Rebase master to b117
[zfs.git] / 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 2009 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_link_cache;
73 kmem_cache_t *zio_buf_cache[SPA_MAXBLOCKSIZE >> SPA_MINBLOCKSHIFT];
74 kmem_cache_t *zio_data_buf_cache[SPA_MAXBLOCKSIZE >> SPA_MINBLOCKSHIFT];
75
76 #ifdef _KERNEL
77 extern vmem_t *zio_alloc_arena;
78 #endif
79
80 /*
81  * An allocating zio is one that either currently has the DVA allocate
82  * stage set or will have it later in its lifetime.
83  */
84 #define IO_IS_ALLOCATING(zio) \
85         ((zio)->io_orig_pipeline & (1U << ZIO_STAGE_DVA_ALLOCATE))
86
87 void
88 zio_init(void)
89 {
90         size_t c;
91         vmem_t *data_alloc_arena = NULL;
92
93 #ifdef _KERNEL
94         data_alloc_arena = zio_alloc_arena;
95 #endif
96         zio_cache = kmem_cache_create("zio_cache",
97             sizeof (zio_t), 0, NULL, NULL, NULL, NULL, NULL, 0);
98         zio_link_cache = kmem_cache_create("zio_link_cache",
99             sizeof (zio_link_t), 0, NULL, NULL, NULL, NULL, NULL, 0);
100
101         /*
102          * For small buffers, we want a cache for each multiple of
103          * SPA_MINBLOCKSIZE.  For medium-size buffers, we want a cache
104          * for each quarter-power of 2.  For large buffers, we want
105          * a cache for each multiple of PAGESIZE.
106          */
107         for (c = 0; c < SPA_MAXBLOCKSIZE >> SPA_MINBLOCKSHIFT; c++) {
108                 size_t size = (c + 1) << SPA_MINBLOCKSHIFT;
109                 size_t p2 = size;
110                 size_t align = 0;
111
112                 while (p2 & (p2 - 1))
113                         p2 &= p2 - 1;
114
115                 if (size <= 4 * SPA_MINBLOCKSIZE) {
116                         align = SPA_MINBLOCKSIZE;
117                 } else if (P2PHASE(size, PAGESIZE) == 0) {
118                         align = PAGESIZE;
119                 } else if (P2PHASE(size, p2 >> 2) == 0) {
120                         align = p2 >> 2;
121                 }
122
123                 if (align != 0) {
124                         char name[36];
125                         (void) sprintf(name, "zio_buf_%lu", (ulong_t)size);
126                         zio_buf_cache[c] = kmem_cache_create(name, size,
127                             align, NULL, NULL, NULL, NULL, NULL, KMC_NODEBUG);
128
129                         (void) sprintf(name, "zio_data_buf_%lu", (ulong_t)size);
130                         zio_data_buf_cache[c] = kmem_cache_create(name, size,
131                             align, NULL, NULL, NULL, NULL, data_alloc_arena,
132                             KMC_NODEBUG);
133                 }
134         }
135
136         while (--c != 0) {
137                 ASSERT(zio_buf_cache[c] != NULL);
138                 if (zio_buf_cache[c - 1] == NULL)
139                         zio_buf_cache[c - 1] = zio_buf_cache[c];
140
141                 ASSERT(zio_data_buf_cache[c] != NULL);
142                 if (zio_data_buf_cache[c - 1] == NULL)
143                         zio_data_buf_cache[c - 1] = zio_data_buf_cache[c];
144         }
145
146         zio_inject_init();
147 }
148
149 void
150 zio_fini(void)
151 {
152         size_t c;
153         kmem_cache_t *last_cache = NULL;
154         kmem_cache_t *last_data_cache = NULL;
155
156         for (c = 0; c < SPA_MAXBLOCKSIZE >> SPA_MINBLOCKSHIFT; c++) {
157                 if (zio_buf_cache[c] != last_cache) {
158                         last_cache = zio_buf_cache[c];
159                         kmem_cache_destroy(zio_buf_cache[c]);
160                 }
161                 zio_buf_cache[c] = NULL;
162
163                 if (zio_data_buf_cache[c] != last_data_cache) {
164                         last_data_cache = zio_data_buf_cache[c];
165                         kmem_cache_destroy(zio_data_buf_cache[c]);
166                 }
167                 zio_data_buf_cache[c] = NULL;
168         }
169
170         kmem_cache_destroy(zio_link_cache);
171         kmem_cache_destroy(zio_cache);
172
173         zio_inject_fini();
174 }
175
176 /*
177  * ==========================================================================
178  * Allocate and free I/O buffers
179  * ==========================================================================
180  */
181
182 /*
183  * Use zio_buf_alloc to allocate ZFS metadata.  This data will appear in a
184  * crashdump if the kernel panics, so use it judiciously.  Obviously, it's
185  * useful to inspect ZFS metadata, but if possible, we should avoid keeping
186  * excess / transient data in-core during a crashdump.
187  */
188 void *
189 zio_buf_alloc(size_t size)
190 {
191         size_t c = (size - 1) >> SPA_MINBLOCKSHIFT;
192
193         ASSERT(c < SPA_MAXBLOCKSIZE >> SPA_MINBLOCKSHIFT);
194
195         return (kmem_cache_alloc(zio_buf_cache[c], KM_PUSHPAGE));
196 }
197
198 /*
199  * Use zio_data_buf_alloc to allocate data.  The data will not appear in a
200  * crashdump if the kernel panics.  This exists so that we will limit the amount
201  * of ZFS data that shows up in a kernel crashdump.  (Thus reducing the amount
202  * of kernel heap dumped to disk when the kernel panics)
203  */
204 void *
205 zio_data_buf_alloc(size_t size)
206 {
207         size_t c = (size - 1) >> SPA_MINBLOCKSHIFT;
208
209         ASSERT(c < SPA_MAXBLOCKSIZE >> SPA_MINBLOCKSHIFT);
210
211         return (kmem_cache_alloc(zio_data_buf_cache[c], KM_PUSHPAGE));
212 }
213
214 void
215 zio_buf_free(void *buf, size_t size)
216 {
217         size_t c = (size - 1) >> SPA_MINBLOCKSHIFT;
218
219         ASSERT(c < SPA_MAXBLOCKSIZE >> SPA_MINBLOCKSHIFT);
220
221         kmem_cache_free(zio_buf_cache[c], buf);
222 }
223
224 void
225 zio_data_buf_free(void *buf, size_t size)
226 {
227         size_t c = (size - 1) >> SPA_MINBLOCKSHIFT;
228
229         ASSERT(c < SPA_MAXBLOCKSIZE >> SPA_MINBLOCKSHIFT);
230
231         kmem_cache_free(zio_data_buf_cache[c], buf);
232 }
233
234 /*
235  * ==========================================================================
236  * Push and pop I/O transform buffers
237  * ==========================================================================
238  */
239 static void
240 zio_push_transform(zio_t *zio, void *data, uint64_t size, uint64_t bufsize,
241         zio_transform_func_t *transform)
242 {
243         zio_transform_t *zt = kmem_alloc(sizeof (zio_transform_t), KM_SLEEP);
244
245         zt->zt_orig_data = zio->io_data;
246         zt->zt_orig_size = zio->io_size;
247         zt->zt_bufsize = bufsize;
248         zt->zt_transform = transform;
249
250         zt->zt_next = zio->io_transform_stack;
251         zio->io_transform_stack = zt;
252
253         zio->io_data = data;
254         zio->io_size = size;
255 }
256
257 static void
258 zio_pop_transforms(zio_t *zio)
259 {
260         zio_transform_t *zt;
261
262         while ((zt = zio->io_transform_stack) != NULL) {
263                 if (zt->zt_transform != NULL)
264                         zt->zt_transform(zio,
265                             zt->zt_orig_data, zt->zt_orig_size);
266
267                 zio_buf_free(zio->io_data, zt->zt_bufsize);
268
269                 zio->io_data = zt->zt_orig_data;
270                 zio->io_size = zt->zt_orig_size;
271                 zio->io_transform_stack = zt->zt_next;
272
273                 kmem_free(zt, sizeof (zio_transform_t));
274         }
275 }
276
277 /*
278  * ==========================================================================
279  * I/O transform callbacks for subblocks and decompression
280  * ==========================================================================
281  */
282 static void
283 zio_subblock(zio_t *zio, void *data, uint64_t size)
284 {
285         ASSERT(zio->io_size > size);
286
287         if (zio->io_type == ZIO_TYPE_READ)
288                 bcopy(zio->io_data, data, size);
289 }
290
291 static void
292 zio_decompress(zio_t *zio, void *data, uint64_t size)
293 {
294         if (zio->io_error == 0 &&
295             zio_decompress_data(BP_GET_COMPRESS(zio->io_bp),
296             zio->io_data, zio->io_size, data, size) != 0)
297                 zio->io_error = EIO;
298 }
299
300 /*
301  * ==========================================================================
302  * I/O parent/child relationships and pipeline interlocks
303  * ==========================================================================
304  */
305 /*
306  * NOTE - Callers to zio_walk_parents() and zio_walk_children must
307  *        continue calling these functions until they return NULL.
308  *        Otherwise, the next caller will pick up the list walk in
309  *        some indeterminate state.  (Otherwise every caller would
310  *        have to pass in a cookie to keep the state represented by
311  *        io_walk_link, which gets annoying.)
312  */
313 zio_t *
314 zio_walk_parents(zio_t *cio)
315 {
316         zio_link_t *zl = cio->io_walk_link;
317         list_t *pl = &cio->io_parent_list;
318
319         zl = (zl == NULL) ? list_head(pl) : list_next(pl, zl);
320         cio->io_walk_link = zl;
321
322         if (zl == NULL)
323                 return (NULL);
324
325         ASSERT(zl->zl_child == cio);
326         return (zl->zl_parent);
327 }
328
329 zio_t *
330 zio_walk_children(zio_t *pio)
331 {
332         zio_link_t *zl = pio->io_walk_link;
333         list_t *cl = &pio->io_child_list;
334
335         zl = (zl == NULL) ? list_head(cl) : list_next(cl, zl);
336         pio->io_walk_link = zl;
337
338         if (zl == NULL)
339                 return (NULL);
340
341         ASSERT(zl->zl_parent == pio);
342         return (zl->zl_child);
343 }
344
345 zio_t *
346 zio_unique_parent(zio_t *cio)
347 {
348         zio_t *pio = zio_walk_parents(cio);
349
350         VERIFY(zio_walk_parents(cio) == NULL);
351         return (pio);
352 }
353
354 void
355 zio_add_child(zio_t *pio, zio_t *cio)
356 {
357         zio_link_t *zl = kmem_cache_alloc(zio_link_cache, KM_SLEEP);
358
359         /*
360          * Logical I/Os can have logical, gang, or vdev children.
361          * Gang I/Os can have gang or vdev children.
362          * Vdev I/Os can only have vdev children.
363          * The following ASSERT captures all of these constraints.
