dca17ab61d31220fa2ddde405506f1381cd0fb18
[zfs.git] / module / zfs / arc.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 (c) 2005, 2010, Oracle and/or its affiliates. All rights reserved.
23  * Copyright 2011 Nexenta Systems, Inc.  All rights reserved.
24  * Copyright (c) 2011 by Delphix. All rights reserved.
25  */
26
27 /*
28  * DVA-based Adjustable Replacement Cache
29  *
30  * While much of the theory of operation used here is
31  * based on the self-tuning, low overhead replacement cache
32  * presented by Megiddo and Modha at FAST 2003, there are some
33  * significant differences:
34  *
35  * 1. The Megiddo and Modha model assumes any page is evictable.
36  * Pages in its cache cannot be "locked" into memory.  This makes
37  * the eviction algorithm simple: evict the last page in the list.
38  * This also make the performance characteristics easy to reason
39  * about.  Our cache is not so simple.  At any given moment, some
40  * subset of the blocks in the cache are un-evictable because we
41  * have handed out a reference to them.  Blocks are only evictable
42  * when there are no external references active.  This makes
43  * eviction far more problematic:  we choose to evict the evictable
44  * blocks that are the "lowest" in the list.
45  *
46  * There are times when it is not possible to evict the requested
47  * space.  In these circumstances we are unable to adjust the cache
48  * size.  To prevent the cache growing unbounded at these times we
49  * implement a "cache throttle" that slows the flow of new data
50  * into the cache until we can make space available.
51  *
52  * 2. The Megiddo and Modha model assumes a fixed cache size.
53  * Pages are evicted when the cache is full and there is a cache
54  * miss.  Our model has a variable sized cache.  It grows with
55  * high use, but also tries to react to memory pressure from the
56  * operating system: decreasing its size when system memory is
57  * tight.
58  *
59  * 3. The Megiddo and Modha model assumes a fixed page size. All
60  * elements of the cache are therefor exactly the same size.  So
61  * when adjusting the cache size following a cache miss, its simply
62  * a matter of choosing a single page to evict.  In our model, we
63  * have variable sized cache blocks (rangeing from 512 bytes to
64  * 128K bytes).  We therefor choose a set of blocks to evict to make
65  * space for a cache miss that approximates as closely as possible
66  * the space used by the new block.
67  *
68  * See also:  "ARC: A Self-Tuning, Low Overhead Replacement Cache"
69  * by N. Megiddo & D. Modha, FAST 2003
70  */
71
72 /*
73  * The locking model:
74  *
75  * A new reference to a cache buffer can be obtained in two
76  * ways: 1) via a hash table lookup using the DVA as a key,
77  * or 2) via one of the ARC lists.  The arc_read() interface
78  * uses method 1, while the internal arc algorithms for
79  * adjusting the cache use method 2.  We therefor provide two
80  * types of locks: 1) the hash table lock array, and 2) the
81  * arc list locks.
82  *
83  * Buffers do not have their own mutexes, rather they rely on the
84  * hash table mutexes for the bulk of their protection (i.e. most
85  * fields in the arc_buf_hdr_t are protected by these mutexes).
86  *
87  * buf_hash_find() returns the appropriate mutex (held) when it
88  * locates the requested buffer in the hash table.  It returns
89  * NULL for the mutex if the buffer was not in the table.
90  *
91  * buf_hash_remove() expects the appropriate hash mutex to be
92  * already held before it is invoked.
93  *
94  * Each arc state also has a mutex which is used to protect the
95  * buffer list associated with the state.  When attempting to
96  * obtain a hash table lock while holding an arc list lock you
97  * must use: mutex_tryenter() to avoid deadlock.  Also note that
98  * the active state mutex must be held before the ghost state mutex.
99  *
100  * Arc buffers may have an associated eviction callback function.
101  * This function will be invoked prior to removing the buffer (e.g.
102  * in arc_do_user_evicts()).  Note however that the data associated
103  * with the buffer may be evicted prior to the callback.  The callback
104  * must be made with *no locks held* (to prevent deadlock).  Additionally,
105  * the users of callbacks must ensure that their private data is
106  * protected from simultaneous callbacks from arc_buf_evict()
107  * and arc_do_user_evicts().
108  *
109  * It as also possible to register a callback which is run when the
110  * arc_meta_limit is reached and no buffers can be safely evicted.  In
111  * this case the arc user should drop a reference on some arc buffers so
112  * they can be reclaimed and the arc_meta_limit honored.  For example,
113  * when using the ZPL each dentry holds a references on a znode.  These
114  * dentries must be pruned before the arc buffer holding the znode can
115  * be safely evicted.
116  *
117  * Note that the majority of the performance stats are manipulated
118  * with atomic operations.
119  *
120  * The L2ARC uses the l2arc_buflist_mtx global mutex for the following:
121  *
122  *      - L2ARC buflist creation
123  *      - L2ARC buflist eviction
124  *      - L2ARC write completion, which walks L2ARC buflists
125  *      - ARC header destruction, as it removes from L2ARC buflists
126  *      - ARC header release, as it removes from L2ARC buflists
127  */
128
129 #include <sys/spa.h>
130 #include <sys/zio.h>
131 #include <sys/zfs_context.h>
132 #include <sys/arc.h>
133 #include <sys/vdev.h>
134 #include <sys/vdev_impl.h>
135 #ifdef _KERNEL
136 #include <sys/vmsystm.h>
137 #include <vm/anon.h>
138 #include <sys/fs/swapnode.h>
139 #include <sys/zpl.h>
140 #endif
141 #include <sys/callb.h>
142 #include <sys/kstat.h>
143 #include <sys/dmu_tx.h>
144 #include <zfs_fletcher.h>
145
146 static kmutex_t         arc_reclaim_thr_lock;
147 static kcondvar_t       arc_reclaim_thr_cv;     /* used to signal reclaim thr */
148 static uint8_t          arc_thread_exit;
149
150 /* number of bytes to prune from caches when at arc_meta_limit is reached */
151 uint_t arc_meta_prune = 1048576;
152
153 typedef enum arc_reclaim_strategy {
154         ARC_RECLAIM_AGGR,               /* Aggressive reclaim strategy */
155         ARC_RECLAIM_CONS                /* Conservative reclaim strategy */
156 } arc_reclaim_strategy_t;
157
158 /* number of seconds before growing cache again */
159 static int              arc_grow_retry = 5;
160
161 /* expiration time for arc_no_grow */
162 static clock_t          arc_grow_time = 0;
163
164 /* shift of arc_c for calculating both min and max arc_p */
165 static int              arc_p_min_shift = 4;
166
167 /* log2(fraction of arc to reclaim) */
168 static int              arc_shrink_shift = 5;
169
170 /*
171  * minimum lifespan of a prefetch block in clock ticks
172  * (initialized in arc_init())
173  */
174 static int              arc_min_prefetch_lifespan;
175
176 static int arc_dead;
177
178 /*
179  * The arc has filled available memory and has now warmed up.
180  */
181 static boolean_t arc_warm;
182
183 /*
184  * These tunables are for performance analysis.
185  */
186 unsigned long zfs_arc_max = 0;
187 unsigned long zfs_arc_min = 0;
188 unsigned long zfs_arc_meta_limit = 0;
189 int zfs_arc_grow_retry = 0;
190 int zfs_arc_shrink_shift = 0;
191 int zfs_arc_p_min_shift = 0;
192 int zfs_arc_memory_throttle_disable = 1;
193 int zfs_disable_dup_eviction = 0;
194 int zfs_arc_meta_prune = 0;
195
196 /*
197  * Note that buffers can be in one of 6 states:
198  *      ARC_anon        - anonymous (discussed below)
199  *      ARC_mru         - recently used, currently cached
200  *      ARC_mru_ghost   - recentely used, no longer in cache
201  *      ARC_mfu         - frequently used, currently cached
202  *      ARC_mfu_ghost   - frequently used, no longer in cache
203  *      ARC_l2c_only    - exists in L2ARC but not other states
204  * When there are no active references to the buffer, they are
205  * are linked onto a list in one of these arc states.  These are
206  * the only buffers that can be evicted or deleted.  Within each
207  * state there are multiple lists, one for meta-data and one for
208  * non-meta-data.  Meta-data (indirect blocks, blocks of dnodes,
209  * etc.) is tracked separately so that it can be managed more
210  * explicitly: favored over data, limited explicitly.
211  *
212  * Anonymous buffers are buffers that are not associated with
213  * a DVA.  These are buffers that hold dirty block copies
214  * before they are written to stable storage.  By definition,
215  * they are "ref'd" and are considered part of arc_mru
216  * that cannot be freed.  Generally, they will aquire a DVA
217  * as they are written and migrate onto the arc_mru list.
218  *
219  * The ARC_l2c_only state is for buffers that are in the second
220  * level ARC but no longer in any of the ARC_m* lists.  The second
221  * level ARC itself may also contain buffers that are in any of
222  * the ARC_m* states - meaning that a buffer can exist in two
223  * places.  The reason for the ARC_l2c_only state is to keep the
224  * buffer header in the hash table, so that reads that hit the
225  * second level ARC benefit from these fast lookups.
226  */
227
228 typedef struct arc_state {
229         list_t  arcs_list[ARC_BUFC_NUMTYPES];   /* list of evictable buffers */
230         uint64_t arcs_lsize[ARC_BUFC_NUMTYPES]; /* amount of evictable data */
231         uint64_t arcs_size;     /* total amount of data in this state */
232         kmutex_t arcs_mtx;
233 } arc_state_t;
234
235 /* The 6 states: */
236 static arc_state_t ARC_anon;
237 static arc_state_t ARC_mru;
238 static arc_state_t ARC_mru_ghost;
239 static arc_state_t ARC_mfu;
240 static arc_state_t ARC_mfu_ghost;
241 static arc_state_t ARC_l2c_only;
242
243 typedef struct arc_stats {
244         kstat_named_t arcstat_hits;
245         kstat_named_t arcstat_misses;
246         kstat_named_t arcstat_demand_data_hits;
247         kstat_named_t arcstat_demand_data_misses;
248         kstat_named_t arcstat_demand_metadata_hits;
249         kstat_named_t arcstat_demand_metadata_misses;
250         kstat_named_t arcstat_prefetch_data_hits;
251         kstat_named_t arcstat_prefetch_data_misses;
252         kstat_named_t arcstat_prefetch_metadata_hits;
253         kstat_named_t arcstat_prefetch_metadata_misses;
254         kstat_named_t arcstat_mru_hits;
255         kstat_named_t arcstat_mru_ghost_hits;
256         kstat_named_t arcstat_mfu_hits;
257         kstat_named_t arcstat_mfu_ghost_hits;
258         kstat_named_t arcstat_deleted;
259         kstat_named_t arcstat_recycle_miss;
260         kstat_named_t arcstat_mutex_miss;
261         kstat_named_t arcstat_evict_skip;
262         kstat_named_t arcstat_evict_l2_cached;
263         kstat_named_t arcstat_evict_l2_eligible;
264         kstat_named_t arcstat_evict_l2_ineligible;
265         kstat_named_t arcstat_hash_elements;
266         kstat_named_t arcstat_hash_elements_max;
267         kstat_named_t arcstat_hash_collisions;
268         kstat_named_t arcstat_hash_chains;
269         kstat_named_t arcstat_hash_chain_max;
270         kstat_named_t arcstat_p;
271         kstat_named_t arcstat_c;
272         kstat_named_t arcstat_c_min;
273         kstat_named_t arcstat_c_max;
274         kstat_named_t arcstat_size;
275         kstat_named_t arcstat_hdr_size;
276         kstat_named_t arcstat_data_size;
277         kstat_named_t arcstat_other_size;
278         kstat_named_t arcstat_anon_size;
279         kstat_named_t arcstat_anon_evict_data;
280         kstat_named_t arcstat_anon_evict_metadata;
281         kstat_named_t arcstat_mru_size;
282         kstat_named_t arcstat_mru_evict_data;
283         kstat_named_t arcstat_mru_evict_metadata;
284         kstat_named_t arcstat_mru_ghost_size;
285         kstat_named_t arcstat_mru_ghost_evict_data;
286         kstat_named_t arcstat_mru_ghost_evict_metadata;
287         kstat_named_t arcstat_mfu_size;
288         kstat_named_t arcstat_mfu_evict_data;
289         kstat_named_t arcstat_mfu_evict_metadata;
290         kstat_named_t arcstat_mfu_ghost_size;
291         kstat_named_t arcstat_mfu_ghost_evict_data;
292         kstat_named_t arcstat_mfu_ghost_evict_metadata;
293         kstat_named_t arcstat_l2_hits;
294         kstat_named_t arcstat_l2_misses;
295         kstat_named_t arcstat_l2_feeds;
296         kstat_named_t arcstat_l2_rw_clash;
297         kstat_named_t arcstat_l2_read_bytes;
298         kstat_named_t arcstat_l2_write_bytes;
299         kstat_named_t arcstat_l2_writes_sent;
300         kstat_named_t arcstat_l2_writes_done;
301         kstat_named_t arcstat_l2_writes_error;
302         kstat_named_t arcstat_l2_writes_hdr_miss;
303         kstat_named_t arcstat_l2_evict_lock_retry;
304         kstat_named_t arcstat_l2_evict_reading;
305         kstat_named_t arcstat_l2_free_on_write;
306         kstat_named_t arcstat_l2_abort_lowmem;
307         kstat_named_t arcstat_l2_cksum_bad;
308         kstat_named_t arcstat_l2_io_error;
309         kstat_named_t arcstat_l2_size;
310         kstat_named_t arcstat_l2_hdr_size;
311         kstat_named_t arcstat_memory_throttle_count;
312         kstat_named_t arcstat_duplicate_buffers;
313         kstat_named_t arcstat_duplicate_buffers_size;
314         kstat_named_t arcstat_duplicate_reads;
315         kstat_named_t arcstat_memory_direct_count;
316         kstat_named_t arcstat_memory_indirect_count;
317         kstat_named_t arcstat_no_grow;
318         kstat_named_t arcstat_tempreserve;
319         kstat_named_t arcstat_loaned_bytes;
320         kstat_named_t arcstat_prune;
321         kstat_named_t arcstat_meta_used;
322         kstat_named_t arcstat_meta_limit;
323         kstat_named_t arcstat_meta_max;
324 } arc_stats_t;
325
326 static arc_stats_t arc_stats = {
327         { "hits",                       KSTAT_DATA_UINT64 },
328         { "misses",                     KSTAT_DATA_UINT64 },
329         { "demand_data_hits",           KSTAT_DATA_UINT64 },
330         { "demand_data_misses",         KSTAT_DATA_UINT64 },
331         { "demand_metadata_hits",       KSTAT_DATA_UINT64 },
332         { "demand_metadata_misses",     KSTAT_DATA_UINT64 },
333         { "prefetch_data_hits",         KSTAT_DATA_UINT64 },
334         { "prefetch_data_misses",       KSTAT_DATA_UINT64 },
335         { "prefetch_metadata_hits",     KSTAT_DATA_UINT64 },
336         { "prefetch_metadata_misses",   KSTAT_DATA_UINT64 },
337         { "mru_hits",                   KSTAT_DATA_UINT64 },
338         { "mru_ghost_hits",             KSTAT_DATA_UINT64 },
339         { "mfu_hits",                   KSTAT_DATA_UINT64 },
340         { "mfu_ghost_hits",             KSTAT_DATA_UINT64 },
341         { "deleted",                    KSTAT_DATA_UINT64 },
342         { "recycle_miss",               KSTAT_DATA_UINT64 },
343         { "mutex_miss",                 KSTAT_DATA_UINT64 },
344         { "evict_skip",                 KSTAT_DATA_UINT64 },
345         { "evict_l2_cached",            KSTAT_DATA_UINT64 },
346         { "evict_l2_eligible",          KSTAT_DATA_UINT64 },
347         { "evict_l2_ineligible",        KSTAT_DATA_UINT64 },
348         { "hash_elements",              KSTAT_DATA_UINT64 },
349         { "hash_elements_max",          KSTAT_DATA_UINT64 },
350         { "hash_collisions",            KSTAT_DATA_UINT64 },
351         { "hash_chains",                KSTAT_DATA_UINT64 },
352         { "hash_chain_max",             KSTAT_DATA_UINT64 },
353         { "p",                          KSTAT_DATA_UINT64 },
354         { "c",                          KSTAT_DATA_UINT64 },
355         { "c_min",                      KSTAT_DATA_UINT64 },
356         { "c_max",                      KSTAT_DATA_UINT64 },
357         { "size",                       KSTAT_DATA_UINT64 },
358         { "hdr_size",                   KSTAT_DATA_UINT64 },
359         { "data_size",                  KSTAT_DATA_UINT64 },
360         { "other_size",                 KSTAT_DATA_UINT64 },
361         { "anon_size",                  KSTAT_DATA_UINT64 },
362         { "anon_evict_data",            KSTAT_DATA_UINT64 },
363         { "anon_evict_metadata",        KSTAT_DATA_UINT64 },
364         { "mru_size",                   KSTAT_DATA_UINT64 },
365         { "mru_evict_data",             KSTAT_DATA_UINT64 },
366         { "mru_evict_metadata",         KSTAT_DATA_UINT64 },
367         { "mru_ghost_size",             KSTAT_DATA_UINT64 },
368         { "mru_ghost_evict_data",       KSTAT_DATA_UINT64 },
369         { "mru_ghost_evict_metadata",   KSTAT_DATA_UINT64 },
370         { "mfu_size",                   KSTAT_DATA_UINT64 },
371         { "mfu_evict_data",             KSTAT_DATA_UINT64 },
372         { "mfu_evict_metadata",         KSTAT_DATA_UINT64 },
373         { "mfu_ghost_size",             KSTAT_DATA_UINT64 },
374         { "mfu_ghost_evict_data",       KSTAT_DATA_UINT64 },
375         { "mfu_ghost_evict_metadata",   KSTAT_DATA_UINT64 },
376         { "l2_hits",                    KSTAT_DATA_UINT64 },
377         { "l2_misses",                  KSTAT_DATA_UINT64 },
378         { "l2_feeds",                   KSTAT_DATA_UINT64 },
379         { "l2_rw_clash",                KSTAT_DATA_UINT64 },
380         { "l2_read_bytes",              KSTAT_DATA_UINT64 },
381         { "l2_write_bytes",             KSTAT_DATA_UINT64 },
382         { "l2_writes_sent",             KSTAT_DATA_UINT64 },
383         { "l2_writes_done",             KSTAT_DATA_UINT64 },
384         { "l2_writes_error",            KSTAT_DATA_UINT64 },
385         { "l2_writes_hdr_miss",         KSTAT_DATA_UINT64 },
386         { "l2_evict_lock_retry",        KSTAT_DATA_UINT64 },
387         { "l2_evict_reading",           KSTAT_DATA_UINT64 },
388         { "l2_free_on_write",           KSTAT_DATA_UINT64 },
389         { "l2_abort_lowmem",            KSTAT_DATA_UINT64 },
390         { "l2_cksum_bad",               KSTAT_DATA_UINT64 },
391         { "l2_io_error",                KSTAT_DATA_UINT64 },
392         { "l2_size",                    KSTAT_DATA_UINT64 },
393         { "l2_hdr_size",                KSTAT_DATA_UINT64 },
394         { "memory_throttle_count",      KSTAT_DATA_UINT64 },
395         { "duplicate_buffers",          KSTAT_DATA_UINT64 },
396         { "duplicate_buffers_size",     KSTAT_DATA_UINT64 },
397         { "duplicate_reads",            KSTAT_DATA_UINT64 },
398         { "memory_direct_count",        KSTAT_DATA_UINT64 },
399         { "memory_indirect_count",      KSTAT_DATA_UINT64 },
400         { "arc_no_grow",                KSTAT_DATA_UINT64 },
401         { "arc_tempreserve",            KSTAT_DATA_UINT64 },
402         { "arc_loaned_bytes",           KSTAT_DATA_UINT64 },
403         { "arc_prune",                  KSTAT_DATA_UINT64 },
404         { "arc_meta_used",              KSTAT_DATA_UINT64 },
405         { "arc_meta_limit",             KSTAT_DATA_UINT64 },
406         { "arc_meta_max",               KSTAT_DATA_UINT64 },
407 };
408
409 #define ARCSTAT(stat)   (arc_stats.stat.value.ui64)
410
411 #define ARCSTAT_INCR(stat, val) \
412         atomic_add_64(&arc_stats.stat.value.ui64, (val));
413
414 #define ARCSTAT_BUMP(stat)      ARCSTAT_INCR(stat, 1)
415 #define ARCSTAT_BUMPDOWN(stat)  ARCSTAT_INCR(stat, -1)
416
417 #define ARCSTAT_MAX(stat, val) {                                        \
418         uint64_t m;                                                     \
419         while ((val) > (m = arc_stats.stat.value.ui64) &&               \
420             (m != atomic_cas_64(&arc_stats.stat.value.ui64, m, (val)))) \
421                 continue;                                               \
422 }
423
424 #define ARCSTAT_MAXSTAT(stat) \
425         ARCSTAT_MAX(stat##_max, arc_stats.stat.value.ui64)
426
427 /*
428  * We define a macro to allow ARC hits/misses to be easily broken down by
429  * two separate conditions, giving a total of four different subtypes for
430  * each of hits and misses (so eight statistics total).
431  */
432 #define ARCSTAT_CONDSTAT(cond1, stat1, notstat1, cond2, stat2, notstat2, stat) \
433         if (cond1) {                                                    \
434                 if (cond2) {                                            \
435                         ARCSTAT_BUMP(arcstat_##stat1##_##stat2##_##stat); \
436                 } else {                                                \
437                         ARCSTAT_BUMP(arcstat_##stat1##_##notstat2##_##stat); \
438                 }                                                       \
439         } else {                                                        \
440                 if (cond2) {                                            \
441                         ARCSTAT_BUMP(arcstat_##notstat1##_##stat2##_##stat); \
442                 } else {                                                \
443                         ARCSTAT_BUMP(arcstat_##notstat1##_##notstat2##_##stat);\
444                 }                                                       \
445         }
446
447 kstat_t                 *arc_ksp;
448 static arc_state_t      *arc_anon;
449 static arc_state_t      *arc_mru;
450 static arc_state_t      *arc_mru_ghost;
451 static arc_state_t      *arc_mfu;
452 static arc_state_t      *arc_mfu_ghost;
453 static arc_state_t      *arc_l2c_only;
454
455 /*
456  * There are several ARC variables that are critical to export as kstats --
457  * but we don't want to have to grovel around in the kstat whenever we wish to
458  * manipulate them.  For these variables, we therefore define them to be in
459  * terms of the statistic variable.  This assures that we are not introducing
460  * the possibility of inconsistency by having shadow copies of the variables,
461  * while still allowing the code to be readable.
462  */
463 #define arc_size        ARCSTAT(arcstat_size)   /* actual total arc size */
464 #define arc_p           ARCSTAT(arcstat_p)      /* target size of MRU */
465 #define arc_c           ARCSTAT(arcstat_c)      /* target size of cache */
466 #define arc_c_min       ARCSTAT(arcstat_c_min)  /* min target cache size */
467 #define arc_c_max       ARCSTAT(arcstat_c_max)  /* max target cache size */
468 #define arc_no_grow     ARCSTAT(arcstat_no_grow)
469 #define arc_tempreserve ARCSTAT(arcstat_tempreserve)
470 #define arc_loaned_bytes        ARCSTAT(arcstat_loaned_bytes)
471 #define arc_meta_used   ARCSTAT(arcstat_meta_used)
472 #define arc_meta_limit  ARCSTAT(arcstat_meta_limit)
473 #define arc_meta_max    ARCSTAT(arcstat_meta_max)
474
475 typedef struct l2arc_buf_hdr l2arc_buf_hdr_t;
476
477 typedef struct arc_callback arc_callback_t;
478
479 struct arc_callback {
480         void                    *acb_private;
481         arc_done_func_t         *acb_done;
482         arc_buf_t               *acb_buf;
483         zio_t                   *acb_zio_dummy;
484         arc_callback_t          *acb_next;
485 };
486
487 typedef struct arc_write_callback arc_write_callback_t;
488
489 struct arc_write_callback {
490         void            *awcb_private;
491         arc_done_func_t *awcb_ready;
492         arc_done_func_t *awcb_done;
493         arc_buf_t       *awcb_buf;
494 };
495
496 struct arc_buf_hdr {
497         /* protected by hash lock */
498         dva_t                   b_dva;
499         uint64_t                b_birth;
500         uint64_t                b_cksum0;
501
502         kmutex_t                b_freeze_lock;
503         zio_cksum_t             *b_freeze_cksum;
504         void                    *b_thawed;
505
506         arc_buf_hdr_t           *b_hash_next;
507         arc_buf_t               *b_buf;
508         uint32_t                b_flags;
509         uint32_t                b_datacnt;
510
511         arc_callback_t          *b_acb;
512         kcondvar_t              b_cv;
513
514         /* immutable */
515         arc_buf_contents_t      b_type;
516         uint64_t                b_size;
517         uint64_t                b_spa;
518
519         /* protected by arc state mutex */
520         arc_state_t             *b_state;
521         list_node_t             b_arc_node;
522
523         /* updated atomically */
524         clock_t                 b_arc_access;
525
526         /* self protecting */
527         refcount_t              b_refcnt;
528
529         l2arc_buf_hdr_t         *b_l2hdr;
530         list_node_t             b_l2node;
531 };
532
533 static list_t arc_prune_list;
534 static kmutex_t arc_prune_mtx;
535 static arc_buf_t *arc_eviction_list;
536 static kmutex_t arc_eviction_mtx;
537 static arc_buf_hdr_t arc_eviction_hdr;
538 static void arc_get_data_buf(arc_buf_t *buf);
539 static void arc_access(arc_buf_hdr_t *buf, kmutex_t *hash_lock);
540 static int arc_evict_needed(arc_buf_contents_t type);
541 static void arc_evict_ghost(arc_state_t *state, uint64_t spa, int64_t bytes);
542
543 static boolean_t l2arc_write_eligible(uint64_t spa_guid, arc_buf_hdr_t *ab);
544
545 #define GHOST_STATE(state)      \
546         ((state) == arc_mru_ghost || (state) == arc_mfu_ghost ||        \
547         (state) == arc_l2c_only)
548
549 /*
550  * Private ARC flags.  These flags are private ARC only flags that will show up
551  * in b_flags in the arc_hdr_buf_t.  Some flags are publicly declared, and can
552  * be passed in as arc_flags in things like arc_read.  However, these flags
553  * should never be passed and should only be set by ARC code.  When adding new
554  * public flags, make sure not to smash the private ones.
