24ff18fc3691d1aa5208ba60f1a1850a4dff8805
[zfs.git] / module / zfs / zfeature.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) 2012 by Delphix. All rights reserved.
24  */
25
26 #include <sys/zfs_context.h>
27 #include <sys/zfeature.h>
28 #include <sys/dmu.h>
29 #include <sys/nvpair.h>
30 #include <sys/zap.h>
31 #include <sys/dmu_tx.h>
32 #include "zfeature_common.h"
33 #include <sys/spa_impl.h>
34
35 /*
36  * ZFS Feature Flags
37  * -----------------
38  *
39  * ZFS feature flags are used to provide fine-grained versioning to the ZFS
40  * on-disk format. Once enabled on a pool feature flags replace the old
41  * spa_version() number.
42  *
43  * Each new on-disk format change will be given a uniquely identifying string
44  * guid rather than a version number. This avoids the problem of different
45  * organizations creating new on-disk formats with the same version number. To
46  * keep feature guids unique they should consist of the reverse dns name of the
47  * organization which implemented the feature and a short name for the feature,
48  * separated by a colon (e.g. com.delphix:async_destroy).
49  *
50  * Reference Counts
51  * ----------------
52  *
53  * Within each pool features can be in one of three states: disabled, enabled,
54  * or active. These states are differentiated by a reference count stored on
55  * disk for each feature:
56  *
57  *   1) If there is no reference count stored on disk the feature is disabled.
58  *   2) If the reference count is 0 a system administrator has enabled the
59  *      feature, but the feature has not been used yet, so no on-disk
60  *      format changes have been made.
61  *   3) If the reference count is greater than 0 the feature is active.
62  *      The format changes required by the feature are currently on disk.
63  *      Note that if the feature's format changes are reversed the feature
64  *      may choose to set its reference count back to 0.
65  *
66  * Feature flags makes no differentiation between non-zero reference counts
67  * for an active feature (e.g. a reference count of 1 means the same thing as a
68  * reference count of 27834721), but feature implementations may choose to use
69  * the reference count to store meaningful information. For example, a new RAID
70  * implementation might set the reference count to the number of vdevs using
71  * it. If all those disks are removed from the pool the feature goes back to
72  * having a reference count of 0.
73  *
74  * It is the responsibility of the individual features to maintain a non-zero
75  * reference count as long as the feature's format changes are present on disk.
76  *
77  * Dependencies
78  * ------------
79  *
80  * Each feature may depend on other features. The only effect of this
81  * relationship is that when a feature is enabled all of its dependencies are
82  * automatically enabled as well. Any future work to support disabling of
83  * features would need to ensure that features cannot be disabled if other
84  * enabled features depend on them.
85  *
86  * On-disk Format
87  * --------------
88  *
89  * When feature flags are enabled spa_version() is set to SPA_VERSION_FEATURES
90  * (5000). In order for this to work the pool is automatically upgraded to
91  * SPA_VERSION_BEFORE_FEATURES (28) first, so all pre-feature flags on disk
92  * format changes will be in use.
93  *
94  * Information about features is stored in 3 ZAP objects in the pool's MOS.
95  * These objects are linked to by the following names in the pool directory
96  * object:
97  *
98  * 1) features_for_read: feature guid -> reference count
99  *    Features needed to open the pool for reading.
100  * 2) features_for_write: feature guid -> reference count
101  *    Features needed to open the pool for writing.
102  * 3) feature_descriptions: feature guid -> descriptive string
103  *    A human readable string.
104  *
105  * All enabled features appear in either features_for_read or
106  * features_for_write, but not both.
107  *
108  * To open a pool in read-only mode only the features listed in
109  * features_for_read need to be supported.
110  *
111  * To open the pool in read-write mode features in both features_for_read and
112  * features_for_write need to be supported.
113  *
114  * Some features may be required to read the ZAP objects containing feature
115  * information. To allow software to check for compatibility with these features
116  * before the pool is opened their names must be stored in the label in a
117  * new "features_for_read" entry (note that features that are only required
118  * to write to a pool never need to be stored in the label since the
119  * features_for_write ZAP object can be read before the pool is written to).