364          */
365         ASSERT(cio->io_child_type <= pio->io_child_type);
366
367         zl->zl_parent = pio;
368         zl->zl_child = cio;
369
370         mutex_enter(&cio->io_lock);
371         mutex_enter(&pio->io_lock);
372
373         ASSERT(pio->io_state[ZIO_WAIT_DONE] == 0);
374
375         for (int w = 0; w < ZIO_WAIT_TYPES; w++)
376                 pio->io_children[cio->io_child_type][w] += !cio->io_state[w];
377
378         list_insert_head(&pio->io_child_list, zl);
379         list_insert_head(&cio->io_parent_list, zl);
380
381         mutex_exit(&pio->io_lock);
382         mutex_exit(&cio->io_lock);
383 }
384
385 static void
386 zio_remove_child(zio_t *pio, zio_t *cio, zio_link_t *zl)
387 {
388         ASSERT(zl->zl_parent == pio);
389         ASSERT(zl->zl_child == cio);
390
391         mutex_enter(&cio->io_lock);
392         mutex_enter(&pio->io_lock);
393
394         list_remove(&pio->io_child_list, zl);
395         list_remove(&cio->io_parent_list, zl);
396
397         mutex_exit(&pio->io_lock);
398         mutex_exit(&cio->io_lock);
399
400         kmem_cache_free(zio_link_cache, zl);
401 }
402
403 static boolean_t
404 zio_wait_for_children(zio_t *zio, enum zio_child child, enum zio_wait_type wait)
405 {
406         uint64_t *countp = &zio->io_children[child][wait];
407         boolean_t waiting = B_FALSE;
408
409         mutex_enter(&zio->io_lock);
410         ASSERT(zio->io_stall == NULL);
411         if (*countp != 0) {
412                 zio->io_stage--;
413                 zio->io_stall = countp;
414                 waiting = B_TRUE;
415         }
416         mutex_exit(&zio->io_lock);
417
418         return (waiting);
419 }
420
421 static void
422 zio_notify_parent(zio_t *pio, zio_t *zio, enum zio_wait_type wait)
423 {
424         uint64_t *countp = &pio->io_children[zio->io_child_type][wait];
425         int *errorp = &pio->io_child_error[zio->io_child_type];
426
427         mutex_enter(&pio->io_lock);
428         if (zio->io_error && !(zio->io_flags & ZIO_FLAG_DONT_PROPAGATE))
429                 *errorp = zio_worst_error(*errorp, zio->io_error);
430         pio->io_reexecute |= zio->io_reexecute;
431         ASSERT3U(*countp, >, 0);
432         if (--*countp == 0 && pio->io_stall == countp) {
433                 pio->io_stall = NULL;
434                 mutex_exit(&pio->io_lock);
435                 zio_execute(pio);
436         } else {
437                 mutex_exit(&pio->io_lock);
438         }
439 }
440
441 static void
442 zio_inherit_child_errors(zio_t *zio, enum zio_child c)
443 {
444         if (zio->io_child_error[c] != 0 && zio->io_error == 0)
445                 zio->io_error = zio->io_child_error[c];
446 }
447
448 /*
449  * ==========================================================================
450  * Create the various types of I/O (read, write, free, etc)
451  * ==========================================================================
452  */
453 static zio_t *
454 zio_create(zio_t *pio, spa_t *spa, uint64_t txg, blkptr_t *bp,
455     void *data, uint64_t size, zio_done_func_t *done, void *private,
456     zio_type_t type, int priority, int flags, vdev_t *vd, uint64_t offset,
457     const zbookmark_t *zb, uint8_t stage, uint32_t pipeline)
458 {
459         zio_t *zio;
460
461         ASSERT3U(size, <=, SPA_MAXBLOCKSIZE);
462         ASSERT(P2PHASE(size, SPA_MINBLOCKSIZE) == 0);
463         ASSERT(P2PHASE(offset, SPA_MINBLOCKSIZE) == 0);
464
465         ASSERT(!vd || spa_config_held(spa, SCL_STATE_ALL, RW_READER));
466         ASSERT(!bp || !(flags & ZIO_FLAG_CONFIG_WRITER));
467         ASSERT(vd || stage == ZIO_STAGE_OPEN);
468
469         zio = kmem_cache_alloc(zio_cache, KM_SLEEP);
470         bzero(zio, sizeof (zio_t));
471
472         mutex_init(&zio->io_lock, NULL, MUTEX_DEFAULT, NULL);
473         cv_init(&zio->io_cv, NULL, CV_DEFAULT, NULL);
474
475         list_create(&zio->io_parent_list, sizeof (zio_link_t),
476             offsetof(zio_link_t, zl_parent_node));
477         list_create(&zio->io_child_list, sizeof (zio_link_t),
478             offsetof(zio_link_t, zl_child_node));
479
480         if (vd != NULL)
481                 zio->io_child_type = ZIO_CHILD_VDEV;
482         else if (flags & ZIO_FLAG_GANG_CHILD)
483                 zio->io_child_type = ZIO_CHILD_GANG;
484         else
485                 zio->io_child_type = ZIO_CHILD_LOGICAL;
486
487         if (bp != NULL) {
488                 zio->io_bp = bp;
489                 zio->io_bp_copy = *bp;
490                 zio->io_bp_orig = *bp;
491                 if (type != ZIO_TYPE_WRITE)
492                         zio->io_bp = &zio->io_bp_copy;  /* so caller can free */
493                 if (zio->io_child_type == ZIO_CHILD_LOGICAL)
494                         zio->io_logical = zio;
495                 if (zio->io_child_type > ZIO_CHILD_GANG && BP_IS_GANG(bp))
496                         pipeline |= ZIO_GANG_STAGES;
497         }
498
499         zio->io_spa = spa;
500         zio->io_txg = txg;
501         zio->io_data = data;
502         zio->io_size = size;
503         zio->io_done = done;
504         zio->io_private = private;
505         zio->io_type = type;
506         zio->io_priority = priority;
507         zio->io_vd = vd;
508         zio->io_offset = offset;
509         zio->io_orig_flags = zio->io_flags = flags;
510         zio->io_orig_stage = zio->io_stage = stage;
511         zio->io_orig_pipeline = zio->io_pipeline = pipeline;
512
513         zio->io_state[ZIO_WAIT_READY] = (stage >= ZIO_STAGE_READY);
514         zio->io_state[ZIO_WAIT_DONE] = (stage >= ZIO_STAGE_DONE);
515
516         if (zb != NULL)
517                 zio->io_bookmark = *zb;
518
519         if (pio != NULL) {
520                 if (zio->io_logical == NULL)
521                         zio->io_logical = pio->io_logical;
522                 if (zio->io_child_type == ZIO_CHILD_GANG)
523                         zio->io_gang_leader = pio->io_gang_leader;
524                 zio_add_child(pio, zio);
525         }
526
527         return (zio);
528 }
529
530 static void
531 zio_destroy(zio_t *zio)
532 {
533         list_destroy(&zio->io_parent_list);
534         list_destroy(&zio->io_child_list);
535         mutex_destroy(&zio->io_lock);
536         cv_destroy(&zio->io_cv);
537         kmem_cache_free(zio_cache, zio);
538 }
539
540 zio_t *
541 zio_null(zio_t *pio, spa_t *spa, vdev_t *vd, zio_done_func_t *done,
542     void *private, int flags)
543 {
544         zio_t *zio;
545
546         zio = zio_create(pio, spa, 0, NULL, NULL, 0, done, private,
547             ZIO_TYPE_NULL, ZIO_PRIORITY_NOW, flags, vd, 0, NULL,
548             ZIO_STAGE_OPEN, ZIO_INTERLOCK_PIPELINE);
549
550         return (zio);
551 }
552
553 zio_t *
554 zio_root(spa_t *spa, zio_done_func_t *done, void *private, int flags)
555 {
556         return (zio_null(NULL, spa, NULL, done, private, flags));
557 }
558
559 zio_t *
560 zio_read(zio_t *pio, spa_t *spa, const blkptr_t *bp,
561     void *data, uint64_t size, zio_done_func_t *done, void *private,
562     int priority, int flags, const zbookmark_t *zb)
563 {
564         zio_t *zio;
565
566         zio = zio_create(pio, spa, bp->blk_birth, (blkptr_t *)bp,
567             data, size, done, private,
568             ZIO_TYPE_READ, priority, flags, NULL, 0, zb,
569             ZIO_STAGE_OPEN, ZIO_READ_PIPELINE);
570
571         return (zio);
572 }
573
574 void
575 zio_skip_write(zio_t *zio)
576 {
577         ASSERT(zio->io_type == ZIO_TYPE_WRITE);
578         ASSERT(zio->io_stage == ZIO_STAGE_READY);
579         ASSERT(!BP_IS_GANG(zio->io_bp));
580
581         zio->io_pipeline &= ~ZIO_VDEV_IO_STAGES;
582 }
583
584 zio_t *
585 zio_write(zio_t *pio, spa_t *spa, uint64_t txg, blkptr_t *bp,
586     void *data, uint64_t size, zio_prop_t *zp,
587     zio_done_func_t *ready, zio_done_func_t *done, void *private,
588     int priority, int flags, const zbookmark_t *zb)
589 {
590         zio_t *zio;
591
592         ASSERT(zp->zp_checksum >= ZIO_CHECKSUM_OFF &&
593             zp->zp_checksum < ZIO_CHECKSUM_FUNCTIONS &&
594             zp->zp_compress >= ZIO_COMPRESS_OFF &&
595             zp->zp_compress < ZIO_COMPRESS_FUNCTIONS &&
596             zp->zp_type < DMU_OT_NUMTYPES &&
597             zp->zp_level < 32 &&
598             zp->zp_ndvas > 0 &&
599             zp->zp_ndvas <= spa_max_replication(spa));
600         ASSERT(ready != NULL);
601
602         zio = zio_create(pio, spa, txg, bp, data, size, done, private,
603             ZIO_TYPE_WRITE, priority, flags, NULL, 0, zb,
604             ZIO_STAGE_OPEN, ZIO_WRITE_PIPELINE);
605
606         zio->io_ready = ready;
607         zio->io_prop = *zp;
608
609         return (zio);
610 }
611
612 zio_t *
613 zio_rewrite(zio_t *pio, spa_t *spa, uint64_t txg, blkptr_t *bp, void *data,
614     uint64_t size, zio_done_func_t *done, void *private, int priority,
615     int flags, zbookmark_t *zb)
616 {
617         zio_t *zio;
618
619         zio = zio_create(pio, spa, txg, bp, data, size, done, private,
620             ZIO_TYPE_WRITE, priority, flags, NULL, 0, zb,
621             ZIO_STAGE_OPEN, ZIO_REWRITE_PIPELINE);
622
623         return (zio);
624 }
625
626 zio_t *
627 zio_free(zio_t *pio, spa_t *spa, uint64_t txg, blkptr_t *bp,
628     zio_done_func_t *done, void *private, int flags)
629 {
630         zio_t *zio;
631
632         ASSERT(!BP_IS_HOLE(bp));
633
634         if (bp->blk_fill == BLK_FILL_ALREADY_FREED)
635                 return (zio_null(pio, spa, NULL, NULL, NULL, flags));
636
637         if (txg == spa->spa_syncing_txg &&
638             spa_sync_pass(spa) > SYNC_PASS_DEFERRED_FREE) {
639                 bplist_enqueue_deferred(&spa->spa_sync_bplist, bp);
640                 return (zio_null(pio, spa, NULL, NULL, NULL, flags));
641         }
642
643         zio = zio_create(pio, spa, txg, bp, NULL, BP_GET_PSIZE(bp),
644             done, private, ZIO_TYPE_FREE, ZIO_PRIORITY_FREE, flags,
645             NULL, 0, NULL, ZIO_STAGE_OPEN, ZIO_FREE_PIPELINE);
646
647         return (zio);
648 }
649
650 zio_t *
651 zio_claim(zio_t *pio, spa_t *spa, uint64_t txg, blkptr_t *bp,
652     zio_done_func_t *done, void *private, int flags)
653 {
654         zio_t *zio;
655
656         /*
657          * A claim is an allocation of a specific block.  Claims are needed
658          * to support immediate writes in the intent log.  The issue is that
659          * immediate writes contain committed data, but in a txg that was
660          * *not* committed.  Upon opening the pool after an unclean shutdown,
661          * the intent log claims all blocks that contain immediate write data
662          * so that the SPA knows they're in use.
663          *
664          * All claims *must* be resolved in the first txg -- before the SPA
665          * starts allocating blocks -- so that nothing is allocated twice.
