module/zfs/zio.c

   1 /*
   2  * CDDL HEADER START
   3  *
   4  * The contents of this file are subject to the terms of the
   5  * Common Development and Distribution License (the "License").
   6  * You may not use this file except in compliance with the License.
   7  *
   8  * You can obtain a copy of the license at usr/src/OPENSOLARIS.LICENSE
   9  * or http://www.opensolaris.org/os/licensing.
  10  * See the License for the specific language governing permissions
  11  * and limitations under the License.
  12  *
  13  * When distributing Covered Code, include this CDDL HEADER in each
  14  * file and include the License file at usr/src/OPENSOLARIS.LICENSE.
  15  * If applicable, add the following below this CDDL HEADER, with the
  16  * fields enclosed by brackets "[]" replaced with your own identifying
  17  * information: Portions Copyright [yyyy] [name of copyright owner]
  18  *
  19  * CDDL HEADER END
  20  */
  21 /*
  22  * Copyright 2008 Sun Microsystems, Inc.  All rights reserved.
  23  * Use is subject to license terms.
  24  */
  25
  26 #include <sys/zfs_context.h>
  27 #include <sys/fm/fs/zfs.h>
  28 #include <sys/spa.h>
  29 #include <sys/txg.h>
  30 #include <sys/spa_impl.h>
  31 #include <sys/vdev_impl.h>
  32 #include <sys/zio_impl.h>
  33 #include <sys/zio_compress.h>
  34 #include <sys/zio_checksum.h>
  35
  36 /*
  37  * ==========================================================================
  38  * I/O priority table
  39  * ==========================================================================
  40  */
  41 uint8_t zio_priority_table[ZIO_PRIORITY_TABLE_SIZE] = {
  42         0,      /* ZIO_PRIORITY_NOW             */
  43         0,      /* ZIO_PRIORITY_SYNC_READ       */
  44         0,      /* ZIO_PRIORITY_SYNC_WRITE      */
  45         6,      /* ZIO_PRIORITY_ASYNC_READ      */
  46         4,      /* ZIO_PRIORITY_ASYNC_WRITE     */
  47         4,      /* ZIO_PRIORITY_FREE            */
  48         0,      /* ZIO_PRIORITY_CACHE_FILL      */
  49         0,      /* ZIO_PRIORITY_LOG_WRITE       */
  50         10,     /* ZIO_PRIORITY_RESILVER        */
  51         20,     /* ZIO_PRIORITY_SCRUB           */
  52 };
  53
  54 /*
  55  * ==========================================================================
  56  * I/O type descriptions
  57  * ==========================================================================
  58  */
  59 char *zio_type_name[ZIO_TYPES] = {
  60         "null", "read", "write", "free", "claim", "ioctl" };
  61
  62 #define SYNC_PASS_DEFERRED_FREE 1       /* defer frees after this pass */
  63 #define SYNC_PASS_DONT_COMPRESS 4       /* don't compress after this pass */
  64 #define SYNC_PASS_REWRITE       1       /* rewrite new bps after this pass */
  65
  66 /*
  67  * ==========================================================================
  68  * I/O kmem caches
  69  * ==========================================================================
  70  */
  71 kmem_cache_t *zio_cache;
  72 kmem_cache_t *zio_buf_cache[SPA_MAXBLOCKSIZE >> SPA_MINBLOCKSHIFT];
  73 kmem_cache_t *zio_data_buf_cache[SPA_MAXBLOCKSIZE >> SPA_MINBLOCKSHIFT];
  74
  75 #ifdef _KERNEL
  76 extern vmem_t *zio_alloc_arena;
  77 #endif
  78
  79 /*
  80  * An allocating zio is one that either currently has the DVA allocate
  81  * stage set or will have it later in its lifetime.
  82  */
  83 #define IO_IS_ALLOCATING(zio) \
  84         ((zio)->io_orig_pipeline & (1U << ZIO_STAGE_DVA_ALLOCATE))
  85
  86 void
  87 zio_init(void)
  88 {
  89         size_t c;
  90         vmem_t *data_alloc_arena = NULL;
  91
  92 #ifdef _KERNEL
  93         data_alloc_arena = zio_alloc_arena;
  94 #endif
  95         zio_cache = kmem_cache_create("zio_cache", sizeof (zio_t), 0,
  96             NULL, NULL, NULL, NULL, NULL, 0);
  97
  98         /*
  99          * For small buffers, we want a cache for each multiple of
 100          * SPA_MINBLOCKSIZE.  For medium-size buffers, we want a cache
 101          * for each quarter-power of 2.  For large buffers, we want
 102          * a cache for each multiple of PAGESIZE.
 103          */
 104         for (c = 0; c < SPA_MAXBLOCKSIZE >> SPA_MINBLOCKSHIFT; c++) {
 105                 size_t size = (c + 1) << SPA_MINBLOCKSHIFT;
 106                 size_t p2 = size;
 107                 size_t align = 0;
 108
 109                 while (p2 & (p2 - 1))
 110                         p2 &= p2 - 1;
 111
 112                 if (size <= 4 * SPA_MINBLOCKSIZE) {
 113                         align = SPA_MINBLOCKSIZE;
 114                 } else if (P2PHASE(size, PAGESIZE) == 0) {
 115                         align = PAGESIZE;
 116                 } else if (P2PHASE(size, p2 >> 2) == 0) {
 117                         align = p2 >> 2;
 118                 }
 119
 120                 if (align != 0) {
 121                         char name[36];
 122                         (void) sprintf(name, "zio_buf_%lu", (ulong_t)size);
 123                         zio_buf_cache[c] = kmem_cache_create(name, size,
 124                             align, NULL, NULL, NULL, NULL, NULL, KMC_NODEBUG);
 125
 126                         (void) sprintf(name, "zio_data_buf_%lu", (ulong_t)size);
 127                         zio_data_buf_cache[c] = kmem_cache_create(name, size,
 128                             align, NULL, NULL, NULL, NULL, data_alloc_arena,
 129                             KMC_NODEBUG);
 130                 }
 131         }
 132
 133         while (--c != 0) {
 134                 ASSERT(zio_buf_cache[c] != NULL);
 135                 if (zio_buf_cache[c - 1] == NULL)
 136                         zio_buf_cache[c - 1] = zio_buf_cache[c];
 137
 138                 ASSERT(zio_data_buf_cache[c] != NULL);
 139                 if (zio_data_buf_cache[c - 1] == NULL)
 140                         zio_data_buf_cache[c - 1] = zio_data_buf_cache[c];
 141         }
 142
 143         zio_inject_init();
 144 }
 145
 146 void
 147 zio_fini(void)
 148 {
 149         size_t c;
 150         kmem_cache_t *last_cache = NULL;
 151         kmem_cache_t *last_data_cache = NULL;
 152
 153         for (c = 0; c < SPA_MAXBLOCKSIZE >> SPA_MINBLOCKSHIFT; c++) {
 154                 if (zio_buf_cache[c] != last_cache) {
 155                         last_cache = zio_buf_cache[c];
 156                         kmem_cache_destroy(zio_buf_cache[c]);
 157                 }
 158                 zio_buf_cache[c] = NULL;
 159
 160                 if (zio_data_buf_cache[c] != last_data_cache) {
 161                         last_data_cache = zio_data_buf_cache[c];
 162                         kmem_cache_destroy(zio_data_buf_cache[c]);
 163                 }
 164                 zio_data_buf_cache[c] = NULL;
 165         }
 166
 167         kmem_cache_destroy(zio_cache);
 168
 169         zio_inject_fini();
 170 }
 171
 172 /*
 173  * ==========================================================================
 174  * Allocate and free I/O buffers
 175  * ==========================================================================
 176  */
 177
 178 /*
 179  * Use zio_buf_alloc to allocate ZFS metadata.  This data will appear in a
 180  * crashdump if the kernel panics, so use it judiciously.  Obviously, it's
 181  * useful to inspect ZFS metadata, but if possible, we should avoid keeping
 182  * excess / transient data in-core during a crashdump.
 183  */
 184 void *
 185 zio_buf_alloc(size_t size)
 186 {
 187         size_t c = (size - 1) >> SPA_MINBLOCKSHIFT;
 188
 189         ASSERT(c < SPA_MAXBLOCKSIZE >> SPA_MINBLOCKSHIFT);
 190
 191         return (kmem_cache_alloc(zio_buf_cache[c], KM_PUSHPAGE));
 192 }
 193
 194 /*
 195  * Use zio_data_buf_alloc to allocate data.  The data will not appear in a
 196  * crashdump if the kernel panics.  This exists so that we will limit the amount
 197  * of ZFS data that shows up in a kernel crashdump.  (Thus reducing the amount
 198  * of kernel heap dumped to disk when the kernel panics)
 199  */
 200 void *
 201 zio_data_buf_alloc(size_t size)
 202 {
 203         size_t c = (size - 1) >> SPA_MINBLOCKSHIFT;
 204
 205         ASSERT(c < SPA_MAXBLOCKSIZE >> SPA_MINBLOCKSHIFT);
 206
 207         return (kmem_cache_alloc(zio_data_buf_cache[c], KM_PUSHPAGE));
 208 }
 209
 210 void
 211 zio_buf_free(void *buf, size_t size)
 212 {
 213         size_t c = (size - 1) >> SPA_MINBLOCKSHIFT;
 214
 215         ASSERT(c < SPA_MAXBLOCKSIZE >> SPA_MINBLOCKSHIFT);
 216
 217         kmem_cache_free(zio_buf_cache[c], buf);
 218 }
 219
 220 void
 221 zio_data_buf_free(void *buf, size_t size)
 222 {
 223         size_t c = (size - 1) >> SPA_MINBLOCKSHIFT;
 224
 225         ASSERT(c < SPA_MAXBLOCKSIZE >> SPA_MINBLOCKSHIFT);
 226
 227         kmem_cache_free(zio_data_buf_cache[c], buf);
 228 }
 229
 230 /*
 231  * ==========================================================================
 232  * Push and pop I/O transform buffers
 233  * ==========================================================================
 234  */
 235 static void
 236 zio_push_transform(zio_t *zio, void *data, uint64_t size, uint64_t bufsize,
 237         zio_transform_func_t *transform)
 238 {
 239         zio_transform_t *zt = kmem_alloc(sizeof (zio_transform_t), KM_SLEEP);
 240
 241         zt->zt_orig_data = zio->io_data;
 242         zt->zt_orig_size = zio->io_size;
 243         zt->zt_bufsize = bufsize;
 244         zt->zt_transform = transform;
 245
 246         zt->zt_next = zio->io_transform_stack;
 247         zio->io_transform_stack = zt;
 248
 249         zio->io_data = data;
 250         zio->io_size = size;
 251 }
 252
 253 static void
 254 zio_pop_transforms(zio_t *zio)
 255 {
 256         zio_transform_t *zt;
 257
 258         while ((zt = zio->io_transform_stack) != NULL) {
 259                 if (zt->zt_transform != NULL)
 260                         zt->zt_transform(zio,
 261                             zt->zt_orig_data, zt->zt_orig_size);
 262
 263                 zio_buf_free(zio->io_data, zt->zt_bufsize);
 264
 265                 zio->io_data = zt->zt_orig_data;
 266                 zio->io_size = zt->zt_orig_size;
 267                 zio->io_transform_stack = zt->zt_next;
 268
 269                 kmem_free(zt, sizeof (zio_transform_t));
 270         }
 271 }
 272
 273 /*
 274  * ==========================================================================
 275  * I/O transform callbacks for subblocks and decompression
 276  * ==========================================================================
 277  */
 278 static void
 279 zio_subblock(zio_t *zio, void *data, uint64_t size)
 280 {
 281         ASSERT(zio->io_size > size);
 282
 283         if (zio->io_type == ZIO_TYPE_READ)
 284                 bcopy(zio->io_data, data, size);
 285 }
 286
 287 static void
 288 zio_decompress(zio_t *zio, void *data, uint64_t size)
 289 {
 290         if (zio->io_error == 0 &&
 291             zio_decompress_data(BP_GET_COMPRESS(zio->io_bp),
 292             zio->io_data, zio->io_size, data, size) != 0)
 293                 zio->io_error = EIO;
 294 }
 295
 296 /*
 297  * ==========================================================================
 298  * I/O parent/child relationships and pipeline interlocks
 299  * ==========================================================================
