]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - sys/cddl/contrib/opensolaris/uts/common/fs/zfs/arc.c
MFV r353630: 10809 Performance optimization of AVL tree comparator functions
[FreeBSD/FreeBSD.git] / sys / cddl / contrib / opensolaris / uts / common / fs / 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 (c) 2018, Joyent, Inc.
24  * Copyright (c) 2011, 2018 by Delphix. All rights reserved.
25  * Copyright (c) 2014 by Saso Kiselkov. All rights reserved.
26  * Copyright 2017 Nexenta Systems, Inc.  All rights reserved.
27  */
28
29 /*
30  * DVA-based Adjustable Replacement Cache
31  *
32  * While much of the theory of operation used here is
33  * based on the self-tuning, low overhead replacement cache
34  * presented by Megiddo and Modha at FAST 2003, there are some
35  * significant differences:
36  *
37  * 1. The Megiddo and Modha model assumes any page is evictable.
38  * Pages in its cache cannot be "locked" into memory.  This makes
39  * the eviction algorithm simple: evict the last page in the list.
40  * This also make the performance characteristics easy to reason
41  * about.  Our cache is not so simple.  At any given moment, some
42  * subset of the blocks in the cache are un-evictable because we
43  * have handed out a reference to them.  Blocks are only evictable
44  * when there are no external references active.  This makes
45  * eviction far more problematic:  we choose to evict the evictable
46  * blocks that are the "lowest" in the list.
47  *
48  * There are times when it is not possible to evict the requested
49  * space.  In these circumstances we are unable to adjust the cache
50  * size.  To prevent the cache growing unbounded at these times we
51  * implement a "cache throttle" that slows the flow of new data
52  * into the cache until we can make space available.
53  *
54  * 2. The Megiddo and Modha model assumes a fixed cache size.
55  * Pages are evicted when the cache is full and there is a cache
56  * miss.  Our model has a variable sized cache.  It grows with
57  * high use, but also tries to react to memory pressure from the
58  * operating system: decreasing its size when system memory is
59  * tight.
60  *
61  * 3. The Megiddo and Modha model assumes a fixed page size. All
62  * elements of the cache are therefore exactly the same size.  So
63  * when adjusting the cache size following a cache miss, its simply
64  * a matter of choosing a single page to evict.  In our model, we
65  * have variable sized cache blocks (rangeing from 512 bytes to
66  * 128K bytes).  We therefore choose a set of blocks to evict to make
67  * space for a cache miss that approximates as closely as possible
68  * the space used by the new block.
69  *
70  * See also:  "ARC: A Self-Tuning, Low Overhead Replacement Cache"
71  * by N. Megiddo & D. Modha, FAST 2003
72  */
73
74 /*
75  * The locking model:
76  *
77  * A new reference to a cache buffer can be obtained in two
78  * ways: 1) via a hash table lookup using the DVA as a key,
79  * or 2) via one of the ARC lists.  The arc_read() interface
80  * uses method 1, while the internal ARC algorithms for
81  * adjusting the cache use method 2.  We therefore provide two
82  * types of locks: 1) the hash table lock array, and 2) the
83  * ARC list locks.
84  *
85  * Buffers do not have their own mutexes, rather they rely on the
86  * hash table mutexes for the bulk of their protection (i.e. most
87  * fields in the arc_buf_hdr_t are protected by these mutexes).
88  *
89  * buf_hash_find() returns the appropriate mutex (held) when it
90  * locates the requested buffer in the hash table.  It returns
91  * NULL for the mutex if the buffer was not in the table.
92  *
93  * buf_hash_remove() expects the appropriate hash mutex to be
94  * already held before it is invoked.
95  *
96  * Each ARC state also has a mutex which is used to protect the
97  * buffer list associated with the state.  When attempting to
98  * obtain a hash table lock while holding an ARC list lock you
99  * must use: mutex_tryenter() to avoid deadlock.  Also note that
100  * the active state mutex must be held before the ghost state mutex.
101  *
102  * It as also possible to register a callback which is run when the
103  * arc_meta_limit is reached and no buffers can be safely evicted.  In
104  * this case the arc user should drop a reference on some arc buffers so
105  * they can be reclaimed and the arc_meta_limit honored.  For example,
106  * when using the ZPL each dentry holds a references on a znode.  These
107  * dentries must be pruned before the arc buffer holding the znode can
108  * be safely evicted.
109  *
110  * Note that the majority of the performance stats are manipulated
111  * with atomic operations.
112  *
113  * The L2ARC uses the l2ad_mtx on each vdev for the following:
114  *
115  *      - L2ARC buflist creation
116  *      - L2ARC buflist eviction
117  *      - L2ARC write completion, which walks L2ARC buflists
118  *      - ARC header destruction, as it removes from L2ARC buflists
119  *      - ARC header release, as it removes from L2ARC buflists
120  */
121
122 /*
123  * ARC operation:
124  *
125  * Every block that is in the ARC is tracked by an arc_buf_hdr_t structure.
126  * This structure can point either to a block that is still in the cache or to
127  * one that is only accessible in an L2 ARC device, or it can provide
128  * information about a block that was recently evicted. If a block is
129  * only accessible in the L2ARC, then the arc_buf_hdr_t only has enough
130  * information to retrieve it from the L2ARC device. This information is
131  * stored in the l2arc_buf_hdr_t sub-structure of the arc_buf_hdr_t. A block
132  * that is in this state cannot access the data directly.
133  *
134  * Blocks that are actively being referenced or have not been evicted
135  * are cached in the L1ARC. The L1ARC (l1arc_buf_hdr_t) is a structure within
136  * the arc_buf_hdr_t that will point to the data block in memory. A block can
137  * only be read by a consumer if it has an l1arc_buf_hdr_t. The L1ARC
138  * caches data in two ways -- in a list of ARC buffers (arc_buf_t) and
139  * also in the arc_buf_hdr_t's private physical data block pointer (b_pabd).
140  *
141  * The L1ARC's data pointer may or may not be uncompressed. The ARC has the
142  * ability to store the physical data (b_pabd) associated with the DVA of the
143  * arc_buf_hdr_t. Since the b_pabd is a copy of the on-disk physical block,
144  * it will match its on-disk compression characteristics. This behavior can be
145  * disabled by setting 'zfs_compressed_arc_enabled' to B_FALSE. When the
146  * compressed ARC functionality is disabled, the b_pabd will point to an
147  * uncompressed version of the on-disk data.
148  *
149  * Data in the L1ARC is not accessed by consumers of the ARC directly. Each
150  * arc_buf_hdr_t can have multiple ARC buffers (arc_buf_t) which reference it.
151  * Each ARC buffer (arc_buf_t) is being actively accessed by a specific ARC
152  * consumer. The ARC will provide references to this data and will keep it
153  * cached until it is no longer in use. The ARC caches only the L1ARC's physical
154  * data block and will evict any arc_buf_t that is no longer referenced. The
155  * amount of memory consumed by the arc_buf_ts' data buffers can be seen via the
156  * "overhead_size" kstat.
157  *
158  * Depending on the consumer, an arc_buf_t can be requested in uncompressed or
159  * compressed form. The typical case is that consumers will want uncompressed
160  * data, and when that happens a new data buffer is allocated where the data is
161  * decompressed for them to use. Currently the only consumer who wants
162  * compressed arc_buf_t's is "zfs send", when it streams data exactly as it
163  * exists on disk. When this happens, the arc_buf_t's data buffer is shared
164  * with the arc_buf_hdr_t.
165  *
166  * Here is a diagram showing an arc_buf_hdr_t referenced by two arc_buf_t's. The
167  * first one is owned by a compressed send consumer (and therefore references
168  * the same compressed data buffer as the arc_buf_hdr_t) and the second could be
169  * used by any other consumer (and has its own uncompressed copy of the data
170  * buffer).
171  *
172  *   arc_buf_hdr_t
173  *   +-----------+
174  *   | fields    |
175  *   | common to |
176  *   | L1- and   |
177  *   | L2ARC     |
178  *   +-----------+
179  *   | l2arc_buf_hdr_t
180  *   |           |
181  *   +-----------+
182  *   | l1arc_buf_hdr_t
183  *   |           |              arc_buf_t
184  *   | b_buf     +------------>+-----------+      arc_buf_t
185  *   | b_pabd    +-+           |b_next     +---->+-----------+
186  *   +-----------+ |           |-----------|     |b_next     +-->NULL
187  *                 |           |b_comp = T |     +-----------+
188  *                 |           |b_data     +-+   |b_comp = F |
189  *                 |           +-----------+ |   |b_data     +-+
190  *                 +->+------+               |   +-----------+ |
191  *        compressed  |      |               |                 |
192  *           data     |      |<--------------+                 | uncompressed
193  *                    +------+          compressed,            |     data
194  *                                        shared               +-->+------+
195  *                                         data                    |      |
196  *                                                                 |      |
197  *                                                                 +------+
198  *
199  * When a consumer reads a block, the ARC must first look to see if the
200  * arc_buf_hdr_t is cached. If the hdr is cached then the ARC allocates a new
201  * arc_buf_t and either copies uncompressed data into a new data buffer from an
202  * existing uncompressed arc_buf_t, decompresses the hdr's b_pabd buffer into a
203  * new data buffer, or shares the hdr's b_pabd buffer, depending on whether the
204  * hdr is compressed and the desired compression characteristics of the
205  * arc_buf_t consumer. If the arc_buf_t ends up sharing data with the
206  * arc_buf_hdr_t and both of them are uncompressed then the arc_buf_t must be
207  * the last buffer in the hdr's b_buf list, however a shared compressed buf can
208  * be anywhere in the hdr's list.
209  *
210  * The diagram below shows an example of an uncompressed ARC hdr that is
211  * sharing its data with an arc_buf_t (note that the shared uncompressed buf is
212  * the last element in the buf list):
213  *
214  *                arc_buf_hdr_t
215  *                +-----------+
216  *                |           |
217  *                |           |
218  *                |           |
219  *                +-----------+
220  * l2arc_buf_hdr_t|           |
221  *                |           |
222  *                +-----------+
223  * l1arc_buf_hdr_t|           |
224  *                |           |                 arc_buf_t    (shared)
225  *                |    b_buf  +------------>+---------+      arc_buf_t
226  *                |           |             |b_next   +---->+---------+
227  *                |  b_pabd   +-+           |---------|     |b_next   +-->NULL
228  *                +-----------+ |           |         |     +---------+
229  *                              |           |b_data   +-+   |         |
230  *                              |           +---------+ |   |b_data   +-+
231  *                              +->+------+             |   +---------+ |
232  *                                 |      |             |               |
233  *                   uncompressed  |      |             |               |
234  *                        data     +------+             |               |
235  *                                    ^                 +->+------+     |
236  *                                    |       uncompressed |      |     |
237  *                                    |           data     |      |     |
238  *                                    |                    +------+     |
239  *                                    +---------------------------------+
240  *
241  * Writing to the ARC requires that the ARC first discard the hdr's b_pabd
242  * since the physical block is about to be rewritten. The new data contents
243  * will be contained in the arc_buf_t. As the I/O pipeline performs the write,
244  * it may compress the data before writing it to disk. The ARC will be called
245  * with the transformed data and will bcopy the transformed on-disk block into
246  * a newly allocated b_pabd. Writes are always done into buffers which have
247  * either been loaned (and hence are new and don't have other readers) or
248  * buffers which have been released (and hence have their own hdr, if there
249  * were originally other readers of the buf's original hdr). This ensures that
250  * the ARC only needs to update a single buf and its hdr after a write occurs.
251  *
252  * When the L2ARC is in use, it will also take advantage of the b_pabd. The
253  * L2ARC will always write the contents of b_pabd to the L2ARC. This means
254  * that when compressed ARC is enabled that the L2ARC blocks are identical
255  * to the on-disk block in the main data pool. This provides a significant
256  * advantage since the ARC can leverage the bp's checksum when reading from the
257  * L2ARC to determine if the contents are valid. However, if the compressed
258  * ARC is disabled, then the L2ARC's block must be transformed to look
259  * like the physical block in the main data pool before comparing the
260  * checksum and determining its validity.
261  */
262
263 #include <sys/spa.h>
264 #include <sys/zio.h>
265 #include <sys/spa_impl.h>
266 #include <sys/zio_compress.h>
267 #include <sys/zio_checksum.h>
268 #include <sys/zfs_context.h>
269 #include <sys/arc.h>
270 #include <sys/refcount.h>
271 #include <sys/vdev.h>
272 #include <sys/vdev_impl.h>
273 #include <sys/dsl_pool.h>
274 #include <sys/zio_checksum.h>
275 #include <sys/multilist.h>
276 #include <sys/abd.h>
277 #ifdef _KERNEL
278 #include <sys/dnlc.h>
279 #include <sys/racct.h>
280 #endif
281 #include <sys/callb.h>
282 #include <sys/kstat.h>
283 #include <sys/trim_map.h>
284 #include <sys/zthr.h>
285 #include <zfs_fletcher.h>
286 #include <sys/sdt.h>
287 #include <sys/aggsum.h>
288 #include <sys/cityhash.h>
289
290 #include <machine/vmparam.h>
291
292 #ifdef illumos
293 #ifndef _KERNEL
294 /* set with ZFS_DEBUG=watch, to enable watchpoints on frozen buffers */
295 boolean_t arc_watch = B_FALSE;
296 int arc_procfd;
297 #endif
298 #endif /* illumos */
299
300 /*
301  * This thread's job is to keep enough free memory in the system, by
302  * calling arc_kmem_reap_now() plus arc_shrink(), which improves
303  * arc_available_memory().
304  */
305 static zthr_t           *arc_reap_zthr;
306
307 /*
308  * This thread's job is to keep arc_size under arc_c, by calling
309  * arc_adjust(), which improves arc_is_overflowing().
310  */
311 static zthr_t           *arc_adjust_zthr;
312
313 static kmutex_t         arc_adjust_lock;
314 static kcondvar_t       arc_adjust_waiters_cv;
315 static boolean_t        arc_adjust_needed = B_FALSE;
316
317 static kmutex_t         arc_dnlc_evicts_lock;
318 static kcondvar_t       arc_dnlc_evicts_cv;
319 static boolean_t        arc_dnlc_evicts_thread_exit;
320
321 uint_t arc_reduce_dnlc_percent = 3;
322
323 /*
324  * The number of headers to evict in arc_evict_state_impl() before
325  * dropping the sublist lock and evicting from another sublist. A lower
326  * value means we're more likely to evict the "correct" header (i.e. the
327  * oldest header in the arc state), but comes with higher overhead
328  * (i.e. more invocations of arc_evict_state_impl()).
329  */
330 int zfs_arc_evict_batch_limit = 10;
331
332 /* number of seconds before growing cache again */
333 int arc_grow_retry = 60;
334
335 /*
336  * Minimum time between calls to arc_kmem_reap_soon().  Note that this will
337  * be converted to ticks, so with the default hz=100, a setting of 15 ms
338  * will actually wait 2 ticks, or 20ms.
339  */
340 int arc_kmem_cache_reap_retry_ms = 1000;
341
342 /* shift of arc_c for calculating overflow limit in arc_get_data_impl */
343 int zfs_arc_overflow_shift = 8;
344
345 /* shift of arc_c for calculating both min and max arc_p */
346 int arc_p_min_shift = 4;
347
348 /* log2(fraction of arc to reclaim) */
349 int arc_shrink_shift = 7;
350
351 /*
352  * log2(fraction of ARC which must be free to allow growing).
353  * I.e. If there is less than arc_c >> arc_no_grow_shift free memory,
354  * when reading a new block into the ARC, we will evict an equal-sized block
355  * from the ARC.
356  *
357  * This must be less than arc_shrink_shift, so that when we shrink the ARC,
358  * we will still not allow it to grow.
359  */
360 int                     arc_no_grow_shift = 5;
361
362
363 /*
364  * minimum lifespan of a prefetch block in clock ticks
365  * (initialized in arc_init())
366  */
367 static int              zfs_arc_min_prefetch_ms = 1;
368 static int              zfs_arc_min_prescient_prefetch_ms = 6;
369
370 /*
371  * If this percent of memory is free, don't throttle.
372  */
373 int arc_lotsfree_percent = 10;
374
375 static boolean_t arc_initialized;
376 extern boolean_t zfs_prefetch_disable;
377
378 /*
379  * The arc has filled available memory and has now warmed up.
380  */
381 static boolean_t arc_warm;
382
383 /*
384  * log2 fraction of the zio arena to keep free.
385  */
386 int arc_zio_arena_free_shift = 2;
387
388 /*
389  * These tunables are for performance analysis.
390  */
391 uint64_t zfs_arc_max;
392 uint64_t zfs_arc_min;
393 uint64_t zfs_arc_meta_limit = 0;
394 uint64_t zfs_arc_meta_min = 0;
395 uint64_t zfs_arc_dnode_limit = 0;
396 uint64_t zfs_arc_dnode_reduce_percent = 10;
397 int zfs_arc_grow_retry = 0;
398 int zfs_arc_shrink_shift = 0;
399 int zfs_arc_no_grow_shift = 0;
400 int zfs_arc_p_min_shift = 0;
401 uint64_t zfs_arc_average_blocksize = 8 * 1024; /* 8KB */
402 u_int zfs_arc_free_target = 0;
403
404 /* Absolute min for arc min / max is 16MB. */
405 static uint64_t arc_abs_min = 16 << 20;
406
407 /*
408  * ARC dirty data constraints for arc_tempreserve_space() throttle
409  */
410 uint_t zfs_arc_dirty_limit_percent = 50;        /* total dirty data limit */
411 uint_t zfs_arc_anon_limit_percent = 25;         /* anon block dirty limit */
412 uint_t zfs_arc_pool_dirty_percent = 20;         /* each pool's anon allowance */
413
414 boolean_t zfs_compressed_arc_enabled = B_TRUE;
415
416 static int sysctl_vfs_zfs_arc_free_target(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
417 static int sysctl_vfs_zfs_arc_meta_limit(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
418 static int sysctl_vfs_zfs_arc_max(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
419 static int sysctl_vfs_zfs_arc_min(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
420 static int sysctl_vfs_zfs_arc_no_grow_shift(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
421
422 #if defined(__FreeBSD__) && defined(_KERNEL)
423 static void
424 arc_free_target_init(void *unused __unused)
425 {
426
427         zfs_arc_free_target = vm_cnt.v_free_target;
428 }
429 SYSINIT(arc_free_target_init, SI_SUB_KTHREAD_PAGE, SI_ORDER_ANY,
430     arc_free_target_init, NULL);
431
432 TUNABLE_QUAD("vfs.zfs.arc_meta_limit", &zfs_arc_meta_limit);
433 TUNABLE_QUAD("vfs.zfs.arc_meta_min", &zfs_arc_meta_min);
434 TUNABLE_INT("vfs.zfs.arc_shrink_shift", &zfs_arc_shrink_shift);
435 TUNABLE_INT("vfs.zfs.arc_grow_retry", &zfs_arc_grow_retry);
436 TUNABLE_INT("vfs.zfs.arc_no_grow_shift", &zfs_arc_no_grow_shift);
437 SYSCTL_DECL(_vfs_zfs);
438 SYSCTL_PROC(_vfs_zfs, OID_AUTO, arc_max, CTLTYPE_U64 | CTLFLAG_RWTUN,
439     0, sizeof(uint64_t), sysctl_vfs_zfs_arc_max, "QU", "Maximum ARC size");
440 SYSCTL_PROC(_vfs_zfs, OID_AUTO, arc_min, CTLTYPE_U64 | CTLFLAG_RWTUN,
441     0, sizeof(uint64_t), sysctl_vfs_zfs_arc_min, "QU", "Minimum ARC size");
442 SYSCTL_PROC(_vfs_zfs, OID_AUTO, arc_no_grow_shift, CTLTYPE_U32 | CTLFLAG_RWTUN,
443     0, sizeof(uint32_t), sysctl_vfs_zfs_arc_no_grow_shift, "U",
444     "log2(fraction of ARC which must be free to allow growing)");
445 SYSCTL_UQUAD(_vfs_zfs, OID_AUTO, arc_average_blocksize, CTLFLAG_RDTUN,
446     &zfs_arc_average_blocksize, 0,
447     "ARC average blocksize");
448 SYSCTL_INT(_vfs_zfs, OID_AUTO, arc_shrink_shift, CTLFLAG_RW,
449     &arc_shrink_shift, 0,
450     "log2(fraction of arc to reclaim)");
451 SYSCTL_INT(_vfs_zfs, OID_AUTO, arc_grow_retry, CTLFLAG_RW,
452     &arc_grow_retry, 0,
453     "Wait in seconds before considering growing ARC");
454 SYSCTL_INT(_vfs_zfs, OID_AUTO, compressed_arc_enabled, CTLFLAG_RDTUN,
455     &zfs_compressed_arc_enabled, 0,
456     "Enable compressed ARC");
457 SYSCTL_INT(_vfs_zfs, OID_AUTO, arc_kmem_cache_reap_retry_ms, CTLFLAG_RWTUN,
458     &arc_kmem_cache_reap_retry_ms, 0,
459     "Interval between ARC kmem_cache reapings");
460
461 /*
462  * We don't have a tunable for arc_free_target due to the dependency on
463  * pagedaemon initialisation.
464  */
465 SYSCTL_PROC(_vfs_zfs, OID_AUTO, arc_free_target,
466     CTLTYPE_UINT | CTLFLAG_MPSAFE | CTLFLAG_RW, 0, sizeof(u_int),
467     sysctl_vfs_zfs_arc_free_target, "IU",
468     "Desired number of free pages below which ARC triggers reclaim");
469
470 static int
471 sysctl_vfs_zfs_arc_free_target(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
472 {
473         u_int val;
474         int err;
475
476         val = zfs_arc_free_target;
477         err = sysctl_handle_int(oidp, &val, 0, req);
478         if (err != 0 || req->newptr == NULL)
479                 return (err);
480
481         if (val < minfree)
482                 return (EINVAL);
483         if (val > vm_cnt.v_page_count)
484                 return (EINVAL);
485
486         zfs_arc_free_target = val;
487
488         return (0);
489 }
490
491 /*
492  * Must be declared here, before the definition of corresponding kstat
493  * macro which uses the same names will confuse the compiler.
494  */
495 SYSCTL_PROC(_vfs_zfs, OID_AUTO, arc_meta_limit,
496     CTLTYPE_U64 | CTLFLAG_MPSAFE | CTLFLAG_RW, 0, sizeof(uint64_t),
497     sysctl_vfs_zfs_arc_meta_limit, "QU",
498     "ARC metadata limit");
499 #endif
500
501 /*
502  * Note that buffers can be in one of 6 states:
503  *      ARC_anon        - anonymous (discussed below)
504  *      ARC_mru         - recently used, currently cached
505  *      ARC_mru_ghost   - recentely used, no longer in cache
506  *      ARC_mfu         - frequently used, currently cached
507  *      ARC_mfu_ghost   - frequently used, no longer in cache
508  *      ARC_l2c_only    - exists in L2ARC but not other states
509  * When there are no active references to the buffer, they are
510  * are linked onto a list in one of these arc states.  These are
511  * the only buffers that can be evicted or deleted.  Within each
512  * state there are multiple lists, one for meta-data and one for
513  * non-meta-data.  Meta-data (indirect blocks, blocks of dnodes,
514  * etc.) is tracked separately so that it can be managed more
515  * explicitly: favored over data, limited explicitly.
516  *
517  * Anonymous buffers are buffers that are not associated with
518  * a DVA.  These are buffers that hold dirty block copies
519  * before they are written to stable storage.  By definition,
520  * they are "ref'd" and are considered part of arc_mru
521  * that cannot be freed.  Generally, they will aquire a DVA
522  * as they are written and migrate onto the arc_mru list.
523  *
524  * The ARC_l2c_only state is for buffers that are in the second
525  * level ARC but no longer in any of the ARC_m* lists.  The second
526  * level ARC itself may also contain buffers that are in any of
527  * the ARC_m* states - meaning that a buffer can exist in two
528  * places.  The reason for the ARC_l2c_only state is to keep the
529  * buffer header in the hash table, so that reads that hit the
530  * second level ARC benefit from these fast lookups.
531  */
532
533 typedef struct arc_state {
534         /*
535          * list of evictable buffers
536          */
537         multilist_t *arcs_list[ARC_BUFC_NUMTYPES];
538         /*
539          * total amount of evictable data in this state
540          */
541         zfs_refcount_t arcs_esize[ARC_BUFC_NUMTYPES];
542         /*
543          * total amount of data in this state; this includes: evictable,
544          * non-evictable, ARC_BUFC_DATA, and ARC_BUFC_METADATA.
545          */
546         zfs_refcount_t arcs_size;
547         /*
548          * supports the "dbufs" kstat
549          */
550         arc_state_type_t arcs_state;
551 } arc_state_t;
552
553 /*
554  * Percentage that can be consumed by dnodes of ARC meta buffers.
555  */
556 int zfs_arc_meta_prune = 10000;
557 unsigned long zfs_arc_dnode_limit_percent = 10;
558 int zfs_arc_meta_strategy = ARC_STRATEGY_META_ONLY;
559 int zfs_arc_meta_adjust_restarts = 4096;
560
561 SYSCTL_INT(_vfs_zfs, OID_AUTO, arc_meta_strategy, CTLFLAG_RWTUN,
562     &zfs_arc_meta_strategy, 0,
563     "ARC metadata reclamation strategy "
564     "(0 = metadata only, 1 = balance data and metadata)");
565
566 /* The 6 states: */
567 static arc_state_t ARC_anon;
568 static arc_state_t ARC_mru;
569 static arc_state_t ARC_mru_ghost;
570 static arc_state_t ARC_mfu;
571 static arc_state_t ARC_mfu_ghost;
572 static arc_state_t ARC_l2c_only;
573
574 typedef struct arc_stats {
575         kstat_named_t arcstat_hits;
576         kstat_named_t arcstat_misses;
577         kstat_named_t arcstat_demand_data_hits;
578         kstat_named_t arcstat_demand_data_misses;
579         kstat_named_t arcstat_demand_metadata_hits;
580         kstat_named_t arcstat_demand_metadata_misses;
581         kstat_named_t arcstat_prefetch_data_hits;
582         kstat_named_t arcstat_prefetch_data_misses;
583         kstat_named_t arcstat_prefetch_metadata_hits;
584         kstat_named_t arcstat_prefetch_metadata_misses;
585         kstat_named_t arcstat_mru_hits;
586         kstat_named_t arcstat_mru_ghost_hits;
587         kstat_named_t arcstat_mfu_hits;
588         kstat_named_t arcstat_mfu_ghost_hits;
589         kstat_named_t arcstat_allocated;
590         kstat_named_t arcstat_deleted;
591         /*
592          * Number of buffers that could not be evicted because the hash lock
593          * was held by another thread.  The lock may not necessarily be held
594          * by something using the same buffer, since hash locks are shared
595          * by multiple buffers.
596          */
597         kstat_named_t arcstat_mutex_miss;
598         /*
599          * Number of buffers skipped when updating the access state due to the
600          * header having already been released after acquiring the hash lock.
601          */
602         kstat_named_t arcstat_access_skip;
603         /*
604          * Number of buffers skipped because they have I/O in progress, are
605          * indirect prefetch buffers that have not lived long enough, or are
606          * not from the spa we're trying to evict from.
607          */
608         kstat_named_t arcstat_evict_skip;
609         /*
610          * Number of times arc_evict_state() was unable to evict enough
611          * buffers to reach it's target amount.
612          */
613         kstat_named_t arcstat_evict_not_enough;
614         kstat_named_t arcstat_evict_l2_cached;
615         kstat_named_t arcstat_evict_l2_eligible;
616         kstat_named_t arcstat_evict_l2_ineligible;
617         kstat_named_t arcstat_evict_l2_skip;
618         kstat_named_t arcstat_hash_elements;
619         kstat_named_t arcstat_hash_elements_max;
620         kstat_named_t arcstat_hash_collisions;
621         kstat_named_t arcstat_hash_chains;
622         kstat_named_t arcstat_hash_chain_max;
623         kstat_named_t arcstat_p;
624         kstat_named_t arcstat_c;
625         kstat_named_t arcstat_c_min;
626         kstat_named_t arcstat_c_max;
627         /* Not updated directly; only synced in arc_kstat_update. */
628         kstat_named_t arcstat_size;
629         /*
630          * Number of compressed bytes stored in the arc_buf_hdr_t's b_pabd.
631          * Note that the compressed bytes may match the uncompressed bytes
632          * if the block is either not compressed or compressed arc is disabled.
633          */
634         kstat_named_t arcstat_compressed_size;
635         /*
636          * Uncompressed size of the data stored in b_pabd. If compressed
637          * arc is disabled then this value will be identical to the stat
638          * above.
639          */
640         kstat_named_t arcstat_uncompressed_size;
641         /*
642          * Number of bytes stored in all the arc_buf_t's. This is classified
643          * as "overhead" since this data is typically short-lived and will
644          * be evicted from the arc when it becomes unreferenced unless the
645          * zfs_keep_uncompressed_metadata or zfs_keep_uncompressed_level
646          * values have been set (see comment in dbuf.c for more information).
647          */
648         kstat_named_t arcstat_overhead_size;
649         /*
650          * Number of bytes consumed by internal ARC structures necessary
651          * for tracking purposes; these structures are not actually
652          * backed by ARC buffers. This includes arc_buf_hdr_t structures
653          * (allocated via arc_buf_hdr_t_full and arc_buf_hdr_t_l2only
654          * caches), and arc_buf_t structures (allocated via arc_buf_t
655          * cache).
656          * Not updated directly; only synced in arc_kstat_update.
657          */
658         kstat_named_t arcstat_hdr_size;
659         /*
660          * Number of bytes consumed by ARC buffers of type equal to
661          * ARC_BUFC_DATA. This is generally consumed by buffers backing
662          * on disk user data (e.g. plain file contents).
663          * Not updated directly; only synced in arc_kstat_update.
664          */
665         kstat_named_t arcstat_data_size;
666         /*
667          * Number of bytes consumed by ARC buffers of type equal to
668          * ARC_BUFC_METADATA. This is generally consumed by buffers
669          * backing on disk data that is used for internal ZFS
670          * structures (e.g. ZAP, dnode, indirect blocks, etc).
671          * Not updated directly; only synced in arc_kstat_update.
672          */
673         kstat_named_t arcstat_metadata_size;
674         /*
675          * Number of bytes consumed by dmu_buf_impl_t objects.
676          */
677         kstat_named_t arcstat_dbuf_size;
678         /*
679          * Number of bytes consumed by dnode_t objects.
680          */
681         kstat_named_t arcstat_dnode_size;
682         /*
683          * Number of bytes consumed by bonus buffers.
684          */
685         kstat_named_t arcstat_bonus_size;
686 #if defined(__FreeBSD__) && defined(COMPAT_FREEBSD11)
687         /*
688          * Sum of the previous three counters, provided for compatibility.
689          */
690         kstat_named_t arcstat_other_size;
691 #endif
692         /*
693          * Total number of bytes consumed by ARC buffers residing in the
694          * arc_anon state. This includes *all* buffers in the arc_anon
695          * state; e.g. data, metadata, evictable, and unevictable buffers
696          * are all included in this value.
697          * Not updated directly; only synced in arc_kstat_update.
698          */
699         kstat_named_t arcstat_anon_size;
700         /*
701          * Number of bytes consumed by ARC buffers that meet the
702          * following criteria: backing buffers of type ARC_BUFC_DATA,
703          * residing in the arc_anon state, and are eligible for eviction
704          * (e.g. have no outstanding holds on the buffer).
705          * Not updated directly; only synced in arc_kstat_update.
706          */
707         kstat_named_t arcstat_anon_evictable_data;
708         /*
709          * Number of bytes consumed by ARC buffers that meet the
710          * following criteria: backing buffers of type ARC_BUFC_METADATA,
711          * residing in the arc_anon state, and are eligible for eviction
712          * (e.g. have no outstanding holds on the buffer).
713          * Not updated directly; only synced in arc_kstat_update.
714          */
715         kstat_named_t arcstat_anon_evictable_metadata;
716         /*
717          * Total number of bytes consumed by ARC buffers residing in the
718          * arc_mru state. This includes *all* buffers in the arc_mru
719          * state; e.g. data, metadata, evictable, and unevictable buffers
720          * are all included in this value.
721          * Not updated directly; only synced in arc_kstat_update.
722          */
723         kstat_named_t arcstat_mru_size;
724         /*
725          * Number of bytes consumed by ARC buffers that meet the
726          * following criteria: backing buffers of type ARC_BUFC_DATA,
727          * residing in the arc_mru state, and are eligible for eviction
728          * (e.g. have no outstanding holds on the buffer).
729          * Not updated directly; only synced in arc_kstat_update.
730          */
731         kstat_named_t arcstat_mru_evictable_data;
732         /*
733          * Number of bytes consumed by ARC buffers that meet the
734          * following criteria: backing buffers of type ARC_BUFC_METADATA,
735          * residing in the arc_mru state, and are eligible for eviction
736          * (e.g. have no outstanding holds on the buffer).
737          * Not updated directly; only synced in arc_kstat_update.
738          */
739         kstat_named_t arcstat_mru_evictable_metadata;
740         /*
741          * Total number of bytes that *would have been* consumed by ARC
742          * buffers in the arc_mru_ghost state. The key thing to note
743          * here, is the fact that this size doesn't actually indicate
744          * RAM consumption. The ghost lists only consist of headers and
745          * don't actually have ARC buffers linked off of these headers.
746          * Thus, *if* the headers had associated ARC buffers, these
747          * buffers *would have* consumed this number of bytes.
748          * Not updated directly; only synced in arc_kstat_update.
749          */
750         kstat_named_t arcstat_mru_ghost_size;
751         /*
752          * Number of bytes that *would have been* consumed by ARC
753          * buffers that are eligible for eviction, of type
754          * ARC_BUFC_DATA, and linked off the arc_mru_ghost state.
755          * Not updated directly; only synced in arc_kstat_update.
756          */
757         kstat_named_t arcstat_mru_ghost_evictable_data;
758         /*
759          * Number of bytes that *would have been* consumed by ARC
760          * buffers that are eligible for eviction, of type
761          * ARC_BUFC_METADATA, and linked off the arc_mru_ghost state.
762          * Not updated directly; only synced in arc_kstat_update.
763          */
764         kstat_named_t arcstat_mru_ghost_evictable_metadata;
765         /*
766          * Total number of bytes consumed by ARC buffers residing in the
767          * arc_mfu state. This includes *all* buffers in the arc_mfu
768          * state; e.g. data, metadata, evictable, and unevictable buffers
769          * are all included in this value.
770          * Not updated directly; only synced in arc_kstat_update.
771          */
772         kstat_named_t arcstat_mfu_size;
773         /*
774          * Number of bytes consumed by ARC buffers that are eligible for
775          * eviction, of type ARC_BUFC_DATA, and reside in the arc_mfu
776          * state.
777          * Not updated directly; only synced in arc_kstat_update.
778          */
779         kstat_named_t arcstat_mfu_evictable_data;
780         /*
781          * Number of bytes consumed by ARC buffers that are eligible for
782          * eviction, of type ARC_BUFC_METADATA, and reside in the
783          * arc_mfu state.
784          * Not updated directly; only synced in arc_kstat_update.
785          */
786         kstat_named_t arcstat_mfu_evictable_metadata;
787         /*
788          * Total number of bytes that *would have been* consumed by ARC
789          * buffers in the arc_mfu_ghost state. See the comment above
790          * arcstat_mru_ghost_size for more details.
791          * Not updated directly; only synced in arc_kstat_update.
792          */
793         kstat_named_t arcstat_mfu_ghost_size;
794         /*
795          * Number of bytes that *would have been* consumed by ARC
796          * buffers that are eligible for eviction, of type
797          * ARC_BUFC_DATA, and linked off the arc_mfu_ghost state.
798          * Not updated directly; only synced in arc_kstat_update.
799          */
800         kstat_named_t arcstat_mfu_ghost_evictable_data;
801         /*
802          * Number of bytes that *would have been* consumed by ARC
803          * buffers that are eligible for eviction, of type
804          * ARC_BUFC_METADATA, and linked off the arc_mru_ghost state.
805          * Not updated directly; only synced in arc_kstat_update.
806          */
807         kstat_named_t arcstat_mfu_ghost_evictable_metadata;
808         kstat_named_t arcstat_l2_hits;
809         kstat_named_t arcstat_l2_misses;
810         kstat_named_t arcstat_l2_feeds;
811         kstat_named_t arcstat_l2_rw_clash;
812         kstat_named_t arcstat_l2_read_bytes;
813         kstat_named_t arcstat_l2_write_bytes;
814         kstat_named_t arcstat_l2_writes_sent;
815         kstat_named_t arcstat_l2_writes_done;
816         kstat_named_t arcstat_l2_writes_error;
817         kstat_named_t arcstat_l2_writes_lock_retry;
818         kstat_named_t arcstat_l2_evict_lock_retry;
819         kstat_named_t arcstat_l2_evict_reading;
820         kstat_named_t arcstat_l2_evict_l1cached;
821         kstat_named_t arcstat_l2_free_on_write;
822         kstat_named_t arcstat_l2_abort_lowmem;
823         kstat_named_t arcstat_l2_cksum_bad;
824         kstat_named_t arcstat_l2_io_error;
825         kstat_named_t arcstat_l2_lsize;
826         kstat_named_t arcstat_l2_psize;
827         /* Not updated directly; only synced in arc_kstat_update. */
828         kstat_named_t arcstat_l2_hdr_size;
829         kstat_named_t arcstat_l2_write_trylock_fail;
830         kstat_named_t arcstat_l2_write_passed_headroom;
831         kstat_named_t arcstat_l2_write_spa_mismatch;
832         kstat_named_t arcstat_l2_write_in_l2;
833         kstat_named_t arcstat_l2_write_hdr_io_in_progress;
834         kstat_named_t arcstat_l2_write_not_cacheable;
835         kstat_named_t arcstat_l2_write_full;
836         kstat_named_t arcstat_l2_write_buffer_iter;
837         kstat_named_t arcstat_l2_write_pios;
838         kstat_named_t arcstat_l2_write_buffer_bytes_scanned;
839         kstat_named_t arcstat_l2_write_buffer_list_iter;
840         kstat_named_t arcstat_l2_write_buffer_list_null_iter;
841         kstat_named_t arcstat_memory_throttle_count;
842         kstat_named_t arcstat_memory_direct_count;
843         kstat_named_t arcstat_memory_indirect_count;
844         kstat_named_t arcstat_memory_all_bytes;
845         kstat_named_t arcstat_memory_free_bytes;
846         kstat_named_t arcstat_memory_available_bytes;
847         kstat_named_t arcstat_no_grow;
848         kstat_named_t arcstat_tempreserve;
849         kstat_named_t arcstat_loaned_bytes;
850         kstat_named_t arcstat_prune;
851         /* Not updated directly; only synced in arc_kstat_update. */
852         kstat_named_t arcstat_meta_used;
853         kstat_named_t arcstat_meta_limit;
854         kstat_named_t arcstat_dnode_limit;
855         kstat_named_t arcstat_meta_max;
856         kstat_named_t arcstat_meta_min;
857         kstat_named_t arcstat_async_upgrade_sync;
858         kstat_named_t arcstat_demand_hit_predictive_prefetch;
859         kstat_named_t arcstat_demand_hit_prescient_prefetch;
860 } arc_stats_t;
861
862 static arc_stats_t arc_stats = {
863         { "hits",                       KSTAT_DATA_UINT64 },
864         { "misses",                     KSTAT_DATA_UINT64 },
865         { "demand_data_hits",           KSTAT_DATA_UINT64 },
866         { "demand_data_misses",         KSTAT_DATA_UINT64 },
867         { "demand_metadata_hits",       KSTAT_DATA_UINT64 },
868         { "demand_metadata_misses",     KSTAT_DATA_UINT64 },
869         { "prefetch_data_hits",         KSTAT_DATA_UINT64 },
870         { "prefetch_data_misses",       KSTAT_DATA_UINT64 },
871         { "prefetch_metadata_hits",     KSTAT_DATA_UINT64 },
872         { "prefetch_metadata_misses",   KSTAT_DATA_UINT64 },
873         { "mru_hits",                   KSTAT_DATA_UINT64 },
874         { "mru_ghost_hits",             KSTAT_DATA_UINT64 },
875         { "mfu_hits",                   KSTAT_DATA_UINT64 },
876         { "mfu_ghost_hits",             KSTAT_DATA_UINT64 },
877         { "allocated",                  KSTAT_DATA_UINT64 },
878         { "deleted",                    KSTAT_DATA_UINT64 },
879         { "mutex_miss",                 KSTAT_DATA_UINT64 },
880         { "access_skip",                KSTAT_DATA_UINT64 },
881         { "evict_skip",                 KSTAT_DATA_UINT64 },
882         { "evict_not_enough",           KSTAT_DATA_UINT64 },
883         { "evict_l2_cached",            KSTAT_DATA_UINT64 },
884         { "evict_l2_eligible",          KSTAT_DATA_UINT64 },
885         { "evict_l2_ineligible",        KSTAT_DATA_UINT64 },
886         { "evict_l2_skip",              KSTAT_DATA_UINT64 },
887         { "hash_elements",              KSTAT_DATA_UINT64 },
888         { "hash_elements_max",          KSTAT_DATA_UINT64 },
889         { "hash_collisions",            KSTAT_DATA_UINT64 },
890         { "hash_chains",                KSTAT_DATA_UINT64 },
891         { "hash_chain_max",             KSTAT_DATA_UINT64 },
892         { "p",                          KSTAT_DATA_UINT64 },
893         { "c",                          KSTAT_DATA_UINT64 },
894         { "c_min",                      KSTAT_DATA_UINT64 },
895         { "c_max",                      KSTAT_DATA_UINT64 },
896         { "size",                       KSTAT_DATA_UINT64 },
897         { "compressed_size",            KSTAT_DATA_UINT64 },
898         { "uncompressed_size",          KSTAT_DATA_UINT64 },
899         { "overhead_size",              KSTAT_DATA_UINT64 },
900         { "hdr_size",                   KSTAT_DATA_UINT64 },
901         { "data_size",                  KSTAT_DATA_UINT64 },
902         { "metadata_size",              KSTAT_DATA_UINT64 },
903         { "dbuf_size",                  KSTAT_DATA_UINT64 },
904         { "dnode_size",                 KSTAT_DATA_UINT64 },
905         { "bonus_size",                 KSTAT_DATA_UINT64 },
906 #if defined(__FreeBSD__) && defined(COMPAT_FREEBSD11)
907         { "other_size",                 KSTAT_DATA_UINT64 },
908 #endif
909         { "anon_size",                  KSTAT_DATA_UINT64 },
910         { "anon_evictable_data",        KSTAT_DATA_UINT64 },
911         { "anon_evictable_metadata",    KSTAT_DATA_UINT64 },
912         { "mru_size",                   KSTAT_DATA_UINT64 },
913         { "mru_evictable_data",         KSTAT_DATA_UINT64 },
914         { "mru_evictable_metadata",     KSTAT_DATA_UINT64 },
915         { "mru_ghost_size",             KSTAT_DATA_UINT64 },
916         { "mru_ghost_evictable_data",   KSTAT_DATA_UINT64 },
917         { "mru_ghost_evictable_metadata", KSTAT_DATA_UINT64 },
918         { "mfu_size",                   KSTAT_DATA_UINT64 },
919         { "mfu_evictable_data",         KSTAT_DATA_UINT64 },
920         { "mfu_evictable_metadata",     KSTAT_DATA_UINT64 },
921         { "mfu_ghost_size",             KSTAT_DATA_UINT64 },
922         { "mfu_ghost_evictable_data",   KSTAT_DATA_UINT64 },
923         { "mfu_ghost_evictable_metadata", KSTAT_DATA_UINT64 },
924         { "l2_hits",                    KSTAT_DATA_UINT64 },
925         { "l2_misses",                  KSTAT_DATA_UINT64 },
926         { "l2_feeds",                   KSTAT_DATA_UINT64 },
927         { "l2_rw_clash",                KSTAT_DATA_UINT64 },
928         { "l2_read_bytes",              KSTAT_DATA_UINT64 },
929         { "l2_write_bytes",             KSTAT_DATA_UINT64 },
930         { "l2_writes_sent",             KSTAT_DATA_UINT64 },
931         { "l2_writes_done",             KSTAT_DATA_UINT64 },
932         { "l2_writes_error",            KSTAT_DATA_UINT64 },
933         { "l2_writes_lock_retry",       KSTAT_DATA_UINT64 },
934         { "l2_evict_lock_retry",        KSTAT_DATA_UINT64 },
935         { "l2_evict_reading",           KSTAT_DATA_UINT64 },
936         { "l2_evict_l1cached",          KSTAT_DATA_UINT64 },
937         { "l2_free_on_write",           KSTAT_DATA_UINT64 },
938         { "l2_abort_lowmem",            KSTAT_DATA_UINT64 },
939         { "l2_cksum_bad",               KSTAT_DATA_UINT64 },
940         { "l2_io_error",                KSTAT_DATA_UINT64 },
941         { "l2_size",                    KSTAT_DATA_UINT64 },
942         { "l2_asize",                   KSTAT_DATA_UINT64 },
943         { "l2_hdr_size",                KSTAT_DATA_UINT64 },
944         { "l2_write_trylock_fail",      KSTAT_DATA_UINT64 },
945         { "l2_write_passed_headroom",   KSTAT_DATA_UINT64 },
946         { "l2_write_spa_mismatch",      KSTAT_DATA_UINT64 },
947         { "l2_write_in_l2",             KSTAT_DATA_UINT64 },
948         { "l2_write_io_in_progress",    KSTAT_DATA_UINT64 },
949         { "l2_write_not_cacheable",     KSTAT_DATA_UINT64 },
950         { "l2_write_full",              KSTAT_DATA_UINT64 },
951         { "l2_write_buffer_iter",       KSTAT_DATA_UINT64 },
952         { "l2_write_pios",              KSTAT_DATA_UINT64 },
953         { "l2_write_buffer_bytes_scanned", KSTAT_DATA_UINT64 },
954         { "l2_write_buffer_list_iter",  KSTAT_DATA_UINT64 },
955         { "l2_write_buffer_list_null_iter", KSTAT_DATA_UINT64 },
956         { "memory_throttle_count",      KSTAT_DATA_UINT64 },
957         { "memory_direct_count",        KSTAT_DATA_UINT64 },
958         { "memory_indirect_count",      KSTAT_DATA_UINT64 },
959         { "memory_all_bytes",           KSTAT_DATA_UINT64 },
960         { "memory_free_bytes",          KSTAT_DATA_UINT64 },
961         { "memory_available_bytes",     KSTAT_DATA_UINT64 },
962         { "arc_no_grow",                KSTAT_DATA_UINT64 },
963         { "arc_tempreserve",            KSTAT_DATA_UINT64 },
964         { "arc_loaned_bytes",           KSTAT_DATA_UINT64 },
965         { "arc_prune",                  KSTAT_DATA_UINT64 },
966         { "arc_meta_used",              KSTAT_DATA_UINT64 },
967         { "arc_meta_limit",             KSTAT_DATA_UINT64 },
968         { "arc_dnode_limit",            KSTAT_DATA_UINT64 },
969         { "arc_meta_max",               KSTAT_DATA_UINT64 },
970         { "arc_meta_min",               KSTAT_DATA_UINT64 },
971         { "async_upgrade_sync",         KSTAT_DATA_UINT64 },
972         { "demand_hit_predictive_prefetch", KSTAT_DATA_UINT64 },
973         { "demand_hit_prescient_prefetch", KSTAT_DATA_UINT64 },
974 };
975
976 #define ARCSTAT(stat)   (arc_stats.stat.value.ui64)
977
978 #define ARCSTAT_INCR(stat, val) \
979         atomic_add_64(&arc_stats.stat.value.ui64, (val))
980
981 #define ARCSTAT_BUMP(stat)      ARCSTAT_INCR(stat, 1)
982 #define ARCSTAT_BUMPDOWN(stat)  ARCSTAT_INCR(stat, -1)
983
984 #define ARCSTAT_MAX(stat, val) {                                        \
985         uint64_t m;                                                     \
986         while ((val) > (m = arc_stats.stat.value.ui64) &&               \
987             (m != atomic_cas_64(&arc_stats.stat.value.ui64, m, (val)))) \
988                 continue;                                               \
989 }
990
991 #define ARCSTAT_MAXSTAT(stat) \
992         ARCSTAT_MAX(stat##_max, arc_stats.stat.value.ui64)
993
994 /*
995  * We define a macro to allow ARC hits/misses to be easily broken down by
996  * two separate conditions, giving a total of four different subtypes for
997  * each of hits and misses (so eight statistics total).
