zfs/lib/libzpool/metaslab.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 2007 Sun Microsystems, Inc.  All rights reserved.
  23  * Use is subject to license terms.
  24  */
  25
  26 #pragma ident   "@(#)metaslab.c 1.17    07/11/27 SMI"
  27
  28 #include <sys/zfs_context.h>
  29 #include <sys/spa_impl.h>
  30 #include <sys/dmu.h>
  31 #include <sys/dmu_tx.h>
  32 #include <sys/space_map.h>
  33 #include <sys/metaslab_impl.h>
  34 #include <sys/vdev_impl.h>
  35 #include <sys/zio.h>
  36
  37 uint64_t metaslab_aliquot = 512ULL << 10;
  38 uint64_t metaslab_gang_bang = SPA_MAXBLOCKSIZE + 1;     /* force gang blocks */
  39
  40 /*
  41  * ==========================================================================
  42  * Metaslab classes
  43  * ==========================================================================
  44  */
  45 metaslab_class_t *
  46 metaslab_class_create(void)
  47 {
  48         metaslab_class_t *mc;
  49
  50         mc = kmem_zalloc(sizeof (metaslab_class_t), KM_SLEEP);
  51
  52         mc->mc_rotor = NULL;
  53
  54         return (mc);
  55 }
  56
  57 void
  58 metaslab_class_destroy(metaslab_class_t *mc)
  59 {
  60         metaslab_group_t *mg;
  61
  62         while ((mg = mc->mc_rotor) != NULL) {
  63                 metaslab_class_remove(mc, mg);
  64                 metaslab_group_destroy(mg);
  65         }
  66
  67         kmem_free(mc, sizeof (metaslab_class_t));
  68 }
  69
  70 void
  71 metaslab_class_add(metaslab_class_t *mc, metaslab_group_t *mg)
  72 {
  73         metaslab_group_t *mgprev, *mgnext;
  74
  75         ASSERT(mg->mg_class == NULL);
  76
  77         if ((mgprev = mc->mc_rotor) == NULL) {
  78                 mg->mg_prev = mg;
  79                 mg->mg_next = mg;
  80         } else {
  81                 mgnext = mgprev->mg_next;
  82                 mg->mg_prev = mgprev;
  83                 mg->mg_next = mgnext;
  84                 mgprev->mg_next = mg;
  85                 mgnext->mg_prev = mg;
  86         }
  87         mc->mc_rotor = mg;
  88         mg->mg_class = mc;
  89 }
  90
  91 void
  92 metaslab_class_remove(metaslab_class_t *mc, metaslab_group_t *mg)
  93 {
  94         metaslab_group_t *mgprev, *mgnext;
  95
  96         ASSERT(mg->mg_class == mc);
  97
  98         mgprev = mg->mg_prev;
  99         mgnext = mg->mg_next;
 100
 101         if (mg == mgnext) {
 102                 mc->mc_rotor = NULL;
 103         } else {
 104                 mc->mc_rotor = mgnext;
 105                 mgprev->mg_next = mgnext;
 106                 mgnext->mg_prev = mgprev;
 107         }
 108
 109         mg->mg_prev = NULL;
 110         mg->mg_next = NULL;
 111         mg->mg_class = NULL;
 112 }
 113
 114 /*
 115  * ==========================================================================
 116  * Metaslab groups
 117  * ==========================================================================
 118  */
 119 static int
 120 metaslab_compare(const void *x1, const void *x2)
 121 {
 122         const metaslab_t *m1 = x1;
 123         const metaslab_t *m2 = x2;
 124
 125         if (m1->ms_weight < m2->ms_weight)
 126                 return (1);
 127         if (m1->ms_weight > m2->ms_weight)
 128                 return (-1);
 129
 130         /*
 131          * If the weights are identical, use the offset to force uniqueness.
 132          */
 133         if (m1->ms_map.sm_start < m2->ms_map.sm_start)
 134                 return (-1);
 135         if (m1->ms_map.sm_start > m2->ms_map.sm_start)
 136                 return (1);
 137
 138         ASSERT3P(m1, ==, m2);
 139
 140         return (0);
 141 }
 142
 143 metaslab_group_t *
 144 metaslab_group_create(metaslab_class_t *mc, vdev_t *vd)
 145 {
 146         metaslab_group_t *mg;
 147
 148         mg = kmem_zalloc(sizeof (metaslab_group_t), KM_SLEEP);
 149         mutex_init(&mg->mg_lock, NULL, MUTEX_DEFAULT, NULL);
 150         avl_create(&mg->mg_metaslab_tree, metaslab_compare,
 151             sizeof (metaslab_t), offsetof(struct metaslab, ms_group_node));
 152         mg->mg_aliquot = metaslab_aliquot * MAX(1, vd->vdev_children);
 153         mg->mg_vd = vd;
 154         metaslab_class_add(mc, mg);
 155
 156         return (mg);
 157 }
 158
 159 void
 160 metaslab_group_destroy(metaslab_group_t *mg)
 161 {
 162         avl_destroy(&mg->mg_metaslab_tree);
 163         mutex_destroy(&mg->mg_lock);
 164         kmem_free(mg, sizeof (metaslab_group_t));
 165 }
 166
 167 static void
 168 metaslab_group_add(metaslab_group_t *mg, metaslab_t *msp)
 169 {
 170         mutex_enter(&mg->mg_lock);
 171         ASSERT(msp->ms_group == NULL);
 172         msp->ms_group = mg;
 173         msp->ms_weight = 0;
 174         avl_add(&mg->mg_metaslab_tree, msp);
 175         mutex_exit(&mg->mg_lock);
 176 }
 177
 178 static void
 179 metaslab_group_remove(metaslab_group_t *mg, metaslab_t *msp)
 180 {
 181         mutex_enter(&mg->mg_lock);
 182         ASSERT(msp->ms_group == mg);
 183         avl_remove(&mg->mg_metaslab_tree, msp);
 184         msp->ms_group = NULL;
 185         mutex_exit(&mg->mg_lock);
 186 }
 187
 188 static void
 189 metaslab_group_sort(metaslab_group_t *mg, metaslab_t *msp, uint64_t weight)
 190 {
 191         /*
 192          * Although in principle the weight can be any value, in
 193          * practice we do not use values in the range [1, 510].