666          */
667         ASSERT3U(spa->spa_uberblock.ub_rootbp.blk_birth, <, spa_first_txg(spa));
668         ASSERT3U(spa_first_txg(spa), <=, txg);
669
670         zio = zio_create(pio, spa, txg, bp, NULL, BP_GET_PSIZE(bp),
671             done, private, ZIO_TYPE_CLAIM, ZIO_PRIORITY_NOW, flags,
672             NULL, 0, NULL, ZIO_STAGE_OPEN, ZIO_CLAIM_PIPELINE);
673
674         return (zio);
675 }
676
677 zio_t *
678 zio_ioctl(zio_t *pio, spa_t *spa, vdev_t *vd, int cmd,
679     zio_done_func_t *done, void *private, int priority, int flags)
680 {
681         zio_t *zio;
682         int c;
683
684         if (vd->vdev_children == 0) {
685                 zio = zio_create(pio, spa, 0, NULL, NULL, 0, done, private,
686                     ZIO_TYPE_IOCTL, priority, flags, vd, 0, NULL,
687                     ZIO_STAGE_OPEN, ZIO_IOCTL_PIPELINE);
688
689                 zio->io_cmd = cmd;
690         } else {
691                 zio = zio_null(pio, spa, NULL, NULL, NULL, flags);
692
693                 for (c = 0; c < vd->vdev_children; c++)
694                         zio_nowait(zio_ioctl(zio, spa, vd->vdev_child[c], cmd,
695                             done, private, priority, flags));
696         }
697
698         return (zio);
699 }
700
701 zio_t *
702 zio_read_phys(zio_t *pio, vdev_t *vd, uint64_t offset, uint64_t size,
703     void *data, int checksum, zio_done_func_t *done, void *private,
704     int priority, int flags, boolean_t labels)
705 {
706         zio_t *zio;
707
708         ASSERT(vd->vdev_children == 0);
709         ASSERT(!labels || offset + size <= VDEV_LABEL_START_SIZE ||
710             offset >= vd->vdev_psize - VDEV_LABEL_END_SIZE);
711         ASSERT3U(offset + size, <=, vd->vdev_psize);
712
713         zio = zio_create(pio, vd->vdev_spa, 0, NULL, data, size, done, private,
714             ZIO_TYPE_READ, priority, flags, vd, offset, NULL,
715             ZIO_STAGE_OPEN, ZIO_READ_PHYS_PIPELINE);
716
717         zio->io_prop.zp_checksum = checksum;
718
719         return (zio);
720 }
721
722 zio_t *
723 zio_write_phys(zio_t *pio, vdev_t *vd, uint64_t offset, uint64_t size,
724     void *data, int checksum, zio_done_func_t *done, void *private,
725     int priority, int flags, boolean_t labels)
726 {
727         zio_t *zio;
728
729         ASSERT(vd->vdev_children == 0);
730         ASSERT(!labels || offset + size <= VDEV_LABEL_START_SIZE ||
731             offset >= vd->vdev_psize - VDEV_LABEL_END_SIZE);
732         ASSERT3U(offset + size, <=, vd->vdev_psize);
733
734         zio = zio_create(pio, vd->vdev_spa, 0, NULL, data, size, done, private,
735             ZIO_TYPE_WRITE, priority, flags, vd, offset, NULL,
736             ZIO_STAGE_OPEN, ZIO_WRITE_PHYS_PIPELINE);
737
738         zio->io_prop.zp_checksum = checksum;
739
740         if (zio_checksum_table[checksum].ci_zbt) {
741                 /*
742                  * zbt checksums are necessarily destructive -- they modify
743                  * the end of the write buffer to hold the verifier/checksum.
744                  * Therefore, we must make a local copy in case the data is
745                  * being written to multiple places in parallel.
746                  */
747                 void *wbuf = zio_buf_alloc(size);
748                 bcopy(data, wbuf, size);
749                 zio_push_transform(zio, wbuf, size, size, NULL);
750         }
751
752         return (zio);
753 }
754
755 /*
756  * Create a child I/O to do some work for us.
757  */
758 zio_t *
759 zio_vdev_child_io(zio_t *pio, blkptr_t *bp, vdev_t *vd, uint64_t offset,
760         void *data, uint64_t size, int type, int priority, int flags,
761         zio_done_func_t *done, void *private)
762 {
763         uint32_t pipeline = ZIO_VDEV_CHILD_PIPELINE;
764         zio_t *zio;
765
766         ASSERT(vd->vdev_parent ==
767             (pio->io_vd ? pio->io_vd : pio->io_spa->spa_root_vdev));
768
769         if (type == ZIO_TYPE_READ && bp != NULL) {
770                 /*
771                  * If we have the bp, then the child should perform the
772                  * checksum and the parent need not.  This pushes error
773                  * detection as close to the leaves as possible and
774                  * eliminates redundant checksums in the interior nodes.
775                  */
776                 pipeline |= 1U << ZIO_STAGE_CHECKSUM_VERIFY;
777                 pio->io_pipeline &= ~(1U << ZIO_STAGE_CHECKSUM_VERIFY);
778         }
779
780         if (vd->vdev_children == 0)
781                 offset += VDEV_LABEL_START_SIZE;
782
783         zio = zio_create(pio, pio->io_spa, pio->io_txg, bp, data, size,
784             done, private, type, priority,
785             (pio->io_flags & ZIO_FLAG_VDEV_INHERIT) |
786             ZIO_FLAG_CANFAIL | ZIO_FLAG_DONT_PROPAGATE | flags,
787             vd, offset, &pio->io_bookmark,
788             ZIO_STAGE_VDEV_IO_START - 1, pipeline);
789
790         return (zio);
791 }
792
793 zio_t *
794 zio_vdev_delegated_io(vdev_t *vd, uint64_t offset, void *data, uint64_t size,
795         int type, int priority, int flags, zio_done_func_t *done, void *private)
796 {
797         zio_t *zio;
798
799         ASSERT(vd->vdev_ops->vdev_op_leaf);
800
801         zio = zio_create(NULL, vd->vdev_spa, 0, NULL,
802             data, size, done, private, type, priority,
803             flags | ZIO_FLAG_CANFAIL | ZIO_FLAG_DONT_RETRY,
804             vd, offset, NULL,
805             ZIO_STAGE_VDEV_IO_START - 1, ZIO_VDEV_CHILD_PIPELINE);
806
807         return (zio);
808 }
809
810 void
811 zio_flush(zio_t *zio, vdev_t *vd)
812 {
813         zio_nowait(zio_ioctl(zio, zio->io_spa, vd, DKIOCFLUSHWRITECACHE,
814             NULL, NULL, ZIO_PRIORITY_NOW,
815             ZIO_FLAG_CANFAIL | ZIO_FLAG_DONT_PROPAGATE | ZIO_FLAG_DONT_RETRY));
816 }
817
818 /*
819  * ==========================================================================
820  * Prepare to read and write logical blocks
821  * ==========================================================================
822  */
823
824 static int
825 zio_read_bp_init(zio_t *zio)
826 {
827         blkptr_t *bp = zio->io_bp;
828
829         if (BP_GET_COMPRESS(bp) != ZIO_COMPRESS_OFF &&
830             zio->io_child_type == ZIO_CHILD_LOGICAL &&
831             !(zio->io_flags & ZIO_FLAG_RAW)) {
832                 uint64_t csize = BP_GET_PSIZE(bp);
833                 void *cbuf = zio_buf_alloc(csize);
834
835                 zio_push_transform(zio, cbuf, csize, csize, zio_decompress);
836         }
837
838         if (!dmu_ot[BP_GET_TYPE(bp)].ot_metadata && BP_GET_LEVEL(bp) == 0)
839                 zio->io_flags |= ZIO_FLAG_DONT_CACHE;
840
841         return (ZIO_PIPELINE_CONTINUE);
842 }
843
844 static int
845 zio_write_bp_init(zio_t *zio)
846 {
847         zio_prop_t *zp = &zio->io_prop;
848         int compress = zp->zp_compress;
849         blkptr_t *bp = zio->io_bp;
850         void *cbuf;
851         uint64_t lsize = zio->io_size;
852         uint64_t csize = lsize;
853         uint64_t cbufsize = 0;
854         int pass = 1;
855
856         /*
857          * If our children haven't all reached the ready stage,
858          * wait for them and then repeat this pipeline stage.
859          */
860         if (zio_wait_for_children(zio, ZIO_CHILD_GANG, ZIO_WAIT_READY) ||
861             zio_wait_for_children(zio, ZIO_CHILD_LOGICAL, ZIO_WAIT_READY))
862                 return (ZIO_PIPELINE_STOP);
863
864         if (!IO_IS_ALLOCATING(zio))
865                 return (ZIO_PIPELINE_CONTINUE);
866
867         ASSERT(compress != ZIO_COMPRESS_INHERIT);
868
869         if (bp->blk_birth == zio->io_txg) {
870                 /*
871                  * We're rewriting an existing block, which means we're
872                  * working on behalf of spa_sync().  For spa_sync() to
873                  * converge, it must eventually be the case that we don't
874                  * have to allocate new blocks.  But compression changes
875                  * the blocksize, which forces a reallocate, and makes
876                  * convergence take longer.  Therefore, after the first
877                  * few passes, stop compressing to ensure convergence.
878                  */
879                 pass = spa_sync_pass(zio->io_spa);
880
881                 if (pass > SYNC_PASS_DONT_COMPRESS)
882                         compress = ZIO_COMPRESS_OFF;
883
884                 /* Make sure someone doesn't change their mind on overwrites */
885                 ASSERT(MIN(zp->zp_ndvas + BP_IS_GANG(bp),
886                     spa_max_replication(zio->io_spa)) == BP_GET_NDVAS(bp));
887         }
888
889         if (compress != ZIO_COMPRESS_OFF) {
890                 if (!zio_compress_data(compress, zio->io_data, zio->io_size,
891                     &cbuf, &csize, &cbufsize)) {
892                         compress = ZIO_COMPRESS_OFF;
893                 } else if (csize != 0) {
894                         zio_push_transform(zio, cbuf, csize, cbufsize, NULL);
895                 }
896         }
897
898         /*
899          * The final pass of spa_sync() must be all rewrites, but the first
900          * few passes offer a trade-off: allocating blocks defers convergence,
901          * but newly allocated blocks are sequential, so they can be written
902          * to disk faster.  Therefore, we allow the first few passes of
903          * spa_sync() to allocate new blocks, but force rewrites after that.
904          * There should only be a handful of blocks after pass 1 in any case.
905          */
906         if (bp->blk_birth == zio->io_txg && BP_GET_PSIZE(bp) == csize &&
907             pass > SYNC_PASS_REWRITE) {
908                 ASSERT(csize != 0);
909                 uint32_t gang_stages = zio->io_pipeline & ZIO_GANG_STAGES;
910                 zio->io_pipeline = ZIO_REWRITE_PIPELINE | gang_stages;
911                 zio->io_flags |= ZIO_FLAG_IO_REWRITE;
912         } else {
913                 BP_ZERO(bp);
914                 zio->io_pipeline = ZIO_WRITE_PIPELINE;
915         }
916
917         if (csize == 0) {
918                 zio->io_pipeline = ZIO_INTERLOCK_PIPELINE;
919         } else {
920                 ASSERT(zp->zp_checksum != ZIO_CHECKSUM_GANG_HEADER);
921                 BP_SET_LSIZE(bp, lsize);
922                 BP_SET_PSIZE(bp, csize);
923                 BP_SET_COMPRESS(bp, compress);
924                 BP_SET_CHECKSUM(bp, zp->zp_checksum);
925                 BP_SET_TYPE(bp, zp->zp_type);
926                 BP_SET_LEVEL(bp, zp->zp_level);
927                 BP_SET_BYTEORDER(bp, ZFS_HOST_BYTEORDER);
928         }
929
930         return (ZIO_PIPELINE_CONTINUE);
931 }
932
933 /*
934  * ==========================================================================
935  * Execute the I/O pipeline
936  * ==========================================================================
937  */
938
939 static void
940 zio_taskq_dispatch(zio_t *zio, enum zio_taskq_type q)
941 {
942         zio_type_t t = zio->io_type;
943
944         /*
945          * If we're a config writer or a probe, the normal issue and
946          * interrupt threads may all be blocked waiting for the config lock.
947          * In this case, select the otherwise-unused taskq for ZIO_TYPE_NULL.
948          */
949         if (zio->io_flags & (ZIO_FLAG_CONFIG_WRITER | ZIO_FLAG_PROBE))
950                 t = ZIO_TYPE_NULL;
951
952         /*
953          * A similar issue exists for the L2ARC write thread until L2ARC 2.0.