120  * To save space in the label features must be explicitly marked as needing to
121  * be written to the label. Also, reference counts are not stored in the label,
122  * instead any feature whose reference count drops to 0 is removed from the
123  * label.
124  *
125  * Adding New Features
126  * -------------------
127  *
128  * Features must be registered in zpool_feature_init() function in
129  * zfeature_common.c using the zfeature_register() function. This function
130  * has arguments to specify if the feature should be stored in the
131  * features_for_read or features_for_write ZAP object and if it needs to be
132  * written to the label when active.
133  *
134  * Once a feature is registered it will appear as a "feature@<feature name>"
135  * property which can be set by an administrator. Feature implementors should
136  * use the spa_feature_is_enabled() and spa_feature_is_active() functions to
137  * query the state of a feature and the spa_feature_incr() and
138  * spa_feature_decr() functions to change an enabled feature's reference count.
139  * Reference counts may only be updated in the syncing context.
140  *
141  * Features may not perform enable-time initialization. Instead, any such
142  * initialization should occur when the feature is first used. This design
143  * enforces that on-disk changes be made only when features are used. Code
144  * should only check if a feature is enabled using spa_feature_is_enabled(),
145  * not by relying on any feature specific metadata existing. If a feature is
146  * enabled, but the feature's metadata is not on disk yet then it should be
147  * created as needed.
148  *
149  * As an example, consider the com.delphix:async_destroy feature. This feature
150  * relies on the existence of a bptree in the MOS that store blocks for
151  * asynchronous freeing. This bptree is not created when async_destroy is
152  * enabled. Instead, when a dataset is destroyed spa_feature_is_enabled() is
153  * called to check if async_destroy is enabled. If it is and the bptree object
154  * does not exist yet, the bptree object is created as part of the dataset
155  * destroy and async_destroy's reference count is incremented to indicate it
156  * has made an on-disk format change. Later, after the destroyed dataset's
157  * blocks have all been asynchronously freed there is no longer any use for the
158  * bptree object, so it is destroyed and async_destroy's reference count is
159  * decremented back to 0 to indicate that it has undone its on-disk format
160  * changes.
161  */
162
163 typedef enum {
164         FEATURE_ACTION_ENABLE,
165         FEATURE_ACTION_INCR,
166         FEATURE_ACTION_DECR,
167 } feature_action_t;
168
169 /*
170  * Checks that the features active in the specified object are supported by
171  * this software.  Adds each unsupported feature (name -> description) to
172  * the supplied nvlist.
173  */
174 boolean_t
175 feature_is_supported(objset_t *os, uint64_t obj, uint64_t desc_obj,
176     nvlist_t *unsup_feat, nvlist_t *enabled_feat)
177 {
178         boolean_t supported;
179         zap_cursor_t *zc;
180         zap_attribute_t *za;
181         char *buf;
182
183         zc = kmem_alloc(sizeof(zap_cursor_t), KM_SLEEP);
184         za = kmem_alloc(sizeof(zap_attribute_t), KM_SLEEP);
185         buf = kmem_alloc(MAXPATHLEN, KM_SLEEP);
186
187         supported = B_TRUE;
188         for (zap_cursor_init(zc, os, obj);
189             zap_cursor_retrieve(zc, za) == 0;
190             zap_cursor_advance(zc)) {
191                 ASSERT(za->za_integer_length == sizeof (uint64_t) &&
192                     za->za_num_integers == 1);
193
194                 if (NULL != enabled_feat) {
195                         fnvlist_add_uint64(enabled_feat, za->za_name,
196                             za->za_first_integer);
197                 }
198
199                 if (za->za_first_integer != 0 &&
200                     !zfeature_is_supported(za->za_name)) {
201                         supported = B_FALSE;
202
203                         if (NULL != unsup_feat) {
204                                 char *desc = "";
205
206                                 if (zap_lookup(os, desc_obj, za->za_name,
207                                     1, sizeof (buf), buf) == 0)
208                                         desc = buf;
209
210                                 VERIFY(nvlist_add_string(unsup_feat,