 300  */
 301
 302 static void
 303 zio_add_child(zio_t *pio, zio_t *zio)
 304 {
 305         mutex_enter(&pio->io_lock);
 306         if (zio->io_stage < ZIO_STAGE_READY)
 307                 pio->io_children[zio->io_child_type][ZIO_WAIT_READY]++;
 308         if (zio->io_stage < ZIO_STAGE_DONE)
 309                 pio->io_children[zio->io_child_type][ZIO_WAIT_DONE]++;
 310         zio->io_sibling_prev = NULL;
 311         zio->io_sibling_next = pio->io_child;
 312         if (pio->io_child != NULL)
 313                 pio->io_child->io_sibling_prev = zio;
 314         pio->io_child = zio;
 315         zio->io_parent = pio;
 316         mutex_exit(&pio->io_lock);
 317 }
 318
 319 static void
 320 zio_remove_child(zio_t *pio, zio_t *zio)
 321 {
 322         zio_t *next, *prev;
 323
 324         ASSERT(zio->io_parent == pio);
 325
 326         mutex_enter(&pio->io_lock);
 327         next = zio->io_sibling_next;
 328         prev = zio->io_sibling_prev;
 329         if (next != NULL)
 330                 next->io_sibling_prev = prev;
 331         if (prev != NULL)
 332                 prev->io_sibling_next = next;
 333         if (pio->io_child == zio)
 334                 pio->io_child = next;
 335         mutex_exit(&pio->io_lock);
 336 }
 337
 338 static boolean_t
 339 zio_wait_for_children(zio_t *zio, enum zio_child child, enum zio_wait_type wait)
 340 {
 341         uint64_t *countp = &zio->io_children[child][wait];
 342         boolean_t waiting = B_FALSE;
 343
 344         mutex_enter(&zio->io_lock);
 345         ASSERT(zio->io_stall == NULL);
 346         if (*countp != 0) {
 347                 zio->io_stage--;
 348                 zio->io_stall = countp;
 349                 waiting = B_TRUE;
 350         }
 351         mutex_exit(&zio->io_lock);
 352
 353         return (waiting);
 354 }
 355
 356 static void
 357 zio_notify_parent(zio_t *pio, zio_t *zio, enum zio_wait_type wait)
 358 {
 359         uint64_t *countp = &pio->io_children[zio->io_child_type][wait];
 360         int *errorp = &pio->io_child_error[zio->io_child_type];
 361
 362         mutex_enter(&pio->io_lock);
 363         if (zio->io_error && !(zio->io_flags & ZIO_FLAG_DONT_PROPAGATE))
 364                 *errorp = zio_worst_error(*errorp, zio->io_error);
 365         pio->io_reexecute |= zio->io_reexecute;
 366         ASSERT3U(*countp, >, 0);
 367         if (--*countp == 0 && pio->io_stall == countp) {
 368                 pio->io_stall = NULL;
 369                 mutex_exit(&pio->io_lock);
 370                 zio_execute(pio);
 371         } else {
 372                 mutex_exit(&pio->io_lock);
 373         }
 374 }
 375
 376 static void
 377 zio_inherit_child_errors(zio_t *zio, enum zio_child c)
 378 {
 379         if (zio->io_child_error[c] != 0 && zio->io_error == 0)
 380                 zio->io_error = zio->io_child_error[c];
 381 }
 382
 383 /*
 384  * ==========================================================================
 385  * Create the various types of I/O (read, write, free, etc)
 386  * ==========================================================================
 387  */
 388 static zio_t *
 389 zio_create(zio_t *pio, spa_t *spa, uint64_t txg, blkptr_t *bp,
 390     void *data, uint64_t size, zio_done_func_t *done, void *private,
 391     zio_type_t type, int priority, int flags, vdev_t *vd, uint64_t offset,
 392     const zbookmark_t *zb, uint8_t stage, uint32_t pipeline)
 393 {
 394         zio_t *zio;
 395
 396         ASSERT3U(size, <=, SPA_MAXBLOCKSIZE);
 397         ASSERT(P2PHASE(size, SPA_MINBLOCKSIZE) == 0);
 398         ASSERT(P2PHASE(offset, SPA_MINBLOCKSIZE) == 0);
 399
 400         ASSERT(!vd || spa_config_held(spa, SCL_STATE_ALL, RW_READER));
 401         ASSERT(!bp || !(flags & ZIO_FLAG_CONFIG_WRITER));
 402         ASSERT(vd || stage == ZIO_STAGE_OPEN);
 403
 404         zio = kmem_cache_alloc(zio_cache, KM_SLEEP);
 405         bzero(zio, sizeof (zio_t));
 406
 407         mutex_init(&zio->io_lock, NULL, MUTEX_DEFAULT, NULL);
 408         cv_init(&zio->io_cv, NULL, CV_DEFAULT, NULL);
 409
 410         if (vd != NULL)
 411                 zio->io_child_type = ZIO_CHILD_VDEV;
 412         else if (flags & ZIO_FLAG_GANG_CHILD)
 413                 zio->io_child_type = ZIO_CHILD_GANG;
 414         else
 415                 zio->io_child_type = ZIO_CHILD_LOGICAL;
 416
 417         if (bp != NULL) {
 418                 zio->io_bp = bp;
 419                 zio->io_bp_copy = *bp;
 420                 zio->io_bp_orig = *bp;
 421                 if (type != ZIO_TYPE_WRITE)
 422                         zio->io_bp = &zio->io_bp_copy;  /* so caller can free */
 423                 if (zio->io_child_type == ZIO_CHILD_LOGICAL) {
 424                         if (BP_IS_GANG(bp))
 425                                 pipeline |= ZIO_GANG_STAGES;
 426                         zio->io_logical = zio;
 427                 }
 428         }
 429
 430         zio->io_spa = spa;
 431         zio->io_txg = txg;
 432         zio->io_data = data;
 433         zio->io_size = size;
 434         zio->io_done = done;
 435         zio->io_private = private;
 436         zio->io_type = type;
 437         zio->io_priority = priority;
 438         zio->io_vd = vd;
 439         zio->io_offset = offset;
 440         zio->io_orig_flags = zio->io_flags = flags;
 441         zio->io_orig_stage = zio->io_stage = stage;
 442         zio->io_orig_pipeline = zio->io_pipeline = pipeline;
 443
 444         if (zb != NULL)
 445                 zio->io_bookmark = *zb;
 446
 447         if (pio != NULL) {
 448                 /*
 449                  * Logical I/Os can have logical, gang, or vdev children.
 450                  * Gang I/Os can have gang or vdev children.
 451                  * Vdev I/Os can only have vdev children.
 452                  * The following ASSERT captures all of these constraints.
 453                  */
 454                 ASSERT(zio->io_child_type <= pio->io_child_type);
 455                 if (zio->io_logical == NULL)
 456                         zio->io_logical = pio->io_logical;
 457                 zio_add_child(pio, zio);
 458         }
 459
 460         return (zio);
 461 }
 462
 463 static void
 464 zio_destroy(zio_t *zio)
 465 {
 466         spa_t *spa = zio->io_spa;
 467         uint8_t async_root = zio->io_async_root;
 468
 469         mutex_destroy(&zio->io_lock);
 470         cv_destroy(&zio->io_cv);
 471         kmem_cache_free(zio_cache, zio);
 472
 473         if (async_root) {
 474                 mutex_enter(&spa->spa_async_root_lock);
 475                 if (--spa->spa_async_root_count == 0)
 476                         cv_broadcast(&spa->spa_async_root_cv);
 477                 mutex_exit(&spa->spa_async_root_lock);
 478         }
 479 }
 480
 481 zio_t *
 482 zio_null(zio_t *pio, spa_t *spa, zio_done_func_t *done, void *private,
 483         int flags)
 484 {
 485         zio_t *zio;
 486
 487         zio = zio_create(pio, spa, 0, NULL, NULL, 0, done, private,
 488             ZIO_TYPE_NULL, ZIO_PRIORITY_NOW, flags, NULL, 0, NULL,
 489             ZIO_STAGE_OPEN, ZIO_INTERLOCK_PIPELINE);
 490
 491         return (zio);
 492 }
 493
 494 zio_t *
 495 zio_root(spa_t *spa, zio_done_func_t *done, void *private, int flags)
 496 {
 497         return (zio_null(NULL, spa, done, private, flags));
 498 }
 499
 500 zio_t *
 501 zio_read(zio_t *pio, spa_t *spa, const blkptr_t *bp,
 502     void *data, uint64_t size, zio_done_func_t *done, void *private,
 503     int priority, int flags, const zbookmark_t *zb)
 504 {
 505         zio_t *zio;
 506
 507         zio = zio_create(pio, spa, bp->blk_birth, (blkptr_t *)bp,
 508             data, size, done, private,
 509             ZIO_TYPE_READ, priority, flags, NULL, 0, zb,
 510             ZIO_STAGE_OPEN, ZIO_READ_PIPELINE);
 511
 512         return (zio);
 513 }
 514
 515 void
 516 zio_skip_write(zio_t *zio)
 517 {
 518         ASSERT(zio->io_type == ZIO_TYPE_WRITE);
 519         ASSERT(zio->io_stage == ZIO_STAGE_READY);
 520         ASSERT(!BP_IS_GANG(zio->io_bp));
 521
 522         zio->io_pipeline &= ~ZIO_VDEV_IO_STAGES;
 523 }
 524
 525 zio_t *
 526 zio_write(zio_t *pio, spa_t *spa, uint64_t txg, blkptr_t *bp,
 527     void *data, uint64_t size, zio_prop_t *zp,
 528     zio_done_func_t *ready, zio_done_func_t *done, void *private,
 529     int priority, int flags, const zbookmark_t *zb)
 530 {
 531         zio_t *zio;
 532
 533         ASSERT(zp->zp_checksum >= ZIO_CHECKSUM_OFF &&
 534             zp->zp_checksum < ZIO_CHECKSUM_FUNCTIONS &&
 535             zp->zp_compress >= ZIO_COMPRESS_OFF &&
 536             zp->zp_compress < ZIO_COMPRESS_FUNCTIONS &&
 537             zp->zp_type < DMU_OT_NUMTYPES &&
 538             zp->zp_level < 32 &&
 539             zp->zp_ndvas > 0 &&
 540             zp->zp_ndvas <= spa_max_replication(spa));
 541         ASSERT(ready != NULL);
 542
 543         zio = zio_create(pio, spa, txg, bp, data, size, done, private,
 544             ZIO_TYPE_WRITE, priority, flags, NULL, 0, zb,
 545             ZIO_STAGE_OPEN, ZIO_WRITE_PIPELINE);
 546
 547         zio->io_ready = ready;
 548         zio->io_prop = *zp;
 549
 550         return (zio);
 551 }
 552
 553 zio_t *
 554 zio_rewrite(zio_t *pio, spa_t *spa, uint64_t txg, blkptr_t *bp, void *data,
 555     uint64_t size, zio_done_func_t *done, void *private, int priority,
 556     int flags, zbookmark_t *zb)
 557 {
 558         zio_t *zio;
 559
 560         zio = zio_create(pio, spa, txg, bp, data, size, done, private,
 561             ZIO_TYPE_WRITE, priority, flags, NULL, 0, zb,
 562             ZIO_STAGE_OPEN, ZIO_REWRITE_PIPELINE);
 563
 564         return (zio);
 565 }
 566
 567 zio_t *
 568 zio_free(zio_t *pio, spa_t *spa, uint64_t txg, blkptr_t *bp,
 569     zio_done_func_t *done, void *private, int flags)
 570 {
 571         zio_t *zio;
 572
 573         ASSERT(!BP_IS_HOLE(bp));
 574
 575         if (bp->blk_fill == BLK_FILL_ALREADY_FREED)
 576                 return (zio_null(pio, spa, NULL, NULL, flags));
 577
 578         if (txg == spa->spa_syncing_txg &&
 579             spa_sync_pass(spa) > SYNC_PASS_DEFERRED_FREE) {
 580                 bplist_enqueue_deferred(&spa->spa_sync_bplist, bp);
 581                 return (zio_null(pio, spa, NULL, NULL, flags));
 582         }
 583
 584         zio = zio_create(pio, spa, txg, bp, NULL, BP_GET_PSIZE(bp),
 585             done, private, ZIO_TYPE_FREE, ZIO_PRIORITY_FREE, flags,
 586             NULL, 0, NULL, ZIO_STAGE_OPEN, ZIO_FREE_PIPELINE);
 587
 588         return (zio);
 589 }
 590
 591 zio_t *
 592 zio_claim(zio_t *pio, spa_t *spa, uint64_t txg, blkptr_t *bp,
 593     zio_done_func_t *done, void *private, int flags)
 594 {
 595         zio_t *zio;
 596
 597         /*
 598          * A claim is an allocation of a specific block.  Claims are needed
 599          * to support immediate writes in the intent log.  The issue is that
 600          * immediate writes contain committed data, but in a txg that was
 601          * *not* committed.  Upon opening the pool after an unclean shutdown,
 602          * the intent log claims all blocks that contain immediate write data
 603          * so that the SPA knows they're in use.