555  */
556
557 #define ARC_IN_HASH_TABLE       (1 << 9)        /* this buffer is hashed */
558 #define ARC_IO_IN_PROGRESS      (1 << 10)       /* I/O in progress for buf */
559 #define ARC_IO_ERROR            (1 << 11)       /* I/O failed for buf */
560 #define ARC_FREED_IN_READ       (1 << 12)       /* buf freed while in read */
561 #define ARC_BUF_AVAILABLE       (1 << 13)       /* block not in active use */
562 #define ARC_INDIRECT            (1 << 14)       /* this is an indirect block */
563 #define ARC_FREE_IN_PROGRESS    (1 << 15)       /* hdr about to be freed */
564 #define ARC_L2_WRITING          (1 << 16)       /* L2ARC write in progress */
565 #define ARC_L2_EVICTED          (1 << 17)       /* evicted during I/O */
566 #define ARC_L2_WRITE_HEAD       (1 << 18)       /* head of write list */
567
568 #define HDR_IN_HASH_TABLE(hdr)  ((hdr)->b_flags & ARC_IN_HASH_TABLE)
569 #define HDR_IO_IN_PROGRESS(hdr) ((hdr)->b_flags & ARC_IO_IN_PROGRESS)
570 #define HDR_IO_ERROR(hdr)       ((hdr)->b_flags & ARC_IO_ERROR)
571 #define HDR_PREFETCH(hdr)       ((hdr)->b_flags & ARC_PREFETCH)
572 #define HDR_FREED_IN_READ(hdr)  ((hdr)->b_flags & ARC_FREED_IN_READ)
573 #define HDR_BUF_AVAILABLE(hdr)  ((hdr)->b_flags & ARC_BUF_AVAILABLE)
574 #define HDR_FREE_IN_PROGRESS(hdr)       ((hdr)->b_flags & ARC_FREE_IN_PROGRESS)
575 #define HDR_L2CACHE(hdr)        ((hdr)->b_flags & ARC_L2CACHE)
576 #define HDR_L2_READING(hdr)     ((hdr)->b_flags & ARC_IO_IN_PROGRESS && \
577                                     (hdr)->b_l2hdr != NULL)
578 #define HDR_L2_WRITING(hdr)     ((hdr)->b_flags & ARC_L2_WRITING)
579 #define HDR_L2_EVICTED(hdr)     ((hdr)->b_flags & ARC_L2_EVICTED)
580 #define HDR_L2_WRITE_HEAD(hdr)  ((hdr)->b_flags & ARC_L2_WRITE_HEAD)
581
582 /*
583  * Other sizes
584  */
585
586 #define HDR_SIZE ((int64_t)sizeof (arc_buf_hdr_t))
587 #define L2HDR_SIZE ((int64_t)sizeof (l2arc_buf_hdr_t))
588
589 /*
590  * Hash table routines
591  */
592
593 #define HT_LOCK_ALIGN   64
594 #define HT_LOCK_PAD     (P2NPHASE(sizeof (kmutex_t), (HT_LOCK_ALIGN)))
595
596 struct ht_lock {
597         kmutex_t        ht_lock;
598 #ifdef _KERNEL
599         unsigned char   pad[HT_LOCK_PAD];
600 #endif
601 };
602
603 #define BUF_LOCKS 256
604 typedef struct buf_hash_table {
605         uint64_t ht_mask;
606         arc_buf_hdr_t **ht_table;
607         struct ht_lock ht_locks[BUF_LOCKS];
608 } buf_hash_table_t;
609
610 static buf_hash_table_t buf_hash_table;
611
612 #define BUF_HASH_INDEX(spa, dva, birth) \
613         (buf_hash(spa, dva, birth) & buf_hash_table.ht_mask)
614 #define BUF_HASH_LOCK_NTRY(idx) (buf_hash_table.ht_locks[idx & (BUF_LOCKS-1)])
615 #define BUF_HASH_LOCK(idx)      (&(BUF_HASH_LOCK_NTRY(idx).ht_lock))
616 #define HDR_LOCK(hdr) \
617         (BUF_HASH_LOCK(BUF_HASH_INDEX(hdr->b_spa, &hdr->b_dva, hdr->b_birth)))
618
619 uint64_t zfs_crc64_table[256];
620
621 /*
622  * Level 2 ARC
623  */
624
625 #define L2ARC_WRITE_SIZE        (8 * 1024 * 1024)       /* initial write max */
626 #define L2ARC_HEADROOM          2               /* num of writes */
627 #define L2ARC_FEED_SECS         1               /* caching interval secs */
628 #define L2ARC_FEED_MIN_MS       200             /* min caching interval ms */
629
630 #define l2arc_writes_sent       ARCSTAT(arcstat_l2_writes_sent)
631 #define l2arc_writes_done       ARCSTAT(arcstat_l2_writes_done)
632
633 /*
634  * L2ARC Performance Tunables
635  */
636 unsigned long l2arc_write_max = L2ARC_WRITE_SIZE;       /* def max write size */
637 unsigned long l2arc_write_boost = L2ARC_WRITE_SIZE;     /* extra warmup write */
638 unsigned long l2arc_headroom = L2ARC_HEADROOM;          /* # of dev writes */
639 unsigned long l2arc_feed_secs = L2ARC_FEED_SECS;        /* interval seconds */
640 unsigned long l2arc_feed_min_ms = L2ARC_FEED_MIN_MS;    /* min interval msecs */
641 int l2arc_noprefetch = B_TRUE;                  /* don't cache prefetch bufs */
642 int l2arc_feed_again = B_TRUE;                  /* turbo warmup */
643 int l2arc_norw = B_FALSE;                       /* no reads during writes */
644
645 /*
646  * L2ARC Internals
647  */
648 typedef struct l2arc_dev {
649         vdev_t                  *l2ad_vdev;     /* vdev */
650         spa_t                   *l2ad_spa;      /* spa */
651         uint64_t                l2ad_hand;      /* next write location */
652         uint64_t                l2ad_write;     /* desired write size, bytes */
653         uint64_t                l2ad_boost;     /* warmup write boost, bytes */
654         uint64_t                l2ad_start;     /* first addr on device */
655         uint64_t                l2ad_end;       /* last addr on device */
656         uint64_t                l2ad_evict;     /* last addr eviction reached */
657         boolean_t               l2ad_first;     /* first sweep through */
658         boolean_t               l2ad_writing;   /* currently writing */
659         list_t                  *l2ad_buflist;  /* buffer list */
660         list_node_t             l2ad_node;      /* device list node */
661 } l2arc_dev_t;
662
663 static list_t L2ARC_dev_list;                   /* device list */
664 static list_t *l2arc_dev_list;                  /* device list pointer */
665 static kmutex_t l2arc_dev_mtx;                  /* device list mutex */
666 static l2arc_dev_t *l2arc_dev_last;             /* last device used */
667 static kmutex_t l2arc_buflist_mtx;              /* mutex for all buflists */
668 static list_t L2ARC_free_on_write;              /* free after write buf list */
669 static list_t *l2arc_free_on_write;             /* free after write list ptr */
670 static kmutex_t l2arc_free_on_write_mtx;        /* mutex for list */
671 static uint64_t l2arc_ndev;                     /* number of devices */
672
673 typedef struct l2arc_read_callback {
674         arc_buf_t       *l2rcb_buf;             /* read buffer */
675         spa_t           *l2rcb_spa;             /* spa */
676         blkptr_t        l2rcb_bp;               /* original blkptr */
677         zbookmark_t     l2rcb_zb;               /* original bookmark */
678         int             l2rcb_flags;            /* original flags */
679 } l2arc_read_callback_t;
680
681 typedef struct l2arc_write_callback {
682         l2arc_dev_t     *l2wcb_dev;             /* device info */
683         arc_buf_hdr_t   *l2wcb_head;            /* head of write buflist */
684 } l2arc_write_callback_t;
685
686 struct l2arc_buf_hdr {
687         /* protected by arc_buf_hdr  mutex */
688         l2arc_dev_t     *b_dev;                 /* L2ARC device */
689         uint64_t        b_daddr;                /* disk address, offset byte */
690 };
691
692 typedef struct l2arc_data_free {
693         /* protected by l2arc_free_on_write_mtx */
694         void            *l2df_data;
695         size_t          l2df_size;
696         void            (*l2df_func)(void *, size_t);
697         list_node_t     l2df_list_node;
698 } l2arc_data_free_t;
699
700 static kmutex_t l2arc_feed_thr_lock;
701 static kcondvar_t l2arc_feed_thr_cv;
702 static uint8_t l2arc_thread_exit;
703
704 static void l2arc_read_done(zio_t *zio);
705 static void l2arc_hdr_stat_add(void);
706 static void l2arc_hdr_stat_remove(void);
707
708 static uint64_t
709 buf_hash(uint64_t spa, const dva_t *dva, uint64_t birth)
710 {
711         uint8_t *vdva = (uint8_t *)dva;
712         uint64_t crc = -1ULL;
713         int i;
714
715         ASSERT(zfs_crc64_table[128] == ZFS_CRC64_POLY);
716
717         for (i = 0; i < sizeof (dva_t); i++)
718                 crc = (crc >> 8) ^ zfs_crc64_table[(crc ^ vdva[i]) & 0xFF];
719
720         crc ^= (spa>>8) ^ birth;
721
722         return (crc);
723 }
724
725 #define BUF_EMPTY(buf)                                          \
726         ((buf)->b_dva.dva_word[0] == 0 &&                       \
727         (buf)->b_dva.dva_word[1] == 0 &&                        \
728         (buf)->b_birth == 0)
729
730 #define BUF_EQUAL(spa, dva, birth, buf)                         \
731         ((buf)->b_dva.dva_word[0] == (dva)->dva_word[0]) &&     \
732         ((buf)->b_dva.dva_word[1] == (dva)->dva_word[1]) &&     \
733         ((buf)->b_birth == birth) && ((buf)->b_spa == spa)
734
735 static void
736 buf_discard_identity(arc_buf_hdr_t *hdr)
737 {
738         hdr->b_dva.dva_word[0] = 0;
739         hdr->b_dva.dva_word[1] = 0;
740         hdr->b_birth = 0;
741         hdr->b_cksum0 = 0;
742 }
743
744 static arc_buf_hdr_t *
745 buf_hash_find(uint64_t spa, const dva_t *dva, uint64_t birth, kmutex_t **lockp)
746 {
747         uint64_t idx = BUF_HASH_INDEX(spa, dva, birth);
748         kmutex_t *hash_lock = BUF_HASH_LOCK(idx);
749         arc_buf_hdr_t *buf;
750
751         mutex_enter(hash_lock);
752         for (buf = buf_hash_table.ht_table[idx]; buf != NULL;
753             buf = buf->b_hash_next) {
754                 if (BUF_EQUAL(spa, dva, birth, buf)) {
755                         *lockp = hash_lock;
756                         return (buf);
757                 }
758         }
759         mutex_exit(hash_lock);
760         *lockp = NULL;
761         return (NULL);
762 }
763
764 /*
765  * Insert an entry into the hash table.  If there is already an element
766  * equal to elem in the hash table, then the already existing element
767  * will be returned and the new element will not be inserted.
768  * Otherwise returns NULL.
769  */
770 static arc_buf_hdr_t *
771 buf_hash_insert(arc_buf_hdr_t *buf, kmutex_t **lockp)
772 {
773         uint64_t idx = BUF_HASH_INDEX(buf->b_spa, &buf->b_dva, buf->b_birth);
774         kmutex_t *hash_lock = BUF_HASH_LOCK(idx);
775         arc_buf_hdr_t *fbuf;
776         uint32_t i;
777
778         ASSERT(!HDR_IN_HASH_TABLE(buf));
779         *lockp = hash_lock;
780         mutex_enter(hash_lock);
781         for (fbuf = buf_hash_table.ht_table[idx], i = 0; fbuf != NULL;
782             fbuf = fbuf->b_hash_next, i++) {
783                 if (BUF_EQUAL(buf->b_spa, &buf->b_dva, buf->b_birth, fbuf))
784                         return (fbuf);
785         }
786
787         buf->b_hash_next = buf_hash_table.ht_table[idx];
788         buf_hash_table.ht_table[idx] = buf;
789         buf->b_flags |= ARC_IN_HASH_TABLE;
790
791         /* collect some hash table performance data */
792         if (i > 0) {
793                 ARCSTAT_BUMP(arcstat_hash_collisions);
794                 if (i == 1)
795                         ARCSTAT_BUMP(arcstat_hash_chains);
796
797                 ARCSTAT_MAX(arcstat_hash_chain_max, i);
798         }
799
800         ARCSTAT_BUMP(arcstat_hash_elements);
801         ARCSTAT_MAXSTAT(arcstat_hash_elements);
802
803         return (NULL);
804 }
805
806 static void
807 buf_hash_remove(arc_buf_hdr_t *buf)
808 {
809         arc_buf_hdr_t *fbuf, **bufp;
810         uint64_t idx = BUF_HASH_INDEX(buf->b_spa, &buf->b_dva, buf->b_birth);
811
812         ASSERT(MUTEX_HELD(BUF_HASH_LOCK(idx)));
813         ASSERT(HDR_IN_HASH_TABLE(buf));
814
815         bufp = &buf_hash_table.ht_table[idx];
816         while ((fbuf = *bufp) != buf) {
817                 ASSERT(fbuf != NULL);
818                 bufp = &fbuf->b_hash_next;
819         }
820         *bufp = buf->b_hash_next;
821         buf->b_hash_next = NULL;
822         buf->b_flags &= ~ARC_IN_HASH_TABLE;
823
824         /* collect some hash table performance data */
825         ARCSTAT_BUMPDOWN(arcstat_hash_elements);
826
827         if (buf_hash_table.ht_table[idx] &&
828             buf_hash_table.ht_table[idx]->b_hash_next == NULL)
829                 ARCSTAT_BUMPDOWN(arcstat_hash_chains);
830 }
831
832 /*
833  * Global data structures and functions for the buf kmem cache.
834  */
835 static kmem_cache_t *hdr_cache;
836 static kmem_cache_t *buf_cache;
837
838 static void
839 buf_fini(void)
840 {
841         int i;
842
843 #if defined(_KERNEL) && defined(HAVE_SPL)
844         /* Large allocations which do not require contiguous pages
845          * should be using vmem_free() in the linux kernel */
846         vmem_free(buf_hash_table.ht_table,
847             (buf_hash_table.ht_mask + 1) * sizeof (void *));
848 #else
849         kmem_free(buf_hash_table.ht_table,
850             (buf_hash_table.ht_mask + 1) * sizeof (void *));
851 #endif
852         for (i = 0; i < BUF_LOCKS; i++)
853                 mutex_destroy(&buf_hash_table.ht_locks[i].ht_lock);
854         kmem_cache_destroy(hdr_cache);
855         kmem_cache_destroy(buf_cache);
856 }
857
858 /*
859  * Constructor callback - called when the cache is empty
860  * and a new buf is requested.
861  */
862 /* ARGSUSED */
863 static int
864 hdr_cons(void *vbuf, void *unused, int kmflag)
865 {
866         arc_buf_hdr_t *buf = vbuf;
867
868         bzero(buf, sizeof (arc_buf_hdr_t));
869         refcount_create(&buf->b_refcnt);
870         cv_init(&buf->b_cv, NULL, CV_DEFAULT, NULL);
871         mutex_init(&buf->b_freeze_lock, NULL, MUTEX_DEFAULT, NULL);
872         list_link_init(&buf->b_arc_node);
873         list_link_init(&buf->b_l2node);
874         arc_space_consume(sizeof (arc_buf_hdr_t), ARC_SPACE_HDRS);
875
876         return (0);
877 }
878
879 /* ARGSUSED */
880 static int
881 buf_cons(void *vbuf, void *unused, int kmflag)
882 {
883         arc_buf_t *buf = vbuf;
884
885         bzero(buf, sizeof (arc_buf_t));
886         mutex_init(&buf->b_evict_lock, NULL, MUTEX_DEFAULT, NULL);
887         arc_space_consume(sizeof (arc_buf_t), ARC_SPACE_HDRS);
888
889         return (0);
890 }
891
892 /*
893  * Destructor callback - called when a cached buf is
894  * no longer required.
895  */
896 /* ARGSUSED */
897 static void
898 hdr_dest(void *vbuf, void *unused)
899 {
900         arc_buf_hdr_t *buf = vbuf;
901
902         ASSERT(BUF_EMPTY(buf));
903         refcount_destroy(&buf->b_refcnt);
904         cv_destroy(&buf->b_cv);
905         mutex_destroy(&buf->b_freeze_lock);
906         arc_space_return(sizeof (arc_buf_hdr_t), ARC_SPACE_HDRS);
907 }
908
909 /* ARGSUSED */
910 static void
911 buf_dest(void *vbuf, void *unused)
912 {
913         arc_buf_t *buf = vbuf;
914
915         mutex_destroy(&buf->b_evict_lock);
916         arc_space_return(sizeof (arc_buf_t), ARC_SPACE_HDRS);
917 }
918
919 static void
920 buf_init(void)
921 {
922         uint64_t *ct;
923         uint64_t hsize = 1ULL << 12;
924         int i, j;
925
926         /*
927          * The hash table is big enough to fill all of physical memory
928          * with an average 64K block size.  The table will take up
929          * totalmem*sizeof(void*)/64K (eg. 128KB/GB with 8-byte pointers).
930          */
931         while (hsize * 65536 < physmem * PAGESIZE)
932                 hsize <<= 1;
933 retry:
934         buf_hash_table.ht_mask = hsize - 1;
935 #if defined(_KERNEL) && defined(HAVE_SPL)
936         /* Large allocations which do not require contiguous pages
937          * should be using vmem_alloc() in the linux kernel */
938         buf_hash_table.ht_table =
939             vmem_zalloc(hsize * sizeof (void*), KM_SLEEP);
940 #else
941         buf_hash_table.ht_table =
942             kmem_zalloc(hsize * sizeof (void*), KM_NOSLEEP);
943 #endif
944         if (buf_hash_table.ht_table == NULL) {
945                 ASSERT(hsize > (1ULL << 8));
946                 hsize >>= 1;
947                 goto retry;
948         }
949
950         hdr_cache = kmem_cache_create("arc_buf_hdr_t", sizeof (arc_buf_hdr_t),
951             0, hdr_cons, hdr_dest, NULL, NULL, NULL, 0);
952         buf_cache = kmem_cache_create("arc_buf_t", sizeof (arc_buf_t),
953             0, buf_cons, buf_dest, NULL, NULL, NULL, 0);
954
955         for (i = 0; i < 256; i++)
956                 for (ct = zfs_crc64_table + i, *ct = i, j = 8; j > 0; j--)
957                         *ct = (*ct >> 1) ^ (-(*ct & 1) & ZFS_CRC64_POLY);
958
959         for (i = 0; i < BUF_LOCKS; i++) {
960                 mutex_init(&buf_hash_table.ht_locks[i].ht_lock,
961                     NULL, MUTEX_DEFAULT, NULL);
962         }
963 }
964
965 #define ARC_MINTIME     (hz>>4) /* 62 ms */
966
967 static void
968 arc_cksum_verify(arc_buf_t *buf)
969 {
970         zio_cksum_t zc;
971
972         if (!(zfs_flags & ZFS_DEBUG_MODIFY))
973                 return;
974
975         mutex_enter(&buf->b_hdr->b_freeze_lock);
976         if (buf->b_hdr->b_freeze_cksum == NULL ||
977             (buf->b_hdr->b_flags & ARC_IO_ERROR)) {
978                 mutex_exit(&buf->b_hdr->b_freeze_lock);
979                 return;
980         }
981         fletcher_2_native(buf->b_data, buf->b_hdr->b_size, &zc);
982         if (!ZIO_CHECKSUM_EQUAL(*buf->b_hdr->b_freeze_cksum, zc))
983                 panic("buffer modified while frozen!");
984         mutex_exit(&buf->b_hdr->b_freeze_lock);
985 }
986
987 static int
988 arc_cksum_equal(arc_buf_t *buf)
989 {
990         zio_cksum_t zc;
991         int equal;
992
993         mutex_enter(&buf->b_hdr->b_freeze_lock);
994         fletcher_2_native(buf->b_data, buf->b_hdr->b_size, &zc);
995         equal = ZIO_CHECKSUM_EQUAL(*buf->b_hdr->b_freeze_cksum, zc);
996         mutex_exit(&buf->b_hdr->b_freeze_lock);
997
998         return (equal);
999 }
1000
1001 static void
1002 arc_cksum_compute(arc_buf_t *buf, boolean_t force)
1003 {
1004         if (!force && !(zfs_flags & ZFS_DEBUG_MODIFY))
1005                 return;
1006
1007         mutex_enter(&buf->b_hdr->b_freeze_lock);
1008         if (buf->b_hdr->b_freeze_cksum != NULL) {
1009                 mutex_exit(&buf->b_hdr->b_freeze_lock);
1010                 return;
1011         }
1012         buf->b_hdr->b_freeze_cksum = kmem_alloc(sizeof (zio_cksum_t),
1013                                                 KM_PUSHPAGE);
1014         fletcher_2_native(buf->b_data, buf->b_hdr->b_size,
1015             buf->b_hdr->b_freeze_cksum);
1016         mutex_exit(&buf->b_hdr->b_freeze_lock);
1017 }
1018
1019 void
1020 arc_buf_thaw(arc_buf_t *buf)
1021 {
1022         if (zfs_flags & ZFS_DEBUG_MODIFY) {
1023                 if (buf->b_hdr->b_state != arc_anon)
1024                         panic("modifying non-anon buffer!");
1025                 if (buf->b_hdr->b_flags & ARC_IO_IN_PROGRESS)
1026                         panic("modifying buffer while i/o in progress!");
1027                 arc_cksum_verify(buf);
1028         }
1029
1030         mutex_enter(&buf->b_hdr->b_freeze_lock);
1031         if (buf->b_hdr->b_freeze_cksum != NULL) {
1032                 kmem_free(buf->b_hdr->b_freeze_cksum, sizeof (zio_cksum_t));
1033                 buf->b_hdr->b_freeze_cksum = NULL;
1034         }
1035
1036         if (zfs_flags & ZFS_DEBUG_MODIFY) {
1037                 if (buf->b_hdr->b_thawed)
1038                         kmem_free(buf->b_hdr->b_thawed, 1);
1039                 buf->b_hdr->b_thawed = kmem_alloc(1, KM_SLEEP);
1040         }
1041
1042         mutex_exit(&buf->b_hdr->b_freeze_lock);
1043 }
1044
1045 void
1046 arc_buf_freeze(arc_buf_t *buf)
1047 {
1048         kmutex_t *hash_lock;
1049
1050         if (!(zfs_flags & ZFS_DEBUG_MODIFY))
1051                 return;
1052
1053         hash_lock = HDR_LOCK(buf->b_hdr);
1054         mutex_enter(hash_lock);
1055
1056         ASSERT(buf->b_hdr->b_freeze_cksum != NULL ||
1057             buf->b_hdr->b_state == arc_anon);
1058         arc_cksum_compute(buf, B_FALSE);
1059         mutex_exit(hash_lock);
1060 }
1061
1062 static void
1063 add_reference(arc_buf_hdr_t *ab, kmutex_t *hash_lock, void *tag)
1064 {
1065         ASSERT(MUTEX_HELD(hash_lock));
1066
1067         if ((refcount_add(&ab->b_refcnt, tag) == 1) &&
1068             (ab->b_state != arc_anon)) {
1069                 uint64_t delta = ab->b_size * ab->b_datacnt;
1070                 list_t *list = &ab->b_state->arcs_list[ab->b_type];
1071                 uint64_t *size = &ab->b_state->arcs_lsize[ab->b_type];
1072
1073                 ASSERT(!MUTEX_HELD(&ab->b_state->arcs_mtx));
1074                 mutex_enter(&ab->b_state->arcs_mtx);
1075                 ASSERT(list_link_active(&ab->b_arc_node));
1076                 list_remove(list, ab);
1077                 if (GHOST_STATE(ab->b_state)) {
1078                         ASSERT0(ab->b_datacnt);
1079                         ASSERT3P(ab->b_buf, ==, NULL);
1080                         delta = ab->b_size;
1081                 }
1082                 ASSERT(delta > 0);
1083                 ASSERT3U(*size, >=, delta);
1084                 atomic_add_64(size, -delta);
1085                 mutex_exit(&ab->b_state->arcs_mtx);
1086                 /* remove the prefetch flag if we get a reference */
1087                 if (ab->b_flags & ARC_PREFETCH)
1088                         ab->b_flags &= ~ARC_PREFETCH;
1089         }
1090 }
1091
1092 static int
1093 remove_reference(arc_buf_hdr_t *ab, kmutex_t *hash_lock, void *tag)
1094 {
1095         int cnt;
1096         arc_state_t *state = ab->b_state;
1097
1098         ASSERT(state == arc_anon || MUTEX_HELD(hash_lock));
1099         ASSERT(!GHOST_STATE(state));
1100
1101         if (((cnt = refcount_remove(&ab->b_refcnt, tag)) == 0) &&
1102             (state != arc_anon)) {
1103                 uint64_t *size = &state->arcs_lsize[ab->b_type];
1104
1105                 ASSERT(!MUTEX_HELD(&state->arcs_mtx));
1106                 mutex_enter(&state->arcs_mtx);
1107                 ASSERT(!list_link_active(&ab->b_arc_node));
1108                 list_insert_head(&state->arcs_list[ab->b_type], ab);
1109                 ASSERT(ab->b_datacnt > 0);
1110                 atomic_add_64(size, ab->b_size * ab->b_datacnt);
1111                 mutex_exit(&state->arcs_mtx);
1112         }
1113         return (cnt);
1114 }
1115
1116 /*
1117  * Move the supplied buffer to the indicated state.  The mutex
1118  * for the buffer must be held by the caller.
1119  */
1120 static void
1121 arc_change_state(arc_state_t *new_state, arc_buf_hdr_t *ab, kmutex_t *hash_lock)
1122 {
1123         arc_state_t *old_state = ab->b_state;
1124         int64_t refcnt = refcount_count(&ab->b_refcnt);
1125         uint64_t from_delta, to_delta;
1126
1127         ASSERT(MUTEX_HELD(hash_lock));
1128         ASSERT(new_state != old_state);
1129         ASSERT(refcnt == 0 || ab->b_datacnt > 0);
1130         ASSERT(ab->b_datacnt == 0 || !GHOST_STATE(new_state));
1131         ASSERT(ab->b_datacnt <= 1 || old_state != arc_anon);
1132
1133         from_delta = to_delta = ab->b_datacnt * ab->b_size;
1134
1135         /*
1136          * If this buffer is evictable, transfer it from the
1137          * old state list to the new state list.
1138          */
1139         if (refcnt == 0) {
1140                 if (old_state != arc_anon) {
1141                         int use_mutex = !MUTEX_HELD(&old_state->arcs_mtx);
1142                         uint64_t *size = &old_state->arcs_lsize[ab->b_type];
1143
1144                         if (use_mutex)
1145                                 mutex_enter(&old_state->arcs_mtx);
1146
1147                         ASSERT(list_link_active(&ab->b_arc_node));
1148                         list_remove(&old_state->arcs_list[ab->b_type], ab);
1149
1150                         /*
1151                          * If prefetching out of the ghost cache,
1152                          * we will have a non-zero datacnt.
