Fix variables named current
[zfs.git] / module / zfs / vdev_raidz.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 /*
23  * Copyright (c) 2005, 2010, Oracle and/or its affiliates. All rights reserved.
24  */
25
26 #include <sys/zfs_context.h>
27 #include <sys/spa.h>
28 #include <sys/vdev_impl.h>
29 #include <sys/zio.h>
30 #include <sys/zio_checksum.h>
31 #include <sys/fs/zfs.h>
32 #include <sys/fm/fs/zfs.h>
33
34 /*
35  * Virtual device vector for RAID-Z.
36  *
37  * This vdev supports single, double, and triple parity. For single parity,
38  * we use a simple XOR of all the data columns. For double or triple parity,
39  * we use a special case of Reed-Solomon coding. This extends the
40  * technique described in "The mathematics of RAID-6" by H. Peter Anvin by
41  * drawing on the system described in "A Tutorial on Reed-Solomon Coding for
42  * Fault-Tolerance in RAID-like Systems" by James S. Plank on which the
43  * former is also based. The latter is designed to provide higher performance
44  * for writes.
45  *
46  * Note that the Plank paper claimed to support arbitrary N+M, but was then
47  * amended six years later identifying a critical flaw that invalidates its
48  * claims. Nevertheless, the technique can be adapted to work for up to
49  * triple parity. For additional parity, the amendment "Note: Correction to
50  * the 1997 Tutorial on Reed-Solomon Coding" by James S. Plank and Ying Ding
51  * is viable, but the additional complexity means that write performance will
52  * suffer.
53  *
54  * All of the methods above operate on a Galois field, defined over the
55  * integers mod 2^N. In our case we choose N=8 for GF(8) so that all elements
56  * can be expressed with a single byte. Briefly, the operations on the
57  * field are defined as follows:
58  *
59  *   o addition (+) is represented by a bitwise XOR
60  *   o subtraction (-) is therefore identical to addition: A + B = A - B
61  *   o multiplication of A by 2 is defined by the following bitwise expression:
62  *      (A * 2)_7 = A_6
63  *      (A * 2)_6 = A_5
64  *      (A * 2)_5 = A_4
65  *      (A * 2)_4 = A_3 + A_7
66  *      (A * 2)_3 = A_2 + A_7
67  *      (A * 2)_2 = A_1 + A_7
68  *      (A * 2)_1 = A_0
69  *      (A * 2)_0 = A_7
70  *
71  * In C, multiplying by 2 is therefore ((a << 1) ^ ((a & 0x80) ? 0x1d : 0)).
72  * As an aside, this multiplication is derived from the error correcting
73  * primitive polynomial x^8 + x^4 + x^3 + x^2 + 1.
74  *
75  * Observe that any number in the field (except for 0) can be expressed as a
76  * power of 2 -- a generator for the field. We store a table of the powers of
77  * 2 and logs base 2 for quick look ups, and exploit the fact that A * B can
78  * be rewritten as 2^(log_2(A) + log_2(B)) (where '+' is normal addition rather
79  * than field addition). The inverse of a field element A (A^-1) is therefore
80  * A ^ (255 - 1) = A^254.
81  *
82  * The up-to-three parity columns, P, Q, R over several data columns,
83  * D_0, ... D_n-1, can be expressed by field operations:
84  *
85  *      P = D_0 + D_1 + ... + D_n-2 + D_n-1
86  *      Q = 2^n-1 * D_0 + 2^n-2 * D_1 + ... + 2^1 * D_n-2 + 2^0 * D_n-1
87  *        = ((...((D_0) * 2 + D_1) * 2 + ...) * 2 + D_n-2) * 2 + D_n-1
88  *      R = 4^n-1 * D_0 + 4^n-2 * D_1 + ... + 4^1 * D_n-2 + 4^0 * D_n-1
89  *        = ((...((D_0) * 4 + D_1) * 4 + ...) * 4 + D_n-2) * 4 + D_n-1
90  *
91  * We chose 1, 2, and 4 as our generators because 1 corresponds to the trival
92  * XOR operation, and 2 and 4 can be computed quickly and generate linearly-
93  * independent coefficients. (There are no additional coefficients that have
94  * this property which is why the uncorrected Plank method breaks down.)
95  *
96  * See the reconstruction code below for how P, Q and R can used individually
97  * or in concert to recover missing data columns.
98  */
99
100 typedef struct raidz_col {
101         uint64_t rc_devidx;             /* child device index for I/O */
102         uint64_t rc_offset;             /* device offset */
103         uint64_t rc_size;               /* I/O size */
104         void *rc_data;                  /* I/O data */
105         void *rc_gdata;                 /* used to store the "good" version */
106         int rc_error;                   /* I/O error for this device */
107         uint8_t rc_tried;               /* Did we attempt this I/O column? */
108         uint8_t rc_skipped;             /* Did we skip this I/O column? */
109 } raidz_col_t;
110
111 typedef struct raidz_map {
112         uint64_t rm_cols;               /* Regular column count */
113         uint64_t rm_scols;              /* Count including skipped columns */
114         uint64_t rm_bigcols;            /* Number of oversized columns */
115         uint64_t rm_asize;              /* Actual total I/O size */
116         uint64_t rm_missingdata;        /* Count of missing data devices */
117         uint64_t rm_missingparity;      /* Count of missing parity devices */
118         uint64_t rm_firstdatacol;       /* First data column/parity count */
119         uint64_t rm_nskip;              /* Skipped sectors for padding */
120         uint64_t rm_skipstart;  /* Column index of padding start */
121         void *rm_datacopy;              /* rm_asize-buffer of copied data */
122         uintptr_t rm_reports;           /* # of referencing checksum reports */
123         uint8_t rm_freed;               /* map no longer has referencing ZIO */
124         uint8_t rm_ecksuminjected;      /* checksum error was injected */
125         raidz_col_t rm_col[1];          /* Flexible array of I/O columns */
126 } raidz_map_t;
127
128 #define VDEV_RAIDZ_P            0
129 #define VDEV_RAIDZ_Q            1
130 #define VDEV_RAIDZ_R            2
131
132 #define VDEV_RAIDZ_MUL_2(x)     (((x) << 1) ^ (((x) & 0x80) ? 0x1d : 0))
133 #define VDEV_RAIDZ_MUL_4(x)     (VDEV_RAIDZ_MUL_2(VDEV_RAIDZ_MUL_2(x)))
134
135 /*
136  * We provide a mechanism to perform the field multiplication operation on a
137  * 64-bit value all at once rather than a byte at a time. This works by
138  * creating a mask from the top bit in each byte and using that to
139  * conditionally apply the XOR of 0x1d.
140  */
141 #define VDEV_RAIDZ_64MUL_2(x, mask) \
142 { \
143         (mask) = (x) & 0x8080808080808080ULL; \
144         (mask) = ((mask) << 1) - ((mask) >> 7); \
145         (x) = (((x) << 1) & 0xfefefefefefefefeULL) ^ \
146             ((mask) & 0x1d1d1d1d1d1d1d1dULL); \
147 }
148
149 #define VDEV_RAIDZ_64MUL_4(x, mask) \
150 { \
151         VDEV_RAIDZ_64MUL_2((x), mask); \
152         VDEV_RAIDZ_64MUL_2((x), mask); \
153 }
154
155 /*
156  * Force reconstruction to use the general purpose method.
157  */
158 int vdev_raidz_default_to_general;
159
160 /*
161  * These two tables represent powers and logs of 2 in the Galois field defined
162  * above. These values were computed by repeatedly multiplying by 2 as above.
163  */
164 static const uint8_t vdev_raidz_pow2[256] = {
165         0x01, 0x02, 0x04, 0x08, 0x10, 0x20, 0x40, 0x80,
166         0x1d, 0x3a, 0x74, 0xe8, 0xcd, 0x87, 0x13, 0x26,
167         0x4c, 0x98, 0x2d, 0x5a, 0xb4, 0x75, 0xea, 0xc9,
168         0x8f, 0x03, 0x06, 0x0c, 0x18, 0x30, 0x60, 0xc0,
169         0x9d, 0x27, 0x4e, 0x9c, 0x25, 0x4a, 0x94, 0x35,
170         0x6a, 0xd4, 0xb5, 0x77, 0xee, 0xc1, 0x9f, 0x23,
171         0x46, 0x8c, 0x05, 0x0a, 0x14, 0x28, 0x50, 0xa0,
172         0x5d, 0xba, 0x69, 0xd2, 0xb9, 0x6f, 0xde, 0xa1,
173         0x5f, 0xbe, 0x61, 0xc2, 0x99, 0x2f, 0x5e, 0xbc,
174         0x65, 0xca, 0x89, 0x0f, 0x1e, 0x3c, 0x78, 0xf0,
175         0xfd, 0xe7, 0xd3, 0xbb, 0x6b, 0xd6, 0xb1, 0x7f,
176         0xfe, 0xe1, 0xdf, 0xa3, 0x5b, 0xb6, 0x71, 0xe2,
177         0xd9, 0xaf, 0x43, 0x86, 0x11, 0x22, 0x44, 0x88,
178         0x0d, 0x1a, 0x34, 0x68, 0xd0, 0xbd, 0x67, 0xce,
179         0x81, 0x1f, 0x3e, 0x7c, 0xf8, 0xed, 0xc7, 0x93,
180         0x3b, 0x76, 0xec, 0xc5, 0x97, 0x33, 0x66, 0xcc,
181         0x85, 0x17, 0x2e, 0x5c, 0xb8, 0x6d, 0xda, 0xa9,
182         0x4f, 0x9e, 0x21, 0x42, 0x84, 0x15, 0x2a, 0x54,
183         0xa8, 0x4d, 0x9a, 0x29, 0x52, 0xa4, 0x55, 0xaa,
184         0x49, 0x92, 0x39, 0x72, 0xe4, 0xd5, 0xb7, 0x73,
185         0xe6, 0xd1, 0xbf, 0x63, 0xc6, 0x91, 0x3f, 0x7e,
186         0xfc, 0xe5, 0xd7, 0xb3, 0x7b, 0xf6, 0xf1, 0xff,
187         0xe3, 0xdb, 0xab, 0x4b, 0x96, 0x31, 0x62, 0xc4,
188         0x95, 0x37, 0x6e, 0xdc, 0xa5, 0x57, 0xae, 0x41,
189         0x82, 0x19, 0x32, 0x64, 0xc8, 0x8d, 0x07, 0x0e,
190         0x1c, 0x38, 0x70, 0xe0, 0xdd, 0xa7, 0x53, 0xa6,
191         0x51, 0xa2, 0x59, 0xb2, 0x79, 0xf2, 0xf9, 0xef,
192         0xc3, 0x9b, 0x2b, 0x56, 0xac, 0x45, 0x8a, 0x09,
193         0x12, 0x24, 0x48, 0x90, 0x3d, 0x7a, 0xf4, 0xf5,
194         0xf7, 0xf3, 0xfb, 0xeb, 0xcb, 0x8b, 0x0b, 0x16,
195         0x2c, 0x58, 0xb0, 0x7d, 0xfa, 0xe9, 0xcf, 0x83,
196         0x1b, 0x36, 0x6c, 0xd8, 0xad, 0x47, 0x8e, 0x01
197 };
198 static const uint8_t vdev_raidz_log2[256] = {
199         0x00, 0x00, 0x01, 0x19, 0x02, 0x32, 0x1a, 0xc6,
200         0x03, 0xdf, 0x33, 0xee, 0x1b, 0x68, 0xc7, 0x4b,
201         0x04, 0x64, 0xe0, 0x0e, 0x34, 0x8d, 0xef, 0x81,
202         0x1c, 0xc1, 0x69, 0xf8, 0xc8, 0x08, 0x4c, 0x71,
203         0x05, 0x8a, 0x65, 0x2f, 0xe1, 0x24, 0x0f, 0x21,
204         0x35, 0x93, 0x8e, 0xda, 0xf0, 0x12, 0x82, 0x45,
205         0x1d, 0xb5, 0xc2, 0x7d, 0x6a, 0x27, 0xf9, 0xb9,
206         0xc9, 0x9a, 0x09, 0x78, 0x4d, 0xe4, 0x72, 0xa6,
207         0x06, 0xbf, 0x8b, 0x62, 0x66, 0xdd, 0x30, 0xfd,
208         0xe2, 0x98, 0x25, 0xb3, 0x10, 0x91, 0x22, 0x88,
209         0x36, 0xd0, 0x94, 0xce, 0x8f, 0x96, 0xdb, 0xbd,
210         0xf1, 0xd2, 0x13, 0x5c, 0x83, 0x38, 0x46, 0x40,
211         0x1e, 0x42, 0xb6, 0xa3, 0xc3, 0x48, 0x7e, 0x6e,
212         0x6b, 0x3a, 0x28, 0x54, 0xfa, 0x85, 0xba, 0x3d,
213         0xca, 0x5e, 0x9b, 0x9f, 0x0a, 0x15, 0x79, 0x2b,
214         0x4e, 0xd4, 0xe5, 0xac, 0x73, 0xf3, 0xa7, 0x57,
215         0x07, 0x70, 0xc0, 0xf7, 0x8c, 0x80, 0x63, 0x0d,
216         0x67, 0x4a, 0xde, 0xed, 0x31, 0xc5, 0xfe, 0x18,
217         0xe3, 0xa5, 0x99, 0x77, 0x26, 0xb8, 0xb4, 0x7c,
218         0x11, 0x44, 0x92, 0xd9, 0x23, 0x20, 0x89, 0x2e,
219         0x37, 0x3f, 0xd1, 0x5b, 0x95, 0xbc, 0xcf, 0xcd,
220         0x90, 0x87, 0x97, 0xb2, 0xdc, 0xfc, 0xbe, 0x61,
221         0xf2, 0x56, 0xd3, 0xab, 0x14, 0x2a, 0x5d, 0x9e,
222         0x84, 0x3c, 0x39, 0x53, 0x47, 0x6d, 0x41, 0xa2,
223         0x1f, 0x2d, 0x43, 0xd8, 0xb7, 0x7b, 0xa4, 0x76,
224         0xc4, 0x17, 0x49, 0xec, 0x7f, 0x0c, 0x6f, 0xf6,
225         0x6c, 0xa1, 0x3b, 0x52, 0x29, 0x9d, 0x55, 0xaa,
226         0xfb, 0x60, 0x86, 0xb1, 0xbb, 0xcc, 0x3e, 0x5a,
227         0xcb, 0x59, 0x5f, 0xb0, 0x9c, 0xa9, 0xa0, 0x51,
228         0x0b, 0xf5, 0x16, 0xeb, 0x7a, 0x75, 0x2c, 0xd7,
229         0x4f, 0xae, 0xd5, 0xe9, 0xe6, 0xe7, 0xad, 0xe8,
230         0x74, 0xd6, 0xf4, 0xea, 0xa8, 0x50, 0x58, 0xaf,
231 };
232
233 static void vdev_raidz_generate_parity(raidz_map_t *rm);
234
235 /*
236  * Multiply a given number by 2 raised to the given power.
