3246 ZFS I/O deadman thread
[zfs.git] / module / zfs / vdev_queue.c
index 46fca0e..3f2793b 100644 (file)
  * CDDL HEADER END
  */
 /*
- * Copyright 2008 Sun Microsystems, Inc.  All rights reserved.
+ * Copyright 2009 Sun Microsystems, Inc.  All rights reserved.
  * Use is subject to license terms.
  */
 
+/*
+ * Copyright (c) 2012 by Delphix. All rights reserved.
+ */
+
 #include <sys/zfs_context.h>
-#include <sys/spa.h>
 #include <sys/vdev_impl.h>
 #include <sys/zio.h>
 #include <sys/avl.h>
  * of i/os pending to each device (before it starts ramping up to
  * max_pending).
  */
-int zfs_vdev_max_pending = 35;
+int zfs_vdev_max_pending = 10;
 int zfs_vdev_min_pending = 4;
 
-/* deadline = pri + (lbolt >> time_shift) */
+/* deadline = pri + ddi_get_lbolt64() >> time_shift) */
 int zfs_vdev_time_shift = 6;
 
 /* exponential I/O issue ramp-up rate */
 int zfs_vdev_ramp_rate = 2;
 
 /*
- * i/os will be aggregated into a single large i/o up to
- * zfs_vdev_aggregation_limit bytes long.
+ * To reduce IOPs, we aggregate small adjacent I/Os into one large I/O.
+ * For read I/Os, we also aggregate across small adjacency gaps; for writes
+ * we include spans of optional I/Os to aid aggregation at the disk even when
+ * they aren't able to help us aggregate at this level.
  */
 int zfs_vdev_aggregation_limit = SPA_MAXBLOCKSIZE;
+int zfs_vdev_read_gap_limit = 32 << 10;
+int zfs_vdev_write_gap_limit = 4 << 10;
 
 /*
  * Virtual device vector for disk I/O scheduling.
@@ -103,6 +110,7 @@ void
 vdev_queue_init(vdev_t *vd)
 {
        vdev_queue_t *vq = &vd->vdev_queue;
+       int i;
 
        mutex_init(&vq->vq_lock, NULL, MUTEX_DEFAULT, NULL);
 
@@ -117,18 +125,36 @@ vdev_queue_init(vdev_t *vd)
 
        avl_create(&vq->vq_pending_tree, vdev_queue_offset_compare,
            sizeof (zio_t), offsetof(struct zio, io_offset_node));
+
+       /*
+        * A list of buffers which can be used for aggregate I/O, this
+        * avoids the need to allocate them on demand when memory is low.
+        */
+       list_create(&vq->vq_io_list, sizeof (vdev_io_t),
+           offsetof(vdev_io_t, vi_node));
+
+       for (i = 0; i < zfs_vdev_max_pending; i++)
+               list_insert_tail(&vq->vq_io_list, zio_vdev_alloc());
 }
 
 void
 vdev_queue_fini(vdev_t *vd)
 {
        vdev_queue_t *vq = &vd->vdev_queue;
+       vdev_io_t *vi;
 
        avl_destroy(&vq->vq_deadline_tree);
        avl_destroy(&vq->vq_read_tree);
        avl_destroy(&vq->vq_write_tree);
        avl_destroy(&vq->vq_pending_tree);
 
+       while ((vi = list_head(&vq->vq_io_list)) != NULL) {
+               list_remove(&vq->vq_io_list, vi);
+               zio_vdev_free(vi);
+       }
+
+       list_destroy(&vq->vq_io_list);
+
        mutex_destroy(&vq->vq_lock);
 }
 
@@ -149,34 +175,41 @@ vdev_queue_io_remove(vdev_queue_t *vq, zio_t *zio)
 static void
 vdev_queue_agg_io_done(zio_t *aio)
 {
-       zio_t *dio;
-       uint64_t offset = 0;
+       vdev_queue_t *vq = &aio->io_vd->vdev_queue;
+       vdev_io_t *vi = aio->io_data;
+       zio_t *pio;
 
-       while ((dio = aio->io_delegate_list) != NULL) {
+       while ((pio = zio_walk_parents(aio)) != NULL)
                if (aio->io_type == ZIO_TYPE_READ)
-                       bcopy((char *)aio->io_data + offset, dio->io_data,
-                           dio->io_size);
-               offset += dio->io_size;
-               aio->io_delegate_list = dio->io_delegate_next;
-               dio->io_delegate_next = NULL;
-               dio->io_error = aio->io_error;
-               zio_execute(dio);
-       }
-       ASSERT3U(offset, ==, aio->io_size);
+                       bcopy((char *)aio->io_data + (pio->io_offset -
+                           aio->io_offset), pio->io_data, pio->io_size);
 
