module/zfs/vdev_mirror.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 2010 Sun Microsystems, Inc.  All rights reserved.
  23  * Use is subject to license terms.
  24  */
  25
  26 /*
  27  * Copyright (c) 2012 by Delphix. All rights reserved.
  28  */
  29
  30 #include <sys/zfs_context.h>
  31 #include <sys/spa.h>
  32 #include <sys/vdev_impl.h>
  33 #include <sys/zio.h>
  34 #include <sys/fs/zfs.h>
  35
  36 /*
  37  * Virtual device vector for mirroring.
  38  */
  39
  40 typedef struct mirror_child {
  41         vdev_t          *mc_vd;
  42         uint64_t        mc_offset;
  43         int             mc_error;
  44         int             mc_pending;
  45         uint8_t         mc_tried;
  46         uint8_t         mc_skipped;
  47         uint8_t         mc_speculative;
  48 } mirror_child_t;
  49
  50 typedef struct mirror_map {
  51         int             mm_children;
  52         int             mm_replacing;
  53         int             mm_preferred;
  54         int             mm_root;
  55         mirror_child_t  mm_child[1];
  56 } mirror_map_t;
  57
  58 /*
  59  * When the children are equally busy queue incoming requests to a single
  60  * child for N microseconds.  This is done to maximize the likelihood that
  61  * the Linux elevator will be able to merge requests while it is plugged.
  62  * Otherwise, requests are queued to the least busy device.
  63  *
  64  * For rotational disks the Linux elevator will plug for 10ms which is
  65  * why zfs_vdev_mirror_switch_us is set to 10ms by default.  For non-
  66  * rotational disks the elevator will not plug, but 10ms is still a small
  67  * enough value that the requests will get spread over all the children.
  68  *
  69  * For fast SSDs it may make sense to decrease zfs_vdev_mirror_switch_us
  70  * significantly to bound the worst case latencies.  It would probably be
  71  * ideal to calculate a decaying average of the last observed latencies and
  72  * use that to dynamically adjust the zfs_vdev_mirror_switch_us time.
  73  */
  74 int zfs_vdev_mirror_switch_us = 10000;
  75
  76 static void
  77 vdev_mirror_map_free(zio_t *zio)
  78 {
  79         mirror_map_t *mm = zio->io_vsd;
  80
  81         kmem_free(mm, offsetof(mirror_map_t, mm_child[mm->mm_children]));
  82 }
  83
  84 static const zio_vsd_ops_t vdev_mirror_vsd_ops = {
  85         vdev_mirror_map_free,
  86         zio_vsd_default_cksum_report
  87 };
  88
  89 static int
  90 vdev_mirror_pending(vdev_t *vd)
  91 {
  92         vdev_queue_t *vq = &vd->vdev_queue;
  93         int pending;
  94
  95         mutex_enter(&vq->vq_lock);
  96         pending = avl_numnodes(&vq->vq_pending_tree);
  97         mutex_exit(&vq->vq_lock);
  98
  99         return (pending);
 100 }
 101
 102 static mirror_map_t *
 103 vdev_mirror_map_alloc(zio_t *zio)
 104 {
 105         mirror_map_t *mm = NULL;
 106         mirror_child_t *mc;
 107         vdev_t *vd = zio->io_vd;
 108         int c, d;
 109
 110         if (vd == NULL) {
 111                 dva_t *dva = zio->io_bp->blk_dva;
 112                 spa_t *spa = zio->io_spa;
 113
 114                 c = BP_GET_NDVAS(zio->io_bp);
 115
 116                 mm = kmem_zalloc(offsetof(mirror_map_t, mm_child[c]), KM_PUSHPAGE);
 117                 mm->mm_children = c;
 118                 mm->mm_replacing = B_FALSE;
 119                 mm->mm_preferred = spa_get_random(c);
 120                 mm->mm_root = B_TRUE;
 121
 122                 /*
 123                  * Check the other, lower-index DVAs to see if they're on
 124                  * the same vdev as the child we picked.  If they are, use
 125                  * them since they are likely to have been allocated from
 126                  * the primary metaslab in use at the time, and hence are
 127                  * more likely to have locality with single-copy data.
