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) 2013 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         return avl_numnodes(&vd->vdev_queue.vq_pending_tree);
  93 }
  94
  95 static mirror_map_t *
  96 vdev_mirror_map_alloc(zio_t *zio)
  97 {
  98         mirror_map_t *mm = NULL;
  99         mirror_child_t *mc;
 100         vdev_t *vd = zio->io_vd;
 101         int c, d;
 102
 103         if (vd == NULL) {
 104                 dva_t *dva = zio->io_bp->blk_dva;
 105                 spa_t *spa = zio->io_spa;
 106
 107                 c = BP_GET_NDVAS(zio->io_bp);
 108
 109                 mm = kmem_zalloc(offsetof(mirror_map_t, mm_child[c]), KM_PUSHPAGE);
 110                 mm->mm_children = c;
 111                 mm->mm_replacing = B_FALSE;
 112                 mm->mm_preferred = spa_get_random(c);
 113                 mm->mm_root = B_TRUE;
 114
 115                 /*
 116                  * Check the other, lower-index DVAs to see if they're on
 117                  * the same vdev as the child we picked.  If they are, use
 118                  * them since they are likely to have been allocated from
 119                  * the primary metaslab in use at the time, and hence are
 120                  * more likely to have locality with single-copy data.
 121                  */
 122                 for (c = mm->mm_preferred, d = c - 1; d >= 0; d--) {
 123                         if (DVA_GET_VDEV(&dva[d]) == DVA_GET_VDEV(&dva[c]))
 124                                 mm->mm_preferred = d;
 125                 }
 126
 127                 for (c = 0; c < mm->mm_children; c++) {
 128                         mc = &mm->mm_child[c];
 129
 130                         mc->mc_vd = vdev_lookup_top(spa, DVA_GET_VDEV(&dva[c]));
 131                         mc->mc_offset = DVA_GET_OFFSET(&dva[c]);
 132                 }
 133         } else {
 134                 int lowest_pending = INT_MAX;
 135                 int lowest_nr = 1;
 136
 137                 c = vd->vdev_children;
 138
 139                 mm = kmem_zalloc(offsetof(mirror_map_t, mm_child[c]), KM_PUSHPAGE);
 140                 mm->mm_children = c;
 141                 mm->mm_replacing = (vd->vdev_ops == &vdev_replacing_ops ||
 142                     vd->vdev_ops == &vdev_spare_ops);
 143                 mm->mm_preferred = 0;
 144                 mm->mm_root = B_FALSE;
 145
 146                 for (c = 0; c < mm->mm_children; c++) {
 147                         mc = &mm->mm_child[c];
 148                         mc->mc_vd = vd->vdev_child[c];
 149                         mc->mc_offset = zio->io_offset;
 150
 151                         if (mm->mm_replacing)
 152                                 continue;
 153
 154                         if (!vdev_readable(mc->mc_vd)) {
 155                                 mc->mc_error = SET_ERROR(ENXIO);
 156                                 mc->mc_tried = 1;
 157                                 mc->mc_skipped = 1;
 158                                 mc->mc_pending = INT_MAX;
 159                                 continue;
 160                         }
 161
 162                         mc->mc_pending = vdev_mirror_pending(mc->mc_vd);
 163                         if (mc->mc_pending < lowest_pending) {
 164                                 lowest_pending = mc->mc_pending;
 165                                 lowest_nr = 1;
 166                         } else if (mc->mc_pending == lowest_pending) {
 167                                 lowest_nr++;
 168                         }
 169                 }
 170
 171                 d = gethrtime() / (NSEC_PER_USEC * zfs_vdev_mirror_switch_us);
 172                 d = (d % lowest_nr) + 1;
 173
 174                 for (c = 0; c < mm->mm_children; c++) {
 175                         mc = &mm->mm_child[c];
 176
 177                         if (mm->mm_child[c].mc_pending == lowest_pending) {
 178                                 if (--d == 0) {
 179                                         mm->mm_preferred = c;
 180                                         break;
 181                                 }
 182                         }
 183                 }
 184         }
 185
 186         zio->io_vsd = mm;
 187         zio->io_vsd_ops = &vdev_mirror_vsd_ops;
 188         return (mm);
 189 }
 190
 191 static int
 192 vdev_mirror_open(vdev_t *vd, uint64_t *asize, uint64_t *max_asize,
 193     uint64_t *ashift)