998  */
999 #define ARCSTAT_CONDSTAT(cond1, stat1, notstat1, cond2, stat2, notstat2, stat) \
1000         if (cond1) {                                                    \
1001                 if (cond2) {                                            \
1002                         ARCSTAT_BUMP(arcstat_##stat1##_##stat2##_##stat); \
1003                 } else {                                                \
1004                         ARCSTAT_BUMP(arcstat_##stat1##_##notstat2##_##stat); \
1005                 }                                                       \
1006         } else {                                                        \
1007                 if (cond2) {                                            \
1008                         ARCSTAT_BUMP(arcstat_##notstat1##_##stat2##_##stat); \
1009                 } else {                                                \
1010                         ARCSTAT_BUMP(arcstat_##notstat1##_##notstat2##_##stat);\
1011                 }                                                       \
1012         }
1013
1014 kstat_t                 *arc_ksp;
1015 static arc_state_t      *arc_anon;
1016 static arc_state_t      *arc_mru;
1017 static arc_state_t      *arc_mru_ghost;
1018 static arc_state_t      *arc_mfu;
1019 static arc_state_t      *arc_mfu_ghost;
1020 static arc_state_t      *arc_l2c_only;
1021
1022 /*
1023  * There are several ARC variables that are critical to export as kstats --
1024  * but we don't want to have to grovel around in the kstat whenever we wish to
1025  * manipulate them.  For these variables, we therefore define them to be in
1026  * terms of the statistic variable.  This assures that we are not introducing
1027  * the possibility of inconsistency by having shadow copies of the variables,
1028  * while still allowing the code to be readable.
1029  */
1030 #define arc_p           ARCSTAT(arcstat_p)      /* target size of MRU */
1031 #define arc_c           ARCSTAT(arcstat_c)      /* target size of cache */
1032 #define arc_c_min       ARCSTAT(arcstat_c_min)  /* min target cache size */
1033 #define arc_c_max       ARCSTAT(arcstat_c_max)  /* max target cache size */
1034 #define arc_meta_limit  ARCSTAT(arcstat_meta_limit) /* max size for metadata */
1035 #define arc_dnode_limit ARCSTAT(arcstat_dnode_limit) /* max size for dnodes */
1036 #define arc_meta_min    ARCSTAT(arcstat_meta_min) /* min size for metadata */
1037 #define arc_meta_max    ARCSTAT(arcstat_meta_max) /* max size of metadata */
1038 #define arc_dbuf_size   ARCSTAT(arcstat_dbuf_size) /* dbuf metadata */
1039 #define arc_dnode_size  ARCSTAT(arcstat_dnode_size) /* dnode metadata */
1040 #define arc_bonus_size  ARCSTAT(arcstat_bonus_size) /* bonus buffer metadata */
1041
1042 /* compressed size of entire arc */
1043 #define arc_compressed_size     ARCSTAT(arcstat_compressed_size)
1044 /* uncompressed size of entire arc */
1045 #define arc_uncompressed_size   ARCSTAT(arcstat_uncompressed_size)
1046 /* number of bytes in the arc from arc_buf_t's */
1047 #define arc_overhead_size       ARCSTAT(arcstat_overhead_size)
1048
1049 /*
1050  * There are also some ARC variables that we want to export, but that are
1051  * updated so often that having the canonical representation be the statistic
1052  * variable causes a performance bottleneck. We want to use aggsum_t's for these
1053  * instead, but still be able to export the kstat in the same way as before.
1054  * The solution is to always use the aggsum version, except in the kstat update
1055  * callback.
1056  */
1057 aggsum_t arc_size;
1058 aggsum_t arc_meta_used;
1059 aggsum_t astat_data_size;
1060 aggsum_t astat_metadata_size;
1061 aggsum_t astat_hdr_size;
1062 aggsum_t astat_bonus_size;
1063 aggsum_t astat_dnode_size;
1064 aggsum_t astat_dbuf_size;
1065 aggsum_t astat_l2_hdr_size;
1066
1067 static list_t arc_prune_list;
1068 static kmutex_t arc_prune_mtx;
1069 static taskq_t *arc_prune_taskq;
1070
1071 static int              arc_no_grow;    /* Don't try to grow cache size */
1072 static hrtime_t         arc_growtime;
1073 static uint64_t         arc_tempreserve;
1074 static uint64_t         arc_loaned_bytes;
1075
1076 typedef struct arc_callback arc_callback_t;
1077
1078 struct arc_callback {
1079         void                    *acb_private;
1080         arc_read_done_func_t    *acb_done;
1081         arc_buf_t               *acb_buf;
1082         boolean_t               acb_compressed;
1083         zio_t                   *acb_zio_dummy;
1084         zio_t                   *acb_zio_head;
1085         arc_callback_t          *acb_next;
1086 };
1087
1088 typedef struct arc_write_callback arc_write_callback_t;
1089
1090 struct arc_write_callback {
1091         void                    *awcb_private;
1092         arc_write_done_func_t   *awcb_ready;
1093         arc_write_done_func_t   *awcb_children_ready;
1094         arc_write_done_func_t   *awcb_physdone;
1095         arc_write_done_func_t   *awcb_done;
1096         arc_buf_t               *awcb_buf;
1097 };
1098
1099 /*
1100  * ARC buffers are separated into multiple structs as a memory saving measure:
1101  *   - Common fields struct, always defined, and embedded within it:
1102  *       - L2-only fields, always allocated but undefined when not in L2ARC
1103  *       - L1-only fields, only allocated when in L1ARC
1104  *
1105  *           Buffer in L1                     Buffer only in L2
1106  *    +------------------------+          +------------------------+
1107  *    | arc_buf_hdr_t          |          | arc_buf_hdr_t          |
1108  *    |                        |          |                        |
1109  *    |                        |          |                        |
1110  *    |                        |          |                        |
1111  *    +------------------------+          +------------------------+
1112  *    | l2arc_buf_hdr_t        |          | l2arc_buf_hdr_t        |
1113  *    | (undefined if L1-only) |          |                        |
1114  *    +------------------------+          +------------------------+
1115  *    | l1arc_buf_hdr_t        |
1116  *    |                        |
1117  *    |                        |
1118  *    |                        |
1119  *    |                        |
1120  *    +------------------------+
1121  *
1122  * Because it's possible for the L2ARC to become extremely large, we can wind
1123  * up eating a lot of memory in L2ARC buffer headers, so the size of a header
1124  * is minimized by only allocating the fields necessary for an L1-cached buffer
1125  * when a header is actually in the L1 cache. The sub-headers (l1arc_buf_hdr and
1126  * l2arc_buf_hdr) are embedded rather than allocated separately to save a couple
1127  * words in pointers. arc_hdr_realloc() is used to switch a header between
1128  * these two allocation states.
1129  */
1130 typedef struct l1arc_buf_hdr {
1131         kmutex_t                b_freeze_lock;
1132         zio_cksum_t             *b_freeze_cksum;
1133 #ifdef ZFS_DEBUG
1134         /*
1135          * Used for debugging with kmem_flags - by allocating and freeing
1136          * b_thawed when the buffer is thawed, we get a record of the stack
1137          * trace that thawed it.
1138          */
1139         void                    *b_thawed;
1140 #endif
1141
1142         arc_buf_t               *b_buf;
1143         uint32_t                b_bufcnt;
1144         /* for waiting on writes to complete */
1145         kcondvar_t              b_cv;
1146         uint8_t                 b_byteswap;
1147
1148         /* protected by arc state mutex */
1149         arc_state_t             *b_state;
1150         multilist_node_t        b_arc_node;
1151
1152         /* updated atomically */
1153         clock_t                 b_arc_access;
1154         uint32_t                b_mru_hits;
1155         uint32_t                b_mru_ghost_hits;
1156         uint32_t                b_mfu_hits;
1157         uint32_t                b_mfu_ghost_hits;
1158         uint32_t                b_l2_hits;
1159
1160         /* self protecting */
1161         zfs_refcount_t          b_refcnt;
1162
1163         arc_callback_t          *b_acb;
1164         abd_t                   *b_pabd;
1165 } l1arc_buf_hdr_t;
1166
1167 typedef struct l2arc_dev l2arc_dev_t;
1168
1169 typedef struct l2arc_buf_hdr {
1170         /* protected by arc_buf_hdr mutex */
1171         l2arc_dev_t             *b_dev;         /* L2ARC device */
1172         uint64_t                b_daddr;        /* disk address, offset byte */
1173         uint32_t                b_hits;
1174
1175         list_node_t             b_l2node;
1176 } l2arc_buf_hdr_t;
1177
1178 struct arc_buf_hdr {
1179         /* protected by hash lock */
1180         dva_t                   b_dva;
1181         uint64_t                b_birth;
1182
1183         arc_buf_contents_t      b_type;
1184         arc_buf_hdr_t           *b_hash_next;
1185         arc_flags_t             b_flags;
1186
1187         /*
1188          * This field stores the size of the data buffer after
1189          * compression, and is set in the arc's zio completion handlers.
1190          * It is in units of SPA_MINBLOCKSIZE (e.g. 1 == 512 bytes).
1191          *
1192          * While the block pointers can store up to 32MB in their psize
1193          * field, we can only store up to 32MB minus 512B. This is due
1194          * to the bp using a bias of 1, whereas we use a bias of 0 (i.e.
1195          * a field of zeros represents 512B in the bp). We can't use a
1196          * bias of 1 since we need to reserve a psize of zero, here, to
1197          * represent holes and embedded blocks.
1198          *
1199          * This isn't a problem in practice, since the maximum size of a
1200          * buffer is limited to 16MB, so we never need to store 32MB in
1201          * this field. Even in the upstream illumos code base, the
1202          * maximum size of a buffer is limited to 16MB.
1203          */
1204         uint16_t                b_psize;
1205
1206         /*
1207          * This field stores the size of the data buffer before
1208          * compression, and cannot change once set. It is in units
1209          * of SPA_MINBLOCKSIZE (e.g. 2 == 1024 bytes)
1210          */
1211         uint16_t                b_lsize;        /* immutable */
1212         uint64_t                b_spa;          /* immutable */
1213
1214         /* L2ARC fields. Undefined when not in L2ARC. */
1215         l2arc_buf_hdr_t         b_l2hdr;
1216         /* L1ARC fields. Undefined when in l2arc_only state */
1217         l1arc_buf_hdr_t         b_l1hdr;
1218 };
1219
1220 #if defined(__FreeBSD__) && defined(_KERNEL)
1221 static int
1222 sysctl_vfs_zfs_arc_meta_limit(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
1223 {
1224         uint64_t val;
1225         int err;
1226
1227         val = arc_meta_limit;
1228         err = sysctl_handle_64(oidp, &val, 0, req);
1229         if (err != 0 || req->newptr == NULL)
1230                 return (err);
1231
1232         if (val <= 0 || val > arc_c_max)
1233                 return (EINVAL);
1234
1235         arc_meta_limit = val;
1236
1237         mutex_enter(&arc_adjust_lock);
1238         arc_adjust_needed = B_TRUE;
1239         mutex_exit(&arc_adjust_lock);
1240         zthr_wakeup(arc_adjust_zthr);
1241
1242         return (0);
1243 }
1244
1245 static int
1246 sysctl_vfs_zfs_arc_no_grow_shift(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
1247 {
1248         uint32_t val;
1249         int err;
1250
1251         val = arc_no_grow_shift;
1252         err = sysctl_handle_32(oidp, &val, 0, req);
1253         if (err != 0 || req->newptr == NULL)
1254                 return (err);
1255
1256         if (val >= arc_shrink_shift)
1257                 return (EINVAL);
1258
1259         arc_no_grow_shift = val;
1260         return (0);
1261 }
1262
1263 static int
1264 sysctl_vfs_zfs_arc_max(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
1265 {
1266         uint64_t val;
1267         int err;
1268
1269         val = zfs_arc_max;
1270         err = sysctl_handle_64(oidp, &val, 0, req);
1271         if (err != 0 || req->newptr == NULL)
1272                 return (err);
1273
1274         if (zfs_arc_max == 0) {
1275                 /* Loader tunable so blindly set */
1276                 zfs_arc_max = val;
1277                 return (0);
1278         }
1279
1280         if (val < arc_abs_min || val > kmem_size())
1281                 return (EINVAL);
1282         if (val < arc_c_min)
1283                 return (EINVAL);
1284         if (zfs_arc_meta_limit > 0 && val < zfs_arc_meta_limit)
1285                 return (EINVAL);
1286
1287         arc_c_max = val;
1288
1289         arc_c = arc_c_max;
1290         arc_p = (arc_c >> 1);
1291
1292         if (zfs_arc_meta_limit == 0) {
1293                 /* limit meta-data to 1/4 of the arc capacity */
1294                 arc_meta_limit = arc_c_max / 4;
1295         }
1296
1297         /* if kmem_flags are set, lets try to use less memory */
1298         if (kmem_debugging())
1299                 arc_c = arc_c / 2;
1300
1301         zfs_arc_max = arc_c;
1302
1303         mutex_enter(&arc_adjust_lock);
1304         arc_adjust_needed = B_TRUE;
1305         mutex_exit(&arc_adjust_lock);
1306         zthr_wakeup(arc_adjust_zthr);
1307
1308         return (0);
1309 }
1310
1311 static int
1312 sysctl_vfs_zfs_arc_min(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
1313 {
1314         uint64_t val;
1315         int err;
1316
1317         val = zfs_arc_min;
1318         err = sysctl_handle_64(oidp, &val, 0, req);
1319         if (err != 0 || req->newptr == NULL)
1320                 return (err);
1321
1322         if (zfs_arc_min == 0) {
1323                 /* Loader tunable so blindly set */
1324                 zfs_arc_min = val;
1325                 return (0);
1326         }
1327
1328         if (val < arc_abs_min || val > arc_c_max)
1329                 return (EINVAL);
1330
1331         arc_c_min = val;
1332
1333         if (zfs_arc_meta_min == 0)
1334                 arc_meta_min = arc_c_min / 2;
1335
1336         if (arc_c < arc_c_min)
1337                 arc_c = arc_c_min;
1338
1339         zfs_arc_min = arc_c_min;
1340
1341         return (0);
1342 }
1343 #endif
1344
1345 #define GHOST_STATE(state)      \
1346         ((state) == arc_mru_ghost || (state) == arc_mfu_ghost ||        \
1347         (state) == arc_l2c_only)
1348
1349 #define HDR_IN_HASH_TABLE(hdr)  ((hdr)->b_flags & ARC_FLAG_IN_HASH_TABLE)
1350 #define HDR_IO_IN_PROGRESS(hdr) ((hdr)->b_flags & ARC_FLAG_IO_IN_PROGRESS)
1351 #define HDR_IO_ERROR(hdr)       ((hdr)->b_flags & ARC_FLAG_IO_ERROR)
1352 #define HDR_PREFETCH(hdr)       ((hdr)->b_flags & ARC_FLAG_PREFETCH)
1353 #define HDR_PRESCIENT_PREFETCH(hdr)     \
1354         ((hdr)->b_flags & ARC_FLAG_PRESCIENT_PREFETCH)
1355 #define HDR_COMPRESSION_ENABLED(hdr)    \
1356         ((hdr)->b_flags & ARC_FLAG_COMPRESSED_ARC)
1357
1358 #define HDR_L2CACHE(hdr)        ((hdr)->b_flags & ARC_FLAG_L2CACHE)
1359 #define HDR_L2_READING(hdr)     \
1360         (((hdr)->b_flags & ARC_FLAG_IO_IN_PROGRESS) &&  \
1361         ((hdr)->b_flags & ARC_FLAG_HAS_L2HDR))
1362 #define HDR_L2_WRITING(hdr)     ((hdr)->b_flags & ARC_FLAG_L2_WRITING)
1363 #define HDR_L2_EVICTED(hdr)     ((hdr)->b_flags & ARC_FLAG_L2_EVICTED)
1364 #define HDR_L2_WRITE_HEAD(hdr)  ((hdr)->b_flags & ARC_FLAG_L2_WRITE_HEAD)
1365 #define HDR_SHARED_DATA(hdr)    ((hdr)->b_flags & ARC_FLAG_SHARED_DATA)
1366
1367 #define HDR_ISTYPE_METADATA(hdr)        \
1368         ((hdr)->b_flags & ARC_FLAG_BUFC_METADATA)
1369 #define HDR_ISTYPE_DATA(hdr)    (!HDR_ISTYPE_METADATA(hdr))
1370
1371 #define HDR_HAS_L1HDR(hdr)      ((hdr)->b_flags & ARC_FLAG_HAS_L1HDR)
1372 #define HDR_HAS_L2HDR(hdr)      ((hdr)->b_flags & ARC_FLAG_HAS_L2HDR)
1373
1374 /* For storing compression mode in b_flags */
1375 #define HDR_COMPRESS_OFFSET     (highbit64(ARC_FLAG_COMPRESS_0) - 1)
1376
1377 #define HDR_GET_COMPRESS(hdr)   ((enum zio_compress)BF32_GET((hdr)->b_flags, \
1378         HDR_COMPRESS_OFFSET, SPA_COMPRESSBITS))
1379 #define HDR_SET_COMPRESS(hdr, cmp) BF32_SET((hdr)->b_flags, \
1380         HDR_COMPRESS_OFFSET, SPA_COMPRESSBITS, (cmp));
1381
1382 #define ARC_BUF_LAST(buf)       ((buf)->b_next == NULL)
1383 #define ARC_BUF_SHARED(buf)     ((buf)->b_flags & ARC_BUF_FLAG_SHARED)
1384 #define ARC_BUF_COMPRESSED(buf) ((buf)->b_flags & ARC_BUF_FLAG_COMPRESSED)
1385
1386 /*
1387  * Other sizes
1388  */
1389
1390 #define HDR_FULL_SIZE ((int64_t)sizeof (arc_buf_hdr_t))
1391 #define HDR_L2ONLY_SIZE ((int64_t)offsetof(arc_buf_hdr_t, b_l1hdr))
1392
1393 /*
1394  * Hash table routines
1395  */
1396
1397 #define HT_LOCK_PAD     CACHE_LINE_SIZE
1398
1399 struct ht_lock {
1400         kmutex_t        ht_lock;
1401 #ifdef _KERNEL
1402         unsigned char   pad[(HT_LOCK_PAD - sizeof (kmutex_t))];
1403 #endif
1404 };
1405
1406 #define BUF_LOCKS 256
1407 typedef struct buf_hash_table {
1408         uint64_t ht_mask;
1409         arc_buf_hdr_t **ht_table;
1410         struct ht_lock ht_locks[BUF_LOCKS] __aligned(CACHE_LINE_SIZE);
1411 } buf_hash_table_t;
1412
1413 static buf_hash_table_t buf_hash_table;
1414
1415 #define BUF_HASH_INDEX(spa, dva, birth) \
1416         (buf_hash(spa, dva, birth) & buf_hash_table.ht_mask)
1417 #define BUF_HASH_LOCK_NTRY(idx) (buf_hash_table.ht_locks[idx & (BUF_LOCKS-1)])
1418 #define BUF_HASH_LOCK(idx)      (&(BUF_HASH_LOCK_NTRY(idx).ht_lock))
1419 #define HDR_LOCK(hdr) \
1420         (BUF_HASH_LOCK(BUF_HASH_INDEX(hdr->b_spa, &hdr->b_dva, hdr->b_birth)))
1421
1422 uint64_t zfs_crc64_table[256];
1423
1424 /*
1425  * Level 2 ARC
1426  */
1427
1428 #define L2ARC_WRITE_SIZE        (8 * 1024 * 1024)       /* initial write max */
1429 #define L2ARC_HEADROOM          2                       /* num of writes */
1430 /*
1431  * If we discover during ARC scan any buffers to be compressed, we boost
1432  * our headroom for the next scanning cycle by this percentage multiple.
1433  */
1434 #define L2ARC_HEADROOM_BOOST    200
1435 #define L2ARC_FEED_SECS         1               /* caching interval secs */
1436 #define L2ARC_FEED_MIN_MS       200             /* min caching interval ms */
1437
1438 #define l2arc_writes_sent       ARCSTAT(arcstat_l2_writes_sent)
1439 #define l2arc_writes_done       ARCSTAT(arcstat_l2_writes_done)
1440
1441 /* L2ARC Performance Tunables */
1442 uint64_t l2arc_write_max = L2ARC_WRITE_SIZE;    /* default max write size */
1443 uint64_t l2arc_write_boost = L2ARC_WRITE_SIZE;  /* extra write during warmup */
1444 uint64_t l2arc_headroom = L2ARC_HEADROOM;       /* number of dev writes */
1445 uint64_t l2arc_headroom_boost = L2ARC_HEADROOM_BOOST;
1446 uint64_t l2arc_feed_secs = L2ARC_FEED_SECS;     /* interval seconds */
1447 uint64_t l2arc_feed_min_ms = L2ARC_FEED_MIN_MS; /* min interval milliseconds */
1448 boolean_t l2arc_noprefetch = B_TRUE;            /* don't cache prefetch bufs */
1449 boolean_t l2arc_feed_again = B_TRUE;            /* turbo warmup */
1450 boolean_t l2arc_norw = B_TRUE;                  /* no reads during writes */
1451
1452 SYSCTL_UQUAD(_vfs_zfs, OID_AUTO, l2arc_write_max, CTLFLAG_RWTUN,
1453     &l2arc_write_max, 0, "max write size");
1454 SYSCTL_UQUAD(_vfs_zfs, OID_AUTO, l2arc_write_boost, CTLFLAG_RWTUN,
1455     &l2arc_write_boost, 0, "extra write during warmup");
1456 SYSCTL_UQUAD(_vfs_zfs, OID_AUTO, l2arc_headroom, CTLFLAG_RWTUN,
1457     &l2arc_headroom, 0, "number of dev writes");
1458 SYSCTL_UQUAD(_vfs_zfs, OID_AUTO, l2arc_feed_secs, CTLFLAG_RWTUN,
1459     &l2arc_feed_secs, 0, "interval seconds");
1460 SYSCTL_UQUAD(_vfs_zfs, OID_AUTO, l2arc_feed_min_ms, CTLFLAG_RWTUN,
1461     &l2arc_feed_min_ms, 0, "min interval milliseconds");
1462
1463 SYSCTL_INT(_vfs_zfs, OID_AUTO, l2arc_noprefetch, CTLFLAG_RWTUN,
1464     &l2arc_noprefetch, 0, "don't cache prefetch bufs");
1465 SYSCTL_INT(_vfs_zfs, OID_AUTO, l2arc_feed_again, CTLFLAG_RWTUN,
1466     &l2arc_feed_again, 0, "turbo warmup");
1467 SYSCTL_INT(_vfs_zfs, OID_AUTO, l2arc_norw, CTLFLAG_RWTUN,
1468     &l2arc_norw, 0, "no reads during writes");
1469
1470 SYSCTL_UQUAD(_vfs_zfs, OID_AUTO, anon_size, CTLFLAG_RD,
1471     &ARC_anon.arcs_size.rc_count, 0, "size of anonymous state");
1472 SYSCTL_UQUAD(_vfs_zfs, OID_AUTO, anon_metadata_esize, CTLFLAG_RD,
1473     &ARC_anon.arcs_esize[ARC_BUFC_METADATA].rc_count, 0,
1474     "size of anonymous state");
1475 SYSCTL_UQUAD(_vfs_zfs, OID_AUTO, anon_data_esize, CTLFLAG_RD,
1476     &ARC_anon.arcs_esize[ARC_BUFC_DATA].rc_count, 0,
1477     "size of anonymous state");
1478
1479 SYSCTL_UQUAD(_vfs_zfs, OID_AUTO, mru_size, CTLFLAG_RD,
1480     &ARC_mru.arcs_size.rc_count, 0, "size of mru state");
1481 SYSCTL_UQUAD(_vfs_zfs, OID_AUTO, mru_metadata_esize, CTLFLAG_RD,
1482     &ARC_mru.arcs_esize[ARC_BUFC_METADATA].rc_count, 0,
1483     "size of metadata in mru state");
1484 SYSCTL_UQUAD(_vfs_zfs, OID_AUTO, mru_data_esize, CTLFLAG_RD,
1485     &ARC_mru.arcs_esize[ARC_BUFC_DATA].rc_count, 0,
1486     "size of data in mru state");
1487
1488 SYSCTL_UQUAD(_vfs_zfs, OID_AUTO, mru_ghost_size, CTLFLAG_RD,
1489     &ARC_mru_ghost.arcs_size.rc_count, 0, "size of mru ghost state");
1490 SYSCTL_UQUAD(_vfs_zfs, OID_AUTO, mru_ghost_metadata_esize, CTLFLAG_RD,
1491     &ARC_mru_ghost.arcs_esize[ARC_BUFC_METADATA].rc_count, 0,
1492     "size of metadata in mru ghost state");
1493 SYSCTL_UQUAD(_vfs_zfs, OID_AUTO, mru_ghost_data_esize, CTLFLAG_RD,
1494     &ARC_mru_ghost.arcs_esize[ARC_BUFC_DATA].rc_count, 0,
1495     "size of data in mru ghost state");
1496
1497 SYSCTL_UQUAD(_vfs_zfs, OID_AUTO, mfu_size, CTLFLAG_RD,
1498     &ARC_mfu.arcs_size.rc_count, 0, "size of mfu state");
1499 SYSCTL_UQUAD(_vfs_zfs, OID_AUTO, mfu_metadata_esize, CTLFLAG_RD,
1500     &ARC_mfu.arcs_esize[ARC_BUFC_METADATA].rc_count, 0,
1501     "size of metadata in mfu state");
1502 SYSCTL_UQUAD(_vfs_zfs, OID_AUTO, mfu_data_esize, CTLFLAG_RD,
1503     &ARC_mfu.arcs_esize[ARC_BUFC_DATA].rc_count, 0,
1504     "size of data in mfu state");
1505
1506 SYSCTL_UQUAD(_vfs_zfs, OID_AUTO, mfu_ghost_size, CTLFLAG_RD,
1507     &ARC_mfu_ghost.arcs_size.rc_count, 0, "size of mfu ghost state");
1508 SYSCTL_UQUAD(_vfs_zfs, OID_AUTO, mfu_ghost_metadata_esize, CTLFLAG_RD,
1509     &ARC_mfu_ghost.arcs_esize[ARC_BUFC_METADATA].rc_count, 0,
1510     "size of metadata in mfu ghost state");
1511 SYSCTL_UQUAD(_vfs_zfs, OID_AUTO, mfu_ghost_data_esize, CTLFLAG_RD,
1512     &ARC_mfu_ghost.arcs_esize[ARC_BUFC_DATA].rc_count, 0,
1513     "size of data in mfu ghost state");
1514
1515 SYSCTL_UQUAD(_vfs_zfs, OID_AUTO, l2c_only_size, CTLFLAG_RD,
1516     &ARC_l2c_only.arcs_size.rc_count, 0, "size of mru state");
1517
1518 SYSCTL_UINT(_vfs_zfs, OID_AUTO, arc_min_prefetch_ms, CTLFLAG_RW,
1519     &zfs_arc_min_prefetch_ms, 0, "Min life of prefetch block in ms");
1520 SYSCTL_UINT(_vfs_zfs, OID_AUTO, arc_min_prescient_prefetch_ms, CTLFLAG_RW,
1521     &zfs_arc_min_prescient_prefetch_ms, 0, "Min life of prescient prefetched block in ms");
1522
1523 /*
1524  * L2ARC Internals
1525  */
1526 struct l2arc_dev {
1527         vdev_t                  *l2ad_vdev;     /* vdev */
1528         spa_t                   *l2ad_spa;      /* spa */
1529         uint64_t                l2ad_hand;      /* next write location */
1530         uint64_t                l2ad_start;     /* first addr on device */
1531         uint64_t                l2ad_end;       /* last addr on device */
1532         boolean_t               l2ad_first;     /* first sweep through */
1533         boolean_t               l2ad_writing;   /* currently writing */
1534         kmutex_t                l2ad_mtx;       /* lock for buffer list */
1535         list_t                  l2ad_buflist;   /* buffer list */
1536         list_node_t             l2ad_node;      /* device list node */
1537         zfs_refcount_t          l2ad_alloc;     /* allocated bytes */
1538 };
1539
1540 static list_t L2ARC_dev_list;                   /* device list */
1541 static list_t *l2arc_dev_list;                  /* device list pointer */
1542 static kmutex_t l2arc_dev_mtx;                  /* device list mutex */
1543 static l2arc_dev_t *l2arc_dev_last;             /* last device used */
1544 static list_t L2ARC_free_on_write;              /* free after write buf list */
1545 static list_t *l2arc_free_on_write;             /* free after write list ptr */
1546 static kmutex_t l2arc_free_on_write_mtx;        /* mutex for list */
1547 static uint64_t l2arc_ndev;                     /* number of devices */
1548
1549 typedef struct l2arc_read_callback {
1550         arc_buf_hdr_t           *l2rcb_hdr;             /* read header */
1551         blkptr_t                l2rcb_bp;               /* original blkptr */
1552         zbookmark_phys_t        l2rcb_zb;               /* original bookmark */
1553         int                     l2rcb_flags;            /* original flags */
1554         abd_t                   *l2rcb_abd;             /* temporary buffer */
1555 } l2arc_read_callback_t;
1556
1557 typedef struct l2arc_write_callback {
1558         l2arc_dev_t     *l2wcb_dev;             /* device info */
1559         arc_buf_hdr_t   *l2wcb_head;            /* head of write buflist */
1560 } l2arc_write_callback_t;
1561
1562 typedef struct l2arc_data_free {
1563         /* protected by l2arc_free_on_write_mtx */
1564         abd_t           *l2df_abd;
1565         size_t          l2df_size;
1566         arc_buf_contents_t l2df_type;
1567         list_node_t     l2df_list_node;
1568 } l2arc_data_free_t;
1569
1570 static kmutex_t l2arc_feed_thr_lock;
1571 static kcondvar_t l2arc_feed_thr_cv;
1572 static uint8_t l2arc_thread_exit;
1573
1574 static abd_t *arc_get_data_abd(arc_buf_hdr_t *, uint64_t, void *, boolean_t);
1575 static void *arc_get_data_buf(arc_buf_hdr_t *, uint64_t, void *);
1576 static void arc_get_data_impl(arc_buf_hdr_t *, uint64_t, void *, boolean_t);
1577 static void arc_free_data_abd(arc_buf_hdr_t *, abd_t *, uint64_t, void *);
1578 static void arc_free_data_buf(arc_buf_hdr_t *, void *, uint64_t, void *);
1579 static void arc_free_data_impl(arc_buf_hdr_t *hdr, uint64_t size, void *tag);
1580 static void arc_hdr_free_pabd(arc_buf_hdr_t *);
1581 static void arc_hdr_alloc_pabd(arc_buf_hdr_t *, boolean_t);
1582 static void arc_access(arc_buf_hdr_t *, kmutex_t *);
1583 static boolean_t arc_is_overflowing();
1584 static void arc_buf_watch(arc_buf_t *);
1585 static void arc_prune_async(int64_t);
1586
1587 static arc_buf_contents_t arc_buf_type(arc_buf_hdr_t *);
1588 static uint32_t arc_bufc_to_flags(arc_buf_contents_t);
1589 static inline void arc_hdr_set_flags(arc_buf_hdr_t *hdr, arc_flags_t flags);
1590 static inline void arc_hdr_clear_flags(arc_buf_hdr_t *hdr, arc_flags_t flags);
1591
1592 static boolean_t l2arc_write_eligible(uint64_t, arc_buf_hdr_t *);
1593 static void l2arc_read_done(zio_t *);
1594
1595 static void
1596 l2arc_trim(const arc_buf_hdr_t *hdr)
1597 {
1598         l2arc_dev_t *dev = hdr->b_l2hdr.b_dev;
1599
1600         ASSERT(HDR_HAS_L2HDR(hdr));
1601         ASSERT(MUTEX_HELD(&dev->l2ad_mtx));
1602
1603         if (HDR_GET_PSIZE(hdr) != 0) {
1604                 trim_map_free(dev->l2ad_vdev, hdr->b_l2hdr.b_daddr,
1605                     HDR_GET_PSIZE(hdr), 0);
1606         }
1607 }
1608
1609 /*
1610  * We use Cityhash for this. It's fast, and has good hash properties without
1611  * requiring any large static buffers.
1612  */
1613 static uint64_t
1614 buf_hash(uint64_t spa, const dva_t *dva, uint64_t birth)
1615 {
1616         return (cityhash4(spa, dva->dva_word[0], dva->dva_word[1], birth));
1617 }
1618
1619 #define HDR_EMPTY(hdr)                                          \
1620         ((hdr)->b_dva.dva_word[0] == 0 &&                       \
1621         (hdr)->b_dva.dva_word[1] == 0)
1622
1623 #define HDR_EQUAL(spa, dva, birth, hdr)                         \
1624         ((hdr)->b_dva.dva_word[0] == (dva)->dva_word[0]) &&     \
1625         ((hdr)->b_dva.dva_word[1] == (dva)->dva_word[1]) &&     \
1626         ((hdr)->b_birth == birth) && ((hdr)->b_spa == spa)
1627
1628 static void
1629 buf_discard_identity(arc_buf_hdr_t *hdr)
1630 {
1631         hdr->b_dva.dva_word[0] = 0;
1632         hdr->b_dva.dva_word[1] = 0;
1633         hdr->b_birth = 0;
1634 }
1635
1636 static arc_buf_hdr_t *
1637 buf_hash_find(uint64_t spa, const blkptr_t *bp, kmutex_t **lockp)
1638 {
1639         const dva_t *dva = BP_IDENTITY(bp);
1640         uint64_t birth = BP_PHYSICAL_BIRTH(bp);
1641         uint64_t idx = BUF_HASH_INDEX(spa, dva, birth);
1642         kmutex_t *hash_lock = BUF_HASH_LOCK(idx);
1643         arc_buf_hdr_t *hdr;
1644
1645         mutex_enter(hash_lock);
1646         for (hdr = buf_hash_table.ht_table[idx]; hdr != NULL;
1647             hdr = hdr->b_hash_next) {
1648                 if (HDR_EQUAL(spa, dva, birth, hdr)) {
1649                         *lockp = hash_lock;
1650                         return (hdr);
1651                 }
1652         }
1653         mutex_exit(hash_lock);
1654         *lockp = NULL;
1655         return (NULL);
1656 }
1657
1658 /*
1659  * Insert an entry into the hash table.  If there is already an element
1660  * equal to elem in the hash table, then the already existing element
1661  * will be returned and the new element will not be inserted.
1662  * Otherwise returns NULL.
1663  * If lockp == NULL, the caller is assumed to already hold the hash lock.
1664  */
1665 static arc_buf_hdr_t *
1666 buf_hash_insert(arc_buf_hdr_t *hdr, kmutex_t **lockp)
1667 {
1668         uint64_t idx = BUF_HASH_INDEX(hdr->b_spa, &hdr->b_dva, hdr->b_birth);
1669         kmutex_t *hash_lock = BUF_HASH_LOCK(idx);
1670         arc_buf_hdr_t *fhdr;
1671         uint32_t i;
1672
1673         ASSERT(!DVA_IS_EMPTY(&hdr->b_dva));
1674         ASSERT(hdr->b_birth != 0);
1675         ASSERT(!HDR_IN_HASH_TABLE(hdr));
1676
1677         if (lockp != NULL) {
1678                 *lockp = hash_lock;
1679                 mutex_enter(hash_lock);
1680         } else {
1681                 ASSERT(MUTEX_HELD(hash_lock));
1682         }
1683
1684         for (fhdr = buf_hash_table.ht_table[idx], i = 0; fhdr != NULL;
1685             fhdr = fhdr->b_hash_next, i++) {
1686                 if (HDR_EQUAL(hdr->b_spa, &hdr->b_dva, hdr->b_birth, fhdr))
1687                         return (fhdr);
1688         }
1689
1690         hdr->b_hash_next = buf_hash_table.ht_table[idx];
1691         buf_hash_table.ht_table[idx] = hdr;
1692         arc_hdr_set_flags(hdr, ARC_FLAG_IN_HASH_TABLE);
1693
1694         /* collect some hash table performance data */
1695         if (i > 0) {
1696                 ARCSTAT_BUMP(arcstat_hash_collisions);
1697                 if (i == 1)
1698                         ARCSTAT_BUMP(arcstat_hash_chains);
1699
1700                 ARCSTAT_MAX(arcstat_hash_chain_max, i);
1701         }
1702
1703         ARCSTAT_BUMP(arcstat_hash_elements);
1704         ARCSTAT_MAXSTAT(arcstat_hash_elements);
1705
1706         return (NULL);
1707 }
1708
1709 static void
1710 buf_hash_remove(arc_buf_hdr_t *hdr)
1711 {
1712         arc_buf_hdr_t *fhdr, **hdrp;
1713         uint64_t idx = BUF_HASH_INDEX(hdr->b_spa, &hdr->b_dva, hdr->b_birth);
1714
1715         ASSERT(MUTEX_HELD(BUF_HASH_LOCK(idx)));
1716         ASSERT(HDR_IN_HASH_TABLE(hdr));
1717
1718         hdrp = &buf_hash_table.ht_table[idx];
1719         while ((fhdr = *hdrp) != hdr) {
1720                 ASSERT3P(fhdr, !=, NULL);
1721                 hdrp = &fhdr->b_hash_next;
1722         }
1723         *hdrp = hdr->b_hash_next;
1724         hdr->b_hash_next = NULL;
1725         arc_hdr_clear_flags(hdr, ARC_FLAG_IN_HASH_TABLE);
1726
1727         /* collect some hash table performance data */
1728         ARCSTAT_BUMPDOWN(arcstat_hash_elements);
1729
1730         if (buf_hash_table.ht_table[idx] &&
1731             buf_hash_table.ht_table[idx]->b_hash_next == NULL)
1732                 ARCSTAT_BUMPDOWN(arcstat_hash_chains);
1733 }
1734
1735 /*
1736  * Global data structures and functions for the buf kmem cache.
1737  */
1738 static kmem_cache_t *hdr_full_cache;
1739 static kmem_cache_t *hdr_l2only_cache;
1740 static kmem_cache_t *buf_cache;
1741
1742 static void
1743 buf_fini(void)
1744 {
1745         int i;
1746
1747         kmem_free(buf_hash_table.ht_table,
1748             (buf_hash_table.ht_mask + 1) * sizeof (void *));
1749         for (i = 0; i < BUF_LOCKS; i++)
1750                 mutex_destroy(&buf_hash_table.ht_locks[i].ht_lock);
1751         kmem_cache_destroy(hdr_full_cache);
1752         kmem_cache_destroy(hdr_l2only_cache);
1753         kmem_cache_destroy(buf_cache);
1754 }
1755
1756 /*
1757  * Constructor callback - called when the cache is empty
1758  * and a new buf is requested.
1759  */
1760 /* ARGSUSED */
1761 static int
1762 hdr_full_cons(void *vbuf, void *unused, int kmflag)
1763 {
1764         arc_buf_hdr_t *hdr = vbuf;
1765
1766         bzero(hdr, HDR_FULL_SIZE);
1767         cv_init(&hdr->b_l1hdr.b_cv, NULL, CV_DEFAULT, NULL);
1768         zfs_refcount_create(&hdr->b_l1hdr.b_refcnt);
1769         mutex_init(&hdr->b_l1hdr.b_freeze_lock, NULL, MUTEX_DEFAULT, NULL);
1770         multilist_link_init(&hdr->b_l1hdr.b_arc_node);
1771         arc_space_consume(HDR_FULL_SIZE, ARC_SPACE_HDRS);
1772
1773         return (0);
1774 }
1775
1776 /* ARGSUSED */
1777 static int
1778 hdr_l2only_cons(void *vbuf, void *unused, int kmflag)
1779 {
1780         arc_buf_hdr_t *hdr = vbuf;
1781
1782         bzero(hdr, HDR_L2ONLY_SIZE);
1783         arc_space_consume(HDR_L2ONLY_SIZE, ARC_SPACE_L2HDRS);
1784
1785         return (0);
1786 }
1787
1788 /* ARGSUSED */
1789 static int
1790 buf_cons(void *vbuf, void *unused, int kmflag)
1791 {
1792         arc_buf_t *buf = vbuf;
1793
1794         bzero(buf, sizeof (arc_buf_t));
1795         mutex_init(&buf->b_evict_lock, NULL, MUTEX_DEFAULT, NULL);
1796         arc_space_consume(sizeof (arc_buf_t), ARC_SPACE_HDRS);
1797
1798         return (0);
1799 }
1800
1801 /*
1802  * Destructor callback - called when a cached buf is
1803  * no longer required.
1804  */
1805 /* ARGSUSED */
1806 static void
1807 hdr_full_dest(void *vbuf, void *unused)
1808 {
1809         arc_buf_hdr_t *hdr = vbuf;
1810
1811         ASSERT(HDR_EMPTY(hdr));
1812         cv_destroy(&hdr->b_l1hdr.b_cv);
1813         zfs_refcount_destroy(&hdr->b_l1hdr.b_refcnt);
1814         mutex_destroy(&hdr->b_l1hdr.b_freeze_lock);
1815         ASSERT(!multilist_link_active(&hdr->b_l1hdr.b_arc_node));
1816         arc_space_return(HDR_FULL_SIZE, ARC_SPACE_HDRS);
1817 }
1818
1819 /* ARGSUSED */
1820 static void
1821 hdr_l2only_dest(void *vbuf, void *unused)
1822 {
1823         arc_buf_hdr_t *hdr = vbuf;
1824
1825         ASSERT(HDR_EMPTY(hdr));
1826         arc_space_return(HDR_L2ONLY_SIZE, ARC_SPACE_L2HDRS);
1827 }
1828
1829 /* ARGSUSED */
1830 static void
1831 buf_dest(void *vbuf, void *unused)
1832 {
1833         arc_buf_t *buf = vbuf;
1834
1835         mutex_destroy(&buf->b_evict_lock);
1836         arc_space_return(sizeof (arc_buf_t), ARC_SPACE_HDRS);
1837 }
1838
1839 /*
1840  * Reclaim callback -- invoked when memory is low.
1841  */
1842 /* ARGSUSED */
1843 static void
1844 hdr_recl(void *unused)
1845 {
1846         dprintf("hdr_recl called\n");
1847         /*
1848          * umem calls the reclaim func when we destroy the buf cache,
1849          * which is after we do arc_fini().
1850          */
1851         if (arc_initialized)
1852                 zthr_wakeup(arc_reap_zthr);
1853 }
1854
1855 static void
1856 buf_init(void)
1857 {
1858         uint64_t *ct;
1859         uint64_t hsize = 1ULL << 12;
1860         int i, j;
1861
1862         /*
1863          * The hash table is big enough to fill all of physical memory
1864          * with an average block size of zfs_arc_average_blocksize (default 8K).
1865          * By default, the table will take up
1866          * totalmem * sizeof(void*) / 8K (1MB per GB with 8-byte pointers).
1867          */
1868         while (hsize * zfs_arc_average_blocksize < (uint64_t)physmem * PAGESIZE)
1869                 hsize <<= 1;
1870 retry:
1871         buf_hash_table.ht_mask = hsize - 1;
1872         buf_hash_table.ht_table =
1873             kmem_zalloc(hsize * sizeof (void*), KM_NOSLEEP);
1874         if (buf_hash_table.ht_table == NULL) {
1875                 ASSERT(hsize > (1ULL << 8));
1876                 hsize >>= 1;
1877                 goto retry;
1878         }
1879
1880         hdr_full_cache = kmem_cache_create("arc_buf_hdr_t_full", HDR_FULL_SIZE,
1881             0, hdr_full_cons, hdr_full_dest, hdr_recl, NULL, NULL, 0);
1882         hdr_l2only_cache = kmem_cache_create("arc_buf_hdr_t_l2only",
1883             HDR_L2ONLY_SIZE, 0, hdr_l2only_cons, hdr_l2only_dest, hdr_recl,
1884             NULL, NULL, 0);
1885         buf_cache = kmem_cache_create("arc_buf_t", sizeof (arc_buf_t),
1886             0, buf_cons, buf_dest, NULL, NULL, NULL, 0);
1887
1888         for (i = 0; i < 256; i++)
1889                 for (ct = zfs_crc64_table + i, *ct = i, j = 8; j > 0; j--)
1890                         *ct = (*ct >> 1) ^ (-(*ct & 1) & ZFS_CRC64_POLY);
1891
1892         for (i = 0; i < BUF_LOCKS; i++) {
1893                 mutex_init(&buf_hash_table.ht_locks[i].ht_lock,
1894                     NULL, MUTEX_DEFAULT, NULL);
1895         }
1896 }
1897
1898 /*
1899  * This is the size that the buf occupies in memory. If the buf is compressed,
1900  * it will correspond to the compressed size. You should use this method of
1901  * getting the buf size unless you explicitly need the logical size.
1902  */
1903 int32_t
1904 arc_buf_size(arc_buf_t *buf)
1905 {
1906         return (ARC_BUF_COMPRESSED(buf) ?
1907             HDR_GET_PSIZE(buf->b_hdr) : HDR_GET_LSIZE(buf->b_hdr));
1908 }
1909
1910 int32_t
1911 arc_buf_lsize(arc_buf_t *buf)
1912 {
1913         return (HDR_GET_LSIZE(buf->b_hdr));
1914 }
1915
1916 enum zio_compress
1917 arc_get_compression(arc_buf_t *buf)
1918 {
1919         return (ARC_BUF_COMPRESSED(buf) ?
1920             HDR_GET_COMPRESS(buf->b_hdr) : ZIO_COMPRESS_OFF);
1921 }
1922
1923 #define ARC_MINTIME     (hz>>4) /* 62 ms */
1924
1925 static inline boolean_t
1926 arc_buf_is_shared(arc_buf_t *buf)
1927 {
1928         boolean_t shared = (buf->b_data != NULL &&
1929             buf->b_hdr->b_l1hdr.b_pabd != NULL &&
1930             abd_is_linear(buf->b_hdr->b_l1hdr.b_pabd) &&
1931             buf->b_data == abd_to_buf(buf->b_hdr->b_l1hdr.b_pabd));
1932         IMPLY(shared, HDR_SHARED_DATA(buf->b_hdr));
1933         IMPLY(shared, ARC_BUF_SHARED(buf));
1934         IMPLY(shared, ARC_BUF_COMPRESSED(buf) || ARC_BUF_LAST(buf));
1935
1936         /*
1937          * It would be nice to assert arc_can_share() too, but the "hdr isn't
1938          * already being shared" requirement prevents us from doing that.
1939          */
1940
1941         return (shared);
1942 }
1943
1944 /*
1945  * Free the checksum associated with this header. If there is no checksum, this
1946  * is a no-op.
1947  */
1948 static inline void
1949 arc_cksum_free(arc_buf_hdr_t *hdr)
1950 {
1951         ASSERT(HDR_HAS_L1HDR(hdr));
1952         mutex_enter(&hdr->b_l1hdr.b_freeze_lock);
1953         if (hdr->b_l1hdr.b_freeze_cksum != NULL) {
1954                 kmem_free(hdr->b_l1hdr.b_freeze_cksum, sizeof (zio_cksum_t));
1955                 hdr->b_l1hdr.b_freeze_cksum = NULL;
1956         }
1957         mutex_exit(&hdr->b_l1hdr.b_freeze_lock);
1958 }
1959
1960 /*
1961  * Return true iff at least one of the bufs on hdr is not compressed.
1962  */
1963 static boolean_t
1964 arc_hdr_has_uncompressed_buf(arc_buf_hdr_t *hdr)
1965 {
1966         for (arc_buf_t *b = hdr->b_l1hdr.b_buf; b != NULL; b = b->b_next) {
1967                 if (!ARC_BUF_COMPRESSED(b)) {
1968                         return (B_TRUE);
1969                 }
1970         }
1971         return (B_FALSE);
1972 }
1973
1974 /*
1975  * If we've turned on the ZFS_DEBUG_MODIFY flag, verify that the buf's data
1976  * matches the checksum that is stored in the hdr. If there is no checksum,
1977  * or if the buf is compressed, this is a no-op.
