]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/stable/8.git/blob - sys/cddl/contrib/opensolaris/uts/common/fs/zfs/arc.c
Merge ZFS feature flags support and related bugfixes:
[FreeBSD/stable/8.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 2011 Nexenta Systems, Inc.  All rights reserved.
24  * Copyright (c) 2011 by Delphix. All rights reserved.
25  */
26
27 /*
28  * DVA-based Adjustable Replacement Cache
29  *
30  * While much of the theory of operation used here is
31  * based on the self-tuning, low overhead replacement cache
32  * presented by Megiddo and Modha at FAST 2003, there are some
33  * significant differences:
34  *
35  * 1. The Megiddo and Modha model assumes any page is evictable.
36  * Pages in its cache cannot be "locked" into memory.  This makes
37  * the eviction algorithm simple: evict the last page in the list.
38  * This also make the performance characteristics easy to reason
39  * about.  Our cache is not so simple.  At any given moment, some
40  * subset of the blocks in the cache are un-evictable because we
41  * have handed out a reference to them.  Blocks are only evictable
42  * when there are no external references active.  This makes
43  * eviction far more problematic:  we choose to evict the evictable
44  * blocks that are the "lowest" in the list.
45  *
46  * There are times when it is not possible to evict the requested
47  * space.  In these circumstances we are unable to adjust the cache
48  * size.  To prevent the cache growing unbounded at these times we
49  * implement a "cache throttle" that slows the flow of new data
50  * into the cache until we can make space available.
51  *
52  * 2. The Megiddo and Modha model assumes a fixed cache size.
53  * Pages are evicted when the cache is full and there is a cache
54  * miss.  Our model has a variable sized cache.  It grows with
55  * high use, but also tries to react to memory pressure from the
56  * operating system: decreasing its size when system memory is
57  * tight.
58  *
59  * 3. The Megiddo and Modha model assumes a fixed page size. All
60  * elements of the cache are therefor exactly the same size.  So
61  * when adjusting the cache size following a cache miss, its simply
62  * a matter of choosing a single page to evict.  In our model, we
63  * have variable sized cache blocks (rangeing from 512 bytes to
64  * 128K bytes).  We therefor choose a set of blocks to evict to make
65  * space for a cache miss that approximates as closely as possible
66  * the space used by the new block.
67  *
68  * See also:  "ARC: A Self-Tuning, Low Overhead Replacement Cache"
69  * by N. Megiddo & D. Modha, FAST 2003
70  */
71
72 /*
73  * The locking model:
74  *
75  * A new reference to a cache buffer can be obtained in two
76  * ways: 1) via a hash table lookup using the DVA as a key,
77  * or 2) via one of the ARC lists.  The arc_read() interface
78  * uses method 1, while the internal arc algorithms for
79  * adjusting the cache use method 2.  We therefor provide two
80  * types of locks: 1) the hash table lock array, and 2) the
81  * arc list locks.
82  *
83  * Buffers do not have their own mutexs, rather they rely on the
84  * hash table mutexs for the bulk of their protection (i.e. most
85  * fields in the arc_buf_hdr_t are protected by these mutexs).
86  *
87  * buf_hash_find() returns the appropriate mutex (held) when it
88  * locates the requested buffer in the hash table.  It returns
89  * NULL for the mutex if the buffer was not in the table.
90  *
91  * buf_hash_remove() expects the appropriate hash mutex to be
92  * already held before it is invoked.
93  *
94  * Each arc state also has a mutex which is used to protect the
95  * buffer list associated with the state.  When attempting to
96  * obtain a hash table lock while holding an arc list lock you
97  * must use: mutex_tryenter() to avoid deadlock.  Also note that
98  * the active state mutex must be held before the ghost state mutex.
99  *
100  * Arc buffers may have an associated eviction callback function.
101  * This function will be invoked prior to removing the buffer (e.g.
102  * in arc_do_user_evicts()).  Note however that the data associated
103  * with the buffer may be evicted prior to the callback.  The callback
104  * must be made with *no locks held* (to prevent deadlock).  Additionally,
105  * the users of callbacks must ensure that their private data is
106  * protected from simultaneous callbacks from arc_buf_evict()
107  * and arc_do_user_evicts().
108  *
109  * Note that the majority of the performance stats are manipulated
110  * with atomic operations.
111  *
112  * The L2ARC uses the l2arc_buflist_mtx global mutex for the following:
113  *
114  *      - L2ARC buflist creation
115  *      - L2ARC buflist eviction
116  *      - L2ARC write completion, which walks L2ARC buflists
117  *      - ARC header destruction, as it removes from L2ARC buflists
118  *      - ARC header release, as it removes from L2ARC buflists
119  */
120
121 #include <sys/spa.h>
122 #include <sys/zio.h>
123 #include <sys/zfs_context.h>
124 #include <sys/arc.h>
125 #include <sys/refcount.h>
126 #include <sys/vdev.h>
127 #include <sys/vdev_impl.h>
128 #ifdef _KERNEL
129 #include <sys/dnlc.h>
130 #endif
131 #include <sys/callb.h>
132 #include <sys/kstat.h>
133 #include <zfs_fletcher.h>
134 #include <sys/sdt.h>
135
136 #include <vm/vm_pageout.h>
137
138 #ifdef illumos
139 #ifndef _KERNEL
140 /* set with ZFS_DEBUG=watch, to enable watchpoints on frozen buffers */
141 boolean_t arc_watch = B_FALSE;
142 int arc_procfd;
143 #endif
144 #endif /* illumos */
145
146 static kmutex_t         arc_reclaim_thr_lock;
147 static kcondvar_t       arc_reclaim_thr_cv;     /* used to signal reclaim thr */
148 static uint8_t          arc_thread_exit;
149
150 extern int zfs_write_limit_shift;
151 extern uint64_t zfs_write_limit_max;
152 extern kmutex_t zfs_write_limit_lock;
153
154 #define ARC_REDUCE_DNLC_PERCENT 3
155 uint_t arc_reduce_dnlc_percent = ARC_REDUCE_DNLC_PERCENT;
156
157 typedef enum arc_reclaim_strategy {
158         ARC_RECLAIM_AGGR,               /* Aggressive reclaim strategy */
159         ARC_RECLAIM_CONS                /* Conservative reclaim strategy */
160 } arc_reclaim_strategy_t;
161
162 /* number of seconds before growing cache again */
163 static int              arc_grow_retry = 60;
164
165 /* shift of arc_c for calculating both min and max arc_p */
166 static int              arc_p_min_shift = 4;
167
168 /* log2(fraction of arc to reclaim) */
169 static int              arc_shrink_shift = 5;
170
171 /*
172  * minimum lifespan of a prefetch block in clock ticks
173  * (initialized in arc_init())
174  */
175 static int              arc_min_prefetch_lifespan;
176
177 static int arc_dead;
178 extern int zfs_prefetch_disable;
179
180 /*
181  * The arc has filled available memory and has now warmed up.
182  */
183 static boolean_t arc_warm;
184
185 /*
186  * These tunables are for performance analysis.
187  */
188 uint64_t zfs_arc_max;
189 uint64_t zfs_arc_min;
190 uint64_t zfs_arc_meta_limit = 0;
191 int zfs_arc_grow_retry = 0;
192 int zfs_arc_shrink_shift = 0;
193 int zfs_arc_p_min_shift = 0;
194
195 TUNABLE_QUAD("vfs.zfs.arc_max", &zfs_arc_max);
196 TUNABLE_QUAD("vfs.zfs.arc_min", &zfs_arc_min);
197 TUNABLE_QUAD("vfs.zfs.arc_meta_limit", &zfs_arc_meta_limit);
198 SYSCTL_DECL(_vfs_zfs);
199 SYSCTL_QUAD(_vfs_zfs, OID_AUTO, arc_max, CTLFLAG_RDTUN, &zfs_arc_max, 0,
200     "Maximum ARC size");
201 SYSCTL_QUAD(_vfs_zfs, OID_AUTO, arc_min, CTLFLAG_RDTUN, &zfs_arc_min, 0,
202     "Minimum ARC size");
203
204 /*
205  * Note that buffers can be in one of 6 states:
206  *      ARC_anon        - anonymous (discussed below)
207  *      ARC_mru         - recently used, currently cached
208  *      ARC_mru_ghost   - recentely used, no longer in cache
209  *      ARC_mfu         - frequently used, currently cached
210  *      ARC_mfu_ghost   - frequently used, no longer in cache
211  *      ARC_l2c_only    - exists in L2ARC but not other states
212  * When there are no active references to the buffer, they are
213  * are linked onto a list in one of these arc states.  These are
214  * the only buffers that can be evicted or deleted.  Within each
215  * state there are multiple lists, one for meta-data and one for
216  * non-meta-data.  Meta-data (indirect blocks, blocks of dnodes,
217  * etc.) is tracked separately so that it can be managed more
218  * explicitly: favored over data, limited explicitly.
219  *
220  * Anonymous buffers are buffers that are not associated with
221  * a DVA.  These are buffers that hold dirty block copies
222  * before they are written to stable storage.  By definition,
223  * they are "ref'd" and are considered part of arc_mru
224  * that cannot be freed.  Generally, they will aquire a DVA
225  * as they are written and migrate onto the arc_mru list.
226  *
227  * The ARC_l2c_only state is for buffers that are in the second
228  * level ARC but no longer in any of the ARC_m* lists.  The second
229  * level ARC itself may also contain buffers that are in any of
230  * the ARC_m* states - meaning that a buffer can exist in two
231  * places.  The reason for the ARC_l2c_only state is to keep the
232  * buffer header in the hash table, so that reads that hit the
233  * second level ARC benefit from these fast lookups.
234  */
235
236 #define ARCS_LOCK_PAD           CACHE_LINE_SIZE
237 struct arcs_lock {
238         kmutex_t        arcs_lock;
239 #ifdef _KERNEL
240         unsigned char   pad[(ARCS_LOCK_PAD - sizeof (kmutex_t))];
241 #endif
242 };
243
244 /*
245  * must be power of two for mask use to work
246  *
247  */
248 #define ARC_BUFC_NUMDATALISTS           16
249 #define ARC_BUFC_NUMMETADATALISTS       16
250 #define ARC_BUFC_NUMLISTS       (ARC_BUFC_NUMMETADATALISTS + ARC_BUFC_NUMDATALISTS)
251
252 typedef struct arc_state {
253         uint64_t arcs_lsize[ARC_BUFC_NUMTYPES]; /* amount of evictable data */
254         uint64_t arcs_size;     /* total amount of data in this state */
255         list_t  arcs_lists[ARC_BUFC_NUMLISTS]; /* list of evictable buffers */
256         struct arcs_lock arcs_locks[ARC_BUFC_NUMLISTS] __aligned(CACHE_LINE_SIZE);
257 } arc_state_t;
258
259 #define ARCS_LOCK(s, i) (&((s)->arcs_locks[(i)].arcs_lock))
260
261 /* The 6 states: */
262 static arc_state_t ARC_anon;
263 static arc_state_t ARC_mru;
264 static arc_state_t ARC_mru_ghost;
265 static arc_state_t ARC_mfu;
266 static arc_state_t ARC_mfu_ghost;
267 static arc_state_t ARC_l2c_only;
268
269 typedef struct arc_stats {
270         kstat_named_t arcstat_hits;
271         kstat_named_t arcstat_misses;
272         kstat_named_t arcstat_demand_data_hits;
273         kstat_named_t arcstat_demand_data_misses;
274         kstat_named_t arcstat_demand_metadata_hits;
275         kstat_named_t arcstat_demand_metadata_misses;
276         kstat_named_t arcstat_prefetch_data_hits;
277         kstat_named_t arcstat_prefetch_data_misses;
278         kstat_named_t arcstat_prefetch_metadata_hits;
279         kstat_named_t arcstat_prefetch_metadata_misses;
280         kstat_named_t arcstat_mru_hits;
281         kstat_named_t arcstat_mru_ghost_hits;
282         kstat_named_t arcstat_mfu_hits;
283         kstat_named_t arcstat_mfu_ghost_hits;
284         kstat_named_t arcstat_allocated;
285         kstat_named_t arcstat_deleted;
286         kstat_named_t arcstat_stolen;
287         kstat_named_t arcstat_recycle_miss;
288         kstat_named_t arcstat_mutex_miss;
289         kstat_named_t arcstat_evict_skip;
290         kstat_named_t arcstat_evict_l2_cached;
291         kstat_named_t arcstat_evict_l2_eligible;
292         kstat_named_t arcstat_evict_l2_ineligible;
293         kstat_named_t arcstat_hash_elements;
294         kstat_named_t arcstat_hash_elements_max;
295         kstat_named_t arcstat_hash_collisions;
296         kstat_named_t arcstat_hash_chains;
297         kstat_named_t arcstat_hash_chain_max;
298         kstat_named_t arcstat_p;
299         kstat_named_t arcstat_c;
300         kstat_named_t arcstat_c_min;
301         kstat_named_t arcstat_c_max;
302         kstat_named_t arcstat_size;
303         kstat_named_t arcstat_hdr_size;
304         kstat_named_t arcstat_data_size;
305         kstat_named_t arcstat_other_size;
306         kstat_named_t arcstat_l2_hits;
307         kstat_named_t arcstat_l2_misses;
308         kstat_named_t arcstat_l2_feeds;
309         kstat_named_t arcstat_l2_rw_clash;
310         kstat_named_t arcstat_l2_read_bytes;
311         kstat_named_t arcstat_l2_write_bytes;
312         kstat_named_t arcstat_l2_writes_sent;
313         kstat_named_t arcstat_l2_writes_done;
314         kstat_named_t arcstat_l2_writes_error;
315         kstat_named_t arcstat_l2_writes_hdr_miss;
316         kstat_named_t arcstat_l2_evict_lock_retry;
317         kstat_named_t arcstat_l2_evict_reading;
318         kstat_named_t arcstat_l2_free_on_write;
319         kstat_named_t arcstat_l2_abort_lowmem;
320         kstat_named_t arcstat_l2_cksum_bad;
321         kstat_named_t arcstat_l2_io_error;
322         kstat_named_t arcstat_l2_size;
323         kstat_named_t arcstat_l2_hdr_size;
324         kstat_named_t arcstat_memory_throttle_count;
325         kstat_named_t arcstat_l2_write_trylock_fail;
326         kstat_named_t arcstat_l2_write_passed_headroom;
327         kstat_named_t arcstat_l2_write_spa_mismatch;
328         kstat_named_t arcstat_l2_write_in_l2;
329         kstat_named_t arcstat_l2_write_hdr_io_in_progress;
330         kstat_named_t arcstat_l2_write_not_cacheable;
331         kstat_named_t arcstat_l2_write_full;
332         kstat_named_t arcstat_l2_write_buffer_iter;
333         kstat_named_t arcstat_l2_write_pios;
334         kstat_named_t arcstat_l2_write_buffer_bytes_scanned;
335         kstat_named_t arcstat_l2_write_buffer_list_iter;
336         kstat_named_t arcstat_l2_write_buffer_list_null_iter;
337 } arc_stats_t;
338
339 static arc_stats_t arc_stats = {
340         { "hits",                       KSTAT_DATA_UINT64 },
341         { "misses",                     KSTAT_DATA_UINT64 },
342         { "demand_data_hits",           KSTAT_DATA_UINT64 },
343         { "demand_data_misses",         KSTAT_DATA_UINT64 },
344         { "demand_metadata_hits",       KSTAT_DATA_UINT64 },
345         { "demand_metadata_misses",     KSTAT_DATA_UINT64 },
346         { "prefetch_data_hits",         KSTAT_DATA_UINT64 },
347         { "prefetch_data_misses",       KSTAT_DATA_UINT64 },
348         { "prefetch_metadata_hits",     KSTAT_DATA_UINT64 },
349         { "prefetch_metadata_misses",   KSTAT_DATA_UINT64 },
350         { "mru_hits",                   KSTAT_DATA_UINT64 },
351         { "mru_ghost_hits",             KSTAT_DATA_UINT64 },
352         { "mfu_hits",                   KSTAT_DATA_UINT64 },
353         { "mfu_ghost_hits",             KSTAT_DATA_UINT64 },
354         { "allocated",                  KSTAT_DATA_UINT64 },
355         { "deleted",                    KSTAT_DATA_UINT64 },
356         { "stolen",                     KSTAT_DATA_UINT64 },
357         { "recycle_miss",               KSTAT_DATA_UINT64 },
358         { "mutex_miss",                 KSTAT_DATA_UINT64 },
359         { "evict_skip",                 KSTAT_DATA_UINT64 },
360         { "evict_l2_cached",            KSTAT_DATA_UINT64 },
361         { "evict_l2_eligible",          KSTAT_DATA_UINT64 },
362         { "evict_l2_ineligible",        KSTAT_DATA_UINT64 },
363         { "hash_elements",              KSTAT_DATA_UINT64 },
364         { "hash_elements_max",          KSTAT_DATA_UINT64 },
365         { "hash_collisions",            KSTAT_DATA_UINT64 },
366         { "hash_chains",                KSTAT_DATA_UINT64 },
367         { "hash_chain_max",             KSTAT_DATA_UINT64 },
368         { "p",                          KSTAT_DATA_UINT64 },
369         { "c",                          KSTAT_DATA_UINT64 },
370         { "c_min",                      KSTAT_DATA_UINT64 },
371         { "c_max",                      KSTAT_DATA_UINT64 },
372         { "size",                       KSTAT_DATA_UINT64 },
373         { "hdr_size",                   KSTAT_DATA_UINT64 },
374         { "data_size",                  KSTAT_DATA_UINT64 },
375         { "other_size",                 KSTAT_DATA_UINT64 },
376         { "l2_hits",                    KSTAT_DATA_UINT64 },
377         { "l2_misses",                  KSTAT_DATA_UINT64 },
378         { "l2_feeds",                   KSTAT_DATA_UINT64 },
379         { "l2_rw_clash",                KSTAT_DATA_UINT64 },
380         { "l2_read_bytes",              KSTAT_DATA_UINT64 },
381         { "l2_write_bytes",             KSTAT_DATA_UINT64 },
382         { "l2_writes_sent",             KSTAT_DATA_UINT64 },
383         { "l2_writes_done",             KSTAT_DATA_UINT64 },
384         { "l2_writes_error",            KSTAT_DATA_UINT64 },
385         { "l2_writes_hdr_miss",         KSTAT_DATA_UINT64 },
386         { "l2_evict_lock_retry",        KSTAT_DATA_UINT64 },
387         { "l2_evict_reading",           KSTAT_DATA_UINT64 },
388         { "l2_free_on_write",           KSTAT_DATA_UINT64 },
389         { "l2_abort_lowmem",            KSTAT_DATA_UINT64 },
390         { "l2_cksum_bad",               KSTAT_DATA_UINT64 },
391         { "l2_io_error",                KSTAT_DATA_UINT64 },
392         { "l2_size",                    KSTAT_DATA_UINT64 },
393         { "l2_hdr_size",                KSTAT_DATA_UINT64 },
394         { "memory_throttle_count",      KSTAT_DATA_UINT64 },
395         { "l2_write_trylock_fail",      KSTAT_DATA_UINT64 },
396         { "l2_write_passed_headroom",   KSTAT_DATA_UINT64 },
397         { "l2_write_spa_mismatch",      KSTAT_DATA_UINT64 },
398         { "l2_write_in_l2",             KSTAT_DATA_UINT64 },
399         { "l2_write_io_in_progress",    KSTAT_DATA_UINT64 },
400         { "l2_write_not_cacheable",     KSTAT_DATA_UINT64 },
401         { "l2_write_full",              KSTAT_DATA_UINT64 },
402         { "l2_write_buffer_iter",       KSTAT_DATA_UINT64 },
403         { "l2_write_pios",              KSTAT_DATA_UINT64 },
404         { "l2_write_buffer_bytes_scanned", KSTAT_DATA_UINT64 },
405         { "l2_write_buffer_list_iter",  KSTAT_DATA_UINT64 },
406         { "l2_write_buffer_list_null_iter", KSTAT_DATA_UINT64 }
407 };
408
409 #define ARCSTAT(stat)   (arc_stats.stat.value.ui64)
410
411 #define ARCSTAT_INCR(stat, val) \
412         atomic_add_64(&arc_stats.stat.value.ui64, (val));
413
414 #define ARCSTAT_BUMP(stat)      ARCSTAT_INCR(stat, 1)
415 #define ARCSTAT_BUMPDOWN(stat)  ARCSTAT_INCR(stat, -1)
416
417 #define ARCSTAT_MAX(stat, val) {                                        \
418         uint64_t m;                                                     \
419         while ((val) > (m = arc_stats.stat.value.ui64) &&               \
420             (m != atomic_cas_64(&arc_stats.stat.value.ui64, m, (val)))) \
421                 continue;                                               \
422 }
423
424 #define ARCSTAT_MAXSTAT(stat) \
425         ARCSTAT_MAX(stat##_max, arc_stats.stat.value.ui64)
426
427 /*
428  * We define a macro to allow ARC hits/misses to be easily broken down by
429  * two separate conditions, giving a total of four different subtypes for
430  * each of hits and misses (so eight statistics total).
