Move the world out of /zfs/ and seperate out module build tree
[zfs.git] / module / zfs / metaslab.c
diff --git a/module/zfs/metaslab.c b/module/zfs/metaslab.c
new file mode 100644 (file)
index 0000000..87727fa
--- /dev/null
@@ -0,0 +1,1049 @@
+/*
+ * CDDL HEADER START
+ *
+ * The contents of this file are subject to the terms of the
+ * Common Development and Distribution License (the "License").
+ * You may not use this file except in compliance with the License.
+ *
+ * You can obtain a copy of the license at usr/src/OPENSOLARIS.LICENSE
+ * or http://www.opensolaris.org/os/licensing.
+ * See the License for the specific language governing permissions
+ * and limitations under the License.
+ *
+ * When distributing Covered Code, include this CDDL HEADER in each
+ * file and include the License file at usr/src/OPENSOLARIS.LICENSE.
+ * If applicable, add the following below this CDDL HEADER, with the
+ * fields enclosed by brackets "[]" replaced with your own identifying
+ * information: Portions Copyright [yyyy] [name of copyright owner]
+ *
+ * CDDL HEADER END
+ */
+/*
+ * Copyright 2008 Sun Microsystems, Inc.  All rights reserved.
+ * Use is subject to license terms.
+ */
+
+#include <sys/zfs_context.h>
+#include <sys/spa_impl.h>
+#include <sys/dmu.h>
+#include <sys/dmu_tx.h>
+#include <sys/space_map.h>
+#include <sys/metaslab_impl.h>
+#include <sys/vdev_impl.h>
+#include <sys/zio.h>
+
+uint64_t metaslab_aliquot = 512ULL << 10;
+uint64_t metaslab_gang_bang = SPA_MAXBLOCKSIZE + 1;    /* force gang blocks */
+
+/*
+ * ==========================================================================
+ * Metaslab classes
+ * ==========================================================================
+ */
+metaslab_class_t *
+metaslab_class_create(void)
+{
+       metaslab_class_t *mc;
+
+       mc = kmem_zalloc(sizeof (metaslab_class_t), KM_SLEEP);
+
+       mc->mc_rotor = NULL;
+
+       return (mc);
+}
+
+void
+metaslab_class_destroy(metaslab_class_t *mc)
+{
+       metaslab_group_t *mg;
+
+       while ((mg = mc->mc_rotor) != NULL) {
+               metaslab_class_remove(mc, mg);
+               metaslab_group_destroy(mg);
+       }
+
+       kmem_free(mc, sizeof (metaslab_class_t));
+}
+
+void
+metaslab_class_add(metaslab_class_t *mc, metaslab_group_t *mg)
+{
+       metaslab_group_t *mgprev, *mgnext;
+
+       ASSERT(mg->mg_class == NULL);
+
+       if ((mgprev = mc->mc_rotor) == NULL) {
+               mg->mg_prev = mg;
+               mg->mg_next = mg;
+       } else {
+               mgnext = mgprev->mg_next;
+               mg->mg_prev = mgprev;
+               mg->mg_next = mgnext;
+               mgprev->mg_next = mg;
+               mgnext->mg_prev = mg;
+       }
+       mc->mc_rotor = mg;
+       mg->mg_class = mc;
+}
+
+void
+metaslab_class_remove(metaslab_class_t *mc, metaslab_group_t *mg)
+{
+       metaslab_group_t *mgprev, *mgnext;
+
+       ASSERT(mg->mg_class == mc);
+
+       mgprev = mg->mg_prev;
+       mgnext = mg->mg_next;
+
+       if (mg == mgnext) {
+               mc->mc_rotor = NULL;
+       } else {
+               mc->mc_rotor = mgnext;
+               mgprev->mg_next = mgnext;
+               mgnext->mg_prev = mgprev;
+       }
+
+       mg->mg_prev = NULL;
+       mg->mg_next = NULL;
+       mg->mg_class = NULL;
+}
+
+/*
+ * ==========================================================================
+ * Metaslab groups
+ * ==========================================================================
+ */
+static int
+metaslab_compare(const void *x1, const void *x2)
+{
+       const metaslab_t *m1 = x1;
+       const metaslab_t *m2 = x2;
+
+       if (m1->ms_weight < m2->ms_weight)
+               return (1);
+       if (m1->ms_weight > m2->ms_weight)
+               return (-1);
+
+       /*
+        * If the weights are identical, use the offset to force uniqueness.