237  */
238 static uint8_t
239 vdev_raidz_exp2(uint_t a, int exp)
240 {
241         if (a == 0)
242                 return (0);
243
244         ASSERT(exp >= 0);
245         ASSERT(vdev_raidz_log2[a] > 0 || a == 1);
246
247         exp += vdev_raidz_log2[a];
248         if (exp > 255)
249                 exp -= 255;
250
251         return (vdev_raidz_pow2[exp]);
252 }
253
254 static void
255 vdev_raidz_map_free(raidz_map_t *rm)
256 {
257         int c;
258         size_t size;
259
260         for (c = 0; c < rm->rm_firstdatacol; c++) {
261                 zio_buf_free(rm->rm_col[c].rc_data, rm->rm_col[c].rc_size);
262
263                 if (rm->rm_col[c].rc_gdata != NULL)
264                         zio_buf_free(rm->rm_col[c].rc_gdata,
265                             rm->rm_col[c].rc_size);
266         }
267
268         size = 0;
269         for (c = rm->rm_firstdatacol; c < rm->rm_cols; c++)
270                 size += rm->rm_col[c].rc_size;
271
272         if (rm->rm_datacopy != NULL)
273                 zio_buf_free(rm->rm_datacopy, size);
274
275         kmem_free(rm, offsetof(raidz_map_t, rm_col[rm->rm_scols]));
276 }
277
278 static void
279 vdev_raidz_map_free_vsd(zio_t *zio)
280 {
281         raidz_map_t *rm = zio->io_vsd;
282
283         ASSERT3U(rm->rm_freed, ==, 0);
284         rm->rm_freed = 1;
285
286         if (rm->rm_reports == 0)
287                 vdev_raidz_map_free(rm);
288 }
289
290 /*ARGSUSED*/
291 static void
292 vdev_raidz_cksum_free(void *arg, size_t ignored)
293 {
294         raidz_map_t *rm = arg;
295
296         ASSERT3U(rm->rm_reports, >, 0);
297
298         if (--rm->rm_reports == 0 && rm->rm_freed != 0)
299                 vdev_raidz_map_free(rm);
300 }
301
302 static void
303 vdev_raidz_cksum_finish(zio_cksum_report_t *zcr, const void *good_data)
304 {
305         raidz_map_t *rm = zcr->zcr_cbdata;
306         size_t c = zcr->zcr_cbinfo;
307         size_t x;
308
309         const char *good = NULL;
310         const char *bad = rm->rm_col[c].rc_data;
311
312         if (good_data == NULL) {
313                 zfs_ereport_finish_checksum(zcr, NULL, NULL, B_FALSE);
314                 return;
315         }
316
317         if (c < rm->rm_firstdatacol) {
318                 /*
319                  * The first time through, calculate the parity blocks for
320                  * the good data (this relies on the fact that the good
321                  * data never changes for a given logical ZIO)
322                  */
323                 if (rm->rm_col[0].rc_gdata == NULL) {
324                         char *bad_parity[VDEV_RAIDZ_MAXPARITY];
325                         char *buf;
326
327                         /*
328                          * Set up the rm_col[]s to generate the parity for
329                          * good_data, first saving the parity bufs and
330                          * replacing them with buffers to hold the result.
331                          */
332                         for (x = 0; x < rm->rm_firstdatacol; x++) {
333                                 bad_parity[x] = rm->rm_col[x].rc_data;
334                                 rm->rm_col[x].rc_data = rm->rm_col[x].rc_gdata =
335                                     zio_buf_alloc(rm->rm_col[x].rc_size);
336                         }
337
338                         /* fill in the data columns from good_data */
339                         buf = (char *)good_data;
340                         for (; x < rm->rm_cols; x++) {
341                                 rm->rm_col[x].rc_data = buf;
342                                 buf += rm->rm_col[x].rc_size;
343                         }
344
345                         /*
346                          * Construct the parity from the good data.
347                          */
348                         vdev_raidz_generate_parity(rm);
349
350                         /* restore everything back to its original state */
351                         for (x = 0; x < rm->rm_firstdatacol; x++)
352                                 rm->rm_col[x].rc_data = bad_parity[x];
353
354                         buf = rm->rm_datacopy;
355                         for (x = rm->rm_firstdatacol; x < rm->rm_cols; x++) {
356                                 rm->rm_col[x].rc_data = buf;
357                                 buf += rm->rm_col[x].rc_size;
358                         }
359                 }
360
361                 ASSERT3P(rm->rm_col[c].rc_gdata, !=, NULL);
362                 good = rm->rm_col[c].rc_gdata;
363         } else {
364                 /* adjust good_data to point at the start of our column */
365                 good = good_data;
366
367                 for (x = rm->rm_firstdatacol; x < c; x++)
368                         good += rm->rm_col[x].rc_size;
369         }
370
371         /* we drop the ereport if it ends up that the data was good */
372         zfs_ereport_finish_checksum(zcr, good, bad, B_TRUE);
373 }
374
375 /*
376  * Invoked indirectly by zfs_ereport_start_checksum(), called
377  * below when our read operation fails completely.  The main point
378  * is to keep a copy of everything we read from disk, so that at
379  * vdev_raidz_cksum_finish() time we can compare it with the good data.
380  */
381 static void
382 vdev_raidz_cksum_report(zio_t *zio, zio_cksum_report_t *zcr, void *arg)
383 {
384         size_t c = (size_t)(uintptr_t)arg;
385         caddr_t buf;
386
387         raidz_map_t *rm = zio->io_vsd;
388         size_t size;
389
390         /* set up the report and bump the refcount  */
391         zcr->zcr_cbdata = rm;
392         zcr->zcr_cbinfo = c;
393         zcr->zcr_finish = vdev_raidz_cksum_finish;
394         zcr->zcr_free = vdev_raidz_cksum_free;
395
396         rm->rm_reports++;
397         ASSERT3U(rm->rm_reports, >, 0);
398
399         if (rm->rm_datacopy != NULL)
400                 return;
401
402         /*
403          * It's the first time we're called for this raidz_map_t, so we need
404          * to copy the data aside; there's no guarantee that our zio's buffer
405          * won't be re-used for something else.
406          *
407          * Our parity data is already in separate buffers, so there's no need
408          * to copy them.
