /*
4227  * Find and write ARC buffers to the L2ARC device.
4228  *
4229  * An ARC_L2_WRITING flag is set so that the L2ARC buffers are not valid
4230  * for reading until they have completed writing.
4231  */
4232 static uint64_t
4233 l2arc_write_buffers(spa_t *spa, l2arc_dev_t *dev, uint64_t target_sz)
4234 {
4235         arc_buf_hdr_t *ab, *ab_prev, *head;
4236         l2arc_buf_hdr_t *hdrl2;
4237         list_t *list;
4238         uint64_t passed_sz, write_sz, buf_sz, headroom;
4239         void *buf_data;
4240         kmutex_t *hash_lock, *list_lock = NULL;
4241         boolean_t have_lock, full;
4242         l2arc_write_callback_t *cb;
4243         zio_t *pio, *wzio;
4244         uint64_t guid = spa_guid(spa);
4245         int try;
4246
4247         ASSERT(dev->l2ad_vdev != NULL);
4248
4249         pio = NULL;
4250         write_sz = 0;
4251         full = B_FALSE;
4252         head = kmem_cache_alloc(hdr_cache, KM_PUSHPAGE);
4253         head->b_flags |= ARC_L2_WRITE_HEAD;
4254
4255         /*
4256          * Copy buffers for L2ARC writing.
4257          */
4258         mutex_enter(&l2arc_buflist_mtx);
4259         for (try = 0; try <= 3; try++) {
4260                 list = l2arc_list_locked(try, &list_lock);
4261                 passed_sz = 0;
4262
4263                 /*
4264                  * L2ARC fast warmup.
4265                  *
4266                  * Until the ARC is warm and starts to evict, read from the
4267                  * head of the ARC lists rather than the tail.
4268                  */
4269                 headroom = target_sz * l2arc_headroom;
4270                 if (arc_warm == B_FALSE)
4271                         ab = list_head(list);
4272                 else
4273                         ab = list_tail(list);
4274
4275                 for (; ab; ab = ab_prev) {
4276                         if (arc_warm == B_FALSE)
4277                                 ab_prev = list_next(list, ab);
4278                         else
4279                                 ab_prev = list_prev(list, ab);
4280
4281                         hash_lock = HDR_LOCK(ab);
4282                         have_lock = MUTEX_HELD(hash_lock);
4283                         if (!have_lock && !mutex_tryenter(hash_lock)) {
4284                                 /*
4285                                  * Skip this buffer rather than waiting.
4286                                  */
4287                                 continue;
4288                         }
4289
4290                         passed_sz += ab->b_size;
4291                         if (passed_sz > headroom) {
4292                                 /*
4293                                  * Searched too far.
4294                                  */
4295                                 mutex_exit(hash_lock);
4296                                 break;
4297                         }
4298
4299                         if (!l2arc_write_eligible(guid, ab)) {
4300                                 mutex_exit(hash_lock);
4301                                 continue;
4302                         }
4303
4304                         if ((write_sz + ab->b_size) > target_sz) {
4305                                 full = B_TRUE;
4306                                 mutex_exit(hash_lock);
4307                                 break;
4308                         }
4309
4310                         if (pio == NULL) {
4311                                 /*
4312                                  * Insert a dummy header on the buflist so
4313                                  * l2arc_write_done() can find where the
4314                                  * write buffers begin without searching.
4315                                  */
4316                                 list_insert_head(dev->l2ad_buflist, head);
4317
4318                                 cb = kmem_alloc(
4319                                     sizeof (l2arc_write_callback_t), KM_SLEEP);
4320                                 cb->l2wcb_dev = dev;
4321                                 cb->l2wcb_head = head;
4322                                 pio = zio_root(spa, l2arc_write_done, cb,
4323                                     ZIO_FLAG_CANFAIL);
4324                         }
4325
4326                         /*
4327                          * Create and add a new L2ARC header.
4328                          */
4329                         hdrl2 = kmem_zalloc(sizeof (l2arc_buf_hdr_t), KM_SLEEP);
4330                         hdrl2->b_dev = dev;
4331                         hdrl2->b_daddr = dev->l2ad_hand;
4332
4333                         ab->b_flags |= ARC_L2_WRITING;
4334                         ab->b_l2hdr = hdrl2;
4335                         list_insert_head(dev->l2ad_buflist, ab);
4336                         buf_data = ab->b_buf->b_data;
4337                         buf_sz = ab->b_size;
4338
4339                         /*
4340                          * Compute and store the buffer cksum before
4341                          * writing.  On debug the cksum is verified first.