 604          *
 605          * All claims *must* be resolved in the first txg -- before the SPA
 606          * starts allocating blocks -- so that nothing is allocated twice.
 607          */
 608         ASSERT3U(spa->spa_uberblock.ub_rootbp.blk_birth, <, spa_first_txg(spa));
 609         ASSERT3U(spa_first_txg(spa), <=, txg);
 610
 611         zio = zio_create(pio, spa, txg, bp, NULL, BP_GET_PSIZE(bp),
 612             done, private, ZIO_TYPE_CLAIM, ZIO_PRIORITY_NOW, flags,
 613             NULL, 0, NULL, ZIO_STAGE_OPEN, ZIO_CLAIM_PIPELINE);
 614
 615         return (zio);
 616 }
 617
 618 zio_t *
 619 zio_ioctl(zio_t *pio, spa_t *spa, vdev_t *vd, int cmd,
 620     zio_done_func_t *done, void *private, int priority, int flags)
 621 {
 622         zio_t *zio;
 623         int c;
 624
 625         if (vd->vdev_children == 0) {
 626                 zio = zio_create(pio, spa, 0, NULL, NULL, 0, done, private,
 627                     ZIO_TYPE_IOCTL, priority, flags, vd, 0, NULL,
 628                     ZIO_STAGE_OPEN, ZIO_IOCTL_PIPELINE);
 629
 630                 zio->io_cmd = cmd;
 631         } else {
 632                 zio = zio_null(pio, spa, NULL, NULL, flags);
 633
 634                 for (c = 0; c < vd->vdev_children; c++)
 635                         zio_nowait(zio_ioctl(zio, spa, vd->vdev_child[c], cmd,
 636                             done, private, priority, flags));
 637         }
 638
 639         return (zio);
 640 }
 641
 642 zio_t *
 643 zio_read_phys(zio_t *pio, vdev_t *vd, uint64_t offset, uint64_t size,
 644     void *data, int checksum, zio_done_func_t *done, void *private,
 645     int priority, int flags, boolean_t labels)
 646 {
 647         zio_t *zio;
 648
 649         ASSERT(vd->vdev_children == 0);
 650         ASSERT(!labels || offset + size <= VDEV_LABEL_START_SIZE ||
 651             offset >= vd->vdev_psize - VDEV_LABEL_END_SIZE);
 652         ASSERT3U(offset + size, <=, vd->vdev_psize);
 653
 654         zio = zio_create(pio, vd->vdev_spa, 0, NULL, data, size, done, private,
 655             ZIO_TYPE_READ, priority, flags, vd, offset, NULL,
 656             ZIO_STAGE_OPEN, ZIO_READ_PHYS_PIPELINE);
 657
 658         zio->io_prop.zp_checksum = checksum;
 659
 660         return (zio);
 661 }
 662
 663 zio_t *
 664 zio_write_phys(zio_t *pio, vdev_t *vd, uint64_t offset, uint64_t size,
 665     void *data, int checksum, zio_done_func_t *done, void *private,
 666     int priority, int flags, boolean_t labels)
 667 {
 668         zio_t *zio;
 669
 670         ASSERT(vd->vdev_children == 0);
 671         ASSERT(!labels || offset + size <= VDEV_LABEL_START_SIZE ||
 672             offset >= vd->vdev_psize - VDEV_LABEL_END_SIZE);
 673         ASSERT3U(offset + size, <=, vd->vdev_psize);
 674
 675         zio = zio_create(pio, vd->vdev_spa, 0, NULL, data, size, done, private,
 676             ZIO_TYPE_WRITE, priority, flags, vd, offset, NULL,
 677             ZIO_STAGE_OPEN, ZIO_WRITE_PHYS_PIPELINE);
 678
 679         zio->io_prop.zp_checksum = checksum;
 680
 681         if (zio_checksum_table[checksum].ci_zbt) {
 682                 /*
 683                  * zbt checksums are necessarily destructive -- they modify
 684                  * the end of the write buffer to hold the verifier/checksum.
 685                  * Therefore, we must make a local copy in case the data is
 686                  * being written to multiple places in parallel.
 687                  */
 688                 void *wbuf = zio_buf_alloc(size);
 689                 bcopy(data, wbuf, size);
 690                 zio_push_transform(zio, wbuf, size, size, NULL);
 691         }
 692
 693         return (zio);
 694 }
 695
 696 /*
 697  * Create a child I/O to do some work for us.
 698  */
 699 zio_t *
 700 zio_vdev_child_io(zio_t *pio, blkptr_t *bp, vdev_t *vd, uint64_t offset,
 701         void *data, uint64_t size, int type, int priority, int flags,
 702         zio_done_func_t *done, void *private)
 703 {
 704         uint32_t pipeline = ZIO_VDEV_CHILD_PIPELINE;
 705         zio_t *zio;
 706
 707         ASSERT(vd->vdev_parent ==
 708             (pio->io_vd ? pio->io_vd : pio->io_spa->spa_root_vdev));
 709
 710         if (type == ZIO_TYPE_READ && bp != NULL) {
 711                 /*
 712                  * If we have the bp, then the child should perform the
 713                  * checksum and the parent need not.  This pushes error
 714                  * detection as close to the leaves as possible and
 715                  * eliminates redundant checksums in the interior nodes.
 716                  */
 717                 pipeline |= 1U << ZIO_STAGE_CHECKSUM_VERIFY;
 718                 pio->io_pipeline &= ~(1U << ZIO_STAGE_CHECKSUM_VERIFY);
 719         }
 720
 721         if (vd->vdev_children == 0)
 722                 offset += VDEV_LABEL_START_SIZE;
 723
 724         zio = zio_create(pio, pio->io_spa, pio->io_txg, bp, data, size,
 725             done, private, type, priority,
 726             (pio->io_flags & ZIO_FLAG_VDEV_INHERIT) |
 727             ZIO_FLAG_CANFAIL | ZIO_FLAG_DONT_PROPAGATE | flags,
 728             vd, offset, &pio->io_bookmark,
 729             ZIO_STAGE_VDEV_IO_START - 1, pipeline);
 730
 731         return (zio);
 732 }
 733
 734 zio_t *
 735 zio_vdev_delegated_io(vdev_t *vd, uint64_t offset, void *data, uint64_t size,
 736         int type, int priority, int flags, zio_done_func_t *done, void *private)
 737 {
 738         zio_t *zio;
 739
 740         ASSERT(vd->vdev_ops->vdev_op_leaf);
 741
 742         zio = zio_create(NULL, vd->vdev_spa, 0, NULL,
 743             data, size, done, private, type, priority,
 744             flags | ZIO_FLAG_CANFAIL | ZIO_FLAG_DONT_RETRY,
 745             vd, offset, NULL,
 746             ZIO_STAGE_VDEV_IO_START - 1, ZIO_VDEV_CHILD_PIPELINE);
 747
 748         return (zio);
 749 }
 750
 751 void
 752 zio_flush(zio_t *zio, vdev_t *vd)
 753 {
 754         zio_nowait(zio_ioctl(zio, zio->io_spa, vd, DKIOCFLUSHWRITECACHE,
 755             NULL, NULL, ZIO_PRIORITY_NOW,
 756             ZIO_FLAG_CANFAIL | ZIO_FLAG_DONT_PROPAGATE | ZIO_FLAG_DONT_RETRY));
 757 }
 758
 759 /*
 760  * ==========================================================================
 761  * Prepare to read and write logical blocks
 762  * ==========================================================================
 763  */
 764
 765 static int
 766 zio_read_bp_init(zio_t *zio)
 767 {
 768         blkptr_t *bp = zio->io_bp;
 769
 770         if (BP_GET_COMPRESS(bp) != ZIO_COMPRESS_OFF && zio->io_logical == zio) {
 771                 uint64_t csize = BP_GET_PSIZE(bp);
 772                 void *cbuf = zio_buf_alloc(csize);
 773
 774                 zio_push_transform(zio, cbuf, csize, csize, zio_decompress);
 775         }
 776
 777         if (!dmu_ot[BP_GET_TYPE(bp)].ot_metadata && BP_GET_LEVEL(bp) == 0)
 778                 zio->io_flags |= ZIO_FLAG_DONT_CACHE;
 779
 780         return (ZIO_PIPELINE_CONTINUE);
 781 }
 782
 783 static int
 784 zio_write_bp_init(zio_t *zio)
 785 {
 786         zio_prop_t *zp = &zio->io_prop;
 787         int compress = zp->zp_compress;
 788         blkptr_t *bp = zio->io_bp;
 789         void *cbuf;
 790         uint64_t lsize = zio->io_size;
 791         uint64_t csize = lsize;
 792         uint64_t cbufsize = 0;
 793         int pass = 1;
 794
 795         /*
 796          * If our children haven't all reached the ready stage,
 797          * wait for them and then repeat this pipeline stage.
 798          */
 799         if (zio_wait_for_children(zio, ZIO_CHILD_GANG, ZIO_WAIT_READY) ||
 800             zio_wait_for_children(zio, ZIO_CHILD_LOGICAL, ZIO_WAIT_READY))
 801                 return (ZIO_PIPELINE_STOP);
 802
 803         if (!IO_IS_ALLOCATING(zio))
 804                 return (ZIO_PIPELINE_CONTINUE);
 805
 806         ASSERT(compress != ZIO_COMPRESS_INHERIT);
 807
 808         if (bp->blk_birth == zio->io_txg) {
 809                 /*
 810                  * We're rewriting an existing block, which means we're
 811                  * working on behalf of spa_sync().  For spa_sync() to
 812                  * converge, it must eventually be the case that we don't
 813                  * have to allocate new blocks.  But compression changes
 814                  * the blocksize, which forces a reallocate, and makes
 815                  * convergence take longer.  Therefore, after the first
 816                  * few passes, stop compressing to ensure convergence.
 817                  */
 818                 pass = spa_sync_pass(zio->io_spa);
 819                 ASSERT(pass > 1);
 820
 821                 if (pass > SYNC_PASS_DONT_COMPRESS)
 822                         compress = ZIO_COMPRESS_OFF;
 823
 824                 /*
 825                  * Only MOS (objset 0) data should need to be rewritten.
 826                  */
 827                 ASSERT(zio->io_logical->io_bookmark.zb_objset == 0);
 828
 829                 /* Make sure someone doesn't change their mind on overwrites */
 830                 ASSERT(MIN(zp->zp_ndvas + BP_IS_GANG(bp),
 831                     spa_max_replication(zio->io_spa)) == BP_GET_NDVAS(bp));
 832         }
 833
 834         if (compress != ZIO_COMPRESS_OFF) {
 835                 if (!zio_compress_data(compress, zio->io_data, zio->io_size,
 836                     &cbuf, &csize, &cbufsize)) {
 837                         compress = ZIO_COMPRESS_OFF;
 838                 } else if (csize != 0) {
 839                         zio_push_transform(zio, cbuf, csize, cbufsize, NULL);
 840                 }
 841         }
 842
 843         /*
 844          * The final pass of spa_sync() must be all rewrites, but the first
 845          * few passes offer a trade-off: allocating blocks defers convergence,
 846          * but newly allocated blocks are sequential, so they can be written
 847          * to disk faster.  Therefore, we allow the first few passes of
 848          * spa_sync() to allocate new blocks, but force rewrites after that.