1978  */
1979 static void
1980 arc_cksum_verify(arc_buf_t *buf)
1981 {
1982         arc_buf_hdr_t *hdr = buf->b_hdr;
1983         zio_cksum_t zc;
1984
1985         if (!(zfs_flags & ZFS_DEBUG_MODIFY))
1986                 return;
1987
1988         if (ARC_BUF_COMPRESSED(buf)) {
1989                 ASSERT(hdr->b_l1hdr.b_freeze_cksum == NULL ||
1990                     arc_hdr_has_uncompressed_buf(hdr));
1991                 return;
1992         }
1993
1994         ASSERT(HDR_HAS_L1HDR(hdr));
1995
1996         mutex_enter(&hdr->b_l1hdr.b_freeze_lock);
1997         if (hdr->b_l1hdr.b_freeze_cksum == NULL || HDR_IO_ERROR(hdr)) {
1998                 mutex_exit(&hdr->b_l1hdr.b_freeze_lock);
1999                 return;
2000         }
2001
2002         fletcher_2_native(buf->b_data, arc_buf_size(buf), NULL, &zc);
2003         if (!ZIO_CHECKSUM_EQUAL(*hdr->b_l1hdr.b_freeze_cksum, zc))
2004                 panic("buffer modified while frozen!");
2005         mutex_exit(&hdr->b_l1hdr.b_freeze_lock);
2006 }
2007
2008 static boolean_t
2009 arc_cksum_is_equal(arc_buf_hdr_t *hdr, zio_t *zio)
2010 {
2011         enum zio_compress compress = BP_GET_COMPRESS(zio->io_bp);
2012         boolean_t valid_cksum;
2013
2014         ASSERT(!BP_IS_EMBEDDED(zio->io_bp));
2015         VERIFY3U(BP_GET_PSIZE(zio->io_bp), ==, HDR_GET_PSIZE(hdr));
2016
2017         /*
2018          * We rely on the blkptr's checksum to determine if the block
2019          * is valid or not. When compressed arc is enabled, the l2arc
2020          * writes the block to the l2arc just as it appears in the pool.
2021          * This allows us to use the blkptr's checksum to validate the
2022          * data that we just read off of the l2arc without having to store
2023          * a separate checksum in the arc_buf_hdr_t. However, if compressed
2024          * arc is disabled, then the data written to the l2arc is always
2025          * uncompressed and won't match the block as it exists in the main
2026          * pool. When this is the case, we must first compress it if it is
2027          * compressed on the main pool before we can validate the checksum.
2028          */
2029         if (!HDR_COMPRESSION_ENABLED(hdr) && compress != ZIO_COMPRESS_OFF) {
2030                 ASSERT3U(HDR_GET_COMPRESS(hdr), ==, ZIO_COMPRESS_OFF);
2031                 uint64_t lsize = HDR_GET_LSIZE(hdr);
2032                 uint64_t csize;
2033
2034                 abd_t *cdata = abd_alloc_linear(HDR_GET_PSIZE(hdr), B_TRUE);
2035                 csize = zio_compress_data(compress, zio->io_abd,
2036                     abd_to_buf(cdata), lsize);
2037
2038                 ASSERT3U(csize, <=, HDR_GET_PSIZE(hdr));
2039                 if (csize < HDR_GET_PSIZE(hdr)) {
2040                         /*
2041                          * Compressed blocks are always a multiple of the
2042                          * smallest ashift in the pool. Ideally, we would
2043                          * like to round up the csize to the next
2044                          * spa_min_ashift but that value may have changed
2045                          * since the block was last written. Instead,
2046                          * we rely on the fact that the hdr's psize
2047                          * was set to the psize of the block when it was
2048                          * last written. We set the csize to that value
2049                          * and zero out any part that should not contain
2050                          * data.
2051                          */
2052                         abd_zero_off(cdata, csize, HDR_GET_PSIZE(hdr) - csize);
2053                         csize = HDR_GET_PSIZE(hdr);
2054                 }
2055                 zio_push_transform(zio, cdata, csize, HDR_GET_PSIZE(hdr), NULL);
2056         }
2057
2058         /*
2059          * Block pointers always store the checksum for the logical data.
2060          * If the block pointer has the gang bit set, then the checksum
2061          * it represents is for the reconstituted data and not for an
2062          * individual gang member. The zio pipeline, however, must be able to
2063          * determine the checksum of each of the gang constituents so it
2064          * treats the checksum comparison differently than what we need
2065          * for l2arc blocks. This prevents us from using the
2066          * zio_checksum_error() interface directly. Instead we must call the
2067          * zio_checksum_error_impl() so that we can ensure the checksum is
2068          * generated using the correct checksum algorithm and accounts for the
2069          * logical I/O size and not just a gang fragment.
2070          */
2071         valid_cksum = (zio_checksum_error_impl(zio->io_spa, zio->io_bp,
2072             BP_GET_CHECKSUM(zio->io_bp), zio->io_abd, zio->io_size,
2073             zio->io_offset, NULL) == 0);
2074         zio_pop_transforms(zio);
2075         return (valid_cksum);
2076 }
2077
2078 /*
2079  * Given a buf full of data, if ZFS_DEBUG_MODIFY is enabled this computes a
2080  * checksum and attaches it to the buf's hdr so that we can ensure that the buf
2081  * isn't modified later on. If buf is compressed or there is already a checksum
2082  * on the hdr, this is a no-op (we only checksum uncompressed bufs).
2083  */
2084 static void
2085 arc_cksum_compute(arc_buf_t *buf)
2086 {
2087         arc_buf_hdr_t *hdr = buf->b_hdr;
2088
2089         if (!(zfs_flags & ZFS_DEBUG_MODIFY))
2090                 return;
2091
2092         ASSERT(HDR_HAS_L1HDR(hdr));
2093
2094         mutex_enter(&buf->b_hdr->b_l1hdr.b_freeze_lock);
2095         if (hdr->b_l1hdr.b_freeze_cksum != NULL) {
2096                 ASSERT(arc_hdr_has_uncompressed_buf(hdr));
2097                 mutex_exit(&hdr->b_l1hdr.b_freeze_lock);
2098                 return;
2099         } else if (ARC_BUF_COMPRESSED(buf)) {
2100                 mutex_exit(&hdr->b_l1hdr.b_freeze_lock);
2101                 return;
2102         }
2103
2104         ASSERT(!ARC_BUF_COMPRESSED(buf));
2105         hdr->b_l1hdr.b_freeze_cksum = kmem_alloc(sizeof (zio_cksum_t),
2106             KM_SLEEP);
2107         fletcher_2_native(buf->b_data, arc_buf_size(buf), NULL,
2108             hdr->b_l1hdr.b_freeze_cksum);
2109         mutex_exit(&hdr->b_l1hdr.b_freeze_lock);
2110 #ifdef illumos
2111         arc_buf_watch(buf);
2112 #endif
2113 }
2114
2115 #ifdef illumos
2116 #ifndef _KERNEL
2117 typedef struct procctl {
2118         long cmd;
2119         prwatch_t prwatch;
2120 } procctl_t;
2121 #endif
2122
2123 /* ARGSUSED */
2124 static void
2125 arc_buf_unwatch(arc_buf_t *buf)
2126 {
2127 #ifndef _KERNEL
2128         if (arc_watch) {
2129                 int result;
2130                 procctl_t ctl;
2131                 ctl.cmd = PCWATCH;
2132                 ctl.prwatch.pr_vaddr = (uintptr_t)buf->b_data;
2133                 ctl.prwatch.pr_size = 0;
2134                 ctl.prwatch.pr_wflags = 0;
2135                 result = write(arc_procfd, &ctl, sizeof (ctl));
2136                 ASSERT3U(result, ==, sizeof (ctl));
2137         }
2138 #endif
2139 }
2140
2141 /* ARGSUSED */
2142 static void
2143 arc_buf_watch(arc_buf_t *buf)
2144 {
2145 #ifndef _KERNEL
2146         if (arc_watch) {
2147                 int result;
2148                 procctl_t ctl;
2149                 ctl.cmd = PCWATCH;
2150                 ctl.prwatch.pr_vaddr = (uintptr_t)buf->b_data;
2151                 ctl.prwatch.pr_size = arc_buf_size(buf);
2152                 ctl.prwatch.pr_wflags = WA_WRITE;
2153                 result = write(arc_procfd, &ctl, sizeof (ctl));
2154                 ASSERT3U(result, ==, sizeof (ctl));
2155         }
2156 #endif
2157 }
2158 #endif /* illumos */
2159
2160 static arc_buf_contents_t
2161 arc_buf_type(arc_buf_hdr_t *hdr)
2162 {
2163         arc_buf_contents_t type;
2164         if (HDR_ISTYPE_METADATA(hdr)) {
2165                 type = ARC_BUFC_METADATA;
2166         } else {
2167                 type = ARC_BUFC_DATA;
2168         }
2169         VERIFY3U(hdr->b_type, ==, type);
2170         return (type);
2171 }
2172
2173 boolean_t
2174 arc_is_metadata(arc_buf_t *buf)
2175 {
2176         return (HDR_ISTYPE_METADATA(buf->b_hdr) != 0);
2177 }
2178
2179 static uint32_t
2180 arc_bufc_to_flags(arc_buf_contents_t type)
2181 {
2182         switch (type) {
2183         case ARC_BUFC_DATA:
2184                 /* metadata field is 0 if buffer contains normal data */
2185                 return (0);
2186         case ARC_BUFC_METADATA:
2187                 return (ARC_FLAG_BUFC_METADATA);
2188         default:
2189                 break;
2190         }
2191         panic("undefined ARC buffer type!");
2192         return ((uint32_t)-1);
2193 }
2194
2195 void
2196 arc_buf_thaw(arc_buf_t *buf)
2197 {
2198         arc_buf_hdr_t *hdr = buf->b_hdr;
2199
2200         ASSERT3P(hdr->b_l1hdr.b_state, ==, arc_anon);
2201         ASSERT(!HDR_IO_IN_PROGRESS(hdr));
2202
2203         arc_cksum_verify(buf);
2204
2205         /*
2206          * Compressed buffers do not manipulate the b_freeze_cksum or
2207          * allocate b_thawed.
2208          */
2209         if (ARC_BUF_COMPRESSED(buf)) {
2210                 ASSERT(hdr->b_l1hdr.b_freeze_cksum == NULL ||
2211                     arc_hdr_has_uncompressed_buf(hdr));
2212                 return;
2213         }
2214
2215         ASSERT(HDR_HAS_L1HDR(hdr));
2216         arc_cksum_free(hdr);
2217
2218         mutex_enter(&hdr->b_l1hdr.b_freeze_lock);
2219 #ifdef ZFS_DEBUG
2220         if (zfs_flags & ZFS_DEBUG_MODIFY) {
2221                 if (hdr->b_l1hdr.b_thawed != NULL)
2222                         kmem_free(hdr->b_l1hdr.b_thawed, 1);
2223                 hdr->b_l1hdr.b_thawed = kmem_alloc(1, KM_SLEEP);
2224         }
2225 #endif
2226
2227         mutex_exit(&hdr->b_l1hdr.b_freeze_lock);
2228
2229 #ifdef illumos
2230         arc_buf_unwatch(buf);
2231 #endif
2232 }
2233
2234 void
2235 arc_buf_freeze(arc_buf_t *buf)
2236 {
2237         arc_buf_hdr_t *hdr = buf->b_hdr;
2238         kmutex_t *hash_lock;
2239
2240         if (!(zfs_flags & ZFS_DEBUG_MODIFY))
2241                 return;
2242
2243         if (ARC_BUF_COMPRESSED(buf)) {
2244                 ASSERT(hdr->b_l1hdr.b_freeze_cksum == NULL ||
2245                     arc_hdr_has_uncompressed_buf(hdr));
2246                 return;
2247         }
2248
2249         hash_lock = HDR_LOCK(hdr);
2250         mutex_enter(hash_lock);
2251
2252         ASSERT(HDR_HAS_L1HDR(hdr));
2253         ASSERT(hdr->b_l1hdr.b_freeze_cksum != NULL ||
2254             hdr->b_l1hdr.b_state == arc_anon);
2255         arc_cksum_compute(buf);
2256         mutex_exit(hash_lock);
2257 }
2258
2259 /*
2260  * The arc_buf_hdr_t's b_flags should never be modified directly. Instead,
2261  * the following functions should be used to ensure that the flags are
2262  * updated in a thread-safe way. When manipulating the flags either
2263  * the hash_lock must be held or the hdr must be undiscoverable. This
2264  * ensures that we're not racing with any other threads when updating
2265  * the flags.
2266  */
2267 static inline void
2268 arc_hdr_set_flags(arc_buf_hdr_t *hdr, arc_flags_t flags)
2269 {
2270         ASSERT(MUTEX_HELD(HDR_LOCK(hdr)) || HDR_EMPTY(hdr));
2271         hdr->b_flags |= flags;
2272 }
2273
2274 static inline void
2275 arc_hdr_clear_flags(arc_buf_hdr_t *hdr, arc_flags_t flags)
2276 {
2277         ASSERT(MUTEX_HELD(HDR_LOCK(hdr)) || HDR_EMPTY(hdr));
2278         hdr->b_flags &= ~flags;
2279 }
2280
2281 /*
2282  * Setting the compression bits in the arc_buf_hdr_t's b_flags is
2283  * done in a special way since we have to clear and set bits
2284  * at the same time. Consumers that wish to set the compression bits
2285  * must use this function to ensure that the flags are updated in
2286  * thread-safe manner.
2287  */
2288 static void
2289 arc_hdr_set_compress(arc_buf_hdr_t *hdr, enum zio_compress cmp)
2290 {
2291         ASSERT(MUTEX_HELD(HDR_LOCK(hdr)) || HDR_EMPTY(hdr));
2292
2293         /*
2294          * Holes and embedded blocks will always have a psize = 0 so
2295          * we ignore the compression of the blkptr and set the
2296          * arc_buf_hdr_t's compression to ZIO_COMPRESS_OFF.
2297          * Holes and embedded blocks remain anonymous so we don't
2298          * want to uncompress them. Mark them as uncompressed.
2299          */
2300         if (!zfs_compressed_arc_enabled || HDR_GET_PSIZE(hdr) == 0) {
2301                 arc_hdr_clear_flags(hdr, ARC_FLAG_COMPRESSED_ARC);
2302                 HDR_SET_COMPRESS(hdr, ZIO_COMPRESS_OFF);
2303                 ASSERT(!HDR_COMPRESSION_ENABLED(hdr));
2304                 ASSERT3U(HDR_GET_COMPRESS(hdr), ==, ZIO_COMPRESS_OFF);
2305         } else {
2306                 arc_hdr_set_flags(hdr, ARC_FLAG_COMPRESSED_ARC);
2307                 HDR_SET_COMPRESS(hdr, cmp);
2308                 ASSERT3U(HDR_GET_COMPRESS(hdr), ==, cmp);
2309                 ASSERT(HDR_COMPRESSION_ENABLED(hdr));
2310         }
2311 }
2312
2313 /*
2314  * Looks for another buf on the same hdr which has the data decompressed, copies
2315  * from it, and returns true. If no such buf exists, returns false.
2316  */
2317 static boolean_t
2318 arc_buf_try_copy_decompressed_data(arc_buf_t *buf)
2319 {
2320         arc_buf_hdr_t *hdr = buf->b_hdr;
2321         boolean_t copied = B_FALSE;
2322
2323         ASSERT(HDR_HAS_L1HDR(hdr));
2324         ASSERT3P(buf->b_data, !=, NULL);
2325         ASSERT(!ARC_BUF_COMPRESSED(buf));
2326
2327         for (arc_buf_t *from = hdr->b_l1hdr.b_buf; from != NULL;
2328             from = from->b_next) {
2329                 /* can't use our own data buffer */
2330                 if (from == buf) {
2331                         continue;
2332                 }
2333
2334                 if (!ARC_BUF_COMPRESSED(from)) {
2335                         bcopy(from->b_data, buf->b_data, arc_buf_size(buf));
2336                         copied = B_TRUE;
2337                         break;
2338                 }
2339         }
2340
2341         /*
2342          * There were no decompressed bufs, so there should not be a
2343          * checksum on the hdr either.
2344          */
2345         EQUIV(!copied, hdr->b_l1hdr.b_freeze_cksum == NULL);
2346
2347         return (copied);
2348 }
2349
2350 /*
2351  * Given a buf that has a data buffer attached to it, this function will
2352  * efficiently fill the buf with data of the specified compression setting from
2353  * the hdr and update the hdr's b_freeze_cksum if necessary. If the buf and hdr
2354  * are already sharing a data buf, no copy is performed.
2355  *
2356  * If the buf is marked as compressed but uncompressed data was requested, this
2357  * will allocate a new data buffer for the buf, remove that flag, and fill the
2358  * buf with uncompressed data. You can't request a compressed buf on a hdr with
2359  * uncompressed data, and (since we haven't added support for it yet) if you
2360  * want compressed data your buf must already be marked as compressed and have
2361  * the correct-sized data buffer.
2362  */
2363 static int
2364 arc_buf_fill(arc_buf_t *buf, boolean_t compressed)
2365 {
2366         arc_buf_hdr_t *hdr = buf->b_hdr;
2367         boolean_t hdr_compressed = (HDR_GET_COMPRESS(hdr) != ZIO_COMPRESS_OFF);
2368         dmu_object_byteswap_t bswap = hdr->b_l1hdr.b_byteswap;
2369
2370         ASSERT3P(buf->b_data, !=, NULL);
2371         IMPLY(compressed, hdr_compressed);
2372         IMPLY(compressed, ARC_BUF_COMPRESSED(buf));
2373
2374         if (hdr_compressed == compressed) {
2375                 if (!arc_buf_is_shared(buf)) {
2376                         abd_copy_to_buf(buf->b_data, hdr->b_l1hdr.b_pabd,
2377                             arc_buf_size(buf));
2378                 }
2379         } else {
2380                 ASSERT(hdr_compressed);
2381                 ASSERT(!compressed);
2382                 ASSERT3U(HDR_GET_LSIZE(hdr), !=, HDR_GET_PSIZE(hdr));
2383
2384                 /*
2385                  * If the buf is sharing its data with the hdr, unlink it and
2386                  * allocate a new data buffer for the buf.
2387                  */
2388                 if (arc_buf_is_shared(buf)) {
2389                         ASSERT(ARC_BUF_COMPRESSED(buf));
2390
2391                         /* We need to give the buf it's own b_data */
2392                         buf->b_flags &= ~ARC_BUF_FLAG_SHARED;
2393                         buf->b_data =
2394                             arc_get_data_buf(hdr, HDR_GET_LSIZE(hdr), buf);
2395                         arc_hdr_clear_flags(hdr, ARC_FLAG_SHARED_DATA);
2396
2397                         /* Previously overhead was 0; just add new overhead */
2398                         ARCSTAT_INCR(arcstat_overhead_size, HDR_GET_LSIZE(hdr));
2399                 } else if (ARC_BUF_COMPRESSED(buf)) {
2400                         /* We need to reallocate the buf's b_data */
2401                         arc_free_data_buf(hdr, buf->b_data, HDR_GET_PSIZE(hdr),
2402                             buf);
2403                         buf->b_data =
2404                             arc_get_data_buf(hdr, HDR_GET_LSIZE(hdr), buf);
2405
2406                         /* We increased the size of b_data; update overhead */
2407                         ARCSTAT_INCR(arcstat_overhead_size,
2408                             HDR_GET_LSIZE(hdr) - HDR_GET_PSIZE(hdr));
2409                 }
2410
2411                 /*
2412                  * Regardless of the buf's previous compression settings, it
2413                  * should not be compressed at the end of this function.
2414                  */
2415                 buf->b_flags &= ~ARC_BUF_FLAG_COMPRESSED;
2416
2417                 /*
2418                  * Try copying the data from another buf which already has a
2419                  * decompressed version. If that's not possible, it's time to
2420                  * bite the bullet and decompress the data from the hdr.
2421                  */
2422                 if (arc_buf_try_copy_decompressed_data(buf)) {
2423                         /* Skip byteswapping and checksumming (already done) */
2424                         ASSERT3P(hdr->b_l1hdr.b_freeze_cksum, !=, NULL);
2425                         return (0);
2426                 } else {
2427                         int error = zio_decompress_data(HDR_GET_COMPRESS(hdr),
2428                             hdr->b_l1hdr.b_pabd, buf->b_data,
2429                             HDR_GET_PSIZE(hdr), HDR_GET_LSIZE(hdr));
2430
2431                         /*
2432                          * Absent hardware errors or software bugs, this should
2433                          * be impossible, but log it anyway so we can debug it.
2434                          */
2435                         if (error != 0) {
2436                                 zfs_dbgmsg(
2437                                     "hdr %p, compress %d, psize %d, lsize %d",
2438                                     hdr, HDR_GET_COMPRESS(hdr),
2439                                     HDR_GET_PSIZE(hdr), HDR_GET_LSIZE(hdr));
2440                                 return (SET_ERROR(EIO));
2441                         }
2442                 }
2443         }
2444
2445         /* Byteswap the buf's data if necessary */
2446         if (bswap != DMU_BSWAP_NUMFUNCS) {
2447                 ASSERT(!HDR_SHARED_DATA(hdr));
2448                 ASSERT3U(bswap, <, DMU_BSWAP_NUMFUNCS);
2449                 dmu_ot_byteswap[bswap].ob_func(buf->b_data, HDR_GET_LSIZE(hdr));
2450         }
2451
2452         /* Compute the hdr's checksum if necessary */
2453         arc_cksum_compute(buf);
2454
2455         return (0);
2456 }
2457
2458 int
2459 arc_decompress(arc_buf_t *buf)
2460 {
2461         return (arc_buf_fill(buf, B_FALSE));
2462 }
2463
2464 /*
2465  * Return the size of the block, b_pabd, that is stored in the arc_buf_hdr_t.
2466  */
2467 static uint64_t
2468 arc_hdr_size(arc_buf_hdr_t *hdr)
2469 {
2470         uint64_t size;
2471
2472         if (HDR_GET_COMPRESS(hdr) != ZIO_COMPRESS_OFF &&
2473             HDR_GET_PSIZE(hdr) > 0) {
2474                 size = HDR_GET_PSIZE(hdr);
2475         } else {
2476                 ASSERT3U(HDR_GET_LSIZE(hdr), !=, 0);
2477                 size = HDR_GET_LSIZE(hdr);
2478         }
2479         return (size);
2480 }
2481
2482 /*
2483  * Increment the amount of evictable space in the arc_state_t's refcount.
2484  * We account for the space used by the hdr and the arc buf individually
2485  * so that we can add and remove them from the refcount individually.
2486  */
2487 static void
2488 arc_evictable_space_increment(arc_buf_hdr_t *hdr, arc_state_t *state)
2489 {
2490         arc_buf_contents_t type = arc_buf_type(hdr);
2491
2492         ASSERT(HDR_HAS_L1HDR(hdr));
2493
2494         if (GHOST_STATE(state)) {
2495                 ASSERT0(hdr->b_l1hdr.b_bufcnt);
2496                 ASSERT3P(hdr->b_l1hdr.b_buf, ==, NULL);
2497                 ASSERT3P(hdr->b_l1hdr.b_pabd, ==, NULL);
2498                 (void) zfs_refcount_add_many(&state->arcs_esize[type],
2499                     HDR_GET_LSIZE(hdr), hdr);
2500                 return;
2501         }
2502
2503         ASSERT(!GHOST_STATE(state));
2504         if (hdr->b_l1hdr.b_pabd != NULL) {
2505                 (void) zfs_refcount_add_many(&state->arcs_esize[type],
2506                     arc_hdr_size(hdr), hdr);
2507         }
2508         for (arc_buf_t *buf = hdr->b_l1hdr.b_buf; buf != NULL;
2509             buf = buf->b_next) {
2510                 if (arc_buf_is_shared(buf))
2511                         continue;
2512                 (void) zfs_refcount_add_many(&state->arcs_esize[type],
2513                     arc_buf_size(buf), buf);
2514         }
2515 }
2516
2517 /*
2518  * Decrement the amount of evictable space in the arc_state_t's refcount.
2519  * We account for the space used by the hdr and the arc buf individually
2520  * so that we can add and remove them from the refcount individually.
2521  */
2522 static void
2523 arc_evictable_space_decrement(arc_buf_hdr_t *hdr, arc_state_t *state)
2524 {
2525         arc_buf_contents_t type = arc_buf_type(hdr);
2526
2527         ASSERT(HDR_HAS_L1HDR(hdr));
2528
2529         if (GHOST_STATE(state)) {
2530                 ASSERT0(hdr->b_l1hdr.b_bufcnt);
2531                 ASSERT3P(hdr->b_l1hdr.b_buf, ==, NULL);
2532                 ASSERT3P(hdr->b_l1hdr.b_pabd, ==, NULL);
2533                 (void) zfs_refcount_remove_many(&state->arcs_esize[type],
2534                     HDR_GET_LSIZE(hdr), hdr);
2535                 return;
2536         }
2537
2538         ASSERT(!GHOST_STATE(state));
2539         if (hdr->b_l1hdr.b_pabd != NULL) {
2540                 (void) zfs_refcount_remove_many(&state->arcs_esize[type],
2541                     arc_hdr_size(hdr), hdr);
2542         }
2543         for (arc_buf_t *buf = hdr->b_l1hdr.b_buf; buf != NULL;
2544             buf = buf->b_next) {
2545                 if (arc_buf_is_shared(buf))
2546                         continue;
2547                 (void) zfs_refcount_remove_many(&state->arcs_esize[type],
2548                     arc_buf_size(buf), buf);
2549         }
2550 }
2551
2552 /*
2553  * Add a reference to this hdr indicating that someone is actively
2554  * referencing that memory. When the refcount transitions from 0 to 1,
2555  * we remove it from the respective arc_state_t list to indicate that
2556  * it is not evictable.
2557  */
2558 static void
2559 add_reference(arc_buf_hdr_t *hdr, void *tag)
2560 {
2561         ASSERT(HDR_HAS_L1HDR(hdr));
2562         if (!MUTEX_HELD(HDR_LOCK(hdr))) {
2563                 ASSERT(hdr->b_l1hdr.b_state == arc_anon);
2564                 ASSERT(zfs_refcount_is_zero(&hdr->b_l1hdr.b_refcnt));
2565                 ASSERT3P(hdr->b_l1hdr.b_buf, ==, NULL);
2566         }
2567
2568         arc_state_t *state = hdr->b_l1hdr.b_state;
2569
2570         if ((zfs_refcount_add(&hdr->b_l1hdr.b_refcnt, tag) == 1) &&
2571             (state != arc_anon)) {
2572                 /* We don't use the L2-only state list. */
2573                 if (state != arc_l2c_only) {
2574                         multilist_remove(state->arcs_list[arc_buf_type(hdr)],
2575                             hdr);
2576                         arc_evictable_space_decrement(hdr, state);
2577                 }
2578                 /* remove the prefetch flag if we get a reference */
2579                 arc_hdr_clear_flags(hdr, ARC_FLAG_PREFETCH);
2580         }
2581 }
2582
2583 /*
2584  * Remove a reference from this hdr. When the reference transitions from
2585  * 1 to 0 and we're not anonymous, then we add this hdr to the arc_state_t's
2586  * list making it eligible for eviction.
2587  */
2588 static int
2589 remove_reference(arc_buf_hdr_t *hdr, kmutex_t *hash_lock, void *tag)
2590 {
2591         int cnt;
2592         arc_state_t *state = hdr->b_l1hdr.b_state;
2593
2594         ASSERT(HDR_HAS_L1HDR(hdr));
2595         ASSERT(state == arc_anon || MUTEX_HELD(hash_lock));
2596         ASSERT(!GHOST_STATE(state));
2597
2598         /*
2599          * arc_l2c_only counts as a ghost state so we don't need to explicitly
2600          * check to prevent usage of the arc_l2c_only list.
2601          */
2602         if (((cnt = zfs_refcount_remove(&hdr->b_l1hdr.b_refcnt, tag)) == 0) &&
2603             (state != arc_anon)) {
2604                 multilist_insert(state->arcs_list[arc_buf_type(hdr)], hdr);
2605                 ASSERT3U(hdr->b_l1hdr.b_bufcnt, >, 0);
2606                 arc_evictable_space_increment(hdr, state);
2607         }
2608         return (cnt);
2609 }
2610
2611 /*
2612  * Returns detailed information about a specific arc buffer.  When the
2613  * state_index argument is set the function will calculate the arc header
2614  * list position for its arc state.  Since this requires a linear traversal
2615  * callers are strongly encourage not to do this.  However, it can be helpful
2616  * for targeted analysis so the functionality is provided.
2617  */
2618 void
2619 arc_buf_info(arc_buf_t *ab, arc_buf_info_t *abi, int state_index)
2620 {
2621         arc_buf_hdr_t *hdr = ab->b_hdr;
2622         l1arc_buf_hdr_t *l1hdr = NULL;
2623         l2arc_buf_hdr_t *l2hdr = NULL;
2624         arc_state_t *state = NULL;
2625
2626         memset(abi, 0, sizeof (arc_buf_info_t));
2627
2628         if (hdr == NULL)
2629                 return;
2630
2631         abi->abi_flags = hdr->b_flags;
2632
2633         if (HDR_HAS_L1HDR(hdr)) {
2634                 l1hdr = &hdr->b_l1hdr;
2635                 state = l1hdr->b_state;
2636         }
2637         if (HDR_HAS_L2HDR(hdr))
2638                 l2hdr = &hdr->b_l2hdr;
2639
2640         if (l1hdr) {
2641                 abi->abi_bufcnt = l1hdr->b_bufcnt;
2642                 abi->abi_access = l1hdr->b_arc_access;
2643                 abi->abi_mru_hits = l1hdr->b_mru_hits;
2644                 abi->abi_mru_ghost_hits = l1hdr->b_mru_ghost_hits;
2645                 abi->abi_mfu_hits = l1hdr->b_mfu_hits;
2646                 abi->abi_mfu_ghost_hits = l1hdr->b_mfu_ghost_hits;
2647                 abi->abi_holds = zfs_refcount_count(&l1hdr->b_refcnt);
2648         }
2649
2650         if (l2hdr) {
2651                 abi->abi_l2arc_dattr = l2hdr->b_daddr;
2652                 abi->abi_l2arc_hits = l2hdr->b_hits;
2653         }
2654
2655         abi->abi_state_type = state ? state->arcs_state : ARC_STATE_ANON;
2656         abi->abi_state_contents = arc_buf_type(hdr);
2657         abi->abi_size = arc_hdr_size(hdr);
2658 }
2659
2660 /*
2661  * Move the supplied buffer to the indicated state. The hash lock
2662  * for the buffer must be held by the caller.
2663  */
2664 static void
2665 arc_change_state(arc_state_t *new_state, arc_buf_hdr_t *hdr,
2666     kmutex_t *hash_lock)
2667 {
2668         arc_state_t *old_state;
2669         int64_t refcnt;
2670         uint32_t bufcnt;
2671         boolean_t update_old, update_new;
2672         arc_buf_contents_t buftype = arc_buf_type(hdr);
2673
2674         /*
2675          * We almost always have an L1 hdr here, since we call arc_hdr_realloc()
2676          * in arc_read() when bringing a buffer out of the L2ARC.  However, the
2677          * L1 hdr doesn't always exist when we change state to arc_anon before
2678          * destroying a header, in which case reallocating to add the L1 hdr is
2679          * pointless.
2680          */
2681         if (HDR_HAS_L1HDR(hdr)) {
2682                 old_state = hdr->b_l1hdr.b_state;
2683                 refcnt = zfs_refcount_count(&hdr->b_l1hdr.b_refcnt);
2684                 bufcnt = hdr->b_l1hdr.b_bufcnt;
2685                 update_old = (bufcnt > 0 || hdr->b_l1hdr.b_pabd != NULL);
2686         } else {
2687                 old_state = arc_l2c_only;
2688                 refcnt = 0;
2689                 bufcnt = 0;
2690                 update_old = B_FALSE;
2691         }
2692         update_new = update_old;
2693
2694         ASSERT(MUTEX_HELD(hash_lock));
2695         ASSERT3P(new_state, !=, old_state);
2696         ASSERT(!GHOST_STATE(new_state) || bufcnt == 0);
2697         ASSERT(old_state != arc_anon || bufcnt <= 1);
2698
2699         /*
2700          * If this buffer is evictable, transfer it from the
2701          * old state list to the new state list.
2702          */
2703         if (refcnt == 0) {
2704                 if (old_state != arc_anon && old_state != arc_l2c_only) {
2705                         ASSERT(HDR_HAS_L1HDR(hdr));
2706                         multilist_remove(old_state->arcs_list[buftype], hdr);
2707
2708                         if (GHOST_STATE(old_state)) {
2709                                 ASSERT0(bufcnt);
2710                                 ASSERT3P(hdr->b_l1hdr.b_buf, ==, NULL);
2711                                 update_old = B_TRUE;
2712                         }
2713                         arc_evictable_space_decrement(hdr, old_state);
2714                 }
2715                 if (new_state != arc_anon && new_state != arc_l2c_only) {
2716
2717                         /*
2718                          * An L1 header always exists here, since if we're
2719                          * moving to some L1-cached state (i.e. not l2c_only or
2720                          * anonymous), we realloc the header to add an L1hdr
2721                          * beforehand.
2722                          */
2723                         ASSERT(HDR_HAS_L1HDR(hdr));
2724                         multilist_insert(new_state->arcs_list[buftype], hdr);
2725
2726                         if (GHOST_STATE(new_state)) {
2727                                 ASSERT0(bufcnt);
2728                                 ASSERT3P(hdr->b_l1hdr.b_buf, ==, NULL);
2729                                 update_new = B_TRUE;
2730                         }
2731                         arc_evictable_space_increment(hdr, new_state);
2732                 }
2733         }
2734
2735         ASSERT(!HDR_EMPTY(hdr));
2736         if (new_state == arc_anon && HDR_IN_HASH_TABLE(hdr))
2737                 buf_hash_remove(hdr);
2738
2739         /* adjust state sizes (ignore arc_l2c_only) */
2740
2741         if (update_new && new_state != arc_l2c_only) {
2742                 ASSERT(HDR_HAS_L1HDR(hdr));
2743                 if (GHOST_STATE(new_state)) {
2744                         ASSERT0(bufcnt);
2745
2746                         /*
2747                          * When moving a header to a ghost state, we first
2748                          * remove all arc buffers. Thus, we'll have a
2749                          * bufcnt of zero, and no arc buffer to use for
2750                          * the reference. As a result, we use the arc
2751                          * header pointer for the reference.
2752                          */
2753                         (void) zfs_refcount_add_many(&new_state->arcs_size,
2754                             HDR_GET_LSIZE(hdr), hdr);
2755                         ASSERT3P(hdr->b_l1hdr.b_pabd, ==, NULL);
2756                 } else {
2757                         uint32_t buffers = 0;
2758
2759                         /*
2760                          * Each individual buffer holds a unique reference,
2761                          * thus we must remove each of these references one
2762                          * at a time.
2763                          */
2764                         for (arc_buf_t *buf = hdr->b_l1hdr.b_buf; buf != NULL;
2765                             buf = buf->b_next) {
2766                                 ASSERT3U(bufcnt, !=, 0);
2767                                 buffers++;
2768
2769                                 /*
2770                                  * When the arc_buf_t is sharing the data
2771                                  * block with the hdr, the owner of the
2772                                  * reference belongs to the hdr. Only
2773                                  * add to the refcount if the arc_buf_t is
2774                                  * not shared.
2775                                  */
2776                                 if (arc_buf_is_shared(buf))
2777                                         continue;
2778
2779                                 (void) zfs_refcount_add_many(
2780                                     &new_state->arcs_size,
2781                                     arc_buf_size(buf), buf);
2782                         }
2783                         ASSERT3U(bufcnt, ==, buffers);
2784
2785                         if (hdr->b_l1hdr.b_pabd != NULL) {
2786                                 (void) zfs_refcount_add_many(
2787                                     &new_state->arcs_size,
2788                                     arc_hdr_size(hdr), hdr);
2789                         } else {
2790                                 ASSERT(GHOST_STATE(old_state));
2791                         }
2792                 }
2793         }
2794
2795         if (update_old && old_state != arc_l2c_only) {
2796                 ASSERT(HDR_HAS_L1HDR(hdr));
2797                 if (GHOST_STATE(old_state)) {
2798                         ASSERT0(bufcnt);
2799                         ASSERT3P(hdr->b_l1hdr.b_pabd, ==, NULL);
2800
2801                         /*
2802                          * When moving a header off of a ghost state,
2803                          * the header will not contain any arc buffers.
2804                          * We use the arc header pointer for the reference
2805                          * which is exactly what we did when we put the
2806                          * header on the ghost state.
2807                          */
2808
2809                         (void) zfs_refcount_remove_many(&old_state->arcs_size,
2810                             HDR_GET_LSIZE(hdr), hdr);
2811                 } else {
2812                         uint32_t buffers = 0;
2813
2814                         /*
2815                          * Each individual buffer holds a unique reference,
2816                          * thus we must remove each of these references one
2817                          * at a time.
2818                          */
2819                         for (arc_buf_t *buf = hdr->b_l1hdr.b_buf; buf != NULL;
2820                             buf = buf->b_next) {
2821                                 ASSERT3U(bufcnt, !=, 0);
2822                                 buffers++;
2823
2824                                 /*
2825                                  * When the arc_buf_t is sharing the data
2826                                  * block with the hdr, the owner of the
2827                                  * reference belongs to the hdr. Only
2828                                  * add to the refcount if the arc_buf_t is
2829                                  * not shared.
2830                                  */
2831                                 if (arc_buf_is_shared(buf))
2832                                         continue;
2833
2834                                 (void) zfs_refcount_remove_many(
2835                                     &old_state->arcs_size, arc_buf_size(buf),
2836                                     buf);
2837                         }
2838                         ASSERT3U(bufcnt, ==, buffers);
2839                         ASSERT3P(hdr->b_l1hdr.b_pabd, !=, NULL);
2840                         (void) zfs_refcount_remove_many(
2841                             &old_state->arcs_size, arc_hdr_size(hdr), hdr);
2842                 }
2843         }
2844
2845         if (HDR_HAS_L1HDR(hdr))
2846                 hdr->b_l1hdr.b_state = new_state;
2847
2848         /*
2849          * L2 headers should never be on the L2 state list since they don't
2850          * have L1 headers allocated.
2851          */
2852         ASSERT(multilist_is_empty(arc_l2c_only->arcs_list[ARC_BUFC_DATA]) &&
2853             multilist_is_empty(arc_l2c_only->arcs_list[ARC_BUFC_METADATA]));
2854 }
2855
2856 void
2857 arc_space_consume(uint64_t space, arc_space_type_t type)
2858 {
2859         ASSERT(type >= 0 && type < ARC_SPACE_NUMTYPES);
2860
2861         switch (type) {
2862         case ARC_SPACE_DATA:
2863                 aggsum_add(&astat_data_size, space);
2864                 break;
2865         case ARC_SPACE_META:
2866                 aggsum_add(&astat_metadata_size, space);
2867                 break;
2868         case ARC_SPACE_BONUS:
2869                 aggsum_add(&astat_bonus_size, space);
2870                 break;
2871         case ARC_SPACE_DNODE:
2872                 aggsum_add(&astat_dnode_size, space);
2873                 break;
2874         case ARC_SPACE_DBUF:
2875                 aggsum_add(&astat_dbuf_size, space);
2876                 break;
2877         case ARC_SPACE_HDRS:
2878                 aggsum_add(&astat_hdr_size, space);
2879                 break;
2880         case ARC_SPACE_L2HDRS:
2881                 aggsum_add(&astat_l2_hdr_size, space);
2882                 break;
2883         }
2884
2885         if (type != ARC_SPACE_DATA)
2886                 aggsum_add(&arc_meta_used, space);
2887
2888         aggsum_add(&arc_size, space);
2889 }
2890
2891 void
2892 arc_space_return(uint64_t space, arc_space_type_t type)
2893 {
2894         ASSERT(type >= 0 && type < ARC_SPACE_NUMTYPES);
2895
2896         switch (type) {
2897         case ARC_SPACE_DATA:
2898                 aggsum_add(&astat_data_size, -space);
2899                 break;
2900         case ARC_SPACE_META:
2901                 aggsum_add(&astat_metadata_size, -space);
2902                 break;
2903         case ARC_SPACE_BONUS:
2904                 aggsum_add(&astat_bonus_size, -space);
2905                 break;
2906         case ARC_SPACE_DNODE:
2907                 aggsum_add(&astat_dnode_size, -space);
2908                 break;
2909         case ARC_SPACE_DBUF:
2910                 aggsum_add(&astat_dbuf_size, -space);
2911                 break;
2912         case ARC_SPACE_HDRS:
2913                 aggsum_add(&astat_hdr_size, -space);
2914                 break;
2915         case ARC_SPACE_L2HDRS:
2916                 aggsum_add(&astat_l2_hdr_size, -space);
2917                 break;
2918         }
2919
2920         if (type != ARC_SPACE_DATA) {
2921                 ASSERT(aggsum_compare(&arc_meta_used, space) >= 0);
2922                 /*
2923                  * We use the upper bound here rather than the precise value
2924                  * because the arc_meta_max value doesn't need to be
2925                  * precise. It's only consumed by humans via arcstats.
2926                  */
2927                 if (arc_meta_max < aggsum_upper_bound(&arc_meta_used))
2928                         arc_meta_max = aggsum_upper_bound(&arc_meta_used);
2929                 aggsum_add(&arc_meta_used, -space);
2930         }
2931
2932         ASSERT(aggsum_compare(&arc_size, space) >= 0);
2933         aggsum_add(&arc_size, -space);
2934 }
2935
2936 /*
2937  * Given a hdr and a buf, returns whether that buf can share its b_data buffer
2938  * with the hdr's b_pabd.
2939  */
2940 static boolean_t
2941 arc_can_share(arc_buf_hdr_t *hdr, arc_buf_t *buf)
2942 {
2943         /*
2944          * The criteria for sharing a hdr's data are:
2945          * 1. the hdr's compression matches the buf's compression
2946          * 2. the hdr doesn't need to be byteswapped
2947          * 3. the hdr isn't already being shared
2948          * 4. the buf is either compressed or it is the last buf in the hdr list
2949          *
2950          * Criterion #4 maintains the invariant that shared uncompressed
2951          * bufs must be the final buf in the hdr's b_buf list. Reading this, you
2952          * might ask, "if a compressed buf is allocated first, won't that be the
2953          * last thing in the list?", but in that case it's impossible to create
2954          * a shared uncompressed buf anyway (because the hdr must be compressed
2955          * to have the compressed buf). You might also think that #3 is
2956          * sufficient to make this guarantee, however it's possible
2957          * (specifically in the rare L2ARC write race mentioned in
2958          * arc_buf_alloc_impl()) there will be an existing uncompressed buf that
2959          * is sharable, but wasn't at the time of its allocation. Rather than
2960          * allow a new shared uncompressed buf to be created and then shuffle
2961          * the list around to make it the last element, this simply disallows
2962          * sharing if the new buf isn't the first to be added.
2963          */
2964         ASSERT3P(buf->b_hdr, ==, hdr);
2965         boolean_t hdr_compressed = HDR_GET_COMPRESS(hdr) != ZIO_COMPRESS_OFF;
2966         boolean_t buf_compressed = ARC_BUF_COMPRESSED(buf) != 0;
2967         return (buf_compressed == hdr_compressed &&
2968             hdr->b_l1hdr.b_byteswap == DMU_BSWAP_NUMFUNCS &&
2969             !HDR_SHARED_DATA(hdr) &&
2970             (ARC_BUF_LAST(buf) || ARC_BUF_COMPRESSED(buf)));
2971 }
2972
2973 /*
2974  * Allocate a buf for this hdr. If you care about the data that's in the hdr,
2975  * or if you want a compressed buffer, pass those flags in. Returns 0 if the
2976  * copy was made successfully, or an error code otherwise.
2977  */
2978 static int
2979 arc_buf_alloc_impl(arc_buf_hdr_t *hdr, void *tag, boolean_t compressed,
2980     boolean_t fill, arc_buf_t **ret)
2981 {
2982         arc_buf_t *buf;
2983
2984         ASSERT(HDR_HAS_L1HDR(hdr));
2985         ASSERT3U(HDR_GET_LSIZE(hdr), >, 0);
2986         VERIFY(hdr->b_type == ARC_BUFC_DATA ||
2987             hdr->b_type == ARC_BUFC_METADATA);
2988         ASSERT3P(ret, !=, NULL);
2989         ASSERT3P(*ret, ==, NULL);
2990
2991         buf = *ret = kmem_cache_alloc(buf_cache, KM_PUSHPAGE);
2992         buf->b_hdr = hdr;
2993         buf->b_data = NULL;
2994         buf->b_next = hdr->b_l1hdr.b_buf;
2995         buf->b_flags = 0;
2996
2997         add_reference(hdr, tag);
2998
2999         /*
3000          * We're about to change the hdr's b_flags. We must either
3001          * hold the hash_lock or be undiscoverable.
3002          */
3003         ASSERT(MUTEX_HELD(HDR_LOCK(hdr)) || HDR_EMPTY(hdr));
3004
3005         /*
3006          * Only honor requests for compressed bufs if the hdr is actually
3007          * compressed.
3008          */
3009         if (compressed && HDR_GET_COMPRESS(hdr) != ZIO_COMPRESS_OFF)
3010                 buf->b_flags |= ARC_BUF_FLAG_COMPRESSED;
3011
3012         /*
3013          * If the hdr's data can be shared then we share the data buffer and
3014          * set the appropriate bit in the hdr's b_flags to indicate the hdr is
3015          * sharing it's b_pabd with the arc_buf_t. Otherwise, we allocate a new
3016          * buffer to store the buf's data.
3017          *
3018          * There are two additional restrictions here because we're sharing
3019          * hdr -> buf instead of the usual buf -> hdr. First, the hdr can't be
3020          * actively involved in an L2ARC write, because if this buf is used by
3021          * an arc_write() then the hdr's data buffer will be released when the
3022          * write completes, even though the L2ARC write might still be using it.
3023          * Second, the hdr's ABD must be linear so that the buf's user doesn't
3024          * need to be ABD-aware.
3025          */
3026         boolean_t can_share = arc_can_share(hdr, buf) && !HDR_L2_WRITING(hdr) &&
3027             abd_is_linear(hdr->b_l1hdr.b_pabd);
3028
3029         /* Set up b_data and sharing */
3030         if (can_share) {
3031                 buf->b_data = abd_to_buf(hdr->b_l1hdr.b_pabd);
3032                 buf->b_flags |= ARC_BUF_FLAG_SHARED;
3033                 arc_hdr_set_flags(hdr, ARC_FLAG_SHARED_DATA);
3034         } else {
3035                 buf->b_data =
3036                     arc_get_data_buf(hdr, arc_buf_size(buf), buf);
3037                 ARCSTAT_INCR(arcstat_overhead_size, arc_buf_size(buf));
3038         }
3039         VERIFY3P(buf->b_data, !=, NULL);
3040
3041         hdr->b_l1hdr.b_buf = buf;
3042         hdr->b_l1hdr.b_bufcnt += 1;
3043
3044         /*
3045          * If the user wants the data from the hdr, we need to either copy or
3046          * decompress the data.
3047          */
3048         if (fill) {
3049                 return (arc_buf_fill(buf, ARC_BUF_COMPRESSED(buf) != 0));
3050         }
3051
3052         return (0);
3053 }
3054
3055 static char *arc_onloan_tag = "onloan";
3056
3057 static inline void
3058 arc_loaned_bytes_update(int64_t delta)
3059 {
3060         atomic_add_64(&arc_loaned_bytes, delta);
3061
3062         /* assert that it did not wrap around */
3063         ASSERT3S(atomic_add_64_nv(&arc_loaned_bytes, 0), >=, 0);
3064 }
3065
3066 /*
3067  * Loan out an anonymous arc buffer. Loaned buffers are not counted as in
3068  * flight data by arc_tempreserve_space() until they are "returned". Loaned
3069  * buffers must be returned to the arc before they can be used by the DMU or
3070  * freed.
3071  */
3072 arc_buf_t *
3073 arc_loan_buf(spa_t *spa, boolean_t is_metadata, int size)
3074 {
3075         arc_buf_t *buf = arc_alloc_buf(spa, arc_onloan_tag,
3076             is_metadata ? ARC_BUFC_METADATA : ARC_BUFC_DATA, size);
3077
3078         arc_loaned_bytes_update(arc_buf_size(buf));
3079
3080         return (buf);
3081 }
3082
3083 arc_buf_t *
3084 arc_loan_compressed_buf(spa_t *spa, uint64_t psize, uint64_t lsize,
3085     enum zio_compress compression_type)
3086 {
3087         arc_buf_t *buf = arc_alloc_compressed_buf(spa, arc_onloan_tag,
3088             psize, lsize, compression_type);
3089
3090         arc_loaned_bytes_update(arc_buf_size(buf));
3091
3092         return (buf);
3093 }
3094
3095
3096 /*
3097  * Return a loaned arc buffer to the arc.