+        */
+       if (m1->ms_map.sm_start < m2->ms_map.sm_start)
+               return (-1);
+       if (m1->ms_map.sm_start > m2->ms_map.sm_start)
+               return (1);
+
+       ASSERT3P(m1, ==, m2);
+
+       return (0);
+}
+
+metaslab_group_t *
+metaslab_group_create(metaslab_class_t *mc, vdev_t *vd)
+{
+       metaslab_group_t *mg;
+
+       mg = kmem_zalloc(sizeof (metaslab_group_t), KM_SLEEP);
+       mutex_init(&mg->mg_lock, NULL, MUTEX_DEFAULT, NULL);
+       avl_create(&mg->mg_metaslab_tree, metaslab_compare,
+           sizeof (metaslab_t), offsetof(struct metaslab, ms_group_node));
+       mg->mg_aliquot = metaslab_aliquot * MAX(1, vd->vdev_children);
+       mg->mg_vd = vd;
+       metaslab_class_add(mc, mg);
+
+       return (mg);
+}
+
+void
+metaslab_group_destroy(metaslab_group_t *mg)
+{
+       avl_destroy(&mg->mg_metaslab_tree);
+       mutex_destroy(&mg->mg_lock);
+       kmem_free(mg, sizeof (metaslab_group_t));
+}
+
+static void
+metaslab_group_add(metaslab_group_t *mg, metaslab_t *msp)
+{
+       mutex_enter(&mg->mg_lock);
+       ASSERT(msp->ms_group == NULL);
+       msp->ms_group = mg;
+       msp->ms_weight = 0;
+       avl_add(&mg->mg_metaslab_tree, msp);
+       mutex_exit(&mg->mg_lock);
+}
+
+static void
+metaslab_group_remove(metaslab_group_t *mg, metaslab_t *msp)
+{
+       mutex_enter(&mg->mg_lock);
+       ASSERT(msp->ms_group == mg);
+       avl_remove(&mg->mg_metaslab_tree, msp);
+       msp->ms_group = NULL;
+       mutex_exit(&mg->mg_lock);
+}
+
+static void
+metaslab_group_sort(metaslab_group_t *mg, metaslab_t *msp, uint64_t weight)
+{
+       /*
+        * Although in principle the weight can be any value, in
+        * practice we do not use values in the range [1, 510].
+        */
+       ASSERT(weight >= SPA_MINBLOCKSIZE-1 || weight == 0);
+       ASSERT(MUTEX_HELD(&msp->ms_lock));
+
+       mutex_enter(&mg->mg_lock);
+       ASSERT(msp->ms_group == mg);
+       avl_remove(&mg->mg_metaslab_tree, msp);
+       msp->ms_weight = weight;
+       avl_add(&mg->mg_metaslab_tree, msp);
+       mutex_exit(&mg->mg_lock);
+}
+
+/*
+ * ==========================================================================
+ * The first-fit block allocator
+ * ==========================================================================
+ */
+static void
+metaslab_ff_load(space_map_t *sm)
+{
+       ASSERT(sm->sm_ppd == NULL);
+       sm->sm_ppd = kmem_zalloc(64 * sizeof (uint64_t), KM_SLEEP);
+}
+
+static void
+metaslab_ff_unload(space_map_t *sm)
+{
+       kmem_free(sm->sm_ppd, 64 * sizeof (uint64_t));
+       sm->sm_ppd = NULL;
+}
+
+static uint64_t
+metaslab_ff_alloc(space_map_t *sm, uint64_t size)
+{
+       avl_tree_t *t = &sm->sm_root;
+       uint64_t align = size & -size;
+       uint64_t *cursor = (uint64_t *)sm->sm_ppd + highbit(align) - 1;
+       space_seg_t *ss, ssearch;
+       avl_index_t where;
+
+       ssearch.ss_start = *cursor;
+       ssearch.ss_end = *cursor + size;
+
+       ss = avl_find(t, &ssearch, &where);
+       if (ss == NULL)
+               ss = avl_nearest(t, where, AVL_AFTER);
+
+       while (ss != NULL) {
+               uint64_t offset = P2ROUNDUP(ss->ss_start, align);
+
+               if (offset + size <= ss->ss_end) {
+                       *cursor = offset + size;
+                       return (offset);
+               }
+               ss = AVL_NEXT(t, ss);
+       }
+
+       /*
+        * If we know we've searched the whole map (*cursor == 0), give up.
+        * Otherwise, reset the cursor to the beginning and try again.
+        */
+       if (*cursor == 0)
+               return (-1ULL);
+
+       *cursor = 0;
+       return (metaslab_ff_alloc(sm, size));
+}
+
+/* ARGSUSED */
+static void
+metaslab_ff_claim(space_map_t *sm, uint64_t start, uint64_t size)
+{
+       /* No need to update cursor */
+}
+
+/* ARGSUSED */
+static void
+metaslab_ff_free(space_map_t *sm, uint64_t start, uint64_t size)
+{
+       /* No need to update cursor */
+}
+
+static space_map_ops_t metaslab_ff_ops = {
+       metaslab_ff_load,
+       metaslab_ff_unload,
+       metaslab_ff_alloc,
+       metaslab_ff_claim,
+       metaslab_ff_free
+};
+
+/*
+ * ==========================================================================
+ * Metaslabs
+ * ==========================================================================
+ */
+metaslab_t *
+metaslab_init(metaslab_group_t *mg, space_map_obj_t *smo,
+       uint64_t start, uint64_t size, uint64_t txg)
+{
+       vdev_t *vd = mg->mg_vd;
+       metaslab_t *msp;
+
+       msp = kmem_zalloc(sizeof (metaslab_t), KM_SLEEP);
+       mutex_init(&msp->ms_lock, NULL, MUTEX_DEFAULT, NULL);
+
+       msp->ms_smo_syncing = *smo;
+
+       /*
+        * We create the main space map here, but we don't create the
+        * allocmaps and freemaps until metaslab_sync_done().  This serves
+        * two purposes: it allows metaslab_sync_done() to detect the
+        * addition of new space; and for debugging, it ensures that we'd
+        * data fault on any attempt to use this metaslab before it's ready.