 849          * There should only be a handful of blocks after pass 1 in any case.
 850          */
 851         if (bp->blk_birth == zio->io_txg && BP_GET_PSIZE(bp) == csize &&
 852             pass > SYNC_PASS_REWRITE) {
 853                 ASSERT(csize != 0);
 854                 uint32_t gang_stages = zio->io_pipeline & ZIO_GANG_STAGES;
 855                 zio->io_pipeline = ZIO_REWRITE_PIPELINE | gang_stages;
 856                 zio->io_flags |= ZIO_FLAG_IO_REWRITE;
 857         } else {
 858                 BP_ZERO(bp);
 859                 zio->io_pipeline = ZIO_WRITE_PIPELINE;
 860         }
 861
 862         if (csize == 0) {
 863                 zio->io_pipeline = ZIO_INTERLOCK_PIPELINE;
 864         } else {
 865                 ASSERT(zp->zp_checksum != ZIO_CHECKSUM_GANG_HEADER);
 866                 BP_SET_LSIZE(bp, lsize);
 867                 BP_SET_PSIZE(bp, csize);
 868                 BP_SET_COMPRESS(bp, compress);
 869                 BP_SET_CHECKSUM(bp, zp->zp_checksum);
 870                 BP_SET_TYPE(bp, zp->zp_type);
 871                 BP_SET_LEVEL(bp, zp->zp_level);
 872                 BP_SET_BYTEORDER(bp, ZFS_HOST_BYTEORDER);
 873         }
 874
 875         return (ZIO_PIPELINE_CONTINUE);
 876 }
 877
 878 /*
 879  * ==========================================================================
 880  * Execute the I/O pipeline
 881  * ==========================================================================
 882  */
 883
 884 static void
 885 zio_taskq_dispatch(zio_t *zio, enum zio_taskq_type q)
 886 {
 887         zio_type_t t = zio->io_type;
 888
 889         /*
 890          * If we're a config writer, the normal issue and interrupt threads
 891          * may all be blocked waiting for the config lock.  In this case,
 892          * select the otherwise-unused taskq for ZIO_TYPE_NULL.
 893          */
 894         if (zio->io_flags & ZIO_FLAG_CONFIG_WRITER)
 895                 t = ZIO_TYPE_NULL;
 896
 897         /*
 898          * A similar issue exists for the L2ARC write thread until L2ARC 2.0.
 899          */
 900         if (t == ZIO_TYPE_WRITE && zio->io_vd && zio->io_vd->vdev_aux)
 901                 t = ZIO_TYPE_NULL;
 902
 903         (void) taskq_dispatch(zio->io_spa->spa_zio_taskq[t][q],
 904             (task_func_t *)zio_execute, zio, TQ_SLEEP);
 905 }
 906
 907 static boolean_t
 908 zio_taskq_member(zio_t *zio, enum zio_taskq_type q)
 909 {
 910         kthread_t *executor = zio->io_executor;
 911         spa_t *spa = zio->io_spa;
 912
 913         for (zio_type_t t = 0; t < ZIO_TYPES; t++)
 914                 if (taskq_member(spa->spa_zio_taskq[t][q], executor))
 915                         return (B_TRUE);
 916
 917         return (B_FALSE);
 918 }
 919
 920 static int
 921 zio_issue_async(zio_t *zio)
 922 {
 923         zio_taskq_dispatch(zio, ZIO_TASKQ_ISSUE);
 924
 925         return (ZIO_PIPELINE_STOP);
 926 }
 927
 928 void
 929 zio_interrupt(zio_t *zio)
 930 {
 931         zio_taskq_dispatch(zio, ZIO_TASKQ_INTERRUPT);
 932 }
 933
 934 /*
 935  * Execute the I/O pipeline until one of the following occurs:
 936  * (1) the I/O completes; (2) the pipeline stalls waiting for
 937  * dependent child I/Os; (3) the I/O issues, so we're waiting
 938  * for an I/O completion interrupt; (4) the I/O is delegated by
 939  * vdev-level caching or aggregation; (5) the I/O is deferred
 940  * due to vdev-level queueing; (6) the I/O is handed off to
 941  * another thread.  In all cases, the pipeline stops whenever
 942  * there's no CPU work; it never burns a thread in cv_wait().
 943  *
 944  * There's no locking on io_stage because there's no legitimate way
 945  * for multiple threads to be attempting to process the same I/O.
 946  */
 947 static zio_pipe_stage_t *zio_pipeline[ZIO_STAGES];
 948
 949 void
 950 zio_execute(zio_t *zio)
 951 {
 952         zio->io_executor = curthread;
 953
 954         while (zio->io_stage < ZIO_STAGE_DONE) {
 955                 uint32_t pipeline = zio->io_pipeline;
 956                 zio_stage_t stage = zio->io_stage;
 957                 int rv;
 958
 959                 ASSERT(!MUTEX_HELD(&zio->io_lock));
 960
 961                 while (((1U << ++stage) & pipeline) == 0)
 962                         continue;
 963
 964                 ASSERT(stage <= ZIO_STAGE_DONE);
 965                 ASSERT(zio->io_stall == NULL);
 966
 967                 /*
 968                  * If we are in interrupt context and this pipeline stage
 969                  * will grab a config lock that is held across I/O,
 970                  * issue async to avoid deadlock.
 971                  */
 972                 if (((1U << stage) & ZIO_CONFIG_LOCK_BLOCKING_STAGES) &&
 973                     zio->io_vd == NULL &&
 974                     zio_taskq_member(zio, ZIO_TASKQ_INTERRUPT)) {
 975                         zio_taskq_dispatch(zio, ZIO_TASKQ_ISSUE);
 976                         return;
 977                 }
 978
 979                 zio->io_stage = stage;
 980                 rv = zio_pipeline[stage](zio);
 981
 982                 if (rv == ZIO_PIPELINE_STOP)
 983                         return;
 984
 985                 ASSERT(rv == ZIO_PIPELINE_CONTINUE);
 986         }
 987 }
 988
 989 /*
 990  * ==========================================================================
 991  * Initiate I/O, either sync or async
 992  * ==========================================================================
 993  */
 994 int
 995 zio_wait(zio_t *zio)
 996 {
 997         int error;
 998
 999         ASSERT(zio->io_stage == ZIO_STAGE_OPEN);
1000         ASSERT(zio->io_executor == NULL);
1001
1002         zio->io_waiter = curthread;
1003
1004         zio_execute(zio);
1005
1006         mutex_enter(&zio->io_lock);
1007         while (zio->io_executor != NULL)
1008                 cv_wait(&zio->io_cv, &zio->io_lock);
1009         mutex_exit(&zio->io_lock);
1010
1011         error = zio->io_error;
1012         zio_destroy(zio);
1013
1014         return (error);
1015 }
1016
1017 void
1018 zio_nowait(zio_t *zio)
1019 {
1020         ASSERT(zio->io_executor == NULL);
1021
1022         if (zio->io_parent == NULL && zio->io_child_type == ZIO_CHILD_LOGICAL) {
1023                 /*
1024                  * This is a logical async I/O with no parent to wait for it.
1025                  * Attach it to the pool's global async root zio so that
1026                  * spa_unload() has a way of waiting for async I/O to finish.
1027                  */
1028                 spa_t *spa = zio->io_spa;
1029                 zio->io_async_root = B_TRUE;
1030                 mutex_enter(&spa->spa_async_root_lock);
1031                 spa->spa_async_root_count++;
1032                 mutex_exit(&spa->spa_async_root_lock);
1033         }
1034
1035         zio_execute(zio);
1036 }
1037
1038 /*
1039  * ==========================================================================
1040  * Reexecute or suspend/resume failed I/O
1041  * ==========================================================================
1042  */
1043
1044 static void
1045 zio_reexecute(zio_t *pio)
1046 {
1047         zio_t *zio, *zio_next;
1048
1049         pio->io_flags = pio->io_orig_flags;
1050         pio->io_stage = pio->io_orig_stage;
1051         pio->io_pipeline = pio->io_orig_pipeline;
1052         pio->io_reexecute = 0;
1053         pio->io_error = 0;
1054         for (int c = 0; c < ZIO_CHILD_TYPES; c++)
1055                 pio->io_child_error[c] = 0;
1056
1057         if (IO_IS_ALLOCATING(pio)) {
1058                 /*
1059                  * Remember the failed bp so that the io_ready() callback
1060                  * can update its accounting upon reexecution.  The block
1061                  * was already freed in zio_done(); we indicate this with
1062                  * a fill count of -1 so that zio_free() knows to skip it.
1063                  */
1064                 blkptr_t *bp = pio->io_bp;
1065                 ASSERT(bp->blk_birth == 0 || bp->blk_birth == pio->io_txg);
1066                 bp->blk_fill = BLK_FILL_ALREADY_FREED;
1067                 pio->io_bp_orig = *bp;
1068                 BP_ZERO(bp);
1069         }
1070
1071         /*
1072          * As we reexecute pio's children, new children could be created.
1073          * New children go to the head of the io_child list, however,
1074          * so we will (correctly) not reexecute them.  The key is that
1075          * the remainder of the io_child list, from 'zio_next' onward,
1076          * cannot be affected by any side effects of reexecuting 'zio'.
1077          */
1078         for (zio = pio->io_child; zio != NULL; zio = zio_next) {
1079                 zio_next = zio->io_sibling_next;
1080                 mutex_enter(&pio->io_lock);
1081                 pio->io_children[zio->io_child_type][ZIO_WAIT_READY]++;
1082                 pio->io_children[zio->io_child_type][ZIO_WAIT_DONE]++;
1083                 mutex_exit(&pio->io_lock);
1084                 zio_reexecute(zio);
1085         }
1086
1087         /*
1088          * Now that all children have been reexecuted, execute the parent.
1089          */
1090         zio_execute(pio);
1091 }
1092
1093 void
1094 zio_suspend(spa_t *spa, zio_t *zio)
1095 {
1096         if (spa_get_failmode(spa) == ZIO_FAILURE_MODE_PANIC)
1097                 fm_panic("Pool '%s' has encountered an uncorrectable I/O "
1098                     "failure and the failure mode property for this pool "
1099                     "is set to panic.", spa_name(spa));
1100
1101         zfs_ereport_post(FM_EREPORT_ZFS_IO_FAILURE, spa, NULL, NULL, 0, 0);
1102
1103         mutex_enter(&spa->spa_suspend_lock);
1104
1105         if (spa->spa_suspend_zio_root == NULL)
1106                 spa->spa_suspend_zio_root = zio_root(spa, NULL, NULL, 0);
1107
1108         spa->spa_suspended = B_TRUE;
1109
1110         if (zio != NULL) {
1111                 ASSERT(zio != spa->spa_suspend_zio_root);
1112                 ASSERT(zio->io_child_type == ZIO_CHILD_LOGICAL);
1113                 ASSERT(zio->io_parent == NULL);
1114                 ASSERT(zio->io_stage == ZIO_STAGE_DONE);
1115                 zio_add_child(spa->spa_suspend_zio_root, zio);
1116         }
1117
1118         mutex_exit(&spa->spa_suspend_lock);
1119 }
1120
1121 void
1122 zio_resume(spa_t *spa)
1123 {
1124         zio_t *pio, *zio;
1125
1126         /*
1127          * Reexecute all previously suspended i/o.
1128          */
1129         mutex_enter(&spa->spa_suspend_lock);
1130         spa->spa_suspended = B_FALSE;
1131         cv_broadcast(&spa->spa_suspend_cv);
1132         pio = spa->spa_suspend_zio_root;
1133         spa->spa_suspend_zio_root = NULL;
1134         mutex_exit(&spa->spa_suspend_lock);
1135
1136         if (pio == NULL)
1137                 return;
1138
1139         while ((zio = pio->io_child) != NULL) {
1140                 zio_remove_child(pio, zio);
1141                 zio->io_parent = NULL;
1142                 zio_reexecute(zio);
1143         }
1144
1145         ASSERT(pio->io_children[ZIO_CHILD_LOGICAL][ZIO_WAIT_DONE] == 0);
1146
1147         (void) zio_wait(pio);
1148 }
1149
1150 void
1151 zio_resume_wait(spa_t *spa)
1152 {
1153         mutex_enter(&spa->spa_suspend_lock);
1154         while (spa_suspended(spa))
1155                 cv_wait(&spa->spa_suspend_cv, &spa->spa_suspend_lock);
1156         mutex_exit(&spa->spa_suspend_lock);
1157 }
1158
1159 /*
1160  * ==========================================================================
1161  * Gang blocks.