3098  */
3099 void
3100 arc_return_buf(arc_buf_t *buf, void *tag)
3101 {
3102         arc_buf_hdr_t *hdr = buf->b_hdr;
3103
3104         ASSERT3P(buf->b_data, !=, NULL);
3105         ASSERT(HDR_HAS_L1HDR(hdr));
3106         (void) zfs_refcount_add(&hdr->b_l1hdr.b_refcnt, tag);
3107         (void) zfs_refcount_remove(&hdr->b_l1hdr.b_refcnt, arc_onloan_tag);
3108
3109         arc_loaned_bytes_update(-arc_buf_size(buf));
3110 }
3111
3112 /* Detach an arc_buf from a dbuf (tag) */
3113 void
3114 arc_loan_inuse_buf(arc_buf_t *buf, void *tag)
3115 {
3116         arc_buf_hdr_t *hdr = buf->b_hdr;
3117
3118         ASSERT3P(buf->b_data, !=, NULL);
3119         ASSERT(HDR_HAS_L1HDR(hdr));
3120         (void) zfs_refcount_add(&hdr->b_l1hdr.b_refcnt, arc_onloan_tag);
3121         (void) zfs_refcount_remove(&hdr->b_l1hdr.b_refcnt, tag);
3122
3123         arc_loaned_bytes_update(arc_buf_size(buf));
3124 }
3125
3126 static void
3127 l2arc_free_abd_on_write(abd_t *abd, size_t size, arc_buf_contents_t type)
3128 {
3129         l2arc_data_free_t *df = kmem_alloc(sizeof (*df), KM_SLEEP);
3130
3131         df->l2df_abd = abd;
3132         df->l2df_size = size;
3133         df->l2df_type = type;
3134         mutex_enter(&l2arc_free_on_write_mtx);
3135         list_insert_head(l2arc_free_on_write, df);
3136         mutex_exit(&l2arc_free_on_write_mtx);
3137 }
3138
3139 static void
3140 arc_hdr_free_on_write(arc_buf_hdr_t *hdr)
3141 {
3142         arc_state_t *state = hdr->b_l1hdr.b_state;
3143         arc_buf_contents_t type = arc_buf_type(hdr);
3144         uint64_t size = arc_hdr_size(hdr);
3145
3146         /* protected by hash lock, if in the hash table */
3147         if (multilist_link_active(&hdr->b_l1hdr.b_arc_node)) {
3148                 ASSERT(zfs_refcount_is_zero(&hdr->b_l1hdr.b_refcnt));
3149                 ASSERT(state != arc_anon && state != arc_l2c_only);
3150
3151                 (void) zfs_refcount_remove_many(&state->arcs_esize[type],
3152                     size, hdr);
3153         }
3154         (void) zfs_refcount_remove_many(&state->arcs_size, size, hdr);
3155         if (type == ARC_BUFC_METADATA) {
3156                 arc_space_return(size, ARC_SPACE_META);
3157         } else {
3158                 ASSERT(type == ARC_BUFC_DATA);
3159                 arc_space_return(size, ARC_SPACE_DATA);
3160         }
3161
3162         l2arc_free_abd_on_write(hdr->b_l1hdr.b_pabd, size, type);
3163 }
3164
3165 /*
3166  * Share the arc_buf_t's data with the hdr. Whenever we are sharing the
3167  * data buffer, we transfer the refcount ownership to the hdr and update
3168  * the appropriate kstats.
3169  */
3170 static void
3171 arc_share_buf(arc_buf_hdr_t *hdr, arc_buf_t *buf)
3172 {
3173         arc_state_t *state = hdr->b_l1hdr.b_state;
3174
3175         ASSERT(arc_can_share(hdr, buf));
3176         ASSERT3P(hdr->b_l1hdr.b_pabd, ==, NULL);
3177         ASSERT(MUTEX_HELD(HDR_LOCK(hdr)) || HDR_EMPTY(hdr));
3178
3179         /*
3180          * Start sharing the data buffer. We transfer the
3181          * refcount ownership to the hdr since it always owns
3182          * the refcount whenever an arc_buf_t is shared.
3183          */
3184         zfs_refcount_transfer_ownership(&state->arcs_size, buf, hdr);
3185         hdr->b_l1hdr.b_pabd = abd_get_from_buf(buf->b_data, arc_buf_size(buf));
3186         abd_take_ownership_of_buf(hdr->b_l1hdr.b_pabd,
3187             HDR_ISTYPE_METADATA(hdr));
3188         arc_hdr_set_flags(hdr, ARC_FLAG_SHARED_DATA);
3189         buf->b_flags |= ARC_BUF_FLAG_SHARED;
3190
3191         /*
3192          * Since we've transferred ownership to the hdr we need
3193          * to increment its compressed and uncompressed kstats and
3194          * decrement the overhead size.
3195          */
3196         ARCSTAT_INCR(arcstat_compressed_size, arc_hdr_size(hdr));
3197         ARCSTAT_INCR(arcstat_uncompressed_size, HDR_GET_LSIZE(hdr));
3198         ARCSTAT_INCR(arcstat_overhead_size, -arc_buf_size(buf));
3199 }
3200
3201 static void
3202 arc_unshare_buf(arc_buf_hdr_t *hdr, arc_buf_t *buf)
3203 {
3204         arc_state_t *state = hdr->b_l1hdr.b_state;
3205
3206         ASSERT(arc_buf_is_shared(buf));
3207         ASSERT3P(hdr->b_l1hdr.b_pabd, !=, NULL);
3208         ASSERT(MUTEX_HELD(HDR_LOCK(hdr)) || HDR_EMPTY(hdr));
3209
3210         /*
3211          * We are no longer sharing this buffer so we need
3212          * to transfer its ownership to the rightful owner.
3213          */
3214         zfs_refcount_transfer_ownership(&state->arcs_size, hdr, buf);
3215         arc_hdr_clear_flags(hdr, ARC_FLAG_SHARED_DATA);
3216         abd_release_ownership_of_buf(hdr->b_l1hdr.b_pabd);
3217         abd_put(hdr->b_l1hdr.b_pabd);
3218         hdr->b_l1hdr.b_pabd = NULL;
3219         buf->b_flags &= ~ARC_BUF_FLAG_SHARED;
3220
3221         /*
3222          * Since the buffer is no longer shared between
3223          * the arc buf and the hdr, count it as overhead.
3224          */
3225         ARCSTAT_INCR(arcstat_compressed_size, -arc_hdr_size(hdr));
3226         ARCSTAT_INCR(arcstat_uncompressed_size, -HDR_GET_LSIZE(hdr));
3227         ARCSTAT_INCR(arcstat_overhead_size, arc_buf_size(buf));
3228 }
3229
3230 /*
3231  * Remove an arc_buf_t from the hdr's buf list and return the last
3232  * arc_buf_t on the list. If no buffers remain on the list then return
3233  * NULL.
3234  */
3235 static arc_buf_t *
3236 arc_buf_remove(arc_buf_hdr_t *hdr, arc_buf_t *buf)
3237 {
3238         ASSERT(HDR_HAS_L1HDR(hdr));
3239         ASSERT(MUTEX_HELD(HDR_LOCK(hdr)) || HDR_EMPTY(hdr));
3240
3241         arc_buf_t **bufp = &hdr->b_l1hdr.b_buf;
3242         arc_buf_t *lastbuf = NULL;
3243
3244         /*
3245          * Remove the buf from the hdr list and locate the last
3246          * remaining buffer on the list.
3247          */
3248         while (*bufp != NULL) {
3249                 if (*bufp == buf)
3250                         *bufp = buf->b_next;
3251
3252                 /*
3253                  * If we've removed a buffer in the middle of
3254                  * the list then update the lastbuf and update
3255                  * bufp.
3256                  */
3257                 if (*bufp != NULL) {
3258                         lastbuf = *bufp;
3259                         bufp = &(*bufp)->b_next;
3260                 }
3261         }
3262         buf->b_next = NULL;
3263         ASSERT3P(lastbuf, !=, buf);
3264         IMPLY(hdr->b_l1hdr.b_bufcnt > 0, lastbuf != NULL);
3265         IMPLY(hdr->b_l1hdr.b_bufcnt > 0, hdr->b_l1hdr.b_buf != NULL);
3266         IMPLY(lastbuf != NULL, ARC_BUF_LAST(lastbuf));
3267
3268         return (lastbuf);
3269 }
3270
3271 /*
3272  * Free up buf->b_data and pull the arc_buf_t off of the the arc_buf_hdr_t's
3273  * list and free it.
3274  */
3275 static void
3276 arc_buf_destroy_impl(arc_buf_t *buf)
3277 {
3278         arc_buf_hdr_t *hdr = buf->b_hdr;
3279
3280         /*
3281          * Free up the data associated with the buf but only if we're not
3282          * sharing this with the hdr. If we are sharing it with the hdr, the
3283          * hdr is responsible for doing the free.
3284          */
3285         if (buf->b_data != NULL) {
3286                 /*
3287                  * We're about to change the hdr's b_flags. We must either
3288                  * hold the hash_lock or be undiscoverable.
3289                  */
3290                 ASSERT(MUTEX_HELD(HDR_LOCK(hdr)) || HDR_EMPTY(hdr));
3291
3292                 arc_cksum_verify(buf);
3293 #ifdef illumos
3294                 arc_buf_unwatch(buf);
3295 #endif
3296
3297                 if (arc_buf_is_shared(buf)) {
3298                         arc_hdr_clear_flags(hdr, ARC_FLAG_SHARED_DATA);
3299                 } else {
3300                         uint64_t size = arc_buf_size(buf);
3301                         arc_free_data_buf(hdr, buf->b_data, size, buf);
3302                         ARCSTAT_INCR(arcstat_overhead_size, -size);
3303                 }
3304                 buf->b_data = NULL;
3305
3306                 ASSERT(hdr->b_l1hdr.b_bufcnt > 0);
3307                 hdr->b_l1hdr.b_bufcnt -= 1;
3308         }
3309
3310         arc_buf_t *lastbuf = arc_buf_remove(hdr, buf);
3311
3312         if (ARC_BUF_SHARED(buf) && !ARC_BUF_COMPRESSED(buf)) {
3313                 /*
3314                  * If the current arc_buf_t is sharing its data buffer with the
3315                  * hdr, then reassign the hdr's b_pabd to share it with the new
3316                  * buffer at the end of the list. The shared buffer is always
3317                  * the last one on the hdr's buffer list.
3318                  *
3319                  * There is an equivalent case for compressed bufs, but since
3320                  * they aren't guaranteed to be the last buf in the list and
3321                  * that is an exceedingly rare case, we just allow that space be
3322                  * wasted temporarily.
3323                  */
3324                 if (lastbuf != NULL) {
3325                         /* Only one buf can be shared at once */
3326                         VERIFY(!arc_buf_is_shared(lastbuf));
3327                         /* hdr is uncompressed so can't have compressed buf */
3328                         VERIFY(!ARC_BUF_COMPRESSED(lastbuf));
3329
3330                         ASSERT3P(hdr->b_l1hdr.b_pabd, !=, NULL);
3331                         arc_hdr_free_pabd(hdr);
3332
3333                         /*
3334                          * We must setup a new shared block between the
3335                          * last buffer and the hdr. The data would have
3336                          * been allocated by the arc buf so we need to transfer
3337                          * ownership to the hdr since it's now being shared.
3338                          */
3339                         arc_share_buf(hdr, lastbuf);
3340                 }
3341         } else if (HDR_SHARED_DATA(hdr)) {
3342                 /*
3343                  * Uncompressed shared buffers are always at the end
3344                  * of the list. Compressed buffers don't have the
3345                  * same requirements. This makes it hard to
3346                  * simply assert that the lastbuf is shared so
3347                  * we rely on the hdr's compression flags to determine
3348                  * if we have a compressed, shared buffer.
3349                  */
3350                 ASSERT3P(lastbuf, !=, NULL);
3351                 ASSERT(arc_buf_is_shared(lastbuf) ||
3352                     HDR_GET_COMPRESS(hdr) != ZIO_COMPRESS_OFF);
3353         }
3354
3355         /*
3356          * Free the checksum if we're removing the last uncompressed buf from
3357          * this hdr.
3358          */
3359         if (!arc_hdr_has_uncompressed_buf(hdr)) {
3360                 arc_cksum_free(hdr);
3361         }
3362
3363         /* clean up the buf */
3364         buf->b_hdr = NULL;
3365         kmem_cache_free(buf_cache, buf);
3366 }
3367
3368 static void
3369 arc_hdr_alloc_pabd(arc_buf_hdr_t *hdr, boolean_t do_adapt)
3370 {
3371         ASSERT3U(HDR_GET_LSIZE(hdr), >, 0);
3372         ASSERT(HDR_HAS_L1HDR(hdr));
3373         ASSERT(!HDR_SHARED_DATA(hdr));
3374
3375         ASSERT3P(hdr->b_l1hdr.b_pabd, ==, NULL);
3376         hdr->b_l1hdr.b_pabd = arc_get_data_abd(hdr, arc_hdr_size(hdr), hdr, do_adapt);
3377         hdr->b_l1hdr.b_byteswap = DMU_BSWAP_NUMFUNCS;
3378         ASSERT3P(hdr->b_l1hdr.b_pabd, !=, NULL);
3379
3380         ARCSTAT_INCR(arcstat_compressed_size, arc_hdr_size(hdr));
3381         ARCSTAT_INCR(arcstat_uncompressed_size, HDR_GET_LSIZE(hdr));
3382 }
3383
3384 static void
3385 arc_hdr_free_pabd(arc_buf_hdr_t *hdr)
3386 {
3387         ASSERT(HDR_HAS_L1HDR(hdr));
3388         ASSERT3P(hdr->b_l1hdr.b_pabd, !=, NULL);
3389
3390         /*
3391          * If the hdr is currently being written to the l2arc then
3392          * we defer freeing the data by adding it to the l2arc_free_on_write
3393          * list. The l2arc will free the data once it's finished
3394          * writing it to the l2arc device.
3395          */
3396         if (HDR_L2_WRITING(hdr)) {
3397                 arc_hdr_free_on_write(hdr);
3398                 ARCSTAT_BUMP(arcstat_l2_free_on_write);
3399         } else {
3400                 arc_free_data_abd(hdr, hdr->b_l1hdr.b_pabd,
3401                     arc_hdr_size(hdr), hdr);
3402         }
3403         hdr->b_l1hdr.b_pabd = NULL;
3404         hdr->b_l1hdr.b_byteswap = DMU_BSWAP_NUMFUNCS;
3405
3406         ARCSTAT_INCR(arcstat_compressed_size, -arc_hdr_size(hdr));
3407         ARCSTAT_INCR(arcstat_uncompressed_size, -HDR_GET_LSIZE(hdr));
3408 }
3409
3410 static arc_buf_hdr_t *
3411 arc_hdr_alloc(uint64_t spa, int32_t psize, int32_t lsize,
3412     enum zio_compress compression_type, arc_buf_contents_t type)
3413 {
3414         arc_buf_hdr_t *hdr;
3415
3416         VERIFY(type == ARC_BUFC_DATA || type == ARC_BUFC_METADATA);
3417
3418         hdr = kmem_cache_alloc(hdr_full_cache, KM_PUSHPAGE);
3419         ASSERT(HDR_EMPTY(hdr));
3420         ASSERT3P(hdr->b_l1hdr.b_freeze_cksum, ==, NULL);
3421         ASSERT3P(hdr->b_l1hdr.b_thawed, ==, NULL);
3422         HDR_SET_PSIZE(hdr, psize);
3423         HDR_SET_LSIZE(hdr, lsize);
3424         hdr->b_spa = spa;
3425         hdr->b_type = type;
3426         hdr->b_flags = 0;
3427         arc_hdr_set_flags(hdr, arc_bufc_to_flags(type) | ARC_FLAG_HAS_L1HDR);
3428         arc_hdr_set_compress(hdr, compression_type);
3429
3430         hdr->b_l1hdr.b_state = arc_anon;
3431         hdr->b_l1hdr.b_arc_access = 0;
3432         hdr->b_l1hdr.b_bufcnt = 0;
3433         hdr->b_l1hdr.b_buf = NULL;
3434
3435         /*
3436          * Allocate the hdr's buffer. This will contain either
3437          * the compressed or uncompressed data depending on the block
3438          * it references and compressed arc enablement.
3439          */
3440         arc_hdr_alloc_pabd(hdr, B_TRUE);
3441         ASSERT(zfs_refcount_is_zero(&hdr->b_l1hdr.b_refcnt));
3442
3443         return (hdr);
3444 }
3445
3446 /*
3447  * Transition between the two allocation states for the arc_buf_hdr struct.
3448  * The arc_buf_hdr struct can be allocated with (hdr_full_cache) or without
3449  * (hdr_l2only_cache) the fields necessary for the L1 cache - the smaller
3450  * version is used when a cache buffer is only in the L2ARC in order to reduce
3451  * memory usage.
3452  */
3453 static arc_buf_hdr_t *
3454 arc_hdr_realloc(arc_buf_hdr_t *hdr, kmem_cache_t *old, kmem_cache_t *new)
3455 {
3456         ASSERT(HDR_HAS_L2HDR(hdr));
3457
3458         arc_buf_hdr_t *nhdr;
3459         l2arc_dev_t *dev = hdr->b_l2hdr.b_dev;
3460
3461         ASSERT((old == hdr_full_cache && new == hdr_l2only_cache) ||
3462             (old == hdr_l2only_cache && new == hdr_full_cache));
3463
3464         nhdr = kmem_cache_alloc(new, KM_PUSHPAGE);
3465
3466         ASSERT(MUTEX_HELD(HDR_LOCK(hdr)));
3467         buf_hash_remove(hdr);
3468
3469         bcopy(hdr, nhdr, HDR_L2ONLY_SIZE);
3470
3471         if (new == hdr_full_cache) {
3472                 arc_hdr_set_flags(nhdr, ARC_FLAG_HAS_L1HDR);
3473                 /*
3474                  * arc_access and arc_change_state need to be aware that a
3475                  * header has just come out of L2ARC, so we set its state to
3476                  * l2c_only even though it's about to change.
3477                  */
3478                 nhdr->b_l1hdr.b_state = arc_l2c_only;
3479
3480                 /* Verify previous threads set to NULL before freeing */
3481                 ASSERT3P(nhdr->b_l1hdr.b_pabd, ==, NULL);
3482         } else {
3483                 ASSERT3P(hdr->b_l1hdr.b_buf, ==, NULL);
3484                 ASSERT0(hdr->b_l1hdr.b_bufcnt);
3485                 ASSERT3P(hdr->b_l1hdr.b_freeze_cksum, ==, NULL);
3486
3487                 /*
3488                  * If we've reached here, We must have been called from
3489                  * arc_evict_hdr(), as such we should have already been
3490                  * removed from any ghost list we were previously on
3491                  * (which protects us from racing with arc_evict_state),
3492                  * thus no locking is needed during this check.
3493                  */
3494                 ASSERT(!multilist_link_active(&hdr->b_l1hdr.b_arc_node));
3495
3496                 /*
3497                  * A buffer must not be moved into the arc_l2c_only
3498                  * state if it's not finished being written out to the
3499                  * l2arc device. Otherwise, the b_l1hdr.b_pabd field
3500                  * might try to be accessed, even though it was removed.
3501                  */
3502                 VERIFY(!HDR_L2_WRITING(hdr));
3503                 VERIFY3P(hdr->b_l1hdr.b_pabd, ==, NULL);
3504
3505 #ifdef ZFS_DEBUG
3506                 if (hdr->b_l1hdr.b_thawed != NULL) {
3507                         kmem_free(hdr->b_l1hdr.b_thawed, 1);
3508                         hdr->b_l1hdr.b_thawed = NULL;
3509                 }
3510 #endif
3511
3512                 arc_hdr_clear_flags(nhdr, ARC_FLAG_HAS_L1HDR);
3513         }
3514         /*
3515          * The header has been reallocated so we need to re-insert it into any
3516          * lists it was on.
3517          */
3518         (void) buf_hash_insert(nhdr, NULL);
3519
3520         ASSERT(list_link_active(&hdr->b_l2hdr.b_l2node));
3521
3522         mutex_enter(&dev->l2ad_mtx);
3523
3524         /*
3525          * We must place the realloc'ed header back into the list at
3526          * the same spot. Otherwise, if it's placed earlier in the list,
3527          * l2arc_write_buffers() could find it during the function's
3528          * write phase, and try to write it out to the l2arc.
3529          */
3530         list_insert_after(&dev->l2ad_buflist, hdr, nhdr);
3531         list_remove(&dev->l2ad_buflist, hdr);
3532
3533         mutex_exit(&dev->l2ad_mtx);
3534
3535         /*
3536          * Since we're using the pointer address as the tag when
3537          * incrementing and decrementing the l2ad_alloc refcount, we
3538          * must remove the old pointer (that we're about to destroy) and
3539          * add the new pointer to the refcount. Otherwise we'd remove
3540          * the wrong pointer address when calling arc_hdr_destroy() later.
3541          */
3542
3543         (void) zfs_refcount_remove_many(&dev->l2ad_alloc, arc_hdr_size(hdr),
3544             hdr);
3545         (void) zfs_refcount_add_many(&dev->l2ad_alloc, arc_hdr_size(nhdr),
3546             nhdr);
3547
3548         buf_discard_identity(hdr);
3549         kmem_cache_free(old, hdr);
3550
3551         return (nhdr);
3552 }
3553
3554 /*
3555  * Allocate a new arc_buf_hdr_t and arc_buf_t and return the buf to the caller.
3556  * The buf is returned thawed since we expect the consumer to modify it.
3557  */
3558 arc_buf_t *
3559 arc_alloc_buf(spa_t *spa, void *tag, arc_buf_contents_t type, int32_t size)
3560 {
3561         arc_buf_hdr_t *hdr = arc_hdr_alloc(spa_load_guid(spa), size, size,
3562             ZIO_COMPRESS_OFF, type);
3563         ASSERT(!MUTEX_HELD(HDR_LOCK(hdr)));
3564
3565         arc_buf_t *buf = NULL;
3566         VERIFY0(arc_buf_alloc_impl(hdr, tag, B_FALSE, B_FALSE, &buf));
3567         arc_buf_thaw(buf);
3568
3569         return (buf);
3570 }
3571
3572 /*
3573  * Allocate a compressed buf in the same manner as arc_alloc_buf. Don't use this
3574  * for bufs containing metadata.
3575  */
3576 arc_buf_t *
3577 arc_alloc_compressed_buf(spa_t *spa, void *tag, uint64_t psize, uint64_t lsize,
3578     enum zio_compress compression_type)
3579 {
3580         ASSERT3U(lsize, >, 0);
3581         ASSERT3U(lsize, >=, psize);
3582         ASSERT(compression_type > ZIO_COMPRESS_OFF);
3583         ASSERT(compression_type < ZIO_COMPRESS_FUNCTIONS);
3584
3585         arc_buf_hdr_t *hdr = arc_hdr_alloc(spa_load_guid(spa), psize, lsize,
3586             compression_type, ARC_BUFC_DATA);
3587         ASSERT(!MUTEX_HELD(HDR_LOCK(hdr)));
3588
3589         arc_buf_t *buf = NULL;
3590         VERIFY0(arc_buf_alloc_impl(hdr, tag, B_TRUE, B_FALSE, &buf));
3591         arc_buf_thaw(buf);
3592         ASSERT3P(hdr->b_l1hdr.b_freeze_cksum, ==, NULL);
3593
3594         if (!arc_buf_is_shared(buf)) {
3595                 /*
3596                  * To ensure that the hdr has the correct data in it if we call
3597                  * arc_decompress() on this buf before it's been written to
3598                  * disk, it's easiest if we just set up sharing between the
3599                  * buf and the hdr.
3600                  */
3601                 ASSERT(!abd_is_linear(hdr->b_l1hdr.b_pabd));
3602                 arc_hdr_free_pabd(hdr);
3603                 arc_share_buf(hdr, buf);
3604         }
3605
3606         return (buf);
3607 }
3608
3609 static void
3610 arc_hdr_l2hdr_destroy(arc_buf_hdr_t *hdr)
3611 {
3612         l2arc_buf_hdr_t *l2hdr = &hdr->b_l2hdr;
3613         l2arc_dev_t *dev = l2hdr->b_dev;
3614         uint64_t psize = arc_hdr_size(hdr);
3615
3616         ASSERT(MUTEX_HELD(&dev->l2ad_mtx));
3617         ASSERT(HDR_HAS_L2HDR(hdr));
3618
3619         list_remove(&dev->l2ad_buflist, hdr);
3620
3621         ARCSTAT_INCR(arcstat_l2_psize, -psize);
3622         ARCSTAT_INCR(arcstat_l2_lsize, -HDR_GET_LSIZE(hdr));
3623
3624         vdev_space_update(dev->l2ad_vdev, -psize, 0, 0);
3625
3626         (void) zfs_refcount_remove_many(&dev->l2ad_alloc, psize, hdr);
3627         arc_hdr_clear_flags(hdr, ARC_FLAG_HAS_L2HDR);
3628 }
3629
3630 static void
3631 arc_hdr_destroy(arc_buf_hdr_t *hdr)
3632 {
3633         if (HDR_HAS_L1HDR(hdr)) {
3634                 ASSERT(hdr->b_l1hdr.b_buf == NULL ||
3635                     hdr->b_l1hdr.b_bufcnt > 0);
3636                 ASSERT(zfs_refcount_is_zero(&hdr->b_l1hdr.b_refcnt));
3637                 ASSERT3P(hdr->b_l1hdr.b_state, ==, arc_anon);
3638         }
3639         ASSERT(!HDR_IO_IN_PROGRESS(hdr));
3640         ASSERT(!HDR_IN_HASH_TABLE(hdr));
3641
3642         if (!HDR_EMPTY(hdr))
3643                 buf_discard_identity(hdr);
3644
3645         if (HDR_HAS_L2HDR(hdr)) {
3646                 l2arc_dev_t *dev = hdr->b_l2hdr.b_dev;
3647                 boolean_t buflist_held = MUTEX_HELD(&dev->l2ad_mtx);
3648
3649                 if (!buflist_held)
3650                         mutex_enter(&dev->l2ad_mtx);
3651
3652                 /*
3653                  * Even though we checked this conditional above, we
3654                  * need to check this again now that we have the
3655                  * l2ad_mtx. This is because we could be racing with
3656                  * another thread calling l2arc_evict() which might have
3657                  * destroyed this header's L2 portion as we were waiting
3658                  * to acquire the l2ad_mtx. If that happens, we don't
3659                  * want to re-destroy the header's L2 portion.
3660                  */
3661                 if (HDR_HAS_L2HDR(hdr)) {
3662                         l2arc_trim(hdr);
3663                         arc_hdr_l2hdr_destroy(hdr);
3664                 }
3665
3666                 if (!buflist_held)
3667                         mutex_exit(&dev->l2ad_mtx);
3668         }
3669
3670         if (HDR_HAS_L1HDR(hdr)) {
3671                 arc_cksum_free(hdr);
3672
3673                 while (hdr->b_l1hdr.b_buf != NULL)
3674                         arc_buf_destroy_impl(hdr->b_l1hdr.b_buf);
3675
3676 #ifdef ZFS_DEBUG
3677                 if (hdr->b_l1hdr.b_thawed != NULL) {
3678                         kmem_free(hdr->b_l1hdr.b_thawed, 1);
3679                         hdr->b_l1hdr.b_thawed = NULL;
3680                 }
3681 #endif
3682
3683                 if (hdr->b_l1hdr.b_pabd != NULL) {
3684                         arc_hdr_free_pabd(hdr);
3685                 }
3686         }
3687
3688         ASSERT3P(hdr->b_hash_next, ==, NULL);
3689         if (HDR_HAS_L1HDR(hdr)) {
3690                 ASSERT(!multilist_link_active(&hdr->b_l1hdr.b_arc_node));
3691                 ASSERT3P(hdr->b_l1hdr.b_acb, ==, NULL);
3692                 kmem_cache_free(hdr_full_cache, hdr);
3693         } else {
3694                 kmem_cache_free(hdr_l2only_cache, hdr);
3695         }
3696 }
3697
3698 void
3699 arc_buf_destroy(arc_buf_t *buf, void* tag)
3700 {
3701         arc_buf_hdr_t *hdr = buf->b_hdr;
3702         kmutex_t *hash_lock = HDR_LOCK(hdr);
3703
3704         if (hdr->b_l1hdr.b_state == arc_anon) {
3705                 ASSERT3U(hdr->b_l1hdr.b_bufcnt, ==, 1);
3706                 ASSERT(!HDR_IO_IN_PROGRESS(hdr));
3707                 VERIFY0(remove_reference(hdr, NULL, tag));
3708                 arc_hdr_destroy(hdr);
3709                 return;
3710         }
3711
3712         mutex_enter(hash_lock);
3713         ASSERT3P(hdr, ==, buf->b_hdr);
3714         ASSERT(hdr->b_l1hdr.b_bufcnt > 0);
3715         ASSERT3P(hash_lock, ==, HDR_LOCK(hdr));
3716         ASSERT3P(hdr->b_l1hdr.b_state, !=, arc_anon);
3717         ASSERT3P(buf->b_data, !=, NULL);
3718
3719         (void) remove_reference(hdr, hash_lock, tag);
3720         arc_buf_destroy_impl(buf);
3721         mutex_exit(hash_lock);
3722 }
3723
3724 /*
3725  * Evict the arc_buf_hdr that is provided as a parameter. The resultant
3726  * state of the header is dependent on its state prior to entering this
3727  * function. The following transitions are possible:
3728  *
3729  *    - arc_mru -> arc_mru_ghost
3730  *    - arc_mfu -> arc_mfu_ghost
3731  *    - arc_mru_ghost -> arc_l2c_only
3732  *    - arc_mru_ghost -> deleted
3733  *    - arc_mfu_ghost -> arc_l2c_only
3734  *    - arc_mfu_ghost -> deleted
3735  */
3736 static int64_t
3737 arc_evict_hdr(arc_buf_hdr_t *hdr, kmutex_t *hash_lock)
3738 {
3739         arc_state_t *evicted_state, *state;
3740         int64_t bytes_evicted = 0;
3741         int min_lifetime = HDR_PRESCIENT_PREFETCH(hdr) ?
3742             zfs_arc_min_prescient_prefetch_ms : zfs_arc_min_prefetch_ms;
3743
3744         ASSERT(MUTEX_HELD(hash_lock));
3745         ASSERT(HDR_HAS_L1HDR(hdr));
3746
3747         state = hdr->b_l1hdr.b_state;
3748         if (GHOST_STATE(state)) {
3749                 ASSERT(!HDR_IO_IN_PROGRESS(hdr));
3750                 ASSERT3P(hdr->b_l1hdr.b_buf, ==, NULL);
3751
3752                 /*
3753                  * l2arc_write_buffers() relies on a header's L1 portion
3754                  * (i.e. its b_pabd field) during it's write phase.
3755                  * Thus, we cannot push a header onto the arc_l2c_only
3756                  * state (removing it's L1 piece) until the header is
3757                  * done being written to the l2arc.
3758                  */
3759                 if (HDR_HAS_L2HDR(hdr) && HDR_L2_WRITING(hdr)) {
3760                         ARCSTAT_BUMP(arcstat_evict_l2_skip);
3761                         return (bytes_evicted);
3762                 }
3763
3764                 ARCSTAT_BUMP(arcstat_deleted);
3765                 bytes_evicted += HDR_GET_LSIZE(hdr);
3766
3767                 DTRACE_PROBE1(arc__delete, arc_buf_hdr_t *, hdr);
3768
3769                 ASSERT3P(hdr->b_l1hdr.b_pabd, ==, NULL);
3770                 if (HDR_HAS_L2HDR(hdr)) {
3771                         /*
3772                          * This buffer is cached on the 2nd Level ARC;
3773                          * don't destroy the header.
3774                          */
3775                         arc_change_state(arc_l2c_only, hdr, hash_lock);
3776                         /*
3777                          * dropping from L1+L2 cached to L2-only,
3778                          * realloc to remove the L1 header.
3779                          */
3780                         hdr = arc_hdr_realloc(hdr, hdr_full_cache,
3781                             hdr_l2only_cache);
3782                 } else {
3783                         arc_change_state(arc_anon, hdr, hash_lock);
3784                         arc_hdr_destroy(hdr);
3785                 }
3786                 return (bytes_evicted);
3787         }
3788
3789         ASSERT(state == arc_mru || state == arc_mfu);
3790         evicted_state = (state == arc_mru) ? arc_mru_ghost : arc_mfu_ghost;
3791
3792         /* prefetch buffers have a minimum lifespan */
3793         if (HDR_IO_IN_PROGRESS(hdr) ||
3794             ((hdr->b_flags & (ARC_FLAG_PREFETCH | ARC_FLAG_INDIRECT)) &&
3795             ddi_get_lbolt() - hdr->b_l1hdr.b_arc_access < min_lifetime * hz)) {
3796                 ARCSTAT_BUMP(arcstat_evict_skip);
3797                 return (bytes_evicted);
3798         }
3799
3800         ASSERT0(zfs_refcount_count(&hdr->b_l1hdr.b_refcnt));
3801         while (hdr->b_l1hdr.b_buf) {
3802                 arc_buf_t *buf = hdr->b_l1hdr.b_buf;
3803                 if (!mutex_tryenter(&buf->b_evict_lock)) {
3804                         ARCSTAT_BUMP(arcstat_mutex_miss);
3805                         break;
3806                 }
3807                 if (buf->b_data != NULL)
3808                         bytes_evicted += HDR_GET_LSIZE(hdr);
3809                 mutex_exit(&buf->b_evict_lock);
3810                 arc_buf_destroy_impl(buf);
3811         }
3812
3813         if (HDR_HAS_L2HDR(hdr)) {
3814                 ARCSTAT_INCR(arcstat_evict_l2_cached, HDR_GET_LSIZE(hdr));
3815         } else {
3816                 if (l2arc_write_eligible(hdr->b_spa, hdr)) {
3817                         ARCSTAT_INCR(arcstat_evict_l2_eligible,
3818                             HDR_GET_LSIZE(hdr));
3819                 } else {
3820                         ARCSTAT_INCR(arcstat_evict_l2_ineligible,
3821                             HDR_GET_LSIZE(hdr));
3822                 }
3823         }
3824
3825         if (hdr->b_l1hdr.b_bufcnt == 0) {
3826                 arc_cksum_free(hdr);
3827
3828                 bytes_evicted += arc_hdr_size(hdr);
3829
3830                 /*
3831                  * If this hdr is being evicted and has a compressed
3832                  * buffer then we discard it here before we change states.
3833                  * This ensures that the accounting is updated correctly
3834                  * in arc_free_data_impl().
3835                  */
3836                 arc_hdr_free_pabd(hdr);
3837
3838                 arc_change_state(evicted_state, hdr, hash_lock);
3839                 ASSERT(HDR_IN_HASH_TABLE(hdr));
3840                 arc_hdr_set_flags(hdr, ARC_FLAG_IN_HASH_TABLE);
3841                 DTRACE_PROBE1(arc__evict, arc_buf_hdr_t *, hdr);
3842         }
3843
3844         return (bytes_evicted);
3845 }
3846
3847 static uint64_t
3848 arc_evict_state_impl(multilist_t *ml, int idx, arc_buf_hdr_t *marker,
3849     uint64_t spa, int64_t bytes)
3850 {
3851         multilist_sublist_t *mls;
3852         uint64_t bytes_evicted = 0;
3853         arc_buf_hdr_t *hdr;
3854         kmutex_t *hash_lock;
3855         int evict_count = 0;
3856
3857         ASSERT3P(marker, !=, NULL);
3858         IMPLY(bytes < 0, bytes == ARC_EVICT_ALL);
3859
3860         mls = multilist_sublist_lock(ml, idx);
3861
3862         for (hdr = multilist_sublist_prev(mls, marker); hdr != NULL;
3863             hdr = multilist_sublist_prev(mls, marker)) {
3864                 if ((bytes != ARC_EVICT_ALL && bytes_evicted >= bytes) ||
3865                     (evict_count >= zfs_arc_evict_batch_limit))
3866                         break;
3867
3868                 /*
3869                  * To keep our iteration location, move the marker
3870                  * forward. Since we're not holding hdr's hash lock, we
3871                  * must be very careful and not remove 'hdr' from the
3872                  * sublist. Otherwise, other consumers might mistake the
3873                  * 'hdr' as not being on a sublist when they call the
3874                  * multilist_link_active() function (they all rely on
3875                  * the hash lock protecting concurrent insertions and
3876                  * removals). multilist_sublist_move_forward() was
3877                  * specifically implemented to ensure this is the case
3878                  * (only 'marker' will be removed and re-inserted).
3879                  */
3880                 multilist_sublist_move_forward(mls, marker);
3881
3882                 /*
3883                  * The only case where the b_spa field should ever be
3884                  * zero, is the marker headers inserted by
3885                  * arc_evict_state(). It's possible for multiple threads
3886                  * to be calling arc_evict_state() concurrently (e.g.
3887                  * dsl_pool_close() and zio_inject_fault()), so we must
3888                  * skip any markers we see from these other threads.
3889                  */
3890                 if (hdr->b_spa == 0)
3891                         continue;
3892
3893                 /* we're only interested in evicting buffers of a certain spa */
3894                 if (spa != 0 && hdr->b_spa != spa) {
3895                         ARCSTAT_BUMP(arcstat_evict_skip);
3896                         continue;
3897                 }
3898
3899                 hash_lock = HDR_LOCK(hdr);
3900
3901                 /*
3902                  * We aren't calling this function from any code path
3903                  * that would already be holding a hash lock, so we're
3904                  * asserting on this assumption to be defensive in case
3905                  * this ever changes. Without this check, it would be
3906                  * possible to incorrectly increment arcstat_mutex_miss
3907                  * below (e.g. if the code changed such that we called
3908                  * this function with a hash lock held).
3909                  */
3910                 ASSERT(!MUTEX_HELD(hash_lock));
3911
3912                 if (mutex_tryenter(hash_lock)) {
3913                         uint64_t evicted = arc_evict_hdr(hdr, hash_lock);
3914                         mutex_exit(hash_lock);
3915
3916                         bytes_evicted += evicted;
3917
3918                         /*
3919                          * If evicted is zero, arc_evict_hdr() must have
3920                          * decided to skip this header, don't increment
3921                          * evict_count in this case.
3922                          */
3923                         if (evicted != 0)
3924                                 evict_count++;
3925
3926                         /*
3927                          * If arc_size isn't overflowing, signal any
3928                          * threads that might happen to be waiting.
3929                          *
3930                          * For each header evicted, we wake up a single
3931                          * thread. If we used cv_broadcast, we could
3932                          * wake up "too many" threads causing arc_size
3933                          * to significantly overflow arc_c; since
3934                          * arc_get_data_impl() doesn't check for overflow
3935                          * when it's woken up (it doesn't because it's
3936                          * possible for the ARC to be overflowing while
3937                          * full of un-evictable buffers, and the
3938                          * function should proceed in this case).
3939                          *
3940                          * If threads are left sleeping, due to not
3941                          * using cv_broadcast here, they will be woken
3942                          * up via cv_broadcast in arc_adjust_cb() just
3943                          * before arc_adjust_zthr sleeps.
3944                          */
3945                         mutex_enter(&arc_adjust_lock);
3946                         if (!arc_is_overflowing())
3947                                 cv_signal(&arc_adjust_waiters_cv);
3948                         mutex_exit(&arc_adjust_lock);
3949                 } else {
3950                         ARCSTAT_BUMP(arcstat_mutex_miss);
3951                 }
3952         }
3953
3954         multilist_sublist_unlock(mls);
3955
3956         return (bytes_evicted);
3957 }
3958
3959 /*
3960  * Evict buffers from the given arc state, until we've removed the
3961  * specified number of bytes. Move the removed buffers to the
3962  * appropriate evict state.
3963  *
3964  * This function makes a "best effort". It skips over any buffers
3965  * it can't get a hash_lock on, and so, may not catch all candidates.
3966  * It may also return without evicting as much space as requested.
3967  *
3968  * If bytes is specified using the special value ARC_EVICT_ALL, this
3969  * will evict all available (i.e. unlocked and evictable) buffers from
3970  * the given arc state; which is used by arc_flush().
3971  */
3972 static uint64_t
3973 arc_evict_state(arc_state_t *state, uint64_t spa, int64_t bytes,
3974     arc_buf_contents_t type)
3975 {
3976         uint64_t total_evicted = 0;
3977         multilist_t *ml = state->arcs_list[type];
3978         int num_sublists;
3979         arc_buf_hdr_t **markers;
3980
3981         IMPLY(bytes < 0, bytes == ARC_EVICT_ALL);
3982
3983         num_sublists = multilist_get_num_sublists(ml);
3984
3985         /*
3986          * If we've tried to evict from each sublist, made some
3987          * progress, but still have not hit the target number of bytes
3988          * to evict, we want to keep trying. The markers allow us to
3989          * pick up where we left off for each individual sublist, rather
3990          * than starting from the tail each time.
3991          */
3992         markers = kmem_zalloc(sizeof (*markers) * num_sublists, KM_SLEEP);
3993         for (int i = 0; i < num_sublists; i++) {
3994                 markers[i] = kmem_cache_alloc(hdr_full_cache, KM_SLEEP);
3995
3996                 /*
3997                  * A b_spa of 0 is used to indicate that this header is
3998                  * a marker. This fact is used in arc_adjust_type() and
3999                  * arc_evict_state_impl().
4000                  */
4001                 markers[i]->b_spa = 0;
4002
4003                 multilist_sublist_t *mls = multilist_sublist_lock(ml, i);
4004                 multilist_sublist_insert_tail(mls, markers[i]);
4005                 multilist_sublist_unlock(mls);
4006         }
4007
4008         /*
4009          * While we haven't hit our target number of bytes to evict, or
4010          * we're evicting all available buffers.
4011          */
4012         while (total_evicted < bytes || bytes == ARC_EVICT_ALL) {
4013                 int sublist_idx = multilist_get_random_index(ml);
4014                 uint64_t scan_evicted = 0;
4015
4016                 /*
4017                  * Try to reduce pinned dnodes with a floor of arc_dnode_limit.
4018                  * Request that 10% of the LRUs be scanned by the superblock
4019                  * shrinker.
4020                  */
4021                 if (type == ARC_BUFC_DATA && aggsum_compare(&astat_dnode_size,
4022                     arc_dnode_limit) > 0) {
4023                         arc_prune_async((aggsum_upper_bound(&astat_dnode_size) -
4024                             arc_dnode_limit) / sizeof (dnode_t) /
4025                             zfs_arc_dnode_reduce_percent);
4026                 }
4027
4028                 /*
4029                  * Start eviction using a randomly selected sublist,
4030                  * this is to try and evenly balance eviction across all
4031                  * sublists. Always starting at the same sublist
4032                  * (e.g. index 0) would cause evictions to favor certain
4033                  * sublists over others.
4034                  */
4035                 for (int i = 0; i < num_sublists; i++) {
4036                         uint64_t bytes_remaining;
4037                         uint64_t bytes_evicted;
4038
4039                         if (bytes == ARC_EVICT_ALL)
4040                                 bytes_remaining = ARC_EVICT_ALL;
4041                         else if (total_evicted < bytes)
4042                                 bytes_remaining = bytes - total_evicted;
4043                         else
4044                                 break;
4045
4046                         bytes_evicted = arc_evict_state_impl(ml, sublist_idx,
4047                             markers[sublist_idx], spa, bytes_remaining);
4048
4049                         scan_evicted += bytes_evicted;
4050                         total_evicted += bytes_evicted;
4051
4052                         /* we've reached the end, wrap to the beginning */
4053                         if (++sublist_idx >= num_sublists)
4054                                 sublist_idx = 0;
4055                 }
4056
4057                 /*
4058                  * If we didn't evict anything during this scan, we have
4059                  * no reason to believe we'll evict more during another
4060                  * scan, so break the loop.
4061                  */
4062                 if (scan_evicted == 0) {
4063                         /* This isn't possible, let's make that obvious */
4064                         ASSERT3S(bytes, !=, 0);
4065
4066                         /*
4067                          * When bytes is ARC_EVICT_ALL, the only way to
4068                          * break the loop is when scan_evicted is zero.
4069                          * In that case, we actually have evicted enough,
4070                          * so we don't want to increment the kstat.
4071                          */
4072                         if (bytes != ARC_EVICT_ALL) {
4073                                 ASSERT3S(total_evicted, <, bytes);
4074                                 ARCSTAT_BUMP(arcstat_evict_not_enough);
4075                         }
4076
4077                         break;
4078                 }
4079         }
4080
4081         for (int i = 0; i < num_sublists; i++) {
4082                 multilist_sublist_t *mls = multilist_sublist_lock(ml, i);
4083                 multilist_sublist_remove(mls, markers[i]);
4084                 multilist_sublist_unlock(mls);
4085
4086                 kmem_cache_free(hdr_full_cache, markers[i]);
4087         }
4088         kmem_free(markers, sizeof (*markers) * num_sublists);
4089
4090         return (total_evicted);
4091 }
4092
4093 /*
4094  * Flush all "evictable" data of the given type from the arc state
4095  * specified. This will not evict any "active" buffers (i.e. referenced).
4096  *
4097  * When 'retry' is set to B_FALSE, the function will make a single pass
4098  * over the state and evict any buffers that it can. Since it doesn't
4099  * continually retry the eviction, it might end up leaving some buffers
4100  * in the ARC due to lock misses.
4101  *
4102  * When 'retry' is set to B_TRUE, the function will continually retry the
4103  * eviction until *all* evictable buffers have been removed from the
4104  * state. As a result, if concurrent insertions into the state are
4105  * allowed (e.g. if the ARC isn't shutting down), this function might
4106  * wind up in an infinite loop, continually trying to evict buffers.
4107  */
4108 static uint64_t
4109 arc_flush_state(arc_state_t *state, uint64_t spa, arc_buf_contents_t type,
4110     boolean_t retry)
4111 {
4112         uint64_t evicted = 0;
4113
4114         while (zfs_refcount_count(&state->arcs_esize[type]) != 0) {
4115                 evicted += arc_evict_state(state, spa, ARC_EVICT_ALL, type);
4116
4117                 if (!retry)
4118                         break;
4119         }
4120
4121         return (evicted);
4122 }
4123
4124 /*
4125  * Helper function for arc_prune_async() it is responsible for safely
4126  * handling the execution of a registered arc_prune_func_t.
4127  */
4128 static void
4129 arc_prune_task(void *ptr)
4130 {
4131         arc_prune_t *ap = (arc_prune_t *)ptr;
4132         arc_prune_func_t *func = ap->p_pfunc;
4133
4134         if (func != NULL)
4135                 func(ap->p_adjust, ap->p_private);
4136
4137         zfs_refcount_remove(&ap->p_refcnt, func);
4138 }
4139
4140 /*
4141  * Notify registered consumers they must drop holds on a portion of the ARC
4142  * buffered they reference.  This provides a mechanism to ensure the ARC can
4143  * honor the arc_meta_limit and reclaim otherwise pinned ARC buffers.  This
4144  * is analogous to dnlc_reduce_cache() but more generic.
4145  *
4146  * This operation is performed asynchronously so it may be safely called
4147  * in the context of the arc_reclaim_thread().  A reference is taken here
4148  * for each registered arc_prune_t and the arc_prune_task() is responsible
4149  * for releasing it once the registered arc_prune_func_t has completed.
4150  */
4151 static void
4152 arc_prune_async(int64_t adjust)
4153 {
4154         arc_prune_t *ap;
4155
4156         mutex_enter(&arc_prune_mtx);
4157         for (ap = list_head(&arc_prune_list); ap != NULL;
4158             ap = list_next(&arc_prune_list, ap)) {
4159
4160                 if (zfs_refcount_count(&ap->p_refcnt) >= 2)
4161                         continue;
4162
4163                 zfs_refcount_add(&ap->p_refcnt, ap->p_pfunc);
4164                 ap->p_adjust = adjust;
4165                 if (taskq_dispatch(arc_prune_taskq, arc_prune_task,
4166                     ap, TQ_SLEEP) == TASKQID_INVALID) {
4167                         zfs_refcount_remove(&ap->p_refcnt, ap->p_pfunc);
4168                         continue;
4169                 }
4170                 ARCSTAT_BUMP(arcstat_prune);
4171         }
4172         mutex_exit(&arc_prune_mtx);
4173 }
4174
4175 /*
4176  * Evict the specified number of bytes from the state specified,
4177  * restricting eviction to the spa and type given. This function
4178  * prevents us from trying to evict more from a state's list than
4179  * is "evictable", and to skip evicting altogether when passed a
4180  * negative value for "bytes". In contrast, arc_evict_state() will
4181  * evict everything it can, when passed a negative value for "bytes".