431  */
432 #define ARCSTAT_CONDSTAT(cond1, stat1, notstat1, cond2, stat2, notstat2, stat) \
433         if (cond1) {                                                    \
434                 if (cond2) {                                            \
435                         ARCSTAT_BUMP(arcstat_##stat1##_##stat2##_##stat); \
436                 } else {                                                \
437                         ARCSTAT_BUMP(arcstat_##stat1##_##notstat2##_##stat); \
438                 }                                                       \
439         } else {                                                        \
440                 if (cond2) {                                            \
441                         ARCSTAT_BUMP(arcstat_##notstat1##_##stat2##_##stat); \
442                 } else {                                                \
443                         ARCSTAT_BUMP(arcstat_##notstat1##_##notstat2##_##stat);\
444                 }                                                       \
445         }
446
447 kstat_t                 *arc_ksp;
448 static arc_state_t      *arc_anon;
449 static arc_state_t      *arc_mru;
450 static arc_state_t      *arc_mru_ghost;
451 static arc_state_t      *arc_mfu;
452 static arc_state_t      *arc_mfu_ghost;
453 static arc_state_t      *arc_l2c_only;
454
455 /*
456  * There are several ARC variables that are critical to export as kstats --
457  * but we don't want to have to grovel around in the kstat whenever we wish to
458  * manipulate them.  For these variables, we therefore define them to be in
459  * terms of the statistic variable.  This assures that we are not introducing
460  * the possibility of inconsistency by having shadow copies of the variables,
461  * while still allowing the code to be readable.
462  */
463 #define arc_size        ARCSTAT(arcstat_size)   /* actual total arc size */
464 #define arc_p           ARCSTAT(arcstat_p)      /* target size of MRU */
465 #define arc_c           ARCSTAT(arcstat_c)      /* target size of cache */
466 #define arc_c_min       ARCSTAT(arcstat_c_min)  /* min target cache size */
467 #define arc_c_max       ARCSTAT(arcstat_c_max)  /* max target cache size */
468
469 static int              arc_no_grow;    /* Don't try to grow cache size */
470 static uint64_t         arc_tempreserve;
471 static uint64_t         arc_loaned_bytes;
472 static uint64_t         arc_meta_used;
473 static uint64_t         arc_meta_limit;
474 static uint64_t         arc_meta_max = 0;
475 SYSCTL_QUAD(_vfs_zfs, OID_AUTO, arc_meta_used, CTLFLAG_RDTUN,
476     &arc_meta_used, 0, "ARC metadata used");
477 SYSCTL_QUAD(_vfs_zfs, OID_AUTO, arc_meta_limit, CTLFLAG_RDTUN,
478     &arc_meta_limit, 0, "ARC metadata limit");
479
480 typedef struct l2arc_buf_hdr l2arc_buf_hdr_t;
481
482 typedef struct arc_callback arc_callback_t;
483
484 struct arc_callback {
485         void                    *acb_private;
486         arc_done_func_t         *acb_done;
487         arc_buf_t               *acb_buf;
488         zio_t                   *acb_zio_dummy;
489         arc_callback_t          *acb_next;
490 };
491
492 typedef struct arc_write_callback arc_write_callback_t;
493
494 struct arc_write_callback {
495         void            *awcb_private;
496         arc_done_func_t *awcb_ready;
497         arc_done_func_t *awcb_done;
498         arc_buf_t       *awcb_buf;
499 };
500
501 struct arc_buf_hdr {
502         /* protected by hash lock */
503         dva_t                   b_dva;
504         uint64_t                b_birth;
505         uint64_t                b_cksum0;
506
507         kmutex_t                b_freeze_lock;
508         zio_cksum_t             *b_freeze_cksum;
509         void                    *b_thawed;
510
511         arc_buf_hdr_t           *b_hash_next;
512         arc_buf_t               *b_buf;
513         uint32_t                b_flags;
514         uint32_t                b_datacnt;
515
516         arc_callback_t          *b_acb;
517         kcondvar_t              b_cv;
518
519         /* immutable */
520         arc_buf_contents_t      b_type;
521         uint64_t                b_size;
522         uint64_t                b_spa;
523
524         /* protected by arc state mutex */
525         arc_state_t             *b_state;
526         list_node_t             b_arc_node;
527
528         /* updated atomically */
529         clock_t                 b_arc_access;
530
531         /* self protecting */
532         refcount_t              b_refcnt;
533
534         l2arc_buf_hdr_t         *b_l2hdr;
535         list_node_t             b_l2node;
536 };
537
538 static arc_buf_t *arc_eviction_list;
539 static kmutex_t arc_eviction_mtx;
540 static arc_buf_hdr_t arc_eviction_hdr;
541 static void arc_get_data_buf(arc_buf_t *buf);
542 static void arc_access(arc_buf_hdr_t *buf, kmutex_t *hash_lock);
543 static int arc_evict_needed(arc_buf_contents_t type);
544 static void arc_evict_ghost(arc_state_t *state, uint64_t spa, int64_t bytes);
545 #ifdef illumos
546 static void arc_buf_watch(arc_buf_t *buf);
547 #endif /* illumos */
548
549 static boolean_t l2arc_write_eligible(uint64_t spa_guid, arc_buf_hdr_t *ab);
550
551 #define GHOST_STATE(state)      \
552         ((state) == arc_mru_ghost || (state) == arc_mfu_ghost ||        \
553         (state) == arc_l2c_only)
554
555 /*
556  * Private ARC flags.  These flags are private ARC only flags that will show up
557  * in b_flags in the arc_hdr_buf_t.  Some flags are publicly declared, and can
558  * be passed in as arc_flags in things like arc_read.  However, these flags
559  * should never be passed and should only be set by ARC code.  When adding new
560  * public flags, make sure not to smash the private ones.
561  */
562
563 #define ARC_IN_HASH_TABLE       (1 << 9)        /* this buffer is hashed */
564 #define ARC_IO_IN_PROGRESS      (1 << 10)       /* I/O in progress for buf */
565 #define ARC_IO_ERROR            (1 << 11)       /* I/O failed for buf */
566 #define ARC_FREED_IN_READ       (1 << 12)       /* buf freed while in read */
567 #define ARC_BUF_AVAILABLE       (1 << 13)       /* block not in active use */
568 #define ARC_INDIRECT            (1 << 14)       /* this is an indirect block */
569 #define ARC_FREE_IN_PROGRESS    (1 << 15)       /* hdr about to be freed */
570 #define ARC_L2_WRITING          (1 << 16)       /* L2ARC write in progress */
571 #define ARC_L2_EVICTED          (1 << 17)       /* evicted during I/O */
572 #define ARC_L2_WRITE_HEAD       (1 << 18)       /* head of write list */
573
574 #define HDR_IN_HASH_TABLE(hdr)  ((hdr)->b_flags & ARC_IN_HASH_TABLE)
575 #define HDR_IO_IN_PROGRESS(hdr) ((hdr)->b_flags & ARC_IO_IN_PROGRESS)
576 #define HDR_IO_ERROR(hdr)       ((hdr)->b_flags & ARC_IO_ERROR)
577 #define HDR_PREFETCH(hdr)       ((hdr)->b_flags & ARC_PREFETCH)
578 #define HDR_FREED_IN_READ(hdr)  ((hdr)->b_flags & ARC_FREED_IN_READ)
579 #define HDR_BUF_AVAILABLE(hdr)  ((hdr)->b_flags & ARC_BUF_AVAILABLE)
580 #define HDR_FREE_IN_PROGRESS(hdr)       ((hdr)->b_flags & ARC_FREE_IN_PROGRESS)
581 #define HDR_L2CACHE(hdr)        ((hdr)->b_flags & ARC_L2CACHE)
582 #define HDR_L2_READING(hdr)     ((hdr)->b_flags & ARC_IO_IN_PROGRESS && \
583                                     (hdr)->b_l2hdr != NULL)
584 #define HDR_L2_WRITING(hdr)     ((hdr)->b_flags & ARC_L2_WRITING)
585 #define HDR_L2_EVICTED(hdr)     ((hdr)->b_flags & ARC_L2_EVICTED)
586 #define HDR_L2_WRITE_HEAD(hdr)  ((hdr)->b_flags & ARC_L2_WRITE_HEAD)
587
588 /*
589  * Other sizes
590  */
591
592 #define HDR_SIZE ((int64_t)sizeof (arc_buf_hdr_t))
593 #define L2HDR_SIZE ((int64_t)sizeof (l2arc_buf_hdr_t))
594
595 /*
596  * Hash table routines
597  */
598
599 #define HT_LOCK_PAD     CACHE_LINE_SIZE
600
601 struct ht_lock {
602         kmutex_t        ht_lock;
603 #ifdef _KERNEL
604         unsigned char   pad[(HT_LOCK_PAD - sizeof (kmutex_t))];
605 #endif
606 };
607
608 #define BUF_LOCKS 256
609 typedef struct buf_hash_table {
610         uint64_t ht_mask;
611         arc_buf_hdr_t **ht_table;
612         struct ht_lock ht_locks[BUF_LOCKS] __aligned(CACHE_LINE_SIZE);
613 } buf_hash_table_t;
614
615 static buf_hash_table_t buf_hash_table;
616
617 #define BUF_HASH_INDEX(spa, dva, birth) \
618         (buf_hash(spa, dva, birth) & buf_hash_table.ht_mask)
619 #define BUF_HASH_LOCK_NTRY(idx) (buf_hash_table.ht_locks[idx & (BUF_LOCKS-1)])
620 #define BUF_HASH_LOCK(idx)      (&(BUF_HASH_LOCK_NTRY(idx).ht_lock))
621 #define HDR_LOCK(hdr) \
622         (BUF_HASH_LOCK(BUF_HASH_INDEX(hdr->b_spa, &hdr->b_dva, hdr->b_birth)))
623
624 uint64_t zfs_crc64_table[256];
625
626 /*
627  * Level 2 ARC
628  */
629
630 #define L2ARC_WRITE_SIZE        (8 * 1024 * 1024)       /* initial write max */
631 #define L2ARC_HEADROOM          2               /* num of writes */
632 #define L2ARC_FEED_SECS         1               /* caching interval secs */
633 #define L2ARC_FEED_MIN_MS       200             /* min caching interval ms */
634
635 #define l2arc_writes_sent       ARCSTAT(arcstat_l2_writes_sent)
636 #define l2arc_writes_done       ARCSTAT(arcstat_l2_writes_done)
637
638 /*
639  * L2ARC Performance Tunables
640  */
641 uint64_t l2arc_write_max = L2ARC_WRITE_SIZE;    /* default max write size */
642 uint64_t l2arc_write_boost = L2ARC_WRITE_SIZE;  /* extra write during warmup */
643 uint64_t l2arc_headroom = L2ARC_HEADROOM;       /* number of dev writes */
644 uint64_t l2arc_feed_secs = L2ARC_FEED_SECS;     /* interval seconds */
645 uint64_t l2arc_feed_min_ms = L2ARC_FEED_MIN_MS; /* min interval milliseconds */
646 boolean_t l2arc_noprefetch = B_TRUE;            /* don't cache prefetch bufs */
647 boolean_t l2arc_feed_again = B_TRUE;            /* turbo warmup */
648 boolean_t l2arc_norw = B_TRUE;                  /* no reads during writes */
649
650 SYSCTL_QUAD(_vfs_zfs, OID_AUTO, l2arc_write_max, CTLFLAG_RW,
651     &l2arc_write_max, 0, "max write size");
652 SYSCTL_QUAD(_vfs_zfs, OID_AUTO, l2arc_write_boost, CTLFLAG_RW,
653     &l2arc_write_boost, 0, "extra write during warmup");
654 SYSCTL_QUAD(_vfs_zfs, OID_AUTO, l2arc_headroom, CTLFLAG_RW,
655     &l2arc_headroom, 0, "number of dev writes");
656 SYSCTL_QUAD(_vfs_zfs, OID_AUTO, l2arc_feed_secs, CTLFLAG_RW,
657     &l2arc_feed_secs, 0, "interval seconds");
658 SYSCTL_QUAD(_vfs_zfs, OID_AUTO, l2arc_feed_min_ms, CTLFLAG_RW,
659     &l2arc_feed_min_ms, 0, "min interval milliseconds");
660
661 SYSCTL_INT(_vfs_zfs, OID_AUTO, l2arc_noprefetch, CTLFLAG_RW,
662     &l2arc_noprefetch, 0, "don't cache prefetch bufs");
663 SYSCTL_INT(_vfs_zfs, OID_AUTO, l2arc_feed_again, CTLFLAG_RW,
664     &l2arc_feed_again, 0, "turbo warmup");
665 SYSCTL_INT(_vfs_zfs, OID_AUTO, l2arc_norw, CTLFLAG_RW,
666     &l2arc_norw, 0, "no reads during writes");
667
668 SYSCTL_QUAD(_vfs_zfs, OID_AUTO, anon_size, CTLFLAG_RD,
669     &ARC_anon.arcs_size, 0, "size of anonymous state");
670 SYSCTL_QUAD(_vfs_zfs, OID_AUTO, anon_metadata_lsize, CTLFLAG_RD,
671     &ARC_anon.arcs_lsize[ARC_BUFC_METADATA], 0, "size of anonymous state");
672 SYSCTL_QUAD(_vfs_zfs, OID_AUTO, anon_data_lsize, CTLFLAG_RD,
673     &ARC_anon.arcs_lsize[ARC_BUFC_DATA], 0, "size of anonymous state");
674
675 SYSCTL_QUAD(_vfs_zfs, OID_AUTO, mru_size, CTLFLAG_RD,
676     &ARC_mru.arcs_size, 0, "size of mru state");
677 SYSCTL_QUAD(_vfs_zfs, OID_AUTO, mru_metadata_lsize, CTLFLAG_RD,
678     &ARC_mru.arcs_lsize[ARC_BUFC_METADATA], 0, "size of metadata in mru state");
679 SYSCTL_QUAD(_vfs_zfs, OID_AUTO, mru_data_lsize, CTLFLAG_RD,
680     &ARC_mru.arcs_lsize[ARC_BUFC_DATA], 0, "size of data in mru state");
681
682 SYSCTL_QUAD(_vfs_zfs, OID_AUTO, mru_ghost_size, CTLFLAG_RD,
683     &ARC_mru_ghost.arcs_size, 0, "size of mru ghost state");
684 SYSCTL_QUAD(_vfs_zfs, OID_AUTO, mru_ghost_metadata_lsize, CTLFLAG_RD,
685     &ARC_mru_ghost.arcs_lsize[ARC_BUFC_METADATA], 0,