-       zio_buf_free(aio->io_data, aio->io_size);
+       mutex_enter(&vq->vq_lock);
+       list_insert_tail(&vq->vq_io_list, vi);
+       mutex_exit(&vq->vq_lock);
 }
 
-#define        IS_ADJACENT(io, nio) \
-       ((io)->io_offset + (io)->io_size == (nio)->io_offset)
+/*
+ * Compute the range spanned by two i/os, which is the endpoint of the last
+ * (lio->io_offset + lio->io_size) minus start of the first (fio->io_offset).
+ * Conveniently, the gap between fio and lio is given by -IO_SPAN(lio, fio);
+ * thus fio and lio are adjacent if and only if IO_SPAN(lio, fio) == 0.
+ */
+#define        IO_SPAN(fio, lio) ((lio)->io_offset + (lio)->io_size - (fio)->io_offset)
+#define        IO_GAP(fio, lio) (-IO_SPAN(lio, fio))
 
 static zio_t *
 vdev_queue_io_to_issue(vdev_queue_t *vq, uint64_t pending_limit)
 {
-       zio_t *fio, *lio, *aio, *dio;
-       avl_tree_t *tree;
-       uint64_t size;
-
+       zio_t *fio, *lio, *aio, *dio, *nio, *mio;
+       avl_tree_t *t;
+       vdev_io_t *vi;
+       int flags;
+       uint64_t maxspan = MIN(zfs_vdev_aggregation_limit, SPA_MAXBLOCKSIZE);
+       uint64_t maxgap;
+       int stretch;
+
+again:
        ASSERT(MUTEX_HELD(&vq->vq_lock));
 
        if (avl_numnodes(&vq->vq_pending_tree) >= pending_limit ||
@@ -185,58 +218,159 @@ vdev_queue_io_to_issue(vdev_queue_t *vq, uint64_t pending_limit)
 
        fio = lio = avl_first(&vq->vq_deadline_tree);
 
-       tree = fio->io_vdev_tree;
-       size = fio->io_size;
+       t = fio->io_vdev_tree;
+       flags = fio->io_flags & ZIO_FLAG_AGG_INHERIT;
+       maxgap = (t == &vq->vq_read_tree) ? zfs_vdev_read_gap_limit : 0;
 
-       while ((dio = AVL_PREV(tree, fio)) != NULL && IS_ADJACENT(dio, fio) &&
-           !((dio->io_flags | fio->io_flags) & ZIO_FLAG_DONT_AGGREGATE) &&
-           size + dio->io_size <= zfs_vdev_aggregation_limit) {
-               dio->io_delegate_next = fio;
-               fio = dio;
-               size += dio->io_size;
+       vi = list_head(&vq->vq_io_list);
+       if (vi == NULL) {
+               vi = zio_vdev_alloc();
+               list_insert_head(&vq->vq_io_list, vi);
        }
 