4182  */
4183 static uint64_t
4184 arc_adjust_impl(arc_state_t *state, uint64_t spa, int64_t bytes,
4185     arc_buf_contents_t type)
4186 {
4187         int64_t delta;
4188
4189         if (bytes > 0 && zfs_refcount_count(&state->arcs_esize[type]) > 0) {
4190                 delta = MIN(zfs_refcount_count(&state->arcs_esize[type]),
4191                     bytes);
4192                 return (arc_evict_state(state, spa, delta, type));
4193         }
4194
4195         return (0);
4196 }
4197
4198 /*
4199  * The goal of this function is to evict enough meta data buffers from the
4200  * ARC in order to enforce the arc_meta_limit.  Achieving this is slightly
4201  * more complicated than it appears because it is common for data buffers
4202  * to have holds on meta data buffers.  In addition, dnode meta data buffers
4203  * will be held by the dnodes in the block preventing them from being freed.
4204  * This means we can't simply traverse the ARC and expect to always find
4205  * enough unheld meta data buffer to release.
4206  *
4207  * Therefore, this function has been updated to make alternating passes
4208  * over the ARC releasing data buffers and then newly unheld meta data
4209  * buffers.  This ensures forward progress is maintained and meta_used
4210  * will decrease.  Normally this is sufficient, but if required the ARC
4211  * will call the registered prune callbacks causing dentry and inodes to
4212  * be dropped from the VFS cache.  This will make dnode meta data buffers
4213  * available for reclaim.
4214  */
4215 static uint64_t
4216 arc_adjust_meta_balanced(uint64_t meta_used)
4217 {
4218         int64_t delta, prune = 0, adjustmnt;
4219         uint64_t total_evicted = 0;
4220         arc_buf_contents_t type = ARC_BUFC_DATA;
4221         int restarts = MAX(zfs_arc_meta_adjust_restarts, 0);
4222
4223 restart:
4224         /*
4225          * This slightly differs than the way we evict from the mru in
4226          * arc_adjust because we don't have a "target" value (i.e. no
4227          * "meta" arc_p). As a result, I think we can completely
4228          * cannibalize the metadata in the MRU before we evict the
4229          * metadata from the MFU. I think we probably need to implement a
4230          * "metadata arc_p" value to do this properly.
4231          */
4232         adjustmnt = meta_used - arc_meta_limit;
4233
4234         if (adjustmnt > 0 &&
4235             zfs_refcount_count(&arc_mru->arcs_esize[type]) > 0) {
4236                 delta = MIN(zfs_refcount_count(&arc_mru->arcs_esize[type]),
4237                     adjustmnt);
4238                 total_evicted += arc_adjust_impl(arc_mru, 0, delta, type);
4239                 adjustmnt -= delta;
4240         }
4241
4242         /*
4243          * We can't afford to recalculate adjustmnt here. If we do,
4244          * new metadata buffers can sneak into the MRU or ANON lists,
4245          * thus penalize the MFU metadata. Although the fudge factor is
4246          * small, it has been empirically shown to be significant for
4247          * certain workloads (e.g. creating many empty directories). As
4248          * such, we use the original calculation for adjustmnt, and
4249          * simply decrement the amount of data evicted from the MRU.
4250          */
4251
4252         if (adjustmnt > 0 &&
4253             zfs_refcount_count(&arc_mfu->arcs_esize[type]) > 0) {
4254                 delta = MIN(zfs_refcount_count(&arc_mfu->arcs_esize[type]),
4255                     adjustmnt);
4256                 total_evicted += arc_adjust_impl(arc_mfu, 0, delta, type);
4257         }
4258
4259         adjustmnt = meta_used - arc_meta_limit;
4260
4261         if (adjustmnt > 0 &&
4262             zfs_refcount_count(&arc_mru_ghost->arcs_esize[type]) > 0) {
4263                 delta = MIN(adjustmnt,
4264                     zfs_refcount_count(&arc_mru_ghost->arcs_esize[type]));
4265                 total_evicted += arc_adjust_impl(arc_mru_ghost, 0, delta, type);
4266                 adjustmnt -= delta;
4267         }
4268
4269         if (adjustmnt > 0 &&
4270             zfs_refcount_count(&arc_mfu_ghost->arcs_esize[type]) > 0) {
4271                 delta = MIN(adjustmnt,
4272                     zfs_refcount_count(&arc_mfu_ghost->arcs_esize[type]));
4273                 total_evicted += arc_adjust_impl(arc_mfu_ghost, 0, delta, type);
4274         }
4275
4276         /*
4277          * If after attempting to make the requested adjustment to the ARC
4278          * the meta limit is still being exceeded then request that the
4279          * higher layers drop some cached objects which have holds on ARC
4280          * meta buffers.  Requests to the upper layers will be made with
4281          * increasingly large scan sizes until the ARC is below the limit.
4282          */
4283         if (meta_used > arc_meta_limit) {
4284                 if (type == ARC_BUFC_DATA) {
4285                         type = ARC_BUFC_METADATA;
4286                 } else {
4287                         type = ARC_BUFC_DATA;
4288
4289                         if (zfs_arc_meta_prune) {
4290                                 prune += zfs_arc_meta_prune;
4291                                 arc_prune_async(prune);
4292                         }
4293                 }
4294
4295                 if (restarts > 0) {
4296                         restarts--;
4297                         goto restart;
4298                 }
4299         }
4300         return (total_evicted);
4301 }
4302
4303 /*
4304  * Evict metadata buffers from the cache, such that arc_meta_used is
4305  * capped by the arc_meta_limit tunable.
4306  */
4307 static uint64_t
4308 arc_adjust_meta_only(uint64_t meta_used)
4309 {
4310         uint64_t total_evicted = 0;
4311         int64_t target;
4312
4313         /*
4314          * If we're over the meta limit, we want to evict enough
4315          * metadata to get back under the meta limit. We don't want to
4316          * evict so much that we drop the MRU below arc_p, though. If
4317          * we're over the meta limit more than we're over arc_p, we
4318          * evict some from the MRU here, and some from the MFU below.
4319          */
4320         target = MIN((int64_t)(meta_used - arc_meta_limit),
4321             (int64_t)(zfs_refcount_count(&arc_anon->arcs_size) +
4322             zfs_refcount_count(&arc_mru->arcs_size) - arc_p));
4323
4324         total_evicted += arc_adjust_impl(arc_mru, 0, target, ARC_BUFC_METADATA);
4325
4326         /*
4327          * Similar to the above, we want to evict enough bytes to get us
4328          * below the meta limit, but not so much as to drop us below the
4329          * space allotted to the MFU (which is defined as arc_c - arc_p).
4330          */
4331         target = MIN((int64_t)(meta_used - arc_meta_limit),
4332             (int64_t)(zfs_refcount_count(&arc_mfu->arcs_size) -
4333             (arc_c - arc_p)));
4334
4335         total_evicted += arc_adjust_impl(arc_mfu, 0, target, ARC_BUFC_METADATA);
4336
4337         return (total_evicted);
4338 }
4339
4340 static uint64_t
4341 arc_adjust_meta(uint64_t meta_used)
4342 {
4343         if (zfs_arc_meta_strategy == ARC_STRATEGY_META_ONLY)
4344                 return (arc_adjust_meta_only(meta_used));
4345         else
4346                 return (arc_adjust_meta_balanced(meta_used));
4347 }
4348
4349 /*
4350  * Return the type of the oldest buffer in the given arc state
4351  *
4352  * This function will select a random sublist of type ARC_BUFC_DATA and
4353  * a random sublist of type ARC_BUFC_METADATA. The tail of each sublist
4354  * is compared, and the type which contains the "older" buffer will be
4355  * returned.
4356  */
4357 static arc_buf_contents_t
4358 arc_adjust_type(arc_state_t *state)
4359 {
4360         multilist_t *data_ml = state->arcs_list[ARC_BUFC_DATA];
4361         multilist_t *meta_ml = state->arcs_list[ARC_BUFC_METADATA];
4362         int data_idx = multilist_get_random_index(data_ml);
4363         int meta_idx = multilist_get_random_index(meta_ml);
4364         multilist_sublist_t *data_mls;
4365         multilist_sublist_t *meta_mls;
4366         arc_buf_contents_t type;
4367         arc_buf_hdr_t *data_hdr;
4368         arc_buf_hdr_t *meta_hdr;
4369
4370         /*
4371          * We keep the sublist lock until we're finished, to prevent
4372          * the headers from being destroyed via arc_evict_state().
4373          */
4374         data_mls = multilist_sublist_lock(data_ml, data_idx);
4375         meta_mls = multilist_sublist_lock(meta_ml, meta_idx);
4376
4377         /*
4378          * These two loops are to ensure we skip any markers that
4379          * might be at the tail of the lists due to arc_evict_state().
4380          */
4381
4382         for (data_hdr = multilist_sublist_tail(data_mls); data_hdr != NULL;
4383             data_hdr = multilist_sublist_prev(data_mls, data_hdr)) {
4384                 if (data_hdr->b_spa != 0)
4385                         break;
4386         }
4387
4388         for (meta_hdr = multilist_sublist_tail(meta_mls); meta_hdr != NULL;
4389             meta_hdr = multilist_sublist_prev(meta_mls, meta_hdr)) {
4390                 if (meta_hdr->b_spa != 0)
4391                         break;
4392         }
4393
4394         if (data_hdr == NULL && meta_hdr == NULL) {
4395                 type = ARC_BUFC_DATA;
4396         } else if (data_hdr == NULL) {
4397                 ASSERT3P(meta_hdr, !=, NULL);
4398                 type = ARC_BUFC_METADATA;
4399         } else if (meta_hdr == NULL) {
4400                 ASSERT3P(data_hdr, !=, NULL);
4401                 type = ARC_BUFC_DATA;
4402         } else {
4403                 ASSERT3P(data_hdr, !=, NULL);
4404                 ASSERT3P(meta_hdr, !=, NULL);
4405
4406                 /* The headers can't be on the sublist without an L1 header */
4407                 ASSERT(HDR_HAS_L1HDR(data_hdr));
4408                 ASSERT(HDR_HAS_L1HDR(meta_hdr));
4409
4410                 if (data_hdr->b_l1hdr.b_arc_access <
4411                     meta_hdr->b_l1hdr.b_arc_access) {
4412                         type = ARC_BUFC_DATA;
4413                 } else {
4414                         type = ARC_BUFC_METADATA;
4415                 }
4416         }
4417
4418         multilist_sublist_unlock(meta_mls);
4419         multilist_sublist_unlock(data_mls);
4420
4421         return (type);
4422 }
4423
4424 /*
4425  * Evict buffers from the cache, such that arc_size is capped by arc_c.
4426  */
4427 static uint64_t
4428 arc_adjust(void)
4429 {
4430         uint64_t total_evicted = 0;
4431         uint64_t bytes;
4432         int64_t target;
4433         uint64_t asize = aggsum_value(&arc_size);
4434         uint64_t ameta = aggsum_value(&arc_meta_used);
4435
4436         /*
4437          * If we're over arc_meta_limit, we want to correct that before
4438          * potentially evicting data buffers below.
4439          */
4440         total_evicted += arc_adjust_meta(ameta);
4441
4442         /*
4443          * Adjust MRU size
4444          *
4445          * If we're over the target cache size, we want to evict enough
4446          * from the list to get back to our target size. We don't want
4447          * to evict too much from the MRU, such that it drops below
4448          * arc_p. So, if we're over our target cache size more than
4449          * the MRU is over arc_p, we'll evict enough to get back to
4450          * arc_p here, and then evict more from the MFU below.
4451          */
4452         target = MIN((int64_t)(asize - arc_c),
4453             (int64_t)(zfs_refcount_count(&arc_anon->arcs_size) +
4454             zfs_refcount_count(&arc_mru->arcs_size) + ameta - arc_p));
4455
4456         /*
4457          * If we're below arc_meta_min, always prefer to evict data.
4458          * Otherwise, try to satisfy the requested number of bytes to
4459          * evict from the type which contains older buffers; in an
4460          * effort to keep newer buffers in the cache regardless of their
4461          * type. If we cannot satisfy the number of bytes from this
4462          * type, spill over into the next type.
4463          */
4464         if (arc_adjust_type(arc_mru) == ARC_BUFC_METADATA &&
4465             ameta > arc_meta_min) {
4466                 bytes = arc_adjust_impl(arc_mru, 0, target, ARC_BUFC_METADATA);
4467                 total_evicted += bytes;
4468
4469                 /*
4470                  * If we couldn't evict our target number of bytes from
4471                  * metadata, we try to get the rest from data.
4472                  */
4473                 target -= bytes;
4474
4475                 total_evicted +=
4476                     arc_adjust_impl(arc_mru, 0, target, ARC_BUFC_DATA);
4477         } else {
4478                 bytes = arc_adjust_impl(arc_mru, 0, target, ARC_BUFC_DATA);
4479                 total_evicted += bytes;
4480
4481                 /*
4482                  * If we couldn't evict our target number of bytes from
4483                  * data, we try to get the rest from metadata.
4484                  */
4485                 target -= bytes;
4486
4487                 total_evicted +=
4488                     arc_adjust_impl(arc_mru, 0, target, ARC_BUFC_METADATA);
4489         }
4490
4491         /*
4492          * Re-sum ARC stats after the first round of evictions.
4493          */
4494         asize = aggsum_value(&arc_size);
4495         ameta = aggsum_value(&arc_meta_used);
4496
4497         /*
4498          * Adjust MFU size
4499          *
4500          * Now that we've tried to evict enough from the MRU to get its
4501          * size back to arc_p, if we're still above the target cache
4502          * size, we evict the rest from the MFU.
4503          */
4504         target = asize - arc_c;
4505
4506         if (arc_adjust_type(arc_mfu) == ARC_BUFC_METADATA &&
4507             ameta > arc_meta_min) {
4508                 bytes = arc_adjust_impl(arc_mfu, 0, target, ARC_BUFC_METADATA);
4509                 total_evicted += bytes;
4510
4511                 /*
4512                  * If we couldn't evict our target number of bytes from
4513                  * metadata, we try to get the rest from data.
4514                  */
4515                 target -= bytes;
4516
4517                 total_evicted +=
4518                     arc_adjust_impl(arc_mfu, 0, target, ARC_BUFC_DATA);
4519         } else {
4520                 bytes = arc_adjust_impl(arc_mfu, 0, target, ARC_BUFC_DATA);
4521                 total_evicted += bytes;
4522
4523                 /*
4524                  * If we couldn't evict our target number of bytes from
4525                  * data, we try to get the rest from data.
4526                  */
4527                 target -= bytes;
4528
4529                 total_evicted +=
4530                     arc_adjust_impl(arc_mfu, 0, target, ARC_BUFC_METADATA);
4531         }
4532
4533         /*
4534          * Adjust ghost lists
4535          *
4536          * In addition to the above, the ARC also defines target values
4537          * for the ghost lists. The sum of the mru list and mru ghost
4538          * list should never exceed the target size of the cache, and
4539          * the sum of the mru list, mfu list, mru ghost list, and mfu
4540          * ghost list should never exceed twice the target size of the
4541          * cache. The following logic enforces these limits on the ghost
4542          * caches, and evicts from them as needed.
4543          */
4544         target = zfs_refcount_count(&arc_mru->arcs_size) +
4545             zfs_refcount_count(&arc_mru_ghost->arcs_size) - arc_c;
4546
4547         bytes = arc_adjust_impl(arc_mru_ghost, 0, target, ARC_BUFC_DATA);
4548         total_evicted += bytes;
4549
4550         target -= bytes;
4551
4552         total_evicted +=
4553             arc_adjust_impl(arc_mru_ghost, 0, target, ARC_BUFC_METADATA);
4554
4555         /*
4556          * We assume the sum of the mru list and mfu list is less than
4557          * or equal to arc_c (we enforced this above), which means we
4558          * can use the simpler of the two equations below:
4559          *
4560          *      mru + mfu + mru ghost + mfu ghost <= 2 * arc_c
4561          *                  mru ghost + mfu ghost <= arc_c
4562          */
4563         target = zfs_refcount_count(&arc_mru_ghost->arcs_size) +
4564             zfs_refcount_count(&arc_mfu_ghost->arcs_size) - arc_c;
4565
4566         bytes = arc_adjust_impl(arc_mfu_ghost, 0, target, ARC_BUFC_DATA);
4567         total_evicted += bytes;
4568
4569         target -= bytes;
4570
4571         total_evicted +=
4572             arc_adjust_impl(arc_mfu_ghost, 0, target, ARC_BUFC_METADATA);
4573
4574         return (total_evicted);
4575 }
4576
4577 void
4578 arc_flush(spa_t *spa, boolean_t retry)
4579 {
4580         uint64_t guid = 0;
4581
4582         /*
4583          * If retry is B_TRUE, a spa must not be specified since we have
4584          * no good way to determine if all of a spa's buffers have been
4585          * evicted from an arc state.
4586          */
4587         ASSERT(!retry || spa == 0);
4588
4589         if (spa != NULL)
4590                 guid = spa_load_guid(spa);
4591
4592         (void) arc_flush_state(arc_mru, guid, ARC_BUFC_DATA, retry);
4593         (void) arc_flush_state(arc_mru, guid, ARC_BUFC_METADATA, retry);
4594
4595         (void) arc_flush_state(arc_mfu, guid, ARC_BUFC_DATA, retry);
4596         (void) arc_flush_state(arc_mfu, guid, ARC_BUFC_METADATA, retry);
4597
4598         (void) arc_flush_state(arc_mru_ghost, guid, ARC_BUFC_DATA, retry);
4599         (void) arc_flush_state(arc_mru_ghost, guid, ARC_BUFC_METADATA, retry);
4600
4601         (void) arc_flush_state(arc_mfu_ghost, guid, ARC_BUFC_DATA, retry);
4602         (void) arc_flush_state(arc_mfu_ghost, guid, ARC_BUFC_METADATA, retry);
4603 }
4604
4605 static void
4606 arc_reduce_target_size(int64_t to_free)
4607 {
4608         uint64_t asize = aggsum_value(&arc_size);
4609         if (arc_c > arc_c_min) {
4610                 DTRACE_PROBE4(arc__shrink, uint64_t, arc_c, uint64_t,
4611                         arc_c_min, uint64_t, arc_p, uint64_t, to_free);
4612                 if (arc_c > arc_c_min + to_free)
4613                         atomic_add_64(&arc_c, -to_free);
4614                 else
4615                         arc_c = arc_c_min;
4616
4617                 atomic_add_64(&arc_p, -(arc_p >> arc_shrink_shift));
4618                 if (asize < arc_c)
4619                         arc_c = MAX(asize, arc_c_min);
4620                 if (arc_p > arc_c)
4621                         arc_p = (arc_c >> 1);
4622
4623                 DTRACE_PROBE2(arc__shrunk, uint64_t, arc_c, uint64_t,
4624                         arc_p);
4625
4626                 ASSERT(arc_c >= arc_c_min);
4627                 ASSERT((int64_t)arc_p >= 0);
4628         }
4629
4630         if (asize > arc_c) {
4631                 DTRACE_PROBE2(arc__shrink_adjust, uint64_t, asize,
4632                         uint64_t, arc_c);
4633                 /* See comment in arc_adjust_cb_check() on why lock+flag */
4634                 mutex_enter(&arc_adjust_lock);
4635                 arc_adjust_needed = B_TRUE;
4636                 mutex_exit(&arc_adjust_lock);
4637                 zthr_wakeup(arc_adjust_zthr);
4638         }
4639 }
4640
4641 typedef enum free_memory_reason_t {
4642         FMR_UNKNOWN,
4643         FMR_NEEDFREE,
4644         FMR_LOTSFREE,
4645         FMR_SWAPFS_MINFREE,
4646         FMR_PAGES_PP_MAXIMUM,
4647         FMR_HEAP_ARENA,
4648         FMR_ZIO_ARENA,
4649 } free_memory_reason_t;
4650
4651 int64_t last_free_memory;
4652 free_memory_reason_t last_free_reason;
4653
4654 /*
4655  * Additional reserve of pages for pp_reserve.
4656  */
4657 int64_t arc_pages_pp_reserve = 64;
4658
4659 /*
4660  * Additional reserve of pages for swapfs.
4661  */
4662 int64_t arc_swapfs_reserve = 64;
4663
4664 /*
4665  * Return the amount of memory that can be consumed before reclaim will be
4666  * needed.  Positive if there is sufficient free memory, negative indicates
4667  * the amount of memory that needs to be freed up.
4668  */
4669 static int64_t
4670 arc_available_memory(void)
4671 {
4672         int64_t lowest = INT64_MAX;
4673         int64_t n;
4674         free_memory_reason_t r = FMR_UNKNOWN;
4675
4676 #ifdef _KERNEL
4677 #ifdef __FreeBSD__
4678         /*
4679          * Cooperate with pagedaemon when it's time for it to scan
4680          * and reclaim some pages.
4681          */
4682         n = PAGESIZE * ((int64_t)freemem - zfs_arc_free_target);
4683         if (n < lowest) {
4684                 lowest = n;
4685                 r = FMR_LOTSFREE;
4686         }
4687
4688 #else
4689         if (needfree > 0) {
4690                 n = PAGESIZE * (-needfree);
4691                 if (n < lowest) {
4692                         lowest = n;
4693                         r = FMR_NEEDFREE;
4694                 }
4695         }
4696
4697         /*
4698          * check that we're out of range of the pageout scanner.  It starts to
4699          * schedule paging if freemem is less than lotsfree and needfree.
4700          * lotsfree is the high-water mark for pageout, and needfree is the
4701          * number of needed free pages.  We add extra pages here to make sure
4702          * the scanner doesn't start up while we're freeing memory.
4703          */
4704         n = PAGESIZE * (freemem - lotsfree - needfree - desfree);
4705         if (n < lowest) {
4706                 lowest = n;
4707                 r = FMR_LOTSFREE;
4708         }
4709
4710         /*
4711          * check to make sure that swapfs has enough space so that anon
4712          * reservations can still succeed. anon_resvmem() checks that the
4713          * availrmem is greater than swapfs_minfree, and the number of reserved
4714          * swap pages.  We also add a bit of extra here just to prevent
4715          * circumstances from getting really dire.
4716          */
4717         n = PAGESIZE * (availrmem - swapfs_minfree - swapfs_reserve -
4718             desfree - arc_swapfs_reserve);
4719         if (n < lowest) {
4720                 lowest = n;
4721                 r = FMR_SWAPFS_MINFREE;
4722         }
4723
4724
4725         /*
4726          * Check that we have enough availrmem that memory locking (e.g., via
4727          * mlock(3C) or memcntl(2)) can still succeed.  (pages_pp_maximum
4728          * stores the number of pages that cannot be locked; when availrmem
4729          * drops below pages_pp_maximum, page locking mechanisms such as
4730          * page_pp_lock() will fail.)
4731          */
4732         n = PAGESIZE * (availrmem - pages_pp_maximum -
4733             arc_pages_pp_reserve);
4734         if (n < lowest) {
4735                 lowest = n;
4736                 r = FMR_PAGES_PP_MAXIMUM;
4737         }
4738
4739 #endif  /* __FreeBSD__ */
4740 #if defined(__i386) || !defined(UMA_MD_SMALL_ALLOC)
4741         /*
4742          * If we're on an i386 platform, it's possible that we'll exhaust the
4743          * kernel heap space before we ever run out of available physical
4744          * memory.  Most checks of the size of the heap_area compare against
4745          * tune.t_minarmem, which is the minimum available real memory that we
4746          * can have in the system.  However, this is generally fixed at 25 pages
4747          * which is so low that it's useless.  In this comparison, we seek to
4748          * calculate the total heap-size, and reclaim if more than 3/4ths of the
4749          * heap is allocated.  (Or, in the calculation, if less than 1/4th is
4750          * free)
4751          */
4752         n = uma_avail() - (long)(uma_limit() / 4);
4753         if (n < lowest) {
4754                 lowest = n;
4755                 r = FMR_HEAP_ARENA;
4756         }
4757 #endif
4758
4759         /*
4760          * If zio data pages are being allocated out of a separate heap segment,
4761          * then enforce that the size of available vmem for this arena remains
4762          * above about 1/4th (1/(2^arc_zio_arena_free_shift)) free.
4763          *
4764          * Note that reducing the arc_zio_arena_free_shift keeps more virtual
4765          * memory (in the zio_arena) free, which can avoid memory
4766          * fragmentation issues.
4767          */
4768         if (zio_arena != NULL) {
4769                 n = (int64_t)vmem_size(zio_arena, VMEM_FREE) -
4770                     (vmem_size(zio_arena, VMEM_ALLOC) >>
4771                     arc_zio_arena_free_shift);
4772                 if (n < lowest) {
4773                         lowest = n;
4774                         r = FMR_ZIO_ARENA;
4775                 }
4776         }
4777
4778 #else   /* _KERNEL */
4779         /* Every 100 calls, free a small amount */
4780         if (spa_get_random(100) == 0)
4781                 lowest = -1024;
4782 #endif  /* _KERNEL */
4783
4784         last_free_memory = lowest;
4785         last_free_reason = r;
4786         DTRACE_PROBE2(arc__available_memory, int64_t, lowest, int, r);
4787         return (lowest);
4788 }
4789
4790
4791 /*
4792  * Determine if the system is under memory pressure and is asking
4793  * to reclaim memory. A return value of B_TRUE indicates that the system
4794  * is under memory pressure and that the arc should adjust accordingly.
4795  */
4796 static boolean_t
4797 arc_reclaim_needed(void)
4798 {
4799         return (arc_available_memory() < 0);
4800 }
4801
4802 extern kmem_cache_t     *zio_buf_cache[];
4803 extern kmem_cache_t     *zio_data_buf_cache[];
4804 extern kmem_cache_t     *range_seg_cache;
4805 extern kmem_cache_t     *abd_chunk_cache;
4806
4807 static __noinline void
4808 arc_kmem_reap_soon(void)
4809 {
4810         size_t                  i;
4811         kmem_cache_t            *prev_cache = NULL;
4812         kmem_cache_t            *prev_data_cache = NULL;
4813
4814         DTRACE_PROBE(arc__kmem_reap_start);
4815 #ifdef _KERNEL
4816         if (aggsum_compare(&arc_meta_used, arc_meta_limit) >= 0) {
4817                 /*
4818                  * We are exceeding our meta-data cache limit.
4819                  * Purge some DNLC entries to release holds on meta-data.
4820                  */
4821                 dnlc_reduce_cache((void *)(uintptr_t)arc_reduce_dnlc_percent);
4822         }
4823 #if defined(__i386)
4824         /*
4825          * Reclaim unused memory from all kmem caches.
4826          */
4827         kmem_reap();
4828 #endif
4829 #endif
4830
4831         for (i = 0; i < SPA_MAXBLOCKSIZE >> SPA_MINBLOCKSHIFT; i++) {
4832                 if (zio_buf_cache[i] != prev_cache) {
4833                         prev_cache = zio_buf_cache[i];
4834                         kmem_cache_reap_soon(zio_buf_cache[i]);
4835                 }
4836                 if (zio_data_buf_cache[i] != prev_data_cache) {
4837                         prev_data_cache = zio_data_buf_cache[i];
4838                         kmem_cache_reap_soon(zio_data_buf_cache[i]);
4839                 }
4840         }
4841         kmem_cache_reap_soon(abd_chunk_cache);
4842         kmem_cache_reap_soon(buf_cache);
4843         kmem_cache_reap_soon(hdr_full_cache);
4844         kmem_cache_reap_soon(hdr_l2only_cache);
4845         kmem_cache_reap_soon(range_seg_cache);
4846
4847 #ifdef illumos
4848         if (zio_arena != NULL) {
4849                 /*
4850                  * Ask the vmem arena to reclaim unused memory from its
4851                  * quantum caches.
4852                  */
4853                 vmem_qcache_reap(zio_arena);
4854         }
4855 #endif
4856         DTRACE_PROBE(arc__kmem_reap_end);
4857 }
4858
4859 /* ARGSUSED */
4860 static boolean_t
4861 arc_adjust_cb_check(void *arg, zthr_t *zthr)
4862 {
4863         /*
4864          * This is necessary in order for the mdb ::arc dcmd to
4865          * show up to date information. Since the ::arc command
4866          * does not call the kstat's update function, without
4867          * this call, the command may show stale stats for the
4868          * anon, mru, mru_ghost, mfu, and mfu_ghost lists. Even
4869          * with this change, the data might be up to 1 second
4870          * out of date(the arc_adjust_zthr has a maximum sleep
4871          * time of 1 second); but that should suffice.  The
4872          * arc_state_t structures can be queried directly if more
4873          * accurate information is needed.
4874          */
4875         if (arc_ksp != NULL)
4876                 arc_ksp->ks_update(arc_ksp, KSTAT_READ);
4877
4878         /*
4879          * We have to rely on arc_get_data_impl() to tell us when to adjust,
4880          * rather than checking if we are overflowing here, so that we are
4881          * sure to not leave arc_get_data_impl() waiting on
4882          * arc_adjust_waiters_cv.  If we have become "not overflowing" since
4883          * arc_get_data_impl() checked, we need to wake it up.  We could
4884          * broadcast the CV here, but arc_get_data_impl() may have not yet
4885          * gone to sleep.  We would need to use a mutex to ensure that this
4886          * function doesn't broadcast until arc_get_data_impl() has gone to
4887          * sleep (e.g. the arc_adjust_lock).  However, the lock ordering of
4888          * such a lock would necessarily be incorrect with respect to the
4889          * zthr_lock, which is held before this function is called, and is
4890          * held by arc_get_data_impl() when it calls zthr_wakeup().
4891          */
4892         return (arc_adjust_needed);
4893 }
4894
4895 /*
4896  * Keep arc_size under arc_c by running arc_adjust which evicts data
4897  * from the ARC. */
4898 /* ARGSUSED */
4899 static int
4900 arc_adjust_cb(void *arg, zthr_t *zthr)
4901 {
4902         uint64_t evicted = 0;
4903
4904         /* Evict from cache */
4905         evicted = arc_adjust();
4906
4907         /*
4908          * If evicted is zero, we couldn't evict anything
4909          * via arc_adjust(). This could be due to hash lock
4910          * collisions, but more likely due to the majority of
4911          * arc buffers being unevictable. Therefore, even if
4912          * arc_size is above arc_c, another pass is unlikely to
4913          * be helpful and could potentially cause us to enter an
4914          * infinite loop.  Additionally, zthr_iscancelled() is
4915          * checked here so that if the arc is shutting down, the
4916          * broadcast will wake any remaining arc adjust waiters.
4917          */
4918         mutex_enter(&arc_adjust_lock);
4919         arc_adjust_needed = !zthr_iscancelled(arc_adjust_zthr) &&
4920             evicted > 0 && aggsum_compare(&arc_size, arc_c) > 0;
4921         if (!arc_adjust_needed) {
4922                 /*
4923                  * We're either no longer overflowing, or we
4924                  * can't evict anything more, so we should wake
4925                  * up any waiters.
4926                  */
4927                 cv_broadcast(&arc_adjust_waiters_cv);
4928         }
4929         mutex_exit(&arc_adjust_lock);
4930
4931         return (0);
4932 }
4933
4934 /* ARGSUSED */
4935 static boolean_t
4936 arc_reap_cb_check(void *arg, zthr_t *zthr)
4937 {
4938         int64_t free_memory = arc_available_memory();
4939
4940         /*
4941          * If a kmem reap is already active, don't schedule more.  We must
4942          * check for this because kmem_cache_reap_soon() won't actually
4943          * block on the cache being reaped (this is to prevent callers from
4944          * becoming implicitly blocked by a system-wide kmem reap -- which,
4945          * on a system with many, many full magazines, can take minutes).
4946          */
4947         if (!kmem_cache_reap_active() &&
4948             free_memory < 0) {
4949                 arc_no_grow = B_TRUE;
4950                 arc_warm = B_TRUE;
4951                 /*
4952                  * Wait at least zfs_grow_retry (default 60) seconds
4953                  * before considering growing.
4954                  */
4955                 arc_growtime = gethrtime() + SEC2NSEC(arc_grow_retry);
4956                 return (B_TRUE);
4957         } else if (free_memory < arc_c >> arc_no_grow_shift) {
4958                 arc_no_grow = B_TRUE;
4959         } else if (gethrtime() >= arc_growtime) {
4960                 arc_no_grow = B_FALSE;
4961         }
4962
4963         return (B_FALSE);
4964 }
4965
4966 /*
4967  * Keep enough free memory in the system by reaping the ARC's kmem
4968  * caches.  To cause more slabs to be reapable, we may reduce the
4969  * target size of the cache (arc_c), causing the arc_adjust_cb()
4970  * to free more buffers.
4971  */
4972 /* ARGSUSED */
4973 static int
4974 arc_reap_cb(void *arg, zthr_t *zthr)
4975 {
4976         int64_t free_memory;
4977
4978         /*
4979          * Kick off asynchronous kmem_reap()'s of all our caches.
4980          */
4981         arc_kmem_reap_soon();
4982
4983         /*
4984          * Wait at least arc_kmem_cache_reap_retry_ms between
4985          * arc_kmem_reap_soon() calls. Without this check it is possible to
4986          * end up in a situation where we spend lots of time reaping
4987          * caches, while we're near arc_c_min.  Waiting here also gives the
4988          * subsequent free memory check a chance of finding that the
4989          * asynchronous reap has already freed enough memory, and we don't
4990          * need to call arc_reduce_target_size().
4991          */
4992         delay((hz * arc_kmem_cache_reap_retry_ms + 999) / 1000);
4993
4994         /*
4995          * Reduce the target size as needed to maintain the amount of free
4996          * memory in the system at a fraction of the arc_size (1/128th by
4997          * default).  If oversubscribed (free_memory < 0) then reduce the
4998          * target arc_size by the deficit amount plus the fractional
4999          * amount.  If free memory is positive but less then the fractional
5000          * amount, reduce by what is needed to hit the fractional amount.
5001          */
5002         free_memory = arc_available_memory();
5003
5004         int64_t to_free =
5005             (arc_c >> arc_shrink_shift) - free_memory;
5006         if (to_free > 0) {
5007 #ifdef _KERNEL
5008 #ifdef illumos
5009                 to_free = MAX(to_free, ptob(needfree));
5010 #endif
5011 #endif
5012                 arc_reduce_target_size(to_free);
5013         }
5014
5015         return (0);
5016 }
5017
5018 static u_int arc_dnlc_evicts_arg;
5019 extern struct vfsops zfs_vfsops;
5020
5021 static void
5022 arc_dnlc_evicts_thread(void *dummy __unused)
5023 {
5024         callb_cpr_t cpr;
5025         u_int percent;
5026
5027         CALLB_CPR_INIT(&cpr, &arc_dnlc_evicts_lock, callb_generic_cpr, FTAG);
5028
5029         mutex_enter(&arc_dnlc_evicts_lock);
5030         while (!arc_dnlc_evicts_thread_exit) {
5031                 CALLB_CPR_SAFE_BEGIN(&cpr);
5032                 (void) cv_wait(&arc_dnlc_evicts_cv, &arc_dnlc_evicts_lock);
5033                 CALLB_CPR_SAFE_END(&cpr, &arc_dnlc_evicts_lock);
5034                 if (arc_dnlc_evicts_arg != 0) {
5035                         percent = arc_dnlc_evicts_arg;
5036                         mutex_exit(&arc_dnlc_evicts_lock);
5037 #ifdef _KERNEL
5038                         vnlru_free(desiredvnodes * percent / 100, &zfs_vfsops);
5039 #endif
5040                         mutex_enter(&arc_dnlc_evicts_lock);
5041                         /*
5042                          * Clear our token only after vnlru_free()
5043                          * pass is done, to avoid false queueing of
5044                          * the requests.
5045                          */
5046                         arc_dnlc_evicts_arg = 0;
5047                 }
5048         }
5049         arc_dnlc_evicts_thread_exit = FALSE;
5050         cv_broadcast(&arc_dnlc_evicts_cv);
5051         CALLB_CPR_EXIT(&cpr);
5052         thread_exit();
5053 }
5054
5055 void
5056 dnlc_reduce_cache(void *arg)
5057 {
5058         u_int percent;
5059
5060         percent = (u_int)(uintptr_t)arg;
5061         mutex_enter(&arc_dnlc_evicts_lock);
5062         if (arc_dnlc_evicts_arg == 0) {
5063                 arc_dnlc_evicts_arg = percent;
5064                 cv_broadcast(&arc_dnlc_evicts_cv);
5065         }
5066         mutex_exit(&arc_dnlc_evicts_lock);
5067 }
5068
5069 /*
5070  * Adapt arc info given the number of bytes we are trying to add and
5071  * the state that we are comming from.  This function is only called
5072  * when we are adding new content to the cache.
5073  */
5074 static void
5075 arc_adapt(int bytes, arc_state_t *state)
5076 {
5077         int mult;
5078         uint64_t arc_p_min = (arc_c >> arc_p_min_shift);
5079         int64_t mrug_size = zfs_refcount_count(&arc_mru_ghost->arcs_size);
5080         int64_t mfug_size = zfs_refcount_count(&arc_mfu_ghost->arcs_size);
5081
5082         if (state == arc_l2c_only)
5083                 return;
5084
5085         ASSERT(bytes > 0);
5086         /*
5087          * Adapt the target size of the MRU list:
5088          *      - if we just hit in the MRU ghost list, then increase
5089          *        the target size of the MRU list.
5090          *      - if we just hit in the MFU ghost list, then increase
5091          *        the target size of the MFU list by decreasing the
5092          *        target size of the MRU list.
5093          */
5094         if (state == arc_mru_ghost) {
5095                 mult = (mrug_size >= mfug_size) ? 1 : (mfug_size / mrug_size);
5096                 mult = MIN(mult, 10); /* avoid wild arc_p adjustment */
5097
5098                 arc_p = MIN(arc_c - arc_p_min, arc_p + bytes * mult);
5099         } else if (state == arc_mfu_ghost) {
5100                 uint64_t delta;
5101
5102                 mult = (mfug_size >= mrug_size) ? 1 : (mrug_size / mfug_size);
5103                 mult = MIN(mult, 10);
5104
5105                 delta = MIN(bytes * mult, arc_p);
5106                 arc_p = MAX(arc_p_min, arc_p - delta);
5107         }
5108         ASSERT((int64_t)arc_p >= 0);
5109
5110         /*
5111          * Wake reap thread if we do not have any available memory
5112          */
5113         if (arc_reclaim_needed()) {
5114                 zthr_wakeup(arc_reap_zthr);
5115                 return;
5116         }
5117
5118         if (arc_no_grow)
5119                 return;
5120
5121         if (arc_c >= arc_c_max)
5122                 return;
5123
5124         /*
5125          * If we're within (2 * maxblocksize) bytes of the target
5126          * cache size, increment the target cache size
5127          */
5128         if (aggsum_compare(&arc_size, arc_c - (2ULL << SPA_MAXBLOCKSHIFT)) >
5129             0) {
5130                 DTRACE_PROBE1(arc__inc_adapt, int, bytes);
5131                 atomic_add_64(&arc_c, (int64_t)bytes);
5132                 if (arc_c > arc_c_max)
5133                         arc_c = arc_c_max;
5134                 else if (state == arc_anon)
5135                         atomic_add_64(&arc_p, (int64_t)bytes);
5136                 if (arc_p > arc_c)
5137                         arc_p = arc_c;
5138         }
5139         ASSERT((int64_t)arc_p >= 0);
5140 }
5141
5142 /*
5143  * Check if arc_size has grown past our upper threshold, determined by
5144  * zfs_arc_overflow_shift.
5145  */
5146 static boolean_t
5147 arc_is_overflowing(void)
5148 {
5149         /* Always allow at least one block of overflow */
5150         int64_t overflow = MAX(SPA_MAXBLOCKSIZE,
5151             arc_c >> zfs_arc_overflow_shift);
5152
5153         /*
5154          * We just compare the lower bound here for performance reasons. Our
5155          * primary goals are to make sure that the arc never grows without
5156          * bound, and that it can reach its maximum size. This check
5157          * accomplishes both goals. The maximum amount we could run over by is
5158          * 2 * aggsum_borrow_multiplier * NUM_CPUS * the average size of a block
5159          * in the ARC. In practice, that's in the tens of MB, which is low
5160          * enough to be safe.
5161          */
5162         return (aggsum_lower_bound(&arc_size) >= (int64_t)arc_c + overflow);
5163 }
5164
5165 static abd_t *
5166 arc_get_data_abd(arc_buf_hdr_t *hdr, uint64_t size, void *tag, boolean_t do_adapt)
5167 {
5168         arc_buf_contents_t type = arc_buf_type(hdr);
5169
5170         arc_get_data_impl(hdr, size, tag, do_adapt);
5171         if (type == ARC_BUFC_METADATA) {
5172                 return (abd_alloc(size, B_TRUE));
5173         } else {
5174                 ASSERT(type == ARC_BUFC_DATA);
5175                 return (abd_alloc(size, B_FALSE));
5176         }
5177 }
5178
5179 static void *
5180 arc_get_data_buf(arc_buf_hdr_t *hdr, uint64_t size, void *tag)
5181 {
5182         arc_buf_contents_t type = arc_buf_type(hdr);
5183
5184         arc_get_data_impl(hdr, size, tag, B_TRUE);
5185         if (type == ARC_BUFC_METADATA) {
5186                 return (zio_buf_alloc(size));
5187         } else {
5188                 ASSERT(type == ARC_BUFC_DATA);
5189                 return (zio_data_buf_alloc(size));
5190         }
5191 }
5192
5193 /*
5194  * Allocate a block and return it to the caller. If we are hitting the
5195  * hard limit for the cache size, we must sleep, waiting for the eviction
5196  * thread to catch up. If we're past the target size but below the hard
5197  * limit, we'll only signal the reclaim thread and continue on.
5198  */
5199 static void
5200 arc_get_data_impl(arc_buf_hdr_t *hdr, uint64_t size, void *tag, boolean_t do_adapt)
5201 {
5202         arc_state_t *state = hdr->b_l1hdr.b_state;
5203         arc_buf_contents_t type = arc_buf_type(hdr);
5204
5205         if (do_adapt)
5206                 arc_adapt(size, state);
5207
5208         /*
5209          * If arc_size is currently overflowing, and has grown past our
5210          * upper limit, we must be adding data faster than the evict
5211          * thread can evict. Thus, to ensure we don't compound the
5212          * problem by adding more data and forcing arc_size to grow even
5213          * further past it's target size, we halt and wait for the
5214          * eviction thread to catch up.
5215          *
5216          * It's also possible that the reclaim thread is unable to evict
5217          * enough buffers to get arc_size below the overflow limit (e.g.
5218          * due to buffers being un-evictable, or hash lock collisions).
5219          * In this case, we want to proceed regardless if we're
5220          * overflowing; thus we don't use a while loop here.
5221          */
5222         if (arc_is_overflowing()) {
5223                 mutex_enter(&arc_adjust_lock);
5224
5225                 /*
5226                  * Now that we've acquired the lock, we may no longer be
5227                  * over the overflow limit, lets check.
5228                  *
5229                  * We're ignoring the case of spurious wake ups. If that
5230                  * were to happen, it'd let this thread consume an ARC
5231                  * buffer before it should have (i.e. before we're under
5232                  * the overflow limit and were signalled by the reclaim
5233                  * thread). As long as that is a rare occurrence, it
5234                  * shouldn't cause any harm.
5235                  */
5236                 if (arc_is_overflowing()) {
5237                         arc_adjust_needed = B_TRUE;
5238                         zthr_wakeup(arc_adjust_zthr);
5239                         (void) cv_wait(&arc_adjust_waiters_cv,
5240                             &arc_adjust_lock);
5241                 }
5242                 mutex_exit(&arc_adjust_lock);
5243         }
5244
5245         VERIFY3U(hdr->b_type, ==, type);
5246         if (type == ARC_BUFC_METADATA) {
5247                 arc_space_consume(size, ARC_SPACE_META);
5248         } else {
5249                 arc_space_consume(size, ARC_SPACE_DATA);
5250         }
5251
5252         /*
5253          * Update the state size.  Note that ghost states have a
5254          * "ghost size" and so don't need to be updated.
5255          */
5256         if (!GHOST_STATE(state)) {
5257
5258                 (void) zfs_refcount_add_many(&state->arcs_size, size, tag);
5259
5260                 /*
5261                  * If this is reached via arc_read, the link is
5262                  * protected by the hash lock. If reached via
5263                  * arc_buf_alloc, the header should not be accessed by
5264                  * any other thread. And, if reached via arc_read_done,
5265                  * the hash lock will protect it if it's found in the
5266                  * hash table; otherwise no other thread should be
5267                  * trying to [add|remove]_reference it.
5268                  */
5269                 if (multilist_link_active(&hdr->b_l1hdr.b_arc_node)) {
5270                         ASSERT(zfs_refcount_is_zero(&hdr->b_l1hdr.b_refcnt));
5271                         (void) zfs_refcount_add_many(&state->arcs_esize[type],
5272                             size, tag);
5273                 }
5274
5275                 /*
5276                  * If we are growing the cache, and we are adding anonymous
5277                  * data, and we have outgrown arc_p, update arc_p
5278                  */
5279                 if (aggsum_upper_bound(&arc_size) < arc_c &&
5280                     hdr->b_l1hdr.b_state == arc_anon &&
5281                     (zfs_refcount_count(&arc_anon->arcs_size) +
5282                     zfs_refcount_count(&arc_mru->arcs_size) > arc_p))
5283                         arc_p = MIN(arc_c, arc_p + size);
5284         }
5285         ARCSTAT_BUMP(arcstat_allocated);
5286 }
5287
5288 static void
5289 arc_free_data_abd(arc_buf_hdr_t *hdr, abd_t *abd, uint64_t size, void *tag)
5290 {
5291         arc_free_data_impl(hdr, size, tag);
5292         abd_free(abd);
5293 }
5294
5295 static void
5296 arc_free_data_buf(arc_buf_hdr_t *hdr, void *buf, uint64_t size, void *tag)
5297 {
5298         arc_buf_contents_t type = arc_buf_type(hdr);
5299
5300         arc_free_data_impl(hdr, size, tag);
5301         if (type == ARC_BUFC_METADATA) {
5302                 zio_buf_free(buf, size);
5303         } else {
5304                 ASSERT(type == ARC_BUFC_DATA);
5305                 zio_data_buf_free(buf, size);
5306         }
5307 }
5308
5309 /*
5310  * Free the arc data buffer.
5311  */
5312 static void
5313 arc_free_data_impl(arc_buf_hdr_t *hdr, uint64_t size, void *tag)
5314 {
5315         arc_state_t *state = hdr->b_l1hdr.b_state;
5316         arc_buf_contents_t type = arc_buf_type(hdr);
5317
5318         /* protected by hash lock, if in the hash table */
5319         if (multilist_link_active(&hdr->b_l1hdr.b_arc_node)) {
5320                 ASSERT(zfs_refcount_is_zero(&hdr->b_l1hdr.b_refcnt));
5321                 ASSERT(state != arc_anon && state != arc_l2c_only);
5322
5323                 (void) zfs_refcount_remove_many(&state->arcs_esize[type],
5324                     size, tag);
5325         }
5326         (void) zfs_refcount_remove_many(&state->arcs_size, size, tag);
5327
5328         VERIFY3U(hdr->b_type, ==, type);
5329         if (type == ARC_BUFC_METADATA) {
5330                 arc_space_return(size, ARC_SPACE_META);
5331         } else {
5332                 ASSERT(type == ARC_BUFC_DATA);
5333                 arc_space_return(size, ARC_SPACE_DATA);
5334         }
5335 }
5336
5337 /*
5338  * This routine is called whenever a buffer is accessed.
5339  * NOTE: the hash lock is dropped in this function.