954          */
955         if (t == ZIO_TYPE_WRITE && zio->io_vd && zio->io_vd->vdev_aux)
956                 t = ZIO_TYPE_NULL;
957
958         (void) taskq_dispatch(zio->io_spa->spa_zio_taskq[t][q],
959             (task_func_t *)zio_execute, zio, TQ_SLEEP);
960 }
961
962 static boolean_t
963 zio_taskq_member(zio_t *zio, enum zio_taskq_type q)
964 {
965         kthread_t *executor = zio->io_executor;
966         spa_t *spa = zio->io_spa;
967
968         for (zio_type_t t = 0; t < ZIO_TYPES; t++)
969                 if (taskq_member(spa->spa_zio_taskq[t][q], executor))
970                         return (B_TRUE);
971
972         return (B_FALSE);
973 }
974
975 static int
976 zio_issue_async(zio_t *zio)
977 {
978         zio_taskq_dispatch(zio, ZIO_TASKQ_ISSUE);
979
980         return (ZIO_PIPELINE_STOP);
981 }
982
983 void
984 zio_interrupt(zio_t *zio)
985 {
986         zio_taskq_dispatch(zio, ZIO_TASKQ_INTERRUPT);
987 }
988
989 /*
990  * Execute the I/O pipeline until one of the following occurs:
991  * (1) the I/O completes; (2) the pipeline stalls waiting for
992  * dependent child I/Os; (3) the I/O issues, so we're waiting
993  * for an I/O completion interrupt; (4) the I/O is delegated by
994  * vdev-level caching or aggregation; (5) the I/O is deferred
995  * due to vdev-level queueing; (6) the I/O is handed off to
996  * another thread.  In all cases, the pipeline stops whenever
997  * there's no CPU work; it never burns a thread in cv_wait().
998  *
999  * There's no locking on io_stage because there's no legitimate way
1000  * for multiple threads to be attempting to process the same I/O.
1001  */
1002 static zio_pipe_stage_t *zio_pipeline[ZIO_STAGES];
1003
1004 void
1005 zio_execute(zio_t *zio)
1006 {
1007         zio->io_executor = curthread;
1008
1009         while (zio->io_stage < ZIO_STAGE_DONE) {
1010                 uint32_t pipeline = zio->io_pipeline;
1011                 zio_stage_t stage = zio->io_stage;
1012                 int rv;
1013
1014                 ASSERT(!MUTEX_HELD(&zio->io_lock));
1015
1016                 while (((1U << ++stage) & pipeline) == 0)
1017                         continue;
1018
1019                 ASSERT(stage <= ZIO_STAGE_DONE);
1020                 ASSERT(zio->io_stall == NULL);
1021
1022                 /*
1023                  * If we are in interrupt context and this pipeline stage
1024                  * will grab a config lock that is held across I/O,
1025                  * issue async to avoid deadlock.
1026                  */
1027                 if (((1U << stage) & ZIO_CONFIG_LOCK_BLOCKING_STAGES) &&
1028                     zio->io_vd == NULL &&
1029                     zio_taskq_member(zio, ZIO_TASKQ_INTERRUPT)) {
1030                         zio_taskq_dispatch(zio, ZIO_TASKQ_ISSUE);
1031                         return;
1032                 }
1033
1034                 zio->io_stage = stage;
1035                 rv = zio_pipeline[stage](zio);
1036
1037                 if (rv == ZIO_PIPELINE_STOP)
1038                         return;
1039
1040                 ASSERT(rv == ZIO_PIPELINE_CONTINUE);
1041         }
1042 }
1043
1044 /*
1045  * ==========================================================================
1046  * Initiate I/O, either sync or async
1047  * ==========================================================================
1048  */
1049 int
1050 zio_wait(zio_t *zio)
1051 {
1052         int error;
1053
1054         ASSERT(zio->io_stage == ZIO_STAGE_OPEN);
1055         ASSERT(zio->io_executor == NULL);
1056
1057         zio->io_waiter = curthread;
1058
1059         zio_execute(zio);
1060
1061         mutex_enter(&zio->io_lock);
1062         while (zio->io_executor != NULL)
1063                 cv_wait(&zio->io_cv, &zio->io_lock);
1064         mutex_exit(&zio->io_lock);
1065
1066         error = zio->io_error;
1067         zio_destroy(zio);
1068
1069         return (error);
1070 }
1071
1072 void
1073 zio_nowait(zio_t *zio)
1074 {
1075         ASSERT(zio->io_executor == NULL);
1076
1077         if (zio->io_child_type == ZIO_CHILD_LOGICAL &&
1078             zio_unique_parent(zio) == NULL) {
1079                 /*
1080                  * This is a logical async I/O with no parent to wait for it.
1081                  * We add it to the spa_async_root_zio "Godfather" I/O which
1082                  * will ensure they complete prior to unloading the pool.
1083                  */
1084                 spa_t *spa = zio->io_spa;
1085
1086                 zio_add_child(spa->spa_async_zio_root, zio);
1087         }
1088
1089         zio_execute(zio);
1090 }
1091
1092 /*
1093  * ==========================================================================
1094  * Reexecute or suspend/resume failed I/O
1095  * ==========================================================================
1096  */
1097
1098 static void
1099 zio_reexecute(zio_t *pio)
1100 {
1101         zio_t *cio, *cio_next;
1102
1103         ASSERT(pio->io_child_type == ZIO_CHILD_LOGICAL);
1104         ASSERT(pio->io_orig_stage == ZIO_STAGE_OPEN);
1105         ASSERT(pio->io_gang_leader == NULL);
1106         ASSERT(pio->io_gang_tree == NULL);
1107
1108         pio->io_flags = pio->io_orig_flags;
1109         pio->io_stage = pio->io_orig_stage;
1110         pio->io_pipeline = pio->io_orig_pipeline;
1111         pio->io_reexecute = 0;
1112         pio->io_error = 0;
1113         for (int w = 0; w < ZIO_WAIT_TYPES; w++)
1114                 pio->io_state[w] = 0;
1115         for (int c = 0; c < ZIO_CHILD_TYPES; c++)
1116                 pio->io_child_error[c] = 0;
1117
1118         if (IO_IS_ALLOCATING(pio)) {
1119                 /*
1120                  * Remember the failed bp so that the io_ready() callback
1121                  * can update its accounting upon reexecution.  The block
1122                  * was already freed in zio_done(); we indicate this with
1123                  * a fill count of -1 so that zio_free() knows to skip it.
1124                  */
1125                 blkptr_t *bp = pio->io_bp;
1126                 ASSERT(bp->blk_birth == 0 || bp->blk_birth == pio->io_txg);
1127                 bp->blk_fill = BLK_FILL_ALREADY_FREED;
1128                 pio->io_bp_orig = *bp;
1129                 BP_ZERO(bp);
1130         }
1131
1132         /*
1133          * As we reexecute pio's children, new children could be created.
1134          * New children go to the head of pio's io_child_list, however,
1135          * so we will (correctly) not reexecute them.  The key is that
1136          * the remainder of pio's io_child_list, from 'cio_next' onward,
1137          * cannot be affected by any side effects of reexecuting 'cio'.
1138          */
1139         for (cio = zio_walk_children(pio); cio != NULL; cio = cio_next) {
1140                 cio_next = zio_walk_children(pio);
1141                 mutex_enter(&pio->io_lock);
1142                 for (int w = 0; w < ZIO_WAIT_TYPES; w++)
1143                         pio->io_children[cio->io_child_type][w]++;
1144                 mutex_exit(&pio->io_lock);
1145                 zio_reexecute(cio);
1146         }
1147
1148         /*
1149          * Now that all children have been reexecuted, execute the parent.
1150          * We don't reexecute "The Godfather" I/O here as it's the
1151          * responsibility of the caller to wait on him.
1152          */
1153         if (!(pio->io_flags & ZIO_FLAG_GODFATHER))
1154                 zio_execute(pio);
1155 }
1156
1157 void
1158 zio_suspend(spa_t *spa, zio_t *zio)
1159 {
1160         if (spa_get_failmode(spa) == ZIO_FAILURE_MODE_PANIC)
1161                 fm_panic("Pool '%s' has encountered an uncorrectable I/O "
1162                     "failure and the failure mode property for this pool "
1163                     "is set to panic.", spa_name(spa));
1164
1165         zfs_ereport_post(FM_EREPORT_ZFS_IO_FAILURE, spa, NULL, NULL, 0, 0);
1166
1167         mutex_enter(&spa->spa_suspend_lock);
1168
1169         if (spa->spa_suspend_zio_root == NULL)
1170                 spa->spa_suspend_zio_root = zio_root(spa, NULL, NULL,
1171                     ZIO_FLAG_CANFAIL | ZIO_FLAG_SPECULATIVE |
1172                     ZIO_FLAG_GODFATHER);
1173
1174         spa->spa_suspended = B_TRUE;
1175
1176         if (zio != NULL) {
1177                 ASSERT(!(zio->io_flags & ZIO_FLAG_GODFATHER));
1178                 ASSERT(zio != spa->spa_suspend_zio_root);
1179                 ASSERT(zio->io_child_type == ZIO_CHILD_LOGICAL);
1180                 ASSERT(zio_unique_parent(zio) == NULL);
1181                 ASSERT(zio->io_stage == ZIO_STAGE_DONE);
1182                 zio_add_child(spa->spa_suspend_zio_root, zio);
1183         }
1184
1185         mutex_exit(&spa->spa_suspend_lock);
1186 }
1187
1188 int
1189 zio_resume(spa_t *spa)
1190 {
1191         zio_t *pio;
1192
1193         /*
1194          * Reexecute all previously suspended i/o.
1195          */
1196         mutex_enter(&spa->spa_suspend_lock);
1197         spa->spa_suspended = B_FALSE;
1198         cv_broadcast(&spa->spa_suspend_cv);
1199         pio = spa->spa_suspend_zio_root;
1200         spa->spa_suspend_zio_root = NULL;
1201         mutex_exit(&spa->spa_suspend_lock);
1202
1203         if (pio == NULL)
1204                 return (0);
1205
1206         zio_reexecute(pio);
1207         return (zio_wait(pio));
1208 }
1209
1210 void
1211 zio_resume_wait(spa_t *spa)
1212 {
1213         mutex_enter(&spa->spa_suspend_lock);
1214         while (spa_suspended(spa))
1215                 cv_wait(&spa->spa_suspend_cv, &spa->spa_suspend_lock);
1216         mutex_exit(&spa->spa_suspend_lock);
1217 }
1218
1219 /*
1220  * ==========================================================================
1221  * Gang blocks.
1222  *
1223  * A gang block is a collection of small blocks that looks to the DMU
1224  * like one large block.  When zio_dva_allocate() cannot find a block
1225  * of the requested size, due to either severe fragmentation or the pool
1226  * being nearly full, it calls zio_write_gang_block() to construct the
1227  * block from smaller fragments.
1228  *
1229  * A gang block consists of a gang header (zio_gbh_phys_t) and up to
1230  * three (SPA_GBH_NBLKPTRS) gang members.  The gang header is just like
1231  * an indirect block: it's an array of block pointers.  It consumes
1232  * only one sector and hence is allocatable regardless of fragmentation.
1233  * The gang header's bps point to its gang members, which hold the data.
1234  *
1235  * Gang blocks are self-checksumming, using the bp's <vdev, offset, txg>
1236  * as the verifier to ensure uniqueness of the SHA256 checksum.
1237  * Critically, the gang block bp's blk_cksum is the checksum of the data,
1238  * not the gang header.  This ensures that data block signatures (needed for
1239  * deduplication) are independent of how the block is physically stored.
1240  *
1241  * Gang blocks can be nested: a gang member may itself be a gang block.
1242  * Thus every gang block is a tree in which root and all interior nodes are
1243  * gang headers, and the leaves are normal blocks that contain user data.
1244  * The root of the gang tree is called the gang leader.
1245  *
1246  * To perform any operation (read, rewrite, free, claim) on a gang block,
1247  * zio_gang_assemble() first assembles the gang tree (minus data leaves)
1248  * in the io_gang_tree field of the original logical i/o by recursively
1249  * reading the gang leader and all gang headers below it.  This yields
1250  * an in-core tree containing the contents of every gang header and the
1251  * bps for every constituent of the gang block.
1252  *
1253  * With the gang tree now assembled, zio_gang_issue() just walks the gang tree
1254  * and invokes a callback on each bp.  To free a gang block, zio_gang_issue()
1255  * calls zio_free_gang() -- a trivial wrapper around zio_free() -- for each bp.