1162  *
1163  * A gang block is a collection of small blocks that looks to the DMU
1164  * like one large block.  When zio_dva_allocate() cannot find a block
1165  * of the requested size, due to either severe fragmentation or the pool
1166  * being nearly full, it calls zio_write_gang_block() to construct the
1167  * block from smaller fragments.
1168  *
1169  * A gang block consists of a gang header (zio_gbh_phys_t) and up to
1170  * three (SPA_GBH_NBLKPTRS) gang members.  The gang header is just like
1171  * an indirect block: it's an array of block pointers.  It consumes
1172  * only one sector and hence is allocatable regardless of fragmentation.
1173  * The gang header's bps point to its gang members, which hold the data.
1174  *
1175  * Gang blocks are self-checksumming, using the bp's <vdev, offset, txg>
1176  * as the verifier to ensure uniqueness of the SHA256 checksum.
1177  * Critically, the gang block bp's blk_cksum is the checksum of the data,
1178  * not the gang header.  This ensures that data block signatures (needed for
1179  * deduplication) are independent of how the block is physically stored.
1180  *
1181  * Gang blocks can be nested: a gang member may itself be a gang block.
1182  * Thus every gang block is a tree in which root and all interior nodes are
1183  * gang headers, and the leaves are normal blocks that contain user data.
1184  * The root of the gang tree is called the gang leader.
1185  *
1186  * To perform any operation (read, rewrite, free, claim) on a gang block,
1187  * zio_gang_assemble() first assembles the gang tree (minus data leaves)
1188  * in the io_gang_tree field of the original logical i/o by recursively
1189  * reading the gang leader and all gang headers below it.  This yields
1190  * an in-core tree containing the contents of every gang header and the
1191  * bps for every constituent of the gang block.
1192  *
1193  * With the gang tree now assembled, zio_gang_issue() just walks the gang tree
1194  * and invokes a callback on each bp.  To free a gang block, zio_gang_issue()
1195  * calls zio_free_gang() -- a trivial wrapper around zio_free() -- for each bp.
1196  * zio_claim_gang() provides a similarly trivial wrapper for zio_claim().
1197  * zio_read_gang() is a wrapper around zio_read() that omits reading gang
1198  * headers, since we already have those in io_gang_tree.  zio_rewrite_gang()
1199  * performs a zio_rewrite() of the data or, for gang headers, a zio_rewrite()
1200  * of the gang header plus zio_checksum_compute() of the data to update the
1201  * gang header's blk_cksum as described above.
1202  *
1203  * The two-phase assemble/issue model solves the problem of partial failure --
1204  * what if you'd freed part of a gang block but then couldn't read the
1205  * gang header for another part?  Assembling the entire gang tree first
1206  * ensures that all the necessary gang header I/O has succeeded before
1207  * starting the actual work of free, claim, or write.  Once the gang tree
1208  * is assembled, free and claim are in-memory operations that cannot fail.
1209  *
1210  * In the event that a gang write fails, zio_dva_unallocate() walks the
1211  * gang tree to immediately free (i.e. insert back into the space map)
1212  * everything we've allocated.  This ensures that we don't get ENOSPC
1213  * errors during repeated suspend/resume cycles due to a flaky device.
1214  *
1215  * Gang rewrites only happen during sync-to-convergence.  If we can't assemble
1216  * the gang tree, we won't modify the block, so we can safely defer the free
1217  * (knowing that the block is still intact).  If we *can* assemble the gang
1218  * tree, then even if some of the rewrites fail, zio_dva_unallocate() will free
1219  * each constituent bp and we can allocate a new block on the next sync pass.
1220  *
1221  * In all cases, the gang tree allows complete recovery from partial failure.
1222  * ==========================================================================
1223  */
1224
1225 static zio_t *
1226 zio_read_gang(zio_t *pio, blkptr_t *bp, zio_gang_node_t *gn, void *data)
1227 {
1228         if (gn != NULL)
1229                 return (pio);
1230
1231         return (zio_read(pio, pio->io_spa, bp, data, BP_GET_PSIZE(bp),
1232             NULL, NULL, pio->io_priority, ZIO_GANG_CHILD_FLAGS(pio),
1233             &pio->io_bookmark));
1234 }
1235
1236 zio_t *
1237 zio_rewrite_gang(zio_t *pio, blkptr_t *bp, zio_gang_node_t *gn, void *data)
1238 {
1239         zio_t *zio;
1240
1241         if (gn != NULL) {
1242                 zio = zio_rewrite(pio, pio->io_spa, pio->io_txg, bp,
1243                     gn->gn_gbh, SPA_GANGBLOCKSIZE, NULL, NULL, pio->io_priority,
1244                     ZIO_GANG_CHILD_FLAGS(pio), &pio->io_bookmark);
1245                 /*
1246                  * As we rewrite each gang header, the pipeline will compute
1247                  * a new gang block header checksum for it; but no one will
1248                  * compute a new data checksum, so we do that here.  The one
1249                  * exception is the gang leader: the pipeline already computed
1250                  * its data checksum because that stage precedes gang assembly.
1251                  * (Presently, nothing actually uses interior data checksums;
1252                  * this is just good hygiene.)
1253                  */
1254                 if (gn != pio->io_logical->io_gang_tree) {
1255                         zio_checksum_compute(zio, BP_GET_CHECKSUM(bp),
1256                             data, BP_GET_PSIZE(bp));
1257                 }
1258         } else {
1259                 zio = zio_rewrite(pio, pio->io_spa, pio->io_txg, bp,
1260                     data, BP_GET_PSIZE(bp), NULL, NULL, pio->io_priority,
1261                     ZIO_GANG_CHILD_FLAGS(pio), &pio->io_bookmark);
1262         }
1263
1264         return (zio);
1265 }
1266
1267 /* ARGSUSED */
1268 zio_t *
1269 zio_free_gang(zio_t *pio, blkptr_t *bp, zio_gang_node_t *gn, void *data)
1270 {
1271         return (zio_free(pio, pio->io_spa, pio->io_txg, bp,
1272             NULL, NULL, ZIO_GANG_CHILD_FLAGS(pio)));
1273 }
1274
1275 /* ARGSUSED */
1276 zio_t *
1277 zio_claim_gang(zio_t *pio, blkptr_t *bp, zio_gang_node_t *gn, void *data)
1278 {
1279         return (zio_claim(pio, pio->io_spa, pio->io_txg, bp,
1280             NULL, NULL, ZIO_GANG_CHILD_FLAGS(pio)));
1281 }
1282
1283 static zio_gang_issue_func_t *zio_gang_issue_func[ZIO_TYPES] = {
1284         NULL,
1285         zio_read_gang,
1286         zio_rewrite_gang,
1287         zio_free_gang,
1288         zio_claim_gang,
1289         NULL
1290 };
1291
1292 static void zio_gang_tree_assemble_done(zio_t *zio);
1293
1294 static zio_gang_node_t *
1295 zio_gang_node_alloc(zio_gang_node_t **gnpp)
1296 {
1297         zio_gang_node_t *gn;
1298
1299         ASSERT(*gnpp == NULL);
1300
1301         gn = kmem_zalloc(sizeof (*gn), KM_SLEEP);
1302         gn->gn_gbh = zio_buf_alloc(SPA_GANGBLOCKSIZE);
1303         *gnpp = gn;
1304
1305         return (gn);
1306 }
1307
1308 static void
1309 zio_gang_node_free(zio_gang_node_t **gnpp)
1310 {
1311         zio_gang_node_t *gn = *gnpp;
1312
1313         for (int g = 0; g < SPA_GBH_NBLKPTRS; g++)
1314                 ASSERT(gn->gn_child[g] == NULL);
1315
1316         zio_buf_free(gn->gn_gbh, SPA_GANGBLOCKSIZE);
1317         kmem_free(gn, sizeof (*gn));
1318         *gnpp = NULL;
1319 }
1320
1321 static void
1322 zio_gang_tree_free(zio_gang_node_t **gnpp)
1323 {
1324         zio_gang_node_t *gn = *gnpp;
1325
1326         if (gn == NULL)
1327                 return;
1328
1329         for (int g = 0; g < SPA_GBH_NBLKPTRS; g++)
1330                 zio_gang_tree_free(&gn->gn_child[g]);
1331
1332         zio_gang_node_free(gnpp);
1333 }
1334
1335 static void
1336 zio_gang_tree_assemble(zio_t *lio, blkptr_t *bp, zio_gang_node_t **gnpp)
1337 {
1338         zio_gang_node_t *gn = zio_gang_node_alloc(gnpp);
1339
1340         ASSERT(lio->io_logical == lio);
1341         ASSERT(BP_IS_GANG(bp));
1342
1343         zio_nowait(zio_read(lio, lio->io_spa, bp, gn->gn_gbh,
1344             SPA_GANGBLOCKSIZE, zio_gang_tree_assemble_done, gn,
1345             lio->io_priority, ZIO_GANG_CHILD_FLAGS(lio), &lio->io_bookmark));
1346 }
1347
1348 static void
1349 zio_gang_tree_assemble_done(zio_t *zio)
1350 {
1351         zio_t *lio = zio->io_logical;
1352         zio_gang_node_t *gn = zio->io_private;
1353         blkptr_t *bp = zio->io_bp;
1354
1355         ASSERT(zio->io_parent == lio);
1356         ASSERT(zio->io_child == NULL);
1357
1358         if (zio->io_error)
1359                 return;
1360
1361         if (BP_SHOULD_BYTESWAP(bp))
1362                 byteswap_uint64_array(zio->io_data, zio->io_size);
1363
1364         ASSERT(zio->io_data == gn->gn_gbh);
1365         ASSERT(zio->io_size == SPA_GANGBLOCKSIZE);
1366         ASSERT(gn->gn_gbh->zg_tail.zbt_magic == ZBT_MAGIC);
1367
1368         for (int g = 0; g < SPA_GBH_NBLKPTRS; g++) {
1369                 blkptr_t *gbp = &gn->gn_gbh->zg_blkptr[g];
1370                 if (!BP_IS_GANG(gbp))
1371                         continue;
1372                 zio_gang_tree_assemble(lio, gbp, &gn->gn_child[g]);
1373         }
1374 }
1375
1376 static void
1377 zio_gang_tree_issue(zio_t *pio, zio_gang_node_t *gn, blkptr_t *bp, void *data)
1378 {
1379         zio_t *lio = pio->io_logical;
1380         zio_t *zio;
1381
1382         ASSERT(BP_IS_GANG(bp) == !!gn);
1383         ASSERT(BP_GET_CHECKSUM(bp) == BP_GET_CHECKSUM(lio->io_bp));
1384         ASSERT(BP_GET_LSIZE(bp) == BP_GET_PSIZE(bp) || gn == lio->io_gang_tree);
1385
1386         /*
1387          * If you're a gang header, your data is in gn->gn_gbh.
1388          * If you're a gang member, your data is in 'data' and gn == NULL.