686     "size of metadata in mru ghost state");
687 SYSCTL_QUAD(_vfs_zfs, OID_AUTO, mru_ghost_data_lsize, CTLFLAG_RD,
688     &ARC_mru_ghost.arcs_lsize[ARC_BUFC_DATA], 0,
689     "size of data in mru ghost state");
690
691 SYSCTL_QUAD(_vfs_zfs, OID_AUTO, mfu_size, CTLFLAG_RD,
692     &ARC_mfu.arcs_size, 0, "size of mfu state");
693 SYSCTL_QUAD(_vfs_zfs, OID_AUTO, mfu_metadata_lsize, CTLFLAG_RD,
694     &ARC_mfu.arcs_lsize[ARC_BUFC_METADATA], 0, "size of metadata in mfu state");
695 SYSCTL_QUAD(_vfs_zfs, OID_AUTO, mfu_data_lsize, CTLFLAG_RD,
696     &ARC_mfu.arcs_lsize[ARC_BUFC_DATA], 0, "size of data in mfu state");
697
698 SYSCTL_QUAD(_vfs_zfs, OID_AUTO, mfu_ghost_size, CTLFLAG_RD,
699     &ARC_mfu_ghost.arcs_size, 0, "size of mfu ghost state");
700 SYSCTL_QUAD(_vfs_zfs, OID_AUTO, mfu_ghost_metadata_lsize, CTLFLAG_RD,
701     &ARC_mfu_ghost.arcs_lsize[ARC_BUFC_METADATA], 0,
702     "size of metadata in mfu ghost state");
703 SYSCTL_QUAD(_vfs_zfs, OID_AUTO, mfu_ghost_data_lsize, CTLFLAG_RD,
704     &ARC_mfu_ghost.arcs_lsize[ARC_BUFC_DATA], 0,
705     "size of data in mfu ghost state");
706
707 SYSCTL_QUAD(_vfs_zfs, OID_AUTO, l2c_only_size, CTLFLAG_RD,
708     &ARC_l2c_only.arcs_size, 0, "size of mru state");
709
710 /*
711  * L2ARC Internals
712  */
713 typedef struct l2arc_dev {
714         vdev_t                  *l2ad_vdev;     /* vdev */
715         spa_t                   *l2ad_spa;      /* spa */
716         uint64_t                l2ad_hand;      /* next write location */
717         uint64_t                l2ad_write;     /* desired write size, bytes */
718         uint64_t                l2ad_boost;     /* warmup write boost, bytes */
719         uint64_t                l2ad_start;     /* first addr on device */
720         uint64_t                l2ad_end;       /* last addr on device */
721         uint64_t                l2ad_evict;     /* last addr eviction reached */
722         boolean_t               l2ad_first;     /* first sweep through */
723         boolean_t               l2ad_writing;   /* currently writing */
724         list_t                  *l2ad_buflist;  /* buffer list */
725         list_node_t             l2ad_node;      /* device list node */
726 } l2arc_dev_t;
727
728 static list_t L2ARC_dev_list;                   /* device list */
729 static list_t *l2arc_dev_list;                  /* device list pointer */
730 static kmutex_t l2arc_dev_mtx;                  /* device list mutex */
731 static l2arc_dev_t *l2arc_dev_last;             /* last device used */
732 static kmutex_t l2arc_buflist_mtx;              /* mutex for all buflists */
733 static list_t L2ARC_free_on_write;              /* free after write buf list */
734 static list_t *l2arc_free_on_write;             /* free after write list ptr */
735 static kmutex_t l2arc_free_on_write_mtx;        /* mutex for list */
736 static uint64_t l2arc_ndev;                     /* number of devices */
737
738 typedef struct l2arc_read_callback {
739         arc_buf_t       *l2rcb_buf;             /* read buffer */
740         spa_t           *l2rcb_spa;             /* spa */
741         blkptr_t        l2rcb_bp;               /* original blkptr */
742         zbookmark_t     l2rcb_zb;               /* original bookmark */
743         int             l2rcb_flags;            /* original flags */
744 } l2arc_read_callback_t;
745
746 typedef struct l2arc_write_callback {
747         l2arc_dev_t     *l2wcb_dev;             /* device info */
748         arc_buf_hdr_t   *l2wcb_head;            /* head of write buflist */
749 } l2arc_write_callback_t;
750
751 struct l2arc_buf_hdr {
752         /* protected by arc_buf_hdr  mutex */
753         l2arc_dev_t     *b_dev;                 /* L2ARC device */
754         uint64_t        b_daddr;                /* disk address, offset byte */
755 };
756
757 typedef struct l2arc_data_free {
758         /* protected by l2arc_free_on_write_mtx */
759         void            *l2df_data;
760         size_t          l2df_size;
761         void            (*l2df_func)(void *, size_t);
762         list_node_t     l2df_list_node;
763 } l2arc_data_free_t;
764
765 static kmutex_t l2arc_feed_thr_lock;
766 static kcondvar_t l2arc_feed_thr_cv;
767 static uint8_t l2arc_thread_exit;
768
769 static void l2arc_read_done(zio_t *zio);
770 static void l2arc_hdr_stat_add(void);
771 static void l2arc_hdr_stat_remove(void);
772
773 static uint64_t
774 buf_hash(uint64_t spa, const dva_t *dva, uint64_t birth)
775 {
776         uint8_t *vdva = (uint8_t *)dva;
777         uint64_t crc = -1ULL;
778         int i;
779
780         ASSERT(zfs_crc64_table[128] == ZFS_CRC64_POLY);
781
782         for (i = 0; i < sizeof (dva_t); i++)
783                 crc = (crc >> 8) ^ zfs_crc64_table[(crc ^ vdva[i]) & 0xFF];
784
785         crc ^= (spa>>8) ^ birth;
786
787         return (crc);
788 }
789
790 #define BUF_EMPTY(buf)                                          \
791         ((buf)->b_dva.dva_word[0] == 0 &&                       \
792         (buf)->b_dva.dva_word[1] == 0 &&                        \
793         (buf)->b_birth == 0)
794
795 #define BUF_EQUAL(spa, dva, birth, buf)                         \
796         ((buf)->b_dva.dva_word[0] == (dva)->dva_word[0]) &&     \
797         ((buf)->b_dva.dva_word[1] == (dva)->dva_word[1]) &&     \
798         ((buf)->b_birth == birth) && ((buf)->b_spa == spa)
799
800 static void
801 buf_discard_identity(arc_buf_hdr_t *hdr)
802 {
803         hdr->b_dva.dva_word[0] = 0;
804         hdr->b_dva.dva_word[1] = 0;
805         hdr->b_birth = 0;
806         hdr->b_cksum0 = 0;
807 }
808
809 static arc_buf_hdr_t *
810 buf_hash_find(uint64_t spa, const dva_t *dva, uint64_t birth, kmutex_t **lockp)
811 {
812         uint64_t idx = BUF_HASH_INDEX(spa, dva, birth);
813         kmutex_t *hash_lock = BUF_HASH_LOCK(idx);
814         arc_buf_hdr_t *buf;
815
816         mutex_enter(hash_lock);
817         for (buf = buf_hash_table.ht_table[idx]; buf != NULL;
818             buf = buf->b_hash_next) {
819                 if (BUF_EQUAL(spa, dva, birth, buf)) {
820                         *lockp = hash_lock;
821                         return (buf);
822                 }
823         }
824         mutex_exit(hash_lock);
825         *lockp = NULL;
826         return (NULL);
827 }
828
829 /*
830  * Insert an entry into the hash table.  If there is already an element
831  * equal to elem in the hash table, then the already existing element
832  * will be returned and the new element will not be inserted.
833  * Otherwise returns NULL.
834  */
835 static arc_buf_hdr_t *
836 buf_hash_insert(arc_buf_hdr_t *buf, kmutex_t **lockp)
837 {
838         uint64_t idx = BUF_HASH_INDEX(buf->b_spa, &buf->b_dva, buf->b_birth);
839         kmutex_t *hash_lock = BUF_HASH_LOCK(idx);
840         arc_buf_hdr_t *fbuf;
841         uint32_t i;
842
843         ASSERT(!HDR_IN_HASH_TABLE(buf));
844         *lockp = hash_lock;
845         mutex_enter(hash_lock);
846         for (fbuf = buf_hash_table.ht_table[idx], i = 0; fbuf != NULL;
847             fbuf = fbuf->b_hash_next, i++) {
848                 if (BUF_EQUAL(buf->b_spa, &buf->b_dva, buf->b_birth, fbuf))
849                         return (fbuf);
850         }
851
852         buf->b_hash_next = buf_hash_table.ht_table[idx];
853         buf_hash_table.ht_table[idx] = buf;
854         buf->b_flags |= ARC_IN_HASH_TABLE;
855
856         /* collect some hash table performance data */
857         if (i > 0) {
858                 ARCSTAT_BUMP(arcstat_hash_collisions);
859                 if (i == 1)
860                         ARCSTAT_BUMP(arcstat_hash_chains);
861
862                 ARCSTAT_MAX(arcstat_hash_chain_max, i);
863         }
864
865         ARCSTAT_BUMP(arcstat_hash_elements);
866         ARCSTAT_MAXSTAT(arcstat_hash_elements);
867
868         return (NULL);
869 }
870
871 static void
872 buf_hash_remove(arc_buf_hdr_t *buf)
873 {
874         arc_buf_hdr_t *fbuf, **bufp;
875         uint64_t idx = BUF_HASH_INDEX(buf->b_spa, &buf->b_dva, buf->b_birth);
876
877         ASSERT(MUTEX_HELD(BUF_HASH_LOCK(idx)));
878         ASSERT(HDR_IN_HASH_TABLE(buf));
879
880         bufp = &buf_hash_table.ht_table[idx];
881         while ((fbuf = *bufp) != buf) {
882                 ASSERT(fbuf != NULL);
883                 bufp = &fbuf->b_hash_next;
884         }
885         *bufp = buf->b_hash_next;
886         buf->b_hash_next = NULL;
887         buf->b_flags &= ~ARC_IN_HASH_TABLE;
888
889         /* collect some hash table performance data */
890         ARCSTAT_BUMPDOWN(arcstat_hash_elements);
891
892         if (buf_hash_table.ht_table[idx] &&
893             buf_hash_table.ht_table[idx]->b_hash_next == NULL)
894                 ARCSTAT_BUMPDOWN(arcstat_hash_chains);
895 }
896
897 /*
898  * Global data structures and functions for the buf kmem cache.
899  */
900 static kmem_cache_t *hdr_cache;
901 static kmem_cache_t *buf_cache;
902
903 static void
904 buf_fini(void)
905 {
906         int i;
907
908         kmem_free(buf_hash_table.ht_table,
909             (buf_hash_table.ht_mask + 1) * sizeof (void *));
910         for (i = 0; i < BUF_LOCKS; i++)
911                 mutex_destroy(&buf_hash_table.ht_locks[i].ht_lock);
912         kmem_cache_destroy(hdr_cache);
913         kmem_cache_destroy(buf_cache);
914 }
915
916 /*
917  * Constructor callback - called when the cache is empty
918  * and a new buf is requested.
919  */
920 /* ARGSUSED */
921 static int
922 hdr_cons(void *vbuf, void *unused, int kmflag)
923 {
924         arc_buf_hdr_t *buf = vbuf;
925
926         bzero(buf, sizeof (arc_buf_hdr_t));
927         refcount_create(&buf->b_refcnt);
928         cv_init(&buf->b_cv, NULL, CV_DEFAULT, NULL);
929         mutex_init(&buf->b_freeze_lock, NULL, MUTEX_DEFAULT, NULL);
930         arc_space_consume(sizeof (arc_buf_hdr_t), ARC_SPACE_HDRS);
931
932         return (0);
933 }
934
935 /* ARGSUSED */
936 static int
937 buf_cons(void *vbuf, void *unused, int kmflag)
938 {
939         arc_buf_t *buf = vbuf;
940
941         bzero(buf, sizeof (arc_buf_t));
942         mutex_init(&buf->b_evict_lock, NULL, MUTEX_DEFAULT, NULL);
943         rw_init(&buf->b_data_lock, NULL, RW_DEFAULT, NULL);
944         arc_space_consume(sizeof (arc_buf_t), ARC_SPACE_HDRS);
945
946         return (0);
947 }
948
949 /*
950  * Destructor callback - called when a cached buf is
951  * no longer required.
952  */
953 /* ARGSUSED */
954 static void
955 hdr_dest(void *vbuf, void *unused)
956 {
957         arc_buf_hdr_t *buf = vbuf;
958
959         ASSERT(BUF_EMPTY(buf));
960         refcount_destroy(&buf->b_refcnt);
961         cv_destroy(&buf->b_cv);
962         mutex_destroy(&buf->b_freeze_lock);
963         arc_space_return(sizeof (arc_buf_hdr_t), ARC_SPACE_HDRS);
964 }
965
966 /* ARGSUSED */
967 static void
968 buf_dest(void *vbuf, void *unused)
969 {
970         arc_buf_t *buf = vbuf;
971
972         mutex_destroy(&buf->b_evict_lock);
973         rw_destroy(&buf->b_data_lock);
974         arc_space_return(sizeof (arc_buf_t), ARC_SPACE_HDRS);
975 }
976
977 /*
978  * Reclaim callback -- invoked when memory is low.
979  */
980 /* ARGSUSED */
981 static void
982 hdr_recl(void *unused)
983 {
984         dprintf("hdr_recl called\n");
985         /*
986          * umem calls the reclaim func when we destroy the buf cache,
987          * which is after we do arc_fini().
988          */
989         if (!arc_dead)
990                 cv_signal(&arc_reclaim_thr_cv);
991 }
992
993 static void
994 buf_init(void)
995 {
996         uint64_t *ct;
997         uint64_t hsize = 1ULL << 12;
998         int i, j;
999
1000         /*
1001          * The hash table is big enough to fill all of physical memory
1002          * with an average 64K block size.  The table will take up
1003          * totalmem*sizeof(void*)/64K (eg. 128KB/GB with 8-byte pointers).