1256  * zio_claim_gang() provides a similarly trivial wrapper for zio_claim().
1257  * zio_read_gang() is a wrapper around zio_read() that omits reading gang
1258  * headers, since we already have those in io_gang_tree.  zio_rewrite_gang()
1259  * performs a zio_rewrite() of the data or, for gang headers, a zio_rewrite()
1260  * of the gang header plus zio_checksum_compute() of the data to update the
1261  * gang header's blk_cksum as described above.
1262  *
1263  * The two-phase assemble/issue model solves the problem of partial failure --
1264  * what if you'd freed part of a gang block but then couldn't read the
1265  * gang header for another part?  Assembling the entire gang tree first
1266  * ensures that all the necessary gang header I/O has succeeded before
1267  * starting the actual work of free, claim, or write.  Once the gang tree
1268  * is assembled, free and claim are in-memory operations that cannot fail.
1269  *
1270  * In the event that a gang write fails, zio_dva_unallocate() walks the
1271  * gang tree to immediately free (i.e. insert back into the space map)
1272  * everything we've allocated.  This ensures that we don't get ENOSPC
1273  * errors during repeated suspend/resume cycles due to a flaky device.
1274  *
1275  * Gang rewrites only happen during sync-to-convergence.  If we can't assemble
1276  * the gang tree, we won't modify the block, so we can safely defer the free
1277  * (knowing that the block is still intact).  If we *can* assemble the gang
1278  * tree, then even if some of the rewrites fail, zio_dva_unallocate() will free
1279  * each constituent bp and we can allocate a new block on the next sync pass.
1280  *
1281  * In all cases, the gang tree allows complete recovery from partial failure.
1282  * ==========================================================================
1283  */
1284
1285 static zio_t *
1286 zio_read_gang(zio_t *pio, blkptr_t *bp, zio_gang_node_t *gn, void *data)
1287 {
1288         if (gn != NULL)
1289                 return (pio);
1290
1291         return (zio_read(pio, pio->io_spa, bp, data, BP_GET_PSIZE(bp),
1292             NULL, NULL, pio->io_priority, ZIO_GANG_CHILD_FLAGS(pio),
1293             &pio->io_bookmark));
1294 }
1295
1296 zio_t *
1297 zio_rewrite_gang(zio_t *pio, blkptr_t *bp, zio_gang_node_t *gn, void *data)
1298 {
1299         zio_t *zio;
1300
1301         if (gn != NULL) {
1302                 zio = zio_rewrite(pio, pio->io_spa, pio->io_txg, bp,
1303                     gn->gn_gbh, SPA_GANGBLOCKSIZE, NULL, NULL, pio->io_priority,
1304                     ZIO_GANG_CHILD_FLAGS(pio), &pio->io_bookmark);
1305                 /*
1306                  * As we rewrite each gang header, the pipeline will compute
1307                  * a new gang block header checksum for it; but no one will
1308                  * compute a new data checksum, so we do that here.  The one
1309                  * exception is the gang leader: the pipeline already computed
1310                  * its data checksum because that stage precedes gang assembly.
1311                  * (Presently, nothing actually uses interior data checksums;
1312                  * this is just good hygiene.)
1313                  */
1314                 if (gn != pio->io_gang_leader->io_gang_tree) {
1315                         zio_checksum_compute(zio, BP_GET_CHECKSUM(bp),
1316                             data, BP_GET_PSIZE(bp));
1317                 }
1318         } else {
1319                 zio = zio_rewrite(pio, pio->io_spa, pio->io_txg, bp,
1320                     data, BP_GET_PSIZE(bp), NULL, NULL, pio->io_priority,
1321                     ZIO_GANG_CHILD_FLAGS(pio), &pio->io_bookmark);
1322         }
1323
1324         return (zio);
1325 }
1326
1327 /* ARGSUSED */
1328 zio_t *
1329 zio_free_gang(zio_t *pio, blkptr_t *bp, zio_gang_node_t *gn, void *data)
1330 {
1331         return (zio_free(pio, pio->io_spa, pio->io_txg, bp,
1332             NULL, NULL, ZIO_GANG_CHILD_FLAGS(pio)));
1333 }
1334
1335 /* ARGSUSED */
1336 zio_t *
1337 zio_claim_gang(zio_t *pio, blkptr_t *bp, zio_gang_node_t *gn, void *data)
1338 {
1339         return (zio_claim(pio, pio->io_spa, pio->io_txg, bp,
1340             NULL, NULL, ZIO_GANG_CHILD_FLAGS(pio)));
1341 }
1342
1343 static zio_gang_issue_func_t *zio_gang_issue_func[ZIO_TYPES] = {
1344         NULL,
1345         zio_read_gang,
1346         zio_rewrite_gang,
1347         zio_free_gang,
1348         zio_claim_gang,
1349         NULL
1350 };
1351
1352 static void zio_gang_tree_assemble_done(zio_t *zio);
1353
1354 static zio_gang_node_t *
1355 zio_gang_node_alloc(zio_gang_node_t **gnpp)
1356 {
1357         zio_gang_node_t *gn;
1358
1359         ASSERT(*gnpp == NULL);
1360
1361         gn = kmem_zalloc(sizeof (*gn), KM_SLEEP);
1362         gn->gn_gbh = zio_buf_alloc(SPA_GANGBLOCKSIZE);
1363         *gnpp = gn;
1364
1365         return (gn);
1366 }
1367
1368 static void
1369 zio_gang_node_free(zio_gang_node_t **gnpp)
1370 {
1371         zio_gang_node_t *gn = *gnpp;
1372
1373         for (int g = 0; g < SPA_GBH_NBLKPTRS; g++)
1374                 ASSERT(gn->gn_child[g] == NULL);
1375
1376         zio_buf_free(gn->gn_gbh, SPA_GANGBLOCKSIZE);
1377         kmem_free(gn, sizeof (*gn));
1378         *gnpp = NULL;
1379 }
1380
1381 static void
1382 zio_gang_tree_free(zio_gang_node_t **gnpp)
1383 {
1384         zio_gang_node_t *gn = *gnpp;
1385
1386         if (gn == NULL)
1387                 return;
1388
1389         for (int g = 0; g < SPA_GBH_NBLKPTRS; g++)
1390                 zio_gang_tree_free(&gn->gn_child[g]);
1391
1392         zio_gang_node_free(gnpp);
1393 }
1394
1395 static void
1396 zio_gang_tree_assemble(zio_t *gio, blkptr_t *bp, zio_gang_node_t **gnpp)
1397 {
1398         zio_gang_node_t *gn = zio_gang_node_alloc(gnpp);
1399
1400         ASSERT(gio->io_gang_leader == gio);
1401         ASSERT(BP_IS_GANG(bp));
1402
1403         zio_nowait(zio_read(gio, gio->io_spa, bp, gn->gn_gbh,
1404             SPA_GANGBLOCKSIZE, zio_gang_tree_assemble_done, gn,
1405             gio->io_priority, ZIO_GANG_CHILD_FLAGS(gio), &gio->io_bookmark));
1406 }
1407
1408 static void
1409 zio_gang_tree_assemble_done(zio_t *zio)
1410 {
1411         zio_t *gio = zio->io_gang_leader;
1412         zio_gang_node_t *gn = zio->io_private;
1413         blkptr_t *bp = zio->io_bp;
1414
1415         ASSERT(gio == zio_unique_parent(zio));
1416         ASSERT(zio_walk_children(zio) == NULL);
1417
1418         if (zio->io_error)
1419                 return;
1420
1421         if (BP_SHOULD_BYTESWAP(bp))
1422                 byteswap_uint64_array(zio->io_data, zio->io_size);
1423
1424         ASSERT(zio->io_data == gn->gn_gbh);
1425         ASSERT(zio->io_size == SPA_GANGBLOCKSIZE);
1426         ASSERT(gn->gn_gbh->zg_tail.zbt_magic == ZBT_MAGIC);
1427
1428         for (int g = 0; g < SPA_GBH_NBLKPTRS; g++) {
1429                 blkptr_t *gbp = &gn->gn_gbh->zg_blkptr[g];
1430                 if (!BP_IS_GANG(gbp))
1431                         continue;
1432                 zio_gang_tree_assemble(gio, gbp, &gn->gn_child[g]);
1433         }
1434 }
1435
1436 static void
1437 zio_gang_tree_issue(zio_t *pio, zio_gang_node_t *gn, blkptr_t *bp, void *data)
1438 {
1439         zio_t *gio = pio->io_gang_leader;
1440         zio_t *zio;
1441
1442         ASSERT(BP_IS_GANG(bp) == !!gn);
1443         ASSERT(BP_GET_CHECKSUM(bp) == BP_GET_CHECKSUM(gio->io_bp));
1444         ASSERT(BP_GET_LSIZE(bp) == BP_GET_PSIZE(bp) || gn == gio->io_gang_tree);
1445
1446         /*
1447          * If you're a gang header, your data is in gn->gn_gbh.
1448          * If you're a gang member, your data is in 'data' and gn == NULL.
1449          */
1450         zio = zio_gang_issue_func[gio->io_type](pio, bp, gn, data);
1451
1452         if (gn != NULL) {
1453                 ASSERT(gn->gn_gbh->zg_tail.zbt_magic == ZBT_MAGIC);
1454
1455                 for (int g = 0; g < SPA_GBH_NBLKPTRS; g++) {
1456                         blkptr_t *gbp = &gn->gn_gbh->zg_blkptr[g];
1457                         if (BP_IS_HOLE(gbp))
1458                                 continue;
1459                         zio_gang_tree_issue(zio, gn->gn_child[g], gbp, data);
1460                         data = (char *)data + BP_GET_PSIZE(gbp);
1461                 }
1462         }
1463
1464         if (gn == gio->io_gang_tree)
1465                 ASSERT3P((char *)gio->io_data + gio->io_size, ==, data);
1466
1467         if (zio != pio)
1468                 zio_nowait(zio);
1469 }
1470
1471 static int
1472 zio_gang_assemble(zio_t *zio)
1473 {
1474         blkptr_t *bp = zio->io_bp;
1475
1476         ASSERT(BP_IS_GANG(bp) && zio->io_gang_leader == NULL);
1477         ASSERT(zio->io_child_type > ZIO_CHILD_GANG);
1478
1479         zio->io_gang_leader = zio;
1480
1481         zio_gang_tree_assemble(zio, bp, &zio->io_gang_tree);
1482
1483         return (ZIO_PIPELINE_CONTINUE);
1484 }
1485
1486 static int
1487 zio_gang_issue(zio_t *zio)
1488 {
1489         blkptr_t *bp = zio->io_bp;
1490
1491         if (zio_wait_for_children(zio, ZIO_CHILD_GANG, ZIO_WAIT_DONE))
1492                 return (ZIO_PIPELINE_STOP);
1493
1494         ASSERT(BP_IS_GANG(bp) && zio->io_gang_leader == zio);
1495         ASSERT(zio->io_child_type > ZIO_CHILD_GANG);
1496
1497         if (zio->io_child_error[ZIO_CHILD_GANG] == 0)
1498                 zio_gang_tree_issue(zio, zio->io_gang_tree, bp, zio->io_data);
1499         else
1500                 zio_gang_tree_free(&zio->io_gang_tree);
1501
1502         zio->io_pipeline = ZIO_INTERLOCK_PIPELINE;
1503
1504         return (ZIO_PIPELINE_CONTINUE);
1505 }
1506
1507 static void
1508 zio_write_gang_member_ready(zio_t *zio)
1509 {
1510         zio_t *pio = zio_unique_parent(zio);
1511         zio_t *gio = zio->io_gang_leader;
1512         dva_t *cdva = zio->io_bp->blk_dva;
1513         dva_t *pdva = pio->io_bp->blk_dva;
1514         uint64_t asize;
1515
1516         if (BP_IS_HOLE(zio->io_bp))
1517                 return;
1518
1519         ASSERT(BP_IS_HOLE(&zio->io_bp_orig));
1520
1521         ASSERT(zio->io_child_type == ZIO_CHILD_GANG);
1522         ASSERT3U(zio->io_prop.zp_ndvas, ==, gio->io_prop.zp_ndvas);
1523         ASSERT3U(zio->io_prop.zp_ndvas, <=, BP_GET_NDVAS(zio->io_bp));
1524         ASSERT3U(pio->io_prop.zp_ndvas, <=, BP_GET_NDVAS(pio->io_bp));
1525         ASSERT3U(BP_GET_NDVAS(zio->io_bp), <=, BP_GET_NDVAS(pio->io_bp));
1526
1527         mutex_enter(&pio->io_lock);
1528         for (int d = 0; d < BP_GET_NDVAS(zio->io_bp); d++) {
1529                 ASSERT(DVA_GET_GANG(&pdva[d]));
1530                 asize = DVA_GET_ASIZE(&pdva[d]);
1531                 asize += DVA_GET_ASIZE(&cdva[d]);
1532                 DVA_SET_ASIZE(&pdva[d], asize);
1533         }
1534         mutex_exit(&pio->io_lock);
1535 }
1536
1537 static int
1538 zio_write_gang_block(zio_t *pio)
1539 {
1540         spa_t *spa = pio->io_spa;
1541         blkptr_t *bp = pio->io_bp;
1542         zio_t *gio = pio->io_gang_leader;
1543         zio_t *zio;
1544         zio_gang_node_t *gn, **gnpp;
1545         zio_gbh_phys_t *gbh;
1546         uint64_t txg = pio->io_txg;
1547         uint64_t resid = pio->io_size;
1548         uint64_t lsize;
1549         int ndvas = gio->io_prop.zp_ndvas;
1550         int gbh_ndvas = MIN(ndvas + 1, spa_max_replication(spa));
1551         zio_prop_t zp;
1552         int error;
1553
1554         error = metaslab_alloc(spa, spa->spa_normal_class, SPA_GANGBLOCKSIZE,
1555             bp, gbh_ndvas, txg, pio == gio ? NULL : gio->io_bp,
1556             METASLAB_HINTBP_FAVOR | METASLAB_GANG_HEADER);
1557         if (error) {
1558                 pio->io_error = error;
1559                 return (ZIO_PIPELINE_CONTINUE);
1560         }
1561
1562         if (pio == gio) {
1563                 gnpp = &gio->io_gang_tree;
1564         } else {
1565                 gnpp = pio->io_private;
1566                 ASSERT(pio->io_ready == zio_write_gang_member_ready);
1567         }
1568
1569         gn = zio_gang_node_alloc(gnpp);
1570         gbh = gn->gn_gbh;
1571         bzero(gbh, SPA_GANGBLOCKSIZE);
1572
1573         /*
1574          * Create the gang header.