 194 {
 195         int numerrors = 0;
 196         int lasterror = 0;
 197         int c;
 198
 199         if (vd->vdev_children == 0) {
 200                 vd->vdev_stat.vs_aux = VDEV_AUX_BAD_LABEL;
 201                 return (SET_ERROR(EINVAL));
 202         }
 203
 204         vdev_open_children(vd);
 205
 206         for (c = 0; c < vd->vdev_children; c++) {
 207                 vdev_t *cvd = vd->vdev_child[c];
 208
 209                 if (cvd->vdev_open_error) {
 210                         lasterror = cvd->vdev_open_error;
 211                         numerrors++;
 212                         continue;
 213                 }
 214
 215                 *asize = MIN(*asize - 1, cvd->vdev_asize - 1) + 1;
 216                 *max_asize = MIN(*max_asize - 1, cvd->vdev_max_asize - 1) + 1;
 217                 *ashift = MAX(*ashift, cvd->vdev_ashift);
 218         }
 219
 220         if (numerrors == vd->vdev_children) {
 221                 vd->vdev_stat.vs_aux = VDEV_AUX_NO_REPLICAS;
 222                 return (lasterror);
 223         }
 224
 225         return (0);
 226 }
 227
 228 static void
 229 vdev_mirror_close(vdev_t *vd)
 230 {
 231         int c;
 232
 233         for (c = 0; c < vd->vdev_children; c++)
 234                 vdev_close(vd->vdev_child[c]);
 235 }
 236
 237 static void
 238 vdev_mirror_child_done(zio_t *zio)
 239 {
 240         mirror_child_t *mc = zio->io_private;
 241
 242         mc->mc_error = zio->io_error;
 243         mc->mc_tried = 1;
 244         mc->mc_skipped = 0;
 245 }
 246
 247 static void
 248 vdev_mirror_scrub_done(zio_t *zio)
 249 {
 250         mirror_child_t *mc = zio->io_private;
 251
 252         if (zio->io_error == 0) {
 253                 zio_t *pio;
 254
 255                 mutex_enter(&zio->io_lock);
 256                 while ((pio = zio_walk_parents(zio)) != NULL) {
 257                         mutex_enter(&pio->io_lock);
 258                         ASSERT3U(zio->io_size, >=, pio->io_size);
 259                         bcopy(zio->io_data, pio->io_data, pio->io_size);
 260                         mutex_exit(&pio->io_lock);
 261                 }
 262                 mutex_exit(&zio->io_lock);
 263         }
 264
 265         zio_buf_free(zio->io_data, zio->io_size);
 266
 267         mc->mc_error = zio->io_error;
 268         mc->mc_tried = 1;
 269         mc->mc_skipped = 0;
 270 }
 271
 272 /*
 273  * Try to find a child whose DTL doesn't contain the block we want to read.
 274  * If we can't, try the read on any vdev we haven't already tried.
 275  */
 276 static int
 277 vdev_mirror_child_select(zio_t *zio)
 278 {
 279         mirror_map_t *mm = zio->io_vsd;
 280         mirror_child_t *mc;
 281         uint64_t txg = zio->io_txg;
 282         int i, c;
 283
 284         ASSERT(zio->io_bp == NULL || BP_PHYSICAL_BIRTH(zio->io_bp) == txg);
 285
 286         /*
 287          * Try to find a child whose DTL doesn't contain the block to read.
 288          * If a child is known to be completely inaccessible (indicated by
 289          * vdev_readable() returning B_FALSE), don't even try.
 290          */
 291         for (i = 0, c = mm->mm_preferred; i < mm->mm_children; i++, c++) {
 292                 if (c >= mm->mm_children)
 293                         c = 0;
 294                 mc = &mm->mm_child[c];
 295                 if (mc->mc_tried || mc->mc_skipped)
 296                         continue;
 297                 if (!vdev_readable(mc->mc_vd)) {
 298                         mc->mc_error = SET_ERROR(ENXIO);
 299                         mc->mc_tried = 1;       /* don't even try */
 300                         mc->mc_skipped = 1;
 301                         continue;
 302                 }
 303                 if (!vdev_dtl_contains(mc->mc_vd, DTL_MISSING, txg, 1))
 304                         return (c);
 305                 mc->mc_error = SET_ERROR(ESTALE);
 306                 mc->mc_skipped = 1;
 307                 mc->mc_speculative = 1;
 308         }
 309
 310         /*
 311          * Every device is either missing or has this txg in its DTL.
 312          * Look for any child we haven't already tried before giving up.
 313          */
 314         for (c = 0; c < mm->mm_children; c++)
 315                 if (!mm->mm_child[c].mc_tried)
 316                         return (c);
 317
 318         /*
 319          * Every child failed.  There's no place left to look.