1004          */
1005         while (hsize * 65536 < (uint64_t)physmem * PAGESIZE)
1006                 hsize <<= 1;
1007 retry:
1008         buf_hash_table.ht_mask = hsize - 1;
1009         buf_hash_table.ht_table =
1010             kmem_zalloc(hsize * sizeof (void*), KM_NOSLEEP);
1011         if (buf_hash_table.ht_table == NULL) {
1012                 ASSERT(hsize > (1ULL << 8));
1013                 hsize >>= 1;
1014                 goto retry;
1015         }
1016
1017         hdr_cache = kmem_cache_create("arc_buf_hdr_t", sizeof (arc_buf_hdr_t),
1018             0, hdr_cons, hdr_dest, hdr_recl, NULL, NULL, 0);
1019         buf_cache = kmem_cache_create("arc_buf_t", sizeof (arc_buf_t),
1020             0, buf_cons, buf_dest, NULL, NULL, NULL, 0);
1021
1022         for (i = 0; i < 256; i++)
1023                 for (ct = zfs_crc64_table + i, *ct = i, j = 8; j > 0; j--)
1024                         *ct = (*ct >> 1) ^ (-(*ct & 1) & ZFS_CRC64_POLY);
1025
1026         for (i = 0; i < BUF_LOCKS; i++) {
1027                 mutex_init(&buf_hash_table.ht_locks[i].ht_lock,
1028                     NULL, MUTEX_DEFAULT, NULL);
1029         }
1030 }
1031
1032 #define ARC_MINTIME     (hz>>4) /* 62 ms */
1033
1034 static void
1035 arc_cksum_verify(arc_buf_t *buf)
1036 {
1037         zio_cksum_t zc;
1038
1039         if (!(zfs_flags & ZFS_DEBUG_MODIFY))
1040                 return;
1041
1042         mutex_enter(&buf->b_hdr->b_freeze_lock);
1043         if (buf->b_hdr->b_freeze_cksum == NULL ||
1044             (buf->b_hdr->b_flags & ARC_IO_ERROR)) {
1045                 mutex_exit(&buf->b_hdr->b_freeze_lock);
1046                 return;
1047         }
1048         fletcher_2_native(buf->b_data, buf->b_hdr->b_size, &zc);
1049         if (!ZIO_CHECKSUM_EQUAL(*buf->b_hdr->b_freeze_cksum, zc))
1050                 panic("buffer modified while frozen!");
1051         mutex_exit(&buf->b_hdr->b_freeze_lock);
1052 }
1053
1054 static int
1055 arc_cksum_equal(arc_buf_t *buf)
1056 {
1057         zio_cksum_t zc;
1058         int equal;
1059
1060         mutex_enter(&buf->b_hdr->b_freeze_lock);
1061         fletcher_2_native(buf->b_data, buf->b_hdr->b_size, &zc);
1062         equal = ZIO_CHECKSUM_EQUAL(*buf->b_hdr->b_freeze_cksum, zc);
1063         mutex_exit(&buf->b_hdr->b_freeze_lock);
1064
1065         return (equal);
1066 }
1067
1068 static void
1069 arc_cksum_compute(arc_buf_t *buf, boolean_t force)
1070 {
1071         if (!force && !(zfs_flags & ZFS_DEBUG_MODIFY))
1072                 return;
1073
1074         mutex_enter(&buf->b_hdr->b_freeze_lock);
1075         if (buf->b_hdr->b_freeze_cksum != NULL) {
1076                 mutex_exit(&buf->b_hdr->b_freeze_lock);
1077                 return;
1078         }
1079         buf->b_hdr->b_freeze_cksum = kmem_alloc(sizeof (zio_cksum_t), KM_SLEEP);
1080         fletcher_2_native(buf->b_data, buf->b_hdr->b_size,
1081             buf->b_hdr->b_freeze_cksum);
1082         mutex_exit(&buf->b_hdr->b_freeze_lock);
1083 #ifdef illumos
1084         arc_buf_watch(buf);
1085 #endif /* illumos */
1086 }
1087
1088 #ifdef illumos
1089 #ifndef _KERNEL
1090 typedef struct procctl {
1091         long cmd;
1092         prwatch_t prwatch;
1093 } procctl_t;
1094 #endif
1095
1096 /* ARGSUSED */
1097 static void
1098 arc_buf_unwatch(arc_buf_t *buf)
1099 {
1100 #ifndef _KERNEL
1101         if (arc_watch) {
1102                 int result;
1103                 procctl_t ctl;
1104                 ctl.cmd = PCWATCH;
1105                 ctl.prwatch.pr_vaddr = (uintptr_t)buf->b_data;
1106                 ctl.prwatch.pr_size = 0;
1107                 ctl.prwatch.pr_wflags = 0;
1108                 result = write(arc_procfd, &ctl, sizeof (ctl));
1109                 ASSERT3U(result, ==, sizeof (ctl));
1110         }
1111 #endif
1112 }
1113
1114 /* ARGSUSED */
1115 static void
1116 arc_buf_watch(arc_buf_t *buf)
1117 {
1118 #ifndef _KERNEL
1119         if (arc_watch) {
1120                 int result;
1121                 procctl_t ctl;
1122                 ctl.cmd = PCWATCH;
1123                 ctl.prwatch.pr_vaddr = (uintptr_t)buf->b_data;
1124                 ctl.prwatch.pr_size = buf->b_hdr->b_size;
1125                 ctl.prwatch.pr_wflags = WA_WRITE;
1126                 result = write(arc_procfd, &ctl, sizeof (ctl));
1127                 ASSERT3U(result, ==, sizeof (ctl));
1128         }
1129 #endif
1130 }
1131 #endif /* illumos */
1132
1133 void
1134 arc_buf_thaw(arc_buf_t *buf)
1135 {
1136         if (zfs_flags & ZFS_DEBUG_MODIFY) {
1137                 if (buf->b_hdr->b_state != arc_anon)
1138                         panic("modifying non-anon buffer!");
1139                 if (buf->b_hdr->b_flags & ARC_IO_IN_PROGRESS)
1140                         panic("modifying buffer while i/o in progress!");
1141                 arc_cksum_verify(buf);
1142         }
1143
1144         mutex_enter(&buf->b_hdr->b_freeze_lock);
1145         if (buf->b_hdr->b_freeze_cksum != NULL) {
1146                 kmem_free(buf->b_hdr->b_freeze_cksum, sizeof (zio_cksum_t));
1147                 buf->b_hdr->b_freeze_cksum = NULL;
1148         }
1149
1150         if (zfs_flags & ZFS_DEBUG_MODIFY) {
1151                 if (buf->b_hdr->b_thawed)
1152                         kmem_free(buf->b_hdr->b_thawed, 1);
1153                 buf->b_hdr->b_thawed = kmem_alloc(1, KM_SLEEP);
1154         }
1155
1156         mutex_exit(&buf->b_hdr->b_freeze_lock);
1157
1158 #ifdef illumos
1159         arc_buf_unwatch(buf);
1160 #endif /* illumos */
1161 }
1162
1163 void
1164 arc_buf_freeze(arc_buf_t *buf)
1165 {
1166         kmutex_t *hash_lock;
1167
1168         if (!(zfs_flags & ZFS_DEBUG_MODIFY))
1169                 return;
1170
1171         hash_lock = HDR_LOCK(buf->b_hdr);
1172         mutex_enter(hash_lock);
1173
1174         ASSERT(buf->b_hdr->b_freeze_cksum != NULL ||
1175             buf->b_hdr->b_state == arc_anon);
1176         arc_cksum_compute(buf, B_FALSE);
1177         mutex_exit(hash_lock);
1178
1179 }
1180
1181 static void
1182 get_buf_info(arc_buf_hdr_t *ab, arc_state_t *state, list_t **list, kmutex_t **lock)
1183 {
1184         uint64_t buf_hashid = buf_hash(ab->b_spa, &ab->b_dva, ab->b_birth);
1185
1186         if (ab->b_type == ARC_BUFC_METADATA)
1187                 buf_hashid &= (ARC_BUFC_NUMMETADATALISTS - 1);
1188         else {
1189                 buf_hashid &= (ARC_BUFC_NUMDATALISTS - 1);
1190                 buf_hashid += ARC_BUFC_NUMMETADATALISTS;
1191         }
1192
1193         *list = &state->arcs_lists[buf_hashid];
1194         *lock = ARCS_LOCK(state, buf_hashid);
1195 }
1196
1197
1198 static void
1199 add_reference(arc_buf_hdr_t *ab, kmutex_t *hash_lock, void *tag)
1200 {
1201         ASSERT(MUTEX_HELD(hash_lock));
1202
1203         if ((refcount_add(&ab->b_refcnt, tag) == 1) &&
1204             (ab->b_state != arc_anon)) {
1205                 uint64_t delta = ab->b_size * ab->b_datacnt;
1206                 uint64_t *size = &ab->b_state->arcs_lsize[ab->b_type];
1207                 list_t *list;
1208                 kmutex_t *lock;
1209
1210                 get_buf_info(ab, ab->b_state, &list, &lock);
1211                 ASSERT(!MUTEX_HELD(lock));
1212                 mutex_enter(lock);
1213                 ASSERT(list_link_active(&ab->b_arc_node));
1214                 list_remove(list, ab);
1215                 if (GHOST_STATE(ab->b_state)) {
1216                         ASSERT0(ab->b_datacnt);
1217                         ASSERT3P(ab->b_buf, ==, NULL);
1218                         delta = ab->b_size;
1219                 }
1220                 ASSERT(delta > 0);
1221                 ASSERT3U(*size, >=, delta);
1222                 atomic_add_64(size, -delta);
1223                 mutex_exit(lock);
1224                 /* remove the prefetch flag if we get a reference */
1225                 if (ab->b_flags & ARC_PREFETCH)
1226                         ab->b_flags &= ~ARC_PREFETCH;
1227         }
1228 }
1229
1230 static int
1231 remove_reference(arc_buf_hdr_t *ab, kmutex_t *hash_lock, void *tag)
1232 {
1233         int cnt;
1234         arc_state_t *state = ab->b_state;
1235
1236         ASSERT(state == arc_anon || MUTEX_HELD(hash_lock));
1237         ASSERT(!GHOST_STATE(state));
1238
1239         if (((cnt = refcount_remove(&ab->b_refcnt, tag)) == 0) &&
1240             (state != arc_anon)) {
1241                 uint64_t *size = &state->arcs_lsize[ab->b_type];
1242                 list_t *list;
1243                 kmutex_t *lock;
1244
1245                 get_buf_info(ab, state, &list, &lock);
1246                 ASSERT(!MUTEX_HELD(lock));
1247                 mutex_enter(lock);
1248                 ASSERT(!list_link_active(&ab->b_arc_node));
1249                 list_insert_head(list, ab);
1250                 ASSERT(ab->b_datacnt > 0);
1251                 atomic_add_64(size, ab->b_size * ab->b_datacnt);
1252                 mutex_exit(lock);
1253         }
1254         return (cnt);
1255 }
1256
1257 /*
1258  * Move the supplied buffer to the indicated state.  The mutex
1259  * for the buffer must be held by the caller.
1260  */
1261 static void
1262 arc_change_state(arc_state_t *new_state, arc_buf_hdr_t *ab, kmutex_t *hash_lock)
1263 {
1264         arc_state_t *old_state = ab->b_state;
1265         int64_t refcnt = refcount_count(&ab->b_refcnt);
1266         uint64_t from_delta, to_delta;
1267         list_t *list;
1268         kmutex_t *lock;
1269
1270         ASSERT(MUTEX_HELD(hash_lock));
1271         ASSERT(new_state != old_state);
1272         ASSERT(refcnt == 0 || ab->b_datacnt > 0);
1273         ASSERT(ab->b_datacnt == 0 || !GHOST_STATE(new_state));
1274         ASSERT(ab->b_datacnt <= 1 || old_state != arc_anon);
1275
1276         from_delta = to_delta = ab->b_datacnt * ab->b_size;
1277
1278         /*
1279          * If this buffer is evictable, transfer it from the
1280          * old state list to the new state list.
1281          */
1282         if (refcnt == 0) {
1283                 if (old_state != arc_anon) {
1284                         int use_mutex;
1285                         uint64_t *size = &old_state->arcs_lsize[ab->b_type];
1286
1287                         get_buf_info(ab, old_state, &list, &lock);
1288                         use_mutex = !MUTEX_HELD(lock);
1289                         if (use_mutex)
1290                                 mutex_enter(lock);
1291
1292                         ASSERT(list_link_active(&ab->b_arc_node));
1293                         list_remove(list, ab);
1294
1295                         /*
1296                          * If prefetching out of the ghost cache,
1297                          * we will have a non-zero datacnt.
1298                          */
1299                         if (GHOST_STATE(old_state) && ab->b_datacnt == 0) {
1300                                 /* ghost elements have a ghost size */
1301                                 ASSERT(ab->b_buf == NULL);
1302                                 from_delta = ab->b_size;
1303                         }
1304                         ASSERT3U(*size, >=, from_delta);
1305                         atomic_add_64(size, -from_delta);
1306
1307                         if (use_mutex)
1308                                 mutex_exit(lock);
1309                 }
1310                 if (new_state != arc_anon) {
1311                         int use_mutex;
1312                         uint64_t *size = &new_state->arcs_lsize[ab->b_type];
1313
1314                         get_buf_info(ab, new_state, &list, &lock);
1315                         use_mutex = !MUTEX_HELD(lock);
1316                         if (use_mutex)
1317                                 mutex_enter(lock);
1318
1319                         list_insert_head(list, ab);
1320
1321                         /* ghost elements have a ghost size */
1322                         if (GHOST_STATE(new_state)) {
1323                                 ASSERT(ab->b_datacnt == 0);
1324                                 ASSERT(ab->b_buf == NULL);
1325                                 to_delta = ab->b_size;
1326                         }
1327                         atomic_add_64(size, to_delta);
1328
1329                         if (use_mutex)
1330                                 mutex_exit(lock);
1331                 }
1332         }
1333
1334         ASSERT(!BUF_EMPTY(ab));
1335         if (new_state == arc_anon && HDR_IN_HASH_TABLE(ab))
1336                 buf_hash_remove(ab);
1337
1338         /* adjust state sizes */
1339         if (to_delta)
1340                 atomic_add_64(&new_state->arcs_size, to_delta);
1341         if (from_delta) {
1342                 ASSERT3U(old_state->arcs_size, >=, from_delta);
1343                 atomic_add_64(&old_state->arcs_size, -from_delta);
1344         }
1345         ab->b_state = new_state;
1346
1347         /* adjust l2arc hdr stats */
1348         if (new_state == arc_l2c_only)
1349                 l2arc_hdr_stat_add();
1350         else if (old_state == arc_l2c_only)
1351                 l2arc_hdr_stat_remove();
1352 }
1353
1354 void
1355 arc_space_consume(uint64_t space, arc_space_type_t type)
1356 {
1357         ASSERT(type >= 0 && type < ARC_SPACE_NUMTYPES);
1358
1359         switch (type) {
1360         case ARC_SPACE_DATA:
1361                 ARCSTAT_INCR(arcstat_data_size, space);
1362                 break;
1363         case ARC_SPACE_OTHER:
1364                 ARCSTAT_INCR(arcstat_other_size, space);
1365                 break;
1366         case ARC_SPACE_HDRS:
1367                 ARCSTAT_INCR(arcstat_hdr_size, space);
1368                 break;
1369         case ARC_SPACE_L2HDRS:
1370                 ARCSTAT_INCR(arcstat_l2_hdr_size, space);
1371                 break;
1372         }
1373
1374         atomic_add_64(&arc_meta_used, space);
1375         atomic_add_64(&arc_size, space);
1376 }
1377
1378 void
1379 arc_space_return(uint64_t space, arc_space_type_t type)
1380 {
1381         ASSERT(type >= 0 && type < ARC_SPACE_NUMTYPES);
1382
1383         switch (type) {
1384         case ARC_SPACE_DATA:
1385                 ARCSTAT_INCR(arcstat_data_size, -space);
1386                 break;
1387         case ARC_SPACE_OTHER:
1388                 ARCSTAT_INCR(arcstat_other_size, -space);
1389                 break;
1390         case ARC_SPACE_HDRS:
1391                 ARCSTAT_INCR(arcstat_hdr_size, -space);
1392                 break;
1393         case ARC_SPACE_L2HDRS:
1394                 ARCSTAT_INCR(arcstat_l2_hdr_size, -space);
1395                 break;
1396         }
1397
1398         ASSERT(arc_meta_used >= space);
1399         if (arc_meta_max < arc_meta_used)
1400                 arc_meta_max = arc_meta_used;
1401         atomic_add_64(&arc_meta_used, -space);
1402         ASSERT(arc_size >= space);
1403         atomic_add_64(&arc_size, -space);
1404 }
1405
1406 void *
1407 arc_data_buf_alloc(uint64_t size)
1408 {
1409         if (arc_evict_needed(ARC_BUFC_DATA))
1410                 cv_signal(&arc_reclaim_thr_cv);
1411         atomic_add_64(&arc_size, size);
1412         return (zio_data_buf_alloc(size));
1413 }
1414
1415 void
1416 arc_data_buf_free(void *buf, uint64_t size)
1417 {
1418         zio_data_buf_free(buf, size);
1419         ASSERT(arc_size >= size);
1420         atomic_add_64(&arc_size, -size);
1421 }
1422
1423 arc_buf_t *
1424 arc_buf_alloc(spa_t *spa, int size, void *tag, arc_buf_contents_t type)
1425 {
1426         arc_buf_hdr_t *hdr;
1427         arc_buf_t *buf;
1428
1429         ASSERT3U(size, >, 0);
1430         hdr = kmem_cache_alloc(hdr_cache, KM_PUSHPAGE);
1431         ASSERT(BUF_EMPTY(hdr));
1432         hdr->b_size = size;
1433         hdr->b_type = type;
1434         hdr->b_spa = spa_load_guid(spa);
1435         hdr->b_state = arc_anon;
1436         hdr->b_arc_access = 0;
1437         buf = kmem_cache_alloc(buf_cache, KM_PUSHPAGE);
1438         buf->b_hdr = hdr;
1439         buf->b_data = NULL;
1440         buf->b_efunc = NULL;
1441         buf->b_private = NULL;
1442         buf->b_next = NULL;
1443         hdr->b_buf = buf;
1444         arc_get_data_buf(buf);
1445         hdr->b_datacnt = 1;
1446         hdr->b_flags = 0;
1447         ASSERT(refcount_is_zero(&hdr->b_refcnt));
1448         (void) refcount_add(&hdr->b_refcnt, tag);
1449
1450         return (buf);
1451 }
1452
1453 static char *arc_onloan_tag = "onloan";
1454
1455 /*
1456  * Loan out an anonymous arc buffer. Loaned buffers are not counted as in
1457  * flight data by arc_tempreserve_space() until they are "returned". Loaned
1458  * buffers must be returned to the arc before they can be used by the DMU or
1459  * freed.
1460  */
1461 arc_buf_t *
1462 arc_loan_buf(spa_t *spa, int size)
1463 {
1464         arc_buf_t *buf;
1465
1466         buf = arc_buf_alloc(spa, size, arc_onloan_tag, ARC_BUFC_DATA);
1467
1468         atomic_add_64(&arc_loaned_bytes, size);
1469         return (buf);
1470 }
1471
1472 /*
1473  * Return a loaned arc buffer to the arc.
1474  */
1475 void
1476 arc_return_buf(arc_buf_t *buf, void *tag)
1477 {
1478         arc_buf_hdr_t *hdr = buf->b_hdr;
1479
1480         ASSERT(buf->b_data != NULL);
1481         (void) refcount_add(&hdr->b_refcnt, tag);
1482         (void) refcount_remove(&hdr->b_refcnt, arc_onloan_tag);
1483
1484         atomic_add_64(&arc_loaned_bytes, -hdr->b_size);
1485 }
1486
1487 /* Detach an arc_buf from a dbuf (tag) */
1488 void
1489 arc_loan_inuse_buf(arc_buf_t *buf, void *tag)
1490 {
1491         arc_buf_hdr_t *hdr;
1492
1493         ASSERT(buf->b_data != NULL);
1494         hdr = buf->b_hdr;
1495         (void) refcount_add(&hdr->b_refcnt, arc_onloan_tag);
1496         (void) refcount_remove(&hdr->b_refcnt, tag);
1497         buf->b_efunc = NULL;
1498         buf->b_private = NULL;
1499
1500         atomic_add_64(&arc_loaned_bytes, hdr->b_size);
1501 }
1502
1503 static arc_buf_t *
1504 arc_buf_clone(arc_buf_t *from)
1505 {
1506         arc_buf_t *buf;
1507         arc_buf_hdr_t *hdr = from->b_hdr;
1508         uint64_t size = hdr->b_size;
1509
1510         ASSERT(hdr->b_state != arc_anon);
1511
1512         buf = kmem_cache_alloc(buf_cache, KM_PUSHPAGE);
1513         buf->b_hdr = hdr;
1514         buf->b_data = NULL;
1515         buf->b_efunc = NULL;
1516         buf->b_private = NULL;
1517         buf->b_next = hdr->b_buf;
1518         hdr->b_buf = buf;
1519         arc_get_data_buf(buf);
1520         bcopy(from->b_data, buf->b_data, size);
1521         hdr->b_datacnt += 1;
1522         return (buf);
1523 }
1524
1525 void
1526 arc_buf_add_ref(arc_buf_t *buf, void* tag)
1527 {
1528         arc_buf_hdr_t *hdr;
1529         kmutex_t *hash_lock;
1530
1531         /*
1532          * Check to see if this buffer is evicted.  Callers
1533          * must verify b_data != NULL to know if the add_ref
1534          * was successful.