4342                          */
4343                         arc_cksum_verify(ab->b_buf);
4344                         arc_cksum_compute(ab->b_buf, B_TRUE);
4345
4346                         mutex_exit(hash_lock);
4347
4348                         wzio = zio_write_phys(pio, dev->l2ad_vdev,
4349                             dev->l2ad_hand, buf_sz, buf_data, ZIO_CHECKSUM_OFF,
4350                             NULL, NULL, ZIO_PRIORITY_ASYNC_WRITE,
4351                             ZIO_FLAG_CANFAIL, B_FALSE);
4352
4353                         DTRACE_PROBE2(l2arc__write, vdev_t *, dev->l2ad_vdev,
4354                             zio_t *, wzio);
4355                         (void) zio_nowait(wzio);
4356
4357                         /*
4358                          * Keep the clock hand suitably device-aligned.
4359                          */
4360                         buf_sz = vdev_psize_to_asize(dev->l2ad_vdev, buf_sz);
4361
4362                         write_sz += buf_sz;
4363                         dev->l2ad_hand += buf_sz;
4364                 }
4365
4366                 mutex_exit(list_lock);
4367
4368                 if (full == B_TRUE)
4369                         break;
4370         }
4371         mutex_exit(&l2arc_buflist_mtx);
4372
4373         if (pio == NULL) {
4374                 ASSERT3U(write_sz, ==, 0);
4375                 kmem_cache_free(hdr_cache, head);
4376                 return (0);
4377         }
4378
4379         ASSERT3U(write_sz, <=, target_sz);
4380         ARCSTAT_BUMP(arcstat_l2_writes_sent);
4381         ARCSTAT_INCR(arcstat_l2_write_bytes, write_sz);
4382         ARCSTAT_INCR(arcstat_l2_size, write_sz);
4383         vdev_space_update(dev->l2ad_vdev, write_sz, 0, 0);
4384
4385         /*
4386          * Bump device hand to the device start if it is approaching the end.
4387          * l2arc_evict() will already have evicted ahead for this case.
4388          */
4389         if (dev->l2ad_hand >= (dev->l2ad_end - target_sz)) {
4390                 vdev_space_update(dev->l2ad_vdev,
4391                     dev->l2ad_end - dev->l2ad_hand, 0, 0);
4392                 dev->l2ad_hand = dev->l2ad_start;
4393                 dev->l2ad_evict = dev->l2ad_start;
4394                 dev->l2ad_first = B_FALSE;
4395         }
4396
4397         dev->l2ad_writing = B_TRUE;
4398         (void) zio_wait(pio);
4399         dev->l2ad_writing = B_FALSE;
4400
4401         return (write_sz);
4402 }
4403
4404 /*
4405  * This thread feeds the L2ARC at regular intervals.  This is the beating
4406  * heart of the L2ARC.
4407  */
4408 static void
4409 l2arc_feed_thread(void)
4410 {
4411         callb_cpr_t cpr;
4412         l2arc_dev_t *dev;
4413         spa_t *spa;
4414         uint64_t size, wrote;
4415         clock_t begin, next = ddi_get_lbolt();
4416
4417         CALLB_CPR_INIT(&cpr, &l2arc_feed_thr_lock, callb_generic_cpr, FTAG);
4418
4419         mutex_enter(&l2arc_feed_thr_lock);
4420
4421         while (l2arc_thread_exit == 0) {
4422                 CALLB_CPR_SAFE_BEGIN(&cpr);
4423                 (void) cv_timedwait(&l2arc_feed_thr_cv, &l2arc_feed_thr_lock,
4424                     next);
4425                 CALLB_CPR_SAFE_END(&cpr, &l2arc_feed_thr_lock);
4426                 next = ddi_get_lbolt() + hz;
4427
4428                 /*
4429                  * Quick check for L2ARC devices.
4430                  */
4431                 mutex_enter(&l2arc_dev_mtx);
4432                 if (l2arc_ndev == 0) {
4433                         mutex_exit(&l2arc_dev_mtx);
4434                         continue;
4435                 }
4436                 mutex_exit(&l2arc_dev_mtx);
4437                 begin = ddi_get_lbolt();
4438
4439                 /*
4440                  * This selects the next l2arc device to write to, and in
4441                  * doing so the next spa to feed from: dev->l2ad_spa.   This
4442                  * will return NULL if there are now no l2arc devices or if
4443                  * they are all faulted.
4444                  *
4445                  * If a device is returned, its spa's config lock is also
4446                  * held to prevent device removal.  l2arc_dev_get_next()
4447                  * will grab and release l2arc_dev_mtx.