1575          */
1576         zio = zio_rewrite(pio, spa, txg, bp, gbh, SPA_GANGBLOCKSIZE, NULL, NULL,
1577             pio->io_priority, ZIO_GANG_CHILD_FLAGS(pio), &pio->io_bookmark);
1578
1579         /*
1580          * Create and nowait the gang children.
1581          */
1582         for (int g = 0; resid != 0; resid -= lsize, g++) {
1583                 lsize = P2ROUNDUP(resid / (SPA_GBH_NBLKPTRS - g),
1584                     SPA_MINBLOCKSIZE);
1585                 ASSERT(lsize >= SPA_MINBLOCKSIZE && lsize <= resid);
1586
1587                 zp.zp_checksum = gio->io_prop.zp_checksum;
1588                 zp.zp_compress = ZIO_COMPRESS_OFF;
1589                 zp.zp_type = DMU_OT_NONE;
1590                 zp.zp_level = 0;
1591                 zp.zp_ndvas = gio->io_prop.zp_ndvas;
1592
1593                 zio_nowait(zio_write(zio, spa, txg, &gbh->zg_blkptr[g],
1594                     (char *)pio->io_data + (pio->io_size - resid), lsize, &zp,
1595                     zio_write_gang_member_ready, NULL, &gn->gn_child[g],
1596                     pio->io_priority, ZIO_GANG_CHILD_FLAGS(pio),
1597                     &pio->io_bookmark));
1598         }
1599
1600         /*
1601          * Set pio's pipeline to just wait for zio to finish.
1602          */
1603         pio->io_pipeline = ZIO_INTERLOCK_PIPELINE;
1604
1605         zio_nowait(zio);
1606
1607         return (ZIO_PIPELINE_CONTINUE);
1608 }
1609
1610 /*
1611  * ==========================================================================
1612  * Allocate and free blocks
1613  * ==========================================================================
1614  */
1615
1616 static int
1617 zio_dva_allocate(zio_t *zio)
1618 {
1619         spa_t *spa = zio->io_spa;
1620         metaslab_class_t *mc = spa->spa_normal_class;
1621         blkptr_t *bp = zio->io_bp;
1622         int error;
1623
1624         if (zio->io_gang_leader == NULL) {
1625                 ASSERT(zio->io_child_type > ZIO_CHILD_GANG);
1626                 zio->io_gang_leader = zio;
1627         }
1628
1629         ASSERT(BP_IS_HOLE(bp));
1630         ASSERT3U(BP_GET_NDVAS(bp), ==, 0);
1631         ASSERT3U(zio->io_prop.zp_ndvas, >, 0);
1632         ASSERT3U(zio->io_prop.zp_ndvas, <=, spa_max_replication(spa));
1633         ASSERT3U(zio->io_size, ==, BP_GET_PSIZE(bp));
1634
1635         error = metaslab_alloc(spa, mc, zio->io_size, bp,
1636             zio->io_prop.zp_ndvas, zio->io_txg, NULL, 0);
1637
1638         if (error) {
1639                 if (error == ENOSPC && zio->io_size > SPA_MINBLOCKSIZE)
1640                         return (zio_write_gang_block(zio));
1641                 zio->io_error = error;
1642         }
1643
1644         return (ZIO_PIPELINE_CONTINUE);
1645 }
1646
1647 static int
1648 zio_dva_free(zio_t *zio)
1649 {
1650         metaslab_free(zio->io_spa, zio->io_bp, zio->io_txg, B_FALSE);
1651
1652         return (ZIO_PIPELINE_CONTINUE);
1653 }
1654
1655 static int
1656 zio_dva_claim(zio_t *zio)
1657 {
1658         int error;
1659
1660         error = metaslab_claim(zio->io_spa, zio->io_bp, zio->io_txg);
1661         if (error)
1662                 zio->io_error = error;
1663
1664         return (ZIO_PIPELINE_CONTINUE);
1665 }
1666
1667 /*
1668  * Undo an allocation.  This is used by zio_done() when an I/O fails
1669  * and we want to give back the block we just allocated.
1670  * This handles both normal blocks and gang blocks.
1671  */
1672 static void
1673 zio_dva_unallocate(zio_t *zio, zio_gang_node_t *gn, blkptr_t *bp)
1674 {
1675         spa_t *spa = zio->io_spa;
1676         boolean_t now = !(zio->io_flags & ZIO_FLAG_IO_REWRITE);
1677
1678         ASSERT(bp->blk_birth == zio->io_txg || BP_IS_HOLE(bp));
1679
1680         if (zio->io_bp == bp && !now) {
1681                 /*
1682                  * This is a rewrite for sync-to-convergence.
1683                  * We can't do a metaslab_free(NOW) because bp wasn't allocated
1684                  * during this sync pass, which means that metaslab_sync()
1685                  * already committed the allocation.
1686                  */
1687                 ASSERT(DVA_EQUAL(BP_IDENTITY(bp),
1688                     BP_IDENTITY(&zio->io_bp_orig)));
1689                 ASSERT(spa_sync_pass(spa) > 1);
1690
1691                 if (BP_IS_GANG(bp) && gn == NULL) {
1692                         /*
1693                          * This is a gang leader whose gang header(s) we
1694                          * couldn't read now, so defer the free until later.
1695                          * The block should still be intact because without
1696                          * the headers, we'd never even start the rewrite.
1697                          */
1698                         bplist_enqueue_deferred(&spa->spa_sync_bplist, bp);
1699                         return;
1700                 }
1701         }
1702
1703         if (!BP_IS_HOLE(bp))
1704                 metaslab_free(spa, bp, bp->blk_birth, now);
1705
1706         if (gn != NULL) {
1707                 for (int g = 0; g < SPA_GBH_NBLKPTRS; g++) {
1708                         zio_dva_unallocate(zio, gn->gn_child[g],
1709                             &gn->gn_gbh->zg_blkptr[g]);
1710                 }
1711         }
1712 }
1713
1714 /*
1715  * Try to allocate an intent log block.  Return 0 on success, errno on failure.
1716  */
1717 int
1718 zio_alloc_blk(spa_t *spa, uint64_t size, blkptr_t *new_bp, blkptr_t *old_bp,
1719     uint64_t txg)
1720 {
1721         int error;
1722
1723         error = metaslab_alloc(spa, spa->spa_log_class, size,
1724             new_bp, 1, txg, old_bp, METASLAB_HINTBP_AVOID);
1725
1726         if (error)
1727                 error = metaslab_alloc(spa, spa->spa_normal_class, size,
1728                     new_bp, 1, txg, old_bp, METASLAB_HINTBP_AVOID);
1729
1730         if (error == 0) {
1731                 BP_SET_LSIZE(new_bp, size);
1732                 BP_SET_PSIZE(new_bp, size);
1733                 BP_SET_COMPRESS(new_bp, ZIO_COMPRESS_OFF);
1734                 BP_SET_CHECKSUM(new_bp, ZIO_CHECKSUM_ZILOG);
1735                 BP_SET_TYPE(new_bp, DMU_OT_INTENT_LOG);
1736                 BP_SET_LEVEL(new_bp, 0);
1737                 BP_SET_BYTEORDER(new_bp, ZFS_HOST_BYTEORDER);
1738         }
1739
1740         return (error);
1741 }
1742
1743 /*
1744  * Free an intent log block.  We know it can't be a gang block, so there's
1745  * nothing to do except metaslab_free() it.
1746  */
1747 void
1748 zio_free_blk(spa_t *spa, blkptr_t *bp, uint64_t txg)
1749 {
1750         ASSERT(!BP_IS_GANG(bp));
1751
1752         metaslab_free(spa, bp, txg, B_FALSE);
1753 }
1754
1755 /*
1756  * ==========================================================================
1757  * Read and write to physical devices
1758  * ==========================================================================
1759  */
1760 static int
1761 zio_vdev_io_start(zio_t *zio)
1762 {
1763         vdev_t *vd = zio->io_vd;
1764         uint64_t align;
1765         spa_t *spa = zio->io_spa;
1766
1767         ASSERT(zio->io_error == 0);
1768         ASSERT(zio->io_child_error[ZIO_CHILD_VDEV] == 0);
1769
1770         if (vd == NULL) {
1771                 if (!(zio->io_flags & ZIO_FLAG_CONFIG_WRITER))
1772                         spa_config_enter(spa, SCL_ZIO, zio, RW_READER);
1773
1774                 /*
1775                  * The mirror_ops handle multiple DVAs in a single BP.
1776                  */
1777                 return (vdev_mirror_ops.vdev_op_io_start(zio));
1778         }
1779
1780         align = 1ULL << vd->vdev_top->vdev_ashift;
1781
1782         if (P2PHASE(zio->io_size, align) != 0) {
1783                 uint64_t asize = P2ROUNDUP(zio->io_size, align);
1784                 char *abuf = zio_buf_alloc(asize);
1785                 ASSERT(vd == vd->vdev_top);
1786                 if (zio->io_type == ZIO_TYPE_WRITE) {
1787                         bcopy(zio->io_data, abuf, zio->io_size);
1788                         bzero(abuf + zio->io_size, asize - zio->io_size);
1789                 }
1790                 zio_push_transform(zio, abuf, asize, asize, zio_subblock);
1791         }
1792
1793         ASSERT(P2PHASE(zio->io_offset, align) == 0);
1794         ASSERT(P2PHASE(zio->io_size, align) == 0);
1795         ASSERT(zio->io_type != ZIO_TYPE_WRITE || spa_writeable(spa));
1796
1797         /*
1798          * If this is a repair I/O, and there's no self-healing involved --
1799          * that is, we're just resilvering what we expect to resilver --
1800          * then don't do the I/O unless zio's txg is actually in vd's DTL.
1801          * This prevents spurious resilvering with nested replication.