5340  */
5341 static void
5342 arc_access(arc_buf_hdr_t *hdr, kmutex_t *hash_lock)
5343 {
5344         clock_t now;
5345
5346         ASSERT(MUTEX_HELD(hash_lock));
5347         ASSERT(HDR_HAS_L1HDR(hdr));
5348
5349         if (hdr->b_l1hdr.b_state == arc_anon) {
5350                 /*
5351                  * This buffer is not in the cache, and does not
5352                  * appear in our "ghost" list.  Add the new buffer
5353                  * to the MRU state.
5354                  */
5355
5356                 ASSERT0(hdr->b_l1hdr.b_arc_access);
5357                 hdr->b_l1hdr.b_arc_access = ddi_get_lbolt();
5358                 DTRACE_PROBE1(new_state__mru, arc_buf_hdr_t *, hdr);
5359                 arc_change_state(arc_mru, hdr, hash_lock);
5360
5361         } else if (hdr->b_l1hdr.b_state == arc_mru) {
5362                 now = ddi_get_lbolt();
5363
5364                 /*
5365                  * If this buffer is here because of a prefetch, then either:
5366                  * - clear the flag if this is a "referencing" read
5367                  *   (any subsequent access will bump this into the MFU state).
5368                  * or
5369                  * - move the buffer to the head of the list if this is
5370                  *   another prefetch (to make it less likely to be evicted).
5371                  */
5372                 if (HDR_PREFETCH(hdr) || HDR_PRESCIENT_PREFETCH(hdr)) {
5373                         if (zfs_refcount_count(&hdr->b_l1hdr.b_refcnt) == 0) {
5374                                 /* link protected by hash lock */
5375                                 ASSERT(multilist_link_active(
5376                                     &hdr->b_l1hdr.b_arc_node));
5377                         } else {
5378                                 arc_hdr_clear_flags(hdr,
5379                                     ARC_FLAG_PREFETCH |
5380                                     ARC_FLAG_PRESCIENT_PREFETCH);
5381                                 ARCSTAT_BUMP(arcstat_mru_hits);
5382                         }
5383                         hdr->b_l1hdr.b_arc_access = now;
5384                         return;
5385                 }
5386
5387                 /*
5388                  * This buffer has been "accessed" only once so far,
5389                  * but it is still in the cache. Move it to the MFU
5390                  * state.
5391                  */
5392                 if (now > hdr->b_l1hdr.b_arc_access + ARC_MINTIME) {
5393                         /*
5394                          * More than 125ms have passed since we
5395                          * instantiated this buffer.  Move it to the
5396                          * most frequently used state.
5397                          */
5398                         hdr->b_l1hdr.b_arc_access = now;
5399                         DTRACE_PROBE1(new_state__mfu, arc_buf_hdr_t *, hdr);
5400                         arc_change_state(arc_mfu, hdr, hash_lock);
5401                 }
5402                 atomic_inc_32(&hdr->b_l1hdr.b_mru_hits);
5403                 ARCSTAT_BUMP(arcstat_mru_hits);
5404         } else if (hdr->b_l1hdr.b_state == arc_mru_ghost) {
5405                 arc_state_t     *new_state;
5406                 /*
5407                  * This buffer has been "accessed" recently, but
5408                  * was evicted from the cache.  Move it to the
5409                  * MFU state.
5410                  */
5411
5412                 if (HDR_PREFETCH(hdr) || HDR_PRESCIENT_PREFETCH(hdr)) {
5413                         new_state = arc_mru;
5414                         if (zfs_refcount_count(&hdr->b_l1hdr.b_refcnt) > 0) {
5415                                 arc_hdr_clear_flags(hdr,
5416                                     ARC_FLAG_PREFETCH |
5417                                     ARC_FLAG_PRESCIENT_PREFETCH);
5418                         }
5419                         DTRACE_PROBE1(new_state__mru, arc_buf_hdr_t *, hdr);
5420                 } else {
5421                         new_state = arc_mfu;
5422                         DTRACE_PROBE1(new_state__mfu, arc_buf_hdr_t *, hdr);
5423                 }
5424
5425                 hdr->b_l1hdr.b_arc_access = ddi_get_lbolt();
5426                 arc_change_state(new_state, hdr, hash_lock);
5427
5428                 atomic_inc_32(&hdr->b_l1hdr.b_mru_ghost_hits);
5429                 ARCSTAT_BUMP(arcstat_mru_ghost_hits);
5430         } else if (hdr->b_l1hdr.b_state == arc_mfu) {
5431                 /*
5432                  * This buffer has been accessed more than once and is
5433                  * still in the cache.  Keep it in the MFU state.
5434                  *
5435                  * NOTE: an add_reference() that occurred when we did
5436                  * the arc_read() will have kicked this off the list.
5437                  * If it was a prefetch, we will explicitly move it to
5438                  * the head of the list now.
5439                  */
5440
5441                 atomic_inc_32(&hdr->b_l1hdr.b_mfu_hits);
5442                 ARCSTAT_BUMP(arcstat_mfu_hits);
5443                 hdr->b_l1hdr.b_arc_access = ddi_get_lbolt();
5444         } else if (hdr->b_l1hdr.b_state == arc_mfu_ghost) {
5445                 arc_state_t     *new_state = arc_mfu;
5446                 /*
5447                  * This buffer has been accessed more than once but has
5448                  * been evicted from the cache.  Move it back to the
5449                  * MFU state.
5450                  */
5451
5452                 if (HDR_PREFETCH(hdr) || HDR_PRESCIENT_PREFETCH(hdr)) {
5453                         /*
5454                          * This is a prefetch access...
5455                          * move this block back to the MRU state.
5456                          */
5457                         new_state = arc_mru;
5458                 }
5459
5460                 hdr->b_l1hdr.b_arc_access = ddi_get_lbolt();
5461                 DTRACE_PROBE1(new_state__mfu, arc_buf_hdr_t *, hdr);
5462                 arc_change_state(new_state, hdr, hash_lock);
5463
5464                 atomic_inc_32(&hdr->b_l1hdr.b_mfu_ghost_hits);
5465                 ARCSTAT_BUMP(arcstat_mfu_ghost_hits);
5466         } else if (hdr->b_l1hdr.b_state == arc_l2c_only) {
5467                 /*
5468                  * This buffer is on the 2nd Level ARC.
5469                  */
5470
5471                 hdr->b_l1hdr.b_arc_access = ddi_get_lbolt();
5472                 DTRACE_PROBE1(new_state__mfu, arc_buf_hdr_t *, hdr);
5473                 arc_change_state(arc_mfu, hdr, hash_lock);
5474         } else {
5475                 ASSERT(!"invalid arc state");
5476         }
5477 }
5478
5479 /*
5480  * This routine is called by dbuf_hold() to update the arc_access() state
5481  * which otherwise would be skipped for entries in the dbuf cache.
5482  */
5483 void
5484 arc_buf_access(arc_buf_t *buf)
5485 {
5486         mutex_enter(&buf->b_evict_lock);
5487         arc_buf_hdr_t *hdr = buf->b_hdr;
5488
5489         /*
5490          * Avoid taking the hash_lock when possible as an optimization.
5491          * The header must be checked again under the hash_lock in order
5492          * to handle the case where it is concurrently being released.
5493          */
5494         if (hdr->b_l1hdr.b_state == arc_anon || HDR_EMPTY(hdr)) {
5495                 mutex_exit(&buf->b_evict_lock);
5496                 ARCSTAT_BUMP(arcstat_access_skip);
5497                 return;
5498         }
5499
5500         kmutex_t *hash_lock = HDR_LOCK(hdr);
5501         mutex_enter(hash_lock);
5502
5503         if (hdr->b_l1hdr.b_state == arc_anon || HDR_EMPTY(hdr)) {
5504                 mutex_exit(hash_lock);
5505                 mutex_exit(&buf->b_evict_lock);
5506                 ARCSTAT_BUMP(arcstat_access_skip);
5507                 return;
5508         }
5509
5510         mutex_exit(&buf->b_evict_lock);
5511
5512         ASSERT(hdr->b_l1hdr.b_state == arc_mru ||
5513             hdr->b_l1hdr.b_state == arc_mfu);
5514
5515         DTRACE_PROBE1(arc__hit, arc_buf_hdr_t *, hdr);
5516         arc_access(hdr, hash_lock);
5517         mutex_exit(hash_lock);
5518
5519         ARCSTAT_BUMP(arcstat_hits);
5520         ARCSTAT_CONDSTAT(!HDR_PREFETCH(hdr),
5521             demand, prefetch, !HDR_ISTYPE_METADATA(hdr), data, metadata, hits);
5522 }
5523
5524 /* a generic arc_read_done_func_t which you can use */
5525 /* ARGSUSED */
5526 void
5527 arc_bcopy_func(zio_t *zio, const zbookmark_phys_t *zb, const blkptr_t *bp,
5528     arc_buf_t *buf, void *arg)
5529 {
5530         if (buf == NULL)
5531                 return;
5532
5533         bcopy(buf->b_data, arg, arc_buf_size(buf));
5534         arc_buf_destroy(buf, arg);
5535 }
5536
5537 /* a generic arc_read_done_func_t */
5538 /* ARGSUSED */
5539 void
5540 arc_getbuf_func(zio_t *zio, const zbookmark_phys_t *zb, const blkptr_t *bp,
5541     arc_buf_t *buf, void *arg)
5542 {
5543         arc_buf_t **bufp = arg;
5544         if (buf == NULL) {
5545                 ASSERT(zio == NULL || zio->io_error != 0);
5546                 *bufp = NULL;
5547         } else {
5548                 ASSERT(zio == NULL || zio->io_error == 0);
5549                 *bufp = buf;
5550                 ASSERT(buf->b_data != NULL);
5551         }
5552 }
5553
5554 static void
5555 arc_hdr_verify(arc_buf_hdr_t *hdr, blkptr_t *bp)
5556 {
5557         if (BP_IS_HOLE(bp) || BP_IS_EMBEDDED(bp)) {
5558                 ASSERT3U(HDR_GET_PSIZE(hdr), ==, 0);
5559                 ASSERT3U(HDR_GET_COMPRESS(hdr), ==, ZIO_COMPRESS_OFF);
5560         } else {
5561                 if (HDR_COMPRESSION_ENABLED(hdr)) {
5562                         ASSERT3U(HDR_GET_COMPRESS(hdr), ==,
5563                             BP_GET_COMPRESS(bp));
5564                 }
5565                 ASSERT3U(HDR_GET_LSIZE(hdr), ==, BP_GET_LSIZE(bp));
5566                 ASSERT3U(HDR_GET_PSIZE(hdr), ==, BP_GET_PSIZE(bp));
5567         }
5568 }
5569
5570 static void
5571 arc_read_done(zio_t *zio)
5572 {
5573         arc_buf_hdr_t   *hdr = zio->io_private;
5574         kmutex_t        *hash_lock = NULL;
5575         arc_callback_t  *callback_list;
5576         arc_callback_t  *acb;
5577         boolean_t       freeable = B_FALSE;
5578         boolean_t       no_zio_error = (zio->io_error == 0);
5579
5580         /*
5581          * The hdr was inserted into hash-table and removed from lists
5582          * prior to starting I/O.  We should find this header, since
5583          * it's in the hash table, and it should be legit since it's
5584          * not possible to evict it during the I/O.  The only possible
5585          * reason for it not to be found is if we were freed during the
5586          * read.
5587          */
5588         if (HDR_IN_HASH_TABLE(hdr)) {
5589                 ASSERT3U(hdr->b_birth, ==, BP_PHYSICAL_BIRTH(zio->io_bp));
5590                 ASSERT3U(hdr->b_dva.dva_word[0], ==,
5591                     BP_IDENTITY(zio->io_bp)->dva_word[0]);
5592                 ASSERT3U(hdr->b_dva.dva_word[1], ==,
5593                     BP_IDENTITY(zio->io_bp)->dva_word[1]);
5594
5595                 arc_buf_hdr_t *found = buf_hash_find(hdr->b_spa, zio->io_bp,
5596                     &hash_lock);
5597
5598                 ASSERT((found == hdr &&
5599                     DVA_EQUAL(&hdr->b_dva, BP_IDENTITY(zio->io_bp))) ||
5600                     (found == hdr && HDR_L2_READING(hdr)));
5601                 ASSERT3P(hash_lock, !=, NULL);
5602         }
5603
5604         if (no_zio_error) {
5605                 /* byteswap if necessary */
5606                 if (BP_SHOULD_BYTESWAP(zio->io_bp)) {
5607                         if (BP_GET_LEVEL(zio->io_bp) > 0) {
5608                                 hdr->b_l1hdr.b_byteswap = DMU_BSWAP_UINT64;
5609                         } else {
5610                                 hdr->b_l1hdr.b_byteswap =
5611                                     DMU_OT_BYTESWAP(BP_GET_TYPE(zio->io_bp));
5612                         }
5613                 } else {
5614                         hdr->b_l1hdr.b_byteswap = DMU_BSWAP_NUMFUNCS;
5615                 }
5616         }
5617
5618         arc_hdr_clear_flags(hdr, ARC_FLAG_L2_EVICTED);
5619         if (l2arc_noprefetch && HDR_PREFETCH(hdr))
5620                 arc_hdr_clear_flags(hdr, ARC_FLAG_L2CACHE);
5621
5622         callback_list = hdr->b_l1hdr.b_acb;
5623         ASSERT3P(callback_list, !=, NULL);
5624
5625         if (hash_lock && no_zio_error && hdr->b_l1hdr.b_state == arc_anon) {
5626                 /*
5627                  * Only call arc_access on anonymous buffers.  This is because
5628                  * if we've issued an I/O for an evicted buffer, we've already
5629                  * called arc_access (to prevent any simultaneous readers from
5630                  * getting confused).
5631                  */
5632                 arc_access(hdr, hash_lock);
5633         }
5634
5635         /*
5636          * If a read request has a callback (i.e. acb_done is not NULL), then we
5637          * make a buf containing the data according to the parameters which were
5638          * passed in. The implementation of arc_buf_alloc_impl() ensures that we
5639          * aren't needlessly decompressing the data multiple times.
5640          */
5641         int callback_cnt = 0;
5642         for (acb = callback_list; acb != NULL; acb = acb->acb_next) {
5643                 if (!acb->acb_done)
5644                         continue;
5645
5646                 callback_cnt++;
5647
5648                 if (no_zio_error) {
5649                         int error = arc_buf_alloc_impl(hdr, acb->acb_private,
5650                             acb->acb_compressed, zio->io_error == 0,
5651                             &acb->acb_buf);
5652                         if (error != 0) {
5653                                 /*
5654                                  * Decompression failed.  Set io_error
5655                                  * so that when we call acb_done (below),
5656                                  * we will indicate that the read failed.
5657                                  * Note that in the unusual case where one
5658                                  * callback is compressed and another
5659                                  * uncompressed, we will mark all of them
5660                                  * as failed, even though the uncompressed
5661                                  * one can't actually fail.  In this case,
5662                                  * the hdr will not be anonymous, because
5663                                  * if there are multiple callbacks, it's
5664                                  * because multiple threads found the same
5665                                  * arc buf in the hash table.
5666                                  */
5667                                 zio->io_error = error;
5668                         }
5669                 }
5670         }
5671         /*
5672          * If there are multiple callbacks, we must have the hash lock,
5673          * because the only way for multiple threads to find this hdr is
5674          * in the hash table.  This ensures that if there are multiple
5675          * callbacks, the hdr is not anonymous.  If it were anonymous,
5676          * we couldn't use arc_buf_destroy() in the error case below.
5677          */
5678         ASSERT(callback_cnt < 2 || hash_lock != NULL);
5679
5680         hdr->b_l1hdr.b_acb = NULL;
5681         arc_hdr_clear_flags(hdr, ARC_FLAG_IO_IN_PROGRESS);
5682         if (callback_cnt == 0) {
5683                 ASSERT(HDR_PREFETCH(hdr));
5684                 ASSERT0(hdr->b_l1hdr.b_bufcnt);
5685                 ASSERT3P(hdr->b_l1hdr.b_pabd, !=, NULL);
5686         }
5687
5688         ASSERT(zfs_refcount_is_zero(&hdr->b_l1hdr.b_refcnt) ||
5689             callback_list != NULL);
5690
5691         if (no_zio_error) {
5692                 arc_hdr_verify(hdr, zio->io_bp);
5693         } else {
5694                 arc_hdr_set_flags(hdr, ARC_FLAG_IO_ERROR);
5695                 if (hdr->b_l1hdr.b_state != arc_anon)
5696                         arc_change_state(arc_anon, hdr, hash_lock);
5697                 if (HDR_IN_HASH_TABLE(hdr))
5698                         buf_hash_remove(hdr);
5699                 freeable = zfs_refcount_is_zero(&hdr->b_l1hdr.b_refcnt);
5700         }
5701
5702         /*
5703          * Broadcast before we drop the hash_lock to avoid the possibility
5704          * that the hdr (and hence the cv) might be freed before we get to
5705          * the cv_broadcast().
5706          */
5707         cv_broadcast(&hdr->b_l1hdr.b_cv);
5708
5709         if (hash_lock != NULL) {
5710                 mutex_exit(hash_lock);
5711         } else {
5712                 /*
5713                  * This block was freed while we waited for the read to
5714                  * complete.  It has been removed from the hash table and
5715                  * moved to the anonymous state (so that it won't show up
5716                  * in the cache).
5717                  */
5718                 ASSERT3P(hdr->b_l1hdr.b_state, ==, arc_anon);
5719                 freeable = zfs_refcount_is_zero(&hdr->b_l1hdr.b_refcnt);
5720         }
5721
5722         /* execute each callback and free its structure */
5723         while ((acb = callback_list) != NULL) {
5724                 if (acb->acb_done != NULL) {
5725                         if (zio->io_error != 0 && acb->acb_buf != NULL) {
5726                                 /*
5727                                  * If arc_buf_alloc_impl() fails during
5728                                  * decompression, the buf will still be
5729                                  * allocated, and needs to be freed here.
5730                                  */
5731                                 arc_buf_destroy(acb->acb_buf, acb->acb_private);
5732                                 acb->acb_buf = NULL;
5733                         }
5734                         acb->acb_done(zio, &zio->io_bookmark, zio->io_bp,
5735                             acb->acb_buf, acb->acb_private);
5736                 }
5737
5738                 if (acb->acb_zio_dummy != NULL) {
5739                         acb->acb_zio_dummy->io_error = zio->io_error;
5740                         zio_nowait(acb->acb_zio_dummy);
5741                 }
5742
5743                 callback_list = acb->acb_next;
5744                 kmem_free(acb, sizeof (arc_callback_t));
5745         }
5746
5747         if (freeable)
5748                 arc_hdr_destroy(hdr);
5749 }
5750
5751 /*
5752  * "Read" the block at the specified DVA (in bp) via the
5753  * cache.  If the block is found in the cache, invoke the provided
5754  * callback immediately and return.  Note that the `zio' parameter
5755  * in the callback will be NULL in this case, since no IO was
5756  * required.  If the block is not in the cache pass the read request
5757  * on to the spa with a substitute callback function, so that the
5758  * requested block will be added to the cache.
5759  *
5760  * If a read request arrives for a block that has a read in-progress,
5761  * either wait for the in-progress read to complete (and return the
5762  * results); or, if this is a read with a "done" func, add a record
5763  * to the read to invoke the "done" func when the read completes,
5764  * and return; or just return.
5765  *
5766  * arc_read_done() will invoke all the requested "done" functions
5767  * for readers of this block.
5768  */
5769 int
5770 arc_read(zio_t *pio, spa_t *spa, const blkptr_t *bp, arc_read_done_func_t *done,
5771     void *private, zio_priority_t priority, int zio_flags,
5772     arc_flags_t *arc_flags, const zbookmark_phys_t *zb)
5773 {
5774         arc_buf_hdr_t *hdr = NULL;
5775         kmutex_t *hash_lock = NULL;
5776         zio_t *rzio;
5777         uint64_t guid = spa_load_guid(spa);
5778         boolean_t compressed_read = (zio_flags & ZIO_FLAG_RAW) != 0;
5779         int rc = 0;
5780         
5781         ASSERT(!BP_IS_EMBEDDED(bp) ||
5782             BPE_GET_ETYPE(bp) == BP_EMBEDDED_TYPE_DATA);
5783
5784 top:
5785         if (!BP_IS_EMBEDDED(bp)) {
5786                 /*
5787                  * Embedded BP's have no DVA and require no I/O to "read".
5788                  * Create an anonymous arc buf to back it.
5789                  */
5790                 hdr = buf_hash_find(guid, bp, &hash_lock);
5791         }
5792
5793         if (hdr != NULL && HDR_HAS_L1HDR(hdr) && hdr->b_l1hdr.b_pabd != NULL) {
5794                 arc_buf_t *buf = NULL;
5795                 *arc_flags |= ARC_FLAG_CACHED;
5796
5797                 if (HDR_IO_IN_PROGRESS(hdr)) {
5798                         zio_t *head_zio = hdr->b_l1hdr.b_acb->acb_zio_head;
5799
5800                         ASSERT3P(head_zio, !=, NULL);
5801                         if ((hdr->b_flags & ARC_FLAG_PRIO_ASYNC_READ) &&
5802                             priority == ZIO_PRIORITY_SYNC_READ) {
5803                                 /*
5804                                  * This is a sync read that needs to wait for
5805                                  * an in-flight async read. Request that the
5806                                  * zio have its priority upgraded.
5807                                  */
5808                                 zio_change_priority(head_zio, priority);
5809                                 DTRACE_PROBE1(arc__async__upgrade__sync,
5810                                     arc_buf_hdr_t *, hdr);
5811                                 ARCSTAT_BUMP(arcstat_async_upgrade_sync);
5812                         }
5813                         if (hdr->b_flags & ARC_FLAG_PREDICTIVE_PREFETCH) {
5814                                 arc_hdr_clear_flags(hdr,
5815                                     ARC_FLAG_PREDICTIVE_PREFETCH);
5816                         }
5817
5818                         if (*arc_flags & ARC_FLAG_WAIT) {
5819                                 cv_wait(&hdr->b_l1hdr.b_cv, hash_lock);
5820                                 mutex_exit(hash_lock);
5821                                 goto top;
5822                         }
5823                         ASSERT(*arc_flags & ARC_FLAG_NOWAIT);
5824
5825                         if (done) {
5826                                 arc_callback_t *acb = NULL;
5827
5828                                 acb = kmem_zalloc(sizeof (arc_callback_t),
5829                                     KM_SLEEP);
5830                                 acb->acb_done = done;
5831                                 acb->acb_private = private;
5832                                 acb->acb_compressed = compressed_read;
5833                                 if (pio != NULL)
5834                                         acb->acb_zio_dummy = zio_null(pio,
5835                                             spa, NULL, NULL, NULL, zio_flags);
5836
5837                                 ASSERT3P(acb->acb_done, !=, NULL);
5838                                 acb->acb_zio_head = head_zio;
5839                                 acb->acb_next = hdr->b_l1hdr.b_acb;
5840                                 hdr->b_l1hdr.b_acb = acb;
5841                                 mutex_exit(hash_lock);
5842                                 return (0);
5843                         }
5844                         mutex_exit(hash_lock);
5845                         return (0);
5846                 }
5847
5848                 ASSERT(hdr->b_l1hdr.b_state == arc_mru ||
5849                     hdr->b_l1hdr.b_state == arc_mfu);
5850
5851                 if (done) {
5852                         if (hdr->b_flags & ARC_FLAG_PREDICTIVE_PREFETCH) {
5853                                 /*
5854                                  * This is a demand read which does not have to
5855                                  * wait for i/o because we did a predictive
5856                                  * prefetch i/o for it, which has completed.
5857                                  */
5858                                 DTRACE_PROBE1(
5859                                     arc__demand__hit__predictive__prefetch,
5860                                     arc_buf_hdr_t *, hdr);
5861                                 ARCSTAT_BUMP(
5862                                     arcstat_demand_hit_predictive_prefetch);
5863                                 arc_hdr_clear_flags(hdr,
5864                                     ARC_FLAG_PREDICTIVE_PREFETCH);
5865                         }
5866
5867                         if (hdr->b_flags & ARC_FLAG_PRESCIENT_PREFETCH) {
5868                                 ARCSTAT_BUMP(
5869                                     arcstat_demand_hit_prescient_prefetch);
5870                                 arc_hdr_clear_flags(hdr,
5871                                     ARC_FLAG_PRESCIENT_PREFETCH);
5872                         }
5873
5874                         ASSERT(!BP_IS_EMBEDDED(bp) || !BP_IS_HOLE(bp));
5875                         /* Get a buf with the desired data in it. */
5876                         rc = arc_buf_alloc_impl(hdr, private,
5877                            compressed_read, B_TRUE, &buf);
5878                         if (rc != 0) {
5879                                 arc_buf_destroy(buf, private);
5880                                 buf = NULL;
5881                         }
5882                         ASSERT((zio_flags & ZIO_FLAG_SPECULATIVE) ||
5883                             rc == 0 || rc != ENOENT);
5884                 } else if (*arc_flags & ARC_FLAG_PREFETCH &&
5885                     zfs_refcount_count(&hdr->b_l1hdr.b_refcnt) == 0) {
5886                         arc_hdr_set_flags(hdr, ARC_FLAG_PREFETCH);
5887                 }
5888                 DTRACE_PROBE1(arc__hit, arc_buf_hdr_t *, hdr);
5889                 arc_access(hdr, hash_lock);
5890                 if (*arc_flags & ARC_FLAG_PRESCIENT_PREFETCH)
5891                         arc_hdr_set_flags(hdr, ARC_FLAG_PRESCIENT_PREFETCH);
5892                 if (*arc_flags & ARC_FLAG_L2CACHE)
5893                         arc_hdr_set_flags(hdr, ARC_FLAG_L2CACHE);
5894                 mutex_exit(hash_lock);
5895                 ARCSTAT_BUMP(arcstat_hits);
5896                 ARCSTAT_CONDSTAT(!HDR_PREFETCH(hdr),
5897                     demand, prefetch, !HDR_ISTYPE_METADATA(hdr),
5898                     data, metadata, hits);
5899
5900                 if (done)
5901                         done(NULL, zb, bp, buf, private);
5902         } else {
5903                 uint64_t lsize = BP_GET_LSIZE(bp);
5904                 uint64_t psize = BP_GET_PSIZE(bp);
5905                 arc_callback_t *acb;
5906                 vdev_t *vd = NULL;
5907                 uint64_t addr = 0;
5908                 boolean_t devw = B_FALSE;
5909                 uint64_t size;
5910
5911                 if (hdr == NULL) {
5912                         /* this block is not in the cache */
5913                         arc_buf_hdr_t *exists = NULL;
5914                         arc_buf_contents_t type = BP_GET_BUFC_TYPE(bp);
5915                         hdr = arc_hdr_alloc(spa_load_guid(spa), psize, lsize,
5916                             BP_GET_COMPRESS(bp), type);
5917
5918                         if (!BP_IS_EMBEDDED(bp)) {
5919                                 hdr->b_dva = *BP_IDENTITY(bp);
5920                                 hdr->b_birth = BP_PHYSICAL_BIRTH(bp);
5921                                 exists = buf_hash_insert(hdr, &hash_lock);
5922                         }
5923                         if (exists != NULL) {
5924                                 /* somebody beat us to the hash insert */
5925                                 mutex_exit(hash_lock);
5926                                 buf_discard_identity(hdr);
5927                                 arc_hdr_destroy(hdr);
5928                                 goto top; /* restart the IO request */
5929                         }
5930                 } else {
5931                         /*
5932                          * This block is in the ghost cache. If it was L2-only
5933                          * (and thus didn't have an L1 hdr), we realloc the
5934                          * header to add an L1 hdr.
5935                          */
5936                         if (!HDR_HAS_L1HDR(hdr)) {
5937                                 hdr = arc_hdr_realloc(hdr, hdr_l2only_cache,
5938                                     hdr_full_cache);
5939                         }
5940                         ASSERT3P(hdr->b_l1hdr.b_pabd, ==, NULL);
5941                         ASSERT(GHOST_STATE(hdr->b_l1hdr.b_state));
5942                         ASSERT(!HDR_IO_IN_PROGRESS(hdr));
5943                         ASSERT(zfs_refcount_is_zero(&hdr->b_l1hdr.b_refcnt));
5944                         ASSERT3P(hdr->b_l1hdr.b_buf, ==, NULL);
5945                         ASSERT3P(hdr->b_l1hdr.b_freeze_cksum, ==, NULL);
5946
5947                         /*
5948                          * This is a delicate dance that we play here.
5949                          * This hdr is in the ghost list so we access it
5950                          * to move it out of the ghost list before we
5951                          * initiate the read. If it's a prefetch then
5952                          * it won't have a callback so we'll remove the
5953                          * reference that arc_buf_alloc_impl() created. We
5954                          * do this after we've called arc_access() to
5955                          * avoid hitting an assert in remove_reference().
5956                          */
5957                         arc_adapt(arc_hdr_size(hdr), hdr->b_l1hdr.b_state);
5958                         arc_access(hdr, hash_lock);
5959                         arc_hdr_alloc_pabd(hdr, B_FALSE);
5960                 }
5961                 ASSERT3P(hdr->b_l1hdr.b_pabd, !=, NULL);
5962                 size = arc_hdr_size(hdr);
5963
5964                 /*
5965                  * If compression is enabled on the hdr, then will do
5966                  * RAW I/O and will store the compressed data in the hdr's
5967                  * data block. Otherwise, the hdr's data block will contain
5968                  * the uncompressed data.
5969                  */
5970                 if (HDR_GET_COMPRESS(hdr) != ZIO_COMPRESS_OFF) {
5971                         zio_flags |= ZIO_FLAG_RAW;
5972                 }
5973
5974                 if (*arc_flags & ARC_FLAG_PREFETCH)
5975                         arc_hdr_set_flags(hdr, ARC_FLAG_PREFETCH);
5976                 if (*arc_flags & ARC_FLAG_PRESCIENT_PREFETCH)
5977                         arc_hdr_set_flags(hdr, ARC_FLAG_PRESCIENT_PREFETCH);
5978
5979                 if (*arc_flags & ARC_FLAG_L2CACHE)
5980                         arc_hdr_set_flags(hdr, ARC_FLAG_L2CACHE);
5981                 if (BP_GET_LEVEL(bp) > 0)
5982                         arc_hdr_set_flags(hdr, ARC_FLAG_INDIRECT);
5983                 if (*arc_flags & ARC_FLAG_PREDICTIVE_PREFETCH)
5984                         arc_hdr_set_flags(hdr, ARC_FLAG_PREDICTIVE_PREFETCH);
5985                 ASSERT(!GHOST_STATE(hdr->b_l1hdr.b_state));
5986
5987                 acb = kmem_zalloc(sizeof (arc_callback_t), KM_SLEEP);
5988                 acb->acb_done = done;
5989                 acb->acb_private = private;
5990                 acb->acb_compressed = compressed_read;
5991
5992                 ASSERT3P(hdr->b_l1hdr.b_acb, ==, NULL);
5993                 hdr->b_l1hdr.b_acb = acb;
5994                 arc_hdr_set_flags(hdr, ARC_FLAG_IO_IN_PROGRESS);
5995
5996                 if (HDR_HAS_L2HDR(hdr) &&
5997                     (vd = hdr->b_l2hdr.b_dev->l2ad_vdev) != NULL) {
5998                         devw = hdr->b_l2hdr.b_dev->l2ad_writing;
5999                         addr = hdr->b_l2hdr.b_daddr;
6000                         /*
6001                          * Lock out L2ARC device removal.
6002                          */
6003                         if (vdev_is_dead(vd) ||
6004                             !spa_config_tryenter(spa, SCL_L2ARC, vd, RW_READER))
6005                                 vd = NULL;
6006                 }
6007
6008                 /*
6009                  * We count both async reads and scrub IOs as asynchronous so
6010                  * that both can be upgraded in the event of a cache hit while
6011                  * the read IO is still in-flight.
6012                  */
6013                 if (priority == ZIO_PRIORITY_ASYNC_READ ||
6014                     priority == ZIO_PRIORITY_SCRUB)
6015                         arc_hdr_set_flags(hdr, ARC_FLAG_PRIO_ASYNC_READ);
6016                 else
6017                         arc_hdr_clear_flags(hdr, ARC_FLAG_PRIO_ASYNC_READ);
6018
6019                 /*
6020                  * At this point, we have a level 1 cache miss.  Try again in
6021                  * L2ARC if possible.
6022                  */
6023                 ASSERT3U(HDR_GET_LSIZE(hdr), ==, lsize);
6024
6025                 DTRACE_PROBE4(arc__miss, arc_buf_hdr_t *, hdr, blkptr_t *, bp,
6026                     uint64_t, lsize, zbookmark_phys_t *, zb);
6027                 ARCSTAT_BUMP(arcstat_misses);
6028                 ARCSTAT_CONDSTAT(!HDR_PREFETCH(hdr),
6029                     demand, prefetch, !HDR_ISTYPE_METADATA(hdr),
6030                     data, metadata, misses);
6031 #ifdef _KERNEL
6032 #ifdef RACCT
6033                 if (racct_enable) {
6034                         PROC_LOCK(curproc);
6035                         racct_add_force(curproc, RACCT_READBPS, size);
6036                         racct_add_force(curproc, RACCT_READIOPS, 1);
6037                         PROC_UNLOCK(curproc);
6038                 }
6039 #endif /* RACCT */
6040                 curthread->td_ru.ru_inblock++;
6041 #endif
6042
6043                 if (vd != NULL && l2arc_ndev != 0 && !(l2arc_norw && devw)) {
6044                         /*
6045                          * Read from the L2ARC if the following are true:
6046                          * 1. The L2ARC vdev was previously cached.
6047                          * 2. This buffer still has L2ARC metadata.
6048                          * 3. This buffer isn't currently writing to the L2ARC.
6049                          * 4. The L2ARC entry wasn't evicted, which may
6050                          *    also have invalidated the vdev.
6051                          * 5. This isn't prefetch and l2arc_noprefetch is set.
6052                          */
6053                         if (HDR_HAS_L2HDR(hdr) &&
6054                             !HDR_L2_WRITING(hdr) && !HDR_L2_EVICTED(hdr) &&
6055                             !(l2arc_noprefetch && HDR_PREFETCH(hdr))) {
6056                                 l2arc_read_callback_t *cb;
6057                                 abd_t *abd;
6058                                 uint64_t asize;
6059
6060                                 DTRACE_PROBE1(l2arc__hit, arc_buf_hdr_t *, hdr);
6061                                 ARCSTAT_BUMP(arcstat_l2_hits);
6062                                 atomic_inc_32(&hdr->b_l2hdr.b_hits);
6063
6064                                 cb = kmem_zalloc(sizeof (l2arc_read_callback_t),
6065                                     KM_SLEEP);
6066                                 cb->l2rcb_hdr = hdr;
6067                                 cb->l2rcb_bp = *bp;
6068                                 cb->l2rcb_zb = *zb;
6069                                 cb->l2rcb_flags = zio_flags;
6070
6071                                 asize = vdev_psize_to_asize(vd, size);
6072                                 if (asize != size) {
6073                                         abd = abd_alloc_for_io(asize,
6074                                             HDR_ISTYPE_METADATA(hdr));
6075                                         cb->l2rcb_abd = abd;
6076                                 } else {
6077                                         abd = hdr->b_l1hdr.b_pabd;
6078                                 }
6079
6080                                 ASSERT(addr >= VDEV_LABEL_START_SIZE &&
6081                                     addr + asize <= vd->vdev_psize -
6082                                     VDEV_LABEL_END_SIZE);
6083
6084                                 /*
6085                                  * l2arc read.  The SCL_L2ARC lock will be
6086                                  * released by l2arc_read_done().
6087                                  * Issue a null zio if the underlying buffer
6088                                  * was squashed to zero size by compression.
6089                                  */
6090                                 ASSERT3U(HDR_GET_COMPRESS(hdr), !=,
6091                                     ZIO_COMPRESS_EMPTY);
6092                                 rzio = zio_read_phys(pio, vd, addr,
6093                                     asize, abd,
6094                                     ZIO_CHECKSUM_OFF,
6095                                     l2arc_read_done, cb, priority,
6096                                     zio_flags | ZIO_FLAG_DONT_CACHE |
6097                                     ZIO_FLAG_CANFAIL |
6098                                     ZIO_FLAG_DONT_PROPAGATE |
6099                                     ZIO_FLAG_DONT_RETRY, B_FALSE);
6100                                 acb->acb_zio_head = rzio;
6101
6102                                 if (hash_lock != NULL)
6103                                         mutex_exit(hash_lock);
6104
6105                                 DTRACE_PROBE2(l2arc__read, vdev_t *, vd,
6106                                     zio_t *, rzio);
6107                                 ARCSTAT_INCR(arcstat_l2_read_bytes, size);
6108
6109                                 if (*arc_flags & ARC_FLAG_NOWAIT) {
6110                                         zio_nowait(rzio);
6111                                         return (0);
6112                                 }
6113
6114                                 ASSERT(*arc_flags & ARC_FLAG_WAIT);
6115                                 if (zio_wait(rzio) == 0)
6116                                         return (0);
6117
6118                                 /* l2arc read error; goto zio_read() */
6119                                 if (hash_lock != NULL)
6120                                         mutex_enter(hash_lock);
6121                         } else {
6122                                 DTRACE_PROBE1(l2arc__miss,
6123                                     arc_buf_hdr_t *, hdr);
6124                                 ARCSTAT_BUMP(arcstat_l2_misses);
6125                                 if (HDR_L2_WRITING(hdr))
6126                                         ARCSTAT_BUMP(arcstat_l2_rw_clash);
6127                                 spa_config_exit(spa, SCL_L2ARC, vd);
6128                         }
6129                 } else {
6130                         if (vd != NULL)
6131                                 spa_config_exit(spa, SCL_L2ARC, vd);
6132                         if (l2arc_ndev != 0) {
6133                                 DTRACE_PROBE1(l2arc__miss,
6134                                     arc_buf_hdr_t *, hdr);
6135                                 ARCSTAT_BUMP(arcstat_l2_misses);
6136                         }
6137                 }
6138
6139                 rzio = zio_read(pio, spa, bp, hdr->b_l1hdr.b_pabd, size,
6140                     arc_read_done, hdr, priority, zio_flags, zb);
6141                 acb->acb_zio_head = rzio;
6142
6143                 if (hash_lock != NULL)
6144                         mutex_exit(hash_lock);
6145
6146                 if (*arc_flags & ARC_FLAG_WAIT)
6147                         return (zio_wait(rzio));
6148
6149                 ASSERT(*arc_flags & ARC_FLAG_NOWAIT);
6150                 zio_nowait(rzio);
6151         }
6152         return (0);
6153 }
6154
6155 arc_prune_t *
6156 arc_add_prune_callback(arc_prune_func_t *func, void *private)
6157 {
6158         arc_prune_t *p;
6159
6160         p = kmem_alloc(sizeof (*p), KM_SLEEP);
6161         p->p_pfunc = func;
6162         p->p_private = private;
6163         list_link_init(&p->p_node);
6164         zfs_refcount_create(&p->p_refcnt);
6165
6166         mutex_enter(&arc_prune_mtx);
6167         zfs_refcount_add(&p->p_refcnt, &arc_prune_list);
6168         list_insert_head(&arc_prune_list, p);
6169         mutex_exit(&arc_prune_mtx);
6170
6171         return (p);
6172 }
6173
6174 void
6175 arc_remove_prune_callback(arc_prune_t *p)
6176 {
6177         boolean_t wait = B_FALSE;
6178         mutex_enter(&arc_prune_mtx);
6179         list_remove(&arc_prune_list, p);
6180         if (zfs_refcount_remove(&p->p_refcnt, &arc_prune_list) > 0)
6181                 wait = B_TRUE;
6182         mutex_exit(&arc_prune_mtx);
6183
6184         /* wait for arc_prune_task to finish */
6185         if (wait)
6186                 taskq_wait(arc_prune_taskq);
6187         ASSERT0(zfs_refcount_count(&p->p_refcnt));
6188         zfs_refcount_destroy(&p->p_refcnt);
6189         kmem_free(p, sizeof (*p));
6190 }
6191
6192 /*
6193  * Notify the arc that a block was freed, and thus will never be used again.
6194  */
6195 void
6196 arc_freed(spa_t *spa, const blkptr_t *bp)
6197 {
6198         arc_buf_hdr_t *hdr;
6199         kmutex_t *hash_lock;
6200         uint64_t guid = spa_load_guid(spa);
6201
6202         ASSERT(!BP_IS_EMBEDDED(bp));
6203
6204         hdr = buf_hash_find(guid, bp, &hash_lock);
6205         if (hdr == NULL)
6206                 return;
6207
6208         /*
6209          * We might be trying to free a block that is still doing I/O
6210          * (i.e. prefetch) or has a reference (i.e. a dedup-ed,
6211          * dmu_sync-ed block). If this block is being prefetched, then it
6212          * would still have the ARC_FLAG_IO_IN_PROGRESS flag set on the hdr
6213          * until the I/O completes. A block may also have a reference if it is
6214          * part of a dedup-ed, dmu_synced write. The dmu_sync() function would
6215          * have written the new block to its final resting place on disk but
6216          * without the dedup flag set. This would have left the hdr in the MRU
6217          * state and discoverable. When the txg finally syncs it detects that
6218          * the block was overridden in open context and issues an override I/O.
6219          * Since this is a dedup block, the override I/O will determine if the
6220          * block is already in the DDT. If so, then it will replace the io_bp
6221          * with the bp from the DDT and allow the I/O to finish. When the I/O
6222          * reaches the done callback, dbuf_write_override_done, it will
6223          * check to see if the io_bp and io_bp_override are identical.
6224          * If they are not, then it indicates that the bp was replaced with
6225          * the bp in the DDT and the override bp is freed. This allows
6226          * us to arrive here with a reference on a block that is being
6227          * freed. So if we have an I/O in progress, or a reference to
6228          * this hdr, then we don't destroy the hdr.
6229          */
6230         if (!HDR_HAS_L1HDR(hdr) || (!HDR_IO_IN_PROGRESS(hdr) &&
6231             zfs_refcount_is_zero(&hdr->b_l1hdr.b_refcnt))) {
6232                 arc_change_state(arc_anon, hdr, hash_lock);
6233                 arc_hdr_destroy(hdr);
6234                 mutex_exit(hash_lock);
6235         } else {
6236                 mutex_exit(hash_lock);
6237         }
6238
6239 }
6240
6241 /*
6242  * Release this buffer from the cache, making it an anonymous buffer.  This
6243  * must be done after a read and prior to modifying the buffer contents.
6244  * If the buffer has more than one reference, we must make
6245  * a new hdr for the buffer.
6246  */
6247 void
6248 arc_release(arc_buf_t *buf, void *tag)
6249 {
6250         arc_buf_hdr_t *hdr = buf->b_hdr;
6251
6252         /*
6253          * It would be nice to assert that if it's DMU metadata (level >
6254          * 0 || it's the dnode file), then it must be syncing context.
6255          * But we don't know that information at this level.
6256          */
6257
6258         mutex_enter(&buf->b_evict_lock);
6259
6260         ASSERT(HDR_HAS_L1HDR(hdr));
6261
6262         /*
6263          * We don't grab the hash lock prior to this check, because if
6264          * the buffer's header is in the arc_anon state, it won't be
6265          * linked into the hash table.
6266          */
6267         if (hdr->b_l1hdr.b_state == arc_anon) {
6268                 mutex_exit(&buf->b_evict_lock);
6269                 ASSERT(!HDR_IO_IN_PROGRESS(hdr));
6270                 ASSERT(!HDR_IN_HASH_TABLE(hdr));
6271                 ASSERT(!HDR_HAS_L2HDR(hdr));
6272                 ASSERT(HDR_EMPTY(hdr));
6273                 ASSERT3U(hdr->b_l1hdr.b_bufcnt, ==, 1);
6274                 ASSERT3S(zfs_refcount_count(&hdr->b_l1hdr.b_refcnt), ==, 1);
6275                 ASSERT(!list_link_active(&hdr->b_l1hdr.b_arc_node));
6276
6277                 hdr->b_l1hdr.b_arc_access = 0;
6278
6279                 /*
6280                  * If the buf is being overridden then it may already
6281                  * have a hdr that is not empty.
6282                  */
6283                 buf_discard_identity(hdr);
6284                 arc_buf_thaw(buf);
6285
6286                 return;
6287         }
6288
6289         kmutex_t *hash_lock = HDR_LOCK(hdr);
6290         mutex_enter(hash_lock);
6291
6292         /*
6293          * This assignment is only valid as long as the hash_lock is
6294          * held, we must be careful not to reference state or the
6295          * b_state field after dropping the lock.
6296          */
6297         arc_state_t *state = hdr->b_l1hdr.b_state;
6298         ASSERT3P(hash_lock, ==, HDR_LOCK(hdr));
6299         ASSERT3P(state, !=, arc_anon);
6300
6301         /* this buffer is not on any list */
6302         ASSERT3S(zfs_refcount_count(&hdr->b_l1hdr.b_refcnt), >, 0);
6303
6304         if (HDR_HAS_L2HDR(hdr)) {
6305                 mutex_enter(&hdr->b_l2hdr.b_dev->l2ad_mtx);
6306
6307                 /*
6308                  * We have to recheck this conditional again now that
6309                  * we're holding the l2ad_mtx to prevent a race with
6310                  * another thread which might be concurrently calling
6311                  * l2arc_evict(). In that case, l2arc_evict() might have
6312                  * destroyed the header's L2 portion as we were waiting
6313                  * to acquire the l2ad_mtx.
6314                  */
6315                 if (HDR_HAS_L2HDR(hdr)) {
6316                         l2arc_trim(hdr);
6317                         arc_hdr_l2hdr_destroy(hdr);
6318                 }
6319
6320                 mutex_exit(&hdr->b_l2hdr.b_dev->l2ad_mtx);
6321         }
6322
6323         /*
6324          * Do we have more than one buf?
6325          */
6326         if (hdr->b_l1hdr.b_bufcnt > 1) {
6327                 arc_buf_hdr_t *nhdr;
6328                 uint64_t spa = hdr->b_spa;
6329                 uint64_t psize = HDR_GET_PSIZE(hdr);
6330                 uint64_t lsize = HDR_GET_LSIZE(hdr);
6331                 enum zio_compress compress = HDR_GET_COMPRESS(hdr);
6332                 arc_buf_contents_t type = arc_buf_type(hdr);
6333                 VERIFY3U(hdr->b_type, ==, type);
6334
6335                 ASSERT(hdr->b_l1hdr.b_buf != buf || buf->b_next != NULL);
6336                 (void) remove_reference(hdr, hash_lock, tag);
6337
6338                 if (arc_buf_is_shared(buf) && !ARC_BUF_COMPRESSED(buf)) {
6339                         ASSERT3P(hdr->b_l1hdr.b_buf, !=, buf);
6340                         ASSERT(ARC_BUF_LAST(buf));
6341                 }
6342
6343                 /*
6344                  * Pull the data off of this hdr and attach it to
6345                  * a new anonymous hdr. Also find the last buffer
6346                  * in the hdr's buffer list.
6347                  */
6348                 arc_buf_t *lastbuf = arc_buf_remove(hdr, buf);
6349                 ASSERT3P(lastbuf, !=, NULL);
6350
6351                 /*
6352                  * If the current arc_buf_t and the hdr are sharing their data
6353                  * buffer, then we must stop sharing that block.
6354                  */
6355                 if (arc_buf_is_shared(buf)) {
6356                         VERIFY(!arc_buf_is_shared(lastbuf));
6357
6358                         /*
6359                          * First, sever the block sharing relationship between
6360                          * buf and the arc_buf_hdr_t.
6361                          */
6362                         arc_unshare_buf(hdr, buf);
6363
6364                         /*
6365                          * Now we need to recreate the hdr's b_pabd. Since we
6366                          * have lastbuf handy, we try to share with it, but if
6367                          * we can't then we allocate a new b_pabd and copy the
6368                          * data from buf into it.
6369                          */
6370                         if (arc_can_share(hdr, lastbuf)) {
6371                                 arc_share_buf(hdr, lastbuf);
6372                         } else {
6373                                 arc_hdr_alloc_pabd(hdr, B_TRUE);
6374                                 abd_copy_from_buf(hdr->b_l1hdr.b_pabd,
6375                                     buf->b_data, psize);
6376                         }
6377                         VERIFY3P(lastbuf->b_data, !=, NULL);
6378                 } else if (HDR_SHARED_DATA(hdr)) {
6379                         /*
6380                          * Uncompressed shared buffers are always at the end
6381                          * of the list. Compressed buffers don't have the
6382                          * same requirements. This makes it hard to
6383                          * simply assert that the lastbuf is shared so
6384                          * we rely on the hdr's compression flags to determine
6385                          * if we have a compressed, shared buffer.
