module/zfs/vdev_queue.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 2009 Sun Microsystems, Inc.  All rights reserved.
  23  * Use is subject to license terms.
  24  */
  25
  26 /*
  27  * Copyright (c) 2012, 2017 by Delphix. All rights reserved.
  28  */
  29
  30 #include <sys/zfs_context.h>
  31 #include <sys/vdev_impl.h>
  32 #include <sys/spa_impl.h>
  33 #include <sys/zio.h>
  34 #include <sys/avl.h>
  35 #include <sys/dsl_pool.h>
  36 #include <sys/metaslab_impl.h>
  37 #include <sys/spa.h>
  38 #include <sys/spa_impl.h>
  39 #include <sys/kstat.h>
  40 #include <sys/abd.h>
  41
  42 /*
  43  * ZFS I/O Scheduler
  44  * ---------------
  45  *
  46  * ZFS issues I/O operations to leaf vdevs to satisfy and complete zios.  The
  47  * I/O scheduler determines when and in what order those operations are
  48  * issued.  The I/O scheduler divides operations into five I/O classes
  49  * prioritized in the following order: sync read, sync write, async read,
  50  * async write, and scrub/resilver.  Each queue defines the minimum and
  51  * maximum number of concurrent operations that may be issued to the device.
  52  * In addition, the device has an aggregate maximum. Note that the sum of the
  53  * per-queue minimums must not exceed the aggregate maximum. If the
  54  * sum of the per-queue maximums exceeds the aggregate maximum, then the
  55  * number of active i/os may reach zfs_vdev_max_active, in which case no
  56  * further i/os will be issued regardless of whether all per-queue
  57  * minimums have been met.
  58  *
  59  * For many physical devices, throughput increases with the number of
  60  * concurrent operations, but latency typically suffers. Further, physical
  61  * devices typically have a limit at which more concurrent operations have no
  62  * effect on throughput or can actually cause it to decrease.
  63  *
  64  * The scheduler selects the next operation to issue by first looking for an
  65  * I/O class whose minimum has not been satisfied. Once all are satisfied and
  66  * the aggregate maximum has not been hit, the scheduler looks for classes
  67  * whose maximum has not been satisfied. Iteration through the I/O classes is
  68  * done in the order specified above. No further operations are issued if the
  69  * aggregate maximum number of concurrent operations has been hit or if there
  70  * are no operations queued for an I/O class that has not hit its maximum.
  71  * Every time an i/o is queued or an operation completes, the I/O scheduler
  72  * looks for new operations to issue.
  73  *
  74  * All I/O classes have a fixed maximum number of outstanding operations
  75  * except for the async write class. Asynchronous writes represent the data
  76  * that is committed to stable storage during the syncing stage for
  77  * transaction groups (see txg.c). Transaction groups enter the syncing state
  78  * periodically so the number of queued async writes will quickly burst up and
  79  * then bleed down to zero. Rather than servicing them as quickly as possible,
  80  * the I/O scheduler changes the maximum number of active async write i/os
  81  * according to the amount of dirty data in the pool (see dsl_pool.c). Since
  82  * both throughput and latency typically increase with the number of
  83  * concurrent operations issued to physical devices, reducing the burstiness
  84  * in the number of concurrent operations also stabilizes the response time of
  85  * operations from other -- and in particular synchronous -- queues. In broad
  86  * strokes, the I/O scheduler will issue more concurrent operations from the
  87  * async write queue as there's more dirty data in the pool.
  88  *
  89  * Async Writes
  90  *
  91  * The number of concurrent operations issued for the async write I/O class
  92  * follows a piece-wise linear function defined by a few adjustable points.
  93  *
  94  *        |                   o---------| <-- zfs_vdev_async_write_max_active
  95  *   ^    |                  /^         |
  96  *   |    |                 / |         |
  97  * active |                /  |         |
  98  *  I/O   |               /   |         |
  99  * count  |              /    |         |
 100  *        |             /     |         |
 101  *        |------------o      |         | <-- zfs_vdev_async_write_min_active
 102  *       0|____________^______|_________|
 103  *        0%           |      |       100% of zfs_dirty_data_max
 104  *                     |      |
 105  *                     |      `-- zfs_vdev_async_write_active_max_dirty_percent
 106  *                     `--------- zfs_vdev_async_write_active_min_dirty_percent
 107  *
 108  * Until the amount of dirty data exceeds a minimum percentage of the dirty
 109  * data allowed in the pool, the I/O scheduler will limit the number of
 110  * concurrent operations to the minimum. As that threshold is crossed, the
 111  * number of concurrent operations issued increases linearly to the maximum at
 112  * the specified maximum percentage of the dirty data allowed in the pool.
 113  *
 114  * Ideally, the amount of dirty data on a busy pool will stay in the sloped
 115  * part of the function between zfs_vdev_async_write_active_min_dirty_percent
 116  * and zfs_vdev_async_write_active_max_dirty_percent. If it exceeds the
 117  * maximum percentage, this indicates that the rate of incoming data is
 118  * greater than the rate that the backend storage can handle. In this case, we
 119  * must further throttle incoming writes (see dmu_tx_delay() for details).
 120  */
 121
 122 /*
 123  * The maximum number of i/os active to each device.  Ideally, this will be >=
 124  * the sum of each queue's max_active.  It must be at least the sum of each
 125  * queue's min_active.