-       while ((dio = AVL_NEXT(tree, lio)) != NULL && IS_ADJACENT(lio, dio) &&
-           !((lio->io_flags | dio->io_flags) & ZIO_FLAG_DONT_AGGREGATE) &&
-           size + dio->io_size <= zfs_vdev_aggregation_limit) {
-               lio->io_delegate_next = dio;
-               lio = dio;
-               size += dio->io_size;
+       if (!(flags & ZIO_FLAG_DONT_AGGREGATE)) {
+               /*
+                * We can aggregate I/Os that are sufficiently adjacent and of
+                * the same flavor, as expressed by the AGG_INHERIT flags.
+                * The latter requirement is necessary so that certain
+                * attributes of the I/O, such as whether it's a normal I/O
+                * or a scrub/resilver, can be preserved in the aggregate.
+                * We can include optional I/Os, but don't allow them
+                * to begin a range as they add no benefit in that situation.
+                */
+
+               /*
+                * We keep track of the last non-optional I/O.
+                */
+               mio = (fio->io_flags & ZIO_FLAG_OPTIONAL) ? NULL : fio;
+
+               /*
+                * Walk backwards through sufficiently contiguous I/Os
+                * recording the last non-option I/O.
+                */
+               while ((dio = AVL_PREV(t, fio)) != NULL &&
+                   (dio->io_flags & ZIO_FLAG_AGG_INHERIT) == flags &&
+                   IO_SPAN(dio, lio) <= maxspan &&
+                   IO_GAP(dio, fio) <= maxgap) {
+                       fio = dio;
+                       if (mio == NULL && !(fio->io_flags & ZIO_FLAG_OPTIONAL))
+                               mio = fio;
+               }
+
+               /*
+                * Skip any initial optional I/Os.
+                */
+               while ((fio->io_flags & ZIO_FLAG_OPTIONAL) && fio != lio) {
+                       fio = AVL_NEXT(t, fio);
+                       ASSERT(fio != NULL);
+               }
+
+               /*
+                * Walk forward through sufficiently contiguous I/Os.
+                */
+               while ((dio = AVL_NEXT(t, lio)) != NULL &&
+                   (dio->io_flags & ZIO_FLAG_AGG_INHERIT) == flags &&
+                   IO_SPAN(fio, dio) <= maxspan &&
+                   IO_GAP(lio, dio) <= maxgap) {
+                       lio = dio;
+                       if (!(lio->io_flags & ZIO_FLAG_OPTIONAL))
+                               mio = lio;
+               }
+
+               /*
+                * Now that we've established the range of the I/O aggregation
+                * we must decide what to do with trailing optional I/Os.
+                * For reads, there's nothing to do. While we are unable to
+                * aggregate further, it's possible that a trailing optional
+                * I/O would allow the underlying device to aggregate with
+                * subsequent I/Os. We must therefore determine if the next
+                * non-optional I/O is close enough to make aggregation
+                * worthwhile.
+                */
+               stretch = B_FALSE;
+               if (t != &vq->vq_read_tree && mio != NULL) {
+                       nio = lio;
+                       while ((dio = AVL_NEXT(t, nio)) != NULL &&
+                           IO_GAP(nio, dio) == 0 &&
+                           IO_GAP(mio, dio) <= zfs_vdev_write_gap_limit) {
+                               nio = dio;
+                               if (!(nio->io_flags & ZIO_FLAG_OPTIONAL)) {
+                                       stretch = B_TRUE;
+                                       break;
+                               }
+                       }
+               }
+
+               if (stretch) {
+                       /* This may be a no-op. */
+                       VERIFY((dio = AVL_NEXT(t, lio)) != NULL);
+                       dio->io_flags &= ~ZIO_FLAG_OPTIONAL;
+               } else {
+                       while (lio != mio && lio != fio) {
+                               ASSERT(lio->io_flags & ZIO_FLAG_OPTIONAL);
+                               lio = AVL_PREV(t, lio);
+                               ASSERT(lio != NULL);
+                       }
+               }
        }
 
        if (fio != lio) {
-               char *buf = zio_buf_alloc(size);
-               uint64_t offset = 0;
-
-               ASSERT(size <= zfs_vdev_aggregation_limit);
+               uint64_t size = IO_SPAN(fio, lio);
+               ASSERT(size <= maxspan);
+               ASSERT(vi != NULL);
 
                aio = zio_vdev_delegated_io(fio->io_vd, fio->io_offset,
-                   buf, size, fio->io_type, ZIO_PRIORITY_NOW,
-                   ZIO_FLAG_DONT_CACHE | ZIO_FLAG_DONT_QUEUE,
+                   vi, size, fio->io_type, ZIO_PRIORITY_AGG,
+                   flags | ZIO_FLAG_DONT_CACHE | ZIO_FLAG_DONT_QUEUE,
                    vdev_queue_agg_io_done, NULL);
+               aio->io_timestamp = fio->io_timestamp;
 
-               aio->io_delegate_list = fio;
-
-               for (dio = fio; dio != NULL; dio = dio->io_delegate_next) {
+               nio = fio;
+               do {
+                       dio = nio;
+                       nio = AVL_NEXT(t, dio);
                        ASSERT(dio->io_type == aio->io_type);
-                       ASSERT(dio->io_vdev_tree == tree);
-                       if (dio->io_type == ZIO_TYPE_WRITE)
-                               bcopy(dio->io_data, buf + offset, dio->io_size);
-                       offset += dio->io_size;
+                       ASSERT(dio->io_vdev_tree == t);
+
+                       if (dio->io_flags & ZIO_FLAG_NODATA) {
+                               ASSERT(dio->io_type == ZIO_TYPE_WRITE);
+                               bzero((char *)aio->io_data + (dio->io_offset -
+                                   aio->io_offset), dio->io_size);
+                       } else if (dio->io_type == ZIO_TYPE_WRITE) {
+                               bcopy(dio->io_data, (char *)aio->io_data +
+                                   (dio->io_offset - aio->io_offset),
+                                   dio->io_size);
+                       }
+
+                       zio_add_child(dio, aio);
                        vdev_queue_io_remove(vq, dio);
                        zio_vdev_io_bypass(dio);
-               }
-
-               ASSERT(offset == size);
+                       zio_execute(dio);
+               } while (dio != lio);
 