1153                          */
1154                         if (GHOST_STATE(old_state) && ab->b_datacnt == 0) {
1155                                 /* ghost elements have a ghost size */
1156                                 ASSERT(ab->b_buf == NULL);
1157                                 from_delta = ab->b_size;
1158                         }
1159                         ASSERT3U(*size, >=, from_delta);
1160                         atomic_add_64(size, -from_delta);
1161
1162                         if (use_mutex)
1163                                 mutex_exit(&old_state->arcs_mtx);
1164                 }
1165                 if (new_state != arc_anon) {
1166                         int use_mutex = !MUTEX_HELD(&new_state->arcs_mtx);
1167                         uint64_t *size = &new_state->arcs_lsize[ab->b_type];
1168
1169                         if (use_mutex)
1170                                 mutex_enter(&new_state->arcs_mtx);
1171
1172                         list_insert_head(&new_state->arcs_list[ab->b_type], ab);
1173
1174                         /* ghost elements have a ghost size */
1175                         if (GHOST_STATE(new_state)) {
1176                                 ASSERT(ab->b_datacnt == 0);
1177                                 ASSERT(ab->b_buf == NULL);
1178                                 to_delta = ab->b_size;
1179                         }
1180                         atomic_add_64(size, to_delta);
1181
1182                         if (use_mutex)
1183                                 mutex_exit(&new_state->arcs_mtx);
1184                 }
1185         }
1186
1187         ASSERT(!BUF_EMPTY(ab));
1188         if (new_state == arc_anon && HDR_IN_HASH_TABLE(ab))
1189                 buf_hash_remove(ab);
1190
1191         /* adjust state sizes */
1192         if (to_delta)
1193                 atomic_add_64(&new_state->arcs_size, to_delta);
1194         if (from_delta) {
1195                 ASSERT3U(old_state->arcs_size, >=, from_delta);
1196                 atomic_add_64(&old_state->arcs_size, -from_delta);
1197         }
1198         ab->b_state = new_state;
1199
1200         /* adjust l2arc hdr stats */
1201         if (new_state == arc_l2c_only)
1202                 l2arc_hdr_stat_add();
1203         else if (old_state == arc_l2c_only)
1204                 l2arc_hdr_stat_remove();
1205 }
1206
1207 void
1208 arc_space_consume(uint64_t space, arc_space_type_t type)
1209 {
1210         ASSERT(type >= 0 && type < ARC_SPACE_NUMTYPES);
1211
1212         switch (type) {
1213         default:
1214                 break;
1215         case ARC_SPACE_DATA:
1216                 ARCSTAT_INCR(arcstat_data_size, space);
1217                 break;
1218         case ARC_SPACE_OTHER:
1219                 ARCSTAT_INCR(arcstat_other_size, space);
1220                 break;
1221         case ARC_SPACE_HDRS:
1222                 ARCSTAT_INCR(arcstat_hdr_size, space);
1223                 break;
1224         case ARC_SPACE_L2HDRS:
1225                 ARCSTAT_INCR(arcstat_l2_hdr_size, space);
1226                 break;
1227         }
1228
1229         atomic_add_64(&arc_meta_used, space);
1230         atomic_add_64(&arc_size, space);
1231 }
1232
1233 void
1234 arc_space_return(uint64_t space, arc_space_type_t type)
1235 {
1236         ASSERT(type >= 0 && type < ARC_SPACE_NUMTYPES);
1237
1238         switch (type) {
1239         default:
1240                 break;
1241         case ARC_SPACE_DATA:
1242                 ARCSTAT_INCR(arcstat_data_size, -space);
1243                 break;
1244         case ARC_SPACE_OTHER:
1245                 ARCSTAT_INCR(arcstat_other_size, -space);
1246                 break;
1247         case ARC_SPACE_HDRS:
1248                 ARCSTAT_INCR(arcstat_hdr_size, -space);
1249                 break;
1250         case ARC_SPACE_L2HDRS:
1251                 ARCSTAT_INCR(arcstat_l2_hdr_size, -space);
1252                 break;
1253         }
1254
1255         ASSERT(arc_meta_used >= space);
1256         if (arc_meta_max < arc_meta_used)
1257                 arc_meta_max = arc_meta_used;
1258         atomic_add_64(&arc_meta_used, -space);
1259         ASSERT(arc_size >= space);
1260         atomic_add_64(&arc_size, -space);
1261 }
1262
1263 void *
1264 arc_data_buf_alloc(uint64_t size)
1265 {
1266         if (arc_evict_needed(ARC_BUFC_DATA))
1267                 cv_signal(&arc_reclaim_thr_cv);
1268         atomic_add_64(&arc_size, size);
1269         return (zio_data_buf_alloc(size));
1270 }
1271
1272 void
1273 arc_data_buf_free(void *buf, uint64_t size)
1274 {
1275         zio_data_buf_free(buf, size);
1276         ASSERT(arc_size >= size);
1277         atomic_add_64(&arc_size, -size);
1278 }
1279
1280 arc_buf_t *
1281 arc_buf_alloc(spa_t *spa, int size, void *tag, arc_buf_contents_t type)
1282 {
1283         arc_buf_hdr_t *hdr;
1284         arc_buf_t *buf;
1285
1286         ASSERT3U(size, >, 0);
1287         hdr = kmem_cache_alloc(hdr_cache, KM_PUSHPAGE);
1288         ASSERT(BUF_EMPTY(hdr));
1289         hdr->b_size = size;
1290         hdr->b_type = type;
1291         hdr->b_spa = spa_load_guid(spa);
1292         hdr->b_state = arc_anon;
1293         hdr->b_arc_access = 0;
1294         buf = kmem_cache_alloc(buf_cache, KM_PUSHPAGE);
1295         buf->b_hdr = hdr;
1296         buf->b_data = NULL;
1297         buf->b_efunc = NULL;
1298         buf->b_private = NULL;
1299         buf->b_next = NULL;
1300         hdr->b_buf = buf;
1301         arc_get_data_buf(buf);
1302         hdr->b_datacnt = 1;
1303         hdr->b_flags = 0;
1304         ASSERT(refcount_is_zero(&hdr->b_refcnt));
1305         (void) refcount_add(&hdr->b_refcnt, tag);
1306
1307         return (buf);
1308 }
1309
1310 static char *arc_onloan_tag = "onloan";
1311
1312 /*
1313  * Loan out an anonymous arc buffer. Loaned buffers are not counted as in
1314  * flight data by arc_tempreserve_space() until they are "returned". Loaned
1315  * buffers must be returned to the arc before they can be used by the DMU or
1316  * freed.
1317  */
1318 arc_buf_t *
1319 arc_loan_buf(spa_t *spa, int size)
1320 {
1321         arc_buf_t *buf;
1322
1323         buf = arc_buf_alloc(spa, size, arc_onloan_tag, ARC_BUFC_DATA);
1324
1325         atomic_add_64(&arc_loaned_bytes, size);
1326         return (buf);
1327 }
1328
1329 /*
1330  * Return a loaned arc buffer to the arc.
1331  */
1332 void
1333 arc_return_buf(arc_buf_t *buf, void *tag)
1334 {
1335         arc_buf_hdr_t *hdr = buf->b_hdr;
1336
1337         ASSERT(buf->b_data != NULL);
1338         (void) refcount_add(&hdr->b_refcnt, tag);
1339         (void) refcount_remove(&hdr->b_refcnt, arc_onloan_tag);
1340
1341         atomic_add_64(&arc_loaned_bytes, -hdr->b_size);
1342 }
1343
1344 /* Detach an arc_buf from a dbuf (tag) */
1345 void
1346 arc_loan_inuse_buf(arc_buf_t *buf, void *tag)
1347 {
1348         arc_buf_hdr_t *hdr;
1349
1350         ASSERT(buf->b_data != NULL);
1351         hdr = buf->b_hdr;
1352         (void) refcount_add(&hdr->b_refcnt, arc_onloan_tag);
1353         (void) refcount_remove(&hdr->b_refcnt, tag);
1354         buf->b_efunc = NULL;
1355         buf->b_private = NULL;
1356
1357         atomic_add_64(&arc_loaned_bytes, hdr->b_size);
1358 }
1359
1360 static arc_buf_t *
1361 arc_buf_clone(arc_buf_t *from)
1362 {
1363         arc_buf_t *buf;
1364         arc_buf_hdr_t *hdr = from->b_hdr;
1365         uint64_t size = hdr->b_size;
1366
1367         ASSERT(hdr->b_state != arc_anon);
1368
1369         buf = kmem_cache_alloc(buf_cache, KM_PUSHPAGE);
1370         buf->b_hdr = hdr;
1371         buf->b_data = NULL;
1372         buf->b_efunc = NULL;
1373         buf->b_private = NULL;
1374         buf->b_next = hdr->b_buf;
1375         hdr->b_buf = buf;
1376         arc_get_data_buf(buf);
1377         bcopy(from->b_data, buf->b_data, size);
1378
1379         /*
1380          * This buffer already exists in the arc so create a duplicate
1381          * copy for the caller.  If the buffer is associated with user data
1382          * then track the size and number of duplicates.  These stats will be
1383          * updated as duplicate buffers are created and destroyed.
1384          */
1385         if (hdr->b_type == ARC_BUFC_DATA) {
1386                 ARCSTAT_BUMP(arcstat_duplicate_buffers);
1387                 ARCSTAT_INCR(arcstat_duplicate_buffers_size, size);
1388         }
1389         hdr->b_datacnt += 1;
1390         return (buf);
1391 }
1392
1393 void
1394 arc_buf_add_ref(arc_buf_t *buf, void* tag)
1395 {
1396         arc_buf_hdr_t *hdr;
1397         kmutex_t *hash_lock;
1398
1399         /*
1400          * Check to see if this buffer is evicted.  Callers
1401          * must verify b_data != NULL to know if the add_ref
1402          * was successful.
1403          */
1404         mutex_enter(&buf->b_evict_lock);
1405         if (buf->b_data == NULL) {
1406                 mutex_exit(&buf->b_evict_lock);
1407                 return;
1408         }
1409         hash_lock = HDR_LOCK(buf->b_hdr);
1410         mutex_enter(hash_lock);
1411         hdr = buf->b_hdr;
1412         ASSERT3P(hash_lock, ==, HDR_LOCK(hdr));
1413         mutex_exit(&buf->b_evict_lock);
1414
1415         ASSERT(hdr->b_state == arc_mru || hdr->b_state == arc_mfu);
1416         add_reference(hdr, hash_lock, tag);
1417         DTRACE_PROBE1(arc__hit, arc_buf_hdr_t *, hdr);
1418         arc_access(hdr, hash_lock);
1419         mutex_exit(hash_lock);
1420         ARCSTAT_BUMP(arcstat_hits);
1421         ARCSTAT_CONDSTAT(!(hdr->b_flags & ARC_PREFETCH),
1422             demand, prefetch, hdr->b_type != ARC_BUFC_METADATA,
1423             data, metadata, hits);
1424 }
1425
1426 /*
1427  * Free the arc data buffer.  If it is an l2arc write in progress,
1428  * the buffer is placed on l2arc_free_on_write to be freed later.
1429  */
1430 static void
1431 arc_buf_data_free(arc_buf_hdr_t *hdr, void (*free_func)(void *, size_t),
1432     void *data, size_t size)
1433 {
1434         if (HDR_L2_WRITING(hdr)) {
1435                 l2arc_data_free_t *df;
1436                 df = kmem_alloc(sizeof (l2arc_data_free_t), KM_PUSHPAGE);
1437                 df->l2df_data = data;
1438                 df->l2df_size = size;
1439                 df->l2df_func = free_func;
1440                 mutex_enter(&l2arc_free_on_write_mtx);
1441                 list_insert_head(l2arc_free_on_write, df);
1442                 mutex_exit(&l2arc_free_on_write_mtx);
1443                 ARCSTAT_BUMP(arcstat_l2_free_on_write);
1444         } else {
1445                 free_func(data, size);
1446         }
1447 }
1448
1449 static void
1450 arc_buf_destroy(arc_buf_t *buf, boolean_t recycle, boolean_t all)
1451 {
1452         arc_buf_t **bufp;
1453
1454         /* free up data associated with the buf */
1455         if (buf->b_data) {
1456                 arc_state_t *state = buf->b_hdr->b_state;
1457                 uint64_t size = buf->b_hdr->b_size;
1458                 arc_buf_contents_t type = buf->b_hdr->b_type;
1459
1460                 arc_cksum_verify(buf);
1461
1462                 if (!recycle) {
1463                         if (type == ARC_BUFC_METADATA) {
1464                                 arc_buf_data_free(buf->b_hdr, zio_buf_free,
1465                                     buf->b_data, size);
1466                                 arc_space_return(size, ARC_SPACE_DATA);
1467                         } else {
1468                                 ASSERT(type == ARC_BUFC_DATA);
1469                                 arc_buf_data_free(buf->b_hdr,
1470                                     zio_data_buf_free, buf->b_data, size);
1471                                 ARCSTAT_INCR(arcstat_data_size, -size);
1472                                 atomic_add_64(&arc_size, -size);
1473                         }
1474                 }
1475                 if (list_link_active(&buf->b_hdr->b_arc_node)) {
1476                         uint64_t *cnt = &state->arcs_lsize[type];
1477
1478                         ASSERT(refcount_is_zero(&buf->b_hdr->b_refcnt));
1479                         ASSERT(state != arc_anon);
1480
1481                         ASSERT3U(*cnt, >=, size);
1482                         atomic_add_64(cnt, -size);
1483                 }
1484                 ASSERT3U(state->arcs_size, >=, size);
1485                 atomic_add_64(&state->arcs_size, -size);
1486                 buf->b_data = NULL;
1487
1488                 /*
1489                  * If we're destroying a duplicate buffer make sure
1490                  * that the appropriate statistics are updated.
1491                  */
1492                 if (buf->b_hdr->b_datacnt > 1 &&
1493                     buf->b_hdr->b_type == ARC_BUFC_DATA) {
1494                         ARCSTAT_BUMPDOWN(arcstat_duplicate_buffers);
1495                         ARCSTAT_INCR(arcstat_duplicate_buffers_size, -size);
1496                 }
1497                 ASSERT(buf->b_hdr->b_datacnt > 0);
1498                 buf->b_hdr->b_datacnt -= 1;
1499         }
1500
1501         /* only remove the buf if requested */
1502         if (!all)
1503                 return;
1504
1505         /* remove the buf from the hdr list */
1506         for (bufp = &buf->b_hdr->b_buf; *bufp != buf; bufp = &(*bufp)->b_next)
1507                 continue;
1508         *bufp = buf->b_next;
1509         buf->b_next = NULL;
1510
1511         ASSERT(buf->b_efunc == NULL);
1512
1513         /* clean up the buf */
1514         buf->b_hdr = NULL;
1515         kmem_cache_free(buf_cache, buf);
1516 }
1517
1518 static void
1519 arc_hdr_destroy(arc_buf_hdr_t *hdr)
1520 {
1521         l2arc_buf_hdr_t *l2hdr = hdr->b_l2hdr;
1522
1523         ASSERT(refcount_is_zero(&hdr->b_refcnt));
1524         ASSERT3P(hdr->b_state, ==, arc_anon);
1525         ASSERT(!HDR_IO_IN_PROGRESS(hdr));
1526
1527         if (l2hdr != NULL) {
1528                 boolean_t buflist_held = MUTEX_HELD(&l2arc_buflist_mtx);
1529                 /*
1530                  * To prevent arc_free() and l2arc_evict() from
1531                  * attempting to free the same buffer at the same time,
1532                  * a FREE_IN_PROGRESS flag is given to arc_free() to
1533                  * give it priority.  l2arc_evict() can't destroy this
1534                  * header while we are waiting on l2arc_buflist_mtx.
1535                  *
1536                  * The hdr may be removed from l2ad_buflist before we
1537                  * grab l2arc_buflist_mtx, so b_l2hdr is rechecked.
1538                  */
1539                 if (!buflist_held) {
1540                         mutex_enter(&l2arc_buflist_mtx);
1541                         l2hdr = hdr->b_l2hdr;
1542                 }
1543
1544                 if (l2hdr != NULL) {
1545                         list_remove(l2hdr->b_dev->l2ad_buflist, hdr);
1546                         ARCSTAT_INCR(arcstat_l2_size, -hdr->b_size);
1547                         kmem_free(l2hdr, sizeof (l2arc_buf_hdr_t));
1548                         arc_space_return(L2HDR_SIZE, ARC_SPACE_L2HDRS);
1549                         if (hdr->b_state == arc_l2c_only)
1550                                 l2arc_hdr_stat_remove();
1551                         hdr->b_l2hdr = NULL;
1552                 }
1553
1554                 if (!buflist_held)
1555                         mutex_exit(&l2arc_buflist_mtx);
1556         }
1557
1558         if (!BUF_EMPTY(hdr)) {
1559                 ASSERT(!HDR_IN_HASH_TABLE(hdr));
1560                 buf_discard_identity(hdr);
1561         }
1562         while (hdr->b_buf) {
1563                 arc_buf_t *buf = hdr->b_buf;
1564
1565                 if (buf->b_efunc) {
1566                         mutex_enter(&arc_eviction_mtx);
1567                         mutex_enter(&buf->b_evict_lock);
1568                         ASSERT(buf->b_hdr != NULL);
1569                         arc_buf_destroy(hdr->b_buf, FALSE, FALSE);
1570                         hdr->b_buf = buf->b_next;
1571                         buf->b_hdr = &arc_eviction_hdr;
1572                         buf->b_next = arc_eviction_list;
1573                         arc_eviction_list = buf;
1574                         mutex_exit(&buf->b_evict_lock);
1575                         mutex_exit(&arc_eviction_mtx);
1576                 } else {
1577                         arc_buf_destroy(hdr->b_buf, FALSE, TRUE);
1578                 }
1579         }
1580         if (hdr->b_freeze_cksum != NULL) {
1581                 kmem_free(hdr->b_freeze_cksum, sizeof (zio_cksum_t));
1582                 hdr->b_freeze_cksum = NULL;
1583         }
1584         if (hdr->b_thawed) {
1585                 kmem_free(hdr->b_thawed, 1);
1586                 hdr->b_thawed = NULL;
1587         }
1588
1589         ASSERT(!list_link_active(&hdr->b_arc_node));
1590         ASSERT3P(hdr->b_hash_next, ==, NULL);
1591         ASSERT3P(hdr->b_acb, ==, NULL);
1592         kmem_cache_free(hdr_cache, hdr);
1593 }
1594
1595 void
1596 arc_buf_free(arc_buf_t *buf, void *tag)
1597 {
1598         arc_buf_hdr_t *hdr = buf->b_hdr;
1599         int hashed = hdr->b_state != arc_anon;
1600
1601         ASSERT(buf->b_efunc == NULL);
1602         ASSERT(buf->b_data != NULL);
1603
1604         if (hashed) {
1605                 kmutex_t *hash_lock = HDR_LOCK(hdr);
1606
1607                 mutex_enter(hash_lock);
1608                 hdr = buf->b_hdr;
1609                 ASSERT3P(hash_lock, ==, HDR_LOCK(hdr));
1610
1611                 (void) remove_reference(hdr, hash_lock, tag);
1612                 if (hdr->b_datacnt > 1) {
1613                         arc_buf_destroy(buf, FALSE, TRUE);
1614                 } else {
1615                         ASSERT(buf == hdr->b_buf);
1616                         ASSERT(buf->b_efunc == NULL);
1617                         hdr->b_flags |= ARC_BUF_AVAILABLE;
1618                 }
1619                 mutex_exit(hash_lock);
1620         } else if (HDR_IO_IN_PROGRESS(hdr)) {
1621                 int destroy_hdr;
1622                 /*
1623                  * We are in the middle of an async write.  Don't destroy
1624                  * this buffer unless the write completes before we finish
1625                  * decrementing the reference count.
1626                  */
1627                 mutex_enter(&arc_eviction_mtx);
1628                 (void) remove_reference(hdr, NULL, tag);
1629                 ASSERT(refcount_is_zero(&hdr->b_refcnt));
1630                 destroy_hdr = !HDR_IO_IN_PROGRESS(hdr);
1631                 mutex_exit(&arc_eviction_mtx);
1632                 if (destroy_hdr)
1633                         arc_hdr_destroy(hdr);
1634         } else {
1635                 if (remove_reference(hdr, NULL, tag) > 0)
1636                         arc_buf_destroy(buf, FALSE, TRUE);
1637                 else
1638                         arc_hdr_destroy(hdr);
1639         }
1640 }
1641
1642 int
1643 arc_buf_remove_ref(arc_buf_t *buf, void* tag)
1644 {
1645         arc_buf_hdr_t *hdr = buf->b_hdr;
1646         kmutex_t *hash_lock = NULL;
1647         int no_callback = (buf->b_efunc == NULL);
1648
1649         if (hdr->b_state == arc_anon) {
1650                 ASSERT(hdr->b_datacnt == 1);
1651                 arc_buf_free(buf, tag);
1652                 return (no_callback);
1653         }
1654
1655         hash_lock = HDR_LOCK(hdr);
1656         mutex_enter(hash_lock);
1657         hdr = buf->b_hdr;
1658         ASSERT3P(hash_lock, ==, HDR_LOCK(hdr));
1659         ASSERT(hdr->b_state != arc_anon);
1660         ASSERT(buf->b_data != NULL);
1661
1662         (void) remove_reference(hdr, hash_lock, tag);
1663         if (hdr->b_datacnt > 1) {
1664                 if (no_callback)
1665                         arc_buf_destroy(buf, FALSE, TRUE);
1666         } else if (no_callback) {
1667                 ASSERT(hdr->b_buf == buf && buf->b_next == NULL);
1668                 ASSERT(buf->b_efunc == NULL);
1669                 hdr->b_flags |= ARC_BUF_AVAILABLE;
1670         }
1671         ASSERT(no_callback || hdr->b_datacnt > 1 ||
1672             refcount_is_zero(&hdr->b_refcnt));
1673         mutex_exit(hash_lock);
1674         return (no_callback);
1675 }
1676
1677 int
1678 arc_buf_size(arc_buf_t *buf)
1679 {
1680         return (buf->b_hdr->b_size);
1681 }
1682
1683 /*
1684  * Called from the DMU to determine if the current buffer should be
1685  * evicted. In order to ensure proper locking, the eviction must be initiated
1686  * from the DMU. Return true if the buffer is associated with user data and
1687  * duplicate buffers still exist.
1688  */
1689 boolean_t
1690 arc_buf_eviction_needed(arc_buf_t *buf)
1691 {
1692         arc_buf_hdr_t *hdr;
1693         boolean_t evict_needed = B_FALSE;
1694
1695         if (zfs_disable_dup_eviction)
1696                 return (B_FALSE);
1697
1698         mutex_enter(&buf->b_evict_lock);
1699         hdr = buf->b_hdr;
1700         if (hdr == NULL) {
1701                 /*
1702                  * We are in arc_do_user_evicts(); let that function
1703                  * perform the eviction.
1704                  */
1705                 ASSERT(buf->b_data == NULL);
1706                 mutex_exit(&buf->b_evict_lock);
1707                 return (B_FALSE);
1708         } else if (buf->b_data == NULL) {
1709                 /*
1710                  * We have already been added to the arc eviction list;
1711                  * recommend eviction.
1712                  */
1713                 ASSERT3P(hdr, ==, &arc_eviction_hdr);
1714                 mutex_exit(&buf->b_evict_lock);
1715                 return (B_TRUE);
1716         }
1717
1718         if (hdr->b_datacnt > 1 && hdr->b_type == ARC_BUFC_DATA)
1719                 evict_needed = B_TRUE;
1720
1721         mutex_exit(&buf->b_evict_lock);
1722         return (evict_needed);
1723 }
1724
1725 /*
1726  * Evict buffers from list until we've removed the specified number of
1727  * bytes.  Move the removed buffers to the appropriate evict state.
1728  * If the recycle flag is set, then attempt to "recycle" a buffer:
1729  * - look for a buffer to evict that is `bytes' long.
1730  * - return the data block from this buffer rather than freeing it.
1731  * This flag is used by callers that are trying to make space for a
1732  * new buffer in a full arc cache.
1733  *
1734  * This function makes a "best effort".  It skips over any buffers
1735  * it can't get a hash_lock on, and so may not catch all candidates.
1736  * It may also return without evicting as much space as requested.
1737  */
1738 static void *
1739 arc_evict(arc_state_t *state, uint64_t spa, int64_t bytes, boolean_t recycle,
1740     arc_buf_contents_t type)
1741 {
1742         arc_state_t *evicted_state;
1743         uint64_t bytes_evicted = 0, skipped = 0, missed = 0;
1744         arc_buf_hdr_t *ab, *ab_prev = NULL;
1745         list_t *list = &state->arcs_list[type];
1746         kmutex_t *hash_lock;
1747         boolean_t have_lock;
1748         void *stolen = NULL;
1749
1750         ASSERT(state == arc_mru || state == arc_mfu);
1751
1752         evicted_state = (state == arc_mru) ? arc_mru_ghost : arc_mfu_ghost;
1753
1754         mutex_enter(&state->arcs_mtx);
1755         mutex_enter(&evicted_state->arcs_mtx);
1756
1757         for (ab = list_tail(list); ab; ab = ab_prev) {
1758                 ab_prev = list_prev(list, ab);
1759                 /* prefetch buffers have a minimum lifespan */
1760                 if (HDR_IO_IN_PROGRESS(ab) ||
1761                     (spa && ab->b_spa != spa) ||
1762                     (ab->b_flags & (ARC_PREFETCH|ARC_INDIRECT) &&
1763                     ddi_get_lbolt() - ab->b_arc_access <
1764                     arc_min_prefetch_lifespan)) {
1765                         skipped++;
1766                         continue;
1767                 }
1768                 /* "lookahead" for better eviction candidate */
1769                 if (recycle && ab->b_size != bytes &&
1770                     ab_prev && ab_prev->b_size == bytes)
1771                         continue;
1772                 hash_lock = HDR_LOCK(ab);
1773                 have_lock = MUTEX_HELD(hash_lock);
1774                 if (have_lock || mutex_tryenter(hash_lock)) {
1775                         ASSERT0(refcount_count(&ab->b_refcnt));
1776                         ASSERT(ab->b_datacnt > 0);
1777                         while (ab->b_buf) {
1778                                 arc_buf_t *buf = ab->b_buf;
1779                                 if (!mutex_tryenter(&buf->b_evict_lock)) {
1780                                         missed += 1;
1781                                         break;
1782                                 }
1783                                 if (buf->b_data) {
1784                                         bytes_evicted += ab->b_size;
1785                                         if (recycle && ab->b_type == type &&
1786                                             ab->b_size == bytes &&
1787                                             !HDR_L2_WRITING(ab)) {
1788                                                 stolen = buf->b_data;
1789                                                 recycle = FALSE;
1790                                         }
1791                                 }
1792                                 if (buf->b_efunc) {
1793                                         mutex_enter(&arc_eviction_mtx);
1794                                         arc_buf_destroy(buf,
1795                                             buf->b_data == stolen, FALSE);
1796                                         ab->b_buf = buf->b_next;
1797                                         buf->b_hdr = &arc_eviction_hdr;
1798                                         buf->b_next = arc_eviction_list;
1799                                         arc_eviction_list = buf;
1800                                         mutex_exit(&arc_eviction_mtx);
1801                                         mutex_exit(&buf->b_evict_lock);
1802                                 } else {
1803                                         mutex_exit(&buf->b_evict_lock);
1804                                         arc_buf_destroy(buf,
1805                                             buf->b_data == stolen, TRUE);
1806                                 }
1807                         }
1808
1809                         if (ab->b_l2hdr) {
1810                                 ARCSTAT_INCR(arcstat_evict_l2_cached,
1811                                     ab->b_size);
1812                         } else {
1813                                 if (l2arc_write_eligible(ab->b_spa, ab)) {
1814                                         ARCSTAT_INCR(arcstat_evict_l2_eligible,
1815                                             ab->b_size);
1816                                 } else {
1817                                         ARCSTAT_INCR(
1818                                             arcstat_evict_l2_ineligible,
1819                                             ab->b_size);
1820                                 }
1821                         }
1822
1823                         if (ab->b_datacnt == 0) {
1824                                 arc_change_state(evicted_state, ab, hash_lock);
1825                                 ASSERT(HDR_IN_HASH_TABLE(ab));
1826                                 ab->b_flags |= ARC_IN_HASH_TABLE;
1827                                 ab->b_flags &= ~ARC_BUF_AVAILABLE;
1828                                 DTRACE_PROBE1(arc__evict, arc_buf_hdr_t *, ab);
1829                         }
1830                         if (!have_lock)
1831                                 mutex_exit(hash_lock);
1832                         if (bytes >= 0 && bytes_evicted >= bytes)
1833                                 break;
1834                 } else {
1835                         missed += 1;
1836                 }
1837         }
1838
1839         mutex_exit(&evicted_state->arcs_mtx);
1840         mutex_exit(&state->arcs_mtx);
1841
1842         if (bytes_evicted < bytes)
1843                 dprintf("only evicted %lld bytes from %x\n",
1844                     (longlong_t)bytes_evicted, state);
1845
1846         if (skipped)
1847                 ARCSTAT_INCR(arcstat_evict_skip, skipped);
1848
1849         if (missed)
1850                 ARCSTAT_INCR(arcstat_mutex_miss, missed);
1851
1852         /*
1853          * We have just evicted some date into the ghost state, make
1854          * sure we also adjust the ghost state size if necessary.