409          */
410
411         size = 0;
412         for (c = rm->rm_firstdatacol; c < rm->rm_cols; c++)
413                 size += rm->rm_col[c].rc_size;
414
415         buf = rm->rm_datacopy = zio_buf_alloc(size);
416
417         for (c = rm->rm_firstdatacol; c < rm->rm_cols; c++) {
418                 raidz_col_t *col = &rm->rm_col[c];
419
420                 bcopy(col->rc_data, buf, col->rc_size);
421                 col->rc_data = buf;
422
423                 buf += col->rc_size;
424         }
425         ASSERT3P(buf - (caddr_t)rm->rm_datacopy, ==, size);
426 }
427
428 static const zio_vsd_ops_t vdev_raidz_vsd_ops = {
429         vdev_raidz_map_free_vsd,
430         vdev_raidz_cksum_report
431 };
432
433 static raidz_map_t *
434 vdev_raidz_map_alloc(zio_t *zio, uint64_t unit_shift, uint64_t dcols,
435     uint64_t nparity)
436 {
437         raidz_map_t *rm;
438         uint64_t b = zio->io_offset >> unit_shift;
439         uint64_t s = zio->io_size >> unit_shift;
440         uint64_t f = b % dcols;
441         uint64_t o = (b / dcols) << unit_shift;
442         uint64_t q, r, c, bc, col, acols, scols, coff, devidx, asize, tot;
443
444         q = s / (dcols - nparity);
445         r = s - q * (dcols - nparity);
446         bc = (r == 0 ? 0 : r + nparity);
447         tot = s + nparity * (q + (r == 0 ? 0 : 1));
448
449         if (q == 0) {
450                 acols = bc;
451                 scols = MIN(dcols, roundup(bc, nparity + 1));
452         } else {
453                 acols = dcols;
454                 scols = dcols;
455         }
456
457         ASSERT3U(acols, <=, scols);
458
459         rm = kmem_alloc(offsetof(raidz_map_t, rm_col[scols]), KM_SLEEP);
460
461         rm->rm_cols = acols;
462         rm->rm_scols = scols;
463         rm->rm_bigcols = bc;
464         rm->rm_skipstart = bc;
465         rm->rm_missingdata = 0;
466         rm->rm_missingparity = 0;
467         rm->rm_firstdatacol = nparity;
468         rm->rm_datacopy = NULL;
469         rm->rm_reports = 0;
470         rm->rm_freed = 0;
471         rm->rm_ecksuminjected = 0;
472
473         asize = 0;
474
475         for (c = 0; c < scols; c++) {
476                 col = f + c;
477                 coff = o;
478                 if (col >= dcols) {
479                         col -= dcols;
480                         coff += 1ULL << unit_shift;
481                 }
482                 rm->rm_col[c].rc_devidx = col;
483                 rm->rm_col[c].rc_offset = coff;
484                 rm->rm_col[c].rc_data = NULL;
485                 rm->rm_col[c].rc_gdata = NULL;
486                 rm->rm_col[c].rc_error = 0;
487                 rm->rm_col[c].rc_tried = 0;
488                 rm->rm_col[c].rc_skipped = 0;
489
490                 if (c >= acols)
491                         rm->rm_col[c].rc_size = 0;
492                 else if (c < bc)
493                         rm->rm_col[c].rc_size = (q + 1) << unit_shift;
494                 else
495                         rm->rm_col[c].rc_size = q << unit_shift;
496
497                 asize += rm->rm_col[c].rc_size;
498         }
499
500         ASSERT3U(asize, ==, tot << unit_shift);
501         rm->rm_asize = roundup(asize, (nparity + 1) << unit_shift);
502         rm->rm_nskip = roundup(tot, nparity + 1) - tot;
503         ASSERT3U(rm->rm_asize - asize, ==, rm->rm_nskip << unit_shift);
504         ASSERT3U(rm->rm_nskip, <=, nparity);
505
506         for (c = 0; c < rm->rm_firstdatacol; c++)
507                 rm->rm_col[c].rc_data = zio_buf_alloc(rm->rm_col[c].rc_size);
508
509         rm->rm_col[c].rc_data = zio->io_data;
510
511         for (c = c + 1; c < acols; c++)
512                 rm->rm_col[c].rc_data = (char *)rm->rm_col[c - 1].rc_data +
513                     rm->rm_col[c - 1].rc_size;
514
515         /*
516          * If all data stored spans all columns, there's a danger that parity
517          * will always be on the same device and, since parity isn't read
518          * during normal operation, that that device's I/O bandwidth won't be
519          * used effectively. We therefore switch the parity every 1MB.
520          *
521          * ... at least that was, ostensibly, the theory. As a practical
522          * matter unless we juggle the parity between all devices evenly, we
523          * won't see any benefit. Further, occasional writes that aren't a
524          * multiple of the LCM of the number of children and the minimum
525          * stripe width are sufficient to avoid pessimal behavior.
526          * Unfortunately, this decision created an implicit on-disk format
527          * requirement that we need to support for all eternity, but only
528          * for single-parity RAID-Z.
529          *
530          * If we intend to skip a sector in the zeroth column for padding
531          * we must make sure to note this swap. We will never intend to
532          * skip the first column since at least one data and one parity
533          * column must appear in each row.
534          */
535         ASSERT(rm->rm_cols >= 2);
536         ASSERT(rm->rm_col[0].rc_size == rm->rm_col[1].rc_size);
537
538         if (rm->rm_firstdatacol == 1 && (zio->io_offset & (1ULL << 20))) {
539                 devidx = rm->rm_col[0].rc_devidx;
540                 o = rm->rm_col[0].rc_offset;
541                 rm->rm_col[0].rc_devidx = rm->rm_col[1].rc_devidx;
542                 rm->rm_col[0].rc_offset = rm->rm_col[1].rc_offset;
543                 rm->rm_col[1].rc_devidx = devidx;
544                 rm->rm_col[1].rc_offset = o;
545
546                 if (rm->rm_skipstart == 0)
547                         rm->rm_skipstart = 1;
548         }
549
550         zio->io_vsd = rm;
551         zio->io_vsd_ops = &vdev_raidz_vsd_ops;
552         return (rm);
553 }
554
555 static void
556 vdev_raidz_generate_parity_p(raidz_map_t *rm)
557 {
558         uint64_t *p, *src, pcount, ccount, i;
559         int c;
560
561         pcount = rm->rm_col[VDEV_RAIDZ_P].rc_size / sizeof (src[0]);
562
563         for (c = rm->rm_firstdatacol; c < rm->rm_cols; c++) {
564                 src = rm->rm_col[c].rc_data;
565                 p = rm->rm_col[VDEV_RAIDZ_P].rc_data;
566                 ccount = rm->rm_col[c].rc_size / sizeof (src[0]);
567
568                 if (c == rm->rm_firstdatacol) {
569                         ASSERT(ccount == pcount);
570                         for (i = 0; i < ccount; i++, src++, p++) {
571                                 *p = *src;
572                         }
573                 } else {
574                         ASSERT(ccount <= pcount);
575                         for (i = 0; i < ccount; i++, src++, p++) {
576                                 *p ^= *src;
577                         }
578                 }
579         }
580 }
581
582 static void
583 vdev_raidz_generate_parity_pq(raidz_map_t *rm)
584 {
585         uint64_t *p, *q, *src, pcnt, ccnt, mask, i;
586         int c;
587
588         pcnt = rm->rm_col[VDEV_RAIDZ_P].rc_size / sizeof (src[0]);
589         ASSERT(rm->rm_col[VDEV_RAIDZ_P].rc_size ==
590             rm->rm_col[VDEV_RAIDZ_Q].rc_size);
591
592         for (c = rm->rm_firstdatacol; c < rm->rm_cols; c++) {
593                 src = rm->rm_col[c].rc_data;
594                 p = rm->rm_col[VDEV_RAIDZ_P].rc_data;
595                 q = rm->rm_col[VDEV_RAIDZ_Q].rc_data;
596
597                 ccnt = rm->rm_col[c].rc_size / sizeof (src[0]);
598
599                 if (c == rm->rm_firstdatacol) {
600                         ASSERT(ccnt == pcnt || ccnt == 0);
601                         for (i = 0; i < ccnt; i++, src++, p++, q++) {
602                                 *p = *src;
603                                 *q = *src;
604                         }
605                         for (; i < pcnt; i++, src++, p++, q++) {
606                                 *p = 0;
607                                 *q = 0;
608                         }
609                 } else {
610                         ASSERT(ccnt <= pcnt);
611
612                         /*
613                          * Apply the algorithm described above by multiplying
614                          * the previous result and adding in the new value.
615                          */
616                         for (i = 0; i < ccnt; i++, src++, p++, q++) {
617                                 *p ^= *src;
618
619                                 VDEV_RAIDZ_64MUL_2(*q, mask);
620                                 *q ^= *src;
621                         }
622
623                         /*
624                          * Treat short columns as though they are full of 0s.
625                          * Note that there's therefore nothing needed for P.
626                          */
627                         for (; i < pcnt; i++, q++) {
628                                 VDEV_RAIDZ_64MUL_2(*q, mask);
629                         }
630                 }
631         }
632 }
633
634 static void
635 vdev_raidz_generate_parity_pqr(raidz_map_t *rm)
636 {
637         uint64_t *p, *q, *r, *src, pcnt, ccnt, mask, i;
638         int c;
639
640         pcnt = rm->rm_col[VDEV_RAIDZ_P].rc_size / sizeof (src[0]);
641         ASSERT(rm->rm_col[VDEV_RAIDZ_P].rc_size ==
642             rm->rm_col[VDEV_RAIDZ_Q].rc_size);
643         ASSERT(rm->rm_col[VDEV_RAIDZ_P].rc_size ==
644             rm->rm_col[VDEV_RAIDZ_R].rc_size);
645
646         for (c = rm->rm_firstdatacol; c < rm->rm_cols; c++) {
647                 src = rm->rm_col[c].rc_data;
648                 p = rm->rm_col[VDEV_RAIDZ_P].rc_data;
649                 q = rm->rm_col[VDEV_RAIDZ_Q].rc_data;
650                 r = rm->rm_col[VDEV_RAIDZ_R].rc_data;
651
652                 ccnt = rm->rm_col[c].rc_size / sizeof (src[0]);
653
654                 if (c == rm->rm_firstdatacol) {
655                         ASSERT(ccnt == pcnt || ccnt == 0);
656                         for (i = 0; i < ccnt; i++, src++, p++, q++, r++) {
657                                 *p = *src;
658                                 *q = *src;
659                                 *r = *src;
660                         }
661                         for (; i < pcnt; i++, src++, p++, q++, r++) {
662                                 *p = 0;
663                                 *q = 0;
664                                 *r = 0;
665                         }
666                 } else {
667                         ASSERT(ccnt <= pcnt);
668
669                         /*
670                          * Apply the algorithm described above by multiplying
671                          * the previous result and adding in the new value.
672                          */
673                         for (i = 0; i < ccnt; i++, src++, p++, q++, r++) {
674                                 *p ^= *src;
675
676                                 VDEV_RAIDZ_64MUL_2(*q, mask);
677                                 *q ^= *src;
678
679                                 VDEV_RAIDZ_64MUL_4(*r, mask);
680                                 *r ^= *src;
681                         }
682
683                         /*
684                          * Treat short columns as though they are full of 0s.
685                          * Note that there's therefore nothing needed for P.
686                          */
687                         for (; i < pcnt; i++, q++, r++) {
688                                 VDEV_RAIDZ_64MUL_2(*q, mask);
689                                 VDEV_RAIDZ_64MUL_4(*r, mask);
690                         }
691                 }
692         }
693 }
694
695 /*
696  * Generate RAID parity in the first virtual columns according to the number of
697  * parity columns available.