1389          */
1390         zio = zio_gang_issue_func[lio->io_type](pio, bp, gn, data);
1391
1392         if (gn != NULL) {
1393                 ASSERT(gn->gn_gbh->zg_tail.zbt_magic == ZBT_MAGIC);
1394
1395                 for (int g = 0; g < SPA_GBH_NBLKPTRS; g++) {
1396                         blkptr_t *gbp = &gn->gn_gbh->zg_blkptr[g];
1397                         if (BP_IS_HOLE(gbp))
1398                                 continue;
1399                         zio_gang_tree_issue(zio, gn->gn_child[g], gbp, data);
1400                         data = (char *)data + BP_GET_PSIZE(gbp);
1401                 }
1402         }
1403
1404         if (gn == lio->io_gang_tree)
1405                 ASSERT3P((char *)lio->io_data + lio->io_size, ==, data);
1406
1407         if (zio != pio)
1408                 zio_nowait(zio);
1409 }
1410
1411 static int
1412 zio_gang_assemble(zio_t *zio)
1413 {
1414         blkptr_t *bp = zio->io_bp;
1415
1416         ASSERT(BP_IS_GANG(bp) && zio == zio->io_logical);
1417
1418         zio_gang_tree_assemble(zio, bp, &zio->io_gang_tree);
1419
1420         return (ZIO_PIPELINE_CONTINUE);
1421 }
1422
1423 static int
1424 zio_gang_issue(zio_t *zio)
1425 {
1426         zio_t *lio = zio->io_logical;
1427         blkptr_t *bp = zio->io_bp;
1428
1429         if (zio_wait_for_children(zio, ZIO_CHILD_GANG, ZIO_WAIT_DONE))
1430                 return (ZIO_PIPELINE_STOP);
1431
1432         ASSERT(BP_IS_GANG(bp) && zio == lio);
1433
1434         if (zio->io_child_error[ZIO_CHILD_GANG] == 0)
1435                 zio_gang_tree_issue(lio, lio->io_gang_tree, bp, lio->io_data);
1436         else
1437                 zio_gang_tree_free(&lio->io_gang_tree);
1438
1439         zio->io_pipeline = ZIO_INTERLOCK_PIPELINE;
1440
1441         return (ZIO_PIPELINE_CONTINUE);
1442 }
1443
1444 static void
1445 zio_write_gang_member_ready(zio_t *zio)
1446 {
1447         zio_t *pio = zio->io_parent;
1448         zio_t *lio = zio->io_logical;
1449         dva_t *cdva = zio->io_bp->blk_dva;
1450         dva_t *pdva = pio->io_bp->blk_dva;
1451         uint64_t asize;
1452
1453         if (BP_IS_HOLE(zio->io_bp))
1454                 return;
1455
1456         ASSERT(BP_IS_HOLE(&zio->io_bp_orig));
1457
1458         ASSERT(zio->io_child_type == ZIO_CHILD_GANG);
1459         ASSERT3U(zio->io_prop.zp_ndvas, ==, lio->io_prop.zp_ndvas);
1460         ASSERT3U(zio->io_prop.zp_ndvas, <=, BP_GET_NDVAS(zio->io_bp));
1461         ASSERT3U(pio->io_prop.zp_ndvas, <=, BP_GET_NDVAS(pio->io_bp));
1462         ASSERT3U(BP_GET_NDVAS(zio->io_bp), <=, BP_GET_NDVAS(pio->io_bp));
1463
1464         mutex_enter(&pio->io_lock);
1465         for (int d = 0; d < BP_GET_NDVAS(zio->io_bp); d++) {
1466                 ASSERT(DVA_GET_GANG(&pdva[d]));
1467                 asize = DVA_GET_ASIZE(&pdva[d]);
1468                 asize += DVA_GET_ASIZE(&cdva[d]);
1469                 DVA_SET_ASIZE(&pdva[d], asize);
1470         }
1471         mutex_exit(&pio->io_lock);
1472 }
1473
1474 static int
1475 zio_write_gang_block(zio_t *pio)
1476 {
1477         spa_t *spa = pio->io_spa;
1478         blkptr_t *bp = pio->io_bp;
1479         zio_t *lio = pio->io_logical;
1480         zio_t *zio;
1481         zio_gang_node_t *gn, **gnpp;
1482         zio_gbh_phys_t *gbh;
1483         uint64_t txg = pio->io_txg;
1484         uint64_t resid = pio->io_size;
1485         uint64_t lsize;
1486         int ndvas = lio->io_prop.zp_ndvas;
1487         int gbh_ndvas = MIN(ndvas + 1, spa_max_replication(spa));
1488         zio_prop_t zp;
1489         int error;
1490
1491         error = metaslab_alloc(spa, spa->spa_normal_class, SPA_GANGBLOCKSIZE,
1492             bp, gbh_ndvas, txg, pio == lio ? NULL : lio->io_bp,
1493             METASLAB_HINTBP_FAVOR | METASLAB_GANG_HEADER);
1494         if (error) {
1495                 pio->io_error = error;
1496                 return (ZIO_PIPELINE_CONTINUE);
1497         }
1498
1499         if (pio == lio) {
1500                 gnpp = &lio->io_gang_tree;
1501         } else {
1502                 gnpp = pio->io_private;
1503                 ASSERT(pio->io_ready == zio_write_gang_member_ready);
1504         }
1505
1506         gn = zio_gang_node_alloc(gnpp);
1507         gbh = gn->gn_gbh;
1508         bzero(gbh, SPA_GANGBLOCKSIZE);
1509
1510         /*
1511          * Create the gang header.
1512          */
1513         zio = zio_rewrite(pio, spa, txg, bp, gbh, SPA_GANGBLOCKSIZE, NULL, NULL,
1514             pio->io_priority, ZIO_GANG_CHILD_FLAGS(pio), &pio->io_bookmark);
1515
1516         /*
1517          * Create and nowait the gang children.
1518          */
1519         for (int g = 0; resid != 0; resid -= lsize, g++) {
1520                 lsize = P2ROUNDUP(resid / (SPA_GBH_NBLKPTRS - g),
1521                     SPA_MINBLOCKSIZE);
1522                 ASSERT(lsize >= SPA_MINBLOCKSIZE && lsize <= resid);
1523
1524                 zp.zp_checksum = lio->io_prop.zp_checksum;
1525                 zp.zp_compress = ZIO_COMPRESS_OFF;
1526                 zp.zp_type = DMU_OT_NONE;
1527                 zp.zp_level = 0;
1528                 zp.zp_ndvas = lio->io_prop.zp_ndvas;
1529
1530                 zio_nowait(zio_write(zio, spa, txg, &gbh->zg_blkptr[g],
1531                     (char *)pio->io_data + (pio->io_size - resid), lsize, &zp,
1532                     zio_write_gang_member_ready, NULL, &gn->gn_child[g],
1533                     pio->io_priority, ZIO_GANG_CHILD_FLAGS(pio),
1534                     &pio->io_bookmark));
1535         }
1536
1537         /*
1538          * Set pio's pipeline to just wait for zio to finish.
1539          */
1540         pio->io_pipeline = ZIO_INTERLOCK_PIPELINE;
1541
1542         zio_nowait(zio);
1543
1544         return (ZIO_PIPELINE_CONTINUE);
1545 }
1546
1547 /*
1548  * ==========================================================================
1549  * Allocate and free blocks
1550  * ==========================================================================
1551  */
1552
1553 static int
1554 zio_dva_allocate(zio_t *zio)
1555 {
1556         spa_t *spa = zio->io_spa;
1557         metaslab_class_t *mc = spa->spa_normal_class;
1558         blkptr_t *bp = zio->io_bp;
1559         int error;
1560
1561         ASSERT(BP_IS_HOLE(bp));
1562         ASSERT3U(BP_GET_NDVAS(bp), ==, 0);
1563         ASSERT3U(zio->io_prop.zp_ndvas, >, 0);
1564         ASSERT3U(zio->io_prop.zp_ndvas, <=, spa_max_replication(spa));
1565         ASSERT3U(zio->io_size, ==, BP_GET_PSIZE(bp));
1566
1567         error = metaslab_alloc(spa, mc, zio->io_size, bp,
1568             zio->io_prop.zp_ndvas, zio->io_txg, NULL, 0);
1569
1570         if (error) {
1571                 if (error == ENOSPC && zio->io_size > SPA_MINBLOCKSIZE)
1572                         return (zio_write_gang_block(zio));
1573                 zio->io_error = error;
1574         }
1575
1576         return (ZIO_PIPELINE_CONTINUE);
1577 }
1578
1579 static int
1580 zio_dva_free(zio_t *zio)
1581 {
1582         metaslab_free(zio->io_spa, zio->io_bp, zio->io_txg, B_FALSE);
1583
1584         return (ZIO_PIPELINE_CONTINUE);
1585 }
1586
1587 static int
1588 zio_dva_claim(zio_t *zio)
1589 {
1590         int error;
1591
1592         error = metaslab_claim(zio->io_spa, zio->io_bp, zio->io_txg);
1593         if (error)
1594                 zio->io_error = error;
1595
1596         return (ZIO_PIPELINE_CONTINUE);
1597 }
1598
1599 /*
1600  * Undo an allocation.  This is used by zio_done() when an I/O fails
1601  * and we want to give back the block we just allocated.
1602  * This handles both normal blocks and gang blocks.
1603  */
1604 static void
1605 zio_dva_unallocate(zio_t *zio, zio_gang_node_t *gn, blkptr_t *bp)
1606 {
1607         spa_t *spa = zio->io_spa;
1608         boolean_t now = !(zio->io_flags & ZIO_FLAG_IO_REWRITE);
1609
1610         ASSERT(bp->blk_birth == zio->io_txg || BP_IS_HOLE(bp));
1611
1612         if (zio->io_bp == bp && !now) {
1613                 /*
1614                  * This is a rewrite for sync-to-convergence.
1615                  * We can't do a metaslab_free(NOW) because bp wasn't allocated
1616                  * during this sync pass, which means that metaslab_sync()
1617                  * already committed the allocation.
1618                  */
1619                 ASSERT(DVA_EQUAL(BP_IDENTITY(bp),
1620                     BP_IDENTITY(&zio->io_bp_orig)));
1621                 ASSERT(spa_sync_pass(spa) > 1);
1622
1623                 if (BP_IS_GANG(bp) && gn == NULL) {
1624                         /*
1625                          * This is a gang leader whose gang header(s) we
1626                          * couldn't read now, so defer the free until later.
1627                          * The block should still be intact because without
1628                          * the headers, we'd never even start the rewrite.
1629                          */
1630                         bplist_enqueue_deferred(&spa->spa_sync_bplist, bp);
1631                         return;
1632                 }
1633         }
1634
1635         if (!BP_IS_HOLE(bp))
1636                 metaslab_free(spa, bp, bp->blk_birth, now);
1637
1638         if (gn != NULL) {
1639                 for (int g = 0; g < SPA_GBH_NBLKPTRS; g++) {
1640                         zio_dva_unallocate(zio, gn->gn_child[g],
1641                             &gn->gn_gbh->zg_blkptr[g]);
1642                 }
1643         }
1644 }
1645
1646 /*
1647  * Try to allocate an intent log block.  Return 0 on success, errno on failure.
1648  */
1649 int
1650 zio_alloc_blk(spa_t *spa, uint64_t size, blkptr_t *new_bp, blkptr_t *old_bp,
1651     uint64_t txg)
1652 {
1653         int error;
1654
1655         error = metaslab_alloc(spa, spa->spa_log_class, size,
1656             new_bp, 1, txg, old_bp, METASLAB_HINTBP_AVOID);
1657
1658         if (error)
1659                 error = metaslab_alloc(spa, spa->spa_normal_class, size,
1660                     new_bp, 1, txg, old_bp, METASLAB_HINTBP_AVOID);
1661
1662         if (error == 0) {
1663                 BP_SET_LSIZE(new_bp, size);
1664                 BP_SET_PSIZE(new_bp, size);
1665                 BP_SET_COMPRESS(new_bp, ZIO_COMPRESS_OFF);
1666                 BP_SET_CHECKSUM(new_bp, ZIO_CHECKSUM_ZILOG);
1667                 BP_SET_TYPE(new_bp, DMU_OT_INTENT_LOG);
1668                 BP_SET_LEVEL(new_bp, 0);
1669                 BP_SET_BYTEORDER(new_bp, ZFS_HOST_BYTEORDER);
1670         }
1671
1672         return (error);
1673 }
1674
1675 /*
1676  * Free an intent log block.  We know it can't be a gang block, so there's
1677  * nothing to do except metaslab_free() it.
1678  */
1679 void
1680 zio_free_blk(spa_t *spa, blkptr_t *bp, uint64_t txg)
1681 {
1682         ASSERT(!BP_IS_GANG(bp));
1683
1684         metaslab_free(spa, bp, txg, B_FALSE);
1685 }
1686
1687 /*
1688  * ==========================================================================
1689  * Read and write to physical devices
1690  * ==========================================================================
1691  */
1692
1693 static void
1694 zio_vdev_io_probe_done(zio_t *zio)
1695 {
1696         zio_t *dio;
1697         vdev_t *vd = zio->io_private;
1698
1699         mutex_enter(&vd->vdev_probe_lock);
1700         ASSERT(vd->vdev_probe_zio == zio);
1701         vd->vdev_probe_zio = NULL;
1702         mutex_exit(&vd->vdev_probe_lock);
1703
1704         while ((dio = zio->io_delegate_list) != NULL) {
1705                 zio->io_delegate_list = dio->io_delegate_next;
1706                 dio->io_delegate_next = NULL;
1707                 if (!vdev_accessible(vd, dio))
1708                         dio->io_error = ENXIO;
1709                 zio_execute(dio);
1710         }
1711 }
1712
1713 /*
1714  * Probe the device to determine whether I/O failure is specific to this
1715  * zio (e.g. a bad sector) or affects the entire vdev (e.g. unplugged).