1855          */
1856         if (arc_no_grow &&
1857             arc_mru_ghost->arcs_size + arc_mfu_ghost->arcs_size > arc_c) {
1858                 int64_t mru_over = arc_anon->arcs_size + arc_mru->arcs_size +
1859                     arc_mru_ghost->arcs_size - arc_c;
1860
1861                 if (mru_over > 0 && arc_mru_ghost->arcs_lsize[type] > 0) {
1862                         int64_t todelete =
1863                             MIN(arc_mru_ghost->arcs_lsize[type], mru_over);
1864                         arc_evict_ghost(arc_mru_ghost, 0, todelete);
1865                 } else if (arc_mfu_ghost->arcs_lsize[type] > 0) {
1866                         int64_t todelete = MIN(arc_mfu_ghost->arcs_lsize[type],
1867                             arc_mru_ghost->arcs_size +
1868                             arc_mfu_ghost->arcs_size - arc_c);
1869                         arc_evict_ghost(arc_mfu_ghost, 0, todelete);
1870                 }
1871         }
1872
1873         return (stolen);
1874 }
1875
1876 /*
1877  * Remove buffers from list until we've removed the specified number of
1878  * bytes.  Destroy the buffers that are removed.
1879  */
1880 static void
1881 arc_evict_ghost(arc_state_t *state, uint64_t spa, int64_t bytes)
1882 {
1883         arc_buf_hdr_t *ab, *ab_prev;
1884         arc_buf_hdr_t marker;
1885         list_t *list = &state->arcs_list[ARC_BUFC_DATA];
1886         kmutex_t *hash_lock;
1887         uint64_t bytes_deleted = 0;
1888         uint64_t bufs_skipped = 0;
1889
1890         ASSERT(GHOST_STATE(state));
1891         bzero(&marker, sizeof(marker));
1892 top:
1893         mutex_enter(&state->arcs_mtx);
1894         for (ab = list_tail(list); ab; ab = ab_prev) {
1895                 ab_prev = list_prev(list, ab);
1896                 if (spa && ab->b_spa != spa)
1897                         continue;
1898
1899                 /* ignore markers */
1900                 if (ab->b_spa == 0)
1901                         continue;
1902
1903                 hash_lock = HDR_LOCK(ab);
1904                 /* caller may be trying to modify this buffer, skip it */
1905                 if (MUTEX_HELD(hash_lock))
1906                         continue;
1907                 if (mutex_tryenter(hash_lock)) {
1908                         ASSERT(!HDR_IO_IN_PROGRESS(ab));
1909                         ASSERT(ab->b_buf == NULL);
1910                         ARCSTAT_BUMP(arcstat_deleted);
1911                         bytes_deleted += ab->b_size;
1912
1913                         if (ab->b_l2hdr != NULL) {
1914                                 /*
1915                                  * This buffer is cached on the 2nd Level ARC;
1916                                  * don't destroy the header.
1917                                  */
1918                                 arc_change_state(arc_l2c_only, ab, hash_lock);
1919                                 mutex_exit(hash_lock);
1920                         } else {
1921                                 arc_change_state(arc_anon, ab, hash_lock);
1922                                 mutex_exit(hash_lock);
1923                                 arc_hdr_destroy(ab);
1924                         }
1925
1926                         DTRACE_PROBE1(arc__delete, arc_buf_hdr_t *, ab);
1927                         if (bytes >= 0 && bytes_deleted >= bytes)
1928                                 break;
1929                 } else if (bytes < 0) {
1930                         /*
1931                          * Insert a list marker and then wait for the
1932                          * hash lock to become available. Once its
1933                          * available, restart from where we left off.
1934                          */
1935                         list_insert_after(list, ab, &marker);
1936                         mutex_exit(&state->arcs_mtx);
1937                         mutex_enter(hash_lock);
1938                         mutex_exit(hash_lock);
1939                         mutex_enter(&state->arcs_mtx);
1940                         ab_prev = list_prev(list, &marker);
1941                         list_remove(list, &marker);
1942                 } else
1943                         bufs_skipped += 1;
1944         }
1945         mutex_exit(&state->arcs_mtx);
1946
1947         if (list == &state->arcs_list[ARC_BUFC_DATA] &&
1948             (bytes < 0 || bytes_deleted < bytes)) {
1949                 list = &state->arcs_list[ARC_BUFC_METADATA];
1950                 goto top;
1951         }
1952
1953         if (bufs_skipped) {
1954                 ARCSTAT_INCR(arcstat_mutex_miss, bufs_skipped);
1955                 ASSERT(bytes >= 0);
1956         }
1957
1958         if (bytes_deleted < bytes)
1959                 dprintf("only deleted %lld bytes from %p\n",
1960                     (longlong_t)bytes_deleted, state);
1961 }
1962
1963 static void
1964 arc_adjust(void)
1965 {
1966         int64_t adjustment, delta;
1967
1968         /*
1969          * Adjust MRU size
1970          */
1971
1972         adjustment = MIN((int64_t)(arc_size - arc_c),
1973             (int64_t)(arc_anon->arcs_size + arc_mru->arcs_size + arc_meta_used -
1974             arc_p));
1975
1976         if (adjustment > 0 && arc_mru->arcs_lsize[ARC_BUFC_DATA] > 0) {
1977                 delta = MIN(arc_mru->arcs_lsize[ARC_BUFC_DATA], adjustment);
1978                 (void) arc_evict(arc_mru, 0, delta, FALSE, ARC_BUFC_DATA);
1979                 adjustment -= delta;
1980         }
1981
1982         if (adjustment > 0 && arc_mru->arcs_lsize[ARC_BUFC_METADATA] > 0) {
1983                 delta = MIN(arc_mru->arcs_lsize[ARC_BUFC_METADATA], adjustment);
1984                 (void) arc_evict(arc_mru, 0, delta, FALSE,
1985                     ARC_BUFC_METADATA);
1986         }
1987
1988         /*
1989          * Adjust MFU size
1990          */
1991
1992         adjustment = arc_size - arc_c;
1993
1994         if (adjustment > 0 && arc_mfu->arcs_lsize[ARC_BUFC_DATA] > 0) {
1995                 delta = MIN(adjustment, arc_mfu->arcs_lsize[ARC_BUFC_DATA]);
1996                 (void) arc_evict(arc_mfu, 0, delta, FALSE, ARC_BUFC_DATA);
1997                 adjustment -= delta;
1998         }
1999
2000         if (adjustment > 0 && arc_mfu->arcs_lsize[ARC_BUFC_METADATA] > 0) {
2001                 int64_t delta = MIN(adjustment,
2002                     arc_mfu->arcs_lsize[ARC_BUFC_METADATA]);
2003                 (void) arc_evict(arc_mfu, 0, delta, FALSE,
2004                     ARC_BUFC_METADATA);
2005         }
2006
2007         /*
2008          * Adjust ghost lists
2009          */
2010
2011         adjustment = arc_mru->arcs_size + arc_mru_ghost->arcs_size - arc_c;
2012
2013         if (adjustment > 0 && arc_mru_ghost->arcs_size > 0) {
2014                 delta = MIN(arc_mru_ghost->arcs_size, adjustment);
2015                 arc_evict_ghost(arc_mru_ghost, 0, delta);
2016         }
2017
2018         adjustment =
2019             arc_mru_ghost->arcs_size + arc_mfu_ghost->arcs_size - arc_c;
2020
2021         if (adjustment > 0 && arc_mfu_ghost->arcs_size > 0) {
2022                 delta = MIN(arc_mfu_ghost->arcs_size, adjustment);
2023                 arc_evict_ghost(arc_mfu_ghost, 0, delta);
2024         }
2025 }
2026
2027 /*
2028  * Request that arc user drop references so that N bytes can be released
2029  * from the cache.  This provides a mechanism to ensure the arc can honor
2030  * the arc_meta_limit and reclaim buffers which are pinned in the cache
2031  * by higher layers.  (i.e. the zpl)
2032  */
2033 static void
2034 arc_do_user_prune(int64_t adjustment)
2035 {
2036         arc_prune_func_t *func;
2037         void *private;
2038         arc_prune_t *cp, *np;
2039
2040         mutex_enter(&arc_prune_mtx);
2041
2042         cp = list_head(&arc_prune_list);
2043         while (cp != NULL) {
2044                 func = cp->p_pfunc;
2045                 private = cp->p_private;
2046                 np = list_next(&arc_prune_list, cp);
2047                 refcount_add(&cp->p_refcnt, func);
2048                 mutex_exit(&arc_prune_mtx);
2049
2050                 if (func != NULL)
2051                         func(adjustment, private);
2052
2053                 mutex_enter(&arc_prune_mtx);
2054
2055                 /* User removed prune callback concurrently with execution */
2056                 if (refcount_remove(&cp->p_refcnt, func) == 0) {
2057                         ASSERT(!list_link_active(&cp->p_node));
2058                         refcount_destroy(&cp->p_refcnt);
2059                         kmem_free(cp, sizeof (*cp));
2060                 }
2061
2062                 cp = np;
2063         }
2064
2065         ARCSTAT_BUMP(arcstat_prune);
2066         mutex_exit(&arc_prune_mtx);
2067 }
2068
2069 static void
2070 arc_do_user_evicts(void)
2071 {
2072         mutex_enter(&arc_eviction_mtx);
2073         while (arc_eviction_list != NULL) {
2074                 arc_buf_t *buf = arc_eviction_list;
2075                 arc_eviction_list = buf->b_next;
2076                 mutex_enter(&buf->b_evict_lock);
2077                 buf->b_hdr = NULL;
2078                 mutex_exit(&buf->b_evict_lock);
2079                 mutex_exit(&arc_eviction_mtx);
2080
2081                 if (buf->b_efunc != NULL)
2082                         VERIFY(buf->b_efunc(buf) == 0);
2083
2084                 buf->b_efunc = NULL;
2085                 buf->b_private = NULL;
2086                 kmem_cache_free(buf_cache, buf);
2087                 mutex_enter(&arc_eviction_mtx);
2088         }
2089         mutex_exit(&arc_eviction_mtx);
2090 }
2091
2092 /*
2093  * Evict only meta data objects from the cache leaving the data objects.
2094  * This is only used to enforce the tunable arc_meta_limit, if we are
2095  * unable to evict enough buffers notify the user via the prune callback.
2096  */
2097 void
2098 arc_adjust_meta(int64_t adjustment, boolean_t may_prune)
2099 {
2100         int64_t delta;
2101
2102         if (adjustment > 0 && arc_mru->arcs_lsize[ARC_BUFC_METADATA] > 0) {
2103                 delta = MIN(arc_mru->arcs_lsize[ARC_BUFC_METADATA], adjustment);
2104                 arc_evict(arc_mru, 0, delta, FALSE, ARC_BUFC_METADATA);
2105                 adjustment -= delta;
2106         }
2107
2108         if (adjustment > 0 && arc_mfu->arcs_lsize[ARC_BUFC_METADATA] > 0) {
2109                 delta = MIN(arc_mfu->arcs_lsize[ARC_BUFC_METADATA], adjustment);
2110                 arc_evict(arc_mfu, 0, delta, FALSE, ARC_BUFC_METADATA);
2111                 adjustment -= delta;
2112         }
2113
2114         if (may_prune && (adjustment > 0) && (arc_meta_used > arc_meta_limit))
2115                 arc_do_user_prune(arc_meta_prune);
2116 }
2117
2118 /*
2119  * Flush all *evictable* data from the cache for the given spa.
2120  * NOTE: this will not touch "active" (i.e. referenced) data.
2121  */
2122 void
2123 arc_flush(spa_t *spa)
2124 {
2125         uint64_t guid = 0;
2126
2127         if (spa)
2128                 guid = spa_load_guid(spa);
2129
2130         while (list_head(&arc_mru->arcs_list[ARC_BUFC_DATA])) {
2131                 (void) arc_evict(arc_mru, guid, -1, FALSE, ARC_BUFC_DATA);
2132                 if (spa)
2133                         break;
2134         }
2135         while (list_head(&arc_mru->arcs_list[ARC_BUFC_METADATA])) {
2136                 (void) arc_evict(arc_mru, guid, -1, FALSE, ARC_BUFC_METADATA);
2137                 if (spa)
2138                         break;
2139         }
2140         while (list_head(&arc_mfu->arcs_list[ARC_BUFC_DATA])) {
2141                 (void) arc_evict(arc_mfu, guid, -1, FALSE, ARC_BUFC_DATA);
2142                 if (spa)
2143                         break;
2144         }
2145         while (list_head(&arc_mfu->arcs_list[ARC_BUFC_METADATA])) {
2146                 (void) arc_evict(arc_mfu, guid, -1, FALSE, ARC_BUFC_METADATA);
2147                 if (spa)
2148                         break;
2149         }
2150
2151         arc_evict_ghost(arc_mru_ghost, guid, -1);
2152         arc_evict_ghost(arc_mfu_ghost, guid, -1);
2153
2154         mutex_enter(&arc_reclaim_thr_lock);
2155         arc_do_user_evicts();
2156         mutex_exit(&arc_reclaim_thr_lock);
2157         ASSERT(spa || arc_eviction_list == NULL);
2158 }
2159
2160 void
2161 arc_shrink(uint64_t bytes)
2162 {
2163         if (arc_c > arc_c_min) {
2164                 uint64_t to_free;
2165
2166                 to_free = bytes ? bytes : arc_c >> arc_shrink_shift;
2167
2168                 if (arc_c > arc_c_min + to_free)
2169                         atomic_add_64(&arc_c, -to_free);
2170                 else
2171                         arc_c = arc_c_min;
2172
2173                 atomic_add_64(&arc_p, -(arc_p >> arc_shrink_shift));
2174                 if (arc_c > arc_size)
2175                         arc_c = MAX(arc_size, arc_c_min);
2176                 if (arc_p > arc_c)
2177                         arc_p = (arc_c >> 1);
2178                 ASSERT(arc_c >= arc_c_min);
2179                 ASSERT((int64_t)arc_p >= 0);
2180         }
2181
2182         if (arc_size > arc_c)
2183                 arc_adjust();
2184 }
2185
2186 static void
2187 arc_kmem_reap_now(arc_reclaim_strategy_t strat, uint64_t bytes)
2188 {
2189         size_t                  i;
2190         kmem_cache_t            *prev_cache = NULL;
2191         kmem_cache_t            *prev_data_cache = NULL;
2192         extern kmem_cache_t     *zio_buf_cache[];
2193         extern kmem_cache_t     *zio_data_buf_cache[];
2194
2195         /*
2196          * An aggressive reclamation will shrink the cache size as well as
2197          * reap free buffers from the arc kmem caches.
2198          */
2199         if (strat == ARC_RECLAIM_AGGR)
2200                 arc_shrink(bytes);
2201
2202         for (i = 0; i < SPA_MAXBLOCKSIZE >> SPA_MINBLOCKSHIFT; i++) {
2203                 if (zio_buf_cache[i] != prev_cache) {
2204                         prev_cache = zio_buf_cache[i];
2205                         kmem_cache_reap_now(zio_buf_cache[i]);
2206                 }
2207                 if (zio_data_buf_cache[i] != prev_data_cache) {
2208                         prev_data_cache = zio_data_buf_cache[i];
2209                         kmem_cache_reap_now(zio_data_buf_cache[i]);
2210                 }
2211         }
2212
2213         kmem_cache_reap_now(buf_cache);
2214         kmem_cache_reap_now(hdr_cache);
2215 }
2216
2217 /*
2218  * Unlike other ZFS implementations this thread is only responsible for
2219  * adapting the target ARC size on Linux.  The responsibility for memory
2220  * reclamation has been entirely delegated to the arc_shrinker_func()
2221  * which is registered with the VM.  To reflect this change in behavior
2222  * the arc_reclaim thread has been renamed to arc_adapt.
2223  */
2224 static void
2225 arc_adapt_thread(void)
2226 {
2227         callb_cpr_t             cpr;
2228         int64_t                 prune;
2229
2230         CALLB_CPR_INIT(&cpr, &arc_reclaim_thr_lock, callb_generic_cpr, FTAG);
2231
2232         mutex_enter(&arc_reclaim_thr_lock);
2233         while (arc_thread_exit == 0) {
2234 #ifndef _KERNEL
2235                 arc_reclaim_strategy_t  last_reclaim = ARC_RECLAIM_CONS;
2236
2237                 if (spa_get_random(100) == 0) {
2238
2239                         if (arc_no_grow) {
2240                                 if (last_reclaim == ARC_RECLAIM_CONS) {
2241                                         last_reclaim = ARC_RECLAIM_AGGR;
2242                                 } else {
2243                                         last_reclaim = ARC_RECLAIM_CONS;
2244                                 }
2245                         } else {
2246                                 arc_no_grow = TRUE;
2247                                 last_reclaim = ARC_RECLAIM_AGGR;
2248                                 membar_producer();
2249                         }
2250
2251                         /* reset the growth delay for every reclaim */
2252                         arc_grow_time = ddi_get_lbolt()+(arc_grow_retry * hz);
2253
2254                         arc_kmem_reap_now(last_reclaim, 0);
2255                         arc_warm = B_TRUE;
2256                 }
2257 #endif /* !_KERNEL */
2258
2259                 /* No recent memory pressure allow the ARC to grow. */
2260                 if (arc_no_grow && ddi_get_lbolt() >= arc_grow_time)
2261                         arc_no_grow = FALSE;
2262
2263                 /*
2264                  * Keep meta data usage within limits, arc_shrink() is not
2265                  * used to avoid collapsing the arc_c value when only the
2266                  * arc_meta_limit is being exceeded.
2267                  */
2268                 prune = (int64_t)arc_meta_used - (int64_t)arc_meta_limit;
2269                 if (prune > 0)
2270                         arc_adjust_meta(prune, B_TRUE);
2271
2272                 arc_adjust();
2273
2274                 if (arc_eviction_list != NULL)
2275                         arc_do_user_evicts();
2276
2277                 /* block until needed, or one second, whichever is shorter */
2278                 CALLB_CPR_SAFE_BEGIN(&cpr);
2279                 (void) cv_timedwait_interruptible(&arc_reclaim_thr_cv,
2280                     &arc_reclaim_thr_lock, (ddi_get_lbolt() + hz));
2281                 CALLB_CPR_SAFE_END(&cpr, &arc_reclaim_thr_lock);
2282         }
2283
2284         arc_thread_exit = 0;
2285         cv_broadcast(&arc_reclaim_thr_cv);
2286         CALLB_CPR_EXIT(&cpr);           /* drops arc_reclaim_thr_lock */
2287         thread_exit();
2288 }
2289
2290 #ifdef _KERNEL
2291 /*
2292  * Determine the amount of memory eligible for eviction contained in the
2293  * ARC. All clean data reported by the ghost lists can always be safely
2294  * evicted. Due to arc_c_min, the same does not hold for all clean data
2295  * contained by the regular mru and mfu lists.
2296  *
2297  * In the case of the regular mru and mfu lists, we need to report as
2298  * much clean data as possible, such that evicting that same reported
2299  * data will not bring arc_size below arc_c_min. Thus, in certain
2300  * circumstances, the total amount of clean data in the mru and mfu
2301  * lists might not actually be evictable.
2302  *
2303  * The following two distinct cases are accounted for:
2304  *
2305  * 1. The sum of the amount of dirty data contained by both the mru and
2306  *    mfu lists, plus the ARC's other accounting (e.g. the anon list),
2307  *    is greater than or equal to arc_c_min.
2308  *    (i.e. amount of dirty data >= arc_c_min)
2309  *
2310  *    This is the easy case; all clean data contained by the mru and mfu
2311  *    lists is evictable. Evicting all clean data can only drop arc_size
2312  *    to the amount of dirty data, which is greater than arc_c_min.
2313  *
2314  * 2. The sum of the amount of dirty data contained by both the mru and
2315  *    mfu lists, plus the ARC's other accounting (e.g. the anon list),
2316  *    is less than arc_c_min.
2317  *    (i.e. arc_c_min > amount of dirty data)
2318  *
2319  *    2.1. arc_size is greater than or equal arc_c_min.
2320  *         (i.e. arc_size >= arc_c_min > amount of dirty data)
2321  *
2322  *         In this case, not all clean data from the regular mru and mfu
2323  *         lists is actually evictable; we must leave enough clean data
2324  *         to keep arc_size above arc_c_min. Thus, the maximum amount of
2325  *         evictable data from the two lists combined, is exactly the
2326  *         difference between arc_size and arc_c_min.
2327  *
2328  *    2.2. arc_size is less than arc_c_min
2329  *         (i.e. arc_c_min > arc_size > amount of dirty data)
2330  *
2331  *         In this case, none of the data contained in the mru and mfu
2332  *         lists is evictable, even if it's clean. Since arc_size is
2333  *         already below arc_c_min, evicting any more would only
2334  *         increase this negative difference.
2335  */
2336 static uint64_t
2337 arc_evictable_memory(void) {
2338         uint64_t arc_clean =
2339             arc_mru->arcs_lsize[ARC_BUFC_DATA] +
2340             arc_mru->arcs_lsize[ARC_BUFC_METADATA] +
2341             arc_mfu->arcs_lsize[ARC_BUFC_DATA] +
2342             arc_mfu->arcs_lsize[ARC_BUFC_METADATA];
2343         uint64_t ghost_clean =
2344             arc_mru_ghost->arcs_lsize[ARC_BUFC_DATA] +
2345             arc_mru_ghost->arcs_lsize[ARC_BUFC_METADATA] +
2346             arc_mfu_ghost->arcs_lsize[ARC_BUFC_DATA] +
2347             arc_mfu_ghost->arcs_lsize[ARC_BUFC_METADATA];
2348         uint64_t arc_dirty = MAX((int64_t)arc_size - (int64_t)arc_clean, 0);
2349
2350         if (arc_dirty >= arc_c_min)
2351                 return (ghost_clean + arc_clean);
2352
2353         return (ghost_clean + MAX((int64_t)arc_size - (int64_t)arc_c_min, 0));
2354 }
2355
2356 static int
2357 __arc_shrinker_func(struct shrinker *shrink, struct shrink_control *sc)
2358 {
2359         uint64_t pages;
2360
2361         /* The arc is considered warm once reclaim has occurred */
2362         if (unlikely(arc_warm == B_FALSE))
2363                 arc_warm = B_TRUE;
2364
2365         /* Return the potential number of reclaimable pages */
2366         pages = btop(arc_evictable_memory());
2367         if (sc->nr_to_scan == 0)
2368                 return (pages);
2369
2370         /* Not allowed to perform filesystem reclaim */
2371         if (!(sc->gfp_mask & __GFP_FS))
2372                 return (-1);
2373
2374         /* Reclaim in progress */
2375         if (mutex_tryenter(&arc_reclaim_thr_lock) == 0)
2376                 return (-1);
2377
2378         /*
2379          * Evict the requested number of pages by shrinking arc_c the
2380          * requested amount.  If there is nothing left to evict just
2381          * reap whatever we can from the various arc slabs.
2382          */
2383         if (pages > 0) {
2384                 arc_kmem_reap_now(ARC_RECLAIM_AGGR, ptob(sc->nr_to_scan));
2385                 pages = btop(arc_evictable_memory());
2386         } else {
2387                 arc_kmem_reap_now(ARC_RECLAIM_CONS, ptob(sc->nr_to_scan));
2388                 pages = -1;
2389         }
2390
2391         /*
2392          * When direct reclaim is observed it usually indicates a rapid
2393          * increase in memory pressure.  This occurs because the kswapd
2394          * threads were unable to asynchronously keep enough free memory
2395          * available.  In this case set arc_no_grow to briefly pause arc
2396          * growth to avoid compounding the memory pressure.
2397          */
2398         if (current_is_kswapd()) {
2399                 ARCSTAT_BUMP(arcstat_memory_indirect_count);
2400         } else {
2401                 arc_no_grow = B_TRUE;
2402                 arc_grow_time = ddi_get_lbolt() + (arc_grow_retry * hz);
2403                 ARCSTAT_BUMP(arcstat_memory_direct_count);
2404         }
2405
2406         mutex_exit(&arc_reclaim_thr_lock);
2407
2408         return (pages);
2409 }
2410 SPL_SHRINKER_CALLBACK_WRAPPER(arc_shrinker_func);
2411
2412 SPL_SHRINKER_DECLARE(arc_shrinker, arc_shrinker_func, DEFAULT_SEEKS);
2413 #endif /* _KERNEL */
2414
2415 /*
2416  * Adapt arc info given the number of bytes we are trying to add and
2417  * the state that we are comming from.  This function is only called
2418  * when we are adding new content to the cache.
2419  */
2420 static void
2421 arc_adapt(int bytes, arc_state_t *state)
2422 {
2423         int mult;
2424         uint64_t arc_p_min = (arc_c >> arc_p_min_shift);
2425
2426         if (state == arc_l2c_only)
2427                 return;
2428
2429         ASSERT(bytes > 0);
2430         /*
2431          * Adapt the target size of the MRU list:
2432          *      - if we just hit in the MRU ghost list, then increase
2433          *        the target size of the MRU list.
2434          *      - if we just hit in the MFU ghost list, then increase
2435          *        the target size of the MFU list by decreasing the
2436          *        target size of the MRU list.
2437          */
2438         if (state == arc_mru_ghost) {
2439                 mult = ((arc_mru_ghost->arcs_size >= arc_mfu_ghost->arcs_size) ?
2440                     1 : (arc_mfu_ghost->arcs_size/arc_mru_ghost->arcs_size));
2441                 mult = MIN(mult, 10); /* avoid wild arc_p adjustment */
2442
2443                 arc_p = MIN(arc_c - arc_p_min, arc_p + bytes * mult);
2444         } else if (state == arc_mfu_ghost) {
2445                 uint64_t delta;
2446
2447                 mult = ((arc_mfu_ghost->arcs_size >= arc_mru_ghost->arcs_size) ?
2448                     1 : (arc_mru_ghost->arcs_size/arc_mfu_ghost->arcs_size));
2449                 mult = MIN(mult, 10);
2450
2451                 delta = MIN(bytes * mult, arc_p);
2452                 arc_p = MAX(arc_p_min, arc_p - delta);
2453         }
2454         ASSERT((int64_t)arc_p >= 0);
2455
2456         if (arc_no_grow)
2457                 return;
2458
2459         if (arc_c >= arc_c_max)
2460                 return;
2461
2462         /*
2463          * If we're within (2 * maxblocksize) bytes of the target
2464          * cache size, increment the target cache size
2465          */
2466         if (arc_size > arc_c - (2ULL << SPA_MAXBLOCKSHIFT)) {
2467                 atomic_add_64(&arc_c, (int64_t)bytes);
2468                 if (arc_c > arc_c_max)
2469                         arc_c = arc_c_max;
2470                 else if (state == arc_anon)
2471                         atomic_add_64(&arc_p, (int64_t)bytes);
2472                 if (arc_p > arc_c)
2473                         arc_p = arc_c;
2474         }
2475         ASSERT((int64_t)arc_p >= 0);
2476 }
2477
2478 /*
2479  * Check if the cache has reached its limits and eviction is required
2480  * prior to insert.
2481  */
2482 static int
2483 arc_evict_needed(arc_buf_contents_t type)
2484 {
2485         if (type == ARC_BUFC_METADATA && arc_meta_used >= arc_meta_limit)
2486                 return (1);
2487
2488         if (arc_no_grow)
2489                 return (1);
2490
2491         return (arc_size > arc_c);
2492 }
2493
2494 /*
2495  * The buffer, supplied as the first argument, needs a data block.