+        */
+       space_map_create(&msp->ms_map, start, size,
+           vd->vdev_ashift, &msp->ms_lock);
+
+       metaslab_group_add(mg, msp);
+
+       /*
+        * If we're opening an existing pool (txg == 0) or creating
+        * a new one (txg == TXG_INITIAL), all space is available now.
+        * If we're adding space to an existing pool, the new space
+        * does not become available until after this txg has synced.
+        */
+       if (txg <= TXG_INITIAL)
+               metaslab_sync_done(msp, 0);
+
+       if (txg != 0) {
+               /*
+                * The vdev is dirty, but the metaslab isn't -- it just needs
+                * to have metaslab_sync_done() invoked from vdev_sync_done().
+                * [We could just dirty the metaslab, but that would cause us
+                * to allocate a space map object for it, which is wasteful
+                * and would mess up the locality logic in metaslab_weight().]
+                */
+               ASSERT(TXG_CLEAN(txg) == spa_last_synced_txg(vd->vdev_spa));
+               vdev_dirty(vd, 0, NULL, txg);
+               vdev_dirty(vd, VDD_METASLAB, msp, TXG_CLEAN(txg));
+       }
+
+       return (msp);
+}
+
+void
+metaslab_fini(metaslab_t *msp)
+{
+       metaslab_group_t *mg = msp->ms_group;
+       int t;
+
+       vdev_space_update(mg->mg_vd, -msp->ms_map.sm_size,
+           -msp->ms_smo.smo_alloc, B_TRUE);
+
+       metaslab_group_remove(mg, msp);
+
+       mutex_enter(&msp->ms_lock);
+
+       space_map_unload(&msp->ms_map);
+       space_map_destroy(&msp->ms_map);
+
+       for (t = 0; t < TXG_SIZE; t++) {
+               space_map_destroy(&msp->ms_allocmap[t]);
+               space_map_destroy(&msp->ms_freemap[t]);
+       }
+
+       mutex_exit(&msp->ms_lock);
+       mutex_destroy(&msp->ms_lock);
+
+       kmem_free(msp, sizeof (metaslab_t));
+}
+
+#define        METASLAB_WEIGHT_PRIMARY         (1ULL << 63)
+#define        METASLAB_WEIGHT_SECONDARY       (1ULL << 62)
+#define        METASLAB_ACTIVE_MASK            \
+       (METASLAB_WEIGHT_PRIMARY | METASLAB_WEIGHT_SECONDARY)
+#define        METASLAB_SMO_BONUS_MULTIPLIER   2
+
+static uint64_t
+metaslab_weight(metaslab_t *msp)
+{
+       metaslab_group_t *mg = msp->ms_group;
+       space_map_t *sm = &msp->ms_map;
+       space_map_obj_t *smo = &msp->ms_smo;
+       vdev_t *vd = mg->mg_vd;
+       uint64_t weight, space;
+
+       ASSERT(MUTEX_HELD(&msp->ms_lock));
+
+       /*
+        * The baseline weight is the metaslab's free space.
+        */
+       space = sm->sm_size - smo->smo_alloc;
+       weight = space;
+
+       /*
+        * Modern disks have uniform bit density and constant angular velocity.
+        * Therefore, the outer recording zones are faster (higher bandwidth)
+        * than the inner zones by the ratio of outer to inner track diameter,
+        * which is typically around 2:1.  We account for this by assigning
+        * higher weight to lower metaslabs (multiplier ranging from 2x to 1x).
+        * In effect, this means that we'll select the metaslab with the most
+        * free bandwidth rather than simply the one with the most free space.
+        */
+       weight = 2 * weight -
+           ((sm->sm_start >> vd->vdev_ms_shift) * weight) / vd->vdev_ms_count;
+       ASSERT(weight >= space && weight <= 2 * space);
+
+       /*
+        * For locality, assign higher weight to metaslabs we've used before.
+        */
+       if (smo->smo_object != 0)
+               weight *= METASLAB_SMO_BONUS_MULTIPLIER;
+       ASSERT(weight >= space &&
+           weight <= 2 * METASLAB_SMO_BONUS_MULTIPLIER * space);
+
+       /*
+        * If this metaslab is one we're actively using, adjust its weight to
+        * make it preferable to any inactive metaslab so we'll polish it off.
