Add -p switch to "zpool get"
[zfs.git] / module / zfs / txg.c
index 2bbf2f0..7c820af 100644 (file)
  * CDDL HEADER END
  */
 /*
- * Copyright 2008 Sun Microsystems, Inc.  All rights reserved.
- * Use is subject to license terms.
+ * Copyright (c) 2005, 2010, Oracle and/or its affiliates. All rights reserved.
+ * Portions Copyright 2011 Martin Matuska
+ * Copyright (c) 2013 by Delphix. All rights reserved.
  */
 
 #include <sys/zfs_context.h>
 #include <sys/txg_impl.h>
 #include <sys/dmu_impl.h>
+#include <sys/dmu_tx.h>
 #include <sys/dsl_pool.h>
+#include <sys/dsl_scan.h>
 #include <sys/callb.h>
+#include <sys/spa_impl.h>
 
 /*
- * Pool-wide transaction groups.
+ * ZFS Transaction Groups
+ * ----------------------
+ *
+ * ZFS transaction groups are, as the name implies, groups of transactions
+ * that act on persistent state. ZFS asserts consistency at the granularity of
+ * these transaction groups. Each successive transaction group (txg) is
+ * assigned a 64-bit consecutive identifier. There are three active
+ * transaction group states: open, quiescing, or syncing. At any given time,
+ * there may be an active txg associated with each state; each active txg may
+ * either be processing, or blocked waiting to enter the next state. There may
+ * be up to three active txgs, and there is always a txg in the open state
+ * (though it may be blocked waiting to enter the quiescing state). In broad
+ * strokes, transactions — operations that change in-memory structures — are
+ * accepted into the txg in the open state, and are completed while the txg is
+ * in the open or quiescing states. The accumulated changes are written to
+ * disk in the syncing state.
+ *
+ * Open
+ *
+ * When a new txg becomes active, it first enters the open state. New
+ * transactions — updates to in-memory structures — are assigned to the
+ * currently open txg. There is always a txg in the open state so that ZFS can
+ * accept new changes (though the txg may refuse new changes if it has hit
+ * some limit). ZFS advances the open txg to the next state for a variety of
+ * reasons such as it hitting a time or size threshold, or the execution of an
+ * administrative action that must be completed in the syncing state.
+ *
+ * Quiescing
+ *
+ * After a txg exits the open state, it enters the quiescing state. The
+ * quiescing state is intended to provide a buffer between accepting new
+ * transactions in the open state and writing them out to stable storage in
+ * the syncing state. While quiescing, transactions can continue their
+ * operation without delaying either of the other states. Typically, a txg is
+ * in the quiescing state very briefly since the operations are bounded by
+ * software latencies rather than, say, slower I/O latencies. After all
+ * transactions complete, the txg is ready to enter the next state.
+ *
+ * Syncing
+ *
+ * In the syncing state, the in-memory state built up during the open and (to
+ * a lesser degree) the quiescing states is written to stable storage. The
+ * process of writing out modified data can, in turn modify more data. For
+ * example when we write new blocks, we need to allocate space for them; those
+ * allocations modify metadata (space maps)... which themselves must be
+ * written to stable storage. During the sync state, ZFS iterates, writing out
+ * data until it converges and all in-memory changes have been written out.
+ * The first such pass is the largest as it encompasses all the modified user
+ * data (as opposed to filesystem metadata). Subsequent passes typically have
+ * far less data to write as they consist exclusively of filesystem metadata.
+ *
+ * To ensure convergence, after a certain number of passes ZFS begins
+ * overwriting locations on stable storage that had been allocated earlier in
+ * the syncing state (and subsequently freed). ZFS usually allocates new
+ * blocks to optimize for large, continuous, writes. For the syncing state to
+ * converge however it must complete a pass where no new blocks are allocated
+ * since each allocation requires a modification of persistent metadata.
+ * Further, to hasten convergence, after a prescribed number of passes, ZFS
+ * also defers frees, and stops compressing.
+ *
+ * In addition to writing out user data, we must also execute synctasks during
+ * the syncing context. A synctask is the mechanism by which some
+ * administrative activities work such as creating and destroying snapshots or
+ * datasets. Note that when a synctask is initiated it enters the open txg,
+ * and ZFS then pushes that txg as quickly as possible to completion of the
+ * syncing state in order to reduce the latency of the administrative
+ * activity. To complete the syncing state, ZFS writes out a new uberblock,
+ * the root of the tree of blocks that comprise all state stored on the ZFS
+ * pool. Finally, if there is a quiesced txg waiting, we signal that it can
+ * now transition to the syncing state.
  */
 
 static void txg_sync_thread(dsl_pool_t *dp);
 static void txg_quiesce_thread(dsl_pool_t *dp);
 