6386                          */
6387                         ASSERT(arc_buf_is_shared(lastbuf) ||
6388                             HDR_GET_COMPRESS(hdr) != ZIO_COMPRESS_OFF);
6389                         ASSERT(!ARC_BUF_SHARED(buf));
6390                 }
6391                 ASSERT3P(hdr->b_l1hdr.b_pabd, !=, NULL);
6392                 ASSERT3P(state, !=, arc_l2c_only);
6393
6394                 (void) zfs_refcount_remove_many(&state->arcs_size,
6395                     arc_buf_size(buf), buf);
6396
6397                 if (zfs_refcount_is_zero(&hdr->b_l1hdr.b_refcnt)) {
6398                         ASSERT3P(state, !=, arc_l2c_only);
6399                         (void) zfs_refcount_remove_many(
6400                             &state->arcs_esize[type],
6401                             arc_buf_size(buf), buf);
6402                 }
6403
6404                 hdr->b_l1hdr.b_bufcnt -= 1;
6405                 arc_cksum_verify(buf);
6406 #ifdef illumos
6407                 arc_buf_unwatch(buf);
6408 #endif
6409
6410                 mutex_exit(hash_lock);
6411
6412                 /*
6413                  * Allocate a new hdr. The new hdr will contain a b_pabd
6414                  * buffer which will be freed in arc_write().
6415                  */
6416                 nhdr = arc_hdr_alloc(spa, psize, lsize, compress, type);
6417                 ASSERT3P(nhdr->b_l1hdr.b_buf, ==, NULL);
6418                 ASSERT0(nhdr->b_l1hdr.b_bufcnt);
6419                 ASSERT0(zfs_refcount_count(&nhdr->b_l1hdr.b_refcnt));
6420                 VERIFY3U(nhdr->b_type, ==, type);
6421                 ASSERT(!HDR_SHARED_DATA(nhdr));
6422
6423                 nhdr->b_l1hdr.b_buf = buf;
6424                 nhdr->b_l1hdr.b_bufcnt = 1;
6425                 (void) zfs_refcount_add(&nhdr->b_l1hdr.b_refcnt, tag);
6426                 buf->b_hdr = nhdr;
6427
6428                 mutex_exit(&buf->b_evict_lock);
6429                 (void) zfs_refcount_add_many(&arc_anon->arcs_size,
6430                     arc_buf_size(buf), buf);
6431         } else {
6432                 mutex_exit(&buf->b_evict_lock);
6433                 ASSERT(zfs_refcount_count(&hdr->b_l1hdr.b_refcnt) == 1);
6434                 /* protected by hash lock, or hdr is on arc_anon */
6435                 ASSERT(!multilist_link_active(&hdr->b_l1hdr.b_arc_node));
6436                 ASSERT(!HDR_IO_IN_PROGRESS(hdr));
6437                 arc_change_state(arc_anon, hdr, hash_lock);
6438                 hdr->b_l1hdr.b_arc_access = 0;
6439                 mutex_exit(hash_lock);
6440
6441                 buf_discard_identity(hdr);
6442                 arc_buf_thaw(buf);
6443         }
6444 }
6445
6446 int
6447 arc_released(arc_buf_t *buf)
6448 {
6449         int released;
6450
6451         mutex_enter(&buf->b_evict_lock);
6452         released = (buf->b_data != NULL &&
6453             buf->b_hdr->b_l1hdr.b_state == arc_anon);
6454         mutex_exit(&buf->b_evict_lock);
6455         return (released);
6456 }
6457
6458 #ifdef ZFS_DEBUG
6459 int
6460 arc_referenced(arc_buf_t *buf)
6461 {
6462         int referenced;
6463
6464         mutex_enter(&buf->b_evict_lock);
6465         referenced = (zfs_refcount_count(&buf->b_hdr->b_l1hdr.b_refcnt));
6466         mutex_exit(&buf->b_evict_lock);
6467         return (referenced);
6468 }
6469 #endif
6470
6471 static void
6472 arc_write_ready(zio_t *zio)
6473 {
6474         arc_write_callback_t *callback = zio->io_private;
6475         arc_buf_t *buf = callback->awcb_buf;
6476         arc_buf_hdr_t *hdr = buf->b_hdr;
6477         uint64_t psize = BP_IS_HOLE(zio->io_bp) ? 0 : BP_GET_PSIZE(zio->io_bp);
6478
6479         ASSERT(HDR_HAS_L1HDR(hdr));
6480         ASSERT(!zfs_refcount_is_zero(&buf->b_hdr->b_l1hdr.b_refcnt));
6481         ASSERT(hdr->b_l1hdr.b_bufcnt > 0);
6482
6483         /*
6484          * If we're reexecuting this zio because the pool suspended, then
6485          * cleanup any state that was previously set the first time the
6486          * callback was invoked.
6487          */
6488         if (zio->io_flags & ZIO_FLAG_REEXECUTED) {
6489                 arc_cksum_free(hdr);
6490 #ifdef illumos
6491                 arc_buf_unwatch(buf);
6492 #endif
6493                 if (hdr->b_l1hdr.b_pabd != NULL) {
6494                         if (arc_buf_is_shared(buf)) {
6495                                 arc_unshare_buf(hdr, buf);
6496                         } else {
6497                                 arc_hdr_free_pabd(hdr);
6498                         }
6499                 }
6500         }
6501         ASSERT3P(hdr->b_l1hdr.b_pabd, ==, NULL);
6502         ASSERT(!HDR_SHARED_DATA(hdr));
6503         ASSERT(!arc_buf_is_shared(buf));
6504
6505         callback->awcb_ready(zio, buf, callback->awcb_private);
6506
6507         if (HDR_IO_IN_PROGRESS(hdr))
6508                 ASSERT(zio->io_flags & ZIO_FLAG_REEXECUTED);
6509
6510         arc_cksum_compute(buf);
6511         arc_hdr_set_flags(hdr, ARC_FLAG_IO_IN_PROGRESS);
6512
6513         enum zio_compress compress;
6514         if (BP_IS_HOLE(zio->io_bp) || BP_IS_EMBEDDED(zio->io_bp)) {
6515                 compress = ZIO_COMPRESS_OFF;
6516         } else {
6517                 ASSERT3U(HDR_GET_LSIZE(hdr), ==, BP_GET_LSIZE(zio->io_bp));
6518                 compress = BP_GET_COMPRESS(zio->io_bp);
6519         }
6520         HDR_SET_PSIZE(hdr, psize);
6521         arc_hdr_set_compress(hdr, compress);
6522
6523
6524         /*
6525          * Fill the hdr with data. If the hdr is compressed, the data we want
6526          * is available from the zio, otherwise we can take it from the buf.
6527          *
6528          * We might be able to share the buf's data with the hdr here. However,
6529          * doing so would cause the ARC to be full of linear ABDs if we write a
6530          * lot of shareable data. As a compromise, we check whether scattered
6531          * ABDs are allowed, and assume that if they are then the user wants
6532          * the ARC to be primarily filled with them regardless of the data being
6533          * written. Therefore, if they're allowed then we allocate one and copy
6534          * the data into it; otherwise, we share the data directly if we can.
6535          */
6536         if (zfs_abd_scatter_enabled || !arc_can_share(hdr, buf)) {
6537                 arc_hdr_alloc_pabd(hdr, B_TRUE);
6538
6539                 /*
6540                  * Ideally, we would always copy the io_abd into b_pabd, but the
6541                  * user may have disabled compressed ARC, thus we must check the
6542                  * hdr's compression setting rather than the io_bp's.
6543                  */
6544                 if (HDR_GET_COMPRESS(hdr) != ZIO_COMPRESS_OFF) {
6545                         ASSERT3U(BP_GET_COMPRESS(zio->io_bp), !=,
6546                             ZIO_COMPRESS_OFF);
6547                         ASSERT3U(psize, >, 0);
6548
6549                         abd_copy(hdr->b_l1hdr.b_pabd, zio->io_abd, psize);
6550                 } else {
6551                         ASSERT3U(zio->io_orig_size, ==, arc_hdr_size(hdr));
6552
6553                         abd_copy_from_buf(hdr->b_l1hdr.b_pabd, buf->b_data,
6554                             arc_buf_size(buf));
6555                 }
6556         } else {
6557                 ASSERT3P(buf->b_data, ==, abd_to_buf(zio->io_orig_abd));
6558                 ASSERT3U(zio->io_orig_size, ==, arc_buf_size(buf));
6559                 ASSERT3U(hdr->b_l1hdr.b_bufcnt, ==, 1);
6560
6561                 arc_share_buf(hdr, buf);
6562         }
6563
6564         arc_hdr_verify(hdr, zio->io_bp);
6565 }
6566
6567 static void
6568 arc_write_children_ready(zio_t *zio)
6569 {
6570         arc_write_callback_t *callback = zio->io_private;
6571         arc_buf_t *buf = callback->awcb_buf;
6572
6573         callback->awcb_children_ready(zio, buf, callback->awcb_private);
6574 }
6575
6576 /*
6577  * The SPA calls this callback for each physical write that happens on behalf
6578  * of a logical write.  See the comment in dbuf_write_physdone() for details.
6579  */
6580 static void
6581 arc_write_physdone(zio_t *zio)
6582 {
6583         arc_write_callback_t *cb = zio->io_private;
6584         if (cb->awcb_physdone != NULL)
6585                 cb->awcb_physdone(zio, cb->awcb_buf, cb->awcb_private);
6586 }
6587
6588 static void
6589 arc_write_done(zio_t *zio)
6590 {
6591         arc_write_callback_t *callback = zio->io_private;
6592         arc_buf_t *buf = callback->awcb_buf;
6593         arc_buf_hdr_t *hdr = buf->b_hdr;
6594
6595         ASSERT3P(hdr->b_l1hdr.b_acb, ==, NULL);
6596
6597         if (zio->io_error == 0) {
6598                 arc_hdr_verify(hdr, zio->io_bp);
6599
6600                 if (BP_IS_HOLE(zio->io_bp) || BP_IS_EMBEDDED(zio->io_bp)) {
6601                         buf_discard_identity(hdr);
6602                 } else {
6603                         hdr->b_dva = *BP_IDENTITY(zio->io_bp);
6604                         hdr->b_birth = BP_PHYSICAL_BIRTH(zio->io_bp);
6605                 }
6606         } else {
6607                 ASSERT(HDR_EMPTY(hdr));
6608         }
6609
6610         /*
6611          * If the block to be written was all-zero or compressed enough to be
6612          * embedded in the BP, no write was performed so there will be no
6613          * dva/birth/checksum.  The buffer must therefore remain anonymous
6614          * (and uncached).
6615          */
6616         if (!HDR_EMPTY(hdr)) {
6617                 arc_buf_hdr_t *exists;
6618                 kmutex_t *hash_lock;
6619
6620                 ASSERT3U(zio->io_error, ==, 0);
6621
6622                 arc_cksum_verify(buf);
6623
6624                 exists = buf_hash_insert(hdr, &hash_lock);
6625                 if (exists != NULL) {
6626                         /*
6627                          * This can only happen if we overwrite for
6628                          * sync-to-convergence, because we remove
6629                          * buffers from the hash table when we arc_free().
6630                          */
6631                         if (zio->io_flags & ZIO_FLAG_IO_REWRITE) {
6632                                 if (!BP_EQUAL(&zio->io_bp_orig, zio->io_bp))
6633                                         panic("bad overwrite, hdr=%p exists=%p",
6634                                             (void *)hdr, (void *)exists);
6635                                 ASSERT(zfs_refcount_is_zero(
6636                                     &exists->b_l1hdr.b_refcnt));
6637                                 arc_change_state(arc_anon, exists, hash_lock);
6638                                 mutex_exit(hash_lock);
6639                                 arc_hdr_destroy(exists);
6640                                 exists = buf_hash_insert(hdr, &hash_lock);
6641                                 ASSERT3P(exists, ==, NULL);
6642                         } else if (zio->io_flags & ZIO_FLAG_NOPWRITE) {
6643                                 /* nopwrite */
6644                                 ASSERT(zio->io_prop.zp_nopwrite);
6645                                 if (!BP_EQUAL(&zio->io_bp_orig, zio->io_bp))
6646                                         panic("bad nopwrite, hdr=%p exists=%p",
6647                                             (void *)hdr, (void *)exists);
6648                         } else {
6649                                 /* Dedup */
6650                                 ASSERT(hdr->b_l1hdr.b_bufcnt == 1);
6651                                 ASSERT(hdr->b_l1hdr.b_state == arc_anon);
6652                                 ASSERT(BP_GET_DEDUP(zio->io_bp));
6653                                 ASSERT(BP_GET_LEVEL(zio->io_bp) == 0);
6654                         }
6655                 }
6656                 arc_hdr_clear_flags(hdr, ARC_FLAG_IO_IN_PROGRESS);
6657                 /* if it's not anon, we are doing a scrub */
6658                 if (exists == NULL && hdr->b_l1hdr.b_state == arc_anon)
6659                         arc_access(hdr, hash_lock);
6660                 mutex_exit(hash_lock);
6661         } else {
6662                 arc_hdr_clear_flags(hdr, ARC_FLAG_IO_IN_PROGRESS);
6663         }
6664
6665         ASSERT(!zfs_refcount_is_zero(&hdr->b_l1hdr.b_refcnt));
6666         callback->awcb_done(zio, buf, callback->awcb_private);
6667
6668         abd_put(zio->io_abd);
6669         kmem_free(callback, sizeof (arc_write_callback_t));
6670 }
6671
6672 zio_t *
6673 arc_write(zio_t *pio, spa_t *spa, uint64_t txg, blkptr_t *bp, arc_buf_t *buf,
6674     boolean_t l2arc, const zio_prop_t *zp, arc_write_done_func_t *ready,
6675     arc_write_done_func_t *children_ready, arc_write_done_func_t *physdone,
6676     arc_write_done_func_t *done, void *private, zio_priority_t priority,
6677     int zio_flags, const zbookmark_phys_t *zb)
6678 {
6679         arc_buf_hdr_t *hdr = buf->b_hdr;
6680         arc_write_callback_t *callback;
6681         zio_t *zio;
6682         zio_prop_t localprop = *zp;
6683
6684         ASSERT3P(ready, !=, NULL);
6685         ASSERT3P(done, !=, NULL);
6686         ASSERT(!HDR_IO_ERROR(hdr));
6687         ASSERT(!HDR_IO_IN_PROGRESS(hdr));
6688         ASSERT3P(hdr->b_l1hdr.b_acb, ==, NULL);
6689         ASSERT3U(hdr->b_l1hdr.b_bufcnt, >, 0);
6690         if (l2arc)
6691                 arc_hdr_set_flags(hdr, ARC_FLAG_L2CACHE);
6692         if (ARC_BUF_COMPRESSED(buf)) {
6693                 /*
6694                  * We're writing a pre-compressed buffer.  Make the
6695                  * compression algorithm requested by the zio_prop_t match
6696                  * the pre-compressed buffer's compression algorithm.
6697                  */
6698                 localprop.zp_compress = HDR_GET_COMPRESS(hdr);
6699
6700                 ASSERT3U(HDR_GET_LSIZE(hdr), !=, arc_buf_size(buf));
6701                 zio_flags |= ZIO_FLAG_RAW;
6702         }
6703         callback = kmem_zalloc(sizeof (arc_write_callback_t), KM_SLEEP);
6704         callback->awcb_ready = ready;
6705         callback->awcb_children_ready = children_ready;
6706         callback->awcb_physdone = physdone;
6707         callback->awcb_done = done;
6708         callback->awcb_private = private;
6709         callback->awcb_buf = buf;
6710
6711         /*
6712          * The hdr's b_pabd is now stale, free it now. A new data block
6713          * will be allocated when the zio pipeline calls arc_write_ready().
6714          */
6715         if (hdr->b_l1hdr.b_pabd != NULL) {
6716                 /*
6717                  * If the buf is currently sharing the data block with
6718                  * the hdr then we need to break that relationship here.
6719                  * The hdr will remain with a NULL data pointer and the
6720                  * buf will take sole ownership of the block.
6721                  */
6722                 if (arc_buf_is_shared(buf)) {
6723                         arc_unshare_buf(hdr, buf);
6724                 } else {
6725                         arc_hdr_free_pabd(hdr);
6726                 }
6727                 VERIFY3P(buf->b_data, !=, NULL);
6728                 arc_hdr_set_compress(hdr, ZIO_COMPRESS_OFF);
6729         }
6730         ASSERT(!arc_buf_is_shared(buf));
6731         ASSERT3P(hdr->b_l1hdr.b_pabd, ==, NULL);
6732
6733         zio = zio_write(pio, spa, txg, bp,
6734             abd_get_from_buf(buf->b_data, HDR_GET_LSIZE(hdr)),
6735             HDR_GET_LSIZE(hdr), arc_buf_size(buf), &localprop, arc_write_ready,
6736             (children_ready != NULL) ? arc_write_children_ready : NULL,
6737             arc_write_physdone, arc_write_done, callback,
6738             priority, zio_flags, zb);
6739
6740         return (zio);
6741 }
6742
6743 static int
6744 arc_memory_throttle(spa_t *spa, uint64_t reserve, uint64_t txg)
6745 {
6746 #ifdef _KERNEL
6747         uint64_t available_memory = ptob(freemem);
6748
6749 #if defined(__i386) || !defined(UMA_MD_SMALL_ALLOC)
6750         available_memory = MIN(available_memory, uma_avail());
6751 #endif
6752
6753         if (freemem > (uint64_t)physmem * arc_lotsfree_percent / 100)
6754                 return (0);
6755
6756         if (txg > spa->spa_lowmem_last_txg) {
6757                 spa->spa_lowmem_last_txg = txg;
6758                 spa->spa_lowmem_page_load = 0;
6759         }
6760         /*
6761          * If we are in pageout, we know that memory is already tight,
6762          * the arc is already going to be evicting, so we just want to
6763          * continue to let page writes occur as quickly as possible.
6764          */
6765         if (curproc == pageproc) {
6766                 if (spa->spa_lowmem_page_load >
6767                     MAX(ptob(minfree), available_memory) / 4)
6768                         return (SET_ERROR(ERESTART));
6769                 /* Note: reserve is inflated, so we deflate */
6770                 atomic_add_64(&spa->spa_lowmem_page_load, reserve / 8);
6771                 return (0);
6772         } else if (spa->spa_lowmem_page_load > 0 && arc_reclaim_needed()) {
6773                 /* memory is low, delay before restarting */
6774                 ARCSTAT_INCR(arcstat_memory_throttle_count, 1);
6775                 return (SET_ERROR(EAGAIN));
6776         }
6777         spa->spa_lowmem_page_load = 0;
6778 #endif /* _KERNEL */
6779         return (0);
6780 }
6781
6782 void
6783 arc_tempreserve_clear(uint64_t reserve)
6784 {
6785         atomic_add_64(&arc_tempreserve, -reserve);
6786         ASSERT((int64_t)arc_tempreserve >= 0);
6787 }
6788
6789 int
6790 arc_tempreserve_space(spa_t *spa, uint64_t reserve, uint64_t txg)
6791 {
6792         int error;
6793         uint64_t anon_size;
6794
6795         if (reserve > arc_c/4 && !arc_no_grow) {
6796                 arc_c = MIN(arc_c_max, reserve * 4);
6797                 DTRACE_PROBE1(arc__set_reserve, uint64_t, arc_c);
6798         }
6799         if (reserve > arc_c)
6800                 return (SET_ERROR(ENOMEM));
6801
6802         /*
6803          * Don't count loaned bufs as in flight dirty data to prevent long
6804          * network delays from blocking transactions that are ready to be
6805          * assigned to a txg.
6806          */
6807
6808         /* assert that it has not wrapped around */
6809         ASSERT3S(atomic_add_64_nv(&arc_loaned_bytes, 0), >=, 0);
6810
6811         anon_size = MAX((int64_t)(zfs_refcount_count(&arc_anon->arcs_size) -
6812             arc_loaned_bytes), 0);
6813
6814         /*
6815          * Writes will, almost always, require additional memory allocations
6816          * in order to compress/encrypt/etc the data.  We therefore need to
6817          * make sure that there is sufficient available memory for this.
6818          */
6819         error = arc_memory_throttle(spa, reserve, txg);
6820         if (error != 0)
6821                 return (error);
6822
6823         /*
6824          * Throttle writes when the amount of dirty data in the cache
6825          * gets too large.  We try to keep the cache less than half full
6826          * of dirty blocks so that our sync times don't grow too large.
6827          *
6828          * In the case of one pool being built on another pool, we want
6829          * to make sure we don't end up throttling the lower (backing)
6830          * pool when the upper pool is the majority contributor to dirty
6831          * data. To insure we make forward progress during throttling, we
6832          * also check the current pool's net dirty data and only throttle
6833          * if it exceeds zfs_arc_pool_dirty_percent of the anonymous dirty
6834          * data in the cache.
6835          *
6836          * Note: if two requests come in concurrently, we might let them
6837          * both succeed, when one of them should fail.  Not a huge deal.
6838          */
6839         uint64_t total_dirty = reserve + arc_tempreserve + anon_size;
6840         uint64_t spa_dirty_anon = spa_dirty_data(spa);
6841
6842         if (total_dirty > arc_c * zfs_arc_dirty_limit_percent / 100 &&
6843             anon_size > arc_c * zfs_arc_anon_limit_percent / 100 &&
6844             spa_dirty_anon > anon_size * zfs_arc_pool_dirty_percent / 100) {
6845                 uint64_t meta_esize =
6846                     zfs_refcount_count(
6847                     &arc_anon->arcs_esize[ARC_BUFC_METADATA]);
6848                 uint64_t data_esize =
6849                     zfs_refcount_count(&arc_anon->arcs_esize[ARC_BUFC_DATA]);
6850                 dprintf("failing, arc_tempreserve=%lluK anon_meta=%lluK "
6851                     "anon_data=%lluK tempreserve=%lluK arc_c=%lluK\n",
6852                     arc_tempreserve >> 10, meta_esize >> 10,
6853                     data_esize >> 10, reserve >> 10, arc_c >> 10);
6854                 return (SET_ERROR(ERESTART));
6855         }
6856         atomic_add_64(&arc_tempreserve, reserve);
6857         return (0);
6858 }
6859
6860 static void
6861 arc_kstat_update_state(arc_state_t *state, kstat_named_t *size,
6862     kstat_named_t *evict_data, kstat_named_t *evict_metadata)
6863 {
6864         size->value.ui64 = zfs_refcount_count(&state->arcs_size);
6865         evict_data->value.ui64 =
6866             zfs_refcount_count(&state->arcs_esize[ARC_BUFC_DATA]);
6867         evict_metadata->value.ui64 =
6868             zfs_refcount_count(&state->arcs_esize[ARC_BUFC_METADATA]);
6869 }
6870
6871 static int
6872 arc_kstat_update(kstat_t *ksp, int rw)
6873 {
6874         arc_stats_t *as = ksp->ks_data;
6875
6876         if (rw == KSTAT_WRITE) {
6877                 return (EACCES);
6878         } else {
6879                 arc_kstat_update_state(arc_anon,
6880                     &as->arcstat_anon_size,
6881                     &as->arcstat_anon_evictable_data,
6882                     &as->arcstat_anon_evictable_metadata);
6883                 arc_kstat_update_state(arc_mru,
6884                     &as->arcstat_mru_size,
6885                     &as->arcstat_mru_evictable_data,
6886                     &as->arcstat_mru_evictable_metadata);
6887                 arc_kstat_update_state(arc_mru_ghost,
6888                     &as->arcstat_mru_ghost_size,
6889                     &as->arcstat_mru_ghost_evictable_data,
6890                     &as->arcstat_mru_ghost_evictable_metadata);
6891                 arc_kstat_update_state(arc_mfu,
6892                     &as->arcstat_mfu_size,
6893                     &as->arcstat_mfu_evictable_data,
6894                     &as->arcstat_mfu_evictable_metadata);
6895                 arc_kstat_update_state(arc_mfu_ghost,
6896                     &as->arcstat_mfu_ghost_size,
6897                     &as->arcstat_mfu_ghost_evictable_data,
6898                     &as->arcstat_mfu_ghost_evictable_metadata);
6899
6900                 ARCSTAT(arcstat_size) = aggsum_value(&arc_size);
6901                 ARCSTAT(arcstat_meta_used) = aggsum_value(&arc_meta_used);
6902                 ARCSTAT(arcstat_data_size) = aggsum_value(&astat_data_size);
6903                 ARCSTAT(arcstat_metadata_size) =
6904                     aggsum_value(&astat_metadata_size);
6905                 ARCSTAT(arcstat_hdr_size) = aggsum_value(&astat_hdr_size);
6906                 ARCSTAT(arcstat_bonus_size) = aggsum_value(&astat_bonus_size);
6907                 ARCSTAT(arcstat_dnode_size) = aggsum_value(&astat_dnode_size);
6908                 ARCSTAT(arcstat_dbuf_size) = aggsum_value(&astat_dbuf_size);
6909 #if defined(__FreeBSD__) && defined(COMPAT_FREEBSD11)
6910                 ARCSTAT(arcstat_other_size) = aggsum_value(&astat_bonus_size) +
6911                     aggsum_value(&astat_dnode_size) +
6912                     aggsum_value(&astat_dbuf_size);
6913 #endif
6914                 ARCSTAT(arcstat_l2_hdr_size) = aggsum_value(&astat_l2_hdr_size);
6915         }
6916
6917         return (0);
6918 }
6919
6920 /*
6921  * This function *must* return indices evenly distributed between all
6922  * sublists of the multilist. This is needed due to how the ARC eviction
6923  * code is laid out; arc_evict_state() assumes ARC buffers are evenly
6924  * distributed between all sublists and uses this assumption when
6925  * deciding which sublist to evict from and how much to evict from it.
6926  */
6927 unsigned int
6928 arc_state_multilist_index_func(multilist_t *ml, void *obj)
6929 {
6930         arc_buf_hdr_t *hdr = obj;
6931
6932         /*
6933          * We rely on b_dva to generate evenly distributed index
6934          * numbers using buf_hash below. So, as an added precaution,
6935          * let's make sure we never add empty buffers to the arc lists.
6936          */
6937         ASSERT(!HDR_EMPTY(hdr));
6938
6939         /*
6940          * The assumption here, is the hash value for a given
6941          * arc_buf_hdr_t will remain constant throughout it's lifetime
6942          * (i.e. it's b_spa, b_dva, and b_birth fields don't change).
6943          * Thus, we don't need to store the header's sublist index
6944          * on insertion, as this index can be recalculated on removal.
6945          *
6946          * Also, the low order bits of the hash value are thought to be
6947          * distributed evenly. Otherwise, in the case that the multilist
6948          * has a power of two number of sublists, each sublists' usage
6949          * would not be evenly distributed.
6950          */
6951         return (buf_hash(hdr->b_spa, &hdr->b_dva, hdr->b_birth) %
6952             multilist_get_num_sublists(ml));
6953 }
6954
6955 #ifdef _KERNEL
6956 static eventhandler_tag arc_event_lowmem = NULL;
6957
6958 static void
6959 arc_lowmem(void *arg __unused, int howto __unused)
6960 {
6961         int64_t free_memory, to_free;
6962
6963         arc_no_grow = B_TRUE;
6964         arc_warm = B_TRUE;
6965         arc_growtime = gethrtime() + SEC2NSEC(arc_grow_retry);
6966         free_memory = arc_available_memory();
6967         to_free = (arc_c >> arc_shrink_shift) - MIN(free_memory, 0);
6968         DTRACE_PROBE2(arc__needfree, int64_t, free_memory, int64_t, to_free);
6969         arc_reduce_target_size(to_free);
6970
6971         mutex_enter(&arc_adjust_lock);
6972         arc_adjust_needed = B_TRUE;
6973         zthr_wakeup(arc_adjust_zthr);
6974
6975         /*
6976          * It is unsafe to block here in arbitrary threads, because we can come
6977          * here from ARC itself and may hold ARC locks and thus risk a deadlock
6978          * with ARC reclaim thread.
6979          */
6980         if (curproc == pageproc)
6981                 (void) cv_wait(&arc_adjust_waiters_cv, &arc_adjust_lock);
6982         mutex_exit(&arc_adjust_lock);
6983 }
6984 #endif
6985
6986 static void
6987 arc_state_init(void)
6988 {
6989         arc_anon = &ARC_anon;
6990         arc_mru = &ARC_mru;
6991         arc_mru_ghost = &ARC_mru_ghost;
6992         arc_mfu = &ARC_mfu;
6993         arc_mfu_ghost = &ARC_mfu_ghost;
6994         arc_l2c_only = &ARC_l2c_only;
6995
6996         arc_mru->arcs_list[ARC_BUFC_METADATA] =
6997             multilist_create(sizeof (arc_buf_hdr_t),
6998             offsetof(arc_buf_hdr_t, b_l1hdr.b_arc_node),
6999             arc_state_multilist_index_func);
7000         arc_mru->arcs_list[ARC_BUFC_DATA] =
7001             multilist_create(sizeof (arc_buf_hdr_t),
7002             offsetof(arc_buf_hdr_t, b_l1hdr.b_arc_node),
7003             arc_state_multilist_index_func);
7004         arc_mru_ghost->arcs_list[ARC_BUFC_METADATA] =
7005             multilist_create(sizeof (arc_buf_hdr_t),
7006             offsetof(arc_buf_hdr_t, b_l1hdr.b_arc_node),
7007             arc_state_multilist_index_func);
7008         arc_mru_ghost->arcs_list[ARC_BUFC_DATA] =
7009             multilist_create(sizeof (arc_buf_hdr_t),
7010             offsetof(arc_buf_hdr_t, b_l1hdr.b_arc_node),
7011             arc_state_multilist_index_func);
7012         arc_mfu->arcs_list[ARC_BUFC_METADATA] =
7013             multilist_create(sizeof (arc_buf_hdr_t),
7014             offsetof(arc_buf_hdr_t, b_l1hdr.b_arc_node),
7015             arc_state_multilist_index_func);
7016         arc_mfu->arcs_list[ARC_BUFC_DATA] =
7017             multilist_create(sizeof (arc_buf_hdr_t),
7018             offsetof(arc_buf_hdr_t, b_l1hdr.b_arc_node),
7019             arc_state_multilist_index_func);
7020         arc_mfu_ghost->arcs_list[ARC_BUFC_METADATA] =
7021             multilist_create(sizeof (arc_buf_hdr_t),
7022             offsetof(arc_buf_hdr_t, b_l1hdr.b_arc_node),
7023             arc_state_multilist_index_func);
7024         arc_mfu_ghost->arcs_list[ARC_BUFC_DATA] =
7025             multilist_create(sizeof (arc_buf_hdr_t),
7026             offsetof(arc_buf_hdr_t, b_l1hdr.b_arc_node),
7027             arc_state_multilist_index_func);
7028         arc_l2c_only->arcs_list[ARC_BUFC_METADATA] =
7029             multilist_create(sizeof (arc_buf_hdr_t),
7030             offsetof(arc_buf_hdr_t, b_l1hdr.b_arc_node),
7031             arc_state_multilist_index_func);
7032         arc_l2c_only->arcs_list[ARC_BUFC_DATA] =
7033             multilist_create(sizeof (arc_buf_hdr_t),
7034             offsetof(arc_buf_hdr_t, b_l1hdr.b_arc_node),
7035             arc_state_multilist_index_func);
7036
7037         zfs_refcount_create(&arc_anon->arcs_esize[ARC_BUFC_METADATA]);
7038         zfs_refcount_create(&arc_anon->arcs_esize[ARC_BUFC_DATA]);
7039         zfs_refcount_create(&arc_mru->arcs_esize[ARC_BUFC_METADATA]);
7040         zfs_refcount_create(&arc_mru->arcs_esize[ARC_BUFC_DATA]);
7041         zfs_refcount_create(&arc_mru_ghost->arcs_esize[ARC_BUFC_METADATA]);
7042         zfs_refcount_create(&arc_mru_ghost->arcs_esize[ARC_BUFC_DATA]);
7043         zfs_refcount_create(&arc_mfu->arcs_esize[ARC_BUFC_METADATA]);
7044         zfs_refcount_create(&arc_mfu->arcs_esize[ARC_BUFC_DATA]);
7045         zfs_refcount_create(&arc_mfu_ghost->arcs_esize[ARC_BUFC_METADATA]);
7046         zfs_refcount_create(&arc_mfu_ghost->arcs_esize[ARC_BUFC_DATA]);
7047         zfs_refcount_create(&arc_l2c_only->arcs_esize[ARC_BUFC_METADATA]);
7048         zfs_refcount_create(&arc_l2c_only->arcs_esize[ARC_BUFC_DATA]);
7049
7050         zfs_refcount_create(&arc_anon->arcs_size);
7051         zfs_refcount_create(&arc_mru->arcs_size);
7052         zfs_refcount_create(&arc_mru_ghost->arcs_size);
7053         zfs_refcount_create(&arc_mfu->arcs_size);
7054         zfs_refcount_create(&arc_mfu_ghost->arcs_size);
7055         zfs_refcount_create(&arc_l2c_only->arcs_size);
7056
7057         aggsum_init(&arc_meta_used, 0);
7058         aggsum_init(&arc_size, 0);
7059         aggsum_init(&astat_data_size, 0);
7060         aggsum_init(&astat_metadata_size, 0);
7061         aggsum_init(&astat_hdr_size, 0);
7062         aggsum_init(&astat_bonus_size, 0);
7063         aggsum_init(&astat_dnode_size, 0);
7064         aggsum_init(&astat_dbuf_size, 0);
7065         aggsum_init(&astat_l2_hdr_size, 0);
7066 }
7067
7068 static void
7069 arc_state_fini(void)
7070 {
7071         zfs_refcount_destroy(&arc_anon->arcs_esize[ARC_BUFC_METADATA]);
7072         zfs_refcount_destroy(&arc_anon->arcs_esize[ARC_BUFC_DATA]);
7073         zfs_refcount_destroy(&arc_mru->arcs_esize[ARC_BUFC_METADATA]);
7074         zfs_refcount_destroy(&arc_mru->arcs_esize[ARC_BUFC_DATA]);
7075         zfs_refcount_destroy(&arc_mru_ghost->arcs_esize[ARC_BUFC_METADATA]);
7076         zfs_refcount_destroy(&arc_mru_ghost->arcs_esize[ARC_BUFC_DATA]);
7077         zfs_refcount_destroy(&arc_mfu->arcs_esize[ARC_BUFC_METADATA]);
7078         zfs_refcount_destroy(&arc_mfu->arcs_esize[ARC_BUFC_DATA]);
7079         zfs_refcount_destroy(&arc_mfu_ghost->arcs_esize[ARC_BUFC_METADATA]);
7080         zfs_refcount_destroy(&arc_mfu_ghost->arcs_esize[ARC_BUFC_DATA]);
7081         zfs_refcount_destroy(&arc_l2c_only->arcs_esize[ARC_BUFC_METADATA]);
7082         zfs_refcount_destroy(&arc_l2c_only->arcs_esize[ARC_BUFC_DATA]);
7083
7084         zfs_refcount_destroy(&arc_anon->arcs_size);
7085         zfs_refcount_destroy(&arc_mru->arcs_size);
7086         zfs_refcount_destroy(&arc_mru_ghost->arcs_size);
7087         zfs_refcount_destroy(&arc_mfu->arcs_size);
7088         zfs_refcount_destroy(&arc_mfu_ghost->arcs_size);
7089         zfs_refcount_destroy(&arc_l2c_only->arcs_size);
7090
7091         multilist_destroy(arc_mru->arcs_list[ARC_BUFC_METADATA]);
7092         multilist_destroy(arc_mru_ghost->arcs_list[ARC_BUFC_METADATA]);
7093         multilist_destroy(arc_mfu->arcs_list[ARC_BUFC_METADATA]);
7094         multilist_destroy(arc_mfu_ghost->arcs_list[ARC_BUFC_METADATA]);
7095         multilist_destroy(arc_mru->arcs_list[ARC_BUFC_DATA]);
7096         multilist_destroy(arc_mru_ghost->arcs_list[ARC_BUFC_DATA]);
7097         multilist_destroy(arc_mfu->arcs_list[ARC_BUFC_DATA]);
7098         multilist_destroy(arc_mfu_ghost->arcs_list[ARC_BUFC_DATA]);
7099
7100         aggsum_fini(&arc_meta_used);
7101         aggsum_fini(&arc_size);
7102         aggsum_fini(&astat_data_size);
7103         aggsum_fini(&astat_metadata_size);
7104         aggsum_fini(&astat_hdr_size);
7105         aggsum_fini(&astat_bonus_size);
7106         aggsum_fini(&astat_dnode_size);
7107         aggsum_fini(&astat_dbuf_size);
7108         aggsum_fini(&astat_l2_hdr_size);
7109 }
7110
7111 uint64_t
7112 arc_max_bytes(void)
7113 {
7114         return (arc_c_max);
7115 }
7116
7117 void
7118 arc_init(void)
7119 {
7120         int i, prefetch_tunable_set = 0;
7121
7122         /*
7123          * allmem is "all memory that we could possibly use".
7124          */
7125 #ifdef illumos
7126 #ifdef _KERNEL
7127         uint64_t allmem = ptob(physmem - swapfs_minfree);
7128 #else
7129         uint64_t allmem = (physmem * PAGESIZE) / 2;
7130 #endif
7131 #else
7132         uint64_t allmem = kmem_size();
7133 #endif
7134         mutex_init(&arc_adjust_lock, NULL, MUTEX_DEFAULT, NULL);
7135         cv_init(&arc_adjust_waiters_cv, NULL, CV_DEFAULT, NULL);
7136
7137         mutex_init(&arc_dnlc_evicts_lock, NULL, MUTEX_DEFAULT, NULL);
7138         cv_init(&arc_dnlc_evicts_cv, NULL, CV_DEFAULT, NULL);
7139
7140         /* set min cache to 1/32 of all memory, or arc_abs_min, whichever is more */
7141         arc_c_min = MAX(allmem / 32, arc_abs_min);
7142         /* set max to 5/8 of all memory, or all but 1GB, whichever is more */
7143         if (allmem >= 1 << 30)
7144                 arc_c_max = allmem - (1 << 30);
7145         else
7146                 arc_c_max = arc_c_min;
7147         arc_c_max = MAX(allmem * 5 / 8, arc_c_max);
7148
7149         /*
7150          * In userland, there's only the memory pressure that we artificially
7151          * create (see arc_available_memory()).  Don't let arc_c get too
7152          * small, because it can cause transactions to be larger than
7153          * arc_c, causing arc_tempreserve_space() to fail.
7154          */
7155 #ifndef _KERNEL
7156         arc_c_min = arc_c_max / 2;
7157 #endif
7158
7159 #ifdef _KERNEL
7160         /*
7161          * Allow the tunables to override our calculations if they are
7162          * reasonable.
7163          */
7164         if (zfs_arc_max > arc_abs_min && zfs_arc_max < allmem) {
7165                 arc_c_max = zfs_arc_max;
7166                 arc_c_min = MIN(arc_c_min, arc_c_max);
7167         }
7168         if (zfs_arc_min > arc_abs_min && zfs_arc_min <= arc_c_max)
7169                 arc_c_min = zfs_arc_min;
7170 #endif
7171
7172         arc_c = arc_c_max;
7173         arc_p = (arc_c >> 1);
7174
7175         /* limit meta-data to 1/4 of the arc capacity */
7176         arc_meta_limit = arc_c_max / 4;
7177
7178 #ifdef _KERNEL
7179         /*
7180          * Metadata is stored in the kernel's heap.  Don't let us
7181          * use more than half the heap for the ARC.
7182          */
7183 #ifdef __FreeBSD__
7184         arc_meta_limit = MIN(arc_meta_limit, uma_limit() / 2);
7185         arc_dnode_limit = arc_meta_limit / 10;
7186 #else
7187         arc_meta_limit = MIN(arc_meta_limit,
7188             vmem_size(heap_arena, VMEM_ALLOC | VMEM_FREE) / 2);
7189 #endif
7190 #endif
7191
7192         /* Allow the tunable to override if it is reasonable */
7193         if (zfs_arc_meta_limit > 0 && zfs_arc_meta_limit <= arc_c_max)
7194                 arc_meta_limit = zfs_arc_meta_limit;
7195
7196         if (arc_c_min < arc_meta_limit / 2 && zfs_arc_min == 0)
7197                 arc_c_min = arc_meta_limit / 2;
7198
7199         if (zfs_arc_meta_min > 0) {
7200                 arc_meta_min = zfs_arc_meta_min;
7201         } else {
7202                 arc_meta_min = arc_c_min / 2;
7203         }
7204
7205         /* Valid range: <arc_meta_min> - <arc_c_max> */
7206         if ((zfs_arc_dnode_limit) && (zfs_arc_dnode_limit != arc_dnode_limit) &&
7207             (zfs_arc_dnode_limit >= zfs_arc_meta_min) &&
7208             (zfs_arc_dnode_limit <= arc_c_max))
7209                 arc_dnode_limit = zfs_arc_dnode_limit;
7210
7211         if (zfs_arc_grow_retry > 0)
7212                 arc_grow_retry = zfs_arc_grow_retry;
7213
7214         if (zfs_arc_shrink_shift > 0)
7215                 arc_shrink_shift = zfs_arc_shrink_shift;
7216
7217         if (zfs_arc_no_grow_shift > 0)
7218                 arc_no_grow_shift = zfs_arc_no_grow_shift;
7219         /*
7220          * Ensure that arc_no_grow_shift is less than arc_shrink_shift.
7221          */
7222         if (arc_no_grow_shift >= arc_shrink_shift)
7223                 arc_no_grow_shift = arc_shrink_shift - 1;
7224
7225         if (zfs_arc_p_min_shift > 0)
7226                 arc_p_min_shift = zfs_arc_p_min_shift;
7227
7228         /* if kmem_flags are set, lets try to use less memory */
7229         if (kmem_debugging())
7230                 arc_c = arc_c / 2;
7231         if (arc_c < arc_c_min)
7232                 arc_c = arc_c_min;
7233
7234         zfs_arc_min = arc_c_min;
7235         zfs_arc_max = arc_c_max;
7236
7237         arc_state_init();
7238
7239         /*
7240          * The arc must be "uninitialized", so that hdr_recl() (which is
7241          * registered by buf_init()) will not access arc_reap_zthr before
7242          * it is created.
7243          */
7244         ASSERT(!arc_initialized);
7245         buf_init();
7246
7247         list_create(&arc_prune_list, sizeof (arc_prune_t),
7248             offsetof(arc_prune_t, p_node));
7249         mutex_init(&arc_prune_mtx, NULL, MUTEX_DEFAULT, NULL);
7250
7251         arc_prune_taskq = taskq_create("arc_prune", max_ncpus, minclsyspri,
7252             max_ncpus, INT_MAX, TASKQ_PREPOPULATE | TASKQ_DYNAMIC);
7253
7254         arc_dnlc_evicts_thread_exit = FALSE;
7255
7256         arc_ksp = kstat_create("zfs", 0, "arcstats", "misc", KSTAT_TYPE_NAMED,
7257             sizeof (arc_stats) / sizeof (kstat_named_t), KSTAT_FLAG_VIRTUAL);
7258
7259         if (arc_ksp != NULL) {
7260                 arc_ksp->ks_data = &arc_stats;
7261                 arc_ksp->ks_update = arc_kstat_update;
7262                 kstat_install(arc_ksp);
7263         }
7264
7265         arc_adjust_zthr = zthr_create_timer(arc_adjust_cb_check,
7266             arc_adjust_cb, NULL, SEC2NSEC(1));
7267         arc_reap_zthr = zthr_create_timer(arc_reap_cb_check,
7268             arc_reap_cb, NULL, SEC2NSEC(1));
7269
7270 #ifdef _KERNEL
7271         arc_event_lowmem = EVENTHANDLER_REGISTER(vm_lowmem, arc_lowmem, NULL,
7272             EVENTHANDLER_PRI_FIRST);
7273 #endif
7274
7275         (void) thread_create(NULL, 0, arc_dnlc_evicts_thread, NULL, 0, &p0,
7276             TS_RUN, minclsyspri);
7277
7278         arc_initialized = B_TRUE;
7279         arc_warm = B_FALSE;
7280
7281         /*
7282          * Calculate maximum amount of dirty data per pool.
7283          *
7284          * If it has been set by /etc/system, take that.
7285          * Otherwise, use a percentage of physical memory defined by
7286          * zfs_dirty_data_max_percent (default 10%) with a cap at
7287          * zfs_dirty_data_max_max (default 4GB).
7288          */
7289         if (zfs_dirty_data_max == 0) {
7290                 zfs_dirty_data_max = ptob(physmem) *
7291                     zfs_dirty_data_max_percent / 100;
7292                 zfs_dirty_data_max = MIN(zfs_dirty_data_max,
7293                     zfs_dirty_data_max_max);
7294         }
7295
7296 #ifdef _KERNEL
7297         if (TUNABLE_INT_FETCH("vfs.zfs.prefetch_disable", &zfs_prefetch_disable))
7298                 prefetch_tunable_set = 1;
7299
7300 #ifdef __i386__
7301         if (prefetch_tunable_set == 0) {
7302                 printf("ZFS NOTICE: Prefetch is disabled by default on i386 "
7303                     "-- to enable,\n");
7304                 printf("            add \"vfs.zfs.prefetch_disable=0\" "
7305                     "to /boot/loader.conf.\n");
7306                 zfs_prefetch_disable = 1;
7307         }
7308 #else
7309         if ((((uint64_t)physmem * PAGESIZE) < (1ULL << 32)) &&
7310             prefetch_tunable_set == 0) {
7311                 printf("ZFS NOTICE: Prefetch is disabled by default if less "
7312                     "than 4GB of RAM is present;\n"
7313                     "            to enable, add \"vfs.zfs.prefetch_disable=0\" "
7314                     "to /boot/loader.conf.\n");
7315                 zfs_prefetch_disable = 1;
7316         }
7317 #endif
7318         /* Warn about ZFS memory and address space requirements. */
7319         if (((uint64_t)physmem * PAGESIZE) < (256 + 128 + 64) * (1 << 20)) {
7320                 printf("ZFS WARNING: Recommended minimum RAM size is 512MB; "
7321                     "expect unstable behavior.\n");
7322         }
7323         if (allmem < 512 * (1 << 20)) {
7324                 printf("ZFS WARNING: Recommended minimum kmem_size is 512MB; "
7325                     "expect unstable behavior.\n");
7326                 printf("             Consider tuning vm.kmem_size and "
7327                     "vm.kmem_size_max\n");
7328                 printf("             in /boot/loader.conf.\n");
7329         }
7330 #endif
7331 }
7332
7333 void
7334 arc_fini(void)
7335 {
7336         arc_prune_t *p;
7337
7338 #ifdef _KERNEL
7339         if (arc_event_lowmem != NULL)
7340                 EVENTHANDLER_DEREGISTER(vm_lowmem, arc_event_lowmem);
7341 #endif
7342
7343         /* Use B_TRUE to ensure *all* buffers are evicted */
7344         arc_flush(NULL, B_TRUE);
7345
7346         mutex_enter(&arc_dnlc_evicts_lock);
7347         arc_dnlc_evicts_thread_exit = TRUE;
7348         /*
7349          * The user evicts thread will set arc_user_evicts_thread_exit
7350          * to FALSE when it is finished exiting; we're waiting for that.