+        */
+       weight |= (msp->ms_weight & METASLAB_ACTIVE_MASK);
+
+       return (weight);
+}
+
+static int
+metaslab_activate(metaslab_t *msp, uint64_t activation_weight)
+{
+       space_map_t *sm = &msp->ms_map;
+
+       ASSERT(MUTEX_HELD(&msp->ms_lock));
+
+       if ((msp->ms_weight & METASLAB_ACTIVE_MASK) == 0) {
+               int error = space_map_load(sm, &metaslab_ff_ops,
+                   SM_FREE, &msp->ms_smo,
+                   msp->ms_group->mg_vd->vdev_spa->spa_meta_objset);
+               if (error) {
+                       metaslab_group_sort(msp->ms_group, msp, 0);
+                       return (error);
+               }
+               metaslab_group_sort(msp->ms_group, msp,
+                   msp->ms_weight | activation_weight);
+       }
+       ASSERT(sm->sm_loaded);
+       ASSERT(msp->ms_weight & METASLAB_ACTIVE_MASK);
+
+       return (0);
+}
+
+static void
+metaslab_passivate(metaslab_t *msp, uint64_t size)
+{
+       /*
+        * If size < SPA_MINBLOCKSIZE, then we will not allocate from
+        * this metaslab again.  In that case, it had better be empty,
+        * or we would be leaving space on the table.
+        */
+       ASSERT(size >= SPA_MINBLOCKSIZE || msp->ms_map.sm_space == 0);
+       metaslab_group_sort(msp->ms_group, msp, MIN(msp->ms_weight, size));
+       ASSERT((msp->ms_weight & METASLAB_ACTIVE_MASK) == 0);
+}
+
+/*
+ * Write a metaslab to disk in the context of the specified transaction group.
+ */
+void
+metaslab_sync(metaslab_t *msp, uint64_t txg)
+{
+       vdev_t *vd = msp->ms_group->mg_vd;
+       spa_t *spa = vd->vdev_spa;
+       objset_t *mos = spa->spa_meta_objset;
+       space_map_t *allocmap = &msp->ms_allocmap[txg & TXG_MASK];
+       space_map_t *freemap = &msp->ms_freemap[txg & TXG_MASK];
+       space_map_t *freed_map = &msp->ms_freemap[TXG_CLEAN(txg) & TXG_MASK];
+       space_map_t *sm = &msp->ms_map;
+       space_map_obj_t *smo = &msp->ms_smo_syncing;
+       dmu_buf_t *db;
+       dmu_tx_t *tx;
+       int t;
+
+       tx = dmu_tx_create_assigned(spa_get_dsl(spa), txg);
+
+       /*
+        * The only state that can actually be changing concurrently with
+        * metaslab_sync() is the metaslab's ms_map.  No other thread can
+        * be modifying this txg's allocmap, freemap, freed_map, or smo.
+        * Therefore, we only hold ms_lock to satify space_map ASSERTs.
+        * We drop it whenever we call into the DMU, because the DMU
+        * can call down to us (e.g. via zio_free()) at any time.
+        */
+       mutex_enter(&msp->ms_lock);
+
+       if (smo->smo_object == 0) {
+               ASSERT(smo->smo_objsize == 0);
+               ASSERT(smo->smo_alloc == 0);
+               mutex_exit(&msp->ms_lock);
+               smo->smo_object = dmu_object_alloc(mos,
+                   DMU_OT_SPACE_MAP, 1 << SPACE_MAP_BLOCKSHIFT,
+                   DMU_OT_SPACE_MAP_HEADER, sizeof (*smo), tx);
+               ASSERT(smo->smo_object != 0);
+               dmu_write(mos, vd->vdev_ms_array, sizeof (uint64_t) *
+                   (sm->sm_start >> vd->vdev_ms_shift),
+                   sizeof (uint64_t), &smo->smo_object, tx);
+               mutex_enter(&msp->ms_lock);
+       }
+
+       space_map_walk(freemap, space_map_add, freed_map);
+
+       if (sm->sm_loaded && spa_sync_pass(spa) == 1 && smo->smo_objsize >=
+           2 * sizeof (uint64_t) * avl_numnodes(&sm->sm_root)) {
+               /*
+                * The in-core space map representation is twice as compact
+                * as the on-disk one, so it's time to condense the latter
+                * by generating a pure allocmap from first principles.
+                *
+                * This metaslab is 100% allocated,
+                * minus the content of the in-core map (sm),
+                * minus what's been freed this txg (freed_map),
+                * minus allocations from txgs in the future
+                * (because they haven't been committed yet).
+                */
+               space_map_vacate(allocmap, NULL, NULL);
+               space_map_vacate(freemap, NULL, NULL);
+
+               space_map_add(allocmap, allocmap->sm_start, allocmap->sm_size);
+
+               space_map_walk(sm, space_map_remove, allocmap);
+               space_map_walk(freed_map, space_map_remove, allocmap);
+
+               for (t = 1; t < TXG_CONCURRENT_STATES; t++)
+                       space_map_walk(&msp->ms_allocmap[(txg + t) & TXG_MASK],
+                           space_map_remove, allocmap);
+
+               mutex_exit(&msp->ms_lock);
+               space_map_truncate(smo, mos, tx);
+               mutex_enter(&msp->ms_lock);
+       }
+
+       space_map_sync(allocmap, SM_ALLOC, smo, mos, tx);
+       space_map_sync(freemap, SM_FREE, smo, mos, tx);
+
+       mutex_exit(&msp->ms_lock);
+
+       VERIFY(0 == dmu_bonus_hold(mos, smo->smo_object, FTAG, &db));
+       dmu_buf_will_dirty(db, tx);
+       ASSERT3U(db->db_size, >=, sizeof (*smo));
+       bcopy(smo, db->db_data, sizeof (*smo));
+       dmu_buf_rele(db, FTAG);
+
+       dmu_tx_commit(tx);
+}
+
+/*
+ * Called after a transaction group has completely synced to mark
+ * all of the metaslab's free space as usable.