 320          */
 321         return (-1);
 322 }
 323
 324 static int
 325 vdev_mirror_io_start(zio_t *zio)
 326 {
 327         mirror_map_t *mm;
 328         mirror_child_t *mc;
 329         int c, children;
 330
 331         mm = vdev_mirror_map_alloc(zio);
 332
 333         if (zio->io_type == ZIO_TYPE_READ) {
 334                 if ((zio->io_flags & ZIO_FLAG_SCRUB) && !mm->mm_replacing) {
 335                         /*
 336                          * For scrubbing reads we need to allocate a read
 337                          * buffer for each child and issue reads to all
 338                          * children.  If any child succeeds, it will copy its
 339                          * data into zio->io_data in vdev_mirror_scrub_done.
 340                          */
 341                         for (c = 0; c < mm->mm_children; c++) {
 342                                 mc = &mm->mm_child[c];
 343                                 zio_nowait(zio_vdev_child_io(zio, zio->io_bp,
 344                                     mc->mc_vd, mc->mc_offset,
 345                                     zio_buf_alloc(zio->io_size), zio->io_size,
 346                                     zio->io_type, zio->io_priority, 0,
 347                                     vdev_mirror_scrub_done, mc));
 348                         }
 349                         return (ZIO_PIPELINE_CONTINUE);
 350                 }
 351                 /*
 352                  * For normal reads just pick one child.
 353                  */
 354                 c = vdev_mirror_child_select(zio);
 355                 children = (c >= 0);
 356         } else {
 357                 ASSERT(zio->io_type == ZIO_TYPE_WRITE);
 358
 359                 /*
 360                  * Writes go to all children.
 361                  */
 362                 c = 0;
 363                 children = mm->mm_children;
 364         }
 365
 366         while (children--) {
 367                 mc = &mm->mm_child[c];
 368                 zio_nowait(zio_vdev_child_io(zio, zio->io_bp,
 369                     mc->mc_vd, mc->mc_offset, zio->io_data, zio->io_size,
 370                     zio->io_type, zio->io_priority, 0,
 371                     vdev_mirror_child_done, mc));
 372                 c++;
 373         }
 374
 375         return (ZIO_PIPELINE_CONTINUE);
 376 }
 377
 378 static int
 379 vdev_mirror_worst_error(mirror_map_t *mm)
 380 {
 381         int c, error[2] = { 0, 0 };
 382
 383         for (c = 0; c < mm->mm_children; c++) {
 384                 mirror_child_t *mc = &mm->mm_child[c];
 385                 int s = mc->mc_speculative;
 386                 error[s] = zio_worst_error(error[s], mc->mc_error);
 387         }
 388
 389         return (error[0] ? error[0] : error[1]);
 390 }
 391
 392 static void
 393 vdev_mirror_io_done(zio_t *zio)
 394 {
 395         mirror_map_t *mm = zio->io_vsd;
 396         mirror_child_t *mc;
 397         int c;
 398         int good_copies = 0;
 399         int unexpected_errors = 0;
 400
 401         for (c = 0; c < mm->mm_children; c++) {
 402                 mc = &mm->mm_child[c];
 403
 404                 if (mc->mc_error) {
 405                         if (!mc->mc_skipped)
 406                                 unexpected_errors++;
 407                 } else if (mc->mc_tried) {
 408                         good_copies++;
 409                 }
 410         }
 411
 412         if (zio->io_type == ZIO_TYPE_WRITE) {
 413                 /*
 414                  * XXX -- for now, treat partial writes as success.
 415                  *
 416                  * Now that we support write reallocation, it would be better
 417                  * to treat partial failure as real failure unless there are
 418                  * no non-degraded top-level vdevs left, and not update DTLs
 419                  * if we intend to reallocate.
 420                  */
 421                 /* XXPOLICY */
 422                 if (good_copies != mm->mm_children) {
 423                         /*
 424                          * Always require at least one good copy.
 425                          *
 426                          * For ditto blocks (io_vd == NULL), require
 427                          * all copies to be good.
 428                          *
 429                          * XXX -- for replacing vdevs, there's no great answer.
 430                          * If the old device is really dead, we may not even
 431                          * be able to access it -- so we only want to
 432                          * require good writes to the new device.  But if
 433                          * the new device turns out to be flaky, we want
 434                          * to be able to detach it -- which requires all
 435                          * writes to the old device to have succeeded.
 436                          */
 437                         if (good_copies == 0 || zio->io_vd == NULL)
 438                                 zio->io_error = vdev_mirror_worst_error(mm);
 439                 }
 440                 return;
 441         }
 442
 443         ASSERT(zio->io_type == ZIO_TYPE_READ);
 444
 445         /*
 446          * If we don't have a good copy yet, keep trying other children.