698  */
699 static void
700 vdev_raidz_generate_parity(raidz_map_t *rm)
701 {
702         switch (rm->rm_firstdatacol) {
703         case 1:
704                 vdev_raidz_generate_parity_p(rm);
705                 break;
706         case 2:
707                 vdev_raidz_generate_parity_pq(rm);
708                 break;
709         case 3:
710                 vdev_raidz_generate_parity_pqr(rm);
711                 break;
712         default:
713                 cmn_err(CE_PANIC, "invalid RAID-Z configuration");
714         }
715 }
716
717 static int
718 vdev_raidz_reconstruct_p(raidz_map_t *rm, int *tgts, int ntgts)
719 {
720         uint64_t *dst, *src, xcount, ccount, count, i;
721         int x = tgts[0];
722         int c;
723
724         ASSERT(ntgts == 1);
725         ASSERT(x >= rm->rm_firstdatacol);
726         ASSERT(x < rm->rm_cols);
727
728         xcount = rm->rm_col[x].rc_size / sizeof (src[0]);
729         ASSERT(xcount <= rm->rm_col[VDEV_RAIDZ_P].rc_size / sizeof (src[0]));
730         ASSERT(xcount > 0);
731
732         src = rm->rm_col[VDEV_RAIDZ_P].rc_data;
733         dst = rm->rm_col[x].rc_data;
734         for (i = 0; i < xcount; i++, dst++, src++) {
735                 *dst = *src;
736         }
737
738         for (c = rm->rm_firstdatacol; c < rm->rm_cols; c++) {
739                 src = rm->rm_col[c].rc_data;
740                 dst = rm->rm_col[x].rc_data;
741
742                 if (c == x)
743                         continue;
744
745                 ccount = rm->rm_col[c].rc_size / sizeof (src[0]);
746                 count = MIN(ccount, xcount);
747
748                 for (i = 0; i < count; i++, dst++, src++) {
749                         *dst ^= *src;
750                 }
751         }
752
753         return (1 << VDEV_RAIDZ_P);
754 }
755
756 static int
757 vdev_raidz_reconstruct_q(raidz_map_t *rm, int *tgts, int ntgts)
758 {
759         uint64_t *dst, *src, xcount, ccount, count, mask, i;
760         uint8_t *b;
761         int x = tgts[0];
762         int c, j, exp;
763
764         ASSERT(ntgts == 1);
765
766         xcount = rm->rm_col[x].rc_size / sizeof (src[0]);
767         ASSERT(xcount <= rm->rm_col[VDEV_RAIDZ_Q].rc_size / sizeof (src[0]));
768
769         for (c = rm->rm_firstdatacol; c < rm->rm_cols; c++) {
770                 src = rm->rm_col[c].rc_data;
771                 dst = rm->rm_col[x].rc_data;
772
773                 if (c == x)
774                         ccount = 0;
775                 else
776                         ccount = rm->rm_col[c].rc_size / sizeof (src[0]);
777
778                 count = MIN(ccount, xcount);
779
780                 if (c == rm->rm_firstdatacol) {
781                         for (i = 0; i < count; i++, dst++, src++) {
782                                 *dst = *src;
783                         }
784                         for (; i < xcount; i++, dst++) {
785                                 *dst = 0;
786                         }
787
788                 } else {
789                         for (i = 0; i < count; i++, dst++, src++) {
790                                 VDEV_RAIDZ_64MUL_2(*dst, mask);
791                                 *dst ^= *src;
792                         }
793
794                         for (; i < xcount; i++, dst++) {
795                                 VDEV_RAIDZ_64MUL_2(*dst, mask);
796                         }
797                 }
798         }
799
800         src = rm->rm_col[VDEV_RAIDZ_Q].rc_data;
801         dst = rm->rm_col[x].rc_data;
802         exp = 255 - (rm->rm_cols - 1 - x);
803
804         for (i = 0; i < xcount; i++, dst++, src++) {
805                 *dst ^= *src;
806                 for (j = 0, b = (uint8_t *)dst; j < 8; j++, b++) {
807                         *b = vdev_raidz_exp2(*b, exp);
808                 }
809         }
810
811         return (1 << VDEV_RAIDZ_Q);
812 }
813
814 static int
815 vdev_raidz_reconstruct_pq(raidz_map_t *rm, int *tgts, int ntgts)
816 {
817         uint8_t *p, *q, *pxy, *qxy, *xd, *yd, tmp, a, b, aexp, bexp;
818         void *pdata, *qdata;
819         uint64_t xsize, ysize, i;
820         int x = tgts[0];
821         int y = tgts[1];
822
823         ASSERT(ntgts == 2);
824         ASSERT(x < y);
825         ASSERT(x >= rm->rm_firstdatacol);
826         ASSERT(y < rm->rm_cols);
827
828         ASSERT(rm->rm_col[x].rc_size >= rm->rm_col[y].rc_size);
829
830         /*
831          * Move the parity data aside -- we're going to compute parity as
832          * though columns x and y were full of zeros -- Pxy and Qxy. We want to
833          * reuse the parity generation mechanism without trashing the actual
834          * parity so we make those columns appear to be full of zeros by
835          * setting their lengths to zero.
836          */
837         pdata = rm->rm_col[VDEV_RAIDZ_P].rc_data;
838         qdata = rm->rm_col[VDEV_RAIDZ_Q].rc_data;
839         xsize = rm->rm_col[x].rc_size;
840         ysize = rm->rm_col[y].rc_size;
841
842         rm->rm_col[VDEV_RAIDZ_P].rc_data =
843             zio_buf_alloc(rm->rm_col[VDEV_RAIDZ_P].rc_size);
844         rm->rm_col[VDEV_RAIDZ_Q].rc_data =
845             zio_buf_alloc(rm->rm_col[VDEV_RAIDZ_Q].rc_size);
846         rm->rm_col[x].rc_size = 0;
847         rm->rm_col[y].rc_size = 0;
848
849         vdev_raidz_generate_parity_pq(rm);
850
851         rm->rm_col[x].rc_size = xsize;
852         rm->rm_col[y].rc_size = ysize;
853
854         p = pdata;
855         q = qdata;
856         pxy = rm->rm_col[VDEV_RAIDZ_P].rc_data;
857         qxy = rm->rm_col[VDEV_RAIDZ_Q].rc_data;
858         xd = rm->rm_col[x].rc_data;
859         yd = rm->rm_col[y].rc_data;
860
861         /*
862          * We now have:
863          *      Pxy = P + D_x + D_y
864          *      Qxy = Q + 2^(ndevs - 1 - x) * D_x + 2^(ndevs - 1 - y) * D_y
865          *
866          * We can then solve for D_x:
867          *      D_x = A * (P + Pxy) + B * (Q + Qxy)
868          * where
869          *      A = 2^(x - y) * (2^(x - y) + 1)^-1
870          *      B = 2^(ndevs - 1 - x) * (2^(x - y) + 1)^-1
871          *
872          * With D_x in hand, we can easily solve for D_y:
873          *      D_y = P + Pxy + D_x
874          */
875
876         a = vdev_raidz_pow2[255 + x - y];
877         b = vdev_raidz_pow2[255 - (rm->rm_cols - 1 - x)];
878         tmp = 255 - vdev_raidz_log2[a ^ 1];
879
880         aexp = vdev_raidz_log2[vdev_raidz_exp2(a, tmp)];
881         bexp = vdev_raidz_log2[vdev_raidz_exp2(b, tmp)];
882
883         for (i = 0; i < xsize; i++, p++, q++, pxy++, qxy++, xd++, yd++) {
884                 *xd = vdev_raidz_exp2(*p ^ *pxy, aexp) ^
885                     vdev_raidz_exp2(*q ^ *qxy, bexp);
886
887                 if (i < ysize)
888                         *yd = *p ^ *pxy ^ *xd;
889         }
890
891         zio_buf_free(rm->rm_col[VDEV_RAIDZ_P].rc_data,
892             rm->rm_col[VDEV_RAIDZ_P].rc_size);
893         zio_buf_free(rm->rm_col[VDEV_RAIDZ_Q].rc_data,
894             rm->rm_col[VDEV_RAIDZ_Q].rc_size);
895
896         /*
897          * Restore the saved parity data.
898          */
899         rm->rm_col[VDEV_RAIDZ_P].rc_data = pdata;
900         rm->rm_col[VDEV_RAIDZ_Q].rc_data = qdata;
901
902         return ((1 << VDEV_RAIDZ_P) | (1 << VDEV_RAIDZ_Q));
903 }
904
905 /* BEGIN CSTYLED */
906 /*
907  * In the general case of reconstruction, we must solve the system of linear
908  * equations defined by the coeffecients used to generate parity as well as
909  * the contents of the data and parity disks. This can be expressed with
910  * vectors for the original data (D) and the actual data (d) and parity (p)
911  * and a matrix composed of the identity matrix (I) and a dispersal matrix (V):
912  *
913  *            __   __                     __     __
914  *            |     |         __     __   |  p_0  |
915  *            |  V  |         |  D_0  |   | p_m-1 |
916  *            |     |    x    |   :   | = |  d_0  |
917  *            |  I  |         | D_n-1 |   |   :   |
918  *            |     |         ~~     ~~   | d_n-1 |
919  *            ~~   ~~                     ~~     ~~
920  *
921  * I is simply a square identity matrix of size n, and V is a vandermonde
922  * matrix defined by the coeffecients we chose for the various parity columns
923  * (1, 2, 4). Note that these values were chosen both for simplicity, speedy
924  * computation as well as linear separability.
925  *
926  *      __               __               __     __
927  *      |   1   ..  1 1 1 |               |  p_0  |
928  *      | 2^n-1 ..  4 2 1 |   __     __   |   :   |
929  *      | 4^n-1 .. 16 4 1 |   |  D_0  |   | p_m-1 |
930  *      |   1   ..  0 0 0 |   |  D_1  |   |  d_0  |
931  *      |   0   ..  0 0 0 | x |  D_2  | = |  d_1  |
932  *      |   :       : : : |   |   :   |   |  d_2  |
933  *      |   0   ..  1 0 0 |   | D_n-1 |   |   :   |
934  *      |   0   ..  0 1 0 |   ~~     ~~   |   :   |
935  *      |   0   ..  0 0 1 |               | d_n-1 |
936  *      ~~               ~~               ~~     ~~
937  *
938  * Note that I, V, d, and p are known. To compute D, we must invert the
939  * matrix and use the known data and parity values to reconstruct the unknown
940  * data values. We begin by removing the rows in V|I and d|p that correspond
941  * to failed or missing columns; we then make V|I square (n x n) and d|p
942  * sized n by removing rows corresponding to unused parity from the bottom up
943  * to generate (V|I)' and (d|p)'. We can then generate the inverse of (V|I)'
944  * using Gauss-Jordan elimination. In the example below we use m=3 parity
945  * columns, n=8 data columns, with errors in d_1, d_2, and p_1:
946  *           __                               __
947  *           |  1   1   1   1   1   1   1   1  |
948  *           | 128  64  32  16  8   4   2   1  | <-----+-+-- missing disks
949  *           |  19 205 116  29  64  16  4   1  |      / /
950  *           |  1   0   0   0   0   0   0   0  |     / /
951  *           |  0   1   0   0   0   0   0   0  | <--' /
952  *  (V|I)  = |  0   0   1   0   0   0   0   0  | <---'
953  *           |  0   0   0   1   0   0   0   0  |
954  *           |  0   0   0   0   1   0   0   0  |
955  *           |  0   0   0   0   0   1   0   0  |
956  *           |  0   0   0   0   0   0   1   0  |
957  *           |  0   0   0   0   0   0   0   1  |
958  *           ~~                               ~~
959  *           __                               __
960  *           |  1   1   1   1   1   1   1   1  |
961  *           | 128  64  32  16  8   4   2   1  |
962  *           |  19 205 116  29  64  16  4   1  |
963  *           |  1   0   0   0   0   0   0   0  |
964  *           |  0   1   0   0   0   0   0   0  |
965  *  (V|I)' = |  0   0   1   0   0   0   0   0  |
966  *           |  0   0   0   1   0   0   0   0  |
967  *           |  0   0   0   0   1   0   0   0  |
968  *           |  0   0   0   0   0   1   0   0  |
969  *           |  0   0   0   0   0   0   1   0  |
970  *           |  0   0   0   0   0   0   0   1  |
971  *           ~~                               ~~
972  *
973  * Here we employ Gauss-Jordan elimination to find the inverse of (V|I)'. We
974  * have carefully chosen the seed values 1, 2, and 4 to ensure that this
975  * matrix is not singular.