-int zfs_txg_timeout = 30;      /* max seconds worth of delta per txg */
+int zfs_txg_timeout = 5;       /* max seconds worth of delta per txg */
 
 /*
  * Prepare the txg subsystem.
@@ -48,7 +121,7 @@ txg_init(dsl_pool_t *dp, uint64_t txg)
        int c;
        bzero(tx, sizeof (tx_state_t));
 
-       tx->tx_cpu = kmem_zalloc(max_ncpus * sizeof (tx_cpu_t), KM_SLEEP);
+       tx->tx_cpu = vmem_zalloc(max_ncpus * sizeof (tx_cpu_t), KM_SLEEP);
 
        for (c = 0; c < max_ncpus; c++) {
                int i;
@@ -57,12 +130,20 @@ txg_init(dsl_pool_t *dp, uint64_t txg)
                for (i = 0; i < TXG_SIZE; i++) {
                        cv_init(&tx->tx_cpu[c].tc_cv[i], NULL, CV_DEFAULT,
                            NULL);
+                       list_create(&tx->tx_cpu[c].tc_callbacks[i],
+                           sizeof (dmu_tx_callback_t),
+                           offsetof(dmu_tx_callback_t, dcb_node));
                }
        }
 
-       rw_init(&tx->tx_suspend, NULL, RW_DEFAULT, NULL);
        mutex_init(&tx->tx_sync_lock, NULL, MUTEX_DEFAULT, NULL);
 
+       cv_init(&tx->tx_sync_more_cv, NULL, CV_DEFAULT, NULL);
+       cv_init(&tx->tx_sync_done_cv, NULL, CV_DEFAULT, NULL);
+       cv_init(&tx->tx_quiesce_more_cv, NULL, CV_DEFAULT, NULL);
+       cv_init(&tx->tx_quiesce_done_cv, NULL, CV_DEFAULT, NULL);
+       cv_init(&tx->tx_exit_cv, NULL, CV_DEFAULT, NULL);
+
        tx->tx_open_txg = txg;
 }
 
@@ -77,18 +158,28 @@ txg_fini(dsl_pool_t *dp)
 
        ASSERT(tx->tx_threads == 0);
 
-       rw_destroy(&tx->tx_suspend);
        mutex_destroy(&tx->tx_sync_lock);
 
+       cv_destroy(&tx->tx_sync_more_cv);
+       cv_destroy(&tx->tx_sync_done_cv);
+       cv_destroy(&tx->tx_quiesce_more_cv);
+       cv_destroy(&tx->tx_quiesce_done_cv);
+       cv_destroy(&tx->tx_exit_cv);
+
        for (c = 0; c < max_ncpus; c++) {
                int i;
 
                mutex_destroy(&tx->tx_cpu[c].tc_lock);
-               for (i = 0; i < TXG_SIZE; i++)
+               for (i = 0; i < TXG_SIZE; i++) {
                        cv_destroy(&tx->tx_cpu[c].tc_cv[i]);
+                       list_destroy(&tx->tx_cpu[c].tc_callbacks[i]);
+               }
        }
 
-       kmem_free(tx->tx_cpu, max_ncpus * sizeof (tx_cpu_t));
+       if (tx->tx_commit_cb_taskq != NULL)
+               taskq_destroy(tx->tx_commit_cb_taskq);
+
+       vmem_free(tx->tx_cpu, max_ncpus * sizeof (tx_cpu_t));
 
        bzero(tx, sizeof (tx_state_t));
 }
@@ -117,7 +208,7 @@ txg_sync_start(dsl_pool_t *dp)
         * 32-bit x86.  This is due in part to nested pools and
         * scrub_visitbp() recursion.
         */
-       tx->tx_sync_thread = thread_create(NULL, 12<<10, txg_sync_thread,
+       tx->tx_sync_thread = thread_create(NULL, 32<<10, txg_sync_thread,
            dp, 0, &p0, TS_RUN, minclsyspri);
 