1716  */
1717 static int
1718 zio_vdev_io_probe(zio_t *zio)
1719 {
1720         vdev_t *vd = zio->io_vd;
1721         zio_t *pio = NULL;
1722         boolean_t created_pio = B_FALSE;
1723
1724         /*
1725          * Don't probe the probe.
1726          */
1727         if (zio->io_flags & ZIO_FLAG_PROBE)
1728                 return (ZIO_PIPELINE_CONTINUE);
1729
1730         /*
1731          * To prevent 'probe storms' when a device fails, we create
1732          * just one probe i/o at a time.  All zios that want to probe
1733          * this vdev will join the probe zio's io_delegate_list.
1734          */
1735         mutex_enter(&vd->vdev_probe_lock);
1736
1737         if ((pio = vd->vdev_probe_zio) == NULL) {
1738                 vd->vdev_probe_zio = pio = zio_root(zio->io_spa,
1739                     zio_vdev_io_probe_done, vd, ZIO_FLAG_CANFAIL);
1740                 created_pio = B_TRUE;
1741                 vd->vdev_probe_wanted = B_TRUE;
1742                 spa_async_request(zio->io_spa, SPA_ASYNC_PROBE);
1743         }
1744
1745         zio->io_delegate_next = pio->io_delegate_list;
1746         pio->io_delegate_list = zio;
1747
1748         mutex_exit(&vd->vdev_probe_lock);
1749
1750         if (created_pio) {
1751                 zio_nowait(vdev_probe(vd, pio));
1752                 zio_nowait(pio);
1753         }
1754
1755         return (ZIO_PIPELINE_STOP);
1756 }
1757
1758 static int
1759 zio_vdev_io_start(zio_t *zio)
1760 {
1761         vdev_t *vd = zio->io_vd;
1762         uint64_t align;
1763         spa_t *spa = zio->io_spa;
1764
1765         ASSERT(zio->io_error == 0);
1766         ASSERT(zio->io_child_error[ZIO_CHILD_VDEV] == 0);
1767
1768         if (vd == NULL) {
1769                 if (!(zio->io_flags & ZIO_FLAG_CONFIG_WRITER))
1770                         spa_config_enter(spa, SCL_ZIO, zio, RW_READER);
1771
1772                 /*
1773                  * The mirror_ops handle multiple DVAs in a single BP.
1774                  */
1775                 return (vdev_mirror_ops.vdev_op_io_start(zio));
1776         }
1777
1778         align = 1ULL << vd->vdev_top->vdev_ashift;
1779
1780         if (P2PHASE(zio->io_size, align) != 0) {
1781                 uint64_t asize = P2ROUNDUP(zio->io_size, align);
1782                 char *abuf = zio_buf_alloc(asize);
1783                 ASSERT(vd == vd->vdev_top);
1784                 if (zio->io_type == ZIO_TYPE_WRITE) {
1785                         bcopy(zio->io_data, abuf, zio->io_size);
1786                         bzero(abuf + zio->io_size, asize - zio->io_size);
1787                 }
1788                 zio_push_transform(zio, abuf, asize, asize, zio_subblock);
1789         }
1790
1791         ASSERT(P2PHASE(zio->io_offset, align) == 0);
1792         ASSERT(P2PHASE(zio->io_size, align) == 0);
1793         ASSERT(zio->io_type != ZIO_TYPE_WRITE || (spa_mode & FWRITE));
1794
1795         if (vd->vdev_ops->vdev_op_leaf &&
1796             (zio->io_type == ZIO_TYPE_READ || zio->io_type == ZIO_TYPE_WRITE)) {
1797
1798                 if (zio->io_type == ZIO_TYPE_READ && vdev_cache_read(zio) == 0)
1799                         return (ZIO_PIPELINE_STOP);
1800
1801                 if ((zio = vdev_queue_io(zio)) == NULL)
1802                         return (ZIO_PIPELINE_STOP);
1803
1804                 if (!vdev_accessible(vd, zio)) {
1805                         zio->io_error = ENXIO;
1806                         zio_interrupt(zio);
1807                         return (ZIO_PIPELINE_STOP);
1808                 }
1809
1810         }
1811
1812         return (vd->vdev_ops->vdev_op_io_start(zio));
1813 }
1814
1815 static int
1816 zio_vdev_io_done(zio_t *zio)
1817 {
1818         vdev_t *vd = zio->io_vd;
1819         vdev_ops_t *ops = vd ? vd->vdev_ops : &vdev_mirror_ops;
1820         boolean_t unexpected_error = B_FALSE;
1821
1822         if (zio_wait_for_children(zio, ZIO_CHILD_VDEV, ZIO_WAIT_DONE))
1823                 return (ZIO_PIPELINE_STOP);
1824
1825         ASSERT(zio->io_type == ZIO_TYPE_READ || zio->io_type == ZIO_TYPE_WRITE);
1826
1827         if (vd != NULL && vd->vdev_ops->vdev_op_leaf) {
1828
1829                 vdev_queue_io_done(zio);
1830
1831                 if (zio->io_type == ZIO_TYPE_WRITE)
1832                         vdev_cache_write(zio);
1833
1834                 if (zio_injection_enabled && zio->io_error == 0)
1835                         zio->io_error = zio_handle_device_injection(vd, EIO);
1836
1837                 if (zio_injection_enabled && zio->io_error == 0)
1838                         zio->io_error = zio_handle_label_injection(zio, EIO);
1839
1840                 if (zio->io_error) {
1841                         if (!vdev_accessible(vd, zio)) {
1842                                 zio->io_error = ENXIO;
1843                         } else {
1844                                 unexpected_error = B_TRUE;
1845                         }
1846                 }
1847         }
1848
1849         ops->vdev_op_io_done(zio);
1850
1851         if (unexpected_error)
1852                 return (zio_vdev_io_probe(zio));
1853
1854         return (ZIO_PIPELINE_CONTINUE);
1855 }
1856
1857 static int
1858 zio_vdev_io_assess(zio_t *zio)
1859 {
1860         vdev_t *vd = zio->io_vd;
1861
1862         if (zio_wait_for_children(zio, ZIO_CHILD_VDEV, ZIO_WAIT_DONE))
1863                 return (ZIO_PIPELINE_STOP);
1864
1865         if (vd == NULL && !(zio->io_flags & ZIO_FLAG_CONFIG_WRITER))
1866                 spa_config_exit(zio->io_spa, SCL_ZIO, zio);
1867
1868         if (zio->io_vsd != NULL) {
1869                 zio->io_vsd_free(zio);
1870                 zio->io_vsd = NULL;
1871         }
1872
1873         if (zio_injection_enabled && zio->io_error == 0)
1874                 zio->io_error = zio_handle_fault_injection(zio, EIO);
1875
1876         /*
1877          * If the I/O failed, determine whether we should attempt to retry it.
1878          */
1879         if (zio->io_error && vd == NULL &&
1880             !(zio->io_flags & (ZIO_FLAG_DONT_RETRY | ZIO_FLAG_IO_RETRY))) {
1881                 ASSERT(!(zio->io_flags & ZIO_FLAG_DONT_QUEUE)); /* not a leaf */
1882                 ASSERT(!(zio->io_flags & ZIO_FLAG_IO_BYPASS));  /* not a leaf */
1883                 zio->io_error = 0;
1884                 zio->io_flags |= ZIO_FLAG_IO_RETRY |
1885                     ZIO_FLAG_DONT_CACHE | ZIO_FLAG_DONT_AGGREGATE;
1886                 zio->io_stage = ZIO_STAGE_VDEV_IO_START - 1;
1887                 zio_taskq_dispatch(zio, ZIO_TASKQ_ISSUE);
1888                 return (ZIO_PIPELINE_STOP);
1889         }
1890
1891         /*
1892          * If we got an error on a leaf device, convert it to ENXIO
1893          * if the device is not accessible at all.
1894          */
1895         if (zio->io_error && vd != NULL && vd->vdev_ops->vdev_op_leaf &&
1896             !vdev_accessible(vd, zio))
1897                 zio->io_error = ENXIO;
1898
1899         /*
1900          * If we can't write to an interior vdev (mirror or RAID-Z),
1901          * set vdev_cant_write so that we stop trying to allocate from it.
1902          */
1903         if (zio->io_error == ENXIO && zio->io_type == ZIO_TYPE_WRITE &&
1904             vd != NULL && !vd->vdev_ops->vdev_op_leaf)
1905                 vd->vdev_cant_write = B_TRUE;
1906
1907         if (zio->io_error)
1908                 zio->io_pipeline = ZIO_INTERLOCK_PIPELINE;
1909
1910         return (ZIO_PIPELINE_CONTINUE);
1911 }
1912
1913 void
1914 zio_vdev_io_reissue(zio_t *zio)
1915 {
1916         ASSERT(zio->io_stage == ZIO_STAGE_VDEV_IO_START);
1917         ASSERT(zio->io_error == 0);
1918
1919         zio->io_stage--;
1920 }
1921
1922 void
1923 zio_vdev_io_redone(zio_t *zio)
1924 {
1925         ASSERT(zio->io_stage == ZIO_STAGE_VDEV_IO_DONE);
1926
1927         zio->io_stage--;
1928 }
1929
1930 void
1931 zio_vdev_io_bypass(zio_t *zio)
1932 {
1933         ASSERT(zio->io_stage == ZIO_STAGE_VDEV_IO_START);
1934         ASSERT(zio->io_error == 0);
1935
1936         zio->io_flags |= ZIO_FLAG_IO_BYPASS;
1937         zio->io_stage = ZIO_STAGE_VDEV_IO_ASSESS - 1;
1938 }
1939
1940 /*
1941  * ==========================================================================
1942  * Generate and verify checksums
1943  * ==========================================================================
1944  */
1945 static int
1946 zio_checksum_generate(zio_t *zio)
1947 {
1948         blkptr_t *bp = zio->io_bp;
1949         enum zio_checksum checksum;
1950
1951         if (bp == NULL) {
1952                 /*
1953                  * This is zio_write_phys().
1954                  * We're either generating a label checksum, or none at all.
1955                  */
1956                 checksum = zio->io_prop.zp_checksum;
1957
1958                 if (checksum == ZIO_CHECKSUM_OFF)
1959                         return (ZIO_PIPELINE_CONTINUE);
1960
1961                 ASSERT(checksum == ZIO_CHECKSUM_LABEL);
1962         } else {
1963                 if (BP_IS_GANG(bp) && zio->io_child_type == ZIO_CHILD_GANG) {
1964                         ASSERT(!IO_IS_ALLOCATING(zio));
1965                         checksum = ZIO_CHECKSUM_GANG_HEADER;
1966                 } else {
1967                         checksum = BP_GET_CHECKSUM(bp);
1968                 }
1969         }
1970
1971         zio_checksum_compute(zio, checksum, zio->io_data, zio->io_size);
1972
1973         return (ZIO_PIPELINE_CONTINUE);
1974 }
1975
1976 static int
1977 zio_checksum_verify(zio_t *zio)
1978 {
1979         blkptr_t *bp = zio->io_bp;
1980         int error;
1981
1982         if (bp == NULL) {
1983                 /*
1984                  * This is zio_read_phys().
1985                  * We're either verifying a label checksum, or nothing at all.