 126  */
 127 uint32_t zfs_vdev_max_active = 1000;
 128
 129 /*
 130  * Per-queue limits on the number of i/os active to each device.  If the
 131  * number of active i/os is < zfs_vdev_max_active, then the min_active comes
 132  * into play. We will send min_active from each queue, and then select from
 133  * queues in the order defined by zio_priority_t.
 134  *
 135  * In general, smaller max_active's will lead to lower latency of synchronous
 136  * operations.  Larger max_active's may lead to higher overall throughput,
 137  * depending on underlying storage.
 138  *
 139  * The ratio of the queues' max_actives determines the balance of performance
 140  * between reads, writes, and scrubs.  E.g., increasing
 141  * zfs_vdev_scrub_max_active will cause the scrub or resilver to complete
 142  * more quickly, but reads and writes to have higher latency and lower
 143  * throughput.
 144  */
 145 uint32_t zfs_vdev_sync_read_min_active = 10;
 146 uint32_t zfs_vdev_sync_read_max_active = 10;
 147 uint32_t zfs_vdev_sync_write_min_active = 10;
 148 uint32_t zfs_vdev_sync_write_max_active = 10;
 149 uint32_t zfs_vdev_async_read_min_active = 1;
 150 uint32_t zfs_vdev_async_read_max_active = 3;
 151 uint32_t zfs_vdev_async_write_min_active = 2;
 152 uint32_t zfs_vdev_async_write_max_active = 10;
 153 uint32_t zfs_vdev_scrub_min_active = 1;
 154 uint32_t zfs_vdev_scrub_max_active = 2;
 155
 156 /*
 157  * When the pool has less than zfs_vdev_async_write_active_min_dirty_percent
 158  * dirty data, use zfs_vdev_async_write_min_active.  When it has more than
 159  * zfs_vdev_async_write_active_max_dirty_percent, use
 160  * zfs_vdev_async_write_max_active. The value is linearly interpolated
 161  * between min and max.
 162  */
 163 int zfs_vdev_async_write_active_min_dirty_percent = 30;
 164 int zfs_vdev_async_write_active_max_dirty_percent = 60;
 165
 166 /*
 167  * To reduce IOPs, we aggregate small adjacent I/Os into one large I/O.
 168  * For read I/Os, we also aggregate across small adjacency gaps; for writes
 169  * we include spans of optional I/Os to aid aggregation at the disk even when
 170  * they aren't able to help us aggregate at this level.
 171  */
 172 int zfs_vdev_aggregation_limit = 1 << 20;
 173 int zfs_vdev_read_gap_limit = 32 << 10;
 174 int zfs_vdev_write_gap_limit = 4 << 10;
 175
 176 /*
 177  * Define the queue depth percentage for each top-level. This percentage is
 178  * used in conjunction with zfs_vdev_async_max_active to determine how many
 179  * allocations a specific top-level vdev should handle. Once the queue depth
 180  * reaches zfs_vdev_queue_depth_pct * zfs_vdev_async_write_max_active / 100
 181  * then allocator will stop allocating blocks on that top-level device.
 182  * The default kernel setting is 1000% which will yield 100 allocations per
 183  * device. For userland testing, the default setting is 300% which equates
 184  * to 30 allocations per device.
 185  */
 186 #ifdef _KERNEL
 187 int zfs_vdev_queue_depth_pct = 1000;
 188 #else
 189 int zfs_vdev_queue_depth_pct = 300;
 190 #endif
 191
 192
 193 int
 194 vdev_queue_offset_compare(const void *x1, const void *x2)
 195 {
 196         const zio_t *z1 = (const zio_t *)x1;
 197         const zio_t *z2 = (const zio_t *)x2;
 198
 199         int cmp = AVL_CMP(z1->io_offset, z2->io_offset);
 200
 201         if (likely(cmp))
 202                 return (cmp);
 203
 204         return (AVL_PCMP(z1, z2));
 205 }
 206
 207 static inline avl_tree_t *
 208 vdev_queue_class_tree(vdev_queue_t *vq, zio_priority_t p)
 209 {
 210         return (&vq->vq_class[p].vqc_queued_tree);
 211 }
 212
 213 static inline avl_tree_t *
 214 vdev_queue_type_tree(vdev_queue_t *vq, zio_type_t t)
 215 {
 216         ASSERT(t == ZIO_TYPE_READ || t == ZIO_TYPE_WRITE);
 217         if (t == ZIO_TYPE_READ)
 218                 return (&vq->vq_read_offset_tree);
 219         else
 220                 return (&vq->vq_write_offset_tree);
 221 }
 222
 223 int
 224 vdev_queue_timestamp_compare(const void *x1, const void *x2)
 225 {
 226         const zio_t *z1 = (const zio_t *)x1;
 227         const zio_t *z2 = (const zio_t *)x2;
 228
 229         int cmp = AVL_CMP(z1->io_timestamp, z2->io_timestamp);
 230
 231         if (likely(cmp))
 232                 return (cmp);
 233
 234         return (AVL_PCMP(z1, z2));
 235 }
 236
 237 static int
 238 vdev_queue_class_min_active(zio_priority_t p)
 239 {
 240         switch (p) {
 241         case ZIO_PRIORITY_SYNC_READ:
 242                 return (zfs_vdev_sync_read_min_active);
 243         case ZIO_PRIORITY_SYNC_WRITE:
 244                 return (zfs_vdev_sync_write_min_active);
 245         case ZIO_PRIORITY_ASYNC_READ:
 246                 return (zfs_vdev_async_read_min_active);
 247         case ZIO_PRIORITY_ASYNC_WRITE:
 248                 return (zfs_vdev_async_write_min_active);
 249         case ZIO_PRIORITY_SCRUB:
 250                 return (zfs_vdev_scrub_min_active);
 251         default:
 252                 panic("invalid priority %u", p);
 253                 return (0);
 254         }
 255 }
 256
 257 static int
 258 vdev_queue_max_async_writes(spa_t *spa)
 259 {
 260         int writes;
 261         uint64_t dirty = 0;
 262         dsl_pool_t *dp = spa_get_dsl(spa);
 263         uint64_t min_bytes = zfs_dirty_data_max *
 264             zfs_vdev_async_write_active_min_dirty_percent / 100;
 265         uint64_t max_bytes = zfs_dirty_data_max *
 266             zfs_vdev_async_write_active_max_dirty_percent / 100;
 267
 268         /*
 269          * Async writes may occur before the assignment of the spa's
 270          * dsl_pool_t if a self-healing zio is issued prior to the
 271          * completion of dmu_objset_open_impl().