1802          * For example, given a mirror of mirrors, (A+B)+(C+D), if only
1803          * A is out of date, we'll read from C+D, then use the data to
1804          * resilver A+B -- but we don't actually want to resilver B, just A.
1805          * The top-level mirror has no way to know this, so instead we just
1806          * discard unnecessary repairs as we work our way down the vdev tree.
1807          * The same logic applies to any form of nested replication:
1808          * ditto + mirror, RAID-Z + replacing, etc.  This covers them all.
1809          */
1810         if ((zio->io_flags & ZIO_FLAG_IO_REPAIR) &&
1811             !(zio->io_flags & ZIO_FLAG_SELF_HEAL) &&
1812             zio->io_txg != 0 && /* not a delegated i/o */
1813             !vdev_dtl_contains(vd, DTL_PARTIAL, zio->io_txg, 1)) {
1814                 ASSERT(zio->io_type == ZIO_TYPE_WRITE);
1815                 zio_vdev_io_bypass(zio);
1816                 return (ZIO_PIPELINE_CONTINUE);
1817         }
1818
1819         if (vd->vdev_ops->vdev_op_leaf &&
1820             (zio->io_type == ZIO_TYPE_READ || zio->io_type == ZIO_TYPE_WRITE)) {
1821
1822                 if (zio->io_type == ZIO_TYPE_READ && vdev_cache_read(zio) == 0)
1823                         return (ZIO_PIPELINE_CONTINUE);
1824
1825                 if ((zio = vdev_queue_io(zio)) == NULL)
1826                         return (ZIO_PIPELINE_STOP);
1827
1828                 if (!vdev_accessible(vd, zio)) {
1829                         zio->io_error = ENXIO;
1830                         zio_interrupt(zio);
1831                         return (ZIO_PIPELINE_STOP);
1832                 }
1833         }
1834
1835         return (vd->vdev_ops->vdev_op_io_start(zio));
1836 }
1837
1838 static int
1839 zio_vdev_io_done(zio_t *zio)
1840 {
1841         vdev_t *vd = zio->io_vd;
1842         vdev_ops_t *ops = vd ? vd->vdev_ops : &vdev_mirror_ops;
1843         boolean_t unexpected_error = B_FALSE;
1844
1845         if (zio_wait_for_children(zio, ZIO_CHILD_VDEV, ZIO_WAIT_DONE))
1846                 return (ZIO_PIPELINE_STOP);
1847
1848         ASSERT(zio->io_type == ZIO_TYPE_READ || zio->io_type == ZIO_TYPE_WRITE);
1849
1850         if (vd != NULL && vd->vdev_ops->vdev_op_leaf) {
1851
1852                 vdev_queue_io_done(zio);
1853
1854                 if (zio->io_type == ZIO_TYPE_WRITE)
1855                         vdev_cache_write(zio);
1856
1857                 if (zio_injection_enabled && zio->io_error == 0)
1858                         zio->io_error = zio_handle_device_injection(vd,
1859                             zio, EIO);
1860
1861                 if (zio_injection_enabled && zio->io_error == 0)
1862                         zio->io_error = zio_handle_label_injection(zio, EIO);
1863
1864                 if (zio->io_error) {
1865                         if (!vdev_accessible(vd, zio)) {
1866                                 zio->io_error = ENXIO;
1867                         } else {
1868                                 unexpected_error = B_TRUE;
1869                         }
1870                 }
1871         }
1872
1873         ops->vdev_op_io_done(zio);
1874
1875         if (unexpected_error)
1876                 VERIFY(vdev_probe(vd, zio) == NULL);
1877
1878         return (ZIO_PIPELINE_CONTINUE);
1879 }
1880
1881 static int
1882 zio_vdev_io_assess(zio_t *zio)
1883 {
1884         vdev_t *vd = zio->io_vd;
1885
1886         if (zio_wait_for_children(zio, ZIO_CHILD_VDEV, ZIO_WAIT_DONE))
1887                 return (ZIO_PIPELINE_STOP);
1888
1889         if (vd == NULL && !(zio->io_flags & ZIO_FLAG_CONFIG_WRITER))
1890                 spa_config_exit(zio->io_spa, SCL_ZIO, zio);
1891
1892         if (zio->io_vsd != NULL) {
1893                 zio->io_vsd_free(zio);
1894                 zio->io_vsd = NULL;
1895         }
1896
1897         if (zio_injection_enabled && zio->io_error == 0)
1898                 zio->io_error = zio_handle_fault_injection(zio, EIO);
1899
1900         /*
1901          * If the I/O failed, determine whether we should attempt to retry it.
1902          */
1903         if (zio->io_error && vd == NULL &&
1904             !(zio->io_flags & (ZIO_FLAG_DONT_RETRY | ZIO_FLAG_IO_RETRY))) {
1905                 ASSERT(!(zio->io_flags & ZIO_FLAG_DONT_QUEUE)); /* not a leaf */
1906                 ASSERT(!(zio->io_flags & ZIO_FLAG_IO_BYPASS));  /* not a leaf */
1907                 zio->io_error = 0;
1908                 zio->io_flags |= ZIO_FLAG_IO_RETRY |
1909                     ZIO_FLAG_DONT_CACHE | ZIO_FLAG_DONT_AGGREGATE;
1910                 zio->io_stage = ZIO_STAGE_VDEV_IO_START - 1;
1911                 zio_taskq_dispatch(zio, ZIO_TASKQ_ISSUE);
1912                 return (ZIO_PIPELINE_STOP);
1913         }
1914
1915         /*
1916          * If we got an error on a leaf device, convert it to ENXIO
1917          * if the device is not accessible at all.
1918          */
1919         if (zio->io_error && vd != NULL && vd->vdev_ops->vdev_op_leaf &&
1920             !vdev_accessible(vd, zio))
1921                 zio->io_error = ENXIO;
1922
1923         /*
1924          * If we can't write to an interior vdev (mirror or RAID-Z),
1925          * set vdev_cant_write so that we stop trying to allocate from it.
1926          */
1927         if (zio->io_error == ENXIO && zio->io_type == ZIO_TYPE_WRITE &&
1928             vd != NULL && !vd->vdev_ops->vdev_op_leaf)
1929                 vd->vdev_cant_write = B_TRUE;
1930
1931         if (zio->io_error)
1932                 zio->io_pipeline = ZIO_INTERLOCK_PIPELINE;
1933
1934         return (ZIO_PIPELINE_CONTINUE);
1935 }
1936
1937 void
1938 zio_vdev_io_reissue(zio_t *zio)
1939 {
1940         ASSERT(zio->io_stage == ZIO_STAGE_VDEV_IO_START);
1941         ASSERT(zio->io_error == 0);
1942
1943         zio->io_stage--;
1944 }
1945
1946 void
1947 zio_vdev_io_redone(zio_t *zio)
1948 {
1949         ASSERT(zio->io_stage == ZIO_STAGE_VDEV_IO_DONE);
1950
1951         zio->io_stage--;
1952 }
1953
1954 void
1955 zio_vdev_io_bypass(zio_t *zio)
1956 {
1957         ASSERT(zio->io_stage == ZIO_STAGE_VDEV_IO_START);
1958         ASSERT(zio->io_error == 0);
1959
1960         zio->io_flags |= ZIO_FLAG_IO_BYPASS;
1961         zio->io_stage = ZIO_STAGE_VDEV_IO_ASSESS - 1;
1962 }
1963
1964 /*
1965  * ==========================================================================
1966  * Generate and verify checksums
1967  * ==========================================================================
1968  */
1969 static int
1970 zio_checksum_generate(zio_t *zio)
1971 {
1972         blkptr_t *bp = zio->io_bp;
1973         enum zio_checksum checksum;
1974
1975         if (bp == NULL) {
1976                 /*
1977                  * This is zio_write_phys().
1978                  * We're either generating a label checksum, or none at all.
1979                  */
1980                 checksum = zio->io_prop.zp_checksum;
1981
1982                 if (checksum == ZIO_CHECKSUM_OFF)
1983                         return (ZIO_PIPELINE_CONTINUE);
1984
1985                 ASSERT(checksum == ZIO_CHECKSUM_LABEL);
1986         } else {
1987                 if (BP_IS_GANG(bp) && zio->io_child_type == ZIO_CHILD_GANG) {
1988                         ASSERT(!IO_IS_ALLOCATING(zio));
1989                         checksum = ZIO_CHECKSUM_GANG_HEADER;
1990                 } else {
1991                         checksum = BP_GET_CHECKSUM(bp);
1992                 }
1993         }
1994
1995         zio_checksum_compute(zio, checksum, zio->io_data, zio->io_size);
1996
1997         return (ZIO_PIPELINE_CONTINUE);
1998 }
1999
2000 static int
2001 zio_checksum_verify(zio_t *zio)
2002 {
2003         blkptr_t *bp = zio->io_bp;
2004         int error;
2005
2006         if (bp == NULL) {
2007                 /*
2008                  * This is zio_read_phys().
2009                  * We're either verifying a label checksum, or nothing at all.
2010                  */
2011                 if (zio->io_prop.zp_checksum == ZIO_CHECKSUM_OFF)
2012                         return (ZIO_PIPELINE_CONTINUE);
2013
2014                 ASSERT(zio->io_prop.zp_checksum == ZIO_CHECKSUM_LABEL);
2015         }
2016
2017         if ((error = zio_checksum_error(zio)) != 0) {
2018                 zio->io_error = error;
2019                 if (!(zio->io_flags & ZIO_FLAG_SPECULATIVE)) {
2020                         zfs_ereport_post(FM_EREPORT_ZFS_CHECKSUM,
2021                             zio->io_spa, zio->io_vd, zio, 0, 0);
2022                 }
2023         }
2024
2025         return (ZIO_PIPELINE_CONTINUE);
2026 }
2027
2028 /*
2029  * Called by RAID-Z to ensure we don't compute the checksum twice.
2030  */
2031 void
2032 zio_checksum_verified(zio_t *zio)
2033 {
2034         zio->io_pipeline &= ~(1U << ZIO_STAGE_CHECKSUM_VERIFY);
2035 }
2036
2037 /*
2038  * ==========================================================================
2039  * Error rank.  Error are ranked in the order 0, ENXIO, ECKSUM, EIO, other.
2040  * An error of 0 indictes success.  ENXIO indicates whole-device failure,
2041  * which may be transient (e.g. unplugged) or permament.  ECKSUM and EIO
2042  * indicate errors that are specific to one I/O, and most likely permanent.
2043  * Any other error is presumed to be worse because we weren't expecting it.
2044  * ==========================================================================
2045  */
2046 int
2047 zio_worst_error(int e1, int e2)
2048 {
2049         static int zio_error_rank[] = { 0, ENXIO, ECKSUM, EIO };
2050         int r1, r2;
2051
2052         for (r1 = 0; r1 < sizeof (zio_error_rank) / sizeof (int); r1++)
2053                 if (e1 == zio_error_rank[r1])
2054                         break;
2055
2056         for (r2 = 0; r2 < sizeof (zio_error_rank) / sizeof (int); r2++)
2057                 if (e2 == zio_error_rank[r2])
2058                         break;
2059
2060         return (r1 > r2 ? e1 : e2);
2061 }
2062
2063 /*
2064  * ==========================================================================
2065  * I/O completion
2066  * ==========================================================================
2067  */
2068 static int
2069 zio_ready(zio_t *zio)
2070 {
2071         blkptr_t *bp = zio->io_bp;
2072         zio_t *pio, *pio_next;
2073
2074         if (zio_wait_for_children(zio, ZIO_CHILD_GANG, ZIO_WAIT_READY))
2075                 return (ZIO_PIPELINE_STOP);
2076
2077         if (zio->io_ready) {
2078                 ASSERT(IO_IS_ALLOCATING(zio));
2079                 ASSERT(bp->blk_birth == zio->io_txg || BP_IS_HOLE(bp));
2080                 ASSERT(zio->io_children[ZIO_CHILD_GANG][ZIO_WAIT_READY] == 0);
2081
2082                 zio->io_ready(zio);
2083         }
2084
2085         if (bp != NULL && bp != &zio->io_bp_copy)
2086                 zio->io_bp_copy = *bp;
2087
2088         if (zio->io_error)
2089                 zio->io_pipeline = ZIO_INTERLOCK_PIPELINE;
2090
2091         mutex_enter(&zio->io_lock);
2092         zio->io_state[ZIO_WAIT_READY] = 1;
2093         pio = zio_walk_parents(zio);
2094         mutex_exit(&zio->io_lock);
2095
2096         /*
2097          * As we notify zio's parents, new parents could be added.