2496  * So, if we are at cache max, determine which cache should be victimized.
2497  * We have the following cases:
2498  *
2499  * 1. Insert for MRU, p > sizeof(arc_anon + arc_mru) ->
2500  * In this situation if we're out of space, but the resident size of the MFU is
2501  * under the limit, victimize the MFU cache to satisfy this insertion request.
2502  *
2503  * 2. Insert for MRU, p <= sizeof(arc_anon + arc_mru) ->
2504  * Here, we've used up all of the available space for the MRU, so we need to
2505  * evict from our own cache instead.  Evict from the set of resident MRU
2506  * entries.
2507  *
2508  * 3. Insert for MFU (c - p) > sizeof(arc_mfu) ->
2509  * c minus p represents the MFU space in the cache, since p is the size of the
2510  * cache that is dedicated to the MRU.  In this situation there's still space on
2511  * the MFU side, so the MRU side needs to be victimized.
2512  *
2513  * 4. Insert for MFU (c - p) < sizeof(arc_mfu) ->
2514  * MFU's resident set is consuming more space than it has been allotted.  In
2515  * this situation, we must victimize our own cache, the MFU, for this insertion.
2516  */
2517 static void
2518 arc_get_data_buf(arc_buf_t *buf)
2519 {
2520         arc_state_t             *state = buf->b_hdr->b_state;
2521         uint64_t                size = buf->b_hdr->b_size;
2522         arc_buf_contents_t      type = buf->b_hdr->b_type;
2523
2524         arc_adapt(size, state);
2525
2526         /*
2527          * We have not yet reached cache maximum size,
2528          * just allocate a new buffer.
2529          */
2530         if (!arc_evict_needed(type)) {
2531                 if (type == ARC_BUFC_METADATA) {
2532                         buf->b_data = zio_buf_alloc(size);
2533                         arc_space_consume(size, ARC_SPACE_DATA);
2534                 } else {
2535                         ASSERT(type == ARC_BUFC_DATA);
2536                         buf->b_data = zio_data_buf_alloc(size);
2537                         ARCSTAT_INCR(arcstat_data_size, size);
2538                         atomic_add_64(&arc_size, size);
2539                 }
2540                 goto out;
2541         }
2542
2543         /*
2544          * If we are prefetching from the mfu ghost list, this buffer
2545          * will end up on the mru list; so steal space from there.
2546          */
2547         if (state == arc_mfu_ghost)
2548                 state = buf->b_hdr->b_flags & ARC_PREFETCH ? arc_mru : arc_mfu;
2549         else if (state == arc_mru_ghost)
2550                 state = arc_mru;
2551
2552         if (state == arc_mru || state == arc_anon) {
2553                 uint64_t mru_used = arc_anon->arcs_size + arc_mru->arcs_size;
2554                 state = (arc_mfu->arcs_lsize[type] >= size &&
2555                     arc_p > mru_used) ? arc_mfu : arc_mru;
2556         } else {
2557                 /* MFU cases */
2558                 uint64_t mfu_space = arc_c - arc_p;
2559                 state =  (arc_mru->arcs_lsize[type] >= size &&
2560                     mfu_space > arc_mfu->arcs_size) ? arc_mru : arc_mfu;
2561         }
2562
2563         if ((buf->b_data = arc_evict(state, 0, size, TRUE, type)) == NULL) {
2564                 if (type == ARC_BUFC_METADATA) {
2565                         buf->b_data = zio_buf_alloc(size);
2566                         arc_space_consume(size, ARC_SPACE_DATA);
2567
2568                         /*
2569                          * If we are unable to recycle an existing meta buffer
2570                          * signal the reclaim thread.  It will notify users
2571                          * via the prune callback to drop references.  The
2572                          * prune callback in run in the context of the reclaim
2573                          * thread to avoid deadlocking on the hash_lock.
2574                          */
2575                         cv_signal(&arc_reclaim_thr_cv);
2576                 } else {
2577                         ASSERT(type == ARC_BUFC_DATA);
2578                         buf->b_data = zio_data_buf_alloc(size);
2579                         ARCSTAT_INCR(arcstat_data_size, size);
2580                         atomic_add_64(&arc_size, size);
2581                 }
2582
2583                 ARCSTAT_BUMP(arcstat_recycle_miss);
2584         }
2585         ASSERT(buf->b_data != NULL);
2586 out:
2587         /*
2588          * Update the state size.  Note that ghost states have a
2589          * "ghost size" and so don't need to be updated.
2590          */
2591         if (!GHOST_STATE(buf->b_hdr->b_state)) {
2592                 arc_buf_hdr_t *hdr = buf->b_hdr;
2593
2594                 atomic_add_64(&hdr->b_state->arcs_size, size);
2595                 if (list_link_active(&hdr->b_arc_node)) {
2596                         ASSERT(refcount_is_zero(&hdr->b_refcnt));
2597                         atomic_add_64(&hdr->b_state->arcs_lsize[type], size);
2598                 }
2599                 /*
2600                  * If we are growing the cache, and we are adding anonymous
2601                  * data, and we have outgrown arc_p, update arc_p
2602                  */
2603                 if (arc_size < arc_c && hdr->b_state == arc_anon &&
2604                     arc_anon->arcs_size + arc_mru->arcs_size > arc_p)
2605                         arc_p = MIN(arc_c, arc_p + size);
2606         }
2607 }
2608
2609 /*
2610  * This routine is called whenever a buffer is accessed.
2611  * NOTE: the hash lock is dropped in this function.
2612  */
2613 static void
2614 arc_access(arc_buf_hdr_t *buf, kmutex_t *hash_lock)
2615 {
2616         clock_t now;
2617
2618         ASSERT(MUTEX_HELD(hash_lock));
2619
2620         if (buf->b_state == arc_anon) {
2621                 /*
2622                  * This buffer is not in the cache, and does not
2623                  * appear in our "ghost" list.  Add the new buffer
2624                  * to the MRU state.
2625                  */
2626
2627                 ASSERT(buf->b_arc_access == 0);
2628                 buf->b_arc_access = ddi_get_lbolt();
2629                 DTRACE_PROBE1(new_state__mru, arc_buf_hdr_t *, buf);
2630                 arc_change_state(arc_mru, buf, hash_lock);
2631
2632         } else if (buf->b_state == arc_mru) {
2633                 now = ddi_get_lbolt();
2634
2635                 /*
2636                  * If this buffer is here because of a prefetch, then either:
2637                  * - clear the flag if this is a "referencing" read
2638                  *   (any subsequent access will bump this into the MFU state).
2639                  * or
2640                  * - move the buffer to the head of the list if this is
2641                  *   another prefetch (to make it less likely to be evicted).
2642                  */
2643                 if ((buf->b_flags & ARC_PREFETCH) != 0) {
2644                         if (refcount_count(&buf->b_refcnt) == 0) {
2645                                 ASSERT(list_link_active(&buf->b_arc_node));
2646                         } else {
2647                                 buf->b_flags &= ~ARC_PREFETCH;
2648                                 ARCSTAT_BUMP(arcstat_mru_hits);
2649                         }
2650                         buf->b_arc_access = now;
2651                         return;
2652                 }
2653
2654                 /*
2655                  * This buffer has been "accessed" only once so far,
2656                  * but it is still in the cache. Move it to the MFU
2657                  * state.
2658                  */
2659                 if (now > buf->b_arc_access + ARC_MINTIME) {
2660                         /*
2661                          * More than 125ms have passed since we
2662                          * instantiated this buffer.  Move it to the
2663                          * most frequently used state.
2664                          */
2665                         buf->b_arc_access = now;
2666                         DTRACE_PROBE1(new_state__mfu, arc_buf_hdr_t *, buf);
2667                         arc_change_state(arc_mfu, buf, hash_lock);
2668                 }
2669                 ARCSTAT_BUMP(arcstat_mru_hits);
2670         } else if (buf->b_state == arc_mru_ghost) {
2671                 arc_state_t     *new_state;
2672                 /*
2673                  * This buffer has been "accessed" recently, but
2674                  * was evicted from the cache.  Move it to the
2675                  * MFU state.
2676                  */
2677
2678                 if (buf->b_flags & ARC_PREFETCH) {
2679                         new_state = arc_mru;
2680                         if (refcount_count(&buf->b_refcnt) > 0)
2681                                 buf->b_flags &= ~ARC_PREFETCH;
2682                         DTRACE_PROBE1(new_state__mru, arc_buf_hdr_t *, buf);
2683                 } else {
2684                         new_state = arc_mfu;
2685                         DTRACE_PROBE1(new_state__mfu, arc_buf_hdr_t *, buf);
2686                 }
2687
2688                 buf->b_arc_access = ddi_get_lbolt();
2689                 arc_change_state(new_state, buf, hash_lock);
2690
2691                 ARCSTAT_BUMP(arcstat_mru_ghost_hits);
2692         } else if (buf->b_state == arc_mfu) {
2693                 /*
2694                  * This buffer has been accessed more than once and is
2695                  * still in the cache.  Keep it in the MFU state.
2696                  *
2697                  * NOTE: an add_reference() that occurred when we did
2698                  * the arc_read() will have kicked this off the list.
2699                  * If it was a prefetch, we will explicitly move it to
2700                  * the head of the list now.
2701                  */
2702                 if ((buf->b_flags & ARC_PREFETCH) != 0) {
2703                         ASSERT(refcount_count(&buf->b_refcnt) == 0);
2704                         ASSERT(list_link_active(&buf->b_arc_node));
2705                 }
2706                 ARCSTAT_BUMP(arcstat_mfu_hits);
2707                 buf->b_arc_access = ddi_get_lbolt();
2708         } else if (buf->b_state == arc_mfu_ghost) {
2709                 arc_state_t     *new_state = arc_mfu;
2710                 /*
2711                  * This buffer has been accessed more than once but has
2712                  * been evicted from the cache.  Move it back to the
2713                  * MFU state.
2714                  */
2715
2716                 if (buf->b_flags & ARC_PREFETCH) {
2717                         /*
2718                          * This is a prefetch access...
2719                          * move this block back to the MRU state.
2720                          */
2721                         ASSERT0(refcount_count(&buf->b_refcnt));
2722                         new_state = arc_mru;
2723                 }
2724
2725                 buf->b_arc_access = ddi_get_lbolt();
2726                 DTRACE_PROBE1(new_state__mfu, arc_buf_hdr_t *, buf);
2727                 arc_change_state(new_state, buf, hash_lock);
2728
2729                 ARCSTAT_BUMP(arcstat_mfu_ghost_hits);
2730         } else if (buf->b_state == arc_l2c_only) {
2731                 /*
2732                  * This buffer is on the 2nd Level ARC.
2733                  */
2734
2735                 buf->b_arc_access = ddi_get_lbolt();
2736                 DTRACE_PROBE1(new_state__mfu, arc_buf_hdr_t *, buf);
2737                 arc_change_state(arc_mfu, buf, hash_lock);
2738         } else {
2739                 ASSERT(!"invalid arc state");
2740         }
2741 }
2742
2743 /* a generic arc_done_func_t which you can use */
2744 /* ARGSUSED */
2745 void
2746 arc_bcopy_func(zio_t *zio, arc_buf_t *buf, void *arg)
2747 {
2748         if (zio == NULL || zio->io_error == 0)
2749                 bcopy(buf->b_data, arg, buf->b_hdr->b_size);
2750         VERIFY(arc_buf_remove_ref(buf, arg) == 1);
2751 }
2752
2753 /* a generic arc_done_func_t */
2754 void
2755 arc_getbuf_func(zio_t *zio, arc_buf_t *buf, void *arg)
2756 {
2757         arc_buf_t **bufp = arg;
2758         if (zio && zio->io_error) {
2759                 VERIFY(arc_buf_remove_ref(buf, arg) == 1);
2760                 *bufp = NULL;
2761         } else {
2762                 *bufp = buf;
2763                 ASSERT(buf->b_data);
2764         }
2765 }
2766
2767 static void
2768 arc_read_done(zio_t *zio)
2769 {
2770         arc_buf_hdr_t   *hdr, *found;
2771         arc_buf_t       *buf;
2772         arc_buf_t       *abuf;  /* buffer we're assigning to callback */
2773         kmutex_t        *hash_lock;
2774         arc_callback_t  *callback_list, *acb;
2775         int             freeable = FALSE;
2776
2777         buf = zio->io_private;
2778         hdr = buf->b_hdr;
2779
2780         /*
2781          * The hdr was inserted into hash-table and removed from lists
2782          * prior to starting I/O.  We should find this header, since
2783          * it's in the hash table, and it should be legit since it's
2784          * not possible to evict it during the I/O.  The only possible
2785          * reason for it not to be found is if we were freed during the
2786          * read.
2787          */
2788         found = buf_hash_find(hdr->b_spa, &hdr->b_dva, hdr->b_birth,
2789             &hash_lock);
2790
2791         ASSERT((found == NULL && HDR_FREED_IN_READ(hdr) && hash_lock == NULL) ||
2792             (found == hdr && DVA_EQUAL(&hdr->b_dva, BP_IDENTITY(zio->io_bp))) ||
2793             (found == hdr && HDR_L2_READING(hdr)));
2794
2795         hdr->b_flags &= ~ARC_L2_EVICTED;
2796         if (l2arc_noprefetch && (hdr->b_flags & ARC_PREFETCH))
2797                 hdr->b_flags &= ~ARC_L2CACHE;
2798
2799         /* byteswap if necessary */
2800         callback_list = hdr->b_acb;
2801         ASSERT(callback_list != NULL);
2802         if (BP_SHOULD_BYTESWAP(zio->io_bp) && zio->io_error == 0) {
2803                 dmu_object_byteswap_t bswap =
2804                     DMU_OT_BYTESWAP(BP_GET_TYPE(zio->io_bp));
2805                 if (BP_GET_LEVEL(zio->io_bp) > 0)
2806                     byteswap_uint64_array(buf->b_data, hdr->b_size);
2807                 else
2808                     dmu_ot_byteswap[bswap].ob_func(buf->b_data, hdr->b_size);
2809         }
2810
2811         arc_cksum_compute(buf, B_FALSE);
2812
2813         if (hash_lock && zio->io_error == 0 && hdr->b_state == arc_anon) {
2814                 /*
2815                  * Only call arc_access on anonymous buffers.  This is because
2816                  * if we've issued an I/O for an evicted buffer, we've already
2817                  * called arc_access (to prevent any simultaneous readers from
2818                  * getting confused).
2819                  */
2820                 arc_access(hdr, hash_lock);
2821         }
2822
2823         /* create copies of the data buffer for the callers */
2824         abuf = buf;
2825         for (acb = callback_list; acb; acb = acb->acb_next) {
2826                 if (acb->acb_done) {
2827                         if (abuf == NULL) {
2828                                 ARCSTAT_BUMP(arcstat_duplicate_reads);
2829                                 abuf = arc_buf_clone(buf);
2830                         }
2831                         acb->acb_buf = abuf;
2832                         abuf = NULL;
2833                 }
2834         }
2835         hdr->b_acb = NULL;
2836         hdr->b_flags &= ~ARC_IO_IN_PROGRESS;
2837         ASSERT(!HDR_BUF_AVAILABLE(hdr));
2838         if (abuf == buf) {
2839                 ASSERT(buf->b_efunc == NULL);
2840                 ASSERT(hdr->b_datacnt == 1);
2841                 hdr->b_flags |= ARC_BUF_AVAILABLE;
2842         }
2843
2844         ASSERT(refcount_is_zero(&hdr->b_refcnt) || callback_list != NULL);
2845
2846         if (zio->io_error != 0) {
2847                 hdr->b_flags |= ARC_IO_ERROR;
2848                 if (hdr->b_state != arc_anon)
2849                         arc_change_state(arc_anon, hdr, hash_lock);
2850                 if (HDR_IN_HASH_TABLE(hdr))
2851                         buf_hash_remove(hdr);
2852                 freeable = refcount_is_zero(&hdr->b_refcnt);
2853         }
2854
2855         /*
2856          * Broadcast before we drop the hash_lock to avoid the possibility
2857          * that the hdr (and hence the cv) might be freed before we get to
2858          * the cv_broadcast().
2859          */
2860         cv_broadcast(&hdr->b_cv);
2861
2862         if (hash_lock) {
2863                 mutex_exit(hash_lock);
2864         } else {
2865                 /*
2866                  * This block was freed while we waited for the read to
2867                  * complete.  It has been removed from the hash table and
2868                  * moved to the anonymous state (so that it won't show up
2869                  * in the cache).
2870                  */
2871                 ASSERT3P(hdr->b_state, ==, arc_anon);
2872                 freeable = refcount_is_zero(&hdr->b_refcnt);
2873         }
2874
2875         /* execute each callback and free its structure */
2876         while ((acb = callback_list) != NULL) {
2877                 if (acb->acb_done)
2878                         acb->acb_done(zio, acb->acb_buf, acb->acb_private);
2879
2880                 if (acb->acb_zio_dummy != NULL) {
2881                         acb->acb_zio_dummy->io_error = zio->io_error;
2882                         zio_nowait(acb->acb_zio_dummy);
2883                 }
2884
2885                 callback_list = acb->acb_next;
2886                 kmem_free(acb, sizeof (arc_callback_t));
2887         }
2888
2889         if (freeable)
2890                 arc_hdr_destroy(hdr);
2891 }
2892
2893 /*
2894  * "Read" the block at the specified DVA (in bp) via the
2895  * cache.  If the block is found in the cache, invoke the provided
2896  * callback immediately and return.  Note that the `zio' parameter
2897  * in the callback will be NULL in this case, since no IO was
2898  * required.  If the block is not in the cache pass the read request
2899  * on to the spa with a substitute callback function, so that the
2900  * requested block will be added to the cache.
2901  *
2902  * If a read request arrives for a block that has a read in-progress,
2903  * either wait for the in-progress read to complete (and return the
2904  * results); or, if this is a read with a "done" func, add a record
2905  * to the read to invoke the "done" func when the read completes,
2906  * and return; or just return.
2907  *
2908  * arc_read_done() will invoke all the requested "done" functions
2909  * for readers of this block.
2910  */
2911 int
2912 arc_read(zio_t *pio, spa_t *spa, const blkptr_t *bp, arc_done_func_t *done,
2913     void *private, int priority, int zio_flags, uint32_t *arc_flags,
2914     const zbookmark_t *zb)
2915 {
2916         arc_buf_hdr_t *hdr;
2917         arc_buf_t *buf = NULL;
2918         kmutex_t *hash_lock;
2919         zio_t *rzio;
2920         uint64_t guid = spa_load_guid(spa);
2921
2922 top:
2923         hdr = buf_hash_find(guid, BP_IDENTITY(bp), BP_PHYSICAL_BIRTH(bp),
2924             &hash_lock);
2925         if (hdr && hdr->b_datacnt > 0) {
2926
2927                 *arc_flags |= ARC_CACHED;
2928
2929                 if (HDR_IO_IN_PROGRESS(hdr)) {
2930
2931                         if (*arc_flags & ARC_WAIT) {
2932                                 cv_wait(&hdr->b_cv, hash_lock);
2933                                 mutex_exit(hash_lock);
2934                                 goto top;
2935                         }
2936                         ASSERT(*arc_flags & ARC_NOWAIT);
2937
2938                         if (done) {
2939                                 arc_callback_t  *acb = NULL;
2940
2941                                 acb = kmem_zalloc(sizeof (arc_callback_t),
2942                                     KM_PUSHPAGE);
2943                                 acb->acb_done = done;
2944                                 acb->acb_private = private;
2945                                 if (pio != NULL)
2946                                         acb->acb_zio_dummy = zio_null(pio,
2947                                             spa, NULL, NULL, NULL, zio_flags);
2948
2949                                 ASSERT(acb->acb_done != NULL);
2950                                 acb->acb_next = hdr->b_acb;
2951                                 hdr->b_acb = acb;
2952                                 add_reference(hdr, hash_lock, private);
2953                                 mutex_exit(hash_lock);
2954                                 return (0);
2955                         }
2956                         mutex_exit(hash_lock);
2957                         return (0);
2958                 }
2959
2960                 ASSERT(hdr->b_state == arc_mru || hdr->b_state == arc_mfu);
2961
2962                 if (done) {
2963                         add_reference(hdr, hash_lock, private);
2964                         /*
2965                          * If this block is already in use, create a new
2966                          * copy of the data so that we will be guaranteed
2967                          * that arc_release() will always succeed.
2968                          */
2969                         buf = hdr->b_buf;
2970                         ASSERT(buf);
2971                         ASSERT(buf->b_data);
2972                         if (HDR_BUF_AVAILABLE(hdr)) {
2973                                 ASSERT(buf->b_efunc == NULL);
2974                                 hdr->b_flags &= ~ARC_BUF_AVAILABLE;
2975                         } else {
2976                                 buf = arc_buf_clone(buf);
2977                         }
2978
2979                 } else if (*arc_flags & ARC_PREFETCH &&
2980                     refcount_count(&hdr->b_refcnt) == 0) {
2981                         hdr->b_flags |= ARC_PREFETCH;
2982                 }
2983                 DTRACE_PROBE1(arc__hit, arc_buf_hdr_t *, hdr);
2984                 arc_access(hdr, hash_lock);
2985                 if (*arc_flags & ARC_L2CACHE)
2986                         hdr->b_flags |= ARC_L2CACHE;
2987                 mutex_exit(hash_lock);
2988                 ARCSTAT_BUMP(arcstat_hits);
2989                 ARCSTAT_CONDSTAT(!(hdr->b_flags & ARC_PREFETCH),
2990                     demand, prefetch, hdr->b_type != ARC_BUFC_METADATA,
2991                     data, metadata, hits);
2992
2993                 if (done)
2994                         done(NULL, buf, private);
2995         } else {
2996                 uint64_t size = BP_GET_LSIZE(bp);
2997                 arc_callback_t  *acb;
2998                 vdev_t *vd = NULL;
2999                 uint64_t addr = -1;
3000                 boolean_t devw = B_FALSE;
3001
3002                 if (hdr == NULL) {
3003                         /* this block is not in the cache */
3004                         arc_buf_hdr_t   *exists;
3005                         arc_buf_contents_t type = BP_GET_BUFC_TYPE(bp);
3006                         buf = arc_buf_alloc(spa, size, private, type);
3007                         hdr = buf->b_hdr;
3008                         hdr->b_dva = *BP_IDENTITY(bp);
3009                         hdr->b_birth = BP_PHYSICAL_BIRTH(bp);
3010                         hdr->b_cksum0 = bp->blk_cksum.zc_word[0];
3011                         exists = buf_hash_insert(hdr, &hash_lock);
3012                         if (exists) {
3013                                 /* somebody beat us to the hash insert */
3014                                 mutex_exit(hash_lock);
3015                                 buf_discard_identity(hdr);
3016                                 (void) arc_buf_remove_ref(buf, private);
3017                                 goto top; /* restart the IO request */
3018                         }
3019                         /* if this is a prefetch, we don't have a reference */
3020                         if (*arc_flags & ARC_PREFETCH) {
3021                                 (void) remove_reference(hdr, hash_lock,
3022                                     private);
3023                                 hdr->b_flags |= ARC_PREFETCH;
3024                         }
3025                         if (*arc_flags & ARC_L2CACHE)
3026                                 hdr->b_flags |= ARC_L2CACHE;
3027                         if (BP_GET_LEVEL(bp) > 0)
3028                                 hdr->b_flags |= ARC_INDIRECT;
3029                 } else {
3030                         /* this block is in the ghost cache */
3031                         ASSERT(GHOST_STATE(hdr->b_state));
3032                         ASSERT(!HDR_IO_IN_PROGRESS(hdr));
3033                         ASSERT0(refcount_count(&hdr->b_refcnt));
3034                         ASSERT(hdr->b_buf == NULL);
3035
3036                         /* if this is a prefetch, we don't have a reference */
3037                         if (*arc_flags & ARC_PREFETCH)
3038                                 hdr->b_flags |= ARC_PREFETCH;
3039                         else
3040                                 add_reference(hdr, hash_lock, private);
3041                         if (*arc_flags & ARC_L2CACHE)
3042                                 hdr->b_flags |= ARC_L2CACHE;
3043                         buf = kmem_cache_alloc(buf_cache, KM_PUSHPAGE);
3044                         buf->b_hdr = hdr;
3045                         buf->b_data = NULL;
3046                         buf->b_efunc = NULL;
3047                         buf->b_private = NULL;
3048                         buf->b_next = NULL;
3049                         hdr->b_buf = buf;
3050                         ASSERT(hdr->b_datacnt == 0);
3051                         hdr->b_datacnt = 1;
3052                         arc_get_data_buf(buf);
3053                         arc_access(hdr, hash_lock);
3054                 }
3055
3056                 ASSERT(!GHOST_STATE(hdr->b_state));
3057
3058                 acb = kmem_zalloc(sizeof (arc_callback_t), KM_PUSHPAGE);
3059                 acb->acb_done = done;
3060                 acb->acb_private = private;
3061
3062                 ASSERT(hdr->b_acb == NULL);
3063                 hdr->b_acb = acb;
3064                 hdr->b_flags |= ARC_IO_IN_PROGRESS;
3065
3066                 if (HDR_L2CACHE(hdr) && hdr->b_l2hdr != NULL &&
3067                     (vd = hdr->b_l2hdr->b_dev->l2ad_vdev) != NULL) {
3068                         devw = hdr->b_l2hdr->b_dev->l2ad_writing;
3069                         addr = hdr->b_l2hdr->b_daddr;
3070                         /*
3071                          * Lock out device removal.
3072                          */
3073                         if (vdev_is_dead(vd) ||
3074                             !spa_config_tryenter(spa, SCL_L2ARC, vd, RW_READER))
3075                                 vd = NULL;
3076                 }
3077
3078                 mutex_exit(hash_lock);
3079
3080                 ASSERT3U(hdr->b_size, ==, size);
3081                 DTRACE_PROBE4(arc__miss, arc_buf_hdr_t *, hdr, blkptr_t *, bp,
3082                     uint64_t, size, zbookmark_t *, zb);
3083                 ARCSTAT_BUMP(arcstat_misses);
3084                 ARCSTAT_CONDSTAT(!(hdr->b_flags & ARC_PREFETCH),
3085                     demand, prefetch, hdr->b_type != ARC_BUFC_METADATA,
3086                     data, metadata, misses);
3087
3088                 if (vd != NULL && l2arc_ndev != 0 && !(l2arc_norw && devw)) {
3089                         /*
3090                          * Read from the L2ARC if the following are true:
3091                          * 1. The L2ARC vdev was previously cached.
3092                          * 2. This buffer still has L2ARC metadata.
3093                          * 3. This buffer isn't currently writing to the L2ARC.
3094                          * 4. The L2ARC entry wasn't evicted, which may
3095                          *    also have invalidated the vdev.
3096                          * 5. This isn't prefetch and l2arc_noprefetch is set.
3097                          */
3098                         if (hdr->b_l2hdr != NULL &&
3099                             !HDR_L2_WRITING(hdr) && !HDR_L2_EVICTED(hdr) &&
3100                             !(l2arc_noprefetch && HDR_PREFETCH(hdr))) {
3101                                 l2arc_read_callback_t *cb;
3102
3103                                 DTRACE_PROBE1(l2arc__hit, arc_buf_hdr_t *, hdr);
3104                                 ARCSTAT_BUMP(arcstat_l2_hits);
3105
3106                                 cb = kmem_zalloc(sizeof (l2arc_read_callback_t),
3107                                     KM_PUSHPAGE);
3108                                 cb->l2rcb_buf = buf;
3109                                 cb->l2rcb_spa = spa;
3110                                 cb->l2rcb_bp = *bp;
3111                                 cb->l2rcb_zb = *zb;
3112                                 cb->l2rcb_flags = zio_flags;
3113
3114                                 /*
3115                                  * l2arc read.  The SCL_L2ARC lock will be
3116                                  * released by l2arc_read_done().