 272          */
 273         if (dp == NULL)
 274                 return (zfs_vdev_async_write_max_active);
 275
 276         /*
 277          * Sync tasks correspond to interactive user actions. To reduce the
 278          * execution time of those actions we push data out as fast as possible.
 279          */
 280         if (spa_has_pending_synctask(spa))
 281                 return (zfs_vdev_async_write_max_active);
 282
 283         dirty = dp->dp_dirty_total;
 284         if (dirty < min_bytes)
 285                 return (zfs_vdev_async_write_min_active);
 286         if (dirty > max_bytes)
 287                 return (zfs_vdev_async_write_max_active);
 288
 289         /*
 290          * linear interpolation:
 291          * slope = (max_writes - min_writes) / (max_bytes - min_bytes)
 292          * move right by min_bytes
 293          * move up by min_writes
 294          */
 295         writes = (dirty - min_bytes) *
 296             (zfs_vdev_async_write_max_active -
 297             zfs_vdev_async_write_min_active) /
 298             (max_bytes - min_bytes) +
 299             zfs_vdev_async_write_min_active;
 300         ASSERT3U(writes, >=, zfs_vdev_async_write_min_active);
 301         ASSERT3U(writes, <=, zfs_vdev_async_write_max_active);
 302         return (writes);
 303 }
 304
 305 static int
 306 vdev_queue_class_max_active(spa_t *spa, zio_priority_t p)
 307 {
 308         switch (p) {
 309         case ZIO_PRIORITY_SYNC_READ:
 310                 return (zfs_vdev_sync_read_max_active);
 311         case ZIO_PRIORITY_SYNC_WRITE:
 312                 return (zfs_vdev_sync_write_max_active);
 313         case ZIO_PRIORITY_ASYNC_READ:
 314                 return (zfs_vdev_async_read_max_active);
 315         case ZIO_PRIORITY_ASYNC_WRITE:
 316                 return (vdev_queue_max_async_writes(spa));
 317         case ZIO_PRIORITY_SCRUB:
 318                 return (zfs_vdev_scrub_max_active);
 319         default:
 320                 panic("invalid priority %u", p);
 321                 return (0);
 322         }
 323 }
 324
 325 /*
 326  * Return the i/o class to issue from, or ZIO_PRIORITY_MAX_QUEUEABLE if
 327  * there is no eligible class.
 328  */
 329 static zio_priority_t
 330 vdev_queue_class_to_issue(vdev_queue_t *vq)
 331 {
 332         spa_t *spa = vq->vq_vdev->vdev_spa;
 333         zio_priority_t p;
 334
 335         if (avl_numnodes(&vq->vq_active_tree) >= zfs_vdev_max_active)
 336                 return (ZIO_PRIORITY_NUM_QUEUEABLE);
 337
 338         /* find a queue that has not reached its minimum # outstanding i/os */
 339         for (p = 0; p < ZIO_PRIORITY_NUM_QUEUEABLE; p++) {
 340                 if (avl_numnodes(vdev_queue_class_tree(vq, p)) > 0 &&
 341                     vq->vq_class[p].vqc_active <
 342                     vdev_queue_class_min_active(p))
 343                         return (p);
 344         }
 345
 346         /*
 347          * If we haven't found a queue, look for one that hasn't reached its
 348          * maximum # outstanding i/os.