 194          */
 195         ASSERT(weight >= SPA_MINBLOCKSIZE-1 || weight == 0);
 196         ASSERT(MUTEX_HELD(&msp->ms_lock));
 197
 198         mutex_enter(&mg->mg_lock);
 199         ASSERT(msp->ms_group == mg);
 200         avl_remove(&mg->mg_metaslab_tree, msp);
 201         msp->ms_weight = weight;
 202         avl_add(&mg->mg_metaslab_tree, msp);
 203         mutex_exit(&mg->mg_lock);
 204 }
 205
 206 /*
 207  * ==========================================================================
 208  * The first-fit block allocator
 209  * ==========================================================================
 210  */
 211 static void
 212 metaslab_ff_load(space_map_t *sm)
 213 {
 214         ASSERT(sm->sm_ppd == NULL);
 215         sm->sm_ppd = kmem_zalloc(64 * sizeof (uint64_t), KM_SLEEP);
 216 }
 217
 218 static void
 219 metaslab_ff_unload(space_map_t *sm)
 220 {
 221         kmem_free(sm->sm_ppd, 64 * sizeof (uint64_t));
 222         sm->sm_ppd = NULL;
 223 }
 224
 225 static uint64_t
 226 metaslab_ff_alloc(space_map_t *sm, uint64_t size)
 227 {
 228         avl_tree_t *t = &sm->sm_root;
 229         uint64_t align = size & -size;
 230         uint64_t *cursor = (uint64_t *)sm->sm_ppd + highbit(align) - 1;
 231         space_seg_t *ss, ssearch;
 232         avl_index_t where;
 233
 234         ssearch.ss_start = *cursor;
 235         ssearch.ss_end = *cursor + size;
 236
 237         ss = avl_find(t, &ssearch, &where);
 238         if (ss == NULL)
 239                 ss = avl_nearest(t, where, AVL_AFTER);
 240
 241         while (ss != NULL) {
 242                 uint64_t offset = P2ROUNDUP(ss->ss_start, align);
 243
 244                 if (offset + size <= ss->ss_end) {
 245                         *cursor = offset + size;
 246                         return (offset);
 247                 }
 248                 ss = AVL_NEXT(t, ss);
 249         }
 250
 251         /*
 252          * If we know we've searched the whole map (*cursor == 0), give up.
 253          * Otherwise, reset the cursor to the beginning and try again.
 254          */
 255         if (*cursor == 0)
 256                 return (-1ULL);
 257
 258         *cursor = 0;
 259         return (metaslab_ff_alloc(sm, size));
 260 }
 261
 262 /* ARGSUSED */
 263 static void
 264 metaslab_ff_claim(space_map_t *sm, uint64_t start, uint64_t size)
 265 {
 266         /* No need to update cursor */
 267 }
 268
 269 /* ARGSUSED */
 270 static void
 271 metaslab_ff_free(space_map_t *sm, uint64_t start, uint64_t size)
 272 {
 273         /* No need to update cursor */
 274 }
 275
 276 static space_map_ops_t metaslab_ff_ops = {
 277         metaslab_ff_load,
 278         metaslab_ff_unload,
 279         metaslab_ff_alloc,
 280         metaslab_ff_claim,
 281         metaslab_ff_free
 282 };
 283
 284 /*
 285  * ==========================================================================
 286  * Metaslabs
 287  * ==========================================================================
 288  */
 289 metaslab_t *
 290 metaslab_init(metaslab_group_t *mg, space_map_obj_t *smo,
 291         uint64_t start, uint64_t size, uint64_t txg)
 292 {
 293         vdev_t *vd = mg->mg_vd;
 294         metaslab_t *msp;
 295
 296         msp = kmem_zalloc(sizeof (metaslab_t), KM_SLEEP);
 297         mutex_init(&msp->ms_lock, NULL, MUTEX_DEFAULT, NULL);
 298
 299         msp->ms_smo_syncing = *smo;
 300
 301         /*
 302          * We create the main space map here, but we don't create the
 303          * allocmaps and freemaps until metaslab_sync_done().  This serves
 304          * two purposes: it allows metaslab_sync_done() to detect the
 305          * addition of new space; and for debugging, it ensures that we'd
 306          * data fault on any attempt to use this metaslab before it's ready.