3117                                  */
3118                                 rzio = zio_read_phys(pio, vd, addr, size,
3119                                     buf->b_data, ZIO_CHECKSUM_OFF,
3120                                     l2arc_read_done, cb, priority, zio_flags |
3121                                     ZIO_FLAG_DONT_CACHE | ZIO_FLAG_CANFAIL |
3122                                     ZIO_FLAG_DONT_PROPAGATE |
3123                                     ZIO_FLAG_DONT_RETRY, B_FALSE);
3124                                 DTRACE_PROBE2(l2arc__read, vdev_t *, vd,
3125                                     zio_t *, rzio);
3126                                 ARCSTAT_INCR(arcstat_l2_read_bytes, size);
3127
3128                                 if (*arc_flags & ARC_NOWAIT) {
3129                                         zio_nowait(rzio);
3130                                         return (0);
3131                                 }
3132
3133                                 ASSERT(*arc_flags & ARC_WAIT);
3134                                 if (zio_wait(rzio) == 0)
3135                                         return (0);
3136
3137                                 /* l2arc read error; goto zio_read() */
3138                         } else {
3139                                 DTRACE_PROBE1(l2arc__miss,
3140                                     arc_buf_hdr_t *, hdr);
3141                                 ARCSTAT_BUMP(arcstat_l2_misses);
3142                                 if (HDR_L2_WRITING(hdr))
3143                                         ARCSTAT_BUMP(arcstat_l2_rw_clash);
3144                                 spa_config_exit(spa, SCL_L2ARC, vd);
3145                         }
3146                 } else {
3147                         if (vd != NULL)
3148                                 spa_config_exit(spa, SCL_L2ARC, vd);
3149                         if (l2arc_ndev != 0) {
3150                                 DTRACE_PROBE1(l2arc__miss,
3151                                     arc_buf_hdr_t *, hdr);
3152                                 ARCSTAT_BUMP(arcstat_l2_misses);
3153                         }
3154                 }
3155
3156                 rzio = zio_read(pio, spa, bp, buf->b_data, size,
3157                     arc_read_done, buf, priority, zio_flags, zb);
3158
3159                 if (*arc_flags & ARC_WAIT)
3160                         return (zio_wait(rzio));
3161
3162                 ASSERT(*arc_flags & ARC_NOWAIT);
3163                 zio_nowait(rzio);
3164         }
3165         return (0);
3166 }
3167
3168 arc_prune_t *
3169 arc_add_prune_callback(arc_prune_func_t *func, void *private)
3170 {
3171         arc_prune_t *p;
3172
3173         p = kmem_alloc(sizeof(*p), KM_SLEEP);
3174         p->p_pfunc = func;
3175         p->p_private = private;
3176         list_link_init(&p->p_node);
3177         refcount_create(&p->p_refcnt);
3178
3179         mutex_enter(&arc_prune_mtx);
3180         refcount_add(&p->p_refcnt, &arc_prune_list);
3181         list_insert_head(&arc_prune_list, p);
3182         mutex_exit(&arc_prune_mtx);
3183
3184         return (p);
3185 }
3186
3187 void
3188 arc_remove_prune_callback(arc_prune_t *p)
3189 {
3190         mutex_enter(&arc_prune_mtx);
3191         list_remove(&arc_prune_list, p);
3192         if (refcount_remove(&p->p_refcnt, &arc_prune_list) == 0) {
3193                 refcount_destroy(&p->p_refcnt);
3194                 kmem_free(p, sizeof (*p));
3195         }
3196         mutex_exit(&arc_prune_mtx);
3197 }
3198
3199 void
3200 arc_set_callback(arc_buf_t *buf, arc_evict_func_t *func, void *private)
3201 {
3202         ASSERT(buf->b_hdr != NULL);
3203         ASSERT(buf->b_hdr->b_state != arc_anon);
3204         ASSERT(!refcount_is_zero(&buf->b_hdr->b_refcnt) || func == NULL);
3205         ASSERT(buf->b_efunc == NULL);
3206         ASSERT(!HDR_BUF_AVAILABLE(buf->b_hdr));
3207
3208         buf->b_efunc = func;
3209         buf->b_private = private;
3210 }
3211
3212 /*
3213  * Notify the arc that a block was freed, and thus will never be used again.
3214  */
3215 void
3216 arc_freed(spa_t *spa, const blkptr_t *bp)
3217 {
3218         arc_buf_hdr_t *hdr;
3219         kmutex_t *hash_lock;
3220         uint64_t guid = spa_load_guid(spa);
3221
3222         hdr = buf_hash_find(guid, BP_IDENTITY(bp), BP_PHYSICAL_BIRTH(bp),
3223             &hash_lock);
3224         if (hdr == NULL)
3225                 return;
3226         if (HDR_BUF_AVAILABLE(hdr)) {
3227                 arc_buf_t *buf = hdr->b_buf;
3228                 add_reference(hdr, hash_lock, FTAG);
3229                 hdr->b_flags &= ~ARC_BUF_AVAILABLE;
3230                 mutex_exit(hash_lock);
3231
3232                 arc_release(buf, FTAG);
3233                 (void) arc_buf_remove_ref(buf, FTAG);
3234         } else {
3235                 mutex_exit(hash_lock);
3236         }
3237
3238 }
3239
3240 /*
3241  * This is used by the DMU to let the ARC know that a buffer is
3242  * being evicted, so the ARC should clean up.  If this arc buf
3243  * is not yet in the evicted state, it will be put there.
3244  */
3245 int
3246 arc_buf_evict(arc_buf_t *buf)
3247 {
3248         arc_buf_hdr_t *hdr;
3249         kmutex_t *hash_lock;
3250         arc_buf_t **bufp;
3251
3252         mutex_enter(&buf->b_evict_lock);
3253         hdr = buf->b_hdr;
3254         if (hdr == NULL) {
3255                 /*
3256                  * We are in arc_do_user_evicts().
3257                  */
3258                 ASSERT(buf->b_data == NULL);
3259                 mutex_exit(&buf->b_evict_lock);
3260                 return (0);
3261         } else if (buf->b_data == NULL) {
3262                 arc_buf_t copy = *buf; /* structure assignment */
3263                 /*
3264                  * We are on the eviction list; process this buffer now
3265                  * but let arc_do_user_evicts() do the reaping.
3266                  */
3267                 buf->b_efunc = NULL;
3268                 mutex_exit(&buf->b_evict_lock);
3269                 VERIFY(copy.b_efunc(&copy) == 0);
3270                 return (1);
3271         }
3272         hash_lock = HDR_LOCK(hdr);
3273         mutex_enter(hash_lock);
3274         hdr = buf->b_hdr;
3275         ASSERT3P(hash_lock, ==, HDR_LOCK(hdr));
3276
3277         ASSERT3U(refcount_count(&hdr->b_refcnt), <, hdr->b_datacnt);
3278         ASSERT(hdr->b_state == arc_mru || hdr->b_state == arc_mfu);
3279
3280         /*
3281          * Pull this buffer off of the hdr
3282          */
3283         bufp = &hdr->b_buf;
3284         while (*bufp != buf)
3285                 bufp = &(*bufp)->b_next;
3286         *bufp = buf->b_next;
3287
3288         ASSERT(buf->b_data != NULL);
3289         arc_buf_destroy(buf, FALSE, FALSE);
3290
3291         if (hdr->b_datacnt == 0) {
3292                 arc_state_t *old_state = hdr->b_state;
3293                 arc_state_t *evicted_state;
3294
3295                 ASSERT(hdr->b_buf == NULL);
3296                 ASSERT(refcount_is_zero(&hdr->b_refcnt));
3297
3298                 evicted_state =
3299                     (old_state == arc_mru) ? arc_mru_ghost : arc_mfu_ghost;
3300
3301                 mutex_enter(&old_state->arcs_mtx);
3302                 mutex_enter(&evicted_state->arcs_mtx);
3303
3304                 arc_change_state(evicted_state, hdr, hash_lock);
3305                 ASSERT(HDR_IN_HASH_TABLE(hdr));
3306                 hdr->b_flags |= ARC_IN_HASH_TABLE;
3307                 hdr->b_flags &= ~ARC_BUF_AVAILABLE;
3308
3309                 mutex_exit(&evicted_state->arcs_mtx);
3310                 mutex_exit(&old_state->arcs_mtx);
3311         }
3312         mutex_exit(hash_lock);
3313         mutex_exit(&buf->b_evict_lock);
3314
3315         VERIFY(buf->b_efunc(buf) == 0);
3316         buf->b_efunc = NULL;
3317         buf->b_private = NULL;
3318         buf->b_hdr = NULL;
3319         buf->b_next = NULL;
3320         kmem_cache_free(buf_cache, buf);
3321         return (1);
3322 }
3323
3324 /*
3325  * Release this buffer from the cache.  This must be done
3326  * after a read and prior to modifying the buffer contents.
3327  * If the buffer has more than one reference, we must make
3328  * a new hdr for the buffer.
3329  */
3330 void
3331 arc_release(arc_buf_t *buf, void *tag)
3332 {
3333         arc_buf_hdr_t *hdr;
3334         kmutex_t *hash_lock = NULL;
3335         l2arc_buf_hdr_t *l2hdr;
3336         uint64_t buf_size = 0;
3337
3338         /*
3339          * It would be nice to assert that if it's DMU metadata (level >
3340          * 0 || it's the dnode file), then it must be syncing context.
3341          * But we don't know that information at this level.
3342          */
3343
3344         mutex_enter(&buf->b_evict_lock);
3345         hdr = buf->b_hdr;
3346
3347         /* this buffer is not on any list */
3348         ASSERT(refcount_count(&hdr->b_refcnt) > 0);
3349
3350         if (hdr->b_state == arc_anon) {
3351                 /* this buffer is already released */
3352                 ASSERT(buf->b_efunc == NULL);
3353         } else {
3354                 hash_lock = HDR_LOCK(hdr);
3355                 mutex_enter(hash_lock);
3356                 hdr = buf->b_hdr;
3357                 ASSERT3P(hash_lock, ==, HDR_LOCK(hdr));
3358         }
3359
3360         l2hdr = hdr->b_l2hdr;
3361         if (l2hdr) {
3362                 mutex_enter(&l2arc_buflist_mtx);
3363                 hdr->b_l2hdr = NULL;
3364                 buf_size = hdr->b_size;
3365         }
3366
3367         /*
3368          * Do we have more than one buf?
3369          */
3370         if (hdr->b_datacnt > 1) {
3371                 arc_buf_hdr_t *nhdr;
3372                 arc_buf_t **bufp;
3373                 uint64_t blksz = hdr->b_size;
3374                 uint64_t spa = hdr->b_spa;
3375                 arc_buf_contents_t type = hdr->b_type;
3376                 uint32_t flags = hdr->b_flags;
3377
3378                 ASSERT(hdr->b_buf != buf || buf->b_next != NULL);
3379                 /*
3380                  * Pull the data off of this hdr and attach it to
3381                  * a new anonymous hdr.
3382                  */
3383                 (void) remove_reference(hdr, hash_lock, tag);
3384                 bufp = &hdr->b_buf;
3385                 while (*bufp != buf)
3386                         bufp = &(*bufp)->b_next;
3387                 *bufp = buf->b_next;
3388                 buf->b_next = NULL;
3389
3390                 ASSERT3U(hdr->b_state->arcs_size, >=, hdr->b_size);
3391                 atomic_add_64(&hdr->b_state->arcs_size, -hdr->b_size);
3392                 if (refcount_is_zero(&hdr->b_refcnt)) {
3393                         uint64_t *size = &hdr->b_state->arcs_lsize[hdr->b_type];
3394                         ASSERT3U(*size, >=, hdr->b_size);
3395                         atomic_add_64(size, -hdr->b_size);
3396                 }
3397
3398                 /*
3399                  * We're releasing a duplicate user data buffer, update
3400                  * our statistics accordingly.
3401                  */
3402                 if (hdr->b_type == ARC_BUFC_DATA) {
3403                         ARCSTAT_BUMPDOWN(arcstat_duplicate_buffers);
3404                         ARCSTAT_INCR(arcstat_duplicate_buffers_size,
3405                             -hdr->b_size);
3406                 }
3407                 hdr->b_datacnt -= 1;
3408                 arc_cksum_verify(buf);
3409
3410                 mutex_exit(hash_lock);
3411
3412                 nhdr = kmem_cache_alloc(hdr_cache, KM_PUSHPAGE);
3413                 nhdr->b_size = blksz;
3414                 nhdr->b_spa = spa;
3415                 nhdr->b_type = type;
3416                 nhdr->b_buf = buf;
3417                 nhdr->b_state = arc_anon;
3418                 nhdr->b_arc_access = 0;
3419                 nhdr->b_flags = flags & ARC_L2_WRITING;
3420                 nhdr->b_l2hdr = NULL;
3421                 nhdr->b_datacnt = 1;
3422                 nhdr->b_freeze_cksum = NULL;
3423                 (void) refcount_add(&nhdr->b_refcnt, tag);
3424                 buf->b_hdr = nhdr;
3425                 mutex_exit(&buf->b_evict_lock);
3426                 atomic_add_64(&arc_anon->arcs_size, blksz);
3427         } else {
3428                 mutex_exit(&buf->b_evict_lock);
3429                 ASSERT(refcount_count(&hdr->b_refcnt) == 1);
3430                 ASSERT(!list_link_active(&hdr->b_arc_node));
3431                 ASSERT(!HDR_IO_IN_PROGRESS(hdr));
3432                 if (hdr->b_state != arc_anon)
3433                         arc_change_state(arc_anon, hdr, hash_lock);
3434                 hdr->b_arc_access = 0;
3435                 if (hash_lock)
3436                         mutex_exit(hash_lock);
3437
3438                 buf_discard_identity(hdr);
3439                 arc_buf_thaw(buf);
3440         }
3441         buf->b_efunc = NULL;
3442         buf->b_private = NULL;
3443
3444         if (l2hdr) {
3445                 list_remove(l2hdr->b_dev->l2ad_buflist, hdr);
3446                 kmem_free(l2hdr, sizeof (l2arc_buf_hdr_t));
3447                 arc_space_return(L2HDR_SIZE, ARC_SPACE_L2HDRS);
3448                 ARCSTAT_INCR(arcstat_l2_size, -buf_size);
3449                 mutex_exit(&l2arc_buflist_mtx);
3450         }
3451 }
3452
3453 int
3454 arc_released(arc_buf_t *buf)
3455 {
3456         int released;
3457
3458         mutex_enter(&buf->b_evict_lock);
3459         released = (buf->b_data != NULL && buf->b_hdr->b_state == arc_anon);
3460         mutex_exit(&buf->b_evict_lock);
3461         return (released);
3462 }
3463
3464 int
3465 arc_has_callback(arc_buf_t *buf)
3466 {
3467         int callback;
3468
3469         mutex_enter(&buf->b_evict_lock);
3470         callback = (buf->b_efunc != NULL);
3471         mutex_exit(&buf->b_evict_lock);
3472         return (callback);
3473 }
3474
3475 #ifdef ZFS_DEBUG
3476 int
3477 arc_referenced(arc_buf_t *buf)
3478 {
3479         int referenced;
3480
3481         mutex_enter(&buf->b_evict_lock);
3482         referenced = (refcount_count(&buf->b_hdr->b_refcnt));
3483         mutex_exit(&buf->b_evict_lock);
3484         return (referenced);
3485 }
3486 #endif
3487
3488 static void
3489 arc_write_ready(zio_t *zio)
3490 {
3491         arc_write_callback_t *callback = zio->io_private;
3492         arc_buf_t *buf = callback->awcb_buf;
3493         arc_buf_hdr_t *hdr = buf->b_hdr;
3494
3495         ASSERT(!refcount_is_zero(&buf->b_hdr->b_refcnt));
3496         callback->awcb_ready(zio, buf, callback->awcb_private);
3497
3498         /*
3499          * If the IO is already in progress, then this is a re-write
3500          * attempt, so we need to thaw and re-compute the cksum.
3501          * It is the responsibility of the callback to handle the
3502          * accounting for any re-write attempt.
3503          */
3504         if (HDR_IO_IN_PROGRESS(hdr)) {
3505                 mutex_enter(&hdr->b_freeze_lock);
3506                 if (hdr->b_freeze_cksum != NULL) {
3507                         kmem_free(hdr->b_freeze_cksum, sizeof (zio_cksum_t));
3508                         hdr->b_freeze_cksum = NULL;
3509                 }
3510                 mutex_exit(&hdr->b_freeze_lock);
3511         }
3512         arc_cksum_compute(buf, B_FALSE);
3513         hdr->b_flags |= ARC_IO_IN_PROGRESS;
3514 }
3515
3516 static void
3517 arc_write_done(zio_t *zio)
3518 {
3519         arc_write_callback_t *callback = zio->io_private;
3520         arc_buf_t *buf = callback->awcb_buf;
3521         arc_buf_hdr_t *hdr = buf->b_hdr;
3522
3523         ASSERT(hdr->b_acb == NULL);
3524
3525         if (zio->io_error == 0) {
3526                 hdr->b_dva = *BP_IDENTITY(zio->io_bp);
3527                 hdr->b_birth = BP_PHYSICAL_BIRTH(zio->io_bp);
3528                 hdr->b_cksum0 = zio->io_bp->blk_cksum.zc_word[0];
3529         } else {
3530                 ASSERT(BUF_EMPTY(hdr));
3531         }
3532
3533         /*
3534          * If the block to be written was all-zero, we may have
3535          * compressed it away.  In this case no write was performed
3536          * so there will be no dva/birth/checksum.  The buffer must
3537          * therefore remain anonymous (and uncached).
3538          */
3539         if (!BUF_EMPTY(hdr)) {
3540                 arc_buf_hdr_t *exists;
3541                 kmutex_t *hash_lock;
3542
3543                 ASSERT(zio->io_error == 0);
3544
3545                 arc_cksum_verify(buf);
3546
3547                 exists = buf_hash_insert(hdr, &hash_lock);
3548                 if (exists) {
3549                         /*
3550                          * This can only happen if we overwrite for
3551                          * sync-to-convergence, because we remove
3552                          * buffers from the hash table when we arc_free().
3553                          */
3554                         if (zio->io_flags & ZIO_FLAG_IO_REWRITE) {
3555                                 if (!BP_EQUAL(&zio->io_bp_orig, zio->io_bp))
3556                                         panic("bad overwrite, hdr=%p exists=%p",
3557                                             (void *)hdr, (void *)exists);
3558                                 ASSERT(refcount_is_zero(&exists->b_refcnt));
3559                                 arc_change_state(arc_anon, exists, hash_lock);
3560                                 mutex_exit(hash_lock);
3561                                 arc_hdr_destroy(exists);
3562                                 exists = buf_hash_insert(hdr, &hash_lock);
3563                                 ASSERT3P(exists, ==, NULL);
3564                         } else {
3565                                 /* Dedup */
3566                                 ASSERT(hdr->b_datacnt == 1);
3567                                 ASSERT(hdr->b_state == arc_anon);
3568                                 ASSERT(BP_GET_DEDUP(zio->io_bp));
3569                                 ASSERT(BP_GET_LEVEL(zio->io_bp) == 0);
3570                         }
3571                 }
3572                 hdr->b_flags &= ~ARC_IO_IN_PROGRESS;
3573                 /* if it's not anon, we are doing a scrub */
3574                 if (!exists && hdr->b_state == arc_anon)
3575                         arc_access(hdr, hash_lock);
3576                 mutex_exit(hash_lock);
3577         } else {
3578                 hdr->b_flags &= ~ARC_IO_IN_PROGRESS;
3579         }
3580
3581         ASSERT(!refcount_is_zero(&hdr->b_refcnt));
3582         callback->awcb_done(zio, buf, callback->awcb_private);
3583
3584         kmem_free(callback, sizeof (arc_write_callback_t));
3585 }
3586
3587 zio_t *
3588 arc_write(zio_t *pio, spa_t *spa, uint64_t txg,
3589     blkptr_t *bp, arc_buf_t *buf, boolean_t l2arc, const zio_prop_t *zp,
3590     arc_done_func_t *ready, arc_done_func_t *done, void *private,
3591     int priority, int zio_flags, const zbookmark_t *zb)
3592 {
3593         arc_buf_hdr_t *hdr = buf->b_hdr;
3594         arc_write_callback_t *callback;
3595         zio_t *zio;
3596
3597         ASSERT(ready != NULL);
3598         ASSERT(done != NULL);
3599         ASSERT(!HDR_IO_ERROR(hdr));
3600         ASSERT((hdr->b_flags & ARC_IO_IN_PROGRESS) == 0);
3601         ASSERT(hdr->b_acb == NULL);
3602         if (l2arc)
3603                 hdr->b_flags |= ARC_L2CACHE;
3604         callback = kmem_zalloc(sizeof (arc_write_callback_t), KM_PUSHPAGE);
3605         callback->awcb_ready = ready;
3606         callback->awcb_done = done;
3607         callback->awcb_private = private;
3608         callback->awcb_buf = buf;
3609
3610         zio = zio_write(pio, spa, txg, bp, buf->b_data, hdr->b_size, zp,
3611             arc_write_ready, arc_write_done, callback, priority, zio_flags, zb);
3612
3613         return (zio);
3614 }
3615
3616 static int
3617 arc_memory_throttle(uint64_t reserve, uint64_t inflight_data, uint64_t txg)
3618 {
3619 #ifdef _KERNEL
3620         uint64_t available_memory;
3621
3622         if (zfs_arc_memory_throttle_disable)
3623                 return (0);
3624
3625         /* Easily reclaimable memory (free + inactive + arc-evictable) */
3626         available_memory = ptob(spl_kmem_availrmem()) + arc_evictable_memory();
3627
3628         if (available_memory <= zfs_write_limit_max) {
3629                 ARCSTAT_INCR(arcstat_memory_throttle_count, 1);
3630                 DMU_TX_STAT_BUMP(dmu_tx_memory_reclaim);
3631                 return (EAGAIN);
3632         }
3633
3634         if (inflight_data > available_memory / 4) {
3635                 ARCSTAT_INCR(arcstat_memory_throttle_count, 1);
3636                 DMU_TX_STAT_BUMP(dmu_tx_memory_inflight);
3637                 return (ERESTART);
3638         }
3639 #endif
3640         return (0);
3641 }
3642
3643 void
3644 arc_tempreserve_clear(uint64_t reserve)
3645 {
3646         atomic_add_64(&arc_tempreserve, -reserve);
3647         ASSERT((int64_t)arc_tempreserve >= 0);
3648 }
3649
3650 int
3651 arc_tempreserve_space(uint64_t reserve, uint64_t txg)
3652 {
3653         int error;
3654         uint64_t anon_size;
3655
3656 #ifdef ZFS_DEBUG
3657         /*
3658          * Once in a while, fail for no reason.  Everything should cope.
3659          */
3660         if (spa_get_random(10000) == 0) {
3661                 dprintf("forcing random failure\n");
3662                 return (ERESTART);
3663         }
3664 #endif
3665         if (reserve > arc_c/4 && !arc_no_grow)
3666                 arc_c = MIN(arc_c_max, reserve * 4);
3667         if (reserve > arc_c) {
3668                 DMU_TX_STAT_BUMP(dmu_tx_memory_reserve);
3669                 return (ENOMEM);
3670         }
3671
3672         /*
3673          * Don't count loaned bufs as in flight dirty data to prevent long
3674          * network delays from blocking transactions that are ready to be
3675          * assigned to a txg.
3676          */
3677         anon_size = MAX((int64_t)(arc_anon->arcs_size - arc_loaned_bytes), 0);
3678
3679         /*
3680          * Writes will, almost always, require additional memory allocations
3681          * in order to compress/encrypt/etc the data.  We therefor need to
3682          * make sure that there is sufficient available memory for this.
3683          */
3684         if ((error = arc_memory_throttle(reserve, anon_size, txg)))
3685                 return (error);
3686
3687         /*
3688          * Throttle writes when the amount of dirty data in the cache
3689          * gets too large.  We try to keep the cache less than half full
3690          * of dirty blocks so that our sync times don't grow too large.
3691          * Note: if two requests come in concurrently, we might let them
3692          * both succeed, when one of them should fail.  Not a huge deal.
3693          */
3694
3695         if (reserve + arc_tempreserve + anon_size > arc_c / 2 &&
3696             anon_size > arc_c / 4) {
3697                 dprintf("failing, arc_tempreserve=%lluK anon_meta=%lluK "
3698                     "anon_data=%lluK tempreserve=%lluK arc_c=%lluK\n",
3699                     arc_tempreserve>>10,
3700                     arc_anon->arcs_lsize[ARC_BUFC_METADATA]>>10,
3701                     arc_anon->arcs_lsize[ARC_BUFC_DATA]>>10,
3702                     reserve>>10, arc_c>>10);
3703                 DMU_TX_STAT_BUMP(dmu_tx_dirty_throttle);
3704                 return (ERESTART);
3705         }
3706         atomic_add_64(&arc_tempreserve, reserve);
3707         return (0);
3708 }
3709
3710 static void
3711 arc_kstat_update_state(arc_state_t *state, kstat_named_t *size,
3712     kstat_named_t *evict_data, kstat_named_t *evict_metadata)
3713 {
3714         size->value.ui64 = state->arcs_size;
3715         evict_data->value.ui64 = state->arcs_lsize[ARC_BUFC_DATA];
3716         evict_metadata->value.ui64 = state->arcs_lsize[ARC_BUFC_METADATA];
3717 }
3718
3719 static int
3720 arc_kstat_update(kstat_t *ksp, int rw)
3721 {
3722         arc_stats_t *as = ksp->ks_data;
3723
3724         if (rw == KSTAT_WRITE) {
3725                 return (EACCES);
3726         } else {
3727                 arc_kstat_update_state(arc_anon,
3728                     &as->arcstat_anon_size,
3729                     &as->arcstat_anon_evict_data,
3730                     &as->arcstat_anon_evict_metadata);
3731                 arc_kstat_update_state(arc_mru,
3732                     &as->arcstat_mru_size,
3733                     &as->arcstat_mru_evict_data,
3734                     &as->arcstat_mru_evict_metadata);
3735                 arc_kstat_update_state(arc_mru_ghost,
3736                     &as->arcstat_mru_ghost_size,
3737                     &as->arcstat_mru_ghost_evict_data,
3738                     &as->arcstat_mru_ghost_evict_metadata);
3739                 arc_kstat_update_state(arc_mfu,
3740                     &as->arcstat_mfu_size,
3741                     &as->arcstat_mfu_evict_data,
3742                     &as->arcstat_mfu_evict_metadata);
3743                 arc_kstat_update_state(arc_mfu_ghost,
3744                     &as->arcstat_mfu_ghost_size,
3745                     &as->arcstat_mfu_ghost_evict_data,
3746                     &as->arcstat_mfu_ghost_evict_metadata);
3747         }
3748
3749         return (0);
3750 }
3751
3752 void
3753 arc_init(void)
3754 {
3755         mutex_init(&arc_reclaim_thr_lock, NULL, MUTEX_DEFAULT, NULL);
3756         cv_init(&arc_reclaim_thr_cv, NULL, CV_DEFAULT, NULL);
3757
3758         /* Convert seconds to clock ticks */
3759         arc_min_prefetch_lifespan = 1 * hz;
3760
3761         /* Start out with 1/8 of all memory */
3762         arc_c = physmem * PAGESIZE / 8;
3763
3764 #ifdef _KERNEL
3765         /*
3766          * On architectures where the physical memory can be larger
3767          * than the addressable space (intel in 32-bit mode), we may
3768          * need to limit the cache to 1/8 of VM size.