976  * __                                                                 __
977  * |  1   1   1   1   1   1   1   1     1   0   0   0   0   0   0   0  |
978  * |  19 205 116  29  64  16  4   1     0   1   0   0   0   0   0   0  |
979  * |  1   0   0   0   0   0   0   0     0   0   1   0   0   0   0   0  |
980  * |  0   0   0   1   0   0   0   0     0   0   0   1   0   0   0   0  |
981  * |  0   0   0   0   1   0   0   0     0   0   0   0   1   0   0   0  |
982  * |  0   0   0   0   0   1   0   0     0   0   0   0   0   1   0   0  |
983  * |  0   0   0   0   0   0   1   0     0   0   0   0   0   0   1   0  |
984  * |  0   0   0   0   0   0   0   1     0   0   0   0   0   0   0   1  |
985  * ~~                                                                 ~~
986  * __                                                                 __
987  * |  1   0   0   0   0   0   0   0     0   0   1   0   0   0   0   0  |
988  * |  1   1   1   1   1   1   1   1     1   0   0   0   0   0   0   0  |
989  * |  19 205 116  29  64  16  4   1     0   1   0   0   0   0   0   0  |
990  * |  0   0   0   1   0   0   0   0     0   0   0   1   0   0   0   0  |
991  * |  0   0   0   0   1   0   0   0     0   0   0   0   1   0   0   0  |
992  * |  0   0   0   0   0   1   0   0     0   0   0   0   0   1   0   0  |
993  * |  0   0   0   0   0   0   1   0     0   0   0   0   0   0   1   0  |
994  * |  0   0   0   0   0   0   0   1     0   0   0   0   0   0   0   1  |
995  * ~~                                                                 ~~
996  * __                                                                 __
997  * |  1   0   0   0   0   0   0   0     0   0   1   0   0   0   0   0  |
998  * |  0   1   1   0   0   0   0   0     1   0   1   1   1   1   1   1  |
999  * |  0  205 116  0   0   0   0   0     0   1   19  29  64  16  4   1  |
1000  * |  0   0   0   1   0   0   0   0     0   0   0   1   0   0   0   0  |
1001  * |  0   0   0   0   1   0   0   0     0   0   0   0   1   0   0   0  |
1002  * |  0   0   0   0   0   1   0   0     0   0   0   0   0   1   0   0  |
1003  * |  0   0   0   0   0   0   1   0     0   0   0   0   0   0   1   0  |
1004  * |  0   0   0   0   0   0   0   1     0   0   0   0   0   0   0   1  |
1005  * ~~                                                                 ~~
1006  * __                                                                 __
1007  * |  1   0   0   0   0   0   0   0     0   0   1   0   0   0   0   0  |
1008  * |  0   1   1   0   0   0   0   0     1   0   1   1   1   1   1   1  |
1009  * |  0   0  185  0   0   0   0   0    205  1  222 208 141 221 201 204 |
1010  * |  0   0   0   1   0   0   0   0     0   0   0   1   0   0   0   0  |
1011  * |  0   0   0   0   1   0   0   0     0   0   0   0   1   0   0   0  |
1012  * |  0   0   0   0   0   1   0   0     0   0   0   0   0   1   0   0  |
1013  * |  0   0   0   0   0   0   1   0     0   0   0   0   0   0   1   0  |
1014  * |  0   0   0   0   0   0   0   1     0   0   0   0   0   0   0   1  |
1015  * ~~                                                                 ~~
1016  * __                                                                 __
1017  * |  1   0   0   0   0   0   0   0     0   0   1   0   0   0   0   0  |
1018  * |  0   1   1   0   0   0   0   0     1   0   1   1   1   1   1   1  |
1019  * |  0   0   1   0   0   0   0   0    166 100  4   40 158 168 216 209 |
1020  * |  0   0   0   1   0   0   0   0     0   0   0   1   0   0   0   0  |
1021  * |  0   0   0   0   1   0   0   0     0   0   0   0   1   0   0   0  |
1022  * |  0   0   0   0   0   1   0   0     0   0   0   0   0   1   0   0  |
1023  * |  0   0   0   0   0   0   1   0     0   0   0   0   0   0   1   0  |
1024  * |  0   0   0   0   0   0   0   1     0   0   0   0   0   0   0   1  |
1025  * ~~                                                                 ~~
1026  * __                                                                 __
1027  * |  1   0   0   0   0   0   0   0     0   0   1   0   0   0   0   0  |
1028  * |  0   1   0   0   0   0   0   0    167 100  5   41 159 169 217 208 |
1029  * |  0   0   1   0   0   0   0   0    166 100  4   40 158 168 216 209 |
1030  * |  0   0   0   1   0   0   0   0     0   0   0   1   0   0   0   0  |
1031  * |  0   0   0   0   1   0   0   0     0   0   0   0   1   0   0   0  |
1032  * |  0   0   0   0   0   1   0   0     0   0   0   0   0   1   0   0  |
1033  * |  0   0   0   0   0   0   1   0     0   0   0   0   0   0   1   0  |
1034  * |  0   0   0   0   0   0   0   1     0   0   0   0   0   0   0   1  |
1035  * ~~                                                                 ~~
1036  *                   __                               __
1037  *                   |  0   0   1   0   0   0   0   0  |
1038  *                   | 167 100  5   41 159 169 217 208 |
1039  *                   | 166 100  4   40 158 168 216 209 |
1040  *       (V|I)'^-1 = |  0   0   0   1   0   0   0   0  |
1041  *                   |  0   0   0   0   1   0   0   0  |
1042  *                   |  0   0   0   0   0   1   0   0  |
1043  *                   |  0   0   0   0   0   0   1   0  |
1044  *                   |  0   0   0   0   0   0   0   1  |
1045  *                   ~~                               ~~
1046  *
1047  * We can then simply compute D = (V|I)'^-1 x (d|p)' to discover the values
1048  * of the missing data.
1049  *
1050  * As is apparent from the example above, the only non-trivial rows in the
1051  * inverse matrix correspond to the data disks that we're trying to
1052  * reconstruct. Indeed, those are the only rows we need as the others would
1053  * only be useful for reconstructing data known or assumed to be valid. For
1054  * that reason, we only build the coefficients in the rows that correspond to
1055  * targeted columns.
1056  */
1057 /* END CSTYLED */
1058
1059 static void
1060 vdev_raidz_matrix_init(raidz_map_t *rm, int n, int nmap, int *map,
1061     uint8_t **rows)
1062 {
1063         int i, j;
1064         int pow;
1065
1066         ASSERT(n == rm->rm_cols - rm->rm_firstdatacol);
1067
1068         /*
1069          * Fill in the missing rows of interest.
1070          */
1071         for (i = 0; i < nmap; i++) {
1072                 ASSERT3S(0, <=, map[i]);
1073                 ASSERT3S(map[i], <=, 2);
1074
1075                 pow = map[i] * n;
1076                 if (pow > 255)
1077                         pow -= 255;
1078                 ASSERT(pow <= 255);
1079
1080                 for (j = 0; j < n; j++) {
1081                         pow -= map[i];
1082                         if (pow < 0)
1083                                 pow += 255;
1084                         rows[i][j] = vdev_raidz_pow2[pow];
1085                 }
1086         }
1087 }
1088
1089 static void
1090 vdev_raidz_matrix_invert(raidz_map_t *rm, int n, int nmissing, int *missing,
1091     uint8_t **rows, uint8_t **invrows, const uint8_t *used)
1092 {
1093         int i, j, ii, jj;
1094         uint8_t log;
1095
1096         /*
1097          * Assert that the first nmissing entries from the array of used
1098          * columns correspond to parity columns and that subsequent entries
1099          * correspond to data columns.
1100          */
1101         for (i = 0; i < nmissing; i++) {
1102                 ASSERT3S(used[i], <, rm->rm_firstdatacol);
1103         }
1104         for (; i < n; i++) {
1105                 ASSERT3S(used[i], >=, rm->rm_firstdatacol);
1106         }
1107
1108         /*
1109          * First initialize the storage where we'll compute the inverse rows.
1110          */
1111         for (i = 0; i < nmissing; i++) {
1112                 for (j = 0; j < n; j++) {
1113                         invrows[i][j] = (i == j) ? 1 : 0;
1114                 }
1115         }
1116
1117         /*
1118          * Subtract all trivial rows from the rows of consequence.
1119          */
1120         for (i = 0; i < nmissing; i++) {
1121                 for (j = nmissing; j < n; j++) {
1122                         ASSERT3U(used[j], >=, rm->rm_firstdatacol);
1123                         jj = used[j] - rm->rm_firstdatacol;
1124                         ASSERT3S(jj, <, n);
1125                         invrows[i][j] = rows[i][jj];
1126                         rows[i][jj] = 0;
1127                 }
1128         }
1129
1130         /*
1131          * For each of the rows of interest, we must normalize it and subtract
1132          * a multiple of it from the other rows.
1133          */
1134         for (i = 0; i < nmissing; i++) {
1135                 for (j = 0; j < missing[i]; j++) {
1136                         ASSERT3U(rows[i][j], ==, 0);
1137                 }
1138                 ASSERT3U(rows[i][missing[i]], !=, 0);
1139
1140                 /*
1141                  * Compute the inverse of the first element and multiply each
1142                  * element in the row by that value.
1143                  */
1144                 log = 255 - vdev_raidz_log2[rows[i][missing[i]]];
1145
1146                 for (j = 0; j < n; j++) {
1147                         rows[i][j] = vdev_raidz_exp2(rows[i][j], log);
1148                         invrows[i][j] = vdev_raidz_exp2(invrows[i][j], log);
1149                 }
1150
1151                 for (ii = 0; ii < nmissing; ii++) {
1152                         if (i == ii)
1153                                 continue;
1154
1155                         ASSERT3U(rows[ii][missing[i]], !=, 0);
1156
1157                         log = vdev_raidz_log2[rows[ii][missing[i]]];
1158
1159                         for (j = 0; j < n; j++) {
1160                                 rows[ii][j] ^=
1161                                     vdev_raidz_exp2(rows[i][j], log);
1162                                 invrows[ii][j] ^=
1163                                     vdev_raidz_exp2(invrows[i][j], log);
1164                         }
1165                 }
1166         }
1167
1168         /*
1169          * Verify that the data that is left in the rows are properly part of
1170          * an identity matrix.
1171          */
1172         for (i = 0; i < nmissing; i++) {
1173                 for (j = 0; j < n; j++) {
1174                         if (j == missing[i]) {
1175                                 ASSERT3U(rows[i][j], ==, 1);
1176                         } else {
1177                                 ASSERT3U(rows[i][j], ==, 0);
1178                         }
1179                 }
1180         }
1181 }
1182
1183 static void
1184 vdev_raidz_matrix_reconstruct(raidz_map_t *rm, int n, int nmissing,
1185     int *missing, uint8_t **invrows, const uint8_t *used)
1186 {
1187         int i, j, x, cc, c;
1188         uint8_t *src;
1189         uint64_t ccount;
1190         uint8_t *dst[VDEV_RAIDZ_MAXPARITY];
1191         uint64_t dcount[VDEV_RAIDZ_MAXPARITY];
1192         uint8_t log = 0, val;
1193         int ll;
1194         uint8_t *invlog[VDEV_RAIDZ_MAXPARITY];
1195         uint8_t *p, *pp;
1196         size_t psize;
1197
1198         psize = sizeof (invlog[0][0]) * n * nmissing;
1199         p = kmem_alloc(psize, KM_SLEEP);
1200
1201         for (pp = p, i = 0; i < nmissing; i++) {
1202                 invlog[i] = pp;
1203                 pp += n;
1204         }
1205
1206         for (i = 0; i < nmissing; i++) {
1207                 for (j = 0; j < n; j++) {
1208                         ASSERT3U(invrows[i][j], !=, 0);
1209                         invlog[i][j] = vdev_raidz_log2[invrows[i][j]];
1210                 }
1211         }
1212
1213         for (i = 0; i < n; i++) {
1214                 c = used[i];
1215                 ASSERT3U(c, <, rm->rm_cols);
1216
1217                 src = rm->rm_col[c].rc_data;
1218                 ccount = rm->rm_col[c].rc_size;
1219                 for (j = 0; j < nmissing; j++) {
1220                         cc = missing[j] + rm->rm_firstdatacol;
1221                         ASSERT3U(cc, >=, rm->rm_firstdatacol);
1222                         ASSERT3U(cc, <, rm->rm_cols);
1223                         ASSERT3U(cc, !=, c);
1224
1225                         dst[j] = rm->rm_col[cc].rc_data;
1226                         dcount[j] = rm->rm_col[cc].rc_size;
1227                 }
1228
1229                 ASSERT(ccount >= rm->rm_col[missing[0]].rc_size || i > 0);
1230
1231                 for (x = 0; x < ccount; x++, src++) {
1232                         if (*src != 0)
1233                                 log = vdev_raidz_log2[*src];
1234
1235                         for (cc = 0; cc < nmissing; cc++) {
1236                                 if (x >= dcount[cc])
1237                                         continue;
1238
1239                                 if (*src == 0) {
1240                                         val = 0;
1241                                 } else {
1242                                         if ((ll = log + invlog[cc][i]) >= 255)
1243                                                 ll -= 255;
1244                                         val = vdev_raidz_pow2[ll];
1245                                 }
1246
1247                                 if (i == 0)
1248                                         dst[cc][x] = val;
1249                                 else
1250                                         dst[cc][x] ^= val;
1251                         }
1252                 }
1253         }
1254
1255         kmem_free(p, psize);
1256 }
1257
1258 static int
1259 vdev_raidz_reconstruct_general(raidz_map_t *rm, int *tgts, int ntgts)
1260 {
1261         int n, i, c, t, tt;
1262         int nmissing_rows;
1263         int missing_rows[VDEV_RAIDZ_MAXPARITY];
1264         int parity_map[VDEV_RAIDZ_MAXPARITY];
1265
1266         uint8_t *p, *pp;
1267         size_t psize;
1268
1269         uint8_t *rows[VDEV_RAIDZ_MAXPARITY];
1270         uint8_t *invrows[VDEV_RAIDZ_MAXPARITY];
1271         uint8_t *used;
1272
1273         int code = 0;
1274
1275
1276         n = rm->rm_cols - rm->rm_firstdatacol;
1277
1278         /*
1279          * Figure out which data columns are missing.