+ */
+void
+metaslab_sync_done(metaslab_t *msp, uint64_t txg)
+{
+       space_map_obj_t *smo = &msp->ms_smo;
+       space_map_obj_t *smosync = &msp->ms_smo_syncing;
+       space_map_t *sm = &msp->ms_map;
+       space_map_t *freed_map = &msp->ms_freemap[TXG_CLEAN(txg) & TXG_MASK];
+       metaslab_group_t *mg = msp->ms_group;
+       vdev_t *vd = mg->mg_vd;
+       int t;
+
+       mutex_enter(&msp->ms_lock);
+
+       /*
+        * If this metaslab is just becoming available, initialize its
+        * allocmaps and freemaps and add its capacity to the vdev.
+        */
+       if (freed_map->sm_size == 0) {
+               for (t = 0; t < TXG_SIZE; t++) {
+                       space_map_create(&msp->ms_allocmap[t], sm->sm_start,
+                           sm->sm_size, sm->sm_shift, sm->sm_lock);
+                       space_map_create(&msp->ms_freemap[t], sm->sm_start,
+                           sm->sm_size, sm->sm_shift, sm->sm_lock);
+               }
+               vdev_space_update(vd, sm->sm_size, 0, B_TRUE);
+       }
+
+       vdev_space_update(vd, 0, smosync->smo_alloc - smo->smo_alloc, B_TRUE);
+
+       ASSERT(msp->ms_allocmap[txg & TXG_MASK].sm_space == 0);
+       ASSERT(msp->ms_freemap[txg & TXG_MASK].sm_space == 0);
+
+       /*
+        * If there's a space_map_load() in progress, wait for it to complete
+        * so that we have a consistent view of the in-core space map.
+        * Then, add everything we freed in this txg to the map.
+        */
+       space_map_load_wait(sm);
+       space_map_vacate(freed_map, sm->sm_loaded ? space_map_free : NULL, sm);
+
+       *smo = *smosync;
+
+       /*
+        * If the map is loaded but no longer active, evict it as soon as all
+        * future allocations have synced.  (If we unloaded it now and then
+        * loaded a moment later, the map wouldn't reflect those allocations.)
+        */
+       if (sm->sm_loaded && (msp->ms_weight & METASLAB_ACTIVE_MASK) == 0) {
+               int evictable = 1;
+
+               for (t = 1; t < TXG_CONCURRENT_STATES; t++)
+                       if (msp->ms_allocmap[(txg + t) & TXG_MASK].sm_space)
+                               evictable = 0;
+
+               if (evictable)
+                       space_map_unload(sm);
+       }
+
+       metaslab_group_sort(mg, msp, metaslab_weight(msp));
+
+       mutex_exit(&msp->ms_lock);
+}
+
+static uint64_t
+metaslab_distance(metaslab_t *msp, dva_t *dva)
+{
+       uint64_t ms_shift = msp->ms_group->mg_vd->vdev_ms_shift;
+       uint64_t offset = DVA_GET_OFFSET(dva) >> ms_shift;
+       uint64_t start = msp->ms_map.sm_start >> ms_shift;
+
+       if (msp->ms_group->mg_vd->vdev_id != DVA_GET_VDEV(dva))
+               return (1ULL << 63);
+
+       if (offset < start)
+               return ((start - offset) << ms_shift);
+       if (offset > start)
+               return ((offset - start) << ms_shift);
+       return (0);
+}
+
+static uint64_t
+metaslab_group_alloc(metaslab_group_t *mg, uint64_t size, uint64_t txg,
+    uint64_t min_distance, dva_t *dva, int d)
+{
+       metaslab_t *msp = NULL;
+       uint64_t offset = -1ULL;
+       avl_tree_t *t = &mg->mg_metaslab_tree;
+       uint64_t activation_weight;
+       uint64_t target_distance;
+       int i;
+
+       activation_weight = METASLAB_WEIGHT_PRIMARY;
+       for (i = 0; i < d; i++)
+               if (DVA_GET_VDEV(&dva[i]) == mg->mg_vd->vdev_id)
+                       activation_weight = METASLAB_WEIGHT_SECONDARY;
+
+       for (;;) {
+               mutex_enter(&mg->mg_lock);
+               for (msp = avl_first(t); msp; msp = AVL_NEXT(t, msp)) {
+                       if (msp->ms_weight < size) {
+                               mutex_exit(&mg->mg_lock);
+                               return (-1ULL);
+                       }
+
+                       if (activation_weight == METASLAB_WEIGHT_PRIMARY)
+                               break;
+
+                       target_distance = min_distance +
+                           (msp->ms_smo.smo_alloc ? 0 : min_distance >> 1);
+
+                       for (i = 0; i < d; i++)
+                               if (metaslab_distance(msp, &dva[i]) <
+                                   target_distance)
+                                       break;
+                       if (i == d)
+                               break;
+               }
+               mutex_exit(&mg->mg_lock);
+               if (msp == NULL)
+                       return (-1ULL);
+
+               mutex_enter(&msp->ms_lock);
+
+               /*
+                * Ensure that the metaslab we have selected is still
+                * capable of handling our request. It's possible that
+                * another thread may have changed the weight while we
+                * were blocked on the metaslab lock.