3769          */
3770         arc_c = MIN(arc_c, vmem_size(heap_arena, VMEM_ALLOC | VMEM_FREE) / 8);
3771         /*
3772          * Register a shrinker to support synchronous (direct) memory
3773          * reclaim from the arc.  This is done to prevent kswapd from
3774          * swapping out pages when it is preferable to shrink the arc.
3775          */
3776         spl_register_shrinker(&arc_shrinker);
3777 #endif
3778
3779         /* set min cache to 1/32 of all memory, or 64MB, whichever is more */
3780         arc_c_min = MAX(arc_c / 4, 64<<20);
3781         /* set max to 1/2 of all memory */
3782         arc_c_max = MAX(arc_c * 4, arc_c_max);
3783
3784         /*
3785          * Allow the tunables to override our calculations if they are
3786          * reasonable (ie. over 64MB)
3787          */
3788         if (zfs_arc_max > 64<<20 && zfs_arc_max < physmem * PAGESIZE)
3789                 arc_c_max = zfs_arc_max;
3790         if (zfs_arc_min > 64<<20 && zfs_arc_min <= arc_c_max)
3791                 arc_c_min = zfs_arc_min;
3792
3793         arc_c = arc_c_max;
3794         arc_p = (arc_c >> 1);
3795
3796         /* limit meta-data to 1/4 of the arc capacity */
3797         arc_meta_limit = arc_c_max / 4;
3798         arc_meta_max = 0;
3799
3800         /* Allow the tunable to override if it is reasonable */
3801         if (zfs_arc_meta_limit > 0 && zfs_arc_meta_limit <= arc_c_max)
3802                 arc_meta_limit = zfs_arc_meta_limit;
3803
3804         if (arc_c_min < arc_meta_limit / 2 && zfs_arc_min == 0)
3805                 arc_c_min = arc_meta_limit / 2;
3806
3807         if (zfs_arc_grow_retry > 0)
3808                 arc_grow_retry = zfs_arc_grow_retry;
3809
3810         if (zfs_arc_shrink_shift > 0)
3811                 arc_shrink_shift = zfs_arc_shrink_shift;
3812
3813         if (zfs_arc_p_min_shift > 0)
3814                 arc_p_min_shift = zfs_arc_p_min_shift;
3815
3816         if (zfs_arc_meta_prune > 0)
3817                 arc_meta_prune = zfs_arc_meta_prune;
3818
3819         /* if kmem_flags are set, lets try to use less memory */
3820         if (kmem_debugging())
3821                 arc_c = arc_c / 2;
3822         if (arc_c < arc_c_min)
3823                 arc_c = arc_c_min;
3824
3825         arc_anon = &ARC_anon;
3826         arc_mru = &ARC_mru;
3827         arc_mru_ghost = &ARC_mru_ghost;
3828         arc_mfu = &ARC_mfu;
3829         arc_mfu_ghost = &ARC_mfu_ghost;
3830         arc_l2c_only = &ARC_l2c_only;
3831         arc_size = 0;
3832
3833         mutex_init(&arc_anon->arcs_mtx, NULL, MUTEX_DEFAULT, NULL);
3834         mutex_init(&arc_mru->arcs_mtx, NULL, MUTEX_DEFAULT, NULL);
3835         mutex_init(&arc_mru_ghost->arcs_mtx, NULL, MUTEX_DEFAULT, NULL);
3836         mutex_init(&arc_mfu->arcs_mtx, NULL, MUTEX_DEFAULT, NULL);
3837         mutex_init(&arc_mfu_ghost->arcs_mtx, NULL, MUTEX_DEFAULT, NULL);
3838         mutex_init(&arc_l2c_only->arcs_mtx, NULL, MUTEX_DEFAULT, NULL);
3839
3840         list_create(&arc_mru->arcs_list[ARC_BUFC_METADATA],
3841             sizeof (arc_buf_hdr_t), offsetof(arc_buf_hdr_t, b_arc_node));
3842         list_create(&arc_mru->arcs_list[ARC_BUFC_DATA],
3843             sizeof (arc_buf_hdr_t), offsetof(arc_buf_hdr_t, b_arc_node));
3844         list_create(&arc_mru_ghost->arcs_list[ARC_BUFC_METADATA],
3845             sizeof (arc_buf_hdr_t), offsetof(arc_buf_hdr_t, b_arc_node));
3846         list_create(&arc_mru_ghost->arcs_list[ARC_BUFC_DATA],
3847             sizeof (arc_buf_hdr_t), offsetof(arc_buf_hdr_t, b_arc_node));
3848         list_create(&arc_mfu->arcs_list[ARC_BUFC_METADATA],
3849             sizeof (arc_buf_hdr_t), offsetof(arc_buf_hdr_t, b_arc_node));
3850         list_create(&arc_mfu->arcs_list[ARC_BUFC_DATA],
3851             sizeof (arc_buf_hdr_t), offsetof(arc_buf_hdr_t, b_arc_node));
3852         list_create(&arc_mfu_ghost->arcs_list[ARC_BUFC_METADATA],
3853             sizeof (arc_buf_hdr_t), offsetof(arc_buf_hdr_t, b_arc_node));
3854         list_create(&arc_mfu_ghost->arcs_list[ARC_BUFC_DATA],
3855             sizeof (arc_buf_hdr_t), offsetof(arc_buf_hdr_t, b_arc_node));
3856         list_create(&arc_l2c_only->arcs_list[ARC_BUFC_METADATA],
3857             sizeof (arc_buf_hdr_t), offsetof(arc_buf_hdr_t, b_arc_node));
3858         list_create(&arc_l2c_only->arcs_list[ARC_BUFC_DATA],
3859             sizeof (arc_buf_hdr_t), offsetof(arc_buf_hdr_t, b_arc_node));
3860
3861         buf_init();
3862
3863         arc_thread_exit = 0;
3864         list_create(&arc_prune_list, sizeof (arc_prune_t),
3865             offsetof(arc_prune_t, p_node));
3866         arc_eviction_list = NULL;
3867         mutex_init(&arc_prune_mtx, NULL, MUTEX_DEFAULT, NULL);
3868         mutex_init(&arc_eviction_mtx, NULL, MUTEX_DEFAULT, NULL);
3869         bzero(&arc_eviction_hdr, sizeof (arc_buf_hdr_t));
3870
3871         arc_ksp = kstat_create("zfs", 0, "arcstats", "misc", KSTAT_TYPE_NAMED,
3872             sizeof (arc_stats) / sizeof (kstat_named_t), KSTAT_FLAG_VIRTUAL);
3873
3874         if (arc_ksp != NULL) {
3875                 arc_ksp->ks_data = &arc_stats;
3876                 arc_ksp->ks_update = arc_kstat_update;
3877                 kstat_install(arc_ksp);
3878         }
3879
3880         (void) thread_create(NULL, 0, arc_adapt_thread, NULL, 0, &p0,
3881             TS_RUN, minclsyspri);
3882
3883         arc_dead = FALSE;
3884         arc_warm = B_FALSE;
3885
3886         if (zfs_write_limit_max == 0)
3887                 zfs_write_limit_max = ptob(physmem) >> zfs_write_limit_shift;
3888         else
3889                 zfs_write_limit_shift = 0;
3890         mutex_init(&zfs_write_limit_lock, NULL, MUTEX_DEFAULT, NULL);
3891 }
3892
3893 void
3894 arc_fini(void)
3895 {
3896         arc_prune_t *p;
3897
3898         mutex_enter(&arc_reclaim_thr_lock);
3899 #ifdef _KERNEL
3900         spl_unregister_shrinker(&arc_shrinker);
3901 #endif /* _KERNEL */
3902
3903         arc_thread_exit = 1;
3904         while (arc_thread_exit != 0)
3905                 cv_wait(&arc_reclaim_thr_cv, &arc_reclaim_thr_lock);
3906         mutex_exit(&arc_reclaim_thr_lock);
3907
3908         arc_flush(NULL);
3909
3910         arc_dead = TRUE;
3911
3912         if (arc_ksp != NULL) {
3913                 kstat_delete(arc_ksp);
3914                 arc_ksp = NULL;
3915         }
3916
3917         mutex_enter(&arc_prune_mtx);
3918         while ((p = list_head(&arc_prune_list)) != NULL) {
3919                 list_remove(&arc_prune_list, p);
3920                 refcount_remove(&p->p_refcnt, &arc_prune_list);
3921                 refcount_destroy(&p->p_refcnt);
3922                 kmem_free(p, sizeof (*p));
3923         }
3924         mutex_exit(&arc_prune_mtx);
3925
3926         list_destroy(&arc_prune_list);
3927         mutex_destroy(&arc_prune_mtx);
3928         mutex_destroy(&arc_eviction_mtx);
3929         mutex_destroy(&arc_reclaim_thr_lock);
3930         cv_destroy(&arc_reclaim_thr_cv);
3931
3932         list_destroy(&arc_mru->arcs_list[ARC_BUFC_METADATA]);
3933         list_destroy(&arc_mru_ghost->arcs_list[ARC_BUFC_METADATA]);
3934         list_destroy(&arc_mfu->arcs_list[ARC_BUFC_METADATA]);
3935         list_destroy(&arc_mfu_ghost->arcs_list[ARC_BUFC_METADATA]);
3936         list_destroy(&arc_mru->arcs_list[ARC_BUFC_DATA]);
3937         list_destroy(&arc_mru_ghost->arcs_list[ARC_BUFC_DATA]);
3938         list_destroy(&arc_mfu->arcs_list[ARC_BUFC_DATA]);
3939         list_destroy(&arc_mfu_ghost->arcs_list[ARC_BUFC_DATA]);
3940
3941         mutex_destroy(&arc_anon->arcs_mtx);
3942         mutex_destroy(&arc_mru->arcs_mtx);
3943         mutex_destroy(&arc_mru_ghost->arcs_mtx);
3944         mutex_destroy(&arc_mfu->arcs_mtx);
3945         mutex_destroy(&arc_mfu_ghost->arcs_mtx);
3946         mutex_destroy(&arc_l2c_only->arcs_mtx);
3947
3948         mutex_destroy(&zfs_write_limit_lock);
3949
3950         buf_fini();
3951
3952         ASSERT(arc_loaned_bytes == 0);
3953 }
3954
3955 /*
3956  * Level 2 ARC
3957  *
3958  * The level 2 ARC (L2ARC) is a cache layer in-between main memory and disk.
3959  * It uses dedicated storage devices to hold cached data, which are populated
3960  * using large infrequent writes.  The main role of this cache is to boost
3961  * the performance of random read workloads.  The intended L2ARC devices
3962  * include short-stroked disks, solid state disks, and other media with
3963  * substantially faster read latency than disk.
3964  *
3965  *                 +-----------------------+
3966  *                 |         ARC           |
3967  *                 +-----------------------+
3968  *                    |         ^     ^
3969  *                    |         |     |
3970  *      l2arc_feed_thread()    arc_read()
3971  *                    |         |     |
3972  *                    |  l2arc read   |
3973  *                    V         |     |
3974  *               +---------------+    |
3975  *               |     L2ARC     |    |
3976  *               +---------------+    |
3977  *                   |    ^           |
3978  *          l2arc_write() |           |
3979  *                   |    |           |
3980  *                   V    |           |
3981  *                 +-------+      +-------+
3982  *                 | vdev  |      | vdev  |
3983  *                 | cache |      | cache |
3984  *                 +-------+      +-------+
3985  *                 +=========+     .-----.
3986  *                 :  L2ARC  :    |-_____-|
3987  *                 : devices :    | Disks |
3988  *                 +=========+    `-_____-'
3989  *
3990  * Read requests are satisfied from the following sources, in order:
3991  *
3992  *      1) ARC
3993  *      2) vdev cache of L2ARC devices
3994  *      3) L2ARC devices
3995  *      4) vdev cache of disks
3996  *      5) disks
3997  *
3998  * Some L2ARC device types exhibit extremely slow write performance.
3999  * To accommodate for this there are some significant differences between
4000  * the L2ARC and traditional cache design:
4001  *
4002  * 1. There is no eviction path from the ARC to the L2ARC.  Evictions from
4003  * the ARC behave as usual, freeing buffers and placing headers on ghost
4004  * lists.  The ARC does not send buffers to the L2ARC during eviction as
4005  * this would add inflated write latencies for all ARC memory pressure.
4006  *
4007  * 2. The L2ARC attempts to cache data from the ARC before it is evicted.
4008  * It does this by periodically scanning buffers from the eviction-end of
4009  * the MFU and MRU ARC lists, copying them to the L2ARC devices if they are
4010  * not already there.  It scans until a headroom of buffers is satisfied,
4011  * which itself is a buffer for ARC eviction.  The thread that does this is
4012  * l2arc_feed_thread(), illustrated below; example sizes are included to
4013  * provide a better sense of ratio than this diagram:
4014  *
4015  *             head -->                        tail
4016  *              +---------------------+----------+
4017  *      ARC_mfu |:::::#:::::::::::::::|o#o###o###|-->.   # already on L2ARC
4018  *              +---------------------+----------+   |   o L2ARC eligible
4019  *      ARC_mru |:#:::::::::::::::::::|#o#ooo####|-->|   : ARC buffer
4020  *              +---------------------+----------+   |
4021  *                   15.9 Gbytes      ^ 32 Mbytes    |
4022  *                                 headroom          |
4023  *                                            l2arc_feed_thread()
4024  *                                                   |
4025  *                       l2arc write hand <--[oooo]--'
4026  *                               |           8 Mbyte
4027  *                               |          write max
4028  *                               V
4029  *                +==============================+
4030  *      L2ARC dev |####|#|###|###|    |####| ... |
4031  *                +==============================+
4032  *                           32 Gbytes
4033  *
4034  * 3. If an ARC buffer is copied to the L2ARC but then hit instead of
4035  * evicted, then the L2ARC has cached a buffer much sooner than it probably
4036  * needed to, potentially wasting L2ARC device bandwidth and storage.  It is
4037  * safe to say that this is an uncommon case, since buffers at the end of
4038  * the ARC lists have moved there due to inactivity.
4039  *
4040  * 4. If the ARC evicts faster than the L2ARC can maintain a headroom,
4041  * then the L2ARC simply misses copying some buffers.  This serves as a
4042  * pressure valve to prevent heavy read workloads from both stalling the ARC
4043  * with waits and clogging the L2ARC with writes.  This also helps prevent
4044  * the potential for the L2ARC to churn if it attempts to cache content too
4045  * quickly, such as during backups of the entire pool.
4046  *
4047  * 5. After system boot and before the ARC has filled main memory, there are
4048  * no evictions from the ARC and so the tails of the ARC_mfu and ARC_mru
4049  * lists can remain mostly static.  Instead of searching from tail of these
4050  * lists as pictured, the l2arc_feed_thread() will search from the list heads
4051  * for eligible buffers, greatly increasing its chance of finding them.
4052  *
4053  * The L2ARC device write speed is also boosted during this time so that
4054  * the L2ARC warms up faster.  Since there have been no ARC evictions yet,
4055  * there are no L2ARC reads, and no fear of degrading read performance
4056  * through increased writes.
4057  *
4058  * 6. Writes to the L2ARC devices are grouped and sent in-sequence, so that
4059  * the vdev queue can aggregate them into larger and fewer writes.  Each
4060  * device is written to in a rotor fashion, sweeping writes through
4061  * available space then repeating.
4062  *
4063  * 7. The L2ARC does not store dirty content.  It never needs to flush
4064  * write buffers back to disk based storage.
4065  *
4066  * 8. If an ARC buffer is written (and dirtied) which also exists in the
4067  * L2ARC, the now stale L2ARC buffer is immediately dropped.
4068  *
4069  * The performance of the L2ARC can be tweaked by a number of tunables, which
4070  * may be necessary for different workloads:
4071  *
4072  *      l2arc_write_max         max write bytes per interval
4073  *      l2arc_write_boost       extra write bytes during device warmup
4074  *      l2arc_noprefetch        skip caching prefetched buffers
4075  *      l2arc_headroom          number of max device writes to precache
4076  *      l2arc_feed_secs         seconds between L2ARC writing
4077  *
4078  * Tunables may be removed or added as future performance improvements are
4079  * integrated, and also may become zpool properties.
4080  *
4081  * There are three key functions that control how the L2ARC warms up:
4082  *
4083  *      l2arc_write_eligible()  check if a buffer is eligible to cache
4084  *      l2arc_write_size()      calculate how much to write
4085  *      l2arc_write_interval()  calculate sleep delay between writes
4086  *
4087  * These three functions determine what to write, how much, and how quickly
4088  * to send writes.
4089  */
4090
4091 static boolean_t
4092 l2arc_write_eligible(uint64_t spa_guid, arc_buf_hdr_t *ab)
4093 {
4094         /*
4095          * A buffer is *not* eligible for the L2ARC if it:
4096          * 1. belongs to a different spa.
4097          * 2. is already cached on the L2ARC.
4098          * 3. has an I/O in progress (it may be an incomplete read).
4099          * 4. is flagged not eligible (zfs property).
4100          */
4101         if (ab->b_spa != spa_guid || ab->b_l2hdr != NULL ||
4102             HDR_IO_IN_PROGRESS(ab) || !HDR_L2CACHE(ab))
4103                 return (B_FALSE);
4104
4105         return (B_TRUE);
4106 }
4107
4108 static uint64_t
4109 l2arc_write_size(l2arc_dev_t *dev)
4110 {
4111         uint64_t size;
4112
4113         size = dev->l2ad_write;
4114
4115         if (arc_warm == B_FALSE)
4116                 size += dev->l2ad_boost;
4117
4118         return (size);
4119
4120 }
4121
4122 static clock_t
4123 l2arc_write_interval(clock_t began, uint64_t wanted, uint64_t wrote)
4124 {
4125         clock_t interval, next, now;
4126
4127         /*
4128          * If the ARC lists are busy, increase our write rate; if the
4129          * lists are stale, idle back.  This is achieved by checking
4130          * how much we previously wrote - if it was more than half of
4131          * what we wanted, schedule the next write much sooner.
4132          */
4133         if (l2arc_feed_again && wrote > (wanted / 2))
4134                 interval = (hz * l2arc_feed_min_ms) / 1000;
4135         else
4136                 interval = hz * l2arc_feed_secs;
4137
4138         now = ddi_get_lbolt();
4139         next = MAX(now, MIN(now + interval, began + interval));
4140
4141         return (next);
4142 }
4143
4144 static void
4145 l2arc_hdr_stat_add(void)
4146 {
4147         ARCSTAT_INCR(arcstat_l2_hdr_size, HDR_SIZE);
4148         ARCSTAT_INCR(arcstat_hdr_size, -HDR_SIZE);
4149 }
4150
4151 static void
4152 l2arc_hdr_stat_remove(void)
4153 {
4154         ARCSTAT_INCR(arcstat_l2_hdr_size, -HDR_SIZE);
4155         ARCSTAT_INCR(arcstat_hdr_size, HDR_SIZE);
4156 }
4157
4158 /*
4159  * Cycle through L2ARC devices.  This is how L2ARC load balances.
4160  * If a device is returned, this also returns holding the spa config lock.
4161  */
4162 static l2arc_dev_t *
4163 l2arc_dev_get_next(void)
4164 {
4165         l2arc_dev_t *first, *next = NULL;
4166
4167         /*
4168          * Lock out the removal of spas (spa_namespace_lock), then removal
4169          * of cache devices (l2arc_dev_mtx).  Once a device has been selected,
4170          * both locks will be dropped and a spa config lock held instead.
4171          */
4172         mutex_enter(&spa_namespace_lock);
4173         mutex_enter(&l2arc_dev_mtx);
4174
4175         /* if there are no vdevs, there is nothing to do */
4176         if (l2arc_ndev == 0)
4177                 goto out;
4178
4179         first = NULL;
4180         next = l2arc_dev_last;
4181         do {
4182                 /* loop around the list looking for a non-faulted vdev */
4183                 if (next == NULL) {
4184                         next = list_head(l2arc_dev_list);
4185                 } else {
4186                         next = list_next(l2arc_dev_list, next);
4187                         if (next == NULL)
4188                                 next = list_head(l2arc_dev_list);
4189                 }
4190
4191                 /* if we have come back to the start, bail out */
4192                 if (first == NULL)
4193                         first = next;
4194                 else if (next == first)
4195                         break;
4196
4197         } while (vdev_is_dead(next->l2ad_vdev));
4198
4199         /* if we were unable to find any usable vdevs, return NULL */
4200         if (vdev_is_dead(next->l2ad_vdev))
4201                 next = NULL;
4202
4203         l2arc_dev_last = next;
4204
4205 out:
4206         mutex_exit(&l2arc_dev_mtx);
4207
4208         /*
4209          * Grab the config lock to prevent the 'next' device from being
4210          * removed while we are writing to it.
4211          */
4212         if (next != NULL)
4213                 spa_config_enter(next->l2ad_spa, SCL_L2ARC, next, RW_READER);
4214         mutex_exit(&spa_namespace_lock);
4215
4216         return (next);
4217 }
4218
4219 /*
4220  * Free buffers that were tagged for destruction.
4221  */
4222 static void
4223 l2arc_do_free_on_write(void)
4224 {
4225         list_t *buflist;
4226         l2arc_data_free_t *df, *df_prev;
4227
4228         mutex_enter(&l2arc_free_on_write_mtx);
4229         buflist = l2arc_free_on_write;
4230
4231         for (df = list_tail(buflist); df; df = df_prev) {
4232                 df_prev = list_prev(buflist, df);
4233                 ASSERT(df->l2df_data != NULL);
4234                 ASSERT(df->l2df_func != NULL);
4235                 df->l2df_func(df->l2df_data, df->l2df_size);
4236                 list_remove(buflist, df);
4237                 kmem_free(df, sizeof (l2arc_data_free_t));
4238         }
4239
4240         mutex_exit(&l2arc_free_on_write_mtx);
4241 }
4242
4243 /*
4244  * A write to a cache device has completed.  Update all headers to allow
4245  * reads from these buffers to begin.
4246  */
4247 static void
4248 l2arc_write_done(zio_t *zio)
4249 {
4250         l2arc_write_callback_t *cb;
4251         l2arc_dev_t *dev;
4252         list_t *buflist;
4253         arc_buf_hdr_t *head, *ab, *ab_prev;
4254         l2arc_buf_hdr_t *abl2;
4255         kmutex_t *hash_lock;
4256
4257         cb = zio->io_private;
4258         ASSERT(cb != NULL);
4259         dev = cb->l2wcb_dev;
4260         ASSERT(dev != NULL);
4261         head = cb->l2wcb_head;
4262         ASSERT(head != NULL);
4263         buflist = dev->l2ad_buflist;
4264         ASSERT(buflist != NULL);
4265         DTRACE_PROBE2(l2arc__iodone, zio_t *, zio,
4266             l2arc_write_callback_t *, cb);
4267
4268         if (zio->io_error != 0)
4269                 ARCSTAT_BUMP(arcstat_l2_writes_error);
4270
4271         mutex_enter(&l2arc_buflist_mtx);
4272
4273         /*
4274          * All writes completed, or an error was hit.
4275          */
4276         for (ab = list_prev(buflist, head); ab; ab = ab_prev) {
4277                 ab_prev = list_prev(buflist, ab);
4278
4279                 hash_lock = HDR_LOCK(ab);
4280                 if (!mutex_tryenter(hash_lock)) {
4281                         /*
4282                          * This buffer misses out.  It may be in a stage
4283                          * of eviction.  Its ARC_L2_WRITING flag will be
4284                          * left set, denying reads to this buffer.
4285                          */
4286                         ARCSTAT_BUMP(arcstat_l2_writes_hdr_miss);
4287                         continue;
4288                 }
4289
4290                 if (zio->io_error != 0) {
4291                         /*
4292                          * Error - drop L2ARC entry.
4293                          */
4294                         list_remove(buflist, ab);
4295                         abl2 = ab->b_l2hdr;
4296                         ab->b_l2hdr = NULL;
4297                         kmem_free(abl2, sizeof (l2arc_buf_hdr_t));
4298                         arc_space_return(L2HDR_SIZE, ARC_SPACE_L2HDRS);
4299                         ARCSTAT_INCR(arcstat_l2_size, -ab->b_size);
4300                 }
4301
4302                 /*
4303                  * Allow ARC to begin reads to this L2ARC entry.
4304                  */
4305                 ab->b_flags &= ~ARC_L2_WRITING;
4306
4307                 mutex_exit(hash_lock);
4308         }
4309
4310         atomic_inc_64(&l2arc_writes_done);
4311         list_remove(buflist, head);
4312         kmem_cache_free(hdr_cache, head);
4313         mutex_exit(&l2arc_buflist_mtx);
4314
4315         l2arc_do_free_on_write();
4316
4317         kmem_free(cb, sizeof (l2arc_write_callback_t));
4318 }
4319
4320 /*
4321  * A read to a cache device completed.  Validate buffer contents before
4322  * handing over to the regular ARC routines.
4323  */
4324 static void
4325 l2arc_read_done(zio_t *zio)
4326 {
4327         l2arc_read_callback_t *cb;
4328         arc_buf_hdr_t *hdr;
4329         arc_buf_t *buf;
4330         kmutex_t *hash_lock;
4331         int equal;
4332
4333         ASSERT(zio->io_vd != NULL);
4334         ASSERT(zio->io_flags & ZIO_FLAG_DONT_PROPAGATE);
4335
4336         spa_config_exit(zio->io_spa, SCL_L2ARC, zio->io_vd);
4337
4338         cb = zio->io_private;
4339         ASSERT(cb != NULL);
4340         buf = cb->l2rcb_buf;
4341         ASSERT(buf != NULL);
4342
4343         hash_lock = HDR_LOCK(buf->b_hdr);
4344         mutex_enter(hash_lock);
4345         hdr = buf->b_hdr;
4346         ASSERT3P(hash_lock, ==, HDR_LOCK(hdr));
4347
4348         /*
4349          * Check this survived the L2ARC journey.
4350          */
4351         equal = arc_cksum_equal(buf);
4352         if (equal && zio->io_error == 0 && !HDR_L2_EVICTED(hdr)) {
4353                 mutex_exit(hash_lock);
4354                 zio->io_private = buf;
4355                 zio->io_bp_copy = cb->l2rcb_bp; /* XXX fix in L2ARC 2.0 */
4356                 zio->io_bp = &zio->io_bp_copy;  /* XXX fix in L2ARC 2.0 */
4357                 arc_read_done(zio);
4358         } else {
4359                 mutex_exit(hash_lock);
4360                 /*
4361                  * Buffer didn't survive caching.  Increment stats and
4362                  * reissue to the original storage device.
4363                  */
4364                 if (zio->io_error != 0) {
4365                         ARCSTAT_BUMP(arcstat_l2_io_error);
4366                 } else {
4367                         zio->io_error = EIO;
4368                 }
4369                 if (!equal)
4370                         ARCSTAT_BUMP(arcstat_l2_cksum_bad);
4371
4372                 /*
4373                  * If there's no waiter, issue an async i/o to the primary
4374                  * storage now.  If there *is* a waiter, the caller must
4375                  * issue the i/o in a context where it's OK to block.
4376                  */
4377                 if (zio->io_waiter == NULL) {
4378                         zio_t *pio = zio_unique_parent(zio);
4379
4380                         ASSERT(!pio || pio->io_child_type == ZIO_CHILD_LOGICAL);
4381
4382                         zio_nowait(zio_read(pio, cb->l2rcb_spa, &cb->l2rcb_bp,
4383                             buf->b_data, zio->io_size, arc_read_done, buf,
4384                             zio->io_priority, cb->l2rcb_flags, &cb->l2rcb_zb));
4385                 }
4386         }
4387
4388         kmem_free(cb, sizeof (l2arc_read_callback_t));
4389 }
4390
4391 /*
4392  * This is the list priority from which the L2ARC will search for pages to
4393  * cache.  This is used within loops (0..3) to cycle through lists in the
4394  * desired order.  This order can have a significant effect on cache
4395  * performance.