 128                  */
 129                 for (c = mm->mm_preferred, d = c - 1; d >= 0; d--) {
 130                         if (DVA_GET_VDEV(&dva[d]) == DVA_GET_VDEV(&dva[c]))
 131                                 mm->mm_preferred = d;
 132                 }
 133
 134                 for (c = 0; c < mm->mm_children; c++) {
 135                         mc = &mm->mm_child[c];
 136
 137                         mc->mc_vd = vdev_lookup_top(spa, DVA_GET_VDEV(&dva[c]));
 138                         mc->mc_offset = DVA_GET_OFFSET(&dva[c]);
 139                 }
 140         } else {
 141                 int lowest_pending = INT_MAX;
 142                 int lowest_nr = 1;
 143
 144                 c = vd->vdev_children;
 145
 146                 mm = kmem_zalloc(offsetof(mirror_map_t, mm_child[c]), KM_PUSHPAGE);
 147                 mm->mm_children = c;
 148                 mm->mm_replacing = (vd->vdev_ops == &vdev_replacing_ops ||
 149                     vd->vdev_ops == &vdev_spare_ops);
 150                 mm->mm_preferred = 0;
 151                 mm->mm_root = B_FALSE;
 152
 153                 for (c = 0; c < mm->mm_children; c++) {
 154                         mc = &mm->mm_child[c];
 155                         mc->mc_vd = vd->vdev_child[c];
 156                         mc->mc_offset = zio->io_offset;
 157
 158                         if (mm->mm_replacing)
 159                                 continue;
 160
 161                         if (!vdev_readable(mc->mc_vd)) {
 162                                 mc->mc_error = ENXIO;
 163                                 mc->mc_tried = 1;
 164                                 mc->mc_skipped = 1;
 165                                 mc->mc_pending = INT_MAX;
 166                                 continue;
 167                         }
 168
 169                         mc->mc_pending = vdev_mirror_pending(mc->mc_vd);
 170                         if (mc->mc_pending < lowest_pending) {
 171                                 lowest_pending = mc->mc_pending;
 172                                 lowest_nr = 1;
 173                         } else if (mc->mc_pending == lowest_pending) {
 174                                 lowest_nr++;
 175                         }
 176                 }
 177
 178                 d = gethrtime() / (NSEC_PER_USEC * zfs_vdev_mirror_switch_us);
 179                 d = (d % lowest_nr) + 1;
 180
 181                 for (c = 0; c < mm->mm_children; c++) {
 182                         mc = &mm->mm_child[c];
 183
 184                         if (mm->mm_child[c].mc_pending == lowest_pending) {
 185                                 if (--d == 0) {
 186                                         mm->mm_preferred = c;
 187                                         break;
 188                                 }
 189                         }
 190                 }
 191         }
 192
 193         zio->io_vsd = mm;
 194         zio->io_vsd_ops = &vdev_mirror_vsd_ops;
 195         return (mm);
 196 }
 197
 198 static int
 199 vdev_mirror_open(vdev_t *vd, uint64_t *asize, uint64_t *max_asize,
 200     uint64_t *ashift)
 201 {
 202         int numerrors = 0;
 203         int lasterror = 0;
 204         int c;
 205
 206         if (vd->vdev_children == 0) {
 207                 vd->vdev_stat.vs_aux = VDEV_AUX_BAD_LABEL;
 208                 return (EINVAL);
 209         }
 210
 211         vdev_open_children(vd);
 212
 213         for (c = 0; c < vd->vdev_children; c++) {
 214                 vdev_t *cvd = vd->vdev_child[c];
 215
 216                 if (cvd->vdev_open_error) {
 217                         lasterror = cvd->vdev_open_error;
 218                         numerrors++;
 219                         continue;
 220                 }
 221
 222                 *asize = MIN(*asize - 1, cvd->vdev_asize - 1) + 1;
 223                 *max_asize = MIN(*max_asize - 1, cvd->vdev_max_asize - 1) + 1;
 224                 *ashift = MAX(*ashift, cvd->vdev_ashift);
 225         }
 226
 227         if (numerrors == vd->vdev_children) {
 228                 vd->vdev_stat.vs_aux = VDEV_AUX_NO_REPLICAS;