1535          */
1536         mutex_enter(&buf->b_evict_lock);
1537         if (buf->b_data == NULL) {
1538                 mutex_exit(&buf->b_evict_lock);
1539                 return;
1540         }
1541         hash_lock = HDR_LOCK(buf->b_hdr);
1542         mutex_enter(hash_lock);
1543         hdr = buf->b_hdr;
1544         ASSERT3P(hash_lock, ==, HDR_LOCK(hdr));
1545         mutex_exit(&buf->b_evict_lock);
1546
1547         ASSERT(hdr->b_state == arc_mru || hdr->b_state == arc_mfu);
1548         add_reference(hdr, hash_lock, tag);
1549         DTRACE_PROBE1(arc__hit, arc_buf_hdr_t *, hdr);
1550         arc_access(hdr, hash_lock);
1551         mutex_exit(hash_lock);
1552         ARCSTAT_BUMP(arcstat_hits);
1553         ARCSTAT_CONDSTAT(!(hdr->b_flags & ARC_PREFETCH),
1554             demand, prefetch, hdr->b_type != ARC_BUFC_METADATA,
1555             data, metadata, hits);
1556 }
1557
1558 /*
1559  * Free the arc data buffer.  If it is an l2arc write in progress,
1560  * the buffer is placed on l2arc_free_on_write to be freed later.
1561  */
1562 static void
1563 arc_buf_data_free(arc_buf_t *buf, void (*free_func)(void *, size_t))
1564 {
1565         arc_buf_hdr_t *hdr = buf->b_hdr;
1566
1567         if (HDR_L2_WRITING(hdr)) {
1568                 l2arc_data_free_t *df;
1569                 df = kmem_alloc(sizeof (l2arc_data_free_t), KM_SLEEP);
1570                 df->l2df_data = buf->b_data;
1571                 df->l2df_size = hdr->b_size;
1572                 df->l2df_func = free_func;
1573                 mutex_enter(&l2arc_free_on_write_mtx);
1574                 list_insert_head(l2arc_free_on_write, df);
1575                 mutex_exit(&l2arc_free_on_write_mtx);
1576                 ARCSTAT_BUMP(arcstat_l2_free_on_write);
1577         } else {
1578                 free_func(buf->b_data, hdr->b_size);
1579         }
1580 }
1581
1582 static void
1583 arc_buf_destroy(arc_buf_t *buf, boolean_t recycle, boolean_t all)
1584 {
1585         arc_buf_t **bufp;
1586
1587         /* free up data associated with the buf */
1588         if (buf->b_data) {
1589                 arc_state_t *state = buf->b_hdr->b_state;
1590                 uint64_t size = buf->b_hdr->b_size;
1591                 arc_buf_contents_t type = buf->b_hdr->b_type;
1592
1593                 arc_cksum_verify(buf);
1594 #ifdef illumos
1595                 arc_buf_unwatch(buf);
1596 #endif /* illumos */
1597
1598                 if (!recycle) {
1599                         if (type == ARC_BUFC_METADATA) {
1600                                 arc_buf_data_free(buf, zio_buf_free);
1601                                 arc_space_return(size, ARC_SPACE_DATA);
1602                         } else {
1603                                 ASSERT(type == ARC_BUFC_DATA);
1604                                 arc_buf_data_free(buf, zio_data_buf_free);
1605                                 ARCSTAT_INCR(arcstat_data_size, -size);
1606                                 atomic_add_64(&arc_size, -size);
1607                         }
1608                 }
1609                 if (list_link_active(&buf->b_hdr->b_arc_node)) {
1610                         uint64_t *cnt = &state->arcs_lsize[type];
1611
1612                         ASSERT(refcount_is_zero(&buf->b_hdr->b_refcnt));
1613                         ASSERT(state != arc_anon);
1614
1615                         ASSERT3U(*cnt, >=, size);
1616                         atomic_add_64(cnt, -size);
1617                 }
1618                 ASSERT3U(state->arcs_size, >=, size);
1619                 atomic_add_64(&state->arcs_size, -size);
1620                 buf->b_data = NULL;
1621                 ASSERT(buf->b_hdr->b_datacnt > 0);
1622                 buf->b_hdr->b_datacnt -= 1;
1623         }
1624
1625         /* only remove the buf if requested */
1626         if (!all)
1627                 return;
1628
1629         /* remove the buf from the hdr list */
1630         for (bufp = &buf->b_hdr->b_buf; *bufp != buf; bufp = &(*bufp)->b_next)
1631                 continue;
1632         *bufp = buf->b_next;
1633         buf->b_next = NULL;
1634
1635         ASSERT(buf->b_efunc == NULL);
1636
1637         /* clean up the buf */
1638         buf->b_hdr = NULL;
1639         kmem_cache_free(buf_cache, buf);
1640 }
1641
1642 static void
1643 arc_hdr_destroy(arc_buf_hdr_t *hdr)
1644 {
1645         ASSERT(refcount_is_zero(&hdr->b_refcnt));
1646         ASSERT3P(hdr->b_state, ==, arc_anon);
1647         ASSERT(!HDR_IO_IN_PROGRESS(hdr));
1648         l2arc_buf_hdr_t *l2hdr = hdr->b_l2hdr;
1649
1650         if (l2hdr != NULL) {
1651                 boolean_t buflist_held = MUTEX_HELD(&l2arc_buflist_mtx);
1652                 /*
1653                  * To prevent arc_free() and l2arc_evict() from
1654                  * attempting to free the same buffer at the same time,
1655                  * a FREE_IN_PROGRESS flag is given to arc_free() to
1656                  * give it priority.  l2arc_evict() can't destroy this
1657                  * header while we are waiting on l2arc_buflist_mtx.
1658                  *
1659                  * The hdr may be removed from l2ad_buflist before we
1660                  * grab l2arc_buflist_mtx, so b_l2hdr is rechecked.
1661                  */
1662                 if (!buflist_held) {
1663                         mutex_enter(&l2arc_buflist_mtx);
1664                         l2hdr = hdr->b_l2hdr;
1665                 }
1666
1667                 if (l2hdr != NULL) {
1668                         list_remove(l2hdr->b_dev->l2ad_buflist, hdr);
1669                         ARCSTAT_INCR(arcstat_l2_size, -hdr->b_size);
1670                         kmem_free(l2hdr, sizeof (l2arc_buf_hdr_t));
1671                         if (hdr->b_state == arc_l2c_only)
1672                                 l2arc_hdr_stat_remove();
1673                         hdr->b_l2hdr = NULL;
1674                 }
1675
1676                 if (!buflist_held)
1677                         mutex_exit(&l2arc_buflist_mtx);
1678         }
1679
1680         if (!BUF_EMPTY(hdr)) {
1681                 ASSERT(!HDR_IN_HASH_TABLE(hdr));
1682                 buf_discard_identity(hdr);
1683         }
1684         while (hdr->b_buf) {
1685                 arc_buf_t *buf = hdr->b_buf;
1686
1687                 if (buf->b_efunc) {
1688                         mutex_enter(&arc_eviction_mtx);
1689                         mutex_enter(&buf->b_evict_lock);
1690                         ASSERT(buf->b_hdr != NULL);
1691                         arc_buf_destroy(hdr->b_buf, FALSE, FALSE);
1692                         hdr->b_buf = buf->b_next;
1693                         buf->b_hdr = &arc_eviction_hdr;
1694                         buf->b_next = arc_eviction_list;
1695                         arc_eviction_list = buf;
1696                         mutex_exit(&buf->b_evict_lock);
1697                         mutex_exit(&arc_eviction_mtx);
1698                 } else {
1699                         arc_buf_destroy(hdr->b_buf, FALSE, TRUE);
1700                 }
1701         }
1702         if (hdr->b_freeze_cksum != NULL) {
1703                 kmem_free(hdr->b_freeze_cksum, sizeof (zio_cksum_t));
1704                 hdr->b_freeze_cksum = NULL;
1705         }
1706         if (hdr->b_thawed) {
1707                 kmem_free(hdr->b_thawed, 1);
1708                 hdr->b_thawed = NULL;
1709         }
1710
1711         ASSERT(!list_link_active(&hdr->b_arc_node));
1712         ASSERT3P(hdr->b_hash_next, ==, NULL);
1713         ASSERT3P(hdr->b_acb, ==, NULL);
1714         kmem_cache_free(hdr_cache, hdr);
1715 }
1716
1717 void
1718 arc_buf_free(arc_buf_t *buf, void *tag)
1719 {
1720         arc_buf_hdr_t *hdr = buf->b_hdr;
1721         int hashed = hdr->b_state != arc_anon;
1722
1723         ASSERT(buf->b_efunc == NULL);
1724         ASSERT(buf->b_data != NULL);
1725
1726         if (hashed) {
1727                 kmutex_t *hash_lock = HDR_LOCK(hdr);
1728
1729                 mutex_enter(hash_lock);
1730                 hdr = buf->b_hdr;
1731                 ASSERT3P(hash_lock, ==, HDR_LOCK(hdr));
1732
1733                 (void) remove_reference(hdr, hash_lock, tag);
1734                 if (hdr->b_datacnt > 1) {
1735                         arc_buf_destroy(buf, FALSE, TRUE);
1736                 } else {
1737                         ASSERT(buf == hdr->b_buf);
1738                         ASSERT(buf->b_efunc == NULL);
1739                         hdr->b_flags |= ARC_BUF_AVAILABLE;
1740                 }
1741                 mutex_exit(hash_lock);
1742         } else if (HDR_IO_IN_PROGRESS(hdr)) {
1743                 int destroy_hdr;
1744                 /*
1745                  * We are in the middle of an async write.  Don't destroy
1746                  * this buffer unless the write completes before we finish
1747                  * decrementing the reference count.
1748                  */
1749                 mutex_enter(&arc_eviction_mtx);
1750                 (void) remove_reference(hdr, NULL, tag);
1751                 ASSERT(refcount_is_zero(&hdr->b_refcnt));
1752                 destroy_hdr = !HDR_IO_IN_PROGRESS(hdr);
1753                 mutex_exit(&arc_eviction_mtx);
1754                 if (destroy_hdr)
1755                         arc_hdr_destroy(hdr);
1756         } else {
1757                 if (remove_reference(hdr, NULL, tag) > 0)
1758                         arc_buf_destroy(buf, FALSE, TRUE);
1759                 else
1760                         arc_hdr_destroy(hdr);
1761         }
1762 }
1763
1764 int
1765 arc_buf_remove_ref(arc_buf_t *buf, void* tag)
1766 {
1767         arc_buf_hdr_t *hdr = buf->b_hdr;
1768         kmutex_t *hash_lock = HDR_LOCK(hdr);
1769         int no_callback = (buf->b_efunc == NULL);
1770
1771         if (hdr->b_state == arc_anon) {
1772                 ASSERT(hdr->b_datacnt == 1);
1773                 arc_buf_free(buf, tag);
1774                 return (no_callback);
1775         }
1776
1777         mutex_enter(hash_lock);
1778         hdr = buf->b_hdr;
1779         ASSERT3P(hash_lock, ==, HDR_LOCK(hdr));
1780         ASSERT(hdr->b_state != arc_anon);
1781         ASSERT(buf->b_data != NULL);
1782
1783         (void) remove_reference(hdr, hash_lock, tag);
1784         if (hdr->b_datacnt > 1) {
1785                 if (no_callback)
1786                         arc_buf_destroy(buf, FALSE, TRUE);
1787         } else if (no_callback) {
1788                 ASSERT(hdr->b_buf == buf && buf->b_next == NULL);
1789                 ASSERT(buf->b_efunc == NULL);
1790                 hdr->b_flags |= ARC_BUF_AVAILABLE;
1791         }
1792         ASSERT(no_callback || hdr->b_datacnt > 1 ||
1793             refcount_is_zero(&hdr->b_refcnt));
1794         mutex_exit(hash_lock);
1795         return (no_callback);
1796 }
1797
1798 int
1799 arc_buf_size(arc_buf_t *buf)
1800 {
1801         return (buf->b_hdr->b_size);
1802 }
1803
1804 /*
1805  * Evict buffers from list until we've removed the specified number of
1806  * bytes.  Move the removed buffers to the appropriate evict state.
1807  * If the recycle flag is set, then attempt to "recycle" a buffer:
1808  * - look for a buffer to evict that is `bytes' long.
1809  * - return the data block from this buffer rather than freeing it.
1810  * This flag is used by callers that are trying to make space for a
1811  * new buffer in a full arc cache.
1812  *
1813  * This function makes a "best effort".  It skips over any buffers
1814  * it can't get a hash_lock on, and so may not catch all candidates.
1815  * It may also return without evicting as much space as requested.
1816  */
1817 static void *
1818 arc_evict(arc_state_t *state, uint64_t spa, int64_t bytes, boolean_t recycle,
1819     arc_buf_contents_t type)
1820 {
1821         arc_state_t *evicted_state;
1822         uint64_t bytes_evicted = 0, skipped = 0, missed = 0;
1823         int64_t bytes_remaining;
1824         arc_buf_hdr_t *ab, *ab_prev = NULL;
1825         list_t *evicted_list, *list, *evicted_list_start, *list_start;
1826         kmutex_t *lock, *evicted_lock;
1827         kmutex_t *hash_lock;
1828         boolean_t have_lock;
1829         void *stolen = NULL;
1830         static int evict_metadata_offset, evict_data_offset;
1831         int i, idx, offset, list_count, count;
1832
1833         ASSERT(state == arc_mru || state == arc_mfu);
1834
1835         evicted_state = (state == arc_mru) ? arc_mru_ghost : arc_mfu_ghost;
1836
1837         if (type == ARC_BUFC_METADATA) {
1838                 offset = 0;
1839                 list_count = ARC_BUFC_NUMMETADATALISTS;
1840                 list_start = &state->arcs_lists[0];
1841                 evicted_list_start = &evicted_state->arcs_lists[0];
1842                 idx = evict_metadata_offset;
1843         } else {
1844                 offset = ARC_BUFC_NUMMETADATALISTS;
1845                 list_start = &state->arcs_lists[offset];
1846                 evicted_list_start = &evicted_state->arcs_lists[offset];
1847                 list_count = ARC_BUFC_NUMDATALISTS;
1848                 idx = evict_data_offset;
1849         }
1850         bytes_remaining = evicted_state->arcs_lsize[type];
1851         count = 0;
1852
1853 evict_start:
1854         list = &list_start[idx];
1855         evicted_list = &evicted_list_start[idx];
1856         lock = ARCS_LOCK(state, (offset + idx));
1857         evicted_lock = ARCS_LOCK(evicted_state, (offset + idx));
1858
1859         mutex_enter(lock);
1860         mutex_enter(evicted_lock);
1861
1862         for (ab = list_tail(list); ab; ab = ab_prev) {
1863                 ab_prev = list_prev(list, ab);
1864                 bytes_remaining -= (ab->b_size * ab->b_datacnt);
1865                 /* prefetch buffers have a minimum lifespan */
1866                 if (HDR_IO_IN_PROGRESS(ab) ||
1867                     (spa && ab->b_spa != spa) ||
1868                     (ab->b_flags & (ARC_PREFETCH|ARC_INDIRECT) &&
1869                     ddi_get_lbolt() - ab->b_arc_access <
1870                     arc_min_prefetch_lifespan)) {
1871                         skipped++;
1872                         continue;
1873                 }
1874                 /* "lookahead" for better eviction candidate */
1875                 if (recycle && ab->b_size != bytes &&
1876                     ab_prev && ab_prev->b_size == bytes)
1877                         continue;
1878                 hash_lock = HDR_LOCK(ab);
1879                 have_lock = MUTEX_HELD(hash_lock);
1880                 if (have_lock || mutex_tryenter(hash_lock)) {
1881                         ASSERT0(refcount_count(&ab->b_refcnt));
1882                         ASSERT(ab->b_datacnt > 0);
1883                         while (ab->b_buf) {
1884                                 arc_buf_t *buf = ab->b_buf;
1885                                 if (!mutex_tryenter(&buf->b_evict_lock)) {
1886                                         missed += 1;
1887                                         break;
1888                                 }
1889                                 if (buf->b_data) {
1890                                         bytes_evicted += ab->b_size;
1891                                         if (recycle && ab->b_type == type &&
1892                                             ab->b_size == bytes &&
1893                                             !HDR_L2_WRITING(ab)) {
1894                                                 stolen = buf->b_data;
1895                                                 recycle = FALSE;
1896                                         }
1897                                 }
1898                                 if (buf->b_efunc) {
1899                                         mutex_enter(&arc_eviction_mtx);
1900                                         arc_buf_destroy(buf,
1901                                             buf->b_data == stolen, FALSE);
1902                                         ab->b_buf = buf->b_next;
1903                                         buf->b_hdr = &arc_eviction_hdr;
1904                                         buf->b_next = arc_eviction_list;
1905                                         arc_eviction_list = buf;
1906                                         mutex_exit(&arc_eviction_mtx);
1907                                         mutex_exit(&buf->b_evict_lock);
1908                                 } else {
1909                                         mutex_exit(&buf->b_evict_lock);
1910                                         arc_buf_destroy(buf,
1911                                             buf->b_data == stolen, TRUE);
1912                                 }
1913                         }
1914
1915                         if (ab->b_l2hdr) {
1916                                 ARCSTAT_INCR(arcstat_evict_l2_cached,
1917                                     ab->b_size);
1918                         } else {
1919                                 if (l2arc_write_eligible(ab->b_spa, ab)) {
1920                                         ARCSTAT_INCR(arcstat_evict_l2_eligible,
1921                                             ab->b_size);
1922                                 } else {
1923                                         ARCSTAT_INCR(
1924                                             arcstat_evict_l2_ineligible,
1925                                             ab->b_size);
1926                                 }
1927                         }
1928
1929                         if (ab->b_datacnt == 0) {
1930                                 arc_change_state(evicted_state, ab, hash_lock);
1931                                 ASSERT(HDR_IN_HASH_TABLE(ab));
1932                                 ab->b_flags |= ARC_IN_HASH_TABLE;
1933                                 ab->b_flags &= ~ARC_BUF_AVAILABLE;
1934                                 DTRACE_PROBE1(arc__evict, arc_buf_hdr_t *, ab);
1935                         }
1936                         if (!have_lock)
1937                                 mutex_exit(hash_lock);
1938                         if (bytes >= 0 && bytes_evicted >= bytes)
1939                                 break;
1940                         if (bytes_remaining > 0) {
1941                                 mutex_exit(evicted_lock);
1942                                 mutex_exit(lock);
1943                                 idx  = ((idx + 1) & (list_count - 1));
1944                                 count++;
1945                                 goto evict_start;
1946                         }
1947                 } else {
1948                         missed += 1;
1949                 }
1950         }
1951
1952         mutex_exit(evicted_lock);
1953         mutex_exit(lock);
1954
1955         idx  = ((idx + 1) & (list_count - 1));
1956         count++;
1957
1958         if (bytes_evicted < bytes) {
1959                 if (count < list_count)
1960                         goto evict_start;
1961                 else
1962                         dprintf("only evicted %lld bytes from %x",
1963                             (longlong_t)bytes_evicted, state);
1964         }
1965         if (type == ARC_BUFC_METADATA)
1966                 evict_metadata_offset = idx;
1967         else
1968                 evict_data_offset = idx;
1969
1970         if (skipped)
1971                 ARCSTAT_INCR(arcstat_evict_skip, skipped);
1972
1973         if (missed)
1974                 ARCSTAT_INCR(arcstat_mutex_miss, missed);
1975
1976         /*
1977          * We have just evicted some date into the ghost state, make
1978          * sure we also adjust the ghost state size if necessary.