        mutex_exit(&tx->tx_sync_lock);
@@ -147,9 +238,10 @@ txg_thread_wait(tx_state_t *tx, callb_cpr_t *cpr, kcondvar_t *cv, uint64_t time)
        CALLB_CPR_SAFE_BEGIN(cpr);
 
        if (time)
-               (void) cv_timedwait(cv, &tx->tx_sync_lock, lbolt + time);
+               (void) cv_timedwait_interruptible(cv, &tx->tx_sync_lock,
+                   ddi_get_lbolt() + time);
        else
-               cv_wait(cv, &tx->tx_sync_lock);
+               cv_wait_interruptible(cv, &tx->tx_sync_lock);
 
        CALLB_CPR_SAFE_END(cpr, &tx->tx_sync_lock);
 }
@@ -167,7 +259,11 @@ txg_sync_stop(dsl_pool_t *dp)
         * Finish off any work in progress.
         */
        ASSERT(tx->tx_threads == 2);
-       txg_wait_synced(dp, 0);
+
+       /*
+        * We need to ensure that we've vacated the deferred space_maps.
+        */
+       txg_wait_synced(dp, tx->tx_open_txg + TXG_DEFER_SIZE);
 
        /*
         * Wake all sync threads and wait for them to die.
@@ -194,9 +290,19 @@ uint64_t
 txg_hold_open(dsl_pool_t *dp, txg_handle_t *th)
 {
        tx_state_t *tx = &dp->dp_tx;
-       tx_cpu_t *tc = &tx->tx_cpu[CPU_SEQID];
+       tx_cpu_t *tc;
        uint64_t txg;
 
+       /*
+        * It appears the processor id is simply used as a "random"
+        * number to index into the array, and there isn't any other
+        * significance to the chosen tx_cpu. Because.. Why not use
+        * the current cpu to index into the array?
+        */
+       kpreempt_disable();
+       tc = &tx->tx_cpu[CPU_SEQID];
+       kpreempt_enable();
+
        mutex_enter(&tc->tc_lock);
 
        txg = tx->tx_open_txg;
@@ -217,6 +323,17 @@ txg_rele_to_quiesce(txg_handle_t *th)
 }
 
 void
+txg_register_callbacks(txg_handle_t *th, list_t *tx_callbacks)
+{
+       tx_cpu_t *tc = th->th_cpu;
+       int g = th->th_txg & TXG_MASK;
+
+       mutex_enter(&tc->tc_lock);
+       list_move_tail(&tc->tc_callbacks[g], tx_callbacks);
+       mutex_exit(&tc->tc_lock);
+}
+
+void
 txg_rele_to_sync(txg_handle_t *th)
 {
        tx_cpu_t *tc = th->th_cpu;
@@ -234,6 +351,8 @@ txg_rele_to_sync(txg_handle_t *th)
 static void
 txg_quiesce(dsl_pool_t *dp, uint64_t txg)
 {
+       hrtime_t start;
+       txg_history_t *th;
        tx_state_t *tx = &dp->dp_tx;
        int g = txg & TXG_MASK;
        int c;
@@ -255,8 +374,19 @@ txg_quiesce(dsl_pool_t *dp, uint64_t txg)
                mutex_exit(&tx->tx_cpu[c].tc_lock);
 