+                */
+               if (msp->ms_weight < size) {
+                       mutex_exit(&msp->ms_lock);
+                       continue;
+               }
+
+               if ((msp->ms_weight & METASLAB_WEIGHT_SECONDARY) &&
+                   activation_weight == METASLAB_WEIGHT_PRIMARY) {
+                       metaslab_passivate(msp,
+                           msp->ms_weight & ~METASLAB_ACTIVE_MASK);
+                       mutex_exit(&msp->ms_lock);
+                       continue;
+               }
+
+               if (metaslab_activate(msp, activation_weight) != 0) {
+                       mutex_exit(&msp->ms_lock);
+                       continue;
+               }
+
+               if ((offset = space_map_alloc(&msp->ms_map, size)) != -1ULL)
+                       break;
+
+               metaslab_passivate(msp, size - 1);
+
+               mutex_exit(&msp->ms_lock);
+       }
+
+       if (msp->ms_allocmap[txg & TXG_MASK].sm_space == 0)
+               vdev_dirty(mg->mg_vd, VDD_METASLAB, msp, txg);
+
+       space_map_add(&msp->ms_allocmap[txg & TXG_MASK], offset, size);
+
+       mutex_exit(&msp->ms_lock);
+
+       return (offset);
+}
+
+/*
+ * Allocate a block for the specified i/o.
+ */
+static int
+metaslab_alloc_dva(spa_t *spa, metaslab_class_t *mc, uint64_t psize,
+    dva_t *dva, int d, dva_t *hintdva, uint64_t txg, int flags)
+{
+       metaslab_group_t *mg, *rotor;
+       vdev_t *vd;
+       int dshift = 3;
+       int all_zero;
+       uint64_t offset = -1ULL;
+       uint64_t asize;
+       uint64_t distance;
+
+       ASSERT(!DVA_IS_VALID(&dva[d]));
+
+       /*
+        * For testing, make some blocks above a certain size be gang blocks.
+        */
+       if (psize >= metaslab_gang_bang && (lbolt & 3) == 0)
+               return (ENOSPC);
+
+       /*
+        * Start at the rotor and loop through all mgs until we find something.
+        * Note that there's no locking on mc_rotor or mc_allocated because
+        * nothing actually breaks if we miss a few updates -- we just won't
+        * allocate quite as evenly.  It all balances out over time.
+        *
+        * If we are doing ditto or log blocks, try to spread them across
+        * consecutive vdevs.  If we're forced to reuse a vdev before we've
+        * allocated all of our ditto blocks, then try and spread them out on
+        * that vdev as much as possible.  If it turns out to not be possible,
+        * gradually lower our standards until anything becomes acceptable.
+        * Also, allocating on consecutive vdevs (as opposed to random vdevs)
+        * gives us hope of containing our fault domains to something we're
+        * able to reason about.  Otherwise, any two top-level vdev failures
+        * will guarantee the loss of data.  With consecutive allocation,
+        * only two adjacent top-level vdev failures will result in data loss.
+        *
+        * If we are doing gang blocks (hintdva is non-NULL), try to keep
+        * ourselves on the same vdev as our gang block header.  That
+        * way, we can hope for locality in vdev_cache, plus it makes our
+        * fault domains something tractable.
+        */
+       if (hintdva) {
+               vd = vdev_lookup_top(spa, DVA_GET_VDEV(&hintdva[d]));
+               if (flags & METASLAB_HINTBP_AVOID)
+                       mg = vd->vdev_mg->mg_next;
+               else
+                       mg = vd->vdev_mg;
+       } else if (d != 0) {
+               vd = vdev_lookup_top(spa, DVA_GET_VDEV(&dva[d - 1]));
+               mg = vd->vdev_mg->mg_next;
+       } else {
+               mg = mc->mc_rotor;
+       }
+
+       /*
+        * If the hint put us into the wrong class, just follow the rotor.
+        */
+       if (mg->mg_class != mc)
+               mg = mc->mc_rotor;
+
+       rotor = mg;
+top:
+       all_zero = B_TRUE;
+       do {
+               vd = mg->mg_vd;
+               /*
+                * Don't allocate from faulted devices.