 307          */
 308         space_map_create(&msp->ms_map, start, size,
 309             vd->vdev_ashift, &msp->ms_lock);
 310
 311         metaslab_group_add(mg, msp);
 312
 313         /*
 314          * If we're opening an existing pool (txg == 0) or creating
 315          * a new one (txg == TXG_INITIAL), all space is available now.
 316          * If we're adding space to an existing pool, the new space
 317          * does not become available until after this txg has synced.
 318          */
 319         if (txg <= TXG_INITIAL)
 320                 metaslab_sync_done(msp, 0);
 321
 322         if (txg != 0) {
 323                 /*
 324                  * The vdev is dirty, but the metaslab isn't -- it just needs
 325                  * to have metaslab_sync_done() invoked from vdev_sync_done().
 326                  * [We could just dirty the metaslab, but that would cause us
 327                  * to allocate a space map object for it, which is wasteful
 328                  * and would mess up the locality logic in metaslab_weight().]
 329                  */
 330                 ASSERT(TXG_CLEAN(txg) == spa_last_synced_txg(vd->vdev_spa));
 331                 vdev_dirty(vd, 0, NULL, txg);
 332                 vdev_dirty(vd, VDD_METASLAB, msp, TXG_CLEAN(txg));
 333         }
 334
 335         return (msp);
 336 }
 337
 338 void
 339 metaslab_fini(metaslab_t *msp)
 340 {
 341         metaslab_group_t *mg = msp->ms_group;
 342         int t;
 343
 344         vdev_space_update(mg->mg_vd, -msp->ms_map.sm_size,
 345             -msp->ms_smo.smo_alloc, B_TRUE);
 346
 347         metaslab_group_remove(mg, msp);
 348
 349         mutex_enter(&msp->ms_lock);
 350
 351         space_map_unload(&msp->ms_map);
 352         space_map_destroy(&msp->ms_map);
 353
 354         for (t = 0; t < TXG_SIZE; t++) {
 355                 space_map_destroy(&msp->ms_allocmap[t]);
 356                 space_map_destroy(&msp->ms_freemap[t]);
 357         }
 358
 359         mutex_exit(&msp->ms_lock);
 360         mutex_destroy(&msp->ms_lock);
 361
 362         kmem_free(msp, sizeof (metaslab_t));
 363 }
 364
 365 #define METASLAB_WEIGHT_PRIMARY         (1ULL << 63)
 366 #define METASLAB_WEIGHT_SECONDARY       (1ULL << 62)
 367 #define METASLAB_ACTIVE_MASK            \
 368         (METASLAB_WEIGHT_PRIMARY | METASLAB_WEIGHT_SECONDARY)
 369 #define METASLAB_SMO_BONUS_MULTIPLIER   2
 370
 371 static uint64_t
 372 metaslab_weight(metaslab_t *msp)
 373 {
 374         metaslab_group_t *mg = msp->ms_group;
 375         space_map_t *sm = &msp->ms_map;
 376         space_map_obj_t *smo = &msp->ms_smo;
 377         vdev_t *vd = mg->mg_vd;
 378         uint64_t weight, space;
 379
 380         ASSERT(MUTEX_HELD(&msp->ms_lock));
 381
 382         /*
 383          * The baseline weight is the metaslab's free space.
 384          */
 385         space = sm->sm_size - smo->smo_alloc;
 386         weight = space;
 387
 388         /*
 389          * Modern disks have uniform bit density and constant angular velocity.
 390          * Therefore, the outer recording zones are faster (higher bandwidth)
 391          * than the inner zones by the ratio of outer to inner track diameter,
 392          * which is typically around 2:1.  We account for this by assigning
 393          * higher weight to lower metaslabs (multiplier ranging from 2x to 1x).
 394          * In effect, this means that we'll select the metaslab with the most
 395          * free bandwidth rather than simply the one with the most free space.
 396          */
 397         weight = 2 * weight -
 398             ((sm->sm_start >> vd->vdev_ms_shift) * weight) / vd->vdev_ms_count;
 399         ASSERT(weight >= space && weight <= 2 * space);
 400
 401         /*
 402          * For locality, assign higher weight to metaslabs we've used before.
 403          */
 404         if (smo->smo_object != 0)
 405                 weight *= METASLAB_SMO_BONUS_MULTIPLIER;
 406         ASSERT(weight >= space &&
 407             weight <= 2 * METASLAB_SMO_BONUS_MULTIPLIER * space);
 408
 409         /*
 410          * If this metaslab is one we're actively using, adjust its weight to
 411          * make it preferable to any inactive metaslab so we'll polish it off.
 412          */
 413         weight |= (msp->ms_weight & METASLAB_ACTIVE_MASK);
 414
 415         return (weight);
 416 }
 417
 418 static int
 419 metaslab_activate(metaslab_t *msp, uint64_t activation_weight)
 420 {
 421         space_map_t *sm = &msp->ms_map;
 422
 423         ASSERT(MUTEX_HELD(&msp->ms_lock));
 424
 425         if ((msp->ms_weight & METASLAB_ACTIVE_MASK) == 0) {
 426                 int error = space_map_load(sm, &metaslab_ff_ops,
 427                     SM_FREE, &msp->ms_smo,
 428                     msp->ms_group->mg_vd->vdev_spa->spa_meta_objset);
 429                 if (error) {
 430                         metaslab_group_sort(msp->ms_group, msp, 0);
 431                         return (error);
 432                 }
 433                 metaslab_group_sort(msp->ms_group, msp,
 434                     msp->ms_weight | activation_weight);
 435         }
 436         ASSERT(sm->sm_loaded);
 437         ASSERT(msp->ms_weight & METASLAB_ACTIVE_MASK);
 438
 439         return (0);
 440 }
 441
 442 static void
 443 metaslab_passivate(metaslab_t *msp, uint64_t size)
 444 {
 445         /*
 446          * If size < SPA_MINBLOCKSIZE, then we will not allocate from
 447          * this metaslab again.  In that case, it had better be empty,
 448          * or we would be leaving space on the table.