1280          */
1281         nmissing_rows = 0;
1282         for (t = 0; t < ntgts; t++) {
1283                 if (tgts[t] >= rm->rm_firstdatacol) {
1284                         missing_rows[nmissing_rows++] =
1285                             tgts[t] - rm->rm_firstdatacol;
1286                 }
1287         }
1288
1289         /*
1290          * Figure out which parity columns to use to help generate the missing
1291          * data columns.
1292          */
1293         for (tt = 0, c = 0, i = 0; i < nmissing_rows; c++) {
1294                 ASSERT(tt < ntgts);
1295                 ASSERT(c < rm->rm_firstdatacol);
1296
1297                 /*
1298                  * Skip any targeted parity columns.
1299                  */
1300                 if (c == tgts[tt]) {
1301                         tt++;
1302                         continue;
1303                 }
1304
1305                 code |= 1 << c;
1306
1307                 parity_map[i] = c;
1308                 i++;
1309         }
1310
1311         ASSERT(code != 0);
1312         ASSERT3U(code, <, 1 << VDEV_RAIDZ_MAXPARITY);
1313
1314         psize = (sizeof (rows[0][0]) + sizeof (invrows[0][0])) *
1315             nmissing_rows * n + sizeof (used[0]) * n;
1316         p = kmem_alloc(psize, KM_SLEEP);
1317
1318         for (pp = p, i = 0; i < nmissing_rows; i++) {
1319                 rows[i] = pp;
1320                 pp += n;
1321                 invrows[i] = pp;
1322                 pp += n;
1323         }
1324         used = pp;
1325
1326         for (i = 0; i < nmissing_rows; i++) {
1327                 used[i] = parity_map[i];
1328         }
1329
1330         for (tt = 0, c = rm->rm_firstdatacol; c < rm->rm_cols; c++) {
1331                 if (tt < nmissing_rows &&
1332                     c == missing_rows[tt] + rm->rm_firstdatacol) {
1333                         tt++;
1334                         continue;
1335                 }
1336
1337                 ASSERT3S(i, <, n);
1338                 used[i] = c;
1339                 i++;
1340         }
1341
1342         /*
1343          * Initialize the interesting rows of the matrix.
1344          */
1345         vdev_raidz_matrix_init(rm, n, nmissing_rows, parity_map, rows);
1346
1347         /*
1348          * Invert the matrix.
1349          */
1350         vdev_raidz_matrix_invert(rm, n, nmissing_rows, missing_rows, rows,
1351             invrows, used);
1352
1353         /*
1354          * Reconstruct the missing data using the generated matrix.
1355          */
1356         vdev_raidz_matrix_reconstruct(rm, n, nmissing_rows, missing_rows,
1357             invrows, used);
1358
1359         kmem_free(p, psize);
1360
1361         return (code);
1362 }
1363
1364 static int
1365 vdev_raidz_reconstruct(raidz_map_t *rm, int *t, int nt)
1366 {
1367         int tgts[VDEV_RAIDZ_MAXPARITY], *dt;
1368         int ntgts;
1369         int i, c;
1370         int code;
1371         int nbadparity, nbaddata;
1372         int parity_valid[VDEV_RAIDZ_MAXPARITY];
1373
1374         /*
1375          * The tgts list must already be sorted.
1376          */
1377         for (i = 1; i < nt; i++) {
1378                 ASSERT(t[i] > t[i - 1]);
1379         }
1380
1381         nbadparity = rm->rm_firstdatacol;
1382         nbaddata = rm->rm_cols - nbadparity;
1383         ntgts = 0;
1384         for (i = 0, c = 0; c < rm->rm_cols; c++) {
1385                 if (c < rm->rm_firstdatacol)
1386                         parity_valid[c] = B_FALSE;
1387
1388                 if (i < nt && c == t[i]) {
1389                         tgts[ntgts++] = c;
1390                         i++;
1391                 } else if (rm->rm_col[c].rc_error != 0) {
1392                         tgts[ntgts++] = c;
1393                 } else if (c >= rm->rm_firstdatacol) {
1394                         nbaddata--;
1395                 } else {
1396                         parity_valid[c] = B_TRUE;
1397                         nbadparity--;
1398                 }
1399         }
1400
1401         ASSERT(ntgts >= nt);
1402         ASSERT(nbaddata >= 0);
1403         ASSERT(nbaddata + nbadparity == ntgts);
1404
1405         dt = &tgts[nbadparity];
1406
1407         /*
1408          * See if we can use any of our optimized reconstruction routines.
1409          */
1410         if (!vdev_raidz_default_to_general) {
1411                 switch (nbaddata) {
1412                 case 1:
1413                         if (parity_valid[VDEV_RAIDZ_P])
1414                                 return (vdev_raidz_reconstruct_p(rm, dt, 1));
1415
1416                         ASSERT(rm->rm_firstdatacol > 1);
1417
1418                         if (parity_valid[VDEV_RAIDZ_Q])
1419                                 return (vdev_raidz_reconstruct_q(rm, dt, 1));
1420
1421                         ASSERT(rm->rm_firstdatacol > 2);
1422                         break;
1423
1424                 case 2:
1425                         ASSERT(rm->rm_firstdatacol > 1);
1426
1427                         if (parity_valid[VDEV_RAIDZ_P] &&
1428                             parity_valid[VDEV_RAIDZ_Q])
1429                                 return (vdev_raidz_reconstruct_pq(rm, dt, 2));
1430
1431                         ASSERT(rm->rm_firstdatacol > 2);
1432
1433                         break;
1434                 }
1435         }
1436
1437         code = vdev_raidz_reconstruct_general(rm, tgts, ntgts);
1438         ASSERT(code < (1 << VDEV_RAIDZ_MAXPARITY));
1439         ASSERT(code > 0);
1440         return (code);
1441 }
1442
1443 static int
1444 vdev_raidz_open(vdev_t *vd, uint64_t *asize, uint64_t *ashift)
1445 {
1446         vdev_t *cvd;
1447         uint64_t nparity = vd->vdev_nparity;
1448         int c;
1449         int lasterror = 0;
1450         int numerrors = 0;
1451
1452         ASSERT(nparity > 0);
1453
1454         if (nparity > VDEV_RAIDZ_MAXPARITY ||
1455             vd->vdev_children < nparity + 1) {
1456                 vd->vdev_stat.vs_aux = VDEV_AUX_BAD_LABEL;
1457                 return (EINVAL);
1458         }
1459
1460         vdev_open_children(vd);
1461
1462         for (c = 0; c < vd->vdev_children; c++) {
1463                 cvd = vd->vdev_child[c];
1464
1465                 if (cvd->vdev_open_error != 0) {
1466                         lasterror = cvd->vdev_open_error;
1467                         numerrors++;
1468                         continue;
1469                 }
1470
1471                 *asize = MIN(*asize - 1, cvd->vdev_asize - 1) + 1;
1472                 *ashift = MAX(*ashift, cvd->vdev_ashift);
1473         }
1474
1475         *asize *= vd->vdev_children;
1476
1477         if (numerrors > nparity) {
1478                 vd->vdev_stat.vs_aux = VDEV_AUX_NO_REPLICAS;
1479                 return (lasterror);
1480         }
1481
1482         return (0);
1483 }
1484
1485 static void
1486 vdev_raidz_close(vdev_t *vd)
1487 {
1488         int c;
1489
1490         for (c = 0; c < vd->vdev_children; c++)
1491                 vdev_close(vd->vdev_child[c]);
1492 }
1493
1494 static uint64_t
1495 vdev_raidz_asize(vdev_t *vd, uint64_t psize)
1496 {
1497         uint64_t asize;
1498         uint64_t ashift = vd->vdev_top->vdev_ashift;
1499         uint64_t cols = vd->vdev_children;
1500         uint64_t nparity = vd->vdev_nparity;
1501
1502         asize = ((psize - 1) >> ashift) + 1;
1503         asize += nparity * ((asize + cols - nparity - 1) / (cols - nparity));
1504         asize = roundup(asize, nparity + 1) << ashift;
1505
1506         return (asize);
1507 }
1508
1509 static void
1510 vdev_raidz_child_done(zio_t *zio)
1511 {
1512         raidz_col_t *rc = zio->io_private;
1513
1514         rc->rc_error = zio->io_error;
1515         rc->rc_tried = 1;
1516         rc->rc_skipped = 0;
1517 }
1518
1519 static int
1520 vdev_raidz_io_start(zio_t *zio)
1521 {
1522         vdev_t *vd = zio->io_vd;
1523         vdev_t *tvd = vd->vdev_top;
1524         vdev_t *cvd;
1525         raidz_map_t *rm;
1526         raidz_col_t *rc;
1527         int c, i;
1528
1529         rm = vdev_raidz_map_alloc(zio, tvd->vdev_ashift, vd->vdev_children,
1530             vd->vdev_nparity);
1531
1532         ASSERT3U(rm->rm_asize, ==, vdev_psize_to_asize(vd, zio->io_size));
1533
1534         if (zio->io_type == ZIO_TYPE_WRITE) {
1535                 vdev_raidz_generate_parity(rm);
1536
1537                 for (c = 0; c < rm->rm_cols; c++) {
1538                         rc = &rm->rm_col[c];
1539                         cvd = vd->vdev_child[rc->rc_devidx];
1540                         zio_nowait(zio_vdev_child_io(zio, NULL, cvd,
1541                             rc->rc_offset, rc->rc_data, rc->rc_size,
1542                             zio->io_type, zio->io_priority, 0,
1543                             vdev_raidz_child_done, rc));
1544                 }
1545
1546                 /*
1547                  * Generate optional I/Os for any skipped sectors to improve
1548                  * aggregation contiguity.