+                */
+               if (!vdev_allocatable(vd))
+                       goto next;
+               /*
+                * Avoid writing single-copy data to a failing vdev
+                */
+               if ((vd->vdev_stat.vs_write_errors > 0 ||
+                   vd->vdev_state < VDEV_STATE_HEALTHY) &&
+                   d == 0 && dshift == 3) {
+                       all_zero = B_FALSE;
+                       goto next;
+               }
+
+               ASSERT(mg->mg_class == mc);
+
+               distance = vd->vdev_asize >> dshift;
+               if (distance <= (1ULL << vd->vdev_ms_shift))
+                       distance = 0;
+               else
+                       all_zero = B_FALSE;
+
+               asize = vdev_psize_to_asize(vd, psize);
+               ASSERT(P2PHASE(asize, 1ULL << vd->vdev_ashift) == 0);
+
+               offset = metaslab_group_alloc(mg, asize, txg, distance, dva, d);
+               if (offset != -1ULL) {
+                       /*
+                        * If we've just selected this metaslab group,
+                        * figure out whether the corresponding vdev is
+                        * over- or under-used relative to the pool,
+                        * and set an allocation bias to even it out.
+                        */
+                       if (mc->mc_allocated == 0) {
+                               vdev_stat_t *vs = &vd->vdev_stat;
+                               uint64_t alloc, space;
+                               int64_t vu, su;
+
+                               alloc = spa_get_alloc(spa);
+                               space = spa_get_space(spa);
+
+                               /*
+                                * Determine percent used in units of 0..1024.
+                                * (This is just to avoid floating point.)
+                                */
+                               vu = (vs->vs_alloc << 10) / (vs->vs_space + 1);
+                               su = (alloc << 10) / (space + 1);
+
+                               /*
+                                * Bias by at most +/- 25% of the aliquot.
+                                */
+                               mg->mg_bias = ((su - vu) *
+                                   (int64_t)mg->mg_aliquot) / (1024 * 4);
+                       }
+
+                       if (atomic_add_64_nv(&mc->mc_allocated, asize) >=
+                           mg->mg_aliquot + mg->mg_bias) {
+                               mc->mc_rotor = mg->mg_next;
+                               mc->mc_allocated = 0;
+                       }
+
+                       DVA_SET_VDEV(&dva[d], vd->vdev_id);
+                       DVA_SET_OFFSET(&dva[d], offset);
+                       DVA_SET_GANG(&dva[d], !!(flags & METASLAB_GANG_HEADER));
+                       DVA_SET_ASIZE(&dva[d], asize);
+
+                       return (0);
+               }
+next:
+               mc->mc_rotor = mg->mg_next;
+               mc->mc_allocated = 0;
+       } while ((mg = mg->mg_next) != rotor);
+
+       if (!all_zero) {
+               dshift++;
+               ASSERT(dshift < 64);
+               goto top;
+       }
+
+       bzero(&dva[d], sizeof (dva_t));
+
+       return (ENOSPC);
+}
+
+/*
+ * Free the block represented by DVA in the context of the specified
+ * transaction group.
+ */
+static void
+metaslab_free_dva(spa_t *spa, const dva_t *dva, uint64_t txg, boolean_t now)
+{
+       uint64_t vdev = DVA_GET_VDEV(dva);
+       uint64_t offset = DVA_GET_OFFSET(dva);
+       uint64_t size = DVA_GET_ASIZE(dva);
+       vdev_t *vd;
+       metaslab_t *msp;
+
+       ASSERT(DVA_IS_VALID(dva));
+
+       if (txg > spa_freeze_txg(spa))
+               return;
+
+       if ((vd = vdev_lookup_top(spa, vdev)) == NULL ||
+           (offset >> vd->vdev_ms_shift) >= vd->vdev_ms_count) {
+               cmn_err(CE_WARN, "metaslab_free_dva(): bad DVA %llu:%llu",
+                   (u_longlong_t)vdev, (u_longlong_t)offset);
+               ASSERT(0);
+               return;
+       }
+
+       msp = vd->vdev_ms[offset >> vd->vdev_ms_shift];
+
+       if (DVA_GET_GANG(dva))
+               size = vdev_psize_to_asize(vd, SPA_GANGBLOCKSIZE);
+
+       mutex_enter(&msp->ms_lock);
+
+       if (now) {
+               space_map_remove(&msp->ms_allocmap[txg & TXG_MASK],
+                   offset, size);
+               space_map_free(&msp->ms_map, offset, size);
+       } else {
+               if (msp->ms_freemap[txg & TXG_MASK].sm_space == 0)
+                       vdev_dirty(vd, VDD_METASLAB, msp, txg);
+               space_map_add(&msp->ms_freemap[txg & TXG_MASK], offset, size);
+       }
+
+       mutex_exit(&msp->ms_lock);
+}
+
+/*
+ * Intent log support: upon opening the pool after a crash, notify the SPA
+ * of blocks that the intent log has allocated for immediate write, but
+ * which are still considered free by the SPA because the last transaction
+ * group didn't commit yet.