2098          * New parents go to the head of zio's io_parent_list, however,
2099          * so we will (correctly) not notify them.  The remainder of zio's
2100          * io_parent_list, from 'pio_next' onward, cannot change because
2101          * all parents must wait for us to be done before they can be done.
2102          */
2103         for (; pio != NULL; pio = pio_next) {
2104                 pio_next = zio_walk_parents(zio);
2105                 zio_notify_parent(pio, zio, ZIO_WAIT_READY);
2106         }
2107
2108         return (ZIO_PIPELINE_CONTINUE);
2109 }
2110
2111 static int
2112 zio_done(zio_t *zio)
2113 {
2114         spa_t *spa = zio->io_spa;
2115         zio_t *lio = zio->io_logical;
2116         blkptr_t *bp = zio->io_bp;
2117         vdev_t *vd = zio->io_vd;
2118         uint64_t psize = zio->io_size;
2119         zio_t *pio, *pio_next;
2120
2121         /*
2122          * If our children haven't all completed,
2123          * wait for them and then repeat this pipeline stage.
2124          */
2125         if (zio_wait_for_children(zio, ZIO_CHILD_VDEV, ZIO_WAIT_DONE) ||
2126             zio_wait_for_children(zio, ZIO_CHILD_GANG, ZIO_WAIT_DONE) ||
2127             zio_wait_for_children(zio, ZIO_CHILD_LOGICAL, ZIO_WAIT_DONE))
2128                 return (ZIO_PIPELINE_STOP);
2129
2130         for (int c = 0; c < ZIO_CHILD_TYPES; c++)
2131                 for (int w = 0; w < ZIO_WAIT_TYPES; w++)
2132                         ASSERT(zio->io_children[c][w] == 0);
2133
2134         if (bp != NULL) {
2135                 ASSERT(bp->blk_pad[0] == 0);
2136                 ASSERT(bp->blk_pad[1] == 0);
2137                 ASSERT(bp->blk_pad[2] == 0);
2138                 ASSERT(bcmp(bp, &zio->io_bp_copy, sizeof (blkptr_t)) == 0 ||
2139                     (bp == zio_unique_parent(zio)->io_bp));
2140                 if (zio->io_type == ZIO_TYPE_WRITE && !BP_IS_HOLE(bp) &&
2141                     !(zio->io_flags & ZIO_FLAG_IO_REPAIR)) {
2142                         ASSERT(!BP_SHOULD_BYTESWAP(bp));
2143                         ASSERT3U(zio->io_prop.zp_ndvas, <=, BP_GET_NDVAS(bp));
2144                         ASSERT(BP_COUNT_GANG(bp) == 0 ||
2145                             (BP_COUNT_GANG(bp) == BP_GET_NDVAS(bp)));
2146                 }
2147         }
2148
2149         /*
2150          * If there were child vdev or gang errors, they apply to us now.
2151          */
2152         zio_inherit_child_errors(zio, ZIO_CHILD_VDEV);
2153         zio_inherit_child_errors(zio, ZIO_CHILD_GANG);
2154
2155         zio_pop_transforms(zio);        /* note: may set zio->io_error */
2156
2157         vdev_stat_update(zio, psize);
2158
2159         if (zio->io_error) {
2160                 /*
2161                  * If this I/O is attached to a particular vdev,
2162                  * generate an error message describing the I/O failure
2163                  * at the block level.  We ignore these errors if the
2164                  * device is currently unavailable.
2165                  */
2166                 if (zio->io_error != ECKSUM && vd != NULL && !vdev_is_dead(vd))
2167                         zfs_ereport_post(FM_EREPORT_ZFS_IO, spa, vd, zio, 0, 0);
2168
2169                 if ((zio->io_error == EIO ||
2170                     !(zio->io_flags & ZIO_FLAG_SPECULATIVE)) && zio == lio) {
2171                         /*
2172                          * For logical I/O requests, tell the SPA to log the
2173                          * error and generate a logical data ereport.
2174                          */
2175                         spa_log_error(spa, zio);
2176                         zfs_ereport_post(FM_EREPORT_ZFS_DATA, spa, NULL, zio,
2177                             0, 0);
2178                 }
2179         }
2180
2181         if (zio->io_error && zio == lio) {
2182                 /*
2183                  * Determine whether zio should be reexecuted.  This will
2184                  * propagate all the way to the root via zio_notify_parent().
2185                  */
2186                 ASSERT(vd == NULL && bp != NULL);
2187
2188                 if (IO_IS_ALLOCATING(zio))
2189                         if (zio->io_error != ENOSPC)
2190                                 zio->io_reexecute |= ZIO_REEXECUTE_NOW;
2191                         else
2192                                 zio->io_reexecute |= ZIO_REEXECUTE_SUSPEND;
2193
2194                 if ((zio->io_type == ZIO_TYPE_READ ||
2195                     zio->io_type == ZIO_TYPE_FREE) &&
2196                     zio->io_error == ENXIO &&
2197                     spa->spa_load_state == SPA_LOAD_NONE &&
2198                     spa_get_failmode(spa) != ZIO_FAILURE_MODE_CONTINUE)
2199                         zio->io_reexecute |= ZIO_REEXECUTE_SUSPEND;
2200
2201                 if (!(zio->io_flags & ZIO_FLAG_CANFAIL) && !zio->io_reexecute)
2202                         zio->io_reexecute |= ZIO_REEXECUTE_SUSPEND;
2203         }
2204
2205         /*
2206          * If there were logical child errors, they apply to us now.
2207          * We defer this until now to avoid conflating logical child
2208          * errors with errors that happened to the zio itself when
2209          * updating vdev stats and reporting FMA events above.
2210          */
2211         zio_inherit_child_errors(zio, ZIO_CHILD_LOGICAL);
2212
2213         if ((zio->io_error || zio->io_reexecute) && IO_IS_ALLOCATING(zio) &&
2214             zio->io_child_type == ZIO_CHILD_LOGICAL) {
2215                 ASSERT(zio->io_child_type != ZIO_CHILD_GANG);
2216                 zio_dva_unallocate(zio, zio->io_gang_tree, bp);
2217         }
2218
2219         zio_gang_tree_free(&zio->io_gang_tree);
2220
2221         /*
2222          * Godfather I/Os should never suspend.
2223          */
2224         if ((zio->io_flags & ZIO_FLAG_GODFATHER) &&
2225             (zio->io_reexecute & ZIO_REEXECUTE_SUSPEND))
2226                 zio->io_reexecute = 0;
2227
2228         if (zio->io_reexecute) {
2229                 /*
2230                  * This is a logical I/O that wants to reexecute.
2231                  *
2232                  * Reexecute is top-down.  When an i/o fails, if it's not
2233                  * the root, it simply notifies its parent and sticks around.
2234                  * The parent, seeing that it still has children in zio_done(),
2235                  * does the same.  This percolates all the way up to the root.
2236                  * The root i/o will reexecute or suspend the entire tree.
2237                  *
2238                  * This approach ensures that zio_reexecute() honors
2239                  * all the original i/o dependency relationships, e.g.
2240                  * parents not executing until children are ready.
2241                  */
2242                 ASSERT(zio->io_child_type == ZIO_CHILD_LOGICAL);
2243
2244                 zio->io_gang_leader = NULL;
2245
2246                 mutex_enter(&zio->io_lock);
2247                 zio->io_state[ZIO_WAIT_DONE] = 1;
2248                 mutex_exit(&zio->io_lock);
2249
2250                 /*
2251                  * "The Godfather" I/O monitors its children but is
2252                  * not a true parent to them. It will track them through
2253                  * the pipeline but severs its ties whenever they get into
2254                  * trouble (e.g. suspended). This allows "The Godfather"
2255                  * I/O to return status without blocking.
2256                  */
2257                 for (pio = zio_walk_parents(zio); pio != NULL; pio = pio_next) {
2258                         zio_link_t *zl = zio->io_walk_link;
2259                         pio_next = zio_walk_parents(zio);
2260
2261                         if ((pio->io_flags & ZIO_FLAG_GODFATHER) &&
2262                             (zio->io_reexecute & ZIO_REEXECUTE_SUSPEND)) {
2263                                 zio_remove_child(pio, zio, zl);
2264                                 zio_notify_parent(pio, zio, ZIO_WAIT_DONE);
2265                         }
2266                 }
2267
2268                 if ((pio = zio_unique_parent(zio)) != NULL) {
2269                         /*
2270                          * We're not a root i/o, so there's nothing to do
2271                          * but notify our parent.  Don't propagate errors
2272                          * upward since we haven't permanently failed yet.
2273                          */
2274                         ASSERT(!(zio->io_flags & ZIO_FLAG_GODFATHER));
2275                         zio->io_flags |= ZIO_FLAG_DONT_PROPAGATE;
2276                         zio_notify_parent(pio, zio, ZIO_WAIT_DONE);
2277                 } else if (zio->io_reexecute & ZIO_REEXECUTE_SUSPEND) {
2278                         /*
2279                          * We'd fail again if we reexecuted now, so suspend
2280                          * until conditions improve (e.g. device comes online).
2281                          */
2282                         zio_suspend(spa, zio);
2283                 } else {
2284                         /*
2285                          * Reexecution is potentially a huge amount of work.
2286                          * Hand it off to the otherwise-unused claim taskq.
2287                          */
2288                         (void) taskq_dispatch(
2289                             spa->spa_zio_taskq[ZIO_TYPE_CLAIM][ZIO_TASKQ_ISSUE],
2290                             (task_func_t *)zio_reexecute, zio, TQ_SLEEP);
2291                 }
2292                 return (ZIO_PIPELINE_STOP);
2293         }
2294
2295         ASSERT(zio_walk_children(zio) == NULL);
2296         ASSERT(zio->io_reexecute == 0);
2297         ASSERT(zio->io_error == 0 || (zio->io_flags & ZIO_FLAG_CANFAIL));
2298
2299         /*
2300          * It is the responsibility of the done callback to ensure that this
2301          * particular zio is no longer discoverable for adoption, and as
2302          * such, cannot acquire any new parents.
2303          */
2304         if (zio->io_done)
2305                 zio->io_done(zio);
2306
2307         mutex_enter(&zio->io_lock);
2308         zio->io_state[ZIO_WAIT_DONE] = 1;
2309         mutex_exit(&zio->io_lock);
2310
2311         for (pio = zio_walk_parents(zio); pio != NULL; pio = pio_next) {
2312                 zio_link_t *zl = zio->io_walk_link;
2313                 pio_next = zio_walk_parents(zio);
2314                 zio_remove_child(pio, zio, zl);
2315                 zio_notify_parent(pio, zio, ZIO_WAIT_DONE);
2316         }
2317
2318         if (zio->io_waiter != NULL) {
2319                 mutex_enter(&zio->io_lock);
2320                 zio->io_executor = NULL;
2321                 cv_broadcast(&zio->io_cv);
2322                 mutex_exit(&zio->io_lock);
2323         } else {
2324                 zio_destroy(zio);
2325         }
2326
2327         return (ZIO_PIPELINE_STOP);
2328 }
2329
2330 /*
2331  * ==========================================================================
2332  * I/O pipeline definition
2333  * ==========================================================================
2334  */
2335 static zio_pipe_stage_t *zio_pipeline[ZIO_STAGES] = {
2336         NULL,
2337         zio_issue_async,
2338         zio_read_bp_init,
2339         zio_write_bp_init,
2340         zio_checksum_generate,
2341         zio_gang_assemble,
2342         zio_gang_issue,
2343         zio_dva_allocate,
2344         zio_dva_free,
2345         zio_dva_claim,
2346         zio_ready,
2347         zio_vdev_io_start,
2348         zio_vdev_io_done,
2349         zio_vdev_io_assess,
2350         zio_checksum_verify,
2351         zio_done
2352 };