 229                 return (lasterror);
 230         }
 231
 232         return (0);
 233 }
 234
 235 static void
 236 vdev_mirror_close(vdev_t *vd)
 237 {
 238         int c;
 239
 240         for (c = 0; c < vd->vdev_children; c++)
 241                 vdev_close(vd->vdev_child[c]);
 242 }
 243
 244 static void
 245 vdev_mirror_child_done(zio_t *zio)
 246 {
 247         mirror_child_t *mc = zio->io_private;
 248
 249         mc->mc_error = zio->io_error;
 250         mc->mc_tried = 1;
 251         mc->mc_skipped = 0;
 252 }
 253
 254 static void
 255 vdev_mirror_scrub_done(zio_t *zio)
 256 {
 257         mirror_child_t *mc = zio->io_private;
 258
 259         if (zio->io_error == 0) {
 260                 zio_t *pio;
 261
 262                 mutex_enter(&zio->io_lock);
 263                 while ((pio = zio_walk_parents(zio)) != NULL) {
 264                         mutex_enter(&pio->io_lock);
 265                         ASSERT3U(zio->io_size, >=, pio->io_size);
 266                         bcopy(zio->io_data, pio->io_data, pio->io_size);
 267                         mutex_exit(&pio->io_lock);
 268                 }
 269                 mutex_exit(&zio->io_lock);
 270         }
 271
 272         zio_buf_free(zio->io_data, zio->io_size);
 273
 274         mc->mc_error = zio->io_error;
 275         mc->mc_tried = 1;
 276         mc->mc_skipped = 0;
 277 }
 278
 279 /*
 280  * Try to find a child whose DTL doesn't contain the block we want to read.
 281  * If we can't, try the read on any vdev we haven't already tried.
 282  */
 283 static int
 284 vdev_mirror_child_select(zio_t *zio)
 285 {
 286         mirror_map_t *mm = zio->io_vsd;
 287         mirror_child_t *mc;
 288         uint64_t txg = zio->io_txg;
 289         int i, c;
 290
 291         ASSERT(zio->io_bp == NULL || BP_PHYSICAL_BIRTH(zio->io_bp) == txg);
 292
 293         /*
 294          * Try to find a child whose DTL doesn't contain the block to read.
 295          * If a child is known to be completely inaccessible (indicated by
 296          * vdev_readable() returning B_FALSE), don't even try.
 297          */
 298         for (i = 0, c = mm->mm_preferred; i < mm->mm_children; i++, c++) {
 299                 if (c >= mm->mm_children)
 300                         c = 0;
 301                 mc = &mm->mm_child[c];
 302                 if (mc->mc_tried || mc->mc_skipped)
 303                         continue;
 304                 if (!vdev_readable(mc->mc_vd)) {
 305                         mc->mc_error = ENXIO;
 306                         mc->mc_tried = 1;       /* don't even try */
 307                         mc->mc_skipped = 1;
 308                         continue;
 309                 }
 310                 if (!vdev_dtl_contains(mc->mc_vd, DTL_MISSING, txg, 1))
 311                         return (c);
 312                 mc->mc_error = ESTALE;
 313                 mc->mc_skipped = 1;
 314                 mc->mc_speculative = 1;
 315         }
 316
 317         /*
 318          * Every device is either missing or has this txg in its DTL.
 319          * Look for any child we haven't already tried before giving up.
 320          */
 321         for (c = 0; c < mm->mm_children; c++)
 322                 if (!mm->mm_child[c].mc_tried)
 323                         return (c);
 324
 325         /*
 326          * Every child failed.  There's no place left to look.
 327          */
 328         return (-1);
 329 }
 330
 331 static int
 332 vdev_mirror_io_start(zio_t *zio)
 333 {
 334         mirror_map_t *mm;
 335         mirror_child_t *mc;
 336         int c, children;
 337
 338         mm = vdev_mirror_map_alloc(zio);
 339
 340         if (zio->io_type == ZIO_TYPE_READ) {
 341                 if ((zio->io_flags & ZIO_FLAG_SCRUB) && !mm->mm_replacing) {
 342                         /*
 343                          * For scrubbing reads we need to allocate a read
 344                          * buffer for each child and issue reads to all
 345                          * children.  If any child succeeds, it will copy its
 346                          * data into zio->io_data in vdev_mirror_scrub_done.