1549                  */
1550                 for (c = rm->rm_skipstart, i = 0; i < rm->rm_nskip; c++, i++) {
1551                         ASSERT(c <= rm->rm_scols);
1552                         if (c == rm->rm_scols)
1553                                 c = 0;
1554                         rc = &rm->rm_col[c];
1555                         cvd = vd->vdev_child[rc->rc_devidx];
1556                         zio_nowait(zio_vdev_child_io(zio, NULL, cvd,
1557                             rc->rc_offset + rc->rc_size, NULL,
1558                             1 << tvd->vdev_ashift,
1559                             zio->io_type, zio->io_priority,
1560                             ZIO_FLAG_NODATA | ZIO_FLAG_OPTIONAL, NULL, NULL));
1561                 }
1562
1563                 return (ZIO_PIPELINE_CONTINUE);
1564         }
1565
1566         ASSERT(zio->io_type == ZIO_TYPE_READ);
1567
1568         /*
1569          * Iterate over the columns in reverse order so that we hit the parity
1570          * last -- any errors along the way will force us to read the parity.
1571          */
1572         for (c = rm->rm_cols - 1; c >= 0; c--) {
1573                 rc = &rm->rm_col[c];
1574                 cvd = vd->vdev_child[rc->rc_devidx];
1575                 if (!vdev_readable(cvd)) {
1576                         if (c >= rm->rm_firstdatacol)
1577                                 rm->rm_missingdata++;
1578                         else
1579                                 rm->rm_missingparity++;
1580                         rc->rc_error = ENXIO;
1581                         rc->rc_tried = 1;       /* don't even try */
1582                         rc->rc_skipped = 1;
1583                         continue;
1584                 }
1585                 if (vdev_dtl_contains(cvd, DTL_MISSING, zio->io_txg, 1)) {
1586                         if (c >= rm->rm_firstdatacol)
1587                                 rm->rm_missingdata++;
1588                         else
1589                                 rm->rm_missingparity++;
1590                         rc->rc_error = ESTALE;
1591                         rc->rc_skipped = 1;
1592                         continue;
1593                 }
1594                 if (c >= rm->rm_firstdatacol || rm->rm_missingdata > 0 ||
1595                     (zio->io_flags & (ZIO_FLAG_SCRUB | ZIO_FLAG_RESILVER))) {
1596                         zio_nowait(zio_vdev_child_io(zio, NULL, cvd,
1597                             rc->rc_offset, rc->rc_data, rc->rc_size,
1598                             zio->io_type, zio->io_priority, 0,
1599                             vdev_raidz_child_done, rc));
1600                 }
1601         }
1602
1603         return (ZIO_PIPELINE_CONTINUE);
1604 }
1605
1606
1607 /*
1608  * Report a checksum error for a child of a RAID-Z device.
1609  */
1610 static void
1611 raidz_checksum_error(zio_t *zio, raidz_col_t *rc, void *bad_data)
1612 {
1613         vdev_t *vd = zio->io_vd->vdev_child[rc->rc_devidx];
1614
1615         if (!(zio->io_flags & ZIO_FLAG_SPECULATIVE)) {
1616                 zio_bad_cksum_t zbc;
1617                 raidz_map_t *rm = zio->io_vsd;
1618
1619                 mutex_enter(&vd->vdev_stat_lock);
1620                 vd->vdev_stat.vs_checksum_errors++;
1621                 mutex_exit(&vd->vdev_stat_lock);
1622
1623                 zbc.zbc_has_cksum = 0;
1624                 zbc.zbc_injected = rm->rm_ecksuminjected;
1625
1626                 zfs_ereport_post_checksum(zio->io_spa, vd, zio,
1627                     rc->rc_offset, rc->rc_size, rc->rc_data, bad_data,
1628                     &zbc);
1629         }
1630 }
1631
1632 /*
1633  * We keep track of whether or not there were any injected errors, so that
1634  * any ereports we generate can note it.
1635  */
1636 static int
1637 raidz_checksum_verify(zio_t *zio)
1638 {
1639         zio_bad_cksum_t zbc;
1640         raidz_map_t *rm = zio->io_vsd;
1641         int ret;
1642
1643         bzero(&zbc, sizeof (zio_bad_cksum_t));
1644
1645         ret = zio_checksum_error(zio, &zbc);
1646         if (ret != 0 && zbc.zbc_injected != 0)
1647                 rm->rm_ecksuminjected = 1;
1648
1649         return (ret);
1650 }
1651
1652 /*
1653  * Generate the parity from the data columns. If we tried and were able to
1654  * read the parity without error, verify that the generated parity matches the
1655  * data we read. If it doesn't, we fire off a checksum error. Return the
1656  * number such failures.
1657  */
1658 static int
1659 raidz_parity_verify(zio_t *zio, raidz_map_t *rm)
1660 {
1661         void *orig[VDEV_RAIDZ_MAXPARITY];
1662         int c, ret = 0;
1663         raidz_col_t *rc;
1664
1665         for (c = 0; c < rm->rm_firstdatacol; c++) {
1666                 rc = &rm->rm_col[c];
1667                 if (!rc->rc_tried || rc->rc_error != 0)
1668                         continue;
1669                 orig[c] = zio_buf_alloc(rc->rc_size);
1670                 bcopy(rc->rc_data, orig[c], rc->rc_size);
1671         }
1672
1673         vdev_raidz_generate_parity(rm);
1674
1675         for (c = 0; c < rm->rm_firstdatacol; c++) {
1676                 rc = &rm->rm_col[c];
1677                 if (!rc->rc_tried || rc->rc_error != 0)
1678                         continue;
1679                 if (bcmp(orig[c], rc->rc_data, rc->rc_size) != 0) {
1680                         raidz_checksum_error(zio, rc, orig[c]);
1681                         rc->rc_error = ECKSUM;
1682                         ret++;
1683                 }
1684                 zio_buf_free(orig[c], rc->rc_size);
1685         }
1686
1687         return (ret);
1688 }
1689
1690 /*
1691  * Keep statistics on all the ways that we used parity to correct data.
1692  */
1693 static uint64_t raidz_corrected[1 << VDEV_RAIDZ_MAXPARITY];
1694
1695 static int
1696 vdev_raidz_worst_error(raidz_map_t *rm)
1697 {
1698         int c, error = 0;
1699
1700         for (c = 0; c < rm->rm_cols; c++)
1701                 error = zio_worst_error(error, rm->rm_col[c].rc_error);
1702
1703         return (error);
1704 }
1705
1706 /*
1707  * Iterate over all combinations of bad data and attempt a reconstruction.
1708  * Note that the algorithm below is non-optimal because it doesn't take into
1709  * account how reconstruction is actually performed. For example, with
1710  * triple-parity RAID-Z the reconstruction procedure is the same if column 4
1711  * is targeted as invalid as if columns 1 and 4 are targeted since in both
1712  * cases we'd only use parity information in column 0.
1713  */
1714 static int
1715 vdev_raidz_combrec(zio_t *zio, int total_errors, int data_errors)
1716 {
1717         raidz_map_t *rm = zio->io_vsd;
1718         raidz_col_t *rc;
1719         void *orig[VDEV_RAIDZ_MAXPARITY];
1720         int tstore[VDEV_RAIDZ_MAXPARITY + 2];
1721         int *tgts = &tstore[1];
1722         int curr, next, i, c, n;
1723         int code, ret = 0;
1724
1725         ASSERT(total_errors < rm->rm_firstdatacol);
1726
1727         /*
1728          * This simplifies one edge condition.
1729          */
1730         tgts[-1] = -1;
1731
1732         for (n = 1; n <= rm->rm_firstdatacol - total_errors; n++) {
1733                 /*
1734                  * Initialize the targets array by finding the first n columns
1735                  * that contain no error.
1736                  *
1737                  * If there were no data errors, we need to ensure that we're
1738                  * always explicitly attempting to reconstruct at least one
1739                  * data column. To do this, we simply push the highest target
1740                  * up into the data columns.
1741                  */
1742                 for (c = 0, i = 0; i < n; i++) {
1743                         if (i == n - 1 && data_errors == 0 &&
1744                             c < rm->rm_firstdatacol) {
1745                                 c = rm->rm_firstdatacol;
1746                         }
1747
1748                         while (rm->rm_col[c].rc_error != 0) {
1749                                 c++;
1750                                 ASSERT3S(c, <, rm->rm_cols);
1751                         }
1752
1753                         tgts[i] = c++;
1754                 }
1755
1756                 /*
1757                  * Setting tgts[n] simplifies the other edge condition.
1758                  */
1759                 tgts[n] = rm->rm_cols;
1760
1761                 /*
1762                  * These buffers were allocated in previous iterations.
1763                  */
1764                 for (i = 0; i < n - 1; i++) {
1765                         ASSERT(orig[i] != NULL);
1766                 }
1767
1768                 orig[n - 1] = zio_buf_alloc(rm->rm_col[0].rc_size);
1769
1770                 curr = 0;
1771                 next = tgts[curr];
1772
1773                 while (curr != n) {
1774                         tgts[curr] = next;
1775                         curr = 0;
1776
1777                         /*
1778                          * Save off the original data that we're going to
1779                          * attempt to reconstruct.
1780                          */
1781                         for (i = 0; i < n; i++) {
1782                                 ASSERT(orig[i] != NULL);
1783                                 c = tgts[i];
1784                                 ASSERT3S(c, >=, 0);
1785                                 ASSERT3S(c, <, rm->rm_cols);
1786                                 rc = &rm->rm_col[c];
1787                                 bcopy(rc->rc_data, orig[i], rc->rc_size);
1788                         }
1789
1790                         /*
1791                          * Attempt a reconstruction and exit the outer loop on
1792                          * success.
1793                          */
1794                         code = vdev_raidz_reconstruct(rm, tgts, n);
1795                         if (raidz_checksum_verify(zio) == 0) {
1796                                 atomic_inc_64(&raidz_corrected[code]);
1797
1798                                 for (i = 0; i < n; i++) {
1799                                         c = tgts[i];
1800                                         rc = &rm->rm_col[c];
1801                                         ASSERT(rc->rc_error == 0);
1802                                         if (rc->rc_tried)
1803                                                 raidz_checksum_error(zio, rc,
1804                                                     orig[i]);
1805                                         rc->rc_error = ECKSUM;
1806                                 }
1807
1808                                 ret = code;
1809                                 goto done;
1810                         }
1811
1812                         /*
1813                          * Restore the original data.
1814                          */
1815                         for (i = 0; i < n; i++) {
1816                                 c = tgts[i];
1817                                 rc = &rm->rm_col[c];
1818                                 bcopy(orig[i], rc->rc_data, rc->rc_size);
1819                         }
1820
1821                         do {
1822                                 /*
1823                                  * Find the next valid column after the curr
1824                                  * position..
1825                                  */
1826                                 for (next = tgts[curr] + 1;
1827                                     next < rm->rm_cols &&
1828                                     rm->rm_col[next].rc_error != 0; next++)
1829                                         continue;
1830
1831                                 ASSERT(next <= tgts[curr + 1]);
1832
1833                                 /*
1834                                  * If that spot is available, we're done here.
1835                                  */
1836                                 if (next != tgts[curr + 1])
1837                                         break;
1838
1839                                 /*
1840                                  * Otherwise, find the next valid column after
1841                                  * the previous position.