1979          */
1980         if (arc_no_grow &&
1981             arc_mru_ghost->arcs_size + arc_mfu_ghost->arcs_size > arc_c) {
1982                 int64_t mru_over = arc_anon->arcs_size + arc_mru->arcs_size +
1983                     arc_mru_ghost->arcs_size - arc_c;
1984
1985                 if (mru_over > 0 && arc_mru_ghost->arcs_lsize[type] > 0) {
1986                         int64_t todelete =
1987                             MIN(arc_mru_ghost->arcs_lsize[type], mru_over);
1988                         arc_evict_ghost(arc_mru_ghost, 0, todelete);
1989                 } else if (arc_mfu_ghost->arcs_lsize[type] > 0) {
1990                         int64_t todelete = MIN(arc_mfu_ghost->arcs_lsize[type],
1991                             arc_mru_ghost->arcs_size +
1992                             arc_mfu_ghost->arcs_size - arc_c);
1993                         arc_evict_ghost(arc_mfu_ghost, 0, todelete);
1994                 }
1995         }
1996         if (stolen)
1997                 ARCSTAT_BUMP(arcstat_stolen);
1998
1999         return (stolen);
2000 }
2001
2002 /*
2003  * Remove buffers from list until we've removed the specified number of
2004  * bytes.  Destroy the buffers that are removed.
2005  */
2006 static void
2007 arc_evict_ghost(arc_state_t *state, uint64_t spa, int64_t bytes)
2008 {
2009         arc_buf_hdr_t *ab, *ab_prev;
2010         arc_buf_hdr_t marker = { 0 };
2011         list_t *list, *list_start;
2012         kmutex_t *hash_lock, *lock;
2013         uint64_t bytes_deleted = 0;
2014         uint64_t bufs_skipped = 0;
2015         static int evict_offset;
2016         int list_count, idx = evict_offset;
2017         int offset, count = 0;
2018
2019         ASSERT(GHOST_STATE(state));
2020
2021         /*
2022          * data lists come after metadata lists
2023          */
2024         list_start = &state->arcs_lists[ARC_BUFC_NUMMETADATALISTS];
2025         list_count = ARC_BUFC_NUMDATALISTS;
2026         offset = ARC_BUFC_NUMMETADATALISTS;
2027
2028 evict_start:
2029         list = &list_start[idx];
2030         lock = ARCS_LOCK(state, idx + offset);
2031
2032         mutex_enter(lock);
2033         for (ab = list_tail(list); ab; ab = ab_prev) {
2034                 ab_prev = list_prev(list, ab);
2035                 if (spa && ab->b_spa != spa)
2036                         continue;
2037
2038                 /* ignore markers */
2039                 if (ab->b_spa == 0)
2040                         continue;
2041
2042                 hash_lock = HDR_LOCK(ab);
2043                 /* caller may be trying to modify this buffer, skip it */
2044                 if (MUTEX_HELD(hash_lock))
2045                         continue;
2046                 if (mutex_tryenter(hash_lock)) {
2047                         ASSERT(!HDR_IO_IN_PROGRESS(ab));
2048                         ASSERT(ab->b_buf == NULL);
2049                         ARCSTAT_BUMP(arcstat_deleted);
2050                         bytes_deleted += ab->b_size;
2051
2052                         if (ab->b_l2hdr != NULL) {
2053                                 /*
2054                                  * This buffer is cached on the 2nd Level ARC;
2055                                  * don't destroy the header.
2056                                  */
2057                                 arc_change_state(arc_l2c_only, ab, hash_lock);
2058                                 mutex_exit(hash_lock);
2059                         } else {
2060                                 arc_change_state(arc_anon, ab, hash_lock);
2061                                 mutex_exit(hash_lock);
2062                                 arc_hdr_destroy(ab);
2063                         }
2064
2065                         DTRACE_PROBE1(arc__delete, arc_buf_hdr_t *, ab);
2066                         if (bytes >= 0 && bytes_deleted >= bytes)
2067                                 break;
2068                 } else if (bytes < 0) {
2069                         /*
2070                          * Insert a list marker and then wait for the
2071                          * hash lock to become available. Once its
2072                          * available, restart from where we left off.
2073                          */
2074                         list_insert_after(list, ab, &marker);
2075                         mutex_exit(lock);
2076                         mutex_enter(hash_lock);
2077                         mutex_exit(hash_lock);
2078                         mutex_enter(lock);
2079                         ab_prev = list_prev(list, &marker);
2080                         list_remove(list, &marker);
2081                 } else
2082                         bufs_skipped += 1;
2083         }
2084         mutex_exit(lock);
2085         idx  = ((idx + 1) & (ARC_BUFC_NUMDATALISTS - 1));
2086         count++;
2087
2088         if (count < list_count)
2089                 goto evict_start;
2090
2091         evict_offset = idx;
2092         if ((uintptr_t)list > (uintptr_t)&state->arcs_lists[ARC_BUFC_NUMMETADATALISTS] &&
2093             (bytes < 0 || bytes_deleted < bytes)) {
2094                 list_start = &state->arcs_lists[0];
2095                 list_count = ARC_BUFC_NUMMETADATALISTS;
2096                 offset = count = 0;
2097                 goto evict_start;
2098         }
2099
2100         if (bufs_skipped) {
2101                 ARCSTAT_INCR(arcstat_mutex_miss, bufs_skipped);
2102                 ASSERT(bytes >= 0);
2103         }
2104
2105         if (bytes_deleted < bytes)
2106                 dprintf("only deleted %lld bytes from %p",
2107                     (longlong_t)bytes_deleted, state);
2108 }
2109
2110 static void
2111 arc_adjust(void)
2112 {
2113         int64_t adjustment, delta;
2114
2115         /*
2116          * Adjust MRU size
2117          */
2118
2119         adjustment = MIN((int64_t)(arc_size - arc_c),
2120             (int64_t)(arc_anon->arcs_size + arc_mru->arcs_size + arc_meta_used -
2121             arc_p));
2122
2123         if (adjustment > 0 && arc_mru->arcs_lsize[ARC_BUFC_DATA] > 0) {
2124                 delta = MIN(arc_mru->arcs_lsize[ARC_BUFC_DATA], adjustment);
2125                 (void) arc_evict(arc_mru, 0, delta, FALSE, ARC_BUFC_DATA);
2126                 adjustment -= delta;
2127         }
2128
2129         if (adjustment > 0 && arc_mru->arcs_lsize[ARC_BUFC_METADATA] > 0) {
2130                 delta = MIN(arc_mru->arcs_lsize[ARC_BUFC_METADATA], adjustment);
2131                 (void) arc_evict(arc_mru, 0, delta, FALSE,
2132                     ARC_BUFC_METADATA);
2133         }
2134
2135         /*
2136          * Adjust MFU size
2137          */
2138
2139         adjustment = arc_size - arc_c;
2140
2141         if (adjustment > 0 && arc_mfu->arcs_lsize[ARC_BUFC_DATA] > 0) {
2142                 delta = MIN(adjustment, arc_mfu->arcs_lsize[ARC_BUFC_DATA]);
2143                 (void) arc_evict(arc_mfu, 0, delta, FALSE, ARC_BUFC_DATA);
2144                 adjustment -= delta;
2145         }
2146
2147         if (adjustment > 0 && arc_mfu->arcs_lsize[ARC_BUFC_METADATA] > 0) {
2148                 int64_t delta = MIN(adjustment,
2149                     arc_mfu->arcs_lsize[ARC_BUFC_METADATA]);
2150                 (void) arc_evict(arc_mfu, 0, delta, FALSE,
2151                     ARC_BUFC_METADATA);
2152         }
2153
2154         /*
2155          * Adjust ghost lists
2156          */
2157
2158         adjustment = arc_mru->arcs_size + arc_mru_ghost->arcs_size - arc_c;
2159
2160         if (adjustment > 0 && arc_mru_ghost->arcs_size > 0) {
2161                 delta = MIN(arc_mru_ghost->arcs_size, adjustment);
2162                 arc_evict_ghost(arc_mru_ghost, 0, delta);
2163         }
2164
2165         adjustment =
2166             arc_mru_ghost->arcs_size + arc_mfu_ghost->arcs_size - arc_c;
2167
2168         if (adjustment > 0 && arc_mfu_ghost->arcs_size > 0) {
2169                 delta = MIN(arc_mfu_ghost->arcs_size, adjustment);
2170                 arc_evict_ghost(arc_mfu_ghost, 0, delta);
2171         }
2172 }
2173
2174 static void
2175 arc_do_user_evicts(void)
2176 {
2177         static arc_buf_t *tmp_arc_eviction_list;
2178
2179         /*
2180          * Move list over to avoid LOR
2181          */
2182 restart:
2183         mutex_enter(&arc_eviction_mtx);
2184         tmp_arc_eviction_list = arc_eviction_list;
2185         arc_eviction_list = NULL;
2186         mutex_exit(&arc_eviction_mtx);
2187
2188         while (tmp_arc_eviction_list != NULL) {
2189                 arc_buf_t *buf = tmp_arc_eviction_list;
2190                 tmp_arc_eviction_list = buf->b_next;
2191                 mutex_enter(&buf->b_evict_lock);
2192                 buf->b_hdr = NULL;
2193                 mutex_exit(&buf->b_evict_lock);
2194
2195                 if (buf->b_efunc != NULL)
2196                         VERIFY(buf->b_efunc(buf) == 0);
2197
2198                 buf->b_efunc = NULL;
2199                 buf->b_private = NULL;
2200                 kmem_cache_free(buf_cache, buf);
2201         }
2202
2203         if (arc_eviction_list != NULL)
2204                 goto restart;
2205 }
2206
2207 /*
2208  * Flush all *evictable* data from the cache for the given spa.
2209  * NOTE: this will not touch "active" (i.e. referenced) data.
2210  */
2211 void
2212 arc_flush(spa_t *spa)
2213 {
2214         uint64_t guid = 0;
2215
2216         if (spa)
2217                 guid = spa_load_guid(spa);
2218
2219         while (arc_mru->arcs_lsize[ARC_BUFC_DATA]) {
2220                 (void) arc_evict(arc_mru, guid, -1, FALSE, ARC_BUFC_DATA);
2221                 if (spa)
2222                         break;
2223         }
2224         while (arc_mru->arcs_lsize[ARC_BUFC_METADATA]) {
2225                 (void) arc_evict(arc_mru, guid, -1, FALSE, ARC_BUFC_METADATA);
2226                 if (spa)
2227                         break;
2228         }
2229         while (arc_mfu->arcs_lsize[ARC_BUFC_DATA]) {
2230                 (void) arc_evict(arc_mfu, guid, -1, FALSE, ARC_BUFC_DATA);
2231                 if (spa)
2232                         break;
2233         }
2234         while (arc_mfu->arcs_lsize[ARC_BUFC_METADATA]) {
2235                 (void) arc_evict(arc_mfu, guid, -1, FALSE, ARC_BUFC_METADATA);
2236                 if (spa)
2237                         break;
2238         }
2239
2240         arc_evict_ghost(arc_mru_ghost, guid, -1);
2241         arc_evict_ghost(arc_mfu_ghost, guid, -1);
2242
2243         mutex_enter(&arc_reclaim_thr_lock);
2244         arc_do_user_evicts();
2245         mutex_exit(&arc_reclaim_thr_lock);
2246         ASSERT(spa || arc_eviction_list == NULL);
2247 }
2248
2249 void
2250 arc_shrink(void)
2251 {
2252         if (arc_c > arc_c_min) {
2253                 uint64_t to_free;
2254
2255 #ifdef _KERNEL
2256                 to_free = arc_c >> arc_shrink_shift;
2257 #else
2258                 to_free = arc_c >> arc_shrink_shift;
2259 #endif
2260                 if (arc_c > arc_c_min + to_free)
2261                         atomic_add_64(&arc_c, -to_free);
2262                 else
2263                         arc_c = arc_c_min;
2264
2265                 atomic_add_64(&arc_p, -(arc_p >> arc_shrink_shift));
2266                 if (arc_c > arc_size)
2267                         arc_c = MAX(arc_size, arc_c_min);
2268                 if (arc_p > arc_c)
2269                         arc_p = (arc_c >> 1);
2270                 ASSERT(arc_c >= arc_c_min);
2271                 ASSERT((int64_t)arc_p >= 0);
2272         }
2273
2274         if (arc_size > arc_c)
2275                 arc_adjust();
2276 }
2277
2278 static int needfree = 0;
2279
2280 static int
2281 arc_reclaim_needed(void)
2282 {
2283
2284 #ifdef _KERNEL
2285
2286         if (needfree)
2287                 return (1);
2288
2289         /*
2290          * Cooperate with pagedaemon when it's time for it to scan
2291          * and reclaim some pages.
2292          */
2293         if (vm_paging_needed())
2294                 return (1);
2295
2296 #ifdef sun
2297         /*
2298          * take 'desfree' extra pages, so we reclaim sooner, rather than later
2299          */
2300         extra = desfree;
2301
2302         /*
2303          * check that we're out of range of the pageout scanner.  It starts to
2304          * schedule paging if freemem is less than lotsfree and needfree.
2305          * lotsfree is the high-water mark for pageout, and needfree is the
2306          * number of needed free pages.  We add extra pages here to make sure
2307          * the scanner doesn't start up while we're freeing memory.
2308          */
2309         if (freemem < lotsfree + needfree + extra)
2310                 return (1);
2311
2312         /*
2313          * check to make sure that swapfs has enough space so that anon
2314          * reservations can still succeed. anon_resvmem() checks that the
2315          * availrmem is greater than swapfs_minfree, and the number of reserved
2316          * swap pages.  We also add a bit of extra here just to prevent
2317          * circumstances from getting really dire.
2318          */
2319         if (availrmem < swapfs_minfree + swapfs_reserve + extra)
2320                 return (1);
2321
2322 #if defined(__i386)
2323         /*
2324          * If we're on an i386 platform, it's possible that we'll exhaust the
2325          * kernel heap space before we ever run out of available physical
2326          * memory.  Most checks of the size of the heap_area compare against
2327          * tune.t_minarmem, which is the minimum available real memory that we
2328          * can have in the system.  However, this is generally fixed at 25 pages
2329          * which is so low that it's useless.  In this comparison, we seek to
2330          * calculate the total heap-size, and reclaim if more than 3/4ths of the
2331          * heap is allocated.  (Or, in the calculation, if less than 1/4th is
2332          * free)
2333          */
2334         if (btop(vmem_size(heap_arena, VMEM_FREE)) <
2335             (btop(vmem_size(heap_arena, VMEM_FREE | VMEM_ALLOC)) >> 2))
2336                 return (1);
2337 #endif
2338 #else   /* !sun */
2339         if (kmem_used() > (kmem_size() * 3) / 4)
2340                 return (1);
2341 #endif  /* sun */
2342
2343 #else
2344         if (spa_get_random(100) == 0)
2345                 return (1);
2346 #endif
2347         return (0);
2348 }
2349
2350 extern kmem_cache_t     *zio_buf_cache[];
2351 extern kmem_cache_t     *zio_data_buf_cache[];
2352
2353 static void
2354 arc_kmem_reap_now(arc_reclaim_strategy_t strat)
2355 {
2356         size_t                  i;
2357         kmem_cache_t            *prev_cache = NULL;
2358         kmem_cache_t            *prev_data_cache = NULL;
2359
2360 #ifdef _KERNEL
2361         if (arc_meta_used >= arc_meta_limit) {
2362                 /*
2363                  * We are exceeding our meta-data cache limit.
2364                  * Purge some DNLC entries to release holds on meta-data.
2365                  */
2366                 dnlc_reduce_cache((void *)(uintptr_t)arc_reduce_dnlc_percent);
2367         }
2368 #if defined(__i386)
2369         /*
2370          * Reclaim unused memory from all kmem caches.