211                                     za->za_name, desc) == 0);
212                         }
213                 }
214         }
215         zap_cursor_fini(zc);
216
217         kmem_free(buf, MAXPATHLEN);
218         kmem_free(za, sizeof(zap_attribute_t));
219         kmem_free(zc, sizeof(zap_cursor_t));
220
221         return (supported);
222 }
223
224 static int
225 feature_get_refcount(objset_t *os, uint64_t read_obj, uint64_t write_obj,
226     zfeature_info_t *feature, uint64_t *res)
227 {
228         int err;
229         uint64_t refcount;
230         uint64_t zapobj = feature->fi_can_readonly ? write_obj : read_obj;
231
232         ASSERT(0 != zapobj);
233
234         err = zap_lookup(os, zapobj, feature->fi_guid, sizeof (uint64_t), 1,
235             &refcount);
236         if (err != 0) {
237                 if (err == ENOENT)
238                         return (ENOTSUP);
239                 else
240                         return (err);
241         }
242         *res = refcount;
243         return (0);
244 }
245
246 static int
247 feature_do_action(objset_t *os, uint64_t read_obj, uint64_t write_obj,
248     uint64_t desc_obj, zfeature_info_t *feature, feature_action_t action,
249     dmu_tx_t *tx)
250 {
251         int error;
252         uint64_t refcount;
253         uint64_t zapobj = feature->fi_can_readonly ? write_obj : read_obj;
254
255         ASSERT(0 != zapobj);
256         ASSERT(zfeature_is_valid_guid(feature->fi_guid));
257
258         error = zap_lookup(os, zapobj, feature->fi_guid,
259             sizeof (uint64_t), 1, &refcount);
260
261         /*
262          * If we can't ascertain the status of the specified feature, an I/O
263          * error occurred.
264          */
265         if (error != 0 && error != ENOENT)
266                 return (error);
267
268         switch (action) {
269         case FEATURE_ACTION_ENABLE:
270                 /*
271                  * If the feature is already enabled, ignore the request.
272                  */
273                 if (error == 0)
274                         return (0);
275                 refcount = 0;
276                 break;
277         case FEATURE_ACTION_INCR:
278                 if (error == ENOENT)
279                         return (ENOTSUP);
280                 if (refcount == UINT64_MAX)
281                         return (EOVERFLOW);
282                 refcount++;
283                 break;
284         case FEATURE_ACTION_DECR:
285                 if (error == ENOENT)
286                         return (ENOTSUP);
287                 if (refcount == 0)
288                         return (EOVERFLOW);
289                 refcount--;
290                 break;
291         default:
292                 ASSERT(0);
293                 break;
294         }
295
296         if (action == FEATURE_ACTION_ENABLE) {
297                 int i;
298
299                 for (i = 0; feature->fi_depends[i] != NULL; i++) {
300                         zfeature_info_t *dep = feature->fi_depends[i];
301
302                         error = feature_do_action(os, read_obj, write_obj,
303                             desc_obj, dep, FEATURE_ACTION_ENABLE, tx);
304                         if (error != 0)
305                                 return (error);
306                 }
307         }
308
309         error = zap_update(os, zapobj, feature->fi_guid,
310             sizeof (uint64_t), 1, &refcount, tx);
311         if (error != 0)
312                 return (error);
313
314         if (action == FEATURE_ACTION_ENABLE) {
315                 error = zap_update(os, desc_obj,
316                     feature->fi_guid, 1, strlen(feature->fi_desc) + 1,
317                     feature->fi_desc, tx);
318                 if (error != 0)
319                         return (error);
320         }
321
322         if (action == FEATURE_ACTION_INCR && refcount == 1 && feature->fi_mos) {
323                 spa_activate_mos_feature(dmu_objset_spa(os), feature->fi_guid);
324         }
325
326         if (action == FEATURE_ACTION_DECR && refcount == 0) {
327                 spa_deactivate_mos_feature(dmu_objset_spa(os),
328                     feature->fi_guid);
329         }
330
331         return (0);
332 }
333
334 void
335 spa_feature_create_zap_objects(spa_t *spa, dmu_tx_t *tx)
336 {
337         /*
338          * We create feature flags ZAP objects in two instances: during pool
339          * creation and during pool upgrade.