 449          */
 450         ASSERT(size >= SPA_MINBLOCKSIZE || msp->ms_map.sm_space == 0);
 451         metaslab_group_sort(msp->ms_group, msp, MIN(msp->ms_weight, size));
 452         ASSERT((msp->ms_weight & METASLAB_ACTIVE_MASK) == 0);
 453 }
 454
 455 /*
 456  * Write a metaslab to disk in the context of the specified transaction group.
 457  */
 458 void
 459 metaslab_sync(metaslab_t *msp, uint64_t txg)
 460 {
 461         vdev_t *vd = msp->ms_group->mg_vd;
 462         spa_t *spa = vd->vdev_spa;
 463         objset_t *mos = spa->spa_meta_objset;
 464         space_map_t *allocmap = &msp->ms_allocmap[txg & TXG_MASK];
 465         space_map_t *freemap = &msp->ms_freemap[txg & TXG_MASK];
 466         space_map_t *freed_map = &msp->ms_freemap[TXG_CLEAN(txg) & TXG_MASK];
 467         space_map_t *sm = &msp->ms_map;
 468         space_map_obj_t *smo = &msp->ms_smo_syncing;
 469         dmu_buf_t *db;
 470         dmu_tx_t *tx;
 471         int t;
 472
 473         tx = dmu_tx_create_assigned(spa_get_dsl(spa), txg);
 474
 475         /*
 476          * The only state that can actually be changing concurrently with
 477          * metaslab_sync() is the metaslab's ms_map.  No other thread can
 478          * be modifying this txg's allocmap, freemap, freed_map, or smo.
 479          * Therefore, we only hold ms_lock to satify space_map ASSERTs.
 480          * We drop it whenever we call into the DMU, because the DMU
 481          * can call down to us (e.g. via zio_free()) at any time.
 482          */
 483         mutex_enter(&msp->ms_lock);
 484
 485         if (smo->smo_object == 0) {
 486                 ASSERT(smo->smo_objsize == 0);
 487                 ASSERT(smo->smo_alloc == 0);
 488                 mutex_exit(&msp->ms_lock);
 489                 smo->smo_object = dmu_object_alloc(mos,
 490                     DMU_OT_SPACE_MAP, 1 << SPACE_MAP_BLOCKSHIFT,
 491                     DMU_OT_SPACE_MAP_HEADER, sizeof (*smo), tx);
 492                 ASSERT(smo->smo_object != 0);
 493                 dmu_write(mos, vd->vdev_ms_array, sizeof (uint64_t) *
 494                     (sm->sm_start >> vd->vdev_ms_shift),
 495                     sizeof (uint64_t), &smo->smo_object, tx);
 496                 mutex_enter(&msp->ms_lock);
 497         }
 498
 499         space_map_walk(freemap, space_map_add, freed_map);
 500
 501         if (sm->sm_loaded && spa_sync_pass(spa) == 1 && smo->smo_objsize >=
 502             2 * sizeof (uint64_t) * avl_numnodes(&sm->sm_root)) {
 503                 /*
 504                  * The in-core space map representation is twice as compact
 505                  * as the on-disk one, so it's time to condense the latter
 506                  * by generating a pure allocmap from first principles.
 507                  *
 508                  * This metaslab is 100% allocated,
 509                  * minus the content of the in-core map (sm),
 510                  * minus what's been freed this txg (freed_map),
 511                  * minus allocations from txgs in the future
 512                  * (because they haven't been committed yet).
 513                  */
 514                 space_map_vacate(allocmap, NULL, NULL);
 515                 space_map_vacate(freemap, NULL, NULL);
 516
 517                 space_map_add(allocmap, allocmap->sm_start, allocmap->sm_size);
 518
 519                 space_map_walk(sm, space_map_remove, allocmap);
 520                 space_map_walk(freed_map, space_map_remove, allocmap);
 521
 522                 for (t = 1; t < TXG_CONCURRENT_STATES; t++)
 523                         space_map_walk(&msp->ms_allocmap[(txg + t) & TXG_MASK],
 524                             space_map_remove, allocmap);
 525
 526                 mutex_exit(&msp->ms_lock);
 527                 space_map_truncate(smo, mos, tx);
 528                 mutex_enter(&msp->ms_lock);
 529         }
 530
 531         space_map_sync(allocmap, SM_ALLOC, smo, mos, tx);
 532         space_map_sync(freemap, SM_FREE, smo, mos, tx);
 533
 534         mutex_exit(&msp->ms_lock);
 535
 536         VERIFY(0 == dmu_bonus_hold(mos, smo->smo_object, FTAG, &db));
 537         dmu_buf_will_dirty(db, tx);
 538         ASSERT3U(db->db_size, >=, sizeof (*smo));
 539         bcopy(smo, db->db_data, sizeof (*smo));
 540         dmu_buf_rele(db, FTAG);
 541
 542         dmu_tx_commit(tx);
 543 }
 544
 545 /*
 546  * Called after a transaction group has completely synced to mark
 547  * all of the metaslab's free space as usable.