 347                          */
 348                         for (c = 0; c < mm->mm_children; c++) {
 349                                 mc = &mm->mm_child[c];
 350                                 zio_nowait(zio_vdev_child_io(zio, zio->io_bp,
 351                                     mc->mc_vd, mc->mc_offset,
 352                                     zio_buf_alloc(zio->io_size), zio->io_size,
 353                                     zio->io_type, zio->io_priority, 0,
 354                                     vdev_mirror_scrub_done, mc));
 355                         }
 356                         return (ZIO_PIPELINE_CONTINUE);
 357                 }
 358                 /*
 359                  * For normal reads just pick one child.
 360                  */
 361                 c = vdev_mirror_child_select(zio);
 362                 children = (c >= 0);
 363         } else {
 364                 ASSERT(zio->io_type == ZIO_TYPE_WRITE);
 365
 366                 /*
 367                  * Writes go to all children.
 368                  */
 369                 c = 0;
 370                 children = mm->mm_children;
 371         }
 372
 373         while (children--) {
 374                 mc = &mm->mm_child[c];
 375                 zio_nowait(zio_vdev_child_io(zio, zio->io_bp,
 376                     mc->mc_vd, mc->mc_offset, zio->io_data, zio->io_size,
 377                     zio->io_type, zio->io_priority, 0,
 378                     vdev_mirror_child_done, mc));
 379                 c++;
 380         }
 381
 382         return (ZIO_PIPELINE_CONTINUE);
 383 }
 384
 385 static int
 386 vdev_mirror_worst_error(mirror_map_t *mm)
 387 {
 388         int c, error[2] = { 0, 0 };
 389
 390         for (c = 0; c < mm->mm_children; c++) {
 391                 mirror_child_t *mc = &mm->mm_child[c];
 392                 int s = mc->mc_speculative;
 393                 error[s] = zio_worst_error(error[s], mc->mc_error);
 394         }
 395
 396         return (error[0] ? error[0] : error[1]);
 397 }
 398
 399 static void
 400 vdev_mirror_io_done(zio_t *zio)
 401 {
 402         mirror_map_t *mm = zio->io_vsd;
 403         mirror_child_t *mc;
 404         int c;
 405         int good_copies = 0;
 406         int unexpected_errors = 0;
 407
 408         for (c = 0; c < mm->mm_children; c++) {
 409                 mc = &mm->mm_child[c];
 410
 411                 if (mc->mc_error) {
 412                         if (!mc->mc_skipped)
 413                                 unexpected_errors++;
 414                 } else if (mc->mc_tried) {
 415                         good_copies++;
 416                 }
 417         }
 418
 419         if (zio->io_type == ZIO_TYPE_WRITE) {
 420                 /*
 421                  * XXX -- for now, treat partial writes as success.
 422                  *
 423                  * Now that we support write reallocation, it would be better
 424                  * to treat partial failure as real failure unless there are
 425                  * no non-degraded top-level vdevs left, and not update DTLs
 426                  * if we intend to reallocate.
 427                  */
 428                 /* XXPOLICY */
 429                 if (good_copies != mm->mm_children) {
 430                         /*
 431                          * Always require at least one good copy.
 432                          *
 433                          * For ditto blocks (io_vd == NULL), require
 434                          * all copies to be good.
 435                          *
 436                          * XXX -- for replacing vdevs, there's no great answer.
 437                          * If the old device is really dead, we may not even
 438                          * be able to access it -- so we only want to
 439                          * require good writes to the new device.  But if
 440                          * the new device turns out to be flaky, we want
 441                          * to be able to detach it -- which requires all
 442                          * writes to the old device to have succeeded.
 443                          */
 444                         if (good_copies == 0 || zio->io_vd == NULL)
 445                                 zio->io_error = vdev_mirror_worst_error(mm);
 446                 }
 447                 return;
 448         }
 449
 450         ASSERT(zio->io_type == ZIO_TYPE_READ);
 451
 452         /*
 453          * If we don't have a good copy yet, keep trying other children.