        /*
+        * Measure how long the txg was open and replace the kstat.
+        */
+       th = dsl_pool_txg_history_get(dp, txg);
+       th->th_kstat.open_time = gethrtime() - th->th_kstat.birth;
+       th->th_kstat.state = TXG_STATE_QUIESCING;
+       dsl_pool_txg_history_put(th);
+       dsl_pool_txg_history_add(dp, tx->tx_open_txg);
+
+       /*
         * Quiesce the transaction group by waiting for everyone to txg_exit().
         */
+       start = gethrtime();
+
        for (c = 0; c < max_ncpus; c++) {
                tx_cpu_t *tc = &tx->tx_cpu[c];
                mutex_enter(&tc->tc_lock);
@@ -264,37 +394,120 @@ txg_quiesce(dsl_pool_t *dp, uint64_t txg)
                        cv_wait(&tc->tc_cv[g], &tc->tc_lock);
                mutex_exit(&tc->tc_lock);
        }
+
+       /*
+        * Measure how long the txg took to quiesce.
+        */
+       th = dsl_pool_txg_history_get(dp, txg);
+       th->th_kstat.quiesce_time = gethrtime() - start;
+       dsl_pool_txg_history_put(th);
+}
+
+static void
+txg_do_callbacks(list_t *cb_list)
+{
+       dmu_tx_do_callbacks(cb_list, 0);
+
+       list_destroy(cb_list);
+
+       kmem_free(cb_list, sizeof (list_t));
+}
+
+/*
+ * Dispatch the commit callbacks registered on this txg to worker threads.
+ */
+static void
+txg_dispatch_callbacks(dsl_pool_t *dp, uint64_t txg)
+{
+       int c;
+       tx_state_t *tx = &dp->dp_tx;
+       list_t *cb_list;
+
+       for (c = 0; c < max_ncpus; c++) {
+               tx_cpu_t *tc = &tx->tx_cpu[c];
+               /* No need to lock tx_cpu_t at this point */
+
+               int g = txg & TXG_MASK;
+
+               if (list_is_empty(&tc->tc_callbacks[g]))
+                       continue;
+
+               if (tx->tx_commit_cb_taskq == NULL) {
+                       /*
+                        * Commit callback taskq hasn't been created yet.
+                        */
+                       tx->tx_commit_cb_taskq = taskq_create("tx_commit_cb",
+                           100, minclsyspri, max_ncpus, INT_MAX,
+                           TASKQ_THREADS_CPU_PCT | TASKQ_PREPOPULATE);
+               }
+
+               cb_list = kmem_alloc(sizeof (list_t), KM_PUSHPAGE);
+               list_create(cb_list, sizeof (dmu_tx_callback_t),
+                   offsetof(dmu_tx_callback_t, dcb_node));
+
+               list_move_tail(cb_list, &tc->tc_callbacks[g]);
+
+               (void) taskq_dispatch(tx->tx_commit_cb_taskq, (task_func_t *)
+                   txg_do_callbacks, cb_list, TQ_SLEEP);
+       }
+}
+
+/*
+ * Wait for pending commit callbacks of already-synced transactions to finish
+ * processing.
+ * Calling this function from within a commit callback will deadlock.
+ */
+void
+txg_wait_callbacks(dsl_pool_t *dp)
+{
+       tx_state_t *tx = &dp->dp_tx;
+
+       if (tx->tx_commit_cb_taskq != NULL)
+               taskq_wait(tx->tx_commit_cb_taskq);
 }
 
 static void
 txg_sync_thread(dsl_pool_t *dp)
 {
+       spa_t *spa = dp->dp_spa;
        tx_state_t *tx = &dp->dp_tx;
        callb_cpr_t cpr;
        uint64_t start, delta;
 
+#ifdef _KERNEL
+       /*
+        * Annotate this process with a flag that indicates that it is
+        * unsafe to use KM_SLEEP during memory allocations due to the
+        * potential for a deadlock.  KM_PUSHPAGE should be used instead.
+        */
+       current->flags |= PF_NOFS;
+#endif /* _KERNEL */
+
        txg_thread_enter(tx, &cpr);
 
        start = delta = 0;
        for (;;) {
-               uint64_t timer, timeout = zfs_txg_timeout * hz;
+               hrtime_t hrstart;
+               txg_history_t *th;
+               uint64_t timer, timeout;
                uint64_t txg;
 
+               timeout = zfs_txg_timeout * hz;
+
                /*
-                * We sync when we're scrubbing, there's someone waiting
+                * We sync when we're scanning, there's someone waiting
                 * on us, or the quiesce thread has handed off a txg to
                 * us, or we have reached our timeout.
                 */
                timer = (delta >= timeout ? 0 : timeout - delta);
-               while ((dp->dp_scrub_func == SCRUB_FUNC_NONE ||
-                   spa_shutting_down(dp->dp_spa)) &&
+               while (!dsl_scan_active(dp->dp_scan) &&
                    !tx->tx_exiting && timer > 0 &&
                    tx->tx_synced_txg >= tx->tx_sync_txg_waiting &&
                    tx->tx_quiesced_txg == 0) {
                        dprintf("waiting; tx_synced=%llu waiting=%llu dp=%p\n",
                            tx->tx_synced_txg, tx->tx_sync_txg_waiting, dp);
                        txg_thread_wait(tx, &cpr, &tx->tx_sync_more_cv, timer);
-                       delta = lbolt - start;
+                       delta = ddi_get_lbolt() - start;
                        timer = (delta > timeout ? 0 : timeout - delta);
                }
 