2371          */
2372         kmem_reap();
2373 #endif
2374 #endif
2375
2376         /*
2377          * An aggressive reclamation will shrink the cache size as well as
2378          * reap free buffers from the arc kmem caches.
2379          */
2380         if (strat == ARC_RECLAIM_AGGR)
2381                 arc_shrink();
2382
2383         for (i = 0; i < SPA_MAXBLOCKSIZE >> SPA_MINBLOCKSHIFT; i++) {
2384                 if (zio_buf_cache[i] != prev_cache) {
2385                         prev_cache = zio_buf_cache[i];
2386                         kmem_cache_reap_now(zio_buf_cache[i]);
2387                 }
2388                 if (zio_data_buf_cache[i] != prev_data_cache) {
2389                         prev_data_cache = zio_data_buf_cache[i];
2390                         kmem_cache_reap_now(zio_data_buf_cache[i]);
2391                 }
2392         }
2393         kmem_cache_reap_now(buf_cache);
2394         kmem_cache_reap_now(hdr_cache);
2395 }
2396
2397 static void
2398 arc_reclaim_thread(void *dummy __unused)
2399 {
2400         clock_t                 growtime = 0;
2401         arc_reclaim_strategy_t  last_reclaim = ARC_RECLAIM_CONS;
2402         callb_cpr_t             cpr;
2403
2404         CALLB_CPR_INIT(&cpr, &arc_reclaim_thr_lock, callb_generic_cpr, FTAG);
2405
2406         mutex_enter(&arc_reclaim_thr_lock);
2407         while (arc_thread_exit == 0) {
2408                 if (arc_reclaim_needed()) {
2409
2410                         if (arc_no_grow) {
2411                                 if (last_reclaim == ARC_RECLAIM_CONS) {
2412                                         last_reclaim = ARC_RECLAIM_AGGR;
2413                                 } else {
2414                                         last_reclaim = ARC_RECLAIM_CONS;
2415                                 }
2416                         } else {
2417                                 arc_no_grow = TRUE;
2418                                 last_reclaim = ARC_RECLAIM_AGGR;
2419                                 membar_producer();
2420                         }
2421
2422                         /* reset the growth delay for every reclaim */
2423                         growtime = ddi_get_lbolt() + (arc_grow_retry * hz);
2424
2425                         if (needfree && last_reclaim == ARC_RECLAIM_CONS) {
2426                                 /*
2427                                  * If needfree is TRUE our vm_lowmem hook
2428                                  * was called and in that case we must free some
2429                                  * memory, so switch to aggressive mode.
2430                                  */
2431                                 arc_no_grow = TRUE;
2432                                 last_reclaim = ARC_RECLAIM_AGGR;
2433                         }
2434                         arc_kmem_reap_now(last_reclaim);
2435                         arc_warm = B_TRUE;
2436
2437                 } else if (arc_no_grow && ddi_get_lbolt() >= growtime) {
2438                         arc_no_grow = FALSE;
2439                 }
2440
2441                 arc_adjust();
2442
2443                 if (arc_eviction_list != NULL)
2444                         arc_do_user_evicts();
2445
2446 #ifdef _KERNEL
2447                 if (needfree) {
2448                         needfree = 0;
2449                         wakeup(&needfree);
2450                 }
2451 #endif
2452
2453                 /* block until needed, or one second, whichever is shorter */
2454                 CALLB_CPR_SAFE_BEGIN(&cpr);
2455                 (void) cv_timedwait(&arc_reclaim_thr_cv,
2456                     &arc_reclaim_thr_lock, hz);
2457                 CALLB_CPR_SAFE_END(&cpr, &arc_reclaim_thr_lock);
2458         }
2459
2460         arc_thread_exit = 0;
2461         cv_broadcast(&arc_reclaim_thr_cv);
2462         CALLB_CPR_EXIT(&cpr);           /* drops arc_reclaim_thr_lock */
2463         thread_exit();
2464 }
2465
2466 /*
2467  * Adapt arc info given the number of bytes we are trying to add and
2468  * the state that we are comming from.  This function is only called
2469  * when we are adding new content to the cache.
2470  */
2471 static void
2472 arc_adapt(int bytes, arc_state_t *state)
2473 {
2474         int mult;
2475         uint64_t arc_p_min = (arc_c >> arc_p_min_shift);
2476
2477         if (state == arc_l2c_only)
2478                 return;
2479
2480         ASSERT(bytes > 0);
2481         /*
2482          * Adapt the target size of the MRU list:
2483          *      - if we just hit in the MRU ghost list, then increase
2484          *        the target size of the MRU list.
2485          *      - if we just hit in the MFU ghost list, then increase
2486          *        the target size of the MFU list by decreasing the
2487          *        target size of the MRU list.
2488          */
2489         if (state == arc_mru_ghost) {
2490                 mult = ((arc_mru_ghost->arcs_size >= arc_mfu_ghost->arcs_size) ?
2491                     1 : (arc_mfu_ghost->arcs_size/arc_mru_ghost->arcs_size));
2492                 mult = MIN(mult, 10); /* avoid wild arc_p adjustment */
2493
2494                 arc_p = MIN(arc_c - arc_p_min, arc_p + bytes * mult);
2495         } else if (state == arc_mfu_ghost) {
2496                 uint64_t delta;
2497
2498                 mult = ((arc_mfu_ghost->arcs_size >= arc_mru_ghost->arcs_size) ?
2499                     1 : (arc_mru_ghost->arcs_size/arc_mfu_ghost->arcs_size));
2500                 mult = MIN(mult, 10);
2501
2502                 delta = MIN(bytes * mult, arc_p);
2503                 arc_p = MAX(arc_p_min, arc_p - delta);
2504         }
2505         ASSERT((int64_t)arc_p >= 0);
2506
2507         if (arc_reclaim_needed()) {
2508                 cv_signal(&arc_reclaim_thr_cv);
2509                 return;
2510         }
2511
2512         if (arc_no_grow)
2513                 return;
2514
2515         if (arc_c >= arc_c_max)
2516                 return;
2517
2518         /*
2519          * If we're within (2 * maxblocksize) bytes of the target
2520          * cache size, increment the target cache size
2521          */
2522         if (arc_size > arc_c - (2ULL << SPA_MAXBLOCKSHIFT)) {
2523                 atomic_add_64(&arc_c, (int64_t)bytes);
2524                 if (arc_c > arc_c_max)
2525                         arc_c = arc_c_max;
2526                 else if (state == arc_anon)
2527                         atomic_add_64(&arc_p, (int64_t)bytes);
2528                 if (arc_p > arc_c)
2529                         arc_p = arc_c;
2530         }
2531         ASSERT((int64_t)arc_p >= 0);
2532 }
2533
2534 /*
2535  * Check if the cache has reached its limits and eviction is required
2536  * prior to insert.
2537  */
2538 static int
2539 arc_evict_needed(arc_buf_contents_t type)
2540 {
2541         if (type == ARC_BUFC_METADATA && arc_meta_used >= arc_meta_limit)
2542                 return (1);
2543
2544 #ifdef sun
2545 #ifdef _KERNEL
2546         /*
2547          * If zio data pages are being allocated out of a separate heap segment,
2548          * then enforce that the size of available vmem for this area remains
2549          * above about 1/32nd free.
2550          */
2551         if (type == ARC_BUFC_DATA && zio_arena != NULL &&
2552             vmem_size(zio_arena, VMEM_FREE) <
2553             (vmem_size(zio_arena, VMEM_ALLOC) >> 5))
2554                 return (1);
2555 #endif
2556 #endif  /* sun */
2557
2558         if (arc_reclaim_needed())
2559                 return (1);
2560
2561         return (arc_size > arc_c);
2562 }
2563
2564 /*
2565  * The buffer, supplied as the first argument, needs a data block.
2566  * So, if we are at cache max, determine which cache should be victimized.
2567  * We have the following cases:
2568  *
2569  * 1. Insert for MRU, p > sizeof(arc_anon + arc_mru) ->
2570  * In this situation if we're out of space, but the resident size of the MFU is
2571  * under the limit, victimize the MFU cache to satisfy this insertion request.
2572  *
2573  * 2. Insert for MRU, p <= sizeof(arc_anon + arc_mru) ->
2574  * Here, we've used up all of the available space for the MRU, so we need to
2575  * evict from our own cache instead.  Evict from the set of resident MRU
2576  * entries.
2577  *
2578  * 3. Insert for MFU (c - p) > sizeof(arc_mfu) ->
2579  * c minus p represents the MFU space in the cache, since p is the size of the
2580  * cache that is dedicated to the MRU.  In this situation there's still space on
2581  * the MFU side, so the MRU side needs to be victimized.
2582  *
2583  * 4. Insert for MFU (c - p) < sizeof(arc_mfu) ->
2584  * MFU's resident set is consuming more space than it has been allotted.  In
2585  * this situation, we must victimize our own cache, the MFU, for this insertion.
2586  */
2587 static void
2588 arc_get_data_buf(arc_buf_t *buf)
2589 {
2590         arc_state_t             *state = buf->b_hdr->b_state;
2591         uint64_t                size = buf->b_hdr->b_size;
2592         arc_buf_contents_t      type = buf->b_hdr->b_type;
2593
2594         arc_adapt(size, state);
2595
2596         /*
2597          * We have not yet reached cache maximum size,
2598          * just allocate a new buffer.
2599          */
2600         if (!arc_evict_needed(type)) {
2601                 if (type == ARC_BUFC_METADATA) {
2602                         buf->b_data = zio_buf_alloc(size);
2603                         arc_space_consume(size, ARC_SPACE_DATA);
2604                 } else {
2605                         ASSERT(type == ARC_BUFC_DATA);
2606                         buf->b_data = zio_data_buf_alloc(size);
2607                         ARCSTAT_INCR(arcstat_data_size, size);
2608                         atomic_add_64(&arc_size, size);
2609                 }
2610                 goto out;
2611         }
2612
2613         /*
2614          * If we are prefetching from the mfu ghost list, this buffer
2615          * will end up on the mru list; so steal space from there.
2616          */
2617         if (state == arc_mfu_ghost)
2618                 state = buf->b_hdr->b_flags & ARC_PREFETCH ? arc_mru : arc_mfu;
2619         else if (state == arc_mru_ghost)
2620                 state = arc_mru;
2621
2622         if (state == arc_mru || state == arc_anon) {
2623                 uint64_t mru_used = arc_anon->arcs_size + arc_mru->arcs_size;
2624                 state = (arc_mfu->arcs_lsize[type] >= size &&
2625                     arc_p > mru_used) ? arc_mfu : arc_mru;
2626         } else {
2627                 /* MFU cases */
2628                 uint64_t mfu_space = arc_c - arc_p;
2629                 state =  (arc_mru->arcs_lsize[type] >= size &&
2630                     mfu_space > arc_mfu->arcs_size) ? arc_mru : arc_mfu;
2631         }
2632         if ((buf->b_data = arc_evict(state, 0, size, TRUE, type)) == NULL) {
2633                 if (type == ARC_BUFC_METADATA) {
2634                         buf->b_data = zio_buf_alloc(size);
2635                         arc_space_consume(size, ARC_SPACE_DATA);
2636                 } else {
2637                         ASSERT(type == ARC_BUFC_DATA);
2638                         buf->b_data = zio_data_buf_alloc(size);
2639                         ARCSTAT_INCR(arcstat_data_size, size);
2640                         atomic_add_64(&arc_size, size);
2641                 }
2642                 ARCSTAT_BUMP(arcstat_recycle_miss);
2643         }
2644         ASSERT(buf->b_data != NULL);
2645 out:
2646         /*
2647          * Update the state size.  Note that ghost states have a
2648          * "ghost size" and so don't need to be updated.
2649          */
2650         if (!GHOST_STATE(buf->b_hdr->b_state)) {
2651                 arc_buf_hdr_t *hdr = buf->b_hdr;
2652
2653                 atomic_add_64(&hdr->b_state->arcs_size, size);
2654                 if (list_link_active(&hdr->b_arc_node)) {
2655                         ASSERT(refcount_is_zero(&hdr->b_refcnt));
2656                         atomic_add_64(&hdr->b_state->arcs_lsize[type], size);
2657                 }
2658                 /*
2659                  * If we are growing the cache, and we are adding anonymous
2660                  * data, and we have outgrown arc_p, update arc_p
2661                  */
2662                 if (arc_size < arc_c && hdr->b_state == arc_anon &&
2663                     arc_anon->arcs_size + arc_mru->arcs_size > arc_p)
2664                         arc_p = MIN(arc_c, arc_p + size);
2665         }
2666         ARCSTAT_BUMP(arcstat_allocated);
2667 }
2668
2669 /*
2670  * This routine is called whenever a buffer is accessed.
2671  * NOTE: the hash lock is dropped in this function.
2672  */
2673 static void
2674 arc_access(arc_buf_hdr_t *buf, kmutex_t *hash_lock)
2675 {
2676         clock_t now;
2677
2678         ASSERT(MUTEX_HELD(hash_lock));
2679
2680         if (buf->b_state == arc_anon) {
2681                 /*
2682                  * This buffer is not in the cache, and does not
2683                  * appear in our "ghost" list.  Add the new buffer
2684                  * to the MRU state.
2685                  */
2686
2687                 ASSERT(buf->b_arc_access == 0);
2688                 buf->b_arc_access = ddi_get_lbolt();
2689                 DTRACE_PROBE1(new_state__mru, arc_buf_hdr_t *, buf);
2690                 arc_change_state(arc_mru, buf, hash_lock);
2691
2692         } else if (buf->b_state == arc_mru) {
2693                 now = ddi_get_lbolt();
2694
2695                 /*
2696                  * If this buffer is here because of a prefetch, then either:
2697                  * - clear the flag if this is a "referencing" read
2698                  *   (any subsequent access will bump this into the MFU state).
2699                  * or
2700                  * - move the buffer to the head of the list if this is
2701                  *   another prefetch (to make it less likely to be evicted).
2702                  */
2703                 if ((buf->b_flags & ARC_PREFETCH) != 0) {
2704                         if (refcount_count(&buf->b_refcnt) == 0) {
2705                                 ASSERT(list_link_active(&buf->b_arc_node));
2706                         } else {
2707                                 buf->b_flags &= ~ARC_PREFETCH;
2708                                 ARCSTAT_BUMP(arcstat_mru_hits);
2709                         }
2710                         buf->b_arc_access = now;
2711                         return;
2712                 }
2713
2714                 /*
2715                  * This buffer has been "accessed" only once so far,
2716                  * but it is still in the cache. Move it to the MFU
2717                  * state.
2718                  */
2719                 if (now > buf->b_arc_access + ARC_MINTIME) {
2720                         /*
2721                          * More than 125ms have passed since we
2722                          * instantiated this buffer.  Move it to the
2723                          * most frequently used state.
2724                          */
2725                         buf->b_arc_access = now;
2726                         DTRACE_PROBE1(new_state__mfu, arc_buf_hdr_t *, buf);
2727                         arc_change_state(arc_mfu, buf, hash_lock);
2728                 }
2729                 ARCSTAT_BUMP(arcstat_mru_hits);
2730         } else if (buf->b_state == arc_mru_ghost) {
2731                 arc_state_t     *new_state;
2732                 /*
2733                  * This buffer has been "accessed" recently, but
2734                  * was evicted from the cache.  Move it to the
2735                  * MFU state.
2736                  */
2737
2738                 if (buf->b_flags & ARC_PREFETCH) {
2739                         new_state = arc_mru;
2740                         if (refcount_count(&buf->b_refcnt) > 0)
2741                                 buf->b_flags &= ~ARC_PREFETCH;
2742                         DTRACE_PROBE1(new_state__mru, arc_buf_hdr_t *, buf);
2743                 } else {
2744                         new_state = arc_mfu;
2745                         DTRACE_PROBE1(new_state__mfu, arc_buf_hdr_t *, buf);
2746                 }
2747
2748                 buf->b_arc_access = ddi_get_lbolt();
2749                 arc_change_state(new_state, buf, hash_lock);
2750
2751                 ARCSTAT_BUMP(arcstat_mru_ghost_hits);
2752         } else if (buf->b_state == arc_mfu) {
2753                 /*
2754                  * This buffer has been accessed more than once and is
2755                  * still in the cache.  Keep it in the MFU state.
2756                  *
2757                  * NOTE: an add_reference() that occurred when we did
2758                  * the arc_read() will have kicked this off the list.
2759                  * If it was a prefetch, we will explicitly move it to
2760                  * the head of the list now.
2761                  */
2762                 if ((buf->b_flags & ARC_PREFETCH) != 0) {
2763                         ASSERT(refcount_count(&buf->b_refcnt) == 0);
2764                         ASSERT(list_link_active(&buf->b_arc_node));
2765                 }
2766                 ARCSTAT_BUMP(arcstat_mfu_hits);
2767                 buf->b_arc_access = ddi_get_lbolt();
2768         } else if (buf->b_state == arc_mfu_ghost) {
2769                 arc_state_t     *new_state = arc_mfu;
2770                 /*
2771                  * This buffer has been accessed more than once but has
2772                  * been evicted from the cache.  Move it back to the
2773                  * MFU state.
2774                  */
2775
2776                 if (buf->b_flags & ARC_PREFETCH) {
2777                         /*
2778                          * This is a prefetch access...
2779                          * move this block back to the MRU state.
2780                          */
2781                         ASSERT0(refcount_count(&buf->b_refcnt));
2782                         new_state = arc_mru;
2783                 }
2784
2785                 buf->b_arc_access = ddi_get_lbolt();
2786                 DTRACE_PROBE1(new_state__mfu, arc_buf_hdr_t *, buf);
2787                 arc_change_state(new_state, buf, hash_lock);
2788
2789                 ARCSTAT_BUMP(arcstat_mfu_ghost_hits);
2790         } else if (buf->b_state == arc_l2c_only) {
2791                 /*
2792                  * This buffer is on the 2nd Level ARC.