                avl_add(&vq->vq_pending_tree, aio);
+               list_remove(&vq->vq_io_list, vi);
 
                return (aio);
        }
 
-       ASSERT(fio->io_vdev_tree == tree);
+       ASSERT(fio->io_vdev_tree == t);
        vdev_queue_io_remove(vq, fio);
 
+       /*
+        * If the I/O is or was optional and therefore has no data, we need to
+        * simply discard it. We need to drop the vdev queue's lock to avoid a
+        * deadlock that we could encounter since this I/O will complete
+        * immediately.
+        */
+       if (fio->io_flags & ZIO_FLAG_NODATA) {
+               mutex_exit(&vq->vq_lock);
+               zio_vdev_io_bypass(fio);
+               zio_execute(fio);
+               mutex_enter(&vq->vq_lock);
+               goto again;
+       }
+
        avl_add(&vq->vq_pending_tree, fio);
 
        return (fio);
@@ -262,7 +396,9 @@ vdev_queue_io(zio_t *zio)
 
        mutex_enter(&vq->vq_lock);
 
-       zio->io_deadline = (lbolt64 >> zfs_vdev_time_shift) + zio->io_priority;
+       zio->io_timestamp = ddi_get_lbolt64();
+       zio->io_deadline = (zio->io_timestamp >> zfs_vdev_time_shift) +
+           zio->io_priority;
 
        vdev_queue_io_add(vq, zio);
 
@@ -285,12 +421,20 @@ void
 vdev_queue_io_done(zio_t *zio)
 {
        vdev_queue_t *vq = &zio->io_vd->vdev_queue;
+       int i;
+
+       if (zio_injection_enabled)
+               delay(SEC_TO_TICK(zio_handle_io_delay(zio)));
 
        mutex_enter(&vq->vq_lock);
 
        avl_remove(&vq->vq_pending_tree, zio);
 
-       for (int i = 0; i < zfs_vdev_ramp_rate; i++) {
+       zio->io_delta = ddi_get_lbolt64() - zio->io_timestamp;
+       vq->vq_io_complete_ts = ddi_get_lbolt64();
+       vq->vq_io_delta_ts = vq->vq_io_complete_ts - zio->io_timestamp;
+
+       for (i = 0; i < zfs_vdev_ramp_rate; i++) {
                zio_t *nio = vdev_queue_io_to_issue(vq, zfs_vdev_max_pending);
                if (nio == NULL)
                        break;
@@ -306,3 +450,26 @@ vdev_queue_io_done(zio_t *zio)
 
        mutex_exit(&vq->vq_lock);
 }
+
+#if defined(_KERNEL) && defined(HAVE_SPL)
+module_param(zfs_vdev_max_pending, int, 0644);
+MODULE_PARM_DESC(zfs_vdev_max_pending, "Max pending per-vdev I/Os");
+
+module_param(zfs_vdev_min_pending, int, 0644);
+MODULE_PARM_DESC(zfs_vdev_min_pending, "Min pending per-vdev I/Os");
+
+module_param(zfs_vdev_aggregation_limit, int, 0644);
+MODULE_PARM_DESC(zfs_vdev_aggregation_limit, "Max vdev I/O aggregation size");
+
+module_param(zfs_vdev_time_shift, int, 0644);
+MODULE_PARM_DESC(zfs_vdev_time_shift, "Deadline time shift for vdev I/O");
+
+module_param(zfs_vdev_ramp_rate, int, 0644);
+MODULE_PARM_DESC(zfs_vdev_ramp_rate, "Exponential I/O issue ramp-up rate");
+
+module_param(zfs_vdev_read_gap_limit, int, 0644);
+MODULE_PARM_DESC(zfs_vdev_read_gap_limit, "Aggregate read I/O over gap");
+
+module_param(zfs_vdev_write_gap_limit, int, 0644);
+MODULE_PARM_DESC(zfs_vdev_write_gap_limit, "Aggregate write I/O over gap");
+#endif