@@ -312,8 +525,6 @@ txg_sync_thread(dsl_pool_t *dp)
                if (tx->tx_exiting)
                        txg_thread_exit(tx, &cpr, &tx->tx_sync_thread);
 
-               rw_enter(&tx->tx_suspend, RW_WRITER);
-
                /*
                 * Consume the quiesced txg which has been handed off to
                 * us.  This may cause the quiescing thread to now be
@@ -323,22 +534,47 @@ txg_sync_thread(dsl_pool_t *dp)
                tx->tx_quiesced_txg = 0;
                tx->tx_syncing_txg = txg;
                cv_broadcast(&tx->tx_quiesce_more_cv);
-               rw_exit(&tx->tx_suspend);
+
+               th = dsl_pool_txg_history_get(dp, txg);
+               th->th_kstat.state = TXG_STATE_SYNCING;
+               vdev_get_stats(spa->spa_root_vdev, &th->th_vs1);
+               dsl_pool_txg_history_put(th);
 
                dprintf("txg=%llu quiesce_txg=%llu sync_txg=%llu\n",
                    txg, tx->tx_quiesce_txg_waiting, tx->tx_sync_txg_waiting);
                mutex_exit(&tx->tx_sync_lock);
 
-               start = lbolt;
-               spa_sync(dp->dp_spa, txg);
-               delta = lbolt - start;
+               start = ddi_get_lbolt();
+               hrstart = gethrtime();
+               spa_sync(spa, txg);
+               delta = ddi_get_lbolt() - start;
 
                mutex_enter(&tx->tx_sync_lock);
-               rw_enter(&tx->tx_suspend, RW_WRITER);
                tx->tx_synced_txg = txg;
                tx->tx_syncing_txg = 0;
-               rw_exit(&tx->tx_suspend);
                cv_broadcast(&tx->tx_sync_done_cv);
+
+               /*
+                * Dispatch commit callbacks to worker threads.
+                */
+               txg_dispatch_callbacks(dp, txg);
+
+               /*
+                * Measure the txg sync time determine the amount of I/O done.
+                */
+               th = dsl_pool_txg_history_get(dp, txg);
+               vdev_get_stats(spa->spa_root_vdev, &th->th_vs2);
+               th->th_kstat.sync_time = gethrtime() - hrstart;
+               th->th_kstat.nread = th->th_vs2.vs_bytes[ZIO_TYPE_READ] -
+                   th->th_vs1.vs_bytes[ZIO_TYPE_READ];
+               th->th_kstat.nwritten = th->th_vs2.vs_bytes[ZIO_TYPE_WRITE] -
+                   th->th_vs1.vs_bytes[ZIO_TYPE_WRITE];
+               th->th_kstat.reads = th->th_vs2.vs_ops[ZIO_TYPE_READ] -
+                   th->th_vs1.vs_ops[ZIO_TYPE_READ];
+               th->th_kstat.writes = th->th_vs2.vs_ops[ZIO_TYPE_WRITE] -
+                   th->th_vs1.vs_ops[ZIO_TYPE_WRITE];
+               th->th_kstat.state = TXG_STATE_COMMITTED;
+               dsl_pool_txg_history_put(th);
        }
 }
 
@@ -395,7 +631,7 @@ void
 txg_delay(dsl_pool_t *dp, uint64_t txg, int ticks)
 {
        tx_state_t *tx = &dp->dp_tx;
-       int timeout = lbolt + ticks;
+       clock_t timeout = ddi_get_lbolt() + ticks;
 
        /* don't delay if this txg could transition to quiesing immediately */
        if (tx->tx_open_txg > txg ||
@@ -408,11 +644,13 @@ txg_delay(dsl_pool_t *dp, uint64_t txg, int ticks)
                return;
        }
 