1986                  */
1987                 if (zio->io_prop.zp_checksum == ZIO_CHECKSUM_OFF)
1988                         return (ZIO_PIPELINE_CONTINUE);
1989
1990                 ASSERT(zio->io_prop.zp_checksum == ZIO_CHECKSUM_LABEL);
1991         }
1992
1993         if ((error = zio_checksum_error(zio)) != 0) {
1994                 zio->io_error = error;
1995                 if (!(zio->io_flags & ZIO_FLAG_SPECULATIVE)) {
1996                         zfs_ereport_post(FM_EREPORT_ZFS_CHECKSUM,
1997                             zio->io_spa, zio->io_vd, zio, 0, 0);
1998                 }
1999         }
2000
2001         return (ZIO_PIPELINE_CONTINUE);
2002 }
2003
2004 /*
2005  * Called by RAID-Z to ensure we don't compute the checksum twice.
2006  */
2007 void
2008 zio_checksum_verified(zio_t *zio)
2009 {
2010         zio->io_pipeline &= ~(1U << ZIO_STAGE_CHECKSUM_VERIFY);
2011 }
2012
2013 /*
2014  * ==========================================================================
2015  * Error rank.  Error are ranked in the order 0, ENXIO, ECKSUM, EIO, other.
2016  * An error of 0 indictes success.  ENXIO indicates whole-device failure,
2017  * which may be transient (e.g. unplugged) or permament.  ECKSUM and EIO
2018  * indicate errors that are specific to one I/O, and most likely permanent.
2019  * Any other error is presumed to be worse because we weren't expecting it.
2020  * ==========================================================================
2021  */
2022 int
2023 zio_worst_error(int e1, int e2)
2024 {
2025         static int zio_error_rank[] = { 0, ENXIO, ECKSUM, EIO };
2026         int r1, r2;
2027
2028         for (r1 = 0; r1 < sizeof (zio_error_rank) / sizeof (int); r1++)
2029                 if (e1 == zio_error_rank[r1])
2030                         break;
2031
2032         for (r2 = 0; r2 < sizeof (zio_error_rank) / sizeof (int); r2++)
2033                 if (e2 == zio_error_rank[r2])
2034                         break;
2035
2036         return (r1 > r2 ? e1 : e2);
2037 }
2038
2039 /*
2040  * ==========================================================================
2041  * I/O completion
2042  * ==========================================================================
2043  */
2044 static int
2045 zio_ready(zio_t *zio)
2046 {
2047         blkptr_t *bp = zio->io_bp;
2048         zio_t *pio = zio->io_parent;
2049
2050         if (zio->io_ready) {
2051                 if (BP_IS_GANG(bp) &&
2052                     zio_wait_for_children(zio, ZIO_CHILD_GANG, ZIO_WAIT_READY))
2053                         return (ZIO_PIPELINE_STOP);
2054
2055                 ASSERT(IO_IS_ALLOCATING(zio));
2056                 ASSERT(bp->blk_birth == zio->io_txg || BP_IS_HOLE(bp));
2057                 ASSERT(zio->io_children[ZIO_CHILD_GANG][ZIO_WAIT_READY] == 0);
2058
2059                 zio->io_ready(zio);
2060         }
2061
2062         if (bp != NULL && bp != &zio->io_bp_copy)
2063                 zio->io_bp_copy = *bp;
2064
2065         if (zio->io_error)
2066                 zio->io_pipeline = ZIO_INTERLOCK_PIPELINE;
2067
2068         if (pio != NULL)
2069                 zio_notify_parent(pio, zio, ZIO_WAIT_READY);
2070
2071         return (ZIO_PIPELINE_CONTINUE);
2072 }
2073
2074 static int
2075 zio_done(zio_t *zio)
2076 {
2077         spa_t *spa = zio->io_spa;
2078         zio_t *pio = zio->io_parent;
2079         zio_t *lio = zio->io_logical;
2080         blkptr_t *bp = zio->io_bp;
2081         vdev_t *vd = zio->io_vd;
2082         uint64_t psize = zio->io_size;
2083
2084         /*
2085          * If our of children haven't all completed,
2086          * wait for them and then repeat this pipeline stage.
2087          */
2088         if (zio_wait_for_children(zio, ZIO_CHILD_VDEV, ZIO_WAIT_DONE) ||
2089             zio_wait_for_children(zio, ZIO_CHILD_GANG, ZIO_WAIT_DONE) ||
2090             zio_wait_for_children(zio, ZIO_CHILD_LOGICAL, ZIO_WAIT_DONE))
2091                 return (ZIO_PIPELINE_STOP);
2092
2093         for (int c = 0; c < ZIO_CHILD_TYPES; c++)
2094                 for (int w = 0; w < ZIO_WAIT_TYPES; w++)
2095                         ASSERT(zio->io_children[c][w] == 0);
2096
2097         if (bp != NULL) {
2098                 ASSERT(bp->blk_pad[0] == 0);
2099                 ASSERT(bp->blk_pad[1] == 0);
2100                 ASSERT(bp->blk_pad[2] == 0);
2101                 ASSERT(bcmp(bp, &zio->io_bp_copy, sizeof (blkptr_t)) == 0 ||
2102                     (pio != NULL && bp == pio->io_bp));
2103                 if (zio->io_type == ZIO_TYPE_WRITE && !BP_IS_HOLE(bp) &&
2104                     !(zio->io_flags & ZIO_FLAG_IO_REPAIR)) {
2105                         ASSERT(!BP_SHOULD_BYTESWAP(bp));
2106                         ASSERT3U(zio->io_prop.zp_ndvas, <=, BP_GET_NDVAS(bp));
2107                         ASSERT(BP_COUNT_GANG(bp) == 0 ||
2108                             (BP_COUNT_GANG(bp) == BP_GET_NDVAS(bp)));
2109                 }
2110         }
2111
2112         /*
2113          * If there were child vdev or gang errors, they apply to us now.
2114          */
2115         zio_inherit_child_errors(zio, ZIO_CHILD_VDEV);
2116         zio_inherit_child_errors(zio, ZIO_CHILD_GANG);
2117
2118         zio_pop_transforms(zio);        /* note: may set zio->io_error */
2119
2120         vdev_stat_update(zio, psize);
2121
2122         if (zio->io_error) {
2123                 /*
2124                  * If this I/O is attached to a particular vdev,
2125                  * generate an error message describing the I/O failure
2126                  * at the block level.  We ignore these errors if the
2127                  * device is currently unavailable.
2128                  */
2129                 if (zio->io_error != ECKSUM && vd != NULL && !vdev_is_dead(vd))
2130                         zfs_ereport_post(FM_EREPORT_ZFS_IO, spa, vd, zio, 0, 0);
2131
2132                 if ((zio->io_error == EIO ||
2133                     !(zio->io_flags & ZIO_FLAG_SPECULATIVE)) && zio == lio) {
2134                         /*
2135                          * For logical I/O requests, tell the SPA to log the
2136                          * error and generate a logical data ereport.
2137                          */
2138                         spa_log_error(spa, zio);
2139                         zfs_ereport_post(FM_EREPORT_ZFS_DATA, spa, NULL, zio,
2140                             0, 0);
2141                 }
2142         }
2143
2144         if (zio->io_error && zio == lio) {
2145                 /*
2146                  * Determine whether zio should be reexecuted.  This will
2147                  * propagate all the way to the root via zio_notify_parent().
2148                  */
2149                 ASSERT(vd == NULL && bp != NULL);
2150
2151                 if (IO_IS_ALLOCATING(zio))
2152                         if (zio->io_error != ENOSPC)
2153                                 zio->io_reexecute |= ZIO_REEXECUTE_NOW;
2154                         else
2155                                 zio->io_reexecute |= ZIO_REEXECUTE_SUSPEND;
2156
2157                 if ((zio->io_type == ZIO_TYPE_READ ||
2158                     zio->io_type == ZIO_TYPE_FREE) &&
2159                     zio->io_error == ENXIO &&
2160                     spa_get_failmode(spa) != ZIO_FAILURE_MODE_CONTINUE)
2161                         zio->io_reexecute |= ZIO_REEXECUTE_SUSPEND;
2162
2163                 if (!(zio->io_flags & ZIO_FLAG_CANFAIL) && !zio->io_reexecute)
2164                         zio->io_reexecute |= ZIO_REEXECUTE_SUSPEND;
2165         }
2166
2167         /*
2168          * If there were logical child errors, they apply to us now.
2169          * We defer this until now to avoid conflating logical child
2170          * errors with errors that happened to the zio itself when
2171          * updating vdev stats and reporting FMA events above.
2172          */
2173         zio_inherit_child_errors(zio, ZIO_CHILD_LOGICAL);
2174
2175         if (zio->io_reexecute) {
2176                 /*
2177                  * This is a logical I/O that wants to reexecute.
2178                  *
2179                  * Reexecute is top-down.  When an i/o fails, if it's not
2180                  * the root, it simply notifies its parent and sticks around.
2181                  * The parent, seeing that it still has children in zio_done(),
2182                  * does the same.  This percolates all the way up to the root.
2183                  * The root i/o will reexecute or suspend the entire tree.
2184                  *
2185                  * This approach ensures that zio_reexecute() honors
2186                  * all the original i/o dependency relationships, e.g.
2187                  * parents not executing until children are ready.
2188                  */
2189                 ASSERT(zio->io_child_type == ZIO_CHILD_LOGICAL);
2190
2191                 if (IO_IS_ALLOCATING(zio))
2192                         zio_dva_unallocate(zio, zio->io_gang_tree, bp);
2193
2194                 zio_gang_tree_free(&zio->io_gang_tree);
2195
2196                 if (pio != NULL) {
2197                         /*
2198                          * We're not a root i/o, so there's nothing to do
2199                          * but notify our parent.  Don't propagate errors
2200                          * upward since we haven't permanently failed yet.
2201                          */
2202                         zio->io_flags |= ZIO_FLAG_DONT_PROPAGATE;
2203                         zio_notify_parent(pio, zio, ZIO_WAIT_DONE);
2204                 } else if (zio->io_reexecute & ZIO_REEXECUTE_SUSPEND) {
2205                         /*
2206                          * We'd fail again if we reexecuted now, so suspend
2207                          * until conditions improve (e.g. device comes online).
2208                          */
2209                         zio_suspend(spa, zio);
2210                 } else {
2211                         /*
2212                          * Reexecution is potentially a huge amount of work.
2213                          * Hand it off to the otherwise-unused claim taskq.
2214                          */
2215                         (void) taskq_dispatch(
2216                             spa->spa_zio_taskq[ZIO_TYPE_CLAIM][ZIO_TASKQ_ISSUE],
2217                             (task_func_t *)zio_reexecute, zio, TQ_SLEEP);
2218                 }
2219                 return (ZIO_PIPELINE_STOP);
2220         }
2221
2222         ASSERT(zio->io_child == NULL);
2223         ASSERT(zio->io_reexecute == 0);
2224         ASSERT(zio->io_error == 0 || (zio->io_flags & ZIO_FLAG_CANFAIL));
2225
2226         if (zio->io_done)
2227                 zio->io_done(zio);
2228
2229         zio_gang_tree_free(&zio->io_gang_tree);
2230
2231         ASSERT(zio->io_delegate_list == NULL);
2232         ASSERT(zio->io_delegate_next == NULL);
2233
2234         if (pio != NULL) {
2235                 zio_remove_child(pio, zio);
2236                 zio_notify_parent(pio, zio, ZIO_WAIT_DONE);
2237         }
2238
2239         if (zio->io_waiter != NULL) {
2240                 mutex_enter(&zio->io_lock);
2241                 zio->io_executor = NULL;
2242                 cv_broadcast(&zio->io_cv);
2243                 mutex_exit(&zio->io_lock);
2244         } else {
2245                 zio_destroy(zio);
2246         }
2247
2248         return (ZIO_PIPELINE_STOP);
2249 }
2250
2251 /*
2252  * ==========================================================================
2253  * I/O pipeline definition
2254  * ==========================================================================
2255  */
2256 static zio_pipe_stage_t *zio_pipeline[ZIO_STAGES] = {
2257         NULL,
2258         zio_issue_async,
2259         zio_read_bp_init,
2260         zio_write_bp_init,
2261         zio_checksum_generate,
2262         zio_gang_assemble,
2263         zio_gang_issue,
2264         zio_dva_allocate,
2265         zio_dva_free,
2266         zio_dva_claim,
2267         zio_ready,
2268         zio_vdev_io_start,
2269         zio_vdev_io_done,
2270         zio_vdev_io_assess,
2271         zio_checksum_verify,
2272         zio_done
2273 };