 349          */
 350         for (p = 0; p < ZIO_PRIORITY_NUM_QUEUEABLE; p++) {
 351                 if (avl_numnodes(vdev_queue_class_tree(vq, p)) > 0 &&
 352                     vq->vq_class[p].vqc_active <
 353                     vdev_queue_class_max_active(spa, p))
 354                         return (p);
 355         }
 356
 357         /* No eligible queued i/os */
 358         return (ZIO_PRIORITY_NUM_QUEUEABLE);
 359 }
 360
 361 void
 362 vdev_queue_init(vdev_t *vd)
 363 {
 364         vdev_queue_t *vq = &vd->vdev_queue;
 365         zio_priority_t p;
 366
 367         mutex_init(&vq->vq_lock, NULL, MUTEX_DEFAULT, NULL);
 368         vq->vq_vdev = vd;
 369         taskq_init_ent(&vd->vdev_queue.vq_io_search.io_tqent);
 370
 371         avl_create(&vq->vq_active_tree, vdev_queue_offset_compare,
 372             sizeof (zio_t), offsetof(struct zio, io_queue_node));
 373         avl_create(vdev_queue_type_tree(vq, ZIO_TYPE_READ),
 374             vdev_queue_offset_compare, sizeof (zio_t),
 375             offsetof(struct zio, io_offset_node));
 376         avl_create(vdev_queue_type_tree(vq, ZIO_TYPE_WRITE),
 377             vdev_queue_offset_compare, sizeof (zio_t),
 378             offsetof(struct zio, io_offset_node));
 379
 380         for (p = 0; p < ZIO_PRIORITY_NUM_QUEUEABLE; p++) {
 381                 int (*compfn) (const void *, const void *);
 382
 383                 /*
 384                  * The synchronous i/o queues are dispatched in FIFO rather
 385                  * than LBA order. This provides more consistent latency for
 386                  * these i/os.
 387                  */
 388                 if (p == ZIO_PRIORITY_SYNC_READ || p == ZIO_PRIORITY_SYNC_WRITE)
 389                         compfn = vdev_queue_timestamp_compare;
 390                 else
 391                         compfn = vdev_queue_offset_compare;
 392                 avl_create(vdev_queue_class_tree(vq, p), compfn,
 393                     sizeof (zio_t), offsetof(struct zio, io_queue_node));
 394         }
 395
 396         vq->vq_last_offset = 0;
 397 }
 398
 399 void
 400 vdev_queue_fini(vdev_t *vd)
 401 {
 402         vdev_queue_t *vq = &vd->vdev_queue;
 403
 404         for (zio_priority_t p = 0; p < ZIO_PRIORITY_NUM_QUEUEABLE; p++)
 405                 avl_destroy(vdev_queue_class_tree(vq, p));
 406         avl_destroy(&vq->vq_active_tree);
 407         avl_destroy(vdev_queue_type_tree(vq, ZIO_TYPE_READ));
 408         avl_destroy(vdev_queue_type_tree(vq, ZIO_TYPE_WRITE));
 409
 410         mutex_destroy(&vq->vq_lock);
 411 }
 412
 413 static void
 414 vdev_queue_io_add(vdev_queue_t *vq, zio_t *zio)
 415 {
 416         spa_t *spa = zio->io_spa;
 417         spa_stats_history_t *ssh = &spa->spa_stats.io_history;
 418
 419         ASSERT3U(zio->io_priority, <, ZIO_PRIORITY_NUM_QUEUEABLE);
 420         avl_add(vdev_queue_class_tree(vq, zio->io_priority), zio);
 421         avl_add(vdev_queue_type_tree(vq, zio->io_type), zio);
 422
 423         if (ssh->kstat != NULL) {
 424                 mutex_enter(&ssh->lock);
 425                 kstat_waitq_enter(ssh->kstat->ks_data);
 426                 mutex_exit(&ssh->lock);
 427         }
 428 }
 429
 430 static void
 431 vdev_queue_io_remove(vdev_queue_t *vq, zio_t *zio)
 432 {
 433         spa_t *spa = zio->io_spa;
 434         spa_stats_history_t *ssh = &spa->spa_stats.io_history;
 435
 436         ASSERT3U(zio->io_priority, <, ZIO_PRIORITY_NUM_QUEUEABLE);
 437         avl_remove(vdev_queue_class_tree(vq, zio->io_priority), zio);
 438         avl_remove(vdev_queue_type_tree(vq, zio->io_type), zio);
 439
 440         if (ssh->kstat != NULL) {
 441                 mutex_enter(&ssh->lock);
 442                 kstat_waitq_exit(ssh->kstat->ks_data);
 443                 mutex_exit(&ssh->lock);
 444         }
 445 }
 446
 447 static void
 448 vdev_queue_pending_add(vdev_queue_t *vq, zio_t *zio)
 449 {
 450         spa_t *spa = zio->io_spa;
 451         spa_stats_history_t *ssh = &spa->spa_stats.io_history;
 452
 453         ASSERT(MUTEX_HELD(&vq->vq_lock));
 454         ASSERT3U(zio->io_priority, <, ZIO_PRIORITY_NUM_QUEUEABLE);
 455         vq->vq_class[zio->io_priority].vqc_active++;
 456         avl_add(&vq->vq_active_tree, zio);
 457
 458         if (ssh->kstat != NULL) {
 459                 mutex_enter(&ssh->lock);
 460                 kstat_runq_enter(ssh->kstat->ks_data);
 461                 mutex_exit(&ssh->lock);
 462         }
 463 }
 464
 465 static void
 466 vdev_queue_pending_remove(vdev_queue_t *vq, zio_t *zio)
 467 {
 468         spa_t *spa = zio->io_spa;