 447          */
 448         /* XXPOLICY */
 449         if (good_copies == 0 && (c = vdev_mirror_child_select(zio)) != -1) {
 450                 ASSERT(c >= 0 && c < mm->mm_children);
 451                 mc = &mm->mm_child[c];
 452                 zio_vdev_io_redone(zio);
 453                 zio_nowait(zio_vdev_child_io(zio, zio->io_bp,
 454                     mc->mc_vd, mc->mc_offset, zio->io_data, zio->io_size,
 455                     ZIO_TYPE_READ, zio->io_priority, 0,
 456                     vdev_mirror_child_done, mc));
 457                 return;
 458         }
 459
 460         /* XXPOLICY */
 461         if (good_copies == 0) {
 462                 zio->io_error = vdev_mirror_worst_error(mm);
 463                 ASSERT(zio->io_error != 0);
 464         }
 465
 466         if (good_copies && spa_writeable(zio->io_spa) &&
 467             (unexpected_errors ||
 468             (zio->io_flags & ZIO_FLAG_RESILVER) ||
 469             ((zio->io_flags & ZIO_FLAG_SCRUB) && mm->mm_replacing))) {
 470                 /*
 471                  * Use the good data we have in hand to repair damaged children.
 472                  */
 473                 for (c = 0; c < mm->mm_children; c++) {
 474                         /*
 475                          * Don't rewrite known good children.
 476                          * Not only is it unnecessary, it could
 477                          * actually be harmful: if the system lost
 478                          * power while rewriting the only good copy,
 479                          * there would be no good copies left!
 480                          */
 481                         mc = &mm->mm_child[c];
 482
 483                         if (mc->mc_error == 0) {
 484                                 if (mc->mc_tried)
 485                                         continue;
 486                                 if (!(zio->io_flags & ZIO_FLAG_SCRUB) &&
 487                                     !vdev_dtl_contains(mc->mc_vd, DTL_PARTIAL,
 488                                     zio->io_txg, 1))
 489                                         continue;
 490                                 mc->mc_error = SET_ERROR(ESTALE);
 491                         }
 492
 493                         zio_nowait(zio_vdev_child_io(zio, zio->io_bp,
 494                             mc->mc_vd, mc->mc_offset,
 495                             zio->io_data, zio->io_size,
 496                             ZIO_TYPE_WRITE, zio->io_priority,
 497                             ZIO_FLAG_IO_REPAIR | (unexpected_errors ?
 498                             ZIO_FLAG_SELF_HEAL : 0), NULL, NULL));
 499                 }
 500         }
 501 }
 502
 503 static void
 504 vdev_mirror_state_change(vdev_t *vd, int faulted, int degraded)
 505 {
 506         if (faulted == vd->vdev_children)
 507                 vdev_set_state(vd, B_FALSE, VDEV_STATE_CANT_OPEN,
 508                     VDEV_AUX_NO_REPLICAS);
 509         else if (degraded + faulted != 0)
 510                 vdev_set_state(vd, B_FALSE, VDEV_STATE_DEGRADED, VDEV_AUX_NONE);
 511         else
 512                 vdev_set_state(vd, B_FALSE, VDEV_STATE_HEALTHY, VDEV_AUX_NONE);
 513 }
 514
 515 vdev_ops_t vdev_mirror_ops = {
 516         vdev_mirror_open,
 517         vdev_mirror_close,
 518         vdev_default_asize,
 519         vdev_mirror_io_start,
 520         vdev_mirror_io_done,
 521         vdev_mirror_state_change,
 522         NULL,
 523         NULL,
 524         VDEV_TYPE_MIRROR,       /* name of this vdev type */
 525         B_FALSE                 /* not a leaf vdev */
 526 };
 527
 528 vdev_ops_t vdev_replacing_ops = {
 529         vdev_mirror_open,
 530         vdev_mirror_close,
 531         vdev_default_asize,
 532         vdev_mirror_io_start,
 533         vdev_mirror_io_done,
 534         vdev_mirror_state_change,
 535         NULL,
 536         NULL,
 537         VDEV_TYPE_REPLACING,    /* name of this vdev type */
 538         B_FALSE                 /* not a leaf vdev */
 539 };
 540
 541 vdev_ops_t vdev_spare_ops = {
 542         vdev_mirror_open,
 543         vdev_mirror_close,
 544         vdev_default_asize,
 545         vdev_mirror_io_start,
 546         vdev_mirror_io_done,
 547         vdev_mirror_state_change,
 548         NULL,
 549         NULL,
 550         VDEV_TYPE_SPARE,        /* name of this vdev type */
 551         B_FALSE                 /* not a leaf vdev */
 552 };
 553
 554 #if defined(_KERNEL) && defined(HAVE_SPL)
 555 module_param(zfs_vdev_mirror_switch_us, int, 0644);
 556 MODULE_PARM_DESC(zfs_vdev_mirror_switch_us, "Switch mirrors every N usecs");
 557 #endif