4448                  */
4449                 if ((dev = l2arc_dev_get_next()) == NULL)
4450                         continue;
4451
4452                 spa = dev->l2ad_spa;
4453                 ASSERT(spa != NULL);
4454
4455                 /*
4456                  * If the pool is read-only then force the feed thread to
4457                  * sleep a little longer.
4458                  */
4459                 if (!spa_writeable(spa)) {
4460                         next = ddi_get_lbolt() + 5 * l2arc_feed_secs * hz;
4461                         spa_config_exit(spa, SCL_L2ARC, dev);
4462                         continue;
4463                 }
4464
4465                 /*
4466                  * Avoid contributing to memory pressure.
4467                  */
4468                 if (arc_reclaim_needed()) {
4469                         ARCSTAT_BUMP(arcstat_l2_abort_lowmem);
4470                         spa_config_exit(spa, SCL_L2ARC, dev);
4471                         continue;
4472                 }
4473
4474                 ARCSTAT_BUMP(arcstat_l2_feeds);
4475
4476                 size = l2arc_write_size(dev);
4477
4478                 /*
4479                  * Evict L2ARC buffers that will be overwritten.
4480                  */
4481                 l2arc_evict(dev, size, B_FALSE);
4482
4483                 /*
4484                  * Write ARC buffers.
4485                  */
4486                 wrote = l2arc_write_buffers(spa, dev, size);
4487
4488                 /*
4489                  * Calculate interval between writes.
4490                  */
4491                 next = l2arc_write_interval(begin, size, wrote);
4492                 spa_config_exit(spa, SCL_L2ARC, dev);
4493         }
4494
4495         l2arc_thread_exit = 0;
4496         cv_broadcast(&l2arc_feed_thr_cv);
4497         CALLB_CPR_EXIT(&cpr);           /* drops l2arc_feed_thr_lock */
4498         thread_exit();
4499 }
4500
4501 boolean_t
4502 l2arc_vdev_present(vdev_t *vd)
4503 {
4504         l2arc_dev_t *dev;
4505
4506         mutex_enter(&l2arc_dev_mtx);
4507         for (dev = list_head(l2arc_dev_list); dev != NULL;
4508             dev = list_next(l2arc_dev_list, dev)) {
4509                 if (dev->l2ad_vdev == vd)
4510                         break;
4511         }
4512         mutex_exit(&l2arc_dev_mtx);
4513
4514         return (dev != NULL);
4515 }
4516
4517 /*
4518  * Add a vdev for use by the L2ARC.  By this point the spa has already
4519  * validated the vdev and opened it.
4520  */
4521 void
4522 l2arc_add_vdev(spa_t *spa, vdev_t *vd)
4523 {
4524         l2arc_dev_t *adddev;
4525
4526         ASSERT(!l2arc_vdev_present(vd));
4527
4528         /*
4529          * Create a new l2arc device entry.
4530          */
4531         adddev = kmem_zalloc(sizeof (l2arc_dev_t), KM_SLEEP);
4532         adddev->l2ad_spa = spa;
4533         adddev->l2ad_vdev = vd;
4534         adddev->l2ad_write = l2arc_write_max;
4535         adddev->l2ad_boost = l2arc_write_boost;
4536         adddev->l2ad_start = VDEV_LABEL_START_SIZE;
4537         adddev->l2ad_end = VDEV_LABEL_START_SIZE + vdev_get_min_asize(vd);
4538         adddev->l2ad_hand = adddev->l2ad_start;
4539         adddev->l2ad_evict = adddev->l2ad_start;
4540         adddev->l2ad_first = B_TRUE;
4541         adddev->l2ad_writing = B_FALSE;
4542         list_link_init(&adddev->l2ad_node);
4543         ASSERT3U(adddev->l2ad_write, >, 0);
4544
4545         /*
4546          * This is a list of all ARC buffers that are still valid on the
4547          * device.
4548          */
4549         adddev->l2ad_buflist = kmem_zalloc(sizeof (list_t), KM_SLEEP);
4550         list_create(adddev->l2ad_buflist, sizeof (arc_buf_hdr_t),
4551             offsetof(arc_buf_hdr_t, b_l2node));
4552
4553         vdev_space_update(vd, 0, 0, adddev->l2ad_end - adddev->l2ad_hand);
4554
4555         /*
4556          * Add device to global list
4557          */
4558         mutex_enter(&l2arc_dev_mtx);
4559         list_insert_head(l2arc_dev_list, adddev);
4560         atomic_inc_64(&l2arc_ndev);
4561         mutex_exit(&l2arc_dev_mtx);
4562 }
4563
4564 /*
4565  * Remove a vdev from the L2ARC.