 469         spa_stats_history_t *ssh = &spa->spa_stats.io_history;
 470
 471         ASSERT(MUTEX_HELD(&vq->vq_lock));
 472         ASSERT3U(zio->io_priority, <, ZIO_PRIORITY_NUM_QUEUEABLE);
 473         vq->vq_class[zio->io_priority].vqc_active--;
 474         avl_remove(&vq->vq_active_tree, zio);
 475
 476         if (ssh->kstat != NULL) {
 477                 kstat_io_t *ksio = ssh->kstat->ks_data;
 478
 479                 mutex_enter(&ssh->lock);
 480                 kstat_runq_exit(ksio);
 481                 if (zio->io_type == ZIO_TYPE_READ) {
 482                         ksio->reads++;
 483                         ksio->nread += zio->io_size;
 484                 } else if (zio->io_type == ZIO_TYPE_WRITE) {
 485                         ksio->writes++;
 486                         ksio->nwritten += zio->io_size;
 487                 }
 488                 mutex_exit(&ssh->lock);
 489         }
 490 }
 491
 492 static void
 493 vdev_queue_agg_io_done(zio_t *aio)
 494 {
 495         if (aio->io_type == ZIO_TYPE_READ) {
 496                 zio_t *pio;
 497                 zio_link_t *zl = NULL;
 498                 while ((pio = zio_walk_parents(aio, &zl)) != NULL) {
 499                         abd_copy_off(pio->io_abd, aio->io_abd,
 500                             0, pio->io_offset - aio->io_offset, pio->io_size);
 501                 }
 502         }
 503
 504         abd_free(aio->io_abd);
 505 }
 506
 507 /*
 508  * Compute the range spanned by two i/os, which is the endpoint of the last
 509  * (lio->io_offset + lio->io_size) minus start of the first (fio->io_offset).
 510  * Conveniently, the gap between fio and lio is given by -IO_SPAN(lio, fio);
 511  * thus fio and lio are adjacent if and only if IO_SPAN(lio, fio) == 0.
 512  */
 513 #define IO_SPAN(fio, lio) ((lio)->io_offset + (lio)->io_size - (fio)->io_offset)
 514 #define IO_GAP(fio, lio) (-IO_SPAN(lio, fio))
 515
 516 static zio_t *
 517 vdev_queue_aggregate(vdev_queue_t *vq, zio_t *zio)
 518 {
 519         zio_t *first, *last, *aio, *dio, *mandatory, *nio;
 520         uint64_t maxgap = 0;
 521         uint64_t size;
 522         uint64_t limit;
 523         int maxblocksize;
 524         boolean_t stretch = B_FALSE;
 525         avl_tree_t *t = vdev_queue_type_tree(vq, zio->io_type);
 526         enum zio_flag flags = zio->io_flags & ZIO_FLAG_AGG_INHERIT;
 527         abd_t *abd;
 528
 529         maxblocksize = spa_maxblocksize(vq->vq_vdev->vdev_spa);
 530         limit = MAX(MIN(zfs_vdev_aggregation_limit, maxblocksize), 0);
 531
 532         if (zio->io_flags & ZIO_FLAG_DONT_AGGREGATE || limit == 0)
 533                 return (NULL);
 534
 535         first = last = zio;
 536
 537         if (zio->io_type == ZIO_TYPE_READ)
 538                 maxgap = zfs_vdev_read_gap_limit;
 539
 540         /*
 541          * We can aggregate I/Os that are sufficiently adjacent and of
 542          * the same flavor, as expressed by the AGG_INHERIT flags.
 543          * The latter requirement is necessary so that certain
 544          * attributes of the I/O, such as whether it's a normal I/O
 545          * or a scrub/resilver, can be preserved in the aggregate.
 546          * We can include optional I/Os, but don't allow them
 547          * to begin a range as they add no benefit in that situation.
 548          */
 549
 550         /*
 551          * We keep track of the last non-optional I/O.
 552          */
 553         mandatory = (first->io_flags & ZIO_FLAG_OPTIONAL) ? NULL : first;
 554
 555         /*
 556          * Walk backwards through sufficiently contiguous I/Os
 557          * recording the last non-optional I/O.
 558          */
 559         while ((dio = AVL_PREV(t, first)) != NULL &&
 560             (dio->io_flags & ZIO_FLAG_AGG_INHERIT) == flags &&
 561             IO_SPAN(dio, last) <= limit &&
 562             IO_GAP(dio, first) <= maxgap) {
 563                 first = dio;
 564                 if (mandatory == NULL && !(first->io_flags & ZIO_FLAG_OPTIONAL))
 565                         mandatory = first;
 566         }
 567
 568         /*
 569          * Skip any initial optional I/Os.
 570          */
 571         while ((first->io_flags & ZIO_FLAG_OPTIONAL) && first != last) {
 572                 first = AVL_NEXT(t, first);
 573                 ASSERT(first != NULL);
 574         }
 575
 576
 577         /*
 578          * Walk forward through sufficiently contiguous I/Os.
 579          * The aggregation limit does not apply to optional i/os, so that
 580          * we can issue contiguous writes even if they are larger than the
 581          * aggregation limit.