7351          */
7352         while (arc_dnlc_evicts_thread_exit) {
7353                 cv_signal(&arc_dnlc_evicts_cv);
7354                 cv_wait(&arc_dnlc_evicts_cv, &arc_dnlc_evicts_lock);
7355         }
7356         mutex_exit(&arc_dnlc_evicts_lock);
7357
7358         arc_initialized = B_FALSE;
7359
7360         if (arc_ksp != NULL) {
7361                 kstat_delete(arc_ksp);
7362                 arc_ksp = NULL;
7363         }
7364
7365         taskq_wait(arc_prune_taskq);
7366         taskq_destroy(arc_prune_taskq);
7367
7368         mutex_enter(&arc_prune_mtx);
7369         while ((p = list_head(&arc_prune_list)) != NULL) {
7370                 list_remove(&arc_prune_list, p);
7371                 zfs_refcount_remove(&p->p_refcnt, &arc_prune_list);
7372                 zfs_refcount_destroy(&p->p_refcnt);
7373                 kmem_free(p, sizeof (*p));
7374         }
7375         mutex_exit(&arc_prune_mtx);
7376
7377         list_destroy(&arc_prune_list);
7378         mutex_destroy(&arc_prune_mtx);
7379
7380         (void) zthr_cancel(arc_adjust_zthr);
7381         zthr_destroy(arc_adjust_zthr);
7382
7383         mutex_destroy(&arc_dnlc_evicts_lock);
7384         cv_destroy(&arc_dnlc_evicts_cv);
7385
7386         (void) zthr_cancel(arc_reap_zthr);
7387         zthr_destroy(arc_reap_zthr);
7388
7389         mutex_destroy(&arc_adjust_lock);
7390         cv_destroy(&arc_adjust_waiters_cv);
7391
7392         /*
7393          * buf_fini() must proceed arc_state_fini() because buf_fin() may
7394          * trigger the release of kmem magazines, which can callback to
7395          * arc_space_return() which accesses aggsums freed in act_state_fini().
7396          */
7397         buf_fini();
7398         arc_state_fini();
7399
7400         ASSERT0(arc_loaned_bytes);
7401 }
7402
7403 /*
7404  * Level 2 ARC
7405  *
7406  * The level 2 ARC (L2ARC) is a cache layer in-between main memory and disk.
7407  * It uses dedicated storage devices to hold cached data, which are populated
7408  * using large infrequent writes.  The main role of this cache is to boost
7409  * the performance of random read workloads.  The intended L2ARC devices
7410  * include short-stroked disks, solid state disks, and other media with
7411  * substantially faster read latency than disk.
7412  *
7413  *                 +-----------------------+
7414  *                 |         ARC           |
7415  *                 +-----------------------+
7416  *                    |         ^     ^
7417  *                    |         |     |
7418  *      l2arc_feed_thread()    arc_read()
7419  *                    |         |     |
7420  *                    |  l2arc read   |
7421  *                    V         |     |
7422  *               +---------------+    |
7423  *               |     L2ARC     |    |
7424  *               +---------------+    |
7425  *                   |    ^           |
7426  *          l2arc_write() |           |
7427  *                   |    |           |
7428  *                   V    |           |
7429  *                 +-------+      +-------+
7430  *                 | vdev  |      | vdev  |
7431  *                 | cache |      | cache |
7432  *                 +-------+      +-------+
7433  *                 +=========+     .-----.
7434  *                 :  L2ARC  :    |-_____-|
7435  *                 : devices :    | Disks |
7436  *                 +=========+    `-_____-'
7437  *
7438  * Read requests are satisfied from the following sources, in order:
7439  *
7440  *      1) ARC
7441  *      2) vdev cache of L2ARC devices
7442  *      3) L2ARC devices
7443  *      4) vdev cache of disks
7444  *      5) disks
7445  *
7446  * Some L2ARC device types exhibit extremely slow write performance.
7447  * To accommodate for this there are some significant differences between
7448  * the L2ARC and traditional cache design:
7449  *
7450  * 1. There is no eviction path from the ARC to the L2ARC.  Evictions from
7451  * the ARC behave as usual, freeing buffers and placing headers on ghost
7452  * lists.  The ARC does not send buffers to the L2ARC during eviction as
7453  * this would add inflated write latencies for all ARC memory pressure.
7454  *
7455  * 2. The L2ARC attempts to cache data from the ARC before it is evicted.
7456  * It does this by periodically scanning buffers from the eviction-end of
7457  * the MFU and MRU ARC lists, copying them to the L2ARC devices if they are
7458  * not already there. It scans until a headroom of buffers is satisfied,
7459  * which itself is a buffer for ARC eviction. If a compressible buffer is
7460  * found during scanning and selected for writing to an L2ARC device, we
7461  * temporarily boost scanning headroom during the next scan cycle to make
7462  * sure we adapt to compression effects (which might significantly reduce
7463  * the data volume we write to L2ARC). The thread that does this is
7464  * l2arc_feed_thread(), illustrated below; example sizes are included to
7465  * provide a better sense of ratio than this diagram:
7466  *
7467  *             head -->                        tail
7468  *              +---------------------+----------+
7469  *      ARC_mfu |:::::#:::::::::::::::|o#o###o###|-->.   # already on L2ARC
7470  *              +---------------------+----------+   |   o L2ARC eligible
7471  *      ARC_mru |:#:::::::::::::::::::|#o#ooo####|-->|   : ARC buffer
7472  *              +---------------------+----------+   |
7473  *                   15.9 Gbytes      ^ 32 Mbytes    |
7474  *                                 headroom          |
7475  *                                            l2arc_feed_thread()
7476  *                                                   |
7477  *                       l2arc write hand <--[oooo]--'
7478  *                               |           8 Mbyte
7479  *                               |          write max
7480  *                               V
7481  *                +==============================+
7482  *      L2ARC dev |####|#|###|###|    |####| ... |
7483  *                +==============================+
7484  *                           32 Gbytes
7485  *
7486  * 3. If an ARC buffer is copied to the L2ARC but then hit instead of
7487  * evicted, then the L2ARC has cached a buffer much sooner than it probably
7488  * needed to, potentially wasting L2ARC device bandwidth and storage.  It is
7489  * safe to say that this is an uncommon case, since buffers at the end of
7490  * the ARC lists have moved there due to inactivity.
7491  *
7492  * 4. If the ARC evicts faster than the L2ARC can maintain a headroom,
7493  * then the L2ARC simply misses copying some buffers.  This serves as a
7494  * pressure valve to prevent heavy read workloads from both stalling the ARC
7495  * with waits and clogging the L2ARC with writes.  This also helps prevent
7496  * the potential for the L2ARC to churn if it attempts to cache content too
7497  * quickly, such as during backups of the entire pool.
7498  *
7499  * 5. After system boot and before the ARC has filled main memory, there are
7500  * no evictions from the ARC and so the tails of the ARC_mfu and ARC_mru
7501  * lists can remain mostly static.  Instead of searching from tail of these
7502  * lists as pictured, the l2arc_feed_thread() will search from the list heads
7503  * for eligible buffers, greatly increasing its chance of finding them.
7504  *
7505  * The L2ARC device write speed is also boosted during this time so that
7506  * the L2ARC warms up faster.  Since there have been no ARC evictions yet,
7507  * there are no L2ARC reads, and no fear of degrading read performance
7508  * through increased writes.
7509  *
7510  * 6. Writes to the L2ARC devices are grouped and sent in-sequence, so that
7511  * the vdev queue can aggregate them into larger and fewer writes.  Each
7512  * device is written to in a rotor fashion, sweeping writes through
7513  * available space then repeating.
7514  *
7515  * 7. The L2ARC does not store dirty content.  It never needs to flush
7516  * write buffers back to disk based storage.
7517  *
7518  * 8. If an ARC buffer is written (and dirtied) which also exists in the
7519  * L2ARC, the now stale L2ARC buffer is immediately dropped.
7520  *
7521  * The performance of the L2ARC can be tweaked by a number of tunables, which
7522  * may be necessary for different workloads:
7523  *
7524  *      l2arc_write_max         max write bytes per interval
7525  *      l2arc_write_boost       extra write bytes during device warmup
7526  *      l2arc_noprefetch        skip caching prefetched buffers
7527  *      l2arc_headroom          number of max device writes to precache
7528  *      l2arc_headroom_boost    when we find compressed buffers during ARC
7529  *                              scanning, we multiply headroom by this
7530  *                              percentage factor for the next scan cycle,
7531  *                              since more compressed buffers are likely to
7532  *                              be present
7533  *      l2arc_feed_secs         seconds between L2ARC writing
7534  *
7535  * Tunables may be removed or added as future performance improvements are
7536  * integrated, and also may become zpool properties.
7537  *
7538  * There are three key functions that control how the L2ARC warms up:
7539  *
7540  *      l2arc_write_eligible()  check if a buffer is eligible to cache
7541  *      l2arc_write_size()      calculate how much to write
7542  *      l2arc_write_interval()  calculate sleep delay between writes
7543  *
7544  * These three functions determine what to write, how much, and how quickly
7545  * to send writes.
7546  */
7547
7548 static boolean_t
7549 l2arc_write_eligible(uint64_t spa_guid, arc_buf_hdr_t *hdr)
7550 {
7551         /*
7552          * A buffer is *not* eligible for the L2ARC if it:
7553          * 1. belongs to a different spa.
7554          * 2. is already cached on the L2ARC.
7555          * 3. has an I/O in progress (it may be an incomplete read).
7556          * 4. is flagged not eligible (zfs property).
7557          */
7558         if (hdr->b_spa != spa_guid) {
7559                 ARCSTAT_BUMP(arcstat_l2_write_spa_mismatch);
7560                 return (B_FALSE);
7561         }
7562         if (HDR_HAS_L2HDR(hdr)) {
7563                 ARCSTAT_BUMP(arcstat_l2_write_in_l2);
7564                 return (B_FALSE);
7565         }
7566         if (HDR_IO_IN_PROGRESS(hdr)) {
7567                 ARCSTAT_BUMP(arcstat_l2_write_hdr_io_in_progress);
7568                 return (B_FALSE);
7569         }
7570         if (!HDR_L2CACHE(hdr)) {
7571                 ARCSTAT_BUMP(arcstat_l2_write_not_cacheable);
7572                 return (B_FALSE);
7573         }
7574
7575         return (B_TRUE);
7576 }
7577
7578 static uint64_t
7579 l2arc_write_size(void)
7580 {
7581         uint64_t size;
7582
7583         /*
7584          * Make sure our globals have meaningful values in case the user
7585          * altered them.
7586          */
7587         size = l2arc_write_max;
7588         if (size == 0) {
7589                 cmn_err(CE_NOTE, "Bad value for l2arc_write_max, value must "
7590                     "be greater than zero, resetting it to the default (%d)",
7591                     L2ARC_WRITE_SIZE);
7592                 size = l2arc_write_max = L2ARC_WRITE_SIZE;
7593         }
7594
7595         if (arc_warm == B_FALSE)
7596                 size += l2arc_write_boost;
7597
7598         return (size);
7599
7600 }
7601
7602 static clock_t
7603 l2arc_write_interval(clock_t began, uint64_t wanted, uint64_t wrote)
7604 {
7605         clock_t interval, next, now;
7606
7607         /*
7608          * If the ARC lists are busy, increase our write rate; if the
7609          * lists are stale, idle back.  This is achieved by checking
7610          * how much we previously wrote - if it was more than half of
7611          * what we wanted, schedule the next write much sooner.
7612          */
7613         if (l2arc_feed_again && wrote > (wanted / 2))
7614                 interval = (hz * l2arc_feed_min_ms) / 1000;
7615         else
7616                 interval = hz * l2arc_feed_secs;
7617
7618         now = ddi_get_lbolt();
7619         next = MAX(now, MIN(now + interval, began + interval));
7620
7621         return (next);
7622 }
7623
7624 /*
7625  * Cycle through L2ARC devices.  This is how L2ARC load balances.
7626  * If a device is returned, this also returns holding the spa config lock.
7627  */
7628 static l2arc_dev_t *
7629 l2arc_dev_get_next(void)
7630 {
7631         l2arc_dev_t *first, *next = NULL;
7632
7633         /*
7634          * Lock out the removal of spas (spa_namespace_lock), then removal
7635          * of cache devices (l2arc_dev_mtx).  Once a device has been selected,
7636          * both locks will be dropped and a spa config lock held instead.
7637          */
7638         mutex_enter(&spa_namespace_lock);
7639         mutex_enter(&l2arc_dev_mtx);
7640
7641         /* if there are no vdevs, there is nothing to do */
7642         if (l2arc_ndev == 0)
7643                 goto out;
7644
7645         first = NULL;
7646         next = l2arc_dev_last;
7647         do {
7648                 /* loop around the list looking for a non-faulted vdev */
7649                 if (next == NULL) {
7650                         next = list_head(l2arc_dev_list);
7651                 } else {
7652                         next = list_next(l2arc_dev_list, next);
7653                         if (next == NULL)
7654                                 next = list_head(l2arc_dev_list);
7655                 }
7656
7657                 /* if we have come back to the start, bail out */
7658                 if (first == NULL)
7659                         first = next;
7660                 else if (next == first)
7661                         break;
7662
7663         } while (vdev_is_dead(next->l2ad_vdev));
7664
7665         /* if we were unable to find any usable vdevs, return NULL */
7666         if (vdev_is_dead(next->l2ad_vdev))
7667                 next = NULL;
7668
7669         l2arc_dev_last = next;
7670
7671 out:
7672         mutex_exit(&l2arc_dev_mtx);
7673
7674         /*
7675          * Grab the config lock to prevent the 'next' device from being
7676          * removed while we are writing to it.
7677          */
7678         if (next != NULL)
7679                 spa_config_enter(next->l2ad_spa, SCL_L2ARC, next, RW_READER);
7680         mutex_exit(&spa_namespace_lock);
7681
7682         return (next);
7683 }
7684
7685 /*
7686  * Free buffers that were tagged for destruction.
7687  */
7688 static void
7689 l2arc_do_free_on_write()
7690 {
7691         list_t *buflist;
7692         l2arc_data_free_t *df, *df_prev;
7693
7694         mutex_enter(&l2arc_free_on_write_mtx);
7695         buflist = l2arc_free_on_write;
7696
7697         for (df = list_tail(buflist); df; df = df_prev) {
7698                 df_prev = list_prev(buflist, df);
7699                 ASSERT3P(df->l2df_abd, !=, NULL);
7700                 abd_free(df->l2df_abd);
7701                 list_remove(buflist, df);
7702                 kmem_free(df, sizeof (l2arc_data_free_t));
7703         }
7704
7705         mutex_exit(&l2arc_free_on_write_mtx);
7706 }
7707
7708 /*
7709  * A write to a cache device has completed.  Update all headers to allow
7710  * reads from these buffers to begin.
7711  */
7712 static void
7713 l2arc_write_done(zio_t *zio)
7714 {
7715         l2arc_write_callback_t *cb;
7716         l2arc_dev_t *dev;
7717         list_t *buflist;
7718         arc_buf_hdr_t *head, *hdr, *hdr_prev;
7719         kmutex_t *hash_lock;
7720         int64_t bytes_dropped = 0;
7721
7722         cb = zio->io_private;
7723         ASSERT3P(cb, !=, NULL);
7724         dev = cb->l2wcb_dev;
7725         ASSERT3P(dev, !=, NULL);
7726         head = cb->l2wcb_head;
7727         ASSERT3P(head, !=, NULL);
7728         buflist = &dev->l2ad_buflist;
7729         ASSERT3P(buflist, !=, NULL);
7730         DTRACE_PROBE2(l2arc__iodone, zio_t *, zio,
7731             l2arc_write_callback_t *, cb);
7732
7733         if (zio->io_error != 0)
7734                 ARCSTAT_BUMP(arcstat_l2_writes_error);
7735
7736         /*
7737          * All writes completed, or an error was hit.
7738          */
7739 top:
7740         mutex_enter(&dev->l2ad_mtx);
7741         for (hdr = list_prev(buflist, head); hdr; hdr = hdr_prev) {
7742                 hdr_prev = list_prev(buflist, hdr);
7743
7744                 hash_lock = HDR_LOCK(hdr);
7745
7746                 /*
7747                  * We cannot use mutex_enter or else we can deadlock
7748                  * with l2arc_write_buffers (due to swapping the order
7749                  * the hash lock and l2ad_mtx are taken).
7750                  */
7751                 if (!mutex_tryenter(hash_lock)) {
7752                         /*
7753                          * Missed the hash lock. We must retry so we
7754                          * don't leave the ARC_FLAG_L2_WRITING bit set.
7755                          */
7756                         ARCSTAT_BUMP(arcstat_l2_writes_lock_retry);
7757
7758                         /*
7759                          * We don't want to rescan the headers we've
7760                          * already marked as having been written out, so
7761                          * we reinsert the head node so we can pick up
7762                          * where we left off.
7763                          */
7764                         list_remove(buflist, head);
7765                         list_insert_after(buflist, hdr, head);
7766
7767                         mutex_exit(&dev->l2ad_mtx);
7768
7769                         /*
7770                          * We wait for the hash lock to become available
7771                          * to try and prevent busy waiting, and increase
7772                          * the chance we'll be able to acquire the lock
7773                          * the next time around.
7774                          */
7775                         mutex_enter(hash_lock);
7776                         mutex_exit(hash_lock);
7777                         goto top;
7778                 }
7779
7780                 /*
7781                  * We could not have been moved into the arc_l2c_only
7782                  * state while in-flight due to our ARC_FLAG_L2_WRITING
7783                  * bit being set. Let's just ensure that's being enforced.
7784                  */
7785                 ASSERT(HDR_HAS_L1HDR(hdr));
7786
7787                 if (zio->io_error != 0) {
7788                         /*
7789                          * Error - drop L2ARC entry.
7790                          */
7791                         list_remove(buflist, hdr);
7792                         l2arc_trim(hdr);
7793                         arc_hdr_clear_flags(hdr, ARC_FLAG_HAS_L2HDR);
7794
7795                         ARCSTAT_INCR(arcstat_l2_psize, -arc_hdr_size(hdr));
7796                         ARCSTAT_INCR(arcstat_l2_lsize, -HDR_GET_LSIZE(hdr));
7797
7798                         bytes_dropped += arc_hdr_size(hdr);
7799                         (void) zfs_refcount_remove_many(&dev->l2ad_alloc,
7800                             arc_hdr_size(hdr), hdr);
7801                 }
7802
7803                 /*
7804                  * Allow ARC to begin reads and ghost list evictions to
7805                  * this L2ARC entry.
7806                  */
7807                 arc_hdr_clear_flags(hdr, ARC_FLAG_L2_WRITING);
7808
7809                 mutex_exit(hash_lock);
7810         }
7811
7812         atomic_inc_64(&l2arc_writes_done);
7813         list_remove(buflist, head);
7814         ASSERT(!HDR_HAS_L1HDR(head));
7815         kmem_cache_free(hdr_l2only_cache, head);
7816         mutex_exit(&dev->l2ad_mtx);
7817
7818         vdev_space_update(dev->l2ad_vdev, -bytes_dropped, 0, 0);
7819
7820         l2arc_do_free_on_write();
7821
7822         kmem_free(cb, sizeof (l2arc_write_callback_t));
7823 }
7824
7825 /*
7826  * A read to a cache device completed.  Validate buffer contents before
7827  * handing over to the regular ARC routines.
7828  */
7829 static void
7830 l2arc_read_done(zio_t *zio)
7831 {
7832         l2arc_read_callback_t *cb;
7833         arc_buf_hdr_t *hdr;
7834         kmutex_t *hash_lock;
7835         boolean_t valid_cksum;
7836
7837         ASSERT3P(zio->io_vd, !=, NULL);
7838         ASSERT(zio->io_flags & ZIO_FLAG_DONT_PROPAGATE);
7839
7840         spa_config_exit(zio->io_spa, SCL_L2ARC, zio->io_vd);
7841
7842         cb = zio->io_private;
7843         ASSERT3P(cb, !=, NULL);
7844         hdr = cb->l2rcb_hdr;
7845         ASSERT3P(hdr, !=, NULL);
7846
7847         hash_lock = HDR_LOCK(hdr);
7848         mutex_enter(hash_lock);
7849         ASSERT3P(hash_lock, ==, HDR_LOCK(hdr));
7850
7851         /*
7852          * If the data was read into a temporary buffer,
7853          * move it and free the buffer.
7854          */
7855         if (cb->l2rcb_abd != NULL) {
7856                 ASSERT3U(arc_hdr_size(hdr), <, zio->io_size);
7857                 if (zio->io_error == 0) {
7858                         abd_copy(hdr->b_l1hdr.b_pabd, cb->l2rcb_abd,
7859                             arc_hdr_size(hdr));
7860                 }
7861
7862                 /*
7863                  * The following must be done regardless of whether
7864                  * there was an error:
7865                  * - free the temporary buffer
7866                  * - point zio to the real ARC buffer
7867                  * - set zio size accordingly
7868                  * These are required because zio is either re-used for
7869                  * an I/O of the block in the case of the error
7870                  * or the zio is passed to arc_read_done() and it
7871                  * needs real data.
7872                  */
7873                 abd_free(cb->l2rcb_abd);
7874                 zio->io_size = zio->io_orig_size = arc_hdr_size(hdr);
7875                 zio->io_abd = zio->io_orig_abd = hdr->b_l1hdr.b_pabd;
7876         }
7877
7878         ASSERT3P(zio->io_abd, !=, NULL);
7879
7880         /*
7881          * Check this survived the L2ARC journey.
7882          */
7883         ASSERT3P(zio->io_abd, ==, hdr->b_l1hdr.b_pabd);
7884         zio->io_bp_copy = cb->l2rcb_bp; /* XXX fix in L2ARC 2.0 */
7885         zio->io_bp = &zio->io_bp_copy;  /* XXX fix in L2ARC 2.0 */
7886
7887         valid_cksum = arc_cksum_is_equal(hdr, zio);
7888         if (valid_cksum && zio->io_error == 0 && !HDR_L2_EVICTED(hdr)) {
7889                 mutex_exit(hash_lock);
7890                 zio->io_private = hdr;
7891                 arc_read_done(zio);
7892         } else {
7893                 mutex_exit(hash_lock);
7894                 /*
7895                  * Buffer didn't survive caching.  Increment stats and
7896                  * reissue to the original storage device.
7897                  */
7898                 if (zio->io_error != 0) {
7899                         ARCSTAT_BUMP(arcstat_l2_io_error);
7900                 } else {
7901                         zio->io_error = SET_ERROR(EIO);
7902                 }
7903                 if (!valid_cksum)
7904                         ARCSTAT_BUMP(arcstat_l2_cksum_bad);
7905
7906                 /*
7907                  * If there's no waiter, issue an async i/o to the primary
7908                  * storage now.  If there *is* a waiter, the caller must
7909                  * issue the i/o in a context where it's OK to block.
7910                  */
7911                 if (zio->io_waiter == NULL) {
7912                         zio_t *pio = zio_unique_parent(zio);
7913
7914                         ASSERT(!pio || pio->io_child_type == ZIO_CHILD_LOGICAL);
7915
7916                         zio_nowait(zio_read(pio, zio->io_spa, zio->io_bp,
7917                             hdr->b_l1hdr.b_pabd, zio->io_size, arc_read_done,
7918                             hdr, zio->io_priority, cb->l2rcb_flags,
7919                             &cb->l2rcb_zb));
7920                 }
7921         }
7922
7923         kmem_free(cb, sizeof (l2arc_read_callback_t));
7924 }
7925
7926 /*
7927  * This is the list priority from which the L2ARC will search for pages to
7928  * cache.  This is used within loops (0..3) to cycle through lists in the
7929  * desired order.  This order can have a significant effect on cache
7930  * performance.
7931  *
7932  * Currently the metadata lists are hit first, MFU then MRU, followed by
7933  * the data lists.  This function returns a locked list, and also returns
7934  * the lock pointer.
7935  */
7936 static multilist_sublist_t *
7937 l2arc_sublist_lock(int list_num)
7938 {
7939         multilist_t *ml = NULL;
7940         unsigned int idx;
7941
7942         ASSERT(list_num >= 0 && list_num <= 3);
7943
7944         switch (list_num) {
7945         case 0:
7946                 ml = arc_mfu->arcs_list[ARC_BUFC_METADATA];
7947                 break;
7948         case 1:
7949                 ml = arc_mru->arcs_list[ARC_BUFC_METADATA];
7950                 break;
7951         case 2:
7952                 ml = arc_mfu->arcs_list[ARC_BUFC_DATA];
7953                 break;
7954         case 3:
7955                 ml = arc_mru->arcs_list[ARC_BUFC_DATA];
7956                 break;
7957         }
7958
7959         /*
7960          * Return a randomly-selected sublist. This is acceptable
7961          * because the caller feeds only a little bit of data for each
7962          * call (8MB). Subsequent calls will result in different
7963          * sublists being selected.
7964          */
7965         idx = multilist_get_random_index(ml);
7966         return (multilist_sublist_lock(ml, idx));
7967 }
7968
7969 /*
7970  * Evict buffers from the device write hand to the distance specified in
7971  * bytes.  This distance may span populated buffers, it may span nothing.
7972  * This is clearing a region on the L2ARC device ready for writing.
7973  * If the 'all' boolean is set, every buffer is evicted.
7974  */
7975 static void
7976 l2arc_evict(l2arc_dev_t *dev, uint64_t distance, boolean_t all)
7977 {
7978         list_t *buflist;
7979         arc_buf_hdr_t *hdr, *hdr_prev;
7980         kmutex_t *hash_lock;
7981         uint64_t taddr;
7982
7983         buflist = &dev->l2ad_buflist;
7984
7985         if (!all && dev->l2ad_first) {
7986                 /*
7987                  * This is the first sweep through the device.  There is
7988                  * nothing to evict.
7989                  */
7990                 return;
7991         }
7992
7993         if (dev->l2ad_hand >= (dev->l2ad_end - (2 * distance))) {
7994                 /*
7995                  * When nearing the end of the device, evict to the end
7996                  * before the device write hand jumps to the start.
7997                  */
7998                 taddr = dev->l2ad_end;
7999         } else {
8000                 taddr = dev->l2ad_hand + distance;
8001         }
8002         DTRACE_PROBE4(l2arc__evict, l2arc_dev_t *, dev, list_t *, buflist,
8003             uint64_t, taddr, boolean_t, all);
8004
8005 top:
8006         mutex_enter(&dev->l2ad_mtx);
8007         for (hdr = list_tail(buflist); hdr; hdr = hdr_prev) {
8008                 hdr_prev = list_prev(buflist, hdr);
8009
8010                 hash_lock = HDR_LOCK(hdr);
8011
8012                 /*
8013                  * We cannot use mutex_enter or else we can deadlock
8014                  * with l2arc_write_buffers (due to swapping the order
8015                  * the hash lock and l2ad_mtx are taken).
8016                  */
8017                 if (!mutex_tryenter(hash_lock)) {
8018                         /*
8019                          * Missed the hash lock.  Retry.
8020                          */
8021                         ARCSTAT_BUMP(arcstat_l2_evict_lock_retry);
8022                         mutex_exit(&dev->l2ad_mtx);
8023                         mutex_enter(hash_lock);
8024                         mutex_exit(hash_lock);
8025                         goto top;
8026                 }
8027
8028                 /*
8029                  * A header can't be on this list if it doesn't have L2 header.
8030                  */
8031                 ASSERT(HDR_HAS_L2HDR(hdr));
8032
8033                 /* Ensure this header has finished being written. */
8034                 ASSERT(!HDR_L2_WRITING(hdr));
8035                 ASSERT(!HDR_L2_WRITE_HEAD(hdr));
8036
8037                 if (!all && (hdr->b_l2hdr.b_daddr >= taddr ||
8038                     hdr->b_l2hdr.b_daddr < dev->l2ad_hand)) {
8039                         /*
8040                          * We've evicted to the target address,
8041                          * or the end of the device.
8042                          */
8043                         mutex_exit(hash_lock);
8044                         break;
8045                 }
8046
8047                 if (!HDR_HAS_L1HDR(hdr)) {
8048                         ASSERT(!HDR_L2_READING(hdr));
8049                         /*
8050                          * This doesn't exist in the ARC.  Destroy.
8051                          * arc_hdr_destroy() will call list_remove()
8052                          * and decrement arcstat_l2_lsize.
8053                          */
8054                         arc_change_state(arc_anon, hdr, hash_lock);
8055                         arc_hdr_destroy(hdr);
8056                 } else {
8057                         ASSERT(hdr->b_l1hdr.b_state != arc_l2c_only);
8058                         ARCSTAT_BUMP(arcstat_l2_evict_l1cached);
8059                         /*
8060                          * Invalidate issued or about to be issued
8061                          * reads, since we may be about to write
8062                          * over this location.
8063                          */
8064                         if (HDR_L2_READING(hdr)) {
8065                                 ARCSTAT_BUMP(arcstat_l2_evict_reading);
8066                                 arc_hdr_set_flags(hdr, ARC_FLAG_L2_EVICTED);
8067                         }
8068
8069                         arc_hdr_l2hdr_destroy(hdr);
8070                 }
8071                 mutex_exit(hash_lock);
8072         }
8073         mutex_exit(&dev->l2ad_mtx);
8074 }
8075
8076 /*
8077  * Find and write ARC buffers to the L2ARC device.
8078  *
8079  * An ARC_FLAG_L2_WRITING flag is set so that the L2ARC buffers are not valid
8080  * for reading until they have completed writing.
8081  * The headroom_boost is an in-out parameter used to maintain headroom boost
8082  * state between calls to this function.
8083  *
8084  * Returns the number of bytes actually written (which may be smaller than
8085  * the delta by which the device hand has changed due to alignment).
8086  */
8087 static uint64_t
8088 l2arc_write_buffers(spa_t *spa, l2arc_dev_t *dev, uint64_t target_sz)
8089 {
8090         arc_buf_hdr_t *hdr, *hdr_prev, *head;
8091         uint64_t write_asize, write_psize, write_lsize, headroom;
8092         boolean_t full;
8093         l2arc_write_callback_t *cb;
8094         zio_t *pio, *wzio;
8095         uint64_t guid = spa_load_guid(spa);
8096         int try;
8097
8098         ASSERT3P(dev->l2ad_vdev, !=, NULL);
8099
8100         pio = NULL;
8101         write_lsize = write_asize = write_psize = 0;
8102         full = B_FALSE;
8103         head = kmem_cache_alloc(hdr_l2only_cache, KM_PUSHPAGE);
8104         arc_hdr_set_flags(head, ARC_FLAG_L2_WRITE_HEAD | ARC_FLAG_HAS_L2HDR);
8105
8106         ARCSTAT_BUMP(arcstat_l2_write_buffer_iter);
8107         /*
8108          * Copy buffers for L2ARC writing.
8109          */
8110         for (try = 0; try <= 3; try++) {
8111                 multilist_sublist_t *mls = l2arc_sublist_lock(try);
8112                 uint64_t passed_sz = 0;
8113
8114                 ARCSTAT_BUMP(arcstat_l2_write_buffer_list_iter);
8115
8116                 /*
8117                  * L2ARC fast warmup.
8118                  *
8119                  * Until the ARC is warm and starts to evict, read from the
8120                  * head of the ARC lists rather than the tail.
8121                  */
8122                 if (arc_warm == B_FALSE)
8123                         hdr = multilist_sublist_head(mls);
8124                 else
8125                         hdr = multilist_sublist_tail(mls);
8126                 if (hdr == NULL)
8127                         ARCSTAT_BUMP(arcstat_l2_write_buffer_list_null_iter);
8128
8129                 headroom = target_sz * l2arc_headroom;
8130                 if (zfs_compressed_arc_enabled)
8131                         headroom = (headroom * l2arc_headroom_boost) / 100;
8132
8133                 for (; hdr; hdr = hdr_prev) {
8134                         kmutex_t *hash_lock;
8135
8136                         if (arc_warm == B_FALSE)
8137                                 hdr_prev = multilist_sublist_next(mls, hdr);
8138                         else
8139                                 hdr_prev = multilist_sublist_prev(mls, hdr);
8140                         ARCSTAT_INCR(arcstat_l2_write_buffer_bytes_scanned,
8141                             HDR_GET_LSIZE(hdr));
8142
8143                         hash_lock = HDR_LOCK(hdr);
8144                         if (!mutex_tryenter(hash_lock)) {
8145                                 ARCSTAT_BUMP(arcstat_l2_write_trylock_fail);
8146                                 /*
8147                                  * Skip this buffer rather than waiting.
8148                                  */
8149                                 continue;
8150                         }
8151
8152                         passed_sz += HDR_GET_LSIZE(hdr);
8153                         if (passed_sz > headroom) {
8154                                 /*
8155                                  * Searched too far.
8156                                  */
8157                                 mutex_exit(hash_lock);
8158                                 ARCSTAT_BUMP(arcstat_l2_write_passed_headroom);
8159                                 break;
8160                         }
8161
8162                         if (!l2arc_write_eligible(guid, hdr)) {
8163                                 mutex_exit(hash_lock);
8164                                 continue;
8165                         }
8166
8167                         /*
8168                          * We rely on the L1 portion of the header below, so
8169                          * it's invalid for this header to have been evicted out
8170                          * of the ghost cache, prior to being written out. The
8171                          * ARC_FLAG_L2_WRITING bit ensures this won't happen.
8172                          */
8173                         ASSERT(HDR_HAS_L1HDR(hdr));
8174
8175                         ASSERT3U(HDR_GET_PSIZE(hdr), >, 0);
8176                         ASSERT3P(hdr->b_l1hdr.b_pabd, !=, NULL);
8177                         ASSERT3U(arc_hdr_size(hdr), >, 0);
8178                         uint64_t psize = arc_hdr_size(hdr);
8179                         uint64_t asize = vdev_psize_to_asize(dev->l2ad_vdev,
8180                             psize);
8181
8182                         if ((write_asize + asize) > target_sz) {
8183                                 full = B_TRUE;
8184                                 mutex_exit(hash_lock);
8185                                 ARCSTAT_BUMP(arcstat_l2_write_full);
8186                                 break;
8187                         }
8188
8189                         if (pio == NULL) {
8190                                 /*
8191                                  * Insert a dummy header on the buflist so
8192                                  * l2arc_write_done() can find where the
8193                                  * write buffers begin without searching.
8194                                  */
8195                                 mutex_enter(&dev->l2ad_mtx);
8196                                 list_insert_head(&dev->l2ad_buflist, head);
8197                                 mutex_exit(&dev->l2ad_mtx);
8198
8199                                 cb = kmem_alloc(
8200                                     sizeof (l2arc_write_callback_t), KM_SLEEP);
8201                                 cb->l2wcb_dev = dev;
8202                                 cb->l2wcb_head = head;
8203                                 pio = zio_root(spa, l2arc_write_done, cb,
8204                                     ZIO_FLAG_CANFAIL);
8205                                 ARCSTAT_BUMP(arcstat_l2_write_pios);
8206                         }
8207
8208                         hdr->b_l2hdr.b_dev = dev;
8209                         hdr->b_l2hdr.b_daddr = dev->l2ad_hand;
8210                         arc_hdr_set_flags(hdr,
8211                             ARC_FLAG_L2_WRITING | ARC_FLAG_HAS_L2HDR);
8212
8213                         mutex_enter(&dev->l2ad_mtx);
8214                         list_insert_head(&dev->l2ad_buflist, hdr);
8215                         mutex_exit(&dev->l2ad_mtx);
8216
8217                         (void) zfs_refcount_add_many(&dev->l2ad_alloc, psize,
8218                             hdr);
8219
8220                         /*
8221                          * Normally the L2ARC can use the hdr's data, but if
8222                          * we're sharing data between the hdr and one of its
8223                          * bufs, L2ARC needs its own copy of the data so that
8224                          * the ZIO below can't race with the buf consumer.
8225                          * Another case where we need to create a copy of the
8226                          * data is when the buffer size is not device-aligned
8227                          * and we need to pad the block to make it such.
8228                          * That also keeps the clock hand suitably aligned.
8229                          *
8230                          * To ensure that the copy will be available for the
8231                          * lifetime of the ZIO and be cleaned up afterwards, we
8232                          * add it to the l2arc_free_on_write queue.
8233                          */
8234                         abd_t *to_write;
8235                         if (!HDR_SHARED_DATA(hdr) && psize == asize) {
8236                                 to_write = hdr->b_l1hdr.b_pabd;
8237                         } else {
8238                                 to_write = abd_alloc_for_io(asize,
8239                                     HDR_ISTYPE_METADATA(hdr));
8240                                 abd_copy(to_write, hdr->b_l1hdr.b_pabd, psize);
8241                                 if (asize != psize) {
8242                                         abd_zero_off(to_write, psize,
8243                                             asize - psize);
8244                                 }
8245                                 l2arc_free_abd_on_write(to_write, asize,
8246                                     arc_buf_type(hdr));
8247                         }
8248                         wzio = zio_write_phys(pio, dev->l2ad_vdev,
8249                             hdr->b_l2hdr.b_daddr, asize, to_write,
8250                             ZIO_CHECKSUM_OFF, NULL, hdr,
8251                             ZIO_PRIORITY_ASYNC_WRITE,
8252                             ZIO_FLAG_CANFAIL, B_FALSE);
8253
8254                         write_lsize += HDR_GET_LSIZE(hdr);
8255                         DTRACE_PROBE2(l2arc__write, vdev_t *, dev->l2ad_vdev,
8256                             zio_t *, wzio);
8257
8258                         write_psize += psize;
8259                         write_asize += asize;
8260                         dev->l2ad_hand += asize;
8261
8262                         mutex_exit(hash_lock);
8263
8264                         (void) zio_nowait(wzio);
8265                 }
8266
8267                 multilist_sublist_unlock(mls);
8268
8269                 if (full == B_TRUE)
8270                         break;
8271         }
8272
8273         /* No buffers selected for writing? */
8274         if (pio == NULL) {
8275                 ASSERT0(write_lsize);
8276                 ASSERT(!HDR_HAS_L1HDR(head));
8277                 kmem_cache_free(hdr_l2only_cache, head);
8278                 return (0);
8279         }
8280
8281         ASSERT3U(write_psize, <=, target_sz);
8282         ARCSTAT_BUMP(arcstat_l2_writes_sent);
8283         ARCSTAT_INCR(arcstat_l2_write_bytes, write_psize);
8284         ARCSTAT_INCR(arcstat_l2_lsize, write_lsize);
8285         ARCSTAT_INCR(arcstat_l2_psize, write_psize);
8286         vdev_space_update(dev->l2ad_vdev, write_psize, 0, 0);
8287
8288         /*
8289          * Bump device hand to the device start if it is approaching the end.
8290          * l2arc_evict() will already have evicted ahead for this case.
8291          */
8292         if (dev->l2ad_hand >= (dev->l2ad_end - target_sz)) {
8293                 dev->l2ad_hand = dev->l2ad_start;
8294                 dev->l2ad_first = B_FALSE;
8295         }
8296
8297         dev->l2ad_writing = B_TRUE;
8298         (void) zio_wait(pio);
8299         dev->l2ad_writing = B_FALSE;
8300
8301         return (write_asize);
8302 }
8303
8304 /*
8305  * This thread feeds the L2ARC at regular intervals.  This is the beating
8306  * heart of the L2ARC.
8307  */
8308 /* ARGSUSED */
8309 static void
8310 l2arc_feed_thread(void *unused __unused)
8311 {
8312         callb_cpr_t cpr;
8313         l2arc_dev_t *dev;
8314         spa_t *spa;
8315         uint64_t size, wrote;
8316         clock_t begin, next = ddi_get_lbolt();
8317
8318         CALLB_CPR_INIT(&cpr, &l2arc_feed_thr_lock, callb_generic_cpr, FTAG);
8319
8320         mutex_enter(&l2arc_feed_thr_lock);
8321
8322         while (l2arc_thread_exit == 0) {
8323                 CALLB_CPR_SAFE_BEGIN(&cpr);
8324                 (void) cv_timedwait(&l2arc_feed_thr_cv, &l2arc_feed_thr_lock,
8325                     next - ddi_get_lbolt());
8326                 CALLB_CPR_SAFE_END(&cpr, &l2arc_feed_thr_lock);
8327                 next = ddi_get_lbolt() + hz;
8328
8329                 /*
8330                  * Quick check for L2ARC devices.
8331                  */
8332                 mutex_enter(&l2arc_dev_mtx);
8333                 if (l2arc_ndev == 0) {
8334                         mutex_exit(&l2arc_dev_mtx);
8335                         continue;
8336                 }
8337                 mutex_exit(&l2arc_dev_mtx);
8338                 begin = ddi_get_lbolt();
8339
8340                 /*
8341                  * This selects the next l2arc device to write to, and in
8342                  * doing so the next spa to feed from: dev->l2ad_spa.   This
8343                  * will return NULL if there are now no l2arc devices or if
8344                  * they are all faulted.
8345                  *
8346                  * If a device is returned, its spa's config lock is also
8347                  * held to prevent device removal.  l2arc_dev_get_next()
8348                  * will grab and release l2arc_dev_mtx.
8349                  */
8350                 if ((dev = l2arc_dev_get_next()) == NULL)
8351                         continue;
8352
8353                 spa = dev->l2ad_spa;
8354                 ASSERT3P(spa, !=, NULL);
8355
8356                 /*
8357                  * If the pool is read-only then force the feed thread to
8358                  * sleep a little longer.
8359                  */
8360                 if (!spa_writeable(spa)) {
8361                         next = ddi_get_lbolt() + 5 * l2arc_feed_secs * hz;
8362                         spa_config_exit(spa, SCL_L2ARC, dev);
8363                         continue;
8364                 }
8365
8366                 /*
8367                  * Avoid contributing to memory pressure.
8368                  */
8369                 if (arc_reclaim_needed()) {
8370                         ARCSTAT_BUMP(arcstat_l2_abort_lowmem);
8371                         spa_config_exit(spa, SCL_L2ARC, dev);
8372                         continue;
8373                 }
8374
8375                 ARCSTAT_BUMP(arcstat_l2_feeds);
8376
8377                 size = l2arc_write_size();
8378
8379                 /*
8380                  * Evict L2ARC buffers that will be overwritten.
8381                  */
8382                 l2arc_evict(dev, size, B_FALSE);
8383
8384                 /*
8385                  * Write ARC buffers.
8386                  */
8387                 wrote = l2arc_write_buffers(spa, dev, size);
8388
8389                 /*
8390                  * Calculate interval between writes.
8391                  */
8392                 next = l2arc_write_interval(begin, size, wrote);
8393                 spa_config_exit(spa, SCL_L2ARC, dev);
8394         }
8395
8396         l2arc_thread_exit = 0;
8397         cv_broadcast(&l2arc_feed_thr_cv);
8398         CALLB_CPR_EXIT(&cpr);           /* drops l2arc_feed_thr_lock */
8399         thread_exit();
8400 }
8401
8402 boolean_t
8403 l2arc_vdev_present(vdev_t *vd)
8404 {
8405         l2arc_dev_t *dev;
8406
8407         mutex_enter(&l2arc_dev_mtx);
8408         for (dev = list_head(l2arc_dev_list); dev != NULL;
8409             dev = list_next(l2arc_dev_list, dev)) {
8410                 if (dev->l2ad_vdev == vd)
8411                         break;
8412         }
8413         mutex_exit(&l2arc_dev_mtx);
8414
8415         return (dev != NULL);
8416 }
8417
8418 /*
8419  * Add a vdev for use by the L2ARC.  By this point the spa has already
8420  * validated the vdev and opened it.
8421  */
8422 void
8423 l2arc_add_vdev(spa_t *spa, vdev_t *vd)
8424 {
8425         l2arc_dev_t *adddev;
8426
8427         ASSERT(!l2arc_vdev_present(vd));
8428
8429         vdev_ashift_optimize(vd);
8430
8431         /*
8432          * Create a new l2arc device entry.
8433          */
8434         adddev = kmem_zalloc(sizeof (l2arc_dev_t), KM_SLEEP);
8435         adddev->l2ad_spa = spa;
8436         adddev->l2ad_vdev = vd;
8437         adddev->l2ad_start = VDEV_LABEL_START_SIZE;
8438         adddev->l2ad_end = VDEV_LABEL_START_SIZE + vdev_get_min_asize(vd);
8439         adddev->l2ad_hand = adddev->l2ad_start;
8440         adddev->l2ad_first = B_TRUE;
8441         adddev->l2ad_writing = B_FALSE;
8442
8443         mutex_init(&adddev->l2ad_mtx, NULL, MUTEX_DEFAULT, NULL);
8444         /*
8445          * This is a list of all ARC buffers that are still valid on the
8446          * device.
8447          */
8448         list_create(&adddev->l2ad_buflist, sizeof (arc_buf_hdr_t),
8449             offsetof(arc_buf_hdr_t, b_l2hdr.b_l2node));
8450
8451         vdev_space_update(vd, 0, 0, adddev->l2ad_end - adddev->l2ad_hand);
8452         zfs_refcount_create(&adddev->l2ad_alloc);
8453
8454         /*
8455          * Add device to global list
8456          */
8457         mutex_enter(&l2arc_dev_mtx);
8458         list_insert_head(l2arc_dev_list, adddev);
8459         atomic_inc_64(&l2arc_ndev);
8460         mutex_exit(&l2arc_dev_mtx);
8461 }
8462
8463 /*
8464  * Remove a vdev from the L2ARC.
8465  */
8466 void
8467 l2arc_remove_vdev(vdev_t *vd)
8468 {
8469         l2arc_dev_t *dev, *nextdev, *remdev = NULL;
8470
8471         /*
8472          * Find the device by vdev
8473          */
8474         mutex_enter(&l2arc_dev_mtx);
8475         for (dev = list_head(l2arc_dev_list); dev; dev = nextdev) {
8476                 nextdev = list_next(l2arc_dev_list, dev);
8477                 if (vd == dev->l2ad_vdev) {
8478                         remdev = dev;
8479                         break;
8480                 }
8481         }
8482         ASSERT3P(remdev, !=, NULL);
8483
8484         /*
8485          * Remove device from global list
8486          */
8487         list_remove(l2arc_dev_list, remdev);
8488         l2arc_dev_last = NULL;          /* may have been invalidated */
8489         atomic_dec_64(&l2arc_ndev);
8490         mutex_exit(&l2arc_dev_mtx);
8491
8492         /*
8493          * Clear all buflists and ARC references.  L2ARC device flush.
8494          */
8495         l2arc_evict(remdev, 0, B_TRUE);
8496         list_destroy(&remdev->l2ad_buflist);
8497         mutex_destroy(&remdev->l2ad_mtx);
8498         zfs_refcount_destroy(&remdev->l2ad_alloc);
8499         kmem_free(remdev, sizeof (l2arc_dev_t));
8500 }
8501
8502 void
8503 l2arc_init(void)
8504 {
8505         l2arc_thread_exit = 0;
8506         l2arc_ndev = 0;
8507         l2arc_writes_sent = 0;
8508         l2arc_writes_done = 0;
8509
8510         mutex_init(&l2arc_feed_thr_lock, NULL, MUTEX_DEFAULT, NULL);
8511         cv_init(&l2arc_feed_thr_cv, NULL, CV_DEFAULT, NULL);
8512         mutex_init(&l2arc_dev_mtx, NULL, MUTEX_DEFAULT, NULL);
8513         mutex_init(&l2arc_free_on_write_mtx, NULL, MUTEX_DEFAULT, NULL);
8514
8515         l2arc_dev_list = &L2ARC_dev_list;
8516         l2arc_free_on_write = &L2ARC_free_on_write;
8517         list_create(l2arc_dev_list, sizeof (l2arc_dev_t),
8518             offsetof(l2arc_dev_t, l2ad_node));
8519         list_create(l2arc_free_on_write, sizeof (l2arc_data_free_t),
8520             offsetof(l2arc_data_free_t, l2df_list_node));
8521 }
8522
8523 void
8524 l2arc_fini(void)
8525 {
8526         /*
8527          * This is called from dmu_fini(), which is called from spa_fini();
8528          * Because of this, we can assume that all l2arc devices have
8529          * already been removed when the pools themselves were removed.
8530          */
8531
8532         l2arc_do_free_on_write();
8533
8534         mutex_destroy(&l2arc_feed_thr_lock);
8535         cv_destroy(&l2arc_feed_thr_cv);
8536         mutex_destroy(&l2arc_dev_mtx);
8537         mutex_destroy(&l2arc_free_on_write_mtx);
8538
8539         list_destroy(l2arc_dev_list);
8540         list_destroy(l2arc_free_on_write);
8541 }
8542
8543 void
8544 l2arc_start(void)
8545 {
8546         if (!(spa_mode_global & FWRITE))
8547                 return;
8548
8549         (void) thread_create(NULL, 0, l2arc_feed_thread, NULL, 0, &p0,
8550             TS_RUN, minclsyspri);
8551 }
8552
8553 void
8554 l2arc_stop(void)
8555 {
8556         if (!(spa_mode_global & FWRITE))
8557                 return;
8558
8559         mutex_enter(&l2arc_feed_thr_lock);
8560         cv_signal(&l2arc_feed_thr_cv);  /* kick thread out of startup */
8561         l2arc_thread_exit = 1;
8562         while (l2arc_thread_exit != 0)
8563                 cv_wait(&l2arc_feed_thr_cv, &l2arc_feed_thr_lock);
8564         mutex_exit(&l2arc_feed_thr_lock);
8565 }