4566  */
4567 void
4568 l2arc_remove_vdev(vdev_t *vd)
4569 {
4570         l2arc_dev_t *dev, *nextdev, *remdev = NULL;
4571
4572         /*
4573          * Find the device by vdev
4574          */
4575         mutex_enter(&l2arc_dev_mtx);
4576         for (dev = list_head(l2arc_dev_list); dev; dev = nextdev) {
4577                 nextdev = list_next(l2arc_dev_list, dev);
4578                 if (vd == dev->l2ad_vdev) {
4579                         remdev = dev;
4580                         break;
4581                 }
4582         }
4583         ASSERT(remdev != NULL);
4584
4585         /*
4586          * Remove device from global list
4587          */
4588         list_remove(l2arc_dev_list, remdev);
4589         l2arc_dev_last = NULL;          /* may have been invalidated */
4590         atomic_dec_64(&l2arc_ndev);
4591         mutex_exit(&l2arc_dev_mtx);
4592
4593         /*
4594          * Clear all buflists and ARC references.  L2ARC device flush.
4595          */
4596         l2arc_evict(remdev, 0, B_TRUE);
4597         list_destroy(remdev->l2ad_buflist);
4598         kmem_free(remdev->l2ad_buflist, sizeof (list_t));
4599         kmem_free(remdev, sizeof (l2arc_dev_t));
4600 }
4601
4602 void
4603 l2arc_init(void)
4604 {
4605         l2arc_thread_exit = 0;
4606         l2arc_ndev = 0;
4607         l2arc_writes_sent = 0;
4608         l2arc_writes_done = 0;
4609
4610         mutex_init(&l2arc_feed_thr_lock, NULL, MUTEX_DEFAULT, NULL);
4611         cv_init(&l2arc_feed_thr_cv, NULL, CV_DEFAULT, NULL);
4612         mutex_init(&l2arc_dev_mtx, NULL, MUTEX_DEFAULT, NULL);
4613         mutex_init(&l2arc_buflist_mtx, NULL, MUTEX_DEFAULT, NULL);
4614         mutex_init(&l2arc_free_on_write_mtx, NULL, MUTEX_DEFAULT, NULL);
4615
4616         l2arc_dev_list = &L2ARC_dev_list;
4617         l2arc_free_on_write = &L2ARC_free_on_write;
4618         list_create(l2arc_dev_list, sizeof (l2arc_dev_t),
4619             offsetof(l2arc_dev_t, l2ad_node));
4620         list_create(l2arc_free_on_write, sizeof (l2arc_data_free_t),
4621             offsetof(l2arc_data_free_t, l2df_list_node));
4622 }
4623
4624 void
4625 l2arc_fini(void)
4626 {
4627         /*
4628          * This is called from dmu_fini(), which is called from spa_fini();
4629          * Because of this, we can assume that all l2arc devices have
4630          * already been removed when the pools themselves were removed.
4631          */
4632
4633         l2arc_do_free_on_write();
4634
4635         mutex_destroy(&l2arc_feed_thr_lock);
4636         cv_destroy(&l2arc_feed_thr_cv);
4637         mutex_destroy(&l2arc_dev_mtx);
4638         mutex_destroy(&l2arc_buflist_mtx);
4639         mutex_destroy(&l2arc_free_on_write_mtx);
4640
4641         list_destroy(l2arc_dev_list);
4642         list_destroy(l2arc_free_on_write);
4643 }
4644
4645 void
4646 l2arc_start(void)
4647 {
4648         if (!(spa_mode_global & FWRITE))
4649                 return;
4650
4651         (void) thread_create(NULL, 0, l2arc_feed_thread, NULL, 0, &p0,
4652             TS_RUN, minclsyspri);
4653 }
4654
4655 void
4656 l2arc_stop(void)
4657 {
4658         if (!(spa_mode_global & FWRITE))
4659                 return;
4660
4661         mutex_enter(&l2arc_feed_thr_lock);
4662         cv_signal(&l2arc_feed_thr_cv);  /* kick thread out of startup */
4663         l2arc_thread_exit = 1;
4664         while (l2arc_thread_exit != 0)
4665                 cv_wait(&l2arc_feed_thr_cv, &l2arc_feed_thr_lock);
4666         mutex_exit(&l2arc_feed_thr_lock);
4667 }