340          */
341         ASSERT(dsl_pool_sync_context(spa_get_dsl(spa)) || (!spa->spa_sync_on &&
342             tx->tx_txg == TXG_INITIAL));
343
344         spa->spa_feat_for_read_obj = zap_create_link(spa->spa_meta_objset,
345             DMU_OTN_ZAP_METADATA, DMU_POOL_DIRECTORY_OBJECT,
346             DMU_POOL_FEATURES_FOR_READ, tx);
347         spa->spa_feat_for_write_obj = zap_create_link(spa->spa_meta_objset,
348             DMU_OTN_ZAP_METADATA, DMU_POOL_DIRECTORY_OBJECT,
349             DMU_POOL_FEATURES_FOR_WRITE, tx);
350         spa->spa_feat_desc_obj = zap_create_link(spa->spa_meta_objset,
351             DMU_OTN_ZAP_METADATA, DMU_POOL_DIRECTORY_OBJECT,
352             DMU_POOL_FEATURE_DESCRIPTIONS, tx);
353 }
354
355 /*
356  * Enable any required dependencies, then enable the requested feature.
357  */
358 void
359 spa_feature_enable(spa_t *spa, zfeature_info_t *feature, dmu_tx_t *tx)
360 {
361         ASSERT3U(spa_version(spa), >=, SPA_VERSION_FEATURES);
362         VERIFY3U(0, ==, feature_do_action(spa->spa_meta_objset,
363             spa->spa_feat_for_read_obj, spa->spa_feat_for_write_obj,
364             spa->spa_feat_desc_obj, feature, FEATURE_ACTION_ENABLE, tx));
365 }
366
367 /*
368  * If the specified feature has not yet been enabled, this function returns
369  * ENOTSUP; otherwise, this function increments the feature's refcount (or
370  * returns EOVERFLOW if the refcount cannot be incremented). This function must
371  * be called from syncing context.
372  */
373 void
374 spa_feature_incr(spa_t *spa, zfeature_info_t *feature, dmu_tx_t *tx)
375 {
376         ASSERT3U(spa_version(spa), >=, SPA_VERSION_FEATURES);
377         VERIFY3U(0, ==, feature_do_action(spa->spa_meta_objset,
378             spa->spa_feat_for_read_obj, spa->spa_feat_for_write_obj,
379             spa->spa_feat_desc_obj, feature, FEATURE_ACTION_INCR, tx));
380 }
381
382 /*
383  * If the specified feature has not yet been enabled, this function returns
384  * ENOTSUP; otherwise, this function decrements the feature's refcount (or
385  * returns EOVERFLOW if the refcount is already 0). This function must
386  * be called from syncing context.
387  */
388 void
389 spa_feature_decr(spa_t *spa, zfeature_info_t *feature, dmu_tx_t *tx)
390 {
391         ASSERT3U(spa_version(spa), >=, SPA_VERSION_FEATURES);
392         VERIFY3U(0, ==, feature_do_action(spa->spa_meta_objset,
393             spa->spa_feat_for_read_obj, spa->spa_feat_for_write_obj,
394             spa->spa_feat_desc_obj, feature, FEATURE_ACTION_DECR, tx));
395 }
396
397 boolean_t
398 spa_feature_is_enabled(spa_t *spa, zfeature_info_t *feature)
399 {
400         int err;
401         uint64_t refcount = 0;
402
403         if (spa_version(spa) < SPA_VERSION_FEATURES)
404                 return (B_FALSE);
405
406         err = feature_get_refcount(spa->spa_meta_objset,
407             spa->spa_feat_for_read_obj, spa->spa_feat_for_write_obj,
408             feature, &refcount);
409         ASSERT(err == 0 || err == ENOTSUP);
410         return (err == 0);
411 }
412
413 boolean_t
414 spa_feature_is_active(spa_t *spa, zfeature_info_t *feature)
415 {
416         int err;
417         uint64_t refcount = 0;
418
419         if (spa_version(spa) < SPA_VERSION_FEATURES)
420                 return (B_FALSE);
421
422         err = feature_get_refcount(spa->spa_meta_objset,
423             spa->spa_feat_for_read_obj, spa->spa_feat_for_write_obj,
424             feature, &refcount);
425         ASSERT(err == 0 || err == ENOTSUP);
426         return (err == 0 && refcount > 0);
427 }