1842                                  */
1843                                 for (c = tgts[curr - 1] + 1;
1844                                     rm->rm_col[c].rc_error != 0; c++)
1845                                         continue;
1846
1847                                 tgts[curr] = c;
1848                                 curr++;
1849
1850                         } while (curr != n);
1851                 }
1852         }
1853         n--;
1854 done:
1855         for (i = 0; i < n; i++) {
1856                 zio_buf_free(orig[i], rm->rm_col[0].rc_size);
1857         }
1858
1859         return (ret);
1860 }
1861
1862 static void
1863 vdev_raidz_io_done(zio_t *zio)
1864 {
1865         vdev_t *vd = zio->io_vd;
1866         vdev_t *cvd;
1867         raidz_map_t *rm = zio->io_vsd;
1868         raidz_col_t *rc = NULL;
1869         int unexpected_errors = 0;
1870         int parity_errors = 0;
1871         int parity_untried = 0;
1872         int data_errors = 0;
1873         int total_errors = 0;
1874         int n, c;
1875         int tgts[VDEV_RAIDZ_MAXPARITY];
1876         int code;
1877
1878         ASSERT(zio->io_bp != NULL);  /* XXX need to add code to enforce this */
1879
1880         ASSERT(rm->rm_missingparity <= rm->rm_firstdatacol);
1881         ASSERT(rm->rm_missingdata <= rm->rm_cols - rm->rm_firstdatacol);
1882
1883         for (c = 0; c < rm->rm_cols; c++) {
1884                 rc = &rm->rm_col[c];
1885
1886                 if (rc->rc_error) {
1887                         ASSERT(rc->rc_error != ECKSUM); /* child has no bp */
1888
1889                         if (c < rm->rm_firstdatacol)
1890                                 parity_errors++;
1891                         else
1892                                 data_errors++;
1893
1894                         if (!rc->rc_skipped)
1895                                 unexpected_errors++;
1896
1897                         total_errors++;
1898                 } else if (c < rm->rm_firstdatacol && !rc->rc_tried) {
1899                         parity_untried++;
1900                 }
1901         }
1902
1903         if (zio->io_type == ZIO_TYPE_WRITE) {
1904                 /*
1905                  * XXX -- for now, treat partial writes as a success.
1906                  * (If we couldn't write enough columns to reconstruct
1907                  * the data, the I/O failed.  Otherwise, good enough.)
1908                  *
1909                  * Now that we support write reallocation, it would be better
1910                  * to treat partial failure as real failure unless there are
1911                  * no non-degraded top-level vdevs left, and not update DTLs
1912                  * if we intend to reallocate.
1913                  */
1914                 /* XXPOLICY */
1915                 if (total_errors > rm->rm_firstdatacol)
1916                         zio->io_error = vdev_raidz_worst_error(rm);
1917
1918                 return;
1919         }
1920
1921         ASSERT(zio->io_type == ZIO_TYPE_READ);
1922         /*
1923          * There are three potential phases for a read:
1924          *      1. produce valid data from the columns read
1925          *      2. read all disks and try again
1926          *      3. perform combinatorial reconstruction
1927          *
1928          * Each phase is progressively both more expensive and less likely to
1929          * occur. If we encounter more errors than we can repair or all phases
1930          * fail, we have no choice but to return an error.
1931          */
1932
1933         /*
1934          * If the number of errors we saw was correctable -- less than or equal
1935          * to the number of parity disks read -- attempt to produce data that
1936          * has a valid checksum. Naturally, this case applies in the absence of
1937          * any errors.
1938          */
1939         if (total_errors <= rm->rm_firstdatacol - parity_untried) {
1940                 if (data_errors == 0) {
1941                         if (raidz_checksum_verify(zio) == 0) {
1942                                 /*
1943                                  * If we read parity information (unnecessarily
1944                                  * as it happens since no reconstruction was
1945                                  * needed) regenerate and verify the parity.
1946                                  * We also regenerate parity when resilvering
1947                                  * so we can write it out to the failed device
1948                                  * later.
1949                                  */
1950                                 if (parity_errors + parity_untried <
1951                                     rm->rm_firstdatacol ||
1952                                     (zio->io_flags & ZIO_FLAG_RESILVER)) {
1953                                         n = raidz_parity_verify(zio, rm);
1954                                         unexpected_errors += n;
1955                                         ASSERT(parity_errors + n <=
1956                                             rm->rm_firstdatacol);
1957                                 }
1958                                 goto done;
1959                         }
1960                 } else {
1961                         /*
1962                          * We either attempt to read all the parity columns or
1963                          * none of them. If we didn't try to read parity, we
1964                          * wouldn't be here in the correctable case. There must
1965                          * also have been fewer parity errors than parity
1966                          * columns or, again, we wouldn't be in this code path.
1967                          */
1968                         ASSERT(parity_untried == 0);
1969                         ASSERT(parity_errors < rm->rm_firstdatacol);
1970
1971                         /*
1972                          * Identify the data columns that reported an error.
1973                          */
1974                         n = 0;
1975                         for (c = rm->rm_firstdatacol; c < rm->rm_cols; c++) {
1976                                 rc = &rm->rm_col[c];
1977                                 if (rc->rc_error != 0) {
1978                                         ASSERT(n < VDEV_RAIDZ_MAXPARITY);
1979                                         tgts[n++] = c;
1980                                 }
1981                         }
1982
1983                         ASSERT(rm->rm_firstdatacol >= n);
1984
1985                         code = vdev_raidz_reconstruct(rm, tgts, n);
1986
1987                         if (raidz_checksum_verify(zio) == 0) {
1988                                 atomic_inc_64(&raidz_corrected[code]);
1989
1990                                 /*
1991                                  * If we read more parity disks than were used
1992                                  * for reconstruction, confirm that the other
1993                                  * parity disks produced correct data. This
1994                                  * routine is suboptimal in that it regenerates
1995                                  * the parity that we already used in addition
1996                                  * to the parity that we're attempting to
1997                                  * verify, but this should be a relatively
1998                                  * uncommon case, and can be optimized if it
1999                                  * becomes a problem. Note that we regenerate
2000                                  * parity when resilvering so we can write it
2001                                  * out to failed devices later.
2002                                  */
2003                                 if (parity_errors < rm->rm_firstdatacol - n ||
2004                                     (zio->io_flags & ZIO_FLAG_RESILVER)) {
2005                                         n = raidz_parity_verify(zio, rm);
2006                                         unexpected_errors += n;
2007                                         ASSERT(parity_errors + n <=
2008                                             rm->rm_firstdatacol);
2009                                 }
2010
2011                                 goto done;
2012                         }
2013                 }
2014         }
2015
2016         /*
2017          * This isn't a typical situation -- either we got a read error or
2018          * a child silently returned bad data. Read every block so we can
2019          * try again with as much data and parity as we can track down. If
2020          * we've already been through once before, all children will be marked
2021          * as tried so we'll proceed to combinatorial reconstruction.
2022          */
2023         unexpected_errors = 1;
2024         rm->rm_missingdata = 0;
2025         rm->rm_missingparity = 0;
2026
2027         for (c = 0; c < rm->rm_cols; c++) {
2028                 if (rm->rm_col[c].rc_tried)
2029                         continue;
2030
2031                 zio_vdev_io_redone(zio);
2032                 do {
2033                         rc = &rm->rm_col[c];
2034                         if (rc->rc_tried)
2035                                 continue;
2036                         zio_nowait(zio_vdev_child_io(zio, NULL,
2037                             vd->vdev_child[rc->rc_devidx],
2038                             rc->rc_offset, rc->rc_data, rc->rc_size,
2039                             zio->io_type, zio->io_priority, 0,
2040                             vdev_raidz_child_done, rc));
2041                 } while (++c < rm->rm_cols);
2042
2043                 return;
2044         }
2045
2046         /*
2047          * At this point we've attempted to reconstruct the data given the
2048          * errors we detected, and we've attempted to read all columns. There
2049          * must, therefore, be one or more additional problems -- silent errors
2050          * resulting in invalid data rather than explicit I/O errors resulting
2051          * in absent data. We check if there is enough additional data to
2052          * possibly reconstruct the data and then perform combinatorial
2053          * reconstruction over all possible combinations. If that fails,
2054          * we're cooked.
2055          */
2056         if (total_errors > rm->rm_firstdatacol) {
2057                 zio->io_error = vdev_raidz_worst_error(rm);
2058
2059         } else if (total_errors < rm->rm_firstdatacol &&
2060             (code = vdev_raidz_combrec(zio, total_errors, data_errors)) != 0) {
2061                 /*
2062                  * If we didn't use all the available parity for the
2063                  * combinatorial reconstruction, verify that the remaining
2064                  * parity is correct.
2065                  */
2066                 if (code != (1 << rm->rm_firstdatacol) - 1)
2067                         (void) raidz_parity_verify(zio, rm);
2068         } else {
2069                 /*
2070                  * We're here because either:
2071                  *
2072                  *      total_errors == rm_first_datacol, or
2073                  *      vdev_raidz_combrec() failed
2074                  *
2075                  * In either case, there is enough bad data to prevent
2076                  * reconstruction.
2077                  *
2078                  * Start checksum ereports for all children which haven't
2079                  * failed, and the IO wasn't speculative.
2080                  */
2081                 zio->io_error = ECKSUM;
2082
2083                 if (!(zio->io_flags & ZIO_FLAG_SPECULATIVE)) {
2084                         for (c = 0; c < rm->rm_cols; c++) {
2085                                 rc = &rm->rm_col[c];
2086                                 if (rc->rc_error == 0) {
2087                                         zio_bad_cksum_t zbc;
2088                                         zbc.zbc_has_cksum = 0;
2089                                         zbc.zbc_injected =
2090                                             rm->rm_ecksuminjected;
2091
2092                                         zfs_ereport_start_checksum(
2093                                             zio->io_spa,
2094                                             vd->vdev_child[rc->rc_devidx],
2095                                             zio, rc->rc_offset, rc->rc_size,
2096                                             (void *)(uintptr_t)c, &zbc);
2097                                 }
2098                         }
2099                 }
2100         }
2101
2102 done:
2103         zio_checksum_verified(zio);
2104
2105         if (zio->io_error == 0 && spa_writeable(zio->io_spa) &&
2106             (unexpected_errors || (zio->io_flags & ZIO_FLAG_RESILVER))) {
2107                 /*
2108                  * Use the good data we have in hand to repair damaged children.
2109                  */
2110                 for (c = 0; c < rm->rm_cols; c++) {
2111                         rc = &rm->rm_col[c];
2112                         cvd = vd->vdev_child[rc->rc_devidx];
2113
2114                         if (rc->rc_error == 0)
2115                                 continue;
2116
2117                         zio_nowait(zio_vdev_child_io(zio, NULL, cvd,
2118                             rc->rc_offset, rc->rc_data, rc->rc_size,
2119                             ZIO_TYPE_WRITE, zio->io_priority,
2120                             ZIO_FLAG_IO_REPAIR | (unexpected_errors ?
2121                             ZIO_FLAG_SELF_HEAL : 0), NULL, NULL));
2122                 }
2123         }
2124 }
2125
2126 static void
2127 vdev_raidz_state_change(vdev_t *vd, int faulted, int degraded)
2128 {
2129         if (faulted > vd->vdev_nparity)
2130                 vdev_set_state(vd, B_FALSE, VDEV_STATE_CANT_OPEN,
2131                     VDEV_AUX_NO_REPLICAS);
2132         else if (degraded + faulted != 0)
2133                 vdev_set_state(vd, B_FALSE, VDEV_STATE_DEGRADED, VDEV_AUX_NONE);
2134         else
2135                 vdev_set_state(vd, B_FALSE, VDEV_STATE_HEALTHY, VDEV_AUX_NONE);
2136 }
2137
2138 vdev_ops_t vdev_raidz_ops = {
2139         vdev_raidz_open,
2140         vdev_raidz_close,
2141         vdev_raidz_asize,
2142         vdev_raidz_io_start,
2143         vdev_raidz_io_done,
2144         vdev_raidz_state_change,
2145         NULL,
2146         NULL,
2147         VDEV_TYPE_RAIDZ,        /* name of this vdev type */
2148         B_FALSE                 /* not a leaf vdev */
2149 };