 548  */
 549 void
 550 metaslab_sync_done(metaslab_t *msp, uint64_t txg)
 551 {
 552         space_map_obj_t *smo = &msp->ms_smo;
 553         space_map_obj_t *smosync = &msp->ms_smo_syncing;
 554         space_map_t *sm = &msp->ms_map;
 555         space_map_t *freed_map = &msp->ms_freemap[TXG_CLEAN(txg) & TXG_MASK];
 556         metaslab_group_t *mg = msp->ms_group;
 557         vdev_t *vd = mg->mg_vd;
 558         int t;
 559
 560         mutex_enter(&msp->ms_lock);
 561
 562         /*
 563          * If this metaslab is just becoming available, initialize its
 564          * allocmaps and freemaps and add its capacity to the vdev.
 565          */
 566         if (freed_map->sm_size == 0) {
 567                 for (t = 0; t < TXG_SIZE; t++) {
 568                         space_map_create(&msp->ms_allocmap[t], sm->sm_start,
 569                             sm->sm_size, sm->sm_shift, sm->sm_lock);
 570                         space_map_create(&msp->ms_freemap[t], sm->sm_start,
 571                             sm->sm_size, sm->sm_shift, sm->sm_lock);
 572                 }
 573                 vdev_space_update(vd, sm->sm_size, 0, B_TRUE);
 574         }
 575
 576         vdev_space_update(vd, 0, smosync->smo_alloc - smo->smo_alloc, B_TRUE);
 577
 578         ASSERT(msp->ms_allocmap[txg & TXG_MASK].sm_space == 0);
 579         ASSERT(msp->ms_freemap[txg & TXG_MASK].sm_space == 0);
 580
 581         /*
 582          * If there's a space_map_load() in progress, wait for it to complete
 583          * so that we have a consistent view of the in-core space map.
 584          * Then, add everything we freed in this txg to the map.
 585          */
 586         space_map_load_wait(sm);
 587         space_map_vacate(freed_map, sm->sm_loaded ? space_map_free : NULL, sm);
 588
 589         *smo = *smosync;
 590
 591         /*
 592          * If the map is loaded but no longer active, evict it as soon as all
 593          * future allocations have synced.  (If we unloaded it now and then
 594          * loaded a moment later, the map wouldn't reflect those allocations.)
 595          */
 596         if (sm->sm_loaded && (msp->ms_weight & METASLAB_ACTIVE_MASK) == 0) {
 597                 int evictable = 1;
 598
 599                 for (t = 1; t < TXG_CONCURRENT_STATES; t++)
 600                         if (msp->ms_allocmap[(txg + t) & TXG_MASK].sm_space)
 601                                 evictable = 0;
 602
 603                 if (evictable)
 604                         space_map_unload(sm);
 605         }
 606
 607         metaslab_group_sort(mg, msp, metaslab_weight(msp));
 608
 609         mutex_exit(&msp->ms_lock);
 610 }
 611
 612 static uint64_t
 613 metaslab_distance(metaslab_t *msp, dva_t *dva)
 614 {
 615         uint64_t ms_shift = msp->ms_group->mg_vd->vdev_ms_shift;
 616         uint64_t offset = DVA_GET_OFFSET(dva) >> ms_shift;
 617         uint64_t start = msp->ms_map.sm_start >> ms_shift;
 618
 619         if (msp->ms_group->mg_vd->vdev_id != DVA_GET_VDEV(dva))
 620                 return (1ULL << 63);
 621
 622         if (offset < start)
 623                 return ((start - offset) << ms_shift);
 624         if (offset > start)
 625                 return ((offset - start) << ms_shift);
 626         return (0);
 627 }
 628
 629 static uint64_t
 630 metaslab_group_alloc(metaslab_group_t *mg, uint64_t size, uint64_t txg,
 631     uint64_t min_distance, dva_t *dva, int d)
 632 {
 633         metaslab_t *msp = NULL;
 634         uint64_t offset = -1ULL;
 635         avl_tree_t *t = &mg->mg_metaslab_tree;
 636         uint64_t activation_weight;
 637         uint64_t target_distance;
 638         int i;
 639
 640         activation_weight = METASLAB_WEIGHT_PRIMARY;
 641         for (i = 0; i < d; i++)
 642                 if (DVA_GET_VDEV(&dva[i]) == mg->mg_vd->vdev_id)
 643                         activation_weight = METASLAB_WEIGHT_SECONDARY;
 644
 645         for (;;) {
 646                 mutex_enter(&mg->mg_lock);
 647                 for (msp = avl_first(t); msp; msp = AVL_NEXT(t, msp)) {
 648                         if (msp->ms_weight < size) {
 649                                 mutex_exit(&mg->mg_lock);
 650                                 return (-1ULL);
 651                         }
 652
 653                         if (activation_weight == METASLAB_WEIGHT_PRIMARY)
 654                                 break;
 655
 656                         target_distance = min_distance +
 657                             (msp->ms_smo.smo_alloc ? 0 : min_distance >> 1);
 658
 659                         for (i = 0; i < d; i++)
 660                                 if (metaslab_distance(msp, &dva[i]) <
 661                                     target_distance)
 662                                         break;
 663                         if (i == d)
 664                                 break;
 665                 }
 666                 mutex_exit(&mg->mg_lock);
 667                 if (msp == NULL)
 668                         return (-1ULL);
 669
 670                 mutex_enter(&msp->ms_lock);
 671
 672                 /*
 673                  * Ensure that the metaslab we have selected is still
 674                  * capable of handling our request. It's possible that
 675                  * another thread may have changed the weight while we
 676                  * were blocked on the metaslab lock.