 582          */
 583         while ((dio = AVL_NEXT(t, last)) != NULL &&
 584             (dio->io_flags & ZIO_FLAG_AGG_INHERIT) == flags &&
 585             (IO_SPAN(first, dio) <= limit ||
 586             (dio->io_flags & ZIO_FLAG_OPTIONAL)) &&
 587             IO_SPAN(first, dio) <= maxblocksize &&
 588             IO_GAP(last, dio) <= maxgap) {
 589                 last = dio;
 590                 if (!(last->io_flags & ZIO_FLAG_OPTIONAL))
 591                         mandatory = last;
 592         }
 593
 594         /*
 595          * Now that we've established the range of the I/O aggregation
 596          * we must decide what to do with trailing optional I/Os.
 597          * For reads, there's nothing to do. While we are unable to
 598          * aggregate further, it's possible that a trailing optional
 599          * I/O would allow the underlying device to aggregate with
 600          * subsequent I/Os. We must therefore determine if the next
 601          * non-optional I/O is close enough to make aggregation
 602          * worthwhile.
 603          */
 604         if (zio->io_type == ZIO_TYPE_WRITE && mandatory != NULL) {
 605                 zio_t *nio = last;
 606                 while ((dio = AVL_NEXT(t, nio)) != NULL &&
 607                     IO_GAP(nio, dio) == 0 &&
 608                     IO_GAP(mandatory, dio) <= zfs_vdev_write_gap_limit) {
 609                         nio = dio;
 610                         if (!(nio->io_flags & ZIO_FLAG_OPTIONAL)) {
 611                                 stretch = B_TRUE;
 612                                 break;
 613                         }
 614                 }
 615         }
 616
 617         if (stretch) {
 618                 /*
 619                  * We are going to include an optional io in our aggregated
 620                  * span, thus closing the write gap.  Only mandatory i/os can
 621                  * start aggregated spans, so make sure that the next i/o
 622                  * after our span is mandatory.
 623                  */
 624                 dio = AVL_NEXT(t, last);
 625                 dio->io_flags &= ~ZIO_FLAG_OPTIONAL;
 626         } else {
 627                 /* do not include the optional i/o */
 628                 while (last != mandatory && last != first) {
 629                         ASSERT(last->io_flags & ZIO_FLAG_OPTIONAL);
 630                         last = AVL_PREV(t, last);
 631                         ASSERT(last != NULL);
 632                 }
 633         }
 634
 635         if (first == last)
 636                 return (NULL);
 637
 638         size = IO_SPAN(first, last);
 639         ASSERT3U(size, <=, maxblocksize);
 640
 641         abd = abd_alloc_for_io(size, B_TRUE);
 642         if (abd == NULL)
 643                 return (NULL);
 644
 645         aio = zio_vdev_delegated_io(first->io_vd, first->io_offset,
 646             abd, size, first->io_type, zio->io_priority,
 647             flags | ZIO_FLAG_DONT_CACHE | ZIO_FLAG_DONT_QUEUE,
 648             vdev_queue_agg_io_done, NULL);
 649         aio->io_timestamp = first->io_timestamp;
 650
 651         nio = first;
 652         do {
 653                 dio = nio;
 654                 nio = AVL_NEXT(t, dio);
 655                 ASSERT3U(dio->io_type, ==, aio->io_type);
 656
 657                 if (dio->io_flags & ZIO_FLAG_NODATA) {
 658                         ASSERT3U(dio->io_type, ==, ZIO_TYPE_WRITE);
 659                         abd_zero_off(aio->io_abd,
 660                             dio->io_offset - aio->io_offset, dio->io_size);
 661                 } else if (dio->io_type == ZIO_TYPE_WRITE) {
 662                         abd_copy_off(aio->io_abd, dio->io_abd,
 663                             dio->io_offset - aio->io_offset, 0, dio->io_size);
 664                 }
 665
 666                 zio_add_child(dio, aio);
 667                 vdev_queue_io_remove(vq, dio);
 668                 zio_vdev_io_bypass(dio);
 669                 zio_execute(dio);
 670         } while (dio != last);
 671
 672         return (aio);
 673 }
 674
 675 static zio_t *
 676 vdev_queue_io_to_issue(vdev_queue_t *vq)
 677 {
 678         zio_t *zio, *aio;
 679         zio_priority_t p;
 680         avl_index_t idx;
 681         avl_tree_t *tree;
 682
 683 again:
 684         ASSERT(MUTEX_HELD(&vq->vq_lock));
 685
 686         p = vdev_queue_class_to_issue(vq);
 687
 688         if (p == ZIO_PRIORITY_NUM_QUEUEABLE) {
 689                 /* No eligible queued i/os */
 690                 return (NULL);
 691         }
 692
 693         /*
 694          * For LBA-ordered queues (async / scrub), issue the i/o which follows
 695          * the most recently issued i/o in LBA (offset) order.
 696          *
 697          * For FIFO queues (sync), issue the i/o with the lowest timestamp.