 454          */
 455         /* XXPOLICY */
 456         if (good_copies == 0 && (c = vdev_mirror_child_select(zio)) != -1) {
 457                 ASSERT(c >= 0 && c < mm->mm_children);
 458                 mc = &mm->mm_child[c];
 459                 zio_vdev_io_redone(zio);
 460                 zio_nowait(zio_vdev_child_io(zio, zio->io_bp,
 461                     mc->mc_vd, mc->mc_offset, zio->io_data, zio->io_size,
 462                     ZIO_TYPE_READ, zio->io_priority, 0,
 463                     vdev_mirror_child_done, mc));
 464                 return;
 465         }
 466
 467         /* XXPOLICY */
 468         if (good_copies == 0) {
 469                 zio->io_error = vdev_mirror_worst_error(mm);
 470                 ASSERT(zio->io_error != 0);
 471         }
 472
 473         if (good_copies && spa_writeable(zio->io_spa) &&
 474             (unexpected_errors ||
 475             (zio->io_flags & ZIO_FLAG_RESILVER) ||
 476             ((zio->io_flags & ZIO_FLAG_SCRUB) && mm->mm_replacing))) {
 477                 /*
 478                  * Use the good data we have in hand to repair damaged children.
 479                  */
 480                 for (c = 0; c < mm->mm_children; c++) {
 481                         /*
 482                          * Don't rewrite known good children.
 483                          * Not only is it unnecessary, it could
 484                          * actually be harmful: if the system lost
 485                          * power while rewriting the only good copy,
 486                          * there would be no good copies left!
 487                          */
 488                         mc = &mm->mm_child[c];
 489
 490                         if (mc->mc_error == 0) {
 491                                 if (mc->mc_tried)
 492                                         continue;
 493                                 if (!(zio->io_flags & ZIO_FLAG_SCRUB) &&
 494                                     !vdev_dtl_contains(mc->mc_vd, DTL_PARTIAL,
 495                                     zio->io_txg, 1))
 496                                         continue;
 497                                 mc->mc_error = ESTALE;
 498                         }
 499
 500                         zio_nowait(zio_vdev_child_io(zio, zio->io_bp,
 501                             mc->mc_vd, mc->mc_offset,
 502                             zio->io_data, zio->io_size,
 503                             ZIO_TYPE_WRITE, zio->io_priority,
 504                             ZIO_FLAG_IO_REPAIR | (unexpected_errors ?
 505                             ZIO_FLAG_SELF_HEAL : 0), NULL, NULL));
 506                 }
 507         }
 508 }
 509
 510 static void
 511 vdev_mirror_state_change(vdev_t *vd, int faulted, int degraded)
 512 {
 513         if (faulted == vd->vdev_children)
 514                 vdev_set_state(vd, B_FALSE, VDEV_STATE_CANT_OPEN,
 515                     VDEV_AUX_NO_REPLICAS);
 516         else if (degraded + faulted != 0)
 517                 vdev_set_state(vd, B_FALSE, VDEV_STATE_DEGRADED, VDEV_AUX_NONE);
 518         else
 519                 vdev_set_state(vd, B_FALSE, VDEV_STATE_HEALTHY, VDEV_AUX_NONE);
 520 }
 521
 522 vdev_ops_t vdev_mirror_ops = {
 523         vdev_mirror_open,
 524         vdev_mirror_close,
 525         vdev_default_asize,
 526         vdev_mirror_io_start,
 527         vdev_mirror_io_done,
 528         vdev_mirror_state_change,
 529         NULL,
 530         NULL,
 531         VDEV_TYPE_MIRROR,       /* name of this vdev type */
 532         B_FALSE                 /* not a leaf vdev */
 533 };
 534
 535 vdev_ops_t vdev_replacing_ops = {
 536         vdev_mirror_open,
 537         vdev_mirror_close,
 538         vdev_default_asize,
 539         vdev_mirror_io_start,
 540         vdev_mirror_io_done,
 541         vdev_mirror_state_change,
 542         NULL,
 543         NULL,
 544         VDEV_TYPE_REPLACING,    /* name of this vdev type */
 545         B_FALSE                 /* not a leaf vdev */
 546 };
 547
 548 vdev_ops_t vdev_spare_ops = {
 549         vdev_mirror_open,
 550         vdev_mirror_close,
 551         vdev_default_asize,
 552         vdev_mirror_io_start,
 553         vdev_mirror_io_done,
 554         vdev_mirror_state_change,
 555         NULL,
 556         NULL,
 557         VDEV_TYPE_SPARE,        /* name of this vdev type */
 558         B_FALSE                 /* not a leaf vdev */
 559 };
 560
 561 #if defined(_KERNEL) && defined(HAVE_SPL)
 562 module_param(zfs_vdev_mirror_switch_us, int, 0644);
 563 MODULE_PARM_DESC(zfs_vdev_mirror_switch_us, "Switch mirrors every N usecs");
 564 #endif