4396  *
4397  * Currently the metadata lists are hit first, MFU then MRU, followed by
4398  * the data lists.  This function returns a locked list, and also returns
4399  * the lock pointer.
4400  */
4401 static list_t *
4402 l2arc_list_locked(int list_num, kmutex_t **lock)
4403 {
4404         list_t *list = NULL;
4405
4406         ASSERT(list_num >= 0 && list_num <= 3);
4407
4408         switch (list_num) {
4409         case 0:
4410                 list = &arc_mfu->arcs_list[ARC_BUFC_METADATA];
4411                 *lock = &arc_mfu->arcs_mtx;
4412                 break;
4413         case 1:
4414                 list = &arc_mru->arcs_list[ARC_BUFC_METADATA];
4415                 *lock = &arc_mru->arcs_mtx;
4416                 break;
4417         case 2:
4418                 list = &arc_mfu->arcs_list[ARC_BUFC_DATA];
4419                 *lock = &arc_mfu->arcs_mtx;
4420                 break;
4421         case 3:
4422                 list = &arc_mru->arcs_list[ARC_BUFC_DATA];
4423                 *lock = &arc_mru->arcs_mtx;
4424                 break;
4425         }
4426
4427         ASSERT(!(MUTEX_HELD(*lock)));
4428         mutex_enter(*lock);
4429         return (list);
4430 }
4431
4432 /*
4433  * Evict buffers from the device write hand to the distance specified in
4434  * bytes.  This distance may span populated buffers, it may span nothing.
4435  * This is clearing a region on the L2ARC device ready for writing.
4436  * If the 'all' boolean is set, every buffer is evicted.
4437  */
4438 static void
4439 l2arc_evict(l2arc_dev_t *dev, uint64_t distance, boolean_t all)
4440 {
4441         list_t *buflist;
4442         l2arc_buf_hdr_t *abl2;
4443         arc_buf_hdr_t *ab, *ab_prev;
4444         kmutex_t *hash_lock;
4445         uint64_t taddr;
4446
4447         buflist = dev->l2ad_buflist;
4448
4449         if (buflist == NULL)
4450                 return;
4451
4452         if (!all && dev->l2ad_first) {
4453                 /*
4454                  * This is the first sweep through the device.  There is
4455                  * nothing to evict.
4456                  */
4457                 return;
4458         }
4459
4460         if (dev->l2ad_hand >= (dev->l2ad_end - (2 * distance))) {
4461                 /*
4462                  * When nearing the end of the device, evict to the end
4463                  * before the device write hand jumps to the start.
4464                  */
4465                 taddr = dev->l2ad_end;
4466         } else {
4467                 taddr = dev->l2ad_hand + distance;
4468         }
4469         DTRACE_PROBE4(l2arc__evict, l2arc_dev_t *, dev, list_t *, buflist,
4470             uint64_t, taddr, boolean_t, all);
4471
4472 top:
4473         mutex_enter(&l2arc_buflist_mtx);
4474         for (ab = list_tail(buflist); ab; ab = ab_prev) {
4475                 ab_prev = list_prev(buflist, ab);
4476
4477                 hash_lock = HDR_LOCK(ab);
4478                 if (!mutex_tryenter(hash_lock)) {
4479                         /*
4480                          * Missed the hash lock.  Retry.
4481                          */
4482                         ARCSTAT_BUMP(arcstat_l2_evict_lock_retry);
4483                         mutex_exit(&l2arc_buflist_mtx);
4484                         mutex_enter(hash_lock);
4485                         mutex_exit(hash_lock);
4486                         goto top;
4487                 }
4488
4489                 if (HDR_L2_WRITE_HEAD(ab)) {
4490                         /*
4491                          * We hit a write head node.  Leave it for
4492                          * l2arc_write_done().
4493                          */
4494                         list_remove(buflist, ab);
4495                         mutex_exit(hash_lock);
4496                         continue;
4497                 }
4498
4499                 if (!all && ab->b_l2hdr != NULL &&
4500                     (ab->b_l2hdr->b_daddr > taddr ||
4501                     ab->b_l2hdr->b_daddr < dev->l2ad_hand)) {
4502                         /*
4503                          * We've evicted to the target address,
4504                          * or the end of the device.
4505                          */
4506                         mutex_exit(hash_lock);
4507                         break;
4508                 }
4509
4510                 if (HDR_FREE_IN_PROGRESS(ab)) {
4511                         /*
4512                          * Already on the path to destruction.
4513                          */
4514                         mutex_exit(hash_lock);
4515                         continue;
4516                 }
4517
4518                 if (ab->b_state == arc_l2c_only) {
4519                         ASSERT(!HDR_L2_READING(ab));
4520                         /*
4521                          * This doesn't exist in the ARC.  Destroy.
4522                          * arc_hdr_destroy() will call list_remove()
4523                          * and decrement arcstat_l2_size.
4524                          */
4525                         arc_change_state(arc_anon, ab, hash_lock);
4526                         arc_hdr_destroy(ab);
4527                 } else {
4528                         /*
4529                          * Invalidate issued or about to be issued
4530                          * reads, since we may be about to write
4531                          * over this location.
4532                          */
4533                         if (HDR_L2_READING(ab)) {
4534                                 ARCSTAT_BUMP(arcstat_l2_evict_reading);
4535                                 ab->b_flags |= ARC_L2_EVICTED;
4536                         }
4537
4538                         /*
4539                          * Tell ARC this no longer exists in L2ARC.
4540                          */
4541                         if (ab->b_l2hdr != NULL) {
4542                                 abl2 = ab->b_l2hdr;
4543                                 ab->b_l2hdr = NULL;
4544                                 kmem_free(abl2, sizeof (l2arc_buf_hdr_t));
4545                                 arc_space_return(L2HDR_SIZE, ARC_SPACE_L2HDRS);
4546                                 ARCSTAT_INCR(arcstat_l2_size, -ab->b_size);
4547                         }
4548                         list_remove(buflist, ab);
4549
4550                         /*
4551                          * This may have been leftover after a
4552                          * failed write.
4553                          */
4554                         ab->b_flags &= ~ARC_L2_WRITING;
4555                 }
4556                 mutex_exit(hash_lock);
4557         }
4558         mutex_exit(&l2arc_buflist_mtx);
4559
4560         vdev_space_update(dev->l2ad_vdev, -(taddr - dev->l2ad_evict), 0, 0);
4561         dev->l2ad_evict = taddr;
4562 }
4563
4564 /*
4565  * Find and write ARC buffers to the L2ARC device.
4566  *
4567  * An ARC_L2_WRITING flag is set so that the L2ARC buffers are not valid
4568  * for reading until they have completed writing.
4569  */
4570 static uint64_t
4571 l2arc_write_buffers(spa_t *spa, l2arc_dev_t *dev, uint64_t target_sz)
4572 {
4573         arc_buf_hdr_t *ab, *ab_prev, *head;
4574         l2arc_buf_hdr_t *hdrl2;
4575         list_t *list;
4576         uint64_t passed_sz, write_sz, buf_sz, headroom;
4577         void *buf_data;
4578         kmutex_t *hash_lock, *list_lock = NULL;
4579         boolean_t have_lock, full;
4580         l2arc_write_callback_t *cb;
4581         zio_t *pio, *wzio;
4582         uint64_t guid = spa_load_guid(spa);
4583         int try;
4584
4585         ASSERT(dev->l2ad_vdev != NULL);
4586
4587         pio = NULL;
4588         write_sz = 0;
4589         full = B_FALSE;
4590         head = kmem_cache_alloc(hdr_cache, KM_PUSHPAGE);
4591         head->b_flags |= ARC_L2_WRITE_HEAD;
4592
4593         /*
4594          * Copy buffers for L2ARC writing.
4595          */
4596         mutex_enter(&l2arc_buflist_mtx);
4597         for (try = 0; try <= 3; try++) {
4598                 list = l2arc_list_locked(try, &list_lock);
4599                 passed_sz = 0;
4600
4601                 /*
4602                  * L2ARC fast warmup.
4603                  *
4604                  * Until the ARC is warm and starts to evict, read from the
4605                  * head of the ARC lists rather than the tail.
4606                  */
4607                 headroom = target_sz * l2arc_headroom;
4608                 if (arc_warm == B_FALSE)
4609                         ab = list_head(list);
4610                 else
4611                         ab = list_tail(list);
4612
4613                 for (; ab; ab = ab_prev) {
4614                         if (arc_warm == B_FALSE)
4615                                 ab_prev = list_next(list, ab);
4616                         else
4617                                 ab_prev = list_prev(list, ab);
4618
4619                         hash_lock = HDR_LOCK(ab);
4620                         have_lock = MUTEX_HELD(hash_lock);
4621                         if (!have_lock && !mutex_tryenter(hash_lock)) {
4622                                 /*
4623                                  * Skip this buffer rather than waiting.
4624                                  */
4625                                 continue;
4626                         }
4627
4628                         passed_sz += ab->b_size;
4629                         if (passed_sz > headroom) {
4630                                 /*
4631                                  * Searched too far.
4632                                  */
4633                                 mutex_exit(hash_lock);
4634                                 break;
4635                         }
4636
4637                         if (!l2arc_write_eligible(guid, ab)) {
4638                                 mutex_exit(hash_lock);
4639                                 continue;
4640                         }
4641
4642                         if ((write_sz + ab->b_size) > target_sz) {
4643                                 full = B_TRUE;
4644                                 mutex_exit(hash_lock);
4645                                 break;
4646                         }
4647
4648                         if (pio == NULL) {
4649                                 /*
4650                                  * Insert a dummy header on the buflist so
4651                                  * l2arc_write_done() can find where the
4652                                  * write buffers begin without searching.
4653                                  */
4654                                 list_insert_head(dev->l2ad_buflist, head);
4655
4656                                 cb = kmem_alloc(sizeof (l2arc_write_callback_t),
4657                                                 KM_PUSHPAGE);
4658                                 cb->l2wcb_dev = dev;
4659                                 cb->l2wcb_head = head;
4660                                 pio = zio_root(spa, l2arc_write_done, cb,
4661                                     ZIO_FLAG_CANFAIL);
4662                         }
4663
4664                         /*
4665                          * Create and add a new L2ARC header.
4666                          */
4667                         hdrl2 = kmem_zalloc(sizeof (l2arc_buf_hdr_t),
4668                                             KM_PUSHPAGE);
4669                         hdrl2->b_dev = dev;
4670                         hdrl2->b_daddr = dev->l2ad_hand;
4671                         arc_space_consume(L2HDR_SIZE, ARC_SPACE_L2HDRS);
4672
4673                         ab->b_flags |= ARC_L2_WRITING;
4674                         ab->b_l2hdr = hdrl2;
4675                         list_insert_head(dev->l2ad_buflist, ab);
4676                         buf_data = ab->b_buf->b_data;
4677                         buf_sz = ab->b_size;
4678
4679                         /*
4680                          * Compute and store the buffer cksum before
4681                          * writing.  On debug the cksum is verified first.
4682                          */
4683                         arc_cksum_verify(ab->b_buf);
4684                         arc_cksum_compute(ab->b_buf, B_TRUE);
4685
4686                         mutex_exit(hash_lock);
4687
4688                         wzio = zio_write_phys(pio, dev->l2ad_vdev,
4689                             dev->l2ad_hand, buf_sz, buf_data, ZIO_CHECKSUM_OFF,
4690                             NULL, NULL, ZIO_PRIORITY_ASYNC_WRITE,
4691                             ZIO_FLAG_CANFAIL, B_FALSE);
4692
4693                         DTRACE_PROBE2(l2arc__write, vdev_t *, dev->l2ad_vdev,
4694                             zio_t *, wzio);
4695                         (void) zio_nowait(wzio);
4696
4697                         /*
4698                          * Keep the clock hand suitably device-aligned.
4699                          */
4700                         buf_sz = vdev_psize_to_asize(dev->l2ad_vdev, buf_sz);
4701
4702                         write_sz += buf_sz;
4703                         dev->l2ad_hand += buf_sz;
4704                 }
4705
4706                 mutex_exit(list_lock);
4707
4708                 if (full == B_TRUE)
4709                         break;
4710         }
4711         mutex_exit(&l2arc_buflist_mtx);
4712
4713         if (pio == NULL) {
4714                 ASSERT0(write_sz);
4715                 kmem_cache_free(hdr_cache, head);
4716                 return (0);
4717         }
4718
4719         ASSERT3U(write_sz, <=, target_sz);
4720         ARCSTAT_BUMP(arcstat_l2_writes_sent);
4721         ARCSTAT_INCR(arcstat_l2_write_bytes, write_sz);
4722         ARCSTAT_INCR(arcstat_l2_size, write_sz);
4723         vdev_space_update(dev->l2ad_vdev, write_sz, 0, 0);
4724
4725         /*
4726          * Bump device hand to the device start if it is approaching the end.
4727          * l2arc_evict() will already have evicted ahead for this case.
4728          */
4729         if (dev->l2ad_hand >= (dev->l2ad_end - target_sz)) {
4730                 vdev_space_update(dev->l2ad_vdev,
4731                     dev->l2ad_end - dev->l2ad_hand, 0, 0);
4732                 dev->l2ad_hand = dev->l2ad_start;
4733                 dev->l2ad_evict = dev->l2ad_start;
4734                 dev->l2ad_first = B_FALSE;
4735         }
4736
4737         dev->l2ad_writing = B_TRUE;
4738         (void) zio_wait(pio);
4739         dev->l2ad_writing = B_FALSE;
4740
4741         return (write_sz);
4742 }
4743
4744 /*
4745  * This thread feeds the L2ARC at regular intervals.  This is the beating
4746  * heart of the L2ARC.
4747  */
4748 static void
4749 l2arc_feed_thread(void)
4750 {
4751         callb_cpr_t cpr;
4752         l2arc_dev_t *dev;
4753         spa_t *spa;
4754         uint64_t size, wrote;
4755         clock_t begin, next = ddi_get_lbolt();
4756
4757         CALLB_CPR_INIT(&cpr, &l2arc_feed_thr_lock, callb_generic_cpr, FTAG);
4758
4759         mutex_enter(&l2arc_feed_thr_lock);
4760
4761         while (l2arc_thread_exit == 0) {
4762                 CALLB_CPR_SAFE_BEGIN(&cpr);
4763                 (void) cv_timedwait_interruptible(&l2arc_feed_thr_cv,
4764                     &l2arc_feed_thr_lock, next);
4765                 CALLB_CPR_SAFE_END(&cpr, &l2arc_feed_thr_lock);
4766                 next = ddi_get_lbolt() + hz;
4767
4768                 /*
4769                  * Quick check for L2ARC devices.
4770                  */
4771                 mutex_enter(&l2arc_dev_mtx);
4772                 if (l2arc_ndev == 0) {
4773                         mutex_exit(&l2arc_dev_mtx);
4774                         continue;
4775                 }
4776                 mutex_exit(&l2arc_dev_mtx);
4777                 begin = ddi_get_lbolt();
4778
4779                 /*
4780                  * This selects the next l2arc device to write to, and in
4781                  * doing so the next spa to feed from: dev->l2ad_spa.   This
4782                  * will return NULL if there are now no l2arc devices or if
4783                  * they are all faulted.
4784                  *
4785                  * If a device is returned, its spa's config lock is also
4786                  * held to prevent device removal.  l2arc_dev_get_next()
4787                  * will grab and release l2arc_dev_mtx.
4788                  */
4789                 if ((dev = l2arc_dev_get_next()) == NULL)
4790                         continue;
4791
4792                 spa = dev->l2ad_spa;
4793                 ASSERT(spa != NULL);
4794
4795                 /*
4796                  * If the pool is read-only then force the feed thread to
4797                  * sleep a little longer.
4798                  */
4799                 if (!spa_writeable(spa)) {
4800                         next = ddi_get_lbolt() + 5 * l2arc_feed_secs * hz;
4801                         spa_config_exit(spa, SCL_L2ARC, dev);
4802                         continue;
4803                 }
4804
4805                 /*
4806                  * Avoid contributing to memory pressure.
4807                  */
4808                 if (arc_no_grow) {
4809                         ARCSTAT_BUMP(arcstat_l2_abort_lowmem);
4810                         spa_config_exit(spa, SCL_L2ARC, dev);
4811                         continue;
4812                 }
4813
4814                 ARCSTAT_BUMP(arcstat_l2_feeds);
4815
4816                 size = l2arc_write_size(dev);
4817
4818                 /*
4819                  * Evict L2ARC buffers that will be overwritten.
4820                  */
4821                 l2arc_evict(dev, size, B_FALSE);
4822
4823                 /*
4824                  * Write ARC buffers.
4825                  */
4826                 wrote = l2arc_write_buffers(spa, dev, size);
4827
4828                 /*
4829                  * Calculate interval between writes.
4830                  */
4831                 next = l2arc_write_interval(begin, size, wrote);
4832                 spa_config_exit(spa, SCL_L2ARC, dev);
4833         }
4834
4835         l2arc_thread_exit = 0;
4836         cv_broadcast(&l2arc_feed_thr_cv);
4837         CALLB_CPR_EXIT(&cpr);           /* drops l2arc_feed_thr_lock */
4838         thread_exit();
4839 }
4840
4841 boolean_t
4842 l2arc_vdev_present(vdev_t *vd)
4843 {
4844         l2arc_dev_t *dev;
4845
4846         mutex_enter(&l2arc_dev_mtx);
4847         for (dev = list_head(l2arc_dev_list); dev != NULL;
4848             dev = list_next(l2arc_dev_list, dev)) {
4849                 if (dev->l2ad_vdev == vd)
4850                         break;
4851         }
4852         mutex_exit(&l2arc_dev_mtx);
4853
4854         return (dev != NULL);
4855 }
4856
4857 /*
4858  * Add a vdev for use by the L2ARC.  By this point the spa has already
4859  * validated the vdev and opened it.
4860  */
4861 void
4862 l2arc_add_vdev(spa_t *spa, vdev_t *vd)
4863 {
4864         l2arc_dev_t *adddev;
4865
4866         ASSERT(!l2arc_vdev_present(vd));
4867
4868         /*
4869          * Create a new l2arc device entry.
4870          */
4871         adddev = kmem_zalloc(sizeof (l2arc_dev_t), KM_SLEEP);
4872         adddev->l2ad_spa = spa;
4873         adddev->l2ad_vdev = vd;
4874         adddev->l2ad_write = l2arc_write_max;
4875         adddev->l2ad_boost = l2arc_write_boost;
4876         adddev->l2ad_start = VDEV_LABEL_START_SIZE;
4877         adddev->l2ad_end = VDEV_LABEL_START_SIZE + vdev_get_min_asize(vd);
4878         adddev->l2ad_hand = adddev->l2ad_start;
4879         adddev->l2ad_evict = adddev->l2ad_start;
4880         adddev->l2ad_first = B_TRUE;
4881         adddev->l2ad_writing = B_FALSE;
4882         list_link_init(&adddev->l2ad_node);
4883         ASSERT3U(adddev->l2ad_write, >, 0);
4884
4885         /*
4886          * This is a list of all ARC buffers that are still valid on the
4887          * device.
4888          */
4889         adddev->l2ad_buflist = kmem_zalloc(sizeof (list_t), KM_SLEEP);
4890         list_create(adddev->l2ad_buflist, sizeof (arc_buf_hdr_t),
4891             offsetof(arc_buf_hdr_t, b_l2node));
4892
4893         vdev_space_update(vd, 0, 0, adddev->l2ad_end - adddev->l2ad_hand);
4894
4895         /*
4896          * Add device to global list
4897          */
4898         mutex_enter(&l2arc_dev_mtx);
4899         list_insert_head(l2arc_dev_list, adddev);
4900         atomic_inc_64(&l2arc_ndev);
4901         mutex_exit(&l2arc_dev_mtx);
4902 }
4903
4904 /*
4905  * Remove a vdev from the L2ARC.
4906  */
4907 void
4908 l2arc_remove_vdev(vdev_t *vd)
4909 {
4910         l2arc_dev_t *dev, *nextdev, *remdev = NULL;
4911
4912         /*
4913          * Find the device by vdev
4914          */
4915         mutex_enter(&l2arc_dev_mtx);
4916         for (dev = list_head(l2arc_dev_list); dev; dev = nextdev) {
4917                 nextdev = list_next(l2arc_dev_list, dev);
4918                 if (vd == dev->l2ad_vdev) {
4919                         remdev = dev;
4920                         break;
4921                 }
4922         }
4923         ASSERT(remdev != NULL);
4924
4925         /*
4926          * Remove device from global list
4927          */
4928         list_remove(l2arc_dev_list, remdev);
4929         l2arc_dev_last = NULL;          /* may have been invalidated */
4930         atomic_dec_64(&l2arc_ndev);
4931         mutex_exit(&l2arc_dev_mtx);
4932
4933         /*
4934          * Clear all buflists and ARC references.  L2ARC device flush.
4935          */
4936         l2arc_evict(remdev, 0, B_TRUE);
4937         list_destroy(remdev->l2ad_buflist);
4938         kmem_free(remdev->l2ad_buflist, sizeof (list_t));
4939         kmem_free(remdev, sizeof (l2arc_dev_t));
4940 }
4941
4942 void
4943 l2arc_init(void)
4944 {
4945         l2arc_thread_exit = 0;
4946         l2arc_ndev = 0;
4947         l2arc_writes_sent = 0;
4948         l2arc_writes_done = 0;
4949
4950         mutex_init(&l2arc_feed_thr_lock, NULL, MUTEX_DEFAULT, NULL);
4951         cv_init(&l2arc_feed_thr_cv, NULL, CV_DEFAULT, NULL);
4952         mutex_init(&l2arc_dev_mtx, NULL, MUTEX_DEFAULT, NULL);
4953         mutex_init(&l2arc_buflist_mtx, NULL, MUTEX_DEFAULT, NULL);
4954         mutex_init(&l2arc_free_on_write_mtx, NULL, MUTEX_DEFAULT, NULL);
4955
4956         l2arc_dev_list = &L2ARC_dev_list;
4957         l2arc_free_on_write = &L2ARC_free_on_write;
4958         list_create(l2arc_dev_list, sizeof (l2arc_dev_t),
4959             offsetof(l2arc_dev_t, l2ad_node));
4960         list_create(l2arc_free_on_write, sizeof (l2arc_data_free_t),
4961             offsetof(l2arc_data_free_t, l2df_list_node));
4962 }
4963
4964 void
4965 l2arc_fini(void)
4966 {
4967         /*
4968          * This is called from dmu_fini(), which is called from spa_fini();
4969          * Because of this, we can assume that all l2arc devices have
4970          * already been removed when the pools themselves were removed.
4971          */
4972
4973         l2arc_do_free_on_write();
4974
4975         mutex_destroy(&l2arc_feed_thr_lock);
4976         cv_destroy(&l2arc_feed_thr_cv);
4977         mutex_destroy(&l2arc_dev_mtx);
4978         mutex_destroy(&l2arc_buflist_mtx);
4979         mutex_destroy(&l2arc_free_on_write_mtx);
4980
4981         list_destroy(l2arc_dev_list);
4982         list_destroy(l2arc_free_on_write);
4983 }
4984
4985 void
4986 l2arc_start(void)
4987 {
4988         if (!(spa_mode_global & FWRITE))
4989                 return;
4990
4991         (void) thread_create(NULL, 0, l2arc_feed_thread, NULL, 0, &p0,
4992             TS_RUN, minclsyspri);
4993 }
4994
4995 void
4996 l2arc_stop(void)
4997 {
4998         if (!(spa_mode_global & FWRITE))
4999                 return;
5000
5001         mutex_enter(&l2arc_feed_thr_lock);
5002         cv_signal(&l2arc_feed_thr_cv);  /* kick thread out of startup */
5003         l2arc_thread_exit = 1;
5004         while (l2arc_thread_exit != 0)
5005                 cv_wait(&l2arc_feed_thr_cv, &l2arc_feed_thr_lock);
5006         mutex_exit(&l2arc_feed_thr_lock);
5007 }
5008
5009 #if defined(_KERNEL) && defined(HAVE_SPL)
5010 EXPORT_SYMBOL(arc_read);
5011 EXPORT_SYMBOL(arc_buf_remove_ref);
5012 EXPORT_SYMBOL(arc_getbuf_func);
5013 EXPORT_SYMBOL(arc_add_prune_callback);
5014 EXPORT_SYMBOL(arc_remove_prune_callback);
5015
5016 module_param(zfs_arc_min, ulong, 0444);
5017 MODULE_PARM_DESC(zfs_arc_min, "Min arc size");
5018
5019 module_param(zfs_arc_max, ulong, 0444);
5020 MODULE_PARM_DESC(zfs_arc_max, "Max arc size");
5021
5022 module_param(zfs_arc_meta_limit, ulong, 0444);
5023 MODULE_PARM_DESC(zfs_arc_meta_limit, "Meta limit for arc size");
5024
5025 module_param(zfs_arc_meta_prune, int, 0444);
5026 MODULE_PARM_DESC(zfs_arc_meta_prune, "Bytes of meta data to prune");
5027
5028 module_param(zfs_arc_grow_retry, int, 0444);
5029 MODULE_PARM_DESC(zfs_arc_grow_retry, "Seconds before growing arc size");
5030
5031 module_param(zfs_arc_shrink_shift, int, 0444);
5032 MODULE_PARM_DESC(zfs_arc_shrink_shift, "log2(fraction of arc to reclaim)");
5033
5034 module_param(zfs_arc_p_min_shift, int, 0444);
5035 MODULE_PARM_DESC(zfs_arc_p_min_shift, "arc_c shift to calc min/max arc_p");
5036
5037 module_param(zfs_disable_dup_eviction, int, 0644);
5038 MODULE_PARM_DESC(zfs_disable_dup_eviction, "disable duplicate buffer eviction");
5039
5040 module_param(zfs_arc_memory_throttle_disable, int, 0644);
5041 MODULE_PARM_DESC(zfs_arc_memory_throttle_disable, "disable memory throttle");
5042
5043 module_param(l2arc_write_max, ulong, 0444);
5044 MODULE_PARM_DESC(l2arc_write_max, "Max write bytes per interval");
5045
5046 module_param(l2arc_write_boost, ulong, 0444);
5047 MODULE_PARM_DESC(l2arc_write_boost, "Extra write bytes during device warmup");
5048
5049 module_param(l2arc_headroom, ulong, 0444);
5050 MODULE_PARM_DESC(l2arc_headroom, "Number of max device writes to precache");
5051
5052 module_param(l2arc_feed_secs, ulong, 0444);
5053 MODULE_PARM_DESC(l2arc_feed_secs, "Seconds between L2ARC writing");
5054
5055 module_param(l2arc_feed_min_ms, ulong, 0444);
5056 MODULE_PARM_DESC(l2arc_feed_min_ms, "Min feed interval in milliseconds");
5057
5058 module_param(l2arc_noprefetch, int, 0444);
5059 MODULE_PARM_DESC(l2arc_noprefetch, "Skip caching prefetched buffers");
5060
5061 module_param(l2arc_feed_again, int, 0444);
5062 MODULE_PARM_DESC(l2arc_feed_again, "Turbo L2ARC warmup");
5063
5064 module_param(l2arc_norw, int, 0444);
5065 MODULE_PARM_DESC(l2arc_norw, "No reads during writes");
5066
5067 #endif