 698          */
 699         tree = vdev_queue_class_tree(vq, p);
 700         vq->vq_io_search.io_timestamp = 0;
 701         vq->vq_io_search.io_offset = vq->vq_last_offset - 1;
 702         VERIFY3P(avl_find(tree, &vq->vq_io_search, &idx), ==, NULL);
 703         zio = avl_nearest(tree, idx, AVL_AFTER);
 704         if (zio == NULL)
 705                 zio = avl_first(tree);
 706         ASSERT3U(zio->io_priority, ==, p);
 707
 708         aio = vdev_queue_aggregate(vq, zio);
 709         if (aio != NULL)
 710                 zio = aio;
 711         else
 712                 vdev_queue_io_remove(vq, zio);
 713
 714         /*
 715          * If the I/O is or was optional and therefore has no data, we need to
 716          * simply discard it. We need to drop the vdev queue's lock to avoid a
 717          * deadlock that we could encounter since this I/O will complete
 718          * immediately.
 719          */
 720         if (zio->io_flags & ZIO_FLAG_NODATA) {
 721                 mutex_exit(&vq->vq_lock);
 722                 zio_vdev_io_bypass(zio);
 723                 zio_execute(zio);
 724                 mutex_enter(&vq->vq_lock);
 725                 goto again;
 726         }
 727
 728         vdev_queue_pending_add(vq, zio);
 729         vq->vq_last_offset = zio->io_offset + zio->io_size;
 730
 731         return (zio);
 732 }
 733
 734 zio_t *
 735 vdev_queue_io(zio_t *zio)
 736 {
 737         vdev_queue_t *vq = &zio->io_vd->vdev_queue;
 738         zio_t *nio;
 739
 740         if (zio->io_flags & ZIO_FLAG_DONT_QUEUE)
 741                 return (zio);
 742
 743         /*
 744          * Children i/os inherent their parent's priority, which might
 745          * not match the child's i/o type.  Fix it up here.
 746          */
 747         if (zio->io_type == ZIO_TYPE_READ) {
 748                 if (zio->io_priority != ZIO_PRIORITY_SYNC_READ &&
 749                     zio->io_priority != ZIO_PRIORITY_ASYNC_READ &&
 750                     zio->io_priority != ZIO_PRIORITY_SCRUB)
 751                         zio->io_priority = ZIO_PRIORITY_ASYNC_READ;
 752         } else {
 753                 ASSERT(zio->io_type == ZIO_TYPE_WRITE);
 754                 if (zio->io_priority != ZIO_PRIORITY_SYNC_WRITE &&
 755                     zio->io_priority != ZIO_PRIORITY_ASYNC_WRITE)
 756                         zio->io_priority = ZIO_PRIORITY_ASYNC_WRITE;
 757         }
 758
 759         zio->io_flags |= ZIO_FLAG_DONT_CACHE | ZIO_FLAG_DONT_QUEUE;
 760
 761         mutex_enter(&vq->vq_lock);
 762         zio->io_timestamp = gethrtime();
 763         vdev_queue_io_add(vq, zio);
 764         nio = vdev_queue_io_to_issue(vq);
 765         mutex_exit(&vq->vq_lock);
 766
 767         if (nio == NULL)
 768                 return (NULL);
 769
 770         if (nio->io_done == vdev_queue_agg_io_done) {
 771                 zio_nowait(nio);
 772                 return (NULL);
 773         }
 774
 775         return (nio);
 776 }
 777
 778 void
 779 vdev_queue_io_done(zio_t *zio)
 780 {
 781         vdev_queue_t *vq = &zio->io_vd->vdev_queue;
 782         zio_t *nio;
 783
 784         mutex_enter(&vq->vq_lock);
 785
 786         vdev_queue_pending_remove(vq, zio);
 787
 788         zio->io_delta = gethrtime() - zio->io_timestamp;
 789         vq->vq_io_complete_ts = gethrtime();
 790         vq->vq_io_delta_ts = vq->vq_io_complete_ts - zio->io_timestamp;
 791
 792         while ((nio = vdev_queue_io_to_issue(vq)) != NULL) {
 793                 mutex_exit(&vq->vq_lock);
 794                 if (nio->io_done == vdev_queue_agg_io_done) {
 795                         zio_nowait(nio);
 796                 } else {
 797                         zio_vdev_io_reissue(nio);
 798                         zio_execute(nio);
 799                 }
 800                 mutex_enter(&vq->vq_lock);
 801         }
 802
 803         mutex_exit(&vq->vq_lock);
 804 }
 805
 806 void
 807 vdev_queue_change_io_priority(zio_t *zio, zio_priority_t priority)
 808 {
 809         vdev_queue_t *vq = &zio->io_vd->vdev_queue;
 810         avl_tree_t *tree;
 811
 812         ASSERT3U(zio->io_priority, <, ZIO_PRIORITY_NUM_QUEUEABLE);
 813         ASSERT3U(priority, <, ZIO_PRIORITY_NUM_QUEUEABLE);
 814
 815         if (zio->io_type == ZIO_TYPE_READ) {
 816                 if (priority != ZIO_PRIORITY_SYNC_READ &&
 817                     priority != ZIO_PRIORITY_ASYNC_READ &&
 818                     priority != ZIO_PRIORITY_SCRUB)
 819                         priority = ZIO_PRIORITY_ASYNC_READ;
 820         } else {
 821                 ASSERT(zio->io_type == ZIO_TYPE_WRITE);
 822                 if (priority != ZIO_PRIORITY_SYNC_WRITE &&
 823                     priority != ZIO_PRIORITY_ASYNC_WRITE)
 824                         priority = ZIO_PRIORITY_ASYNC_WRITE;
 825         }
 826
 827         mutex_enter(&vq->vq_lock);
 828
 829         /*
 830          * If the zio is in none of the queues we can simply change
 831          * the priority. If the zio is waiting to be submitted we must
 832          * remove it from the queue and re-insert it with the new priority.