 677                  */
 678                 if (msp->ms_weight < size) {
 679                         mutex_exit(&msp->ms_lock);
 680                         continue;
 681                 }
 682
 683                 if ((msp->ms_weight & METASLAB_WEIGHT_SECONDARY) &&
 684                     activation_weight == METASLAB_WEIGHT_PRIMARY) {
 685                         metaslab_passivate(msp,
 686                             msp->ms_weight & ~METASLAB_ACTIVE_MASK);
 687                         mutex_exit(&msp->ms_lock);
 688                         continue;
 689                 }
 690
 691                 if (metaslab_activate(msp, activation_weight) != 0) {
 692                         mutex_exit(&msp->ms_lock);
 693                         continue;
 694                 }
 695
 696                 if ((offset = space_map_alloc(&msp->ms_map, size)) != -1ULL)
 697                         break;
 698
 699                 metaslab_passivate(msp, size - 1);
 700
 701                 mutex_exit(&msp->ms_lock);
 702         }
 703
 704         if (msp->ms_allocmap[txg & TXG_MASK].sm_space == 0)
 705                 vdev_dirty(mg->mg_vd, VDD_METASLAB, msp, txg);
 706
 707         space_map_add(&msp->ms_allocmap[txg & TXG_MASK], offset, size);
 708
 709         mutex_exit(&msp->ms_lock);
 710
 711         return (offset);
 712 }
 713
 714 /*
 715  * Allocate a block for the specified i/o.
 716  */
 717 static int
 718 metaslab_alloc_dva(spa_t *spa, metaslab_class_t *mc, uint64_t psize,
 719     dva_t *dva, int d, dva_t *hintdva, uint64_t txg, boolean_t hintdva_avoid)
 720 {
 721         metaslab_group_t *mg, *rotor;
 722         vdev_t *vd;
 723         int dshift = 3;
 724         int all_zero;
 725         uint64_t offset = -1ULL;
 726         uint64_t asize;
 727         uint64_t distance;
 728
 729         ASSERT(!DVA_IS_VALID(&dva[d]));
 730
 731         /*
 732          * For testing, make some blocks above a certain size be gang blocks.
 733          */
 734         if (psize >= metaslab_gang_bang && (lbolt & 3) == 0)
 735                 return (ENOSPC);
 736
 737         /*
 738          * Start at the rotor and loop through all mgs until we find something.
 739          * Note that there's no locking on mc_rotor or mc_allocated because
 740          * nothing actually breaks if we miss a few updates -- we just won't
 741          * allocate quite as evenly.  It all balances out over time.
 742          *
 743          * If we are doing ditto or log blocks, try to spread them across
 744          * consecutive vdevs.  If we're forced to reuse a vdev before we've
 745          * allocated all of our ditto blocks, then try and spread them out on
 746          * that vdev as much as possible.  If it turns out to not be possible,
 747          * gradually lower our standards until anything becomes acceptable.
 748          * Also, allocating on consecutive vdevs (as opposed to random vdevs)
 749          * gives us hope of containing our fault domains to something we're
 750          * able to reason about.  Otherwise, any two top-level vdev failures
 751          * will guarantee the loss of data.  With consecutive allocation,
 752          * only two adjacent top-level vdev failures will result in data loss.
 753          *
 754          * If we are doing gang blocks (hintdva is non-NULL), try to keep
 755          * ourselves on the same vdev as our gang block header.  That
 756          * way, we can hope for locality in vdev_cache, plus it makes our
 757          * fault domains something tractable.
 758          */
 759         if (hintdva) {
 760                 vd = vdev_lookup_top(spa, DVA_GET_VDEV(&hintdva[d]));
 761                 if (hintdva_avoid)
 762                         mg = vd->vdev_mg->mg_next;
 763                 else
 764                         mg = vd->vdev_mg;
 765         } else if (d != 0) {
 766                 vd = vdev_lookup_top(spa, DVA_GET_VDEV(&dva[d - 1]));
 767                 mg = vd->vdev_mg->mg_next;
 768         } else {
 769                 mg = mc->mc_rotor;
 770         }
 771
 772         /*
 773          * If the hint put us into the wrong class, just follow the rotor.