+ */
+static int
+metaslab_claim_dva(spa_t *spa, const dva_t *dva, uint64_t txg)
+{
+       uint64_t vdev = DVA_GET_VDEV(dva);
+       uint64_t offset = DVA_GET_OFFSET(dva);
+       uint64_t size = DVA_GET_ASIZE(dva);
+       vdev_t *vd;
+       metaslab_t *msp;
+       int error;
+
+       ASSERT(DVA_IS_VALID(dva));
+
+       if ((vd = vdev_lookup_top(spa, vdev)) == NULL ||
+           (offset >> vd->vdev_ms_shift) >= vd->vdev_ms_count)
+               return (ENXIO);
+
+       msp = vd->vdev_ms[offset >> vd->vdev_ms_shift];
+
+       if (DVA_GET_GANG(dva))
+               size = vdev_psize_to_asize(vd, SPA_GANGBLOCKSIZE);
+
+       mutex_enter(&msp->ms_lock);
+
+       error = metaslab_activate(msp, METASLAB_WEIGHT_SECONDARY);
+       if (error || txg == 0) {        /* txg == 0 indicates dry run */
+               mutex_exit(&msp->ms_lock);
+               return (error);
+       }
+
+       space_map_claim(&msp->ms_map, offset, size);
+
+       if (spa_mode & FWRITE) {        /* don't dirty if we're zdb(1M) */
+               if (msp->ms_allocmap[txg & TXG_MASK].sm_space == 0)
+                       vdev_dirty(vd, VDD_METASLAB, msp, txg);
+               space_map_add(&msp->ms_allocmap[txg & TXG_MASK], offset, size);
+       }
+
+       mutex_exit(&msp->ms_lock);
+
+       return (0);
+}
+
+int
+metaslab_alloc(spa_t *spa, metaslab_class_t *mc, uint64_t psize, blkptr_t *bp,
+    int ndvas, uint64_t txg, blkptr_t *hintbp, int flags)
+{
+       dva_t *dva = bp->blk_dva;
+       dva_t *hintdva = hintbp->blk_dva;
+       int error = 0;
+
+       ASSERT(bp->blk_birth == 0);
+
+       spa_config_enter(spa, SCL_ALLOC, FTAG, RW_READER);
+
+       if (mc->mc_rotor == NULL) {     /* no vdevs in this class */
+               spa_config_exit(spa, SCL_ALLOC, FTAG);
+               return (ENOSPC);
+       }
+
+       ASSERT(ndvas > 0 && ndvas <= spa_max_replication(spa));
+       ASSERT(BP_GET_NDVAS(bp) == 0);
+       ASSERT(hintbp == NULL || ndvas <= BP_GET_NDVAS(hintbp));
+
+       for (int d = 0; d < ndvas; d++) {
+               error = metaslab_alloc_dva(spa, mc, psize, dva, d, hintdva,
+                   txg, flags);
+               if (error) {
+                       for (d--; d >= 0; d--) {
+                               metaslab_free_dva(spa, &dva[d], txg, B_TRUE);
+                               bzero(&dva[d], sizeof (dva_t));
+                       }
+                       spa_config_exit(spa, SCL_ALLOC, FTAG);
+                       return (error);
+               }
+       }
+       ASSERT(error == 0);
+       ASSERT(BP_GET_NDVAS(bp) == ndvas);
+
+       spa_config_exit(spa, SCL_ALLOC, FTAG);
+
+       bp->blk_birth = txg;
+
+       return (0);
+}
+
+void
+metaslab_free(spa_t *spa, const blkptr_t *bp, uint64_t txg, boolean_t now)
+{
+       const dva_t *dva = bp->blk_dva;
+       int ndvas = BP_GET_NDVAS(bp);
+
+       ASSERT(!BP_IS_HOLE(bp));
+       ASSERT(!now || bp->blk_birth >= spa->spa_syncing_txg);
+
+       spa_config_enter(spa, SCL_FREE, FTAG, RW_READER);
+
+       for (int d = 0; d < ndvas; d++)
+               metaslab_free_dva(spa, &dva[d], txg, now);
+
+       spa_config_exit(spa, SCL_FREE, FTAG);
+}
+
+int
+metaslab_claim(spa_t *spa, const blkptr_t *bp, uint64_t txg)
+{
+       const dva_t *dva = bp->blk_dva;
+       int ndvas = BP_GET_NDVAS(bp);
+       int error = 0;
+
+       ASSERT(!BP_IS_HOLE(bp));
+
+       if (txg != 0) {
+               /*
+                * First do a dry run to make sure all DVAs are claimable,
+                * so we don't have to unwind from partial failures below.
+                */
+               if ((error = metaslab_claim(spa, bp, 0)) != 0)
+                       return (error);
+       }
+
+       spa_config_enter(spa, SCL_ALLOC, FTAG, RW_READER);
+
+       for (int d = 0; d < ndvas; d++)
+               if ((error = metaslab_claim_dva(spa, &dva[d], txg)) != 0)
+                       break;
+
+       spa_config_exit(spa, SCL_ALLOC, FTAG);
+
+       ASSERT(error == 0 || txg == 0);
+
+       return (error);
+}