 833          * Otherwise, the zio is currently active and we cannot change its
 834          * priority.
 835          */
 836         tree = vdev_queue_class_tree(vq, zio->io_priority);
 837         if (avl_find(tree, zio, NULL) == zio) {
 838                 avl_remove(vdev_queue_class_tree(vq, zio->io_priority), zio);
 839                 zio->io_priority = priority;
 840                 avl_add(vdev_queue_class_tree(vq, zio->io_priority), zio);
 841         } else if (avl_find(&vq->vq_active_tree, zio, NULL) != zio) {
 842                 zio->io_priority = priority;
 843         }
 844
 845         mutex_exit(&vq->vq_lock);
 846 }
 847
 848 /*
 849  * As these two methods are only used for load calculations we're not
 850  * concerned if we get an incorrect value on 32bit platforms due to lack of
 851  * vq_lock mutex use here, instead we prefer to keep it lock free for
 852  * performance.
 853  */
 854 int
 855 vdev_queue_length(vdev_t *vd)
 856 {
 857         return (avl_numnodes(&vd->vdev_queue.vq_active_tree));
 858 }
 859
 860 uint64_t
 861 vdev_queue_last_offset(vdev_t *vd)
 862 {
 863         return (vd->vdev_queue.vq_last_offset);
 864 }
 865
 866 #if defined(_KERNEL) && defined(HAVE_SPL)
 867 module_param(zfs_vdev_aggregation_limit, int, 0644);
 868 MODULE_PARM_DESC(zfs_vdev_aggregation_limit, "Max vdev I/O aggregation size");
 869
 870 module_param(zfs_vdev_read_gap_limit, int, 0644);
 871 MODULE_PARM_DESC(zfs_vdev_read_gap_limit, "Aggregate read I/O over gap");
 872
 873 module_param(zfs_vdev_write_gap_limit, int, 0644);
 874 MODULE_PARM_DESC(zfs_vdev_write_gap_limit, "Aggregate write I/O over gap");
 875
 876 module_param(zfs_vdev_max_active, int, 0644);
 877 MODULE_PARM_DESC(zfs_vdev_max_active, "Maximum number of active I/Os per vdev");
 878
 879 module_param(zfs_vdev_async_write_active_max_dirty_percent, int, 0644);
 880 MODULE_PARM_DESC(zfs_vdev_async_write_active_max_dirty_percent,
 881         "Async write concurrency max threshold");
 882
 883 module_param(zfs_vdev_async_write_active_min_dirty_percent, int, 0644);
 884 MODULE_PARM_DESC(zfs_vdev_async_write_active_min_dirty_percent,
 885         "Async write concurrency min threshold");
 886
 887 module_param(zfs_vdev_async_read_max_active, int, 0644);
 888 MODULE_PARM_DESC(zfs_vdev_async_read_max_active,
 889         "Max active async read I/Os per vdev");
 890
 891 module_param(zfs_vdev_async_read_min_active, int, 0644);
 892 MODULE_PARM_DESC(zfs_vdev_async_read_min_active,
 893         "Min active async read I/Os per vdev");
 894
 895 module_param(zfs_vdev_async_write_max_active, int, 0644);
 896 MODULE_PARM_DESC(zfs_vdev_async_write_max_active,
 897         "Max active async write I/Os per vdev");
 898
 899 module_param(zfs_vdev_async_write_min_active, int, 0644);
 900 MODULE_PARM_DESC(zfs_vdev_async_write_min_active,
 901         "Min active async write I/Os per vdev");
 902
 903 module_param(zfs_vdev_scrub_max_active, int, 0644);
 904 MODULE_PARM_DESC(zfs_vdev_scrub_max_active, "Max active scrub I/Os per vdev");
 905
 906 module_param(zfs_vdev_scrub_min_active, int, 0644);
 907 MODULE_PARM_DESC(zfs_vdev_scrub_min_active, "Min active scrub I/Os per vdev");
 908
 909 module_param(zfs_vdev_sync_read_max_active, int, 0644);
 910 MODULE_PARM_DESC(zfs_vdev_sync_read_max_active,
 911         "Max active sync read I/Os per vdev");
 912
 913 module_param(zfs_vdev_sync_read_min_active, int, 0644);
 914 MODULE_PARM_DESC(zfs_vdev_sync_read_min_active,
 915         "Min active sync read I/Os per vdev");
 916
 917 module_param(zfs_vdev_sync_write_max_active, int, 0644);
 918 MODULE_PARM_DESC(zfs_vdev_sync_write_max_active,
 919         "Max active sync write I/Os per vdev");
 920
 921 module_param(zfs_vdev_sync_write_min_active, int, 0644);
 922 MODULE_PARM_DESC(zfs_vdev_sync_write_min_active,
 923         "Min active sync write I/Os per vdev");
 924
 925 module_param(zfs_vdev_queue_depth_pct, int, 0644);
 926 MODULE_PARM_DESC(zfs_vdev_queue_depth_pct,
 927         "Queue depth percentage for each top-level vdev");
 928 #endif