 774          */
 775         if (mg->mg_class != mc)
 776                 mg = mc->mc_rotor;
 777
 778         rotor = mg;
 779 top:
 780         all_zero = B_TRUE;
 781         do {
 782                 vd = mg->mg_vd;
 783                 /*
 784                  * Dont allocate from faulted devices
 785                  */
 786                 if (!vdev_writeable(vd))
 787                         goto next;
 788                 /*
 789                  * Avoid writing single-copy data to a failing vdev
 790                  */
 791                 if ((vd->vdev_stat.vs_write_errors > 0 ||
 792                     vd->vdev_state < VDEV_STATE_HEALTHY) &&
 793                     d == 0 && dshift == 3) {
 794                         all_zero = B_FALSE;
 795                         goto next;
 796                 }
 797
 798                 ASSERT(mg->mg_class == mc);
 799
 800                 distance = vd->vdev_asize >> dshift;
 801                 if (distance <= (1ULL << vd->vdev_ms_shift))
 802                         distance = 0;
 803                 else
 804                         all_zero = B_FALSE;
 805
 806                 asize = vdev_psize_to_asize(vd, psize);
 807                 ASSERT(P2PHASE(asize, 1ULL << vd->vdev_ashift) == 0);
 808
 809                 offset = metaslab_group_alloc(mg, asize, txg, distance, dva, d);
 810                 if (offset != -1ULL) {
 811                         /*
 812                          * If we've just selected this metaslab group,
 813                          * figure out whether the corresponding vdev is
 814                          * over- or under-used relative to the pool,
 815                          * and set an allocation bias to even it out.
 816                          */
 817                         if (mc->mc_allocated == 0) {
 818                                 vdev_stat_t *vs = &vd->vdev_stat;
 819                                 uint64_t alloc, space;
 820                                 int64_t vu, su;
 821
 822                                 alloc = spa_get_alloc(spa);
 823                                 space = spa_get_space(spa);
 824
 825                                 /*
 826                                  * Determine percent used in units of 0..1024.
 827                                  * (This is just to avoid floating point.)
 828                                  */
 829                                 vu = (vs->vs_alloc << 10) / (vs->vs_space + 1);
 830                                 su = (alloc << 10) / (space + 1);
 831
 832                                 /*
 833                                  * Bias by at most +/- 25% of the aliquot.
 834                                  */
 835                                 mg->mg_bias = ((su - vu) *
 836                                     (int64_t)mg->mg_aliquot) / (1024 * 4);
 837                         }
 838
 839                         if (atomic_add_64_nv(&mc->mc_allocated, asize) >=
 840                             mg->mg_aliquot + mg->mg_bias) {
 841                                 mc->mc_rotor = mg->mg_next;
 842                                 mc->mc_allocated = 0;
 843                         }
 844
 845                         DVA_SET_VDEV(&dva[d], vd->vdev_id);
 846                         DVA_SET_OFFSET(&dva[d], offset);
 847                         DVA_SET_GANG(&dva[d], 0);
 848                         DVA_SET_ASIZE(&dva[d], asize);
 849
 850                         return (0);
 851                 }
 852 next:
 853                 mc->mc_rotor = mg->mg_next;
 854                 mc->mc_allocated = 0;
 855         } while ((mg = mg->mg_next) != rotor);
 856
 857         if (!all_zero) {
 858                 dshift++;
 859                 ASSERT(dshift < 64);
 860                 goto top;
 861         }
 862
 863         bzero(&dva[d], sizeof (dva_t));
 864
 865         return (ENOSPC);
 866 }
 867
 868 /*
 869  * Free the block represented by DVA in the context of the specified
 870  * transaction group.
 871  */
 872 static void
 873 metaslab_free_dva(spa_t *spa, const dva_t *dva, uint64_t txg, boolean_t now)
 874 {
 875         uint64_t vdev = DVA_GET_VDEV(dva);
 876         uint64_t offset = DVA_GET_OFFSET(dva);
 877         uint64_t size = DVA_GET_ASIZE(dva);
 878         vdev_t *vd;
 879         metaslab_t *msp;
 880
 881         ASSERT(DVA_IS_VALID(dva));
 882
 883         if (txg > spa_freeze_txg(spa))
 884                 return;
 885
 886         if ((vd = vdev_lookup_top(spa, vdev)) == NULL ||
 887             (offset >> vd->vdev_ms_shift) >= vd->vdev_ms_count) {
 888                 cmn_err(CE_WARN, "metaslab_free_dva(): bad DVA %llu:%llu",
 889                     (u_longlong_t)vdev, (u_longlong_t)offset);
 890                 ASSERT(0);
 891                 return;
 892         }
 893
 894         msp = vd->vdev_ms[offset >> vd->vdev_ms_shift];
 895
 896         if (DVA_GET_GANG(dva))
 897                 size = vdev_psize_to_asize(vd, SPA_GANGBLOCKSIZE);
 898
 899         mutex_enter(&msp->ms_lock);
 900
 901         if (now) {
 902                 space_map_remove(&msp->ms_allocmap[txg & TXG_MASK],
 903                     offset, size);
 904                 space_map_free(&msp->ms_map, offset, size);
 905         } else {
 906                 if (msp->ms_freemap[txg & TXG_MASK].sm_space == 0)
 907                         vdev_dirty(vd, VDD_METASLAB, msp, txg);
 908                 space_map_add(&msp->ms_freemap[txg & TXG_MASK], offset, size);
 909
 910                 /*
 911                  * verify that this region is actually allocated in
 912                  * either a ms_allocmap or the ms_map
 913                  */
 914                 if (msp->ms_map.sm_loaded) {
 915                         boolean_t allocd = B_FALSE;
 916                         int i;
 917
 918                         if (!space_map_contains(&msp->ms_map, offset, size)) {
 919                                 allocd = B_TRUE;
 920                         } else {
 921                                 for (i = 0; i < TXG_CONCURRENT_STATES; i++) {
 922                                         space_map_t *sm = &msp->ms_allocmap
 923                                             [(txg - i) & TXG_MASK];
 924                                         if (space_map_contains(sm,
 925                                             offset, size)) {
 926                                                 allocd = B_TRUE;
 927                                                 break;
 928                                         }
 929                                 }
 930                         }
 931
 932                         if (!allocd) {
 933                                 zfs_panic_recover("freeing free segment "
 934                                     "(vdev=%llu offset=%llx size=%llx)",
 935                                     (longlong_t)vdev, (longlong_t)offset,
 936                                     (longlong_t)size);
 937                         }
 938                 }
 939
 940
 941         }
 942
 943         mutex_exit(&msp->ms_lock);
 944 }
 945
 946 /*
 947  * Intent log support: upon opening the pool after a crash, notify the SPA
 948  * of blocks that the intent log has allocated for immediate write, but
 949  * which are still considered free by the SPA because the last transaction
 950  * group didn't commit yet.