-       while (lbolt < timeout &&
+       while (ddi_get_lbolt() < timeout &&
            tx->tx_syncing_txg < txg-1 && !txg_stalled(dp))
                (void) cv_timedwait(&tx->tx_quiesce_more_cv, &tx->tx_sync_lock,
                    timeout);
 
+       DMU_TX_STAT_BUMP(dmu_tx_delay);
+
        mutex_exit(&tx->tx_sync_lock);
 }
 
@@ -424,7 +662,7 @@ txg_wait_synced(dsl_pool_t *dp, uint64_t txg)
        mutex_enter(&tx->tx_sync_lock);
        ASSERT(tx->tx_threads == 2);
        if (txg == 0)
-               txg = tx->tx_open_txg;
+               txg = tx->tx_open_txg + TXG_DEFER_SIZE;
        if (tx->tx_sync_txg_waiting < txg)
                tx->tx_sync_txg_waiting = txg;
        dprintf("txg=%llu quiesce_txg=%llu sync_txg=%llu\n",
@@ -475,21 +713,6 @@ txg_sync_waiting(dsl_pool_t *dp)
            tx->tx_quiesced_txg != 0);
 }
 
-void
-txg_suspend(dsl_pool_t *dp)
-{
-       tx_state_t *tx = &dp->dp_tx;
-       /* XXX some code paths suspend when they are already suspended! */
-       rw_enter(&tx->tx_suspend, RW_READER);
-}
-
-void
-txg_resume(dsl_pool_t *dp)
-{
-       tx_state_t *tx = &dp->dp_tx;
-       rw_exit(&tx->tx_suspend);
-}
-
 /*
  * Per-txg object lists.
  */
@@ -517,7 +740,7 @@ txg_list_destroy(txg_list_t *tl)
        mutex_destroy(&tl->tl_lock);
 }
 
-int
+boolean_t
 txg_list_empty(txg_list_t *tl, uint64_t txg)
 {
        return (tl->tl_head[txg & TXG_MASK] == NULL);
@@ -547,6 +770,34 @@ txg_list_add(txg_list_t *tl, void *p, uint64_t txg)
 }
 
 /*
+ * Add an entry to the end of the list (walks list to find end).
+ * Returns 0 if it's a new entry, 1 if it's already there.
+ */
+int
+txg_list_add_tail(txg_list_t *tl, void *p, uint64_t txg)
+{
+       int t = txg & TXG_MASK;
+       txg_node_t *tn = (txg_node_t *)((char *)p + tl->tl_offset);
+       int already_on_list;
+
+       mutex_enter(&tl->tl_lock);
+       already_on_list = tn->tn_member[t];
+       if (!already_on_list) {
+               txg_node_t **tp;
+
+               for (tp = &tl->tl_head[t]; *tp != NULL; tp = &(*tp)->tn_next[t])
+                       continue;
+
+               tn->tn_member[t] = 1;
+               tn->tn_next[t] = NULL;
+               *tp = tn;
+       }
+       mutex_exit(&tl->tl_lock);
+
+       return (already_on_list);
+}
+
+/*
  * Remove the head of the list and return it.
  */
 void *
@@ -625,3 +876,23 @@ txg_list_next(txg_list_t *tl, void *p, uint64_t txg)
 
        return (tn == NULL ? NULL : (char *)tn - tl->tl_offset);
 }
+
+#if defined(_KERNEL) && defined(HAVE_SPL)
+EXPORT_SYMBOL(txg_init);
+EXPORT_SYMBOL(txg_fini);
+EXPORT_SYMBOL(txg_sync_start);
+EXPORT_SYMBOL(txg_sync_stop);
+EXPORT_SYMBOL(txg_hold_open);
+EXPORT_SYMBOL(txg_rele_to_quiesce);
+EXPORT_SYMBOL(txg_rele_to_sync);
+EXPORT_SYMBOL(txg_register_callbacks);
+EXPORT_SYMBOL(txg_delay);
+EXPORT_SYMBOL(txg_wait_synced);
+EXPORT_SYMBOL(txg_wait_open);
+EXPORT_SYMBOL(txg_wait_callbacks);
+EXPORT_SYMBOL(txg_stalled);
+EXPORT_SYMBOL(txg_sync_waiting);
+
+module_param(zfs_txg_timeout, int, 0644);
+MODULE_PARM_DESC(zfs_txg_timeout, "Max seconds worth of delta per txg");
+#endif