 951  */
 952 static int
 953 metaslab_claim_dva(spa_t *spa, const dva_t *dva, uint64_t txg)
 954 {
 955         uint64_t vdev = DVA_GET_VDEV(dva);
 956         uint64_t offset = DVA_GET_OFFSET(dva);
 957         uint64_t size = DVA_GET_ASIZE(dva);
 958         vdev_t *vd;
 959         metaslab_t *msp;
 960         int error;
 961
 962         ASSERT(DVA_IS_VALID(dva));
 963
 964         if ((vd = vdev_lookup_top(spa, vdev)) == NULL ||
 965             (offset >> vd->vdev_ms_shift) >= vd->vdev_ms_count)
 966                 return (ENXIO);
 967
 968         msp = vd->vdev_ms[offset >> vd->vdev_ms_shift];
 969
 970         if (DVA_GET_GANG(dva))
 971                 size = vdev_psize_to_asize(vd, SPA_GANGBLOCKSIZE);
 972
 973         mutex_enter(&msp->ms_lock);
 974
 975         error = metaslab_activate(msp, METASLAB_WEIGHT_SECONDARY);
 976         if (error) {
 977                 mutex_exit(&msp->ms_lock);
 978                 return (error);
 979         }
 980
 981         if (msp->ms_allocmap[txg & TXG_MASK].sm_space == 0)
 982                 vdev_dirty(vd, VDD_METASLAB, msp, txg);
 983
 984         space_map_claim(&msp->ms_map, offset, size);
 985         space_map_add(&msp->ms_allocmap[txg & TXG_MASK], offset, size);
 986
 987         mutex_exit(&msp->ms_lock);
 988
 989         return (0);
 990 }
 991
 992 int
 993 metaslab_alloc(spa_t *spa, metaslab_class_t *mc, uint64_t psize, blkptr_t *bp,
 994     int ndvas, uint64_t txg, blkptr_t *hintbp, boolean_t hintbp_avoid)
 995 {
 996         dva_t *dva = bp->blk_dva;
 997         dva_t *hintdva = hintbp->blk_dva;
 998         int d;
 999         int error = 0;
1000
1001         if (mc->mc_rotor == NULL)       /* no vdevs in this class */
1002                 return (ENOSPC);
1003
1004         ASSERT(ndvas > 0 && ndvas <= spa_max_replication(spa));
1005         ASSERT(BP_GET_NDVAS(bp) == 0);
1006         ASSERT(hintbp == NULL || ndvas <= BP_GET_NDVAS(hintbp));
1007
1008         for (d = 0; d < ndvas; d++) {
1009                 error = metaslab_alloc_dva(spa, mc, psize, dva, d, hintdva,
1010                     txg, hintbp_avoid);
1011                 if (error) {
1012                         for (d--; d >= 0; d--) {
1013                                 metaslab_free_dva(spa, &dva[d], txg, B_TRUE);
1014                                 bzero(&dva[d], sizeof (dva_t));
1015                         }
1016                         return (error);
1017                 }
1018         }
1019         ASSERT(error == 0);
1020         ASSERT(BP_GET_NDVAS(bp) == ndvas);
1021
1022         return (0);
1023 }
1024
1025 void
1026 metaslab_free(spa_t *spa, const blkptr_t *bp, uint64_t txg, boolean_t now)
1027 {
1028         const dva_t *dva = bp->blk_dva;
1029         int ndvas = BP_GET_NDVAS(bp);
1030         int d;
1031
1032         ASSERT(!BP_IS_HOLE(bp));
1033
1034         for (d = 0; d < ndvas; d++)
1035                 metaslab_free_dva(spa, &dva[d], txg, now);
1036 }
1037
1038 int
1039 metaslab_claim(spa_t *spa, const blkptr_t *bp, uint64_t txg)
1040 {
1041         const dva_t *dva = bp->blk_dva;
1042         int ndvas = BP_GET_NDVAS(bp);
1043         int d, error;
1044         int last_error = 0;
1045
1046         ASSERT(!BP_IS_HOLE(bp));
1047
1048         for (d = 0; d < ndvas; d++)
1049                 if ((error = metaslab_claim_dva(spa, &dva[d], txg)) != 0)
1050                         last_error = error;
1051
1052         return (last_error);
1053 }