2793                  */
2794
2795                 buf->b_arc_access = ddi_get_lbolt();
2796                 DTRACE_PROBE1(new_state__mfu, arc_buf_hdr_t *, buf);
2797                 arc_change_state(arc_mfu, buf, hash_lock);
2798         } else {
2799                 ASSERT(!"invalid arc state");
2800         }
2801 }
2802
2803 /* a generic arc_done_func_t which you can use */
2804 /* ARGSUSED */
2805 void
2806 arc_bcopy_func(zio_t *zio, arc_buf_t *buf, void *arg)
2807 {
2808         if (zio == NULL || zio->io_error == 0)
2809                 bcopy(buf->b_data, arg, buf->b_hdr->b_size);
2810         VERIFY(arc_buf_remove_ref(buf, arg) == 1);
2811 }
2812
2813 /* a generic arc_done_func_t */
2814 void
2815 arc_getbuf_func(zio_t *zio, arc_buf_t *buf, void *arg)
2816 {
2817         arc_buf_t **bufp = arg;
2818         if (zio && zio->io_error) {
2819                 VERIFY(arc_buf_remove_ref(buf, arg) == 1);
2820                 *bufp = NULL;
2821         } else {
2822                 *bufp = buf;
2823                 ASSERT(buf->b_data);
2824         }
2825 }
2826
2827 static void
2828 arc_read_done(zio_t *zio)
2829 {
2830         arc_buf_hdr_t   *hdr, *found;
2831         arc_buf_t       *buf;
2832         arc_buf_t       *abuf;  /* buffer we're assigning to callback */
2833         kmutex_t        *hash_lock;
2834         arc_callback_t  *callback_list, *acb;
2835         int             freeable = FALSE;
2836
2837         buf = zio->io_private;
2838         hdr = buf->b_hdr;
2839
2840         /*
2841          * The hdr was inserted into hash-table and removed from lists
2842          * prior to starting I/O.  We should find this header, since
2843          * it's in the hash table, and it should be legit since it's
2844          * not possible to evict it during the I/O.  The only possible
2845          * reason for it not to be found is if we were freed during the
2846          * read.
2847          */
2848         found = buf_hash_find(hdr->b_spa, &hdr->b_dva, hdr->b_birth,
2849             &hash_lock);
2850
2851         ASSERT((found == NULL && HDR_FREED_IN_READ(hdr) && hash_lock == NULL) ||
2852             (found == hdr && DVA_EQUAL(&hdr->b_dva, BP_IDENTITY(zio->io_bp))) ||
2853             (found == hdr && HDR_L2_READING(hdr)));
2854
2855         hdr->b_flags &= ~ARC_L2_EVICTED;
2856         if (l2arc_noprefetch && (hdr->b_flags & ARC_PREFETCH))
2857                 hdr->b_flags &= ~ARC_L2CACHE;
2858
2859         /* byteswap if necessary */
2860         callback_list = hdr->b_acb;
2861         ASSERT(callback_list != NULL);
2862         if (BP_SHOULD_BYTESWAP(zio->io_bp) && zio->io_error == 0) {
2863                 dmu_object_byteswap_t bswap =
2864                     DMU_OT_BYTESWAP(BP_GET_TYPE(zio->io_bp));
2865                 arc_byteswap_func_t *func = BP_GET_LEVEL(zio->io_bp) > 0 ?
2866                     byteswap_uint64_array :
2867                     dmu_ot_byteswap[bswap].ob_func;
2868                 func(buf->b_data, hdr->b_size);
2869         }
2870
2871         arc_cksum_compute(buf, B_FALSE);
2872 #ifdef illumos
2873         arc_buf_watch(buf);
2874 #endif /* illumos */
2875
2876         if (hash_lock && zio->io_error == 0 && hdr->b_state == arc_anon) {
2877                 /*
2878                  * Only call arc_access on anonymous buffers.  This is because
2879                  * if we've issued an I/O for an evicted buffer, we've already
2880                  * called arc_access (to prevent any simultaneous readers from
2881                  * getting confused).
2882                  */
2883                 arc_access(hdr, hash_lock);
2884         }
2885
2886         /* create copies of the data buffer for the callers */
2887         abuf = buf;
2888         for (acb = callback_list; acb; acb = acb->acb_next) {
2889                 if (acb->acb_done) {
2890                         if (abuf == NULL)
2891                                 abuf = arc_buf_clone(buf);
2892                         acb->acb_buf = abuf;
2893                         abuf = NULL;
2894                 }
2895         }
2896         hdr->b_acb = NULL;
2897         hdr->b_flags &= ~ARC_IO_IN_PROGRESS;
2898         ASSERT(!HDR_BUF_AVAILABLE(hdr));
2899         if (abuf == buf) {
2900                 ASSERT(buf->b_efunc == NULL);
2901                 ASSERT(hdr->b_datacnt == 1);
2902                 hdr->b_flags |= ARC_BUF_AVAILABLE;
2903         }
2904
2905         ASSERT(refcount_is_zero(&hdr->b_refcnt) || callback_list != NULL);
2906
2907         if (zio->io_error != 0) {
2908                 hdr->b_flags |= ARC_IO_ERROR;
2909                 if (hdr->b_state != arc_anon)
2910                         arc_change_state(arc_anon, hdr, hash_lock);
2911                 if (HDR_IN_HASH_TABLE(hdr))
2912                         buf_hash_remove(hdr);
2913                 freeable = refcount_is_zero(&hdr->b_refcnt);
2914         }
2915
2916         /*
2917          * Broadcast before we drop the hash_lock to avoid the possibility
2918          * that the hdr (and hence the cv) might be freed before we get to
2919          * the cv_broadcast().
2920          */
2921         cv_broadcast(&hdr->b_cv);
2922
2923         if (hash_lock) {
2924                 mutex_exit(hash_lock);
2925         } else {
2926                 /*
2927                  * This block was freed while we waited for the read to
2928                  * complete.  It has been removed from the hash table and
2929                  * moved to the anonymous state (so that it won't show up
2930                  * in the cache).
2931                  */
2932                 ASSERT3P(hdr->b_state, ==, arc_anon);
2933                 freeable = refcount_is_zero(&hdr->b_refcnt);
2934         }
2935
2936         /* execute each callback and free its structure */
2937         while ((acb = callback_list) != NULL) {
2938                 if (acb->acb_done)
2939                         acb->acb_done(zio, acb->acb_buf, acb->acb_private);
2940
2941                 if (acb->acb_zio_dummy != NULL) {
2942                         acb->acb_zio_dummy->io_error = zio->io_error;
2943                         zio_nowait(acb->acb_zio_dummy);
2944                 }
2945
2946                 callback_list = acb->acb_next;
2947                 kmem_free(acb, sizeof (arc_callback_t));
2948         }
2949
2950         if (freeable)
2951                 arc_hdr_destroy(hdr);
2952 }
2953
2954 /*
2955  * "Read" the block block at the specified DVA (in bp) via the
2956  * cache.  If the block is found in the cache, invoke the provided
2957  * callback immediately and return.  Note that the `zio' parameter
2958  * in the callback will be NULL in this case, since no IO was
2959  * required.  If the block is not in the cache pass the read request
2960  * on to the spa with a substitute callback function, so that the
2961  * requested block will be added to the cache.
2962  *
2963  * If a read request arrives for a block that has a read in-progress,
2964  * either wait for the in-progress read to complete (and return the
2965  * results); or, if this is a read with a "done" func, add a record
2966  * to the read to invoke the "done" func when the read completes,
2967  * and return; or just return.
2968  *
2969  * arc_read_done() will invoke all the requested "done" functions
2970  * for readers of this block.
2971  *
2972  * Normal callers should use arc_read and pass the arc buffer and offset
2973  * for the bp.  But if you know you don't need locking, you can use
2974  * arc_read_nolock.
2975  */
2976 int
2977 arc_read(zio_t *pio, spa_t *spa, const blkptr_t *bp, arc_buf_t *pbuf,
2978     arc_done_func_t *done, void *private, int priority, int zio_flags,
2979     uint32_t *arc_flags, const zbookmark_t *zb)
2980 {
2981         int err;
2982
2983         if (pbuf == NULL) {
2984                 /*
2985                  * XXX This happens from traverse callback funcs, for
2986                  * the objset_phys_t block.
2987                  */
2988                 return (arc_read_nolock(pio, spa, bp, done, private, priority,
2989                     zio_flags, arc_flags, zb));
2990         }
2991
2992         ASSERT(!refcount_is_zero(&pbuf->b_hdr->b_refcnt));
2993         ASSERT3U((char *)bp - (char *)pbuf->b_data, <, pbuf->b_hdr->b_size);
2994         rw_enter(&pbuf->b_data_lock, RW_READER);
2995
2996         err = arc_read_nolock(pio, spa, bp, done, private, priority,
2997             zio_flags, arc_flags, zb);
2998         rw_exit(&pbuf->b_data_lock);
2999
3000         return (err);
3001 }
3002
3003 int
3004 arc_read_nolock(zio_t *pio, spa_t *spa, const blkptr_t *bp,
3005     arc_done_func_t *done, void *private, int priority, int zio_flags,
3006     uint32_t *arc_flags, const zbookmark_t *zb)
3007 {
3008         arc_buf_hdr_t *hdr;
3009         arc_buf_t *buf;
3010         kmutex_t *hash_lock;
3011         zio_t *rzio;
3012         uint64_t guid = spa_load_guid(spa);
3013
3014 top:
3015         hdr = buf_hash_find(guid, BP_IDENTITY(bp), BP_PHYSICAL_BIRTH(bp),
3016             &hash_lock);
3017         if (hdr && hdr->b_datacnt > 0) {
3018
3019                 *arc_flags |= ARC_CACHED;
3020
3021                 if (HDR_IO_IN_PROGRESS(hdr)) {
3022
3023                         if (*arc_flags & ARC_WAIT) {
3024                                 cv_wait(&hdr->b_cv, hash_lock);
3025                                 mutex_exit(hash_lock);
3026                                 goto top;
3027                         }
3028                         ASSERT(*arc_flags & ARC_NOWAIT);
3029
3030                         if (done) {
3031                                 arc_callback_t  *acb = NULL;
3032
3033                                 acb = kmem_zalloc(sizeof (arc_callback_t),
3034                                     KM_SLEEP);
3035                                 acb->acb_done = done;
3036                                 acb->acb_private = private;
3037                                 if (pio != NULL)
3038                                         acb->acb_zio_dummy = zio_null(pio,
3039                                             spa, NULL, NULL, NULL, zio_flags);
3040
3041                                 ASSERT(acb->acb_done != NULL);
3042                                 acb->acb_next = hdr->b_acb;
3043                                 hdr->b_acb = acb;
3044                                 add_reference(hdr, hash_lock, private);
3045                                 mutex_exit(hash_lock);
3046                                 return (0);
3047                         }
3048                         mutex_exit(hash_lock);
3049                         return (0);
3050                 }
3051
3052                 ASSERT(hdr->b_state == arc_mru || hdr->b_state == arc_mfu);
3053
3054                 if (done) {
3055                         add_reference(hdr, hash_lock, private);
3056                         /*
3057                          * If this block is already in use, create a new
3058                          * copy of the data so that we will be guaranteed
3059                          * that arc_release() will always succeed.
3060                          */
3061                         buf = hdr->b_buf;
3062                         ASSERT(buf);
3063                         ASSERT(buf->b_data);
3064                         if (HDR_BUF_AVAILABLE(hdr)) {
3065                                 ASSERT(buf->b_efunc == NULL);
3066                                 hdr->b_flags &= ~ARC_BUF_AVAILABLE;
3067                         } else {
3068                                 buf = arc_buf_clone(buf);
3069                         }
3070
3071                 } else if (*arc_flags & ARC_PREFETCH &&
3072                     refcount_count(&hdr->b_refcnt) == 0) {
3073                         hdr->b_flags |= ARC_PREFETCH;
3074                 }
3075                 DTRACE_PROBE1(arc__hit, arc_buf_hdr_t *, hdr);
3076                 arc_access(hdr, hash_lock);
3077                 if (*arc_flags & ARC_L2CACHE)
3078                         hdr->b_flags |= ARC_L2CACHE;
3079                 mutex_exit(hash_lock);
3080                 ARCSTAT_BUMP(arcstat_hits);
3081                 ARCSTAT_CONDSTAT(!(hdr->b_flags & ARC_PREFETCH),
3082                     demand, prefetch, hdr->b_type != ARC_BUFC_METADATA,
3083                     data, metadata, hits);
3084
3085                 if (done)
3086                         done(NULL, buf, private);
3087         } else {
3088                 uint64_t size = BP_GET_LSIZE(bp);
3089                 arc_callback_t  *acb;
3090                 vdev_t *vd = NULL;
3091                 uint64_t addr;
3092                 boolean_t devw = B_FALSE;
3093
3094                 if (hdr == NULL) {
3095                         /* this block is not in the cache */
3096                         arc_buf_hdr_t   *exists;
3097                         arc_buf_contents_t type = BP_GET_BUFC_TYPE(bp);
3098                         buf = arc_buf_alloc(spa, size, private, type);
3099                         hdr = buf->b_hdr;
3100                         hdr->b_dva = *BP_IDENTITY(bp);
3101                         hdr->b_birth = BP_PHYSICAL_BIRTH(bp);
3102                         hdr->b_cksum0 = bp->blk_cksum.zc_word[0];
3103                         exists = buf_hash_insert(hdr, &hash_lock);
3104                         if (exists) {
3105                                 /* somebody beat us to the hash insert */
3106                                 mutex_exit(hash_lock);
3107                                 buf_discard_identity(hdr);
3108                                 (void) arc_buf_remove_ref(buf, private);
3109                                 goto top; /* restart the IO request */
3110                         }
3111                         /* if this is a prefetch, we don't have a reference */
3112                         if (*arc_flags & ARC_PREFETCH) {
3113                                 (void) remove_reference(hdr, hash_lock,
3114                                     private);
3115                                 hdr->b_flags |= ARC_PREFETCH;
3116                         }
3117                         if (*arc_flags & ARC_L2CACHE)
3118                                 hdr->b_flags |= ARC_L2CACHE;
3119                         if (BP_GET_LEVEL(bp) > 0)
3120                                 hdr->b_flags |= ARC_INDIRECT;
3121                 } else {
3122                         /* this block is in the ghost cache */
3123                         ASSERT(GHOST_STATE(hdr->b_state));
3124                         ASSERT(!HDR_IO_IN_PROGRESS(hdr));
3125                         ASSERT0(refcount_count(&hdr->b_refcnt));
3126                         ASSERT(hdr->b_buf == NULL);
3127
3128                         /* if this is a prefetch, we don't have a reference */
3129                         if (*arc_flags & ARC_PREFETCH)
3130                                 hdr->b_flags |= ARC_PREFETCH;
3131                         else
3132                                 add_reference(hdr, hash_lock, private);
3133                         if (*arc_flags & ARC_L2CACHE)
3134                                 hdr->b_flags |= ARC_L2CACHE;
3135                         buf = kmem_cache_alloc(buf_cache, KM_PUSHPAGE);
3136                         buf->b_hdr = hdr;
3137                         buf->b_data = NULL;
3138                         buf->b_efunc = NULL;
3139                         buf->b_private = NULL;
3140                         buf->b_next = NULL;
3141                         hdr->b_buf = buf;
3142                         ASSERT(hdr->b_datacnt == 0);
3143                         hdr->b_datacnt = 1;
3144                         arc_get_data_buf(buf);
3145                         arc_access(hdr, hash_lock);
3146                 }
3147
3148                 ASSERT(!GHOST_STATE(hdr->b_state));
3149
3150                 acb = kmem_zalloc(sizeof (arc_callback_t), KM_SLEEP);
3151                 acb->acb_done = done;
3152                 acb->acb_private = private;
3153
3154                 ASSERT(hdr->b_acb == NULL);
3155                 hdr->b_acb = acb;
3156                 hdr->b_flags |= ARC_IO_IN_PROGRESS;
3157
3158                 if (HDR_L2CACHE(hdr) && hdr->b_l2hdr != NULL &&
3159                     (vd = hdr->b_l2hdr->b_dev->l2ad_vdev) != NULL) {
3160                         devw = hdr->b_l2hdr->b_dev->l2ad_writing;
3161                         addr = hdr->b_l2hdr->b_daddr;
3162                         /*
3163                          * Lock out device removal.
3164                          */
3165                         if (vdev_is_dead(vd) ||
3166                             !spa_config_tryenter(spa, SCL_L2ARC, vd, RW_READER))
3167                                 vd = NULL;
3168                 }
3169
3170                 mutex_exit(hash_lock);
3171
3172                 ASSERT3U(hdr->b_size, ==, size);
3173                 DTRACE_PROBE4(arc__miss, arc_buf_hdr_t *, hdr, blkptr_t *, bp,
3174                     uint64_t, size, zbookmark_t *, zb);
3175                 ARCSTAT_BUMP(arcstat_misses);
3176                 ARCSTAT_CONDSTAT(!(hdr->b_flags & ARC_PREFETCH),
3177                     demand, prefetch, hdr->b_type != ARC_BUFC_METADATA,
3178                     data, metadata, misses);
3179 #ifdef _KERNEL
3180                 curthread->td_ru.ru_inblock++;
3181 #endif
3182
3183                 if (vd != NULL && l2arc_ndev != 0 && !(l2arc_norw && devw)) {
3184                         /*
3185                          * Read from the L2ARC if the following are true:
3186                          * 1. The L2ARC vdev was previously cached.
3187                          * 2. This buffer still has L2ARC metadata.
3188                          * 3. This buffer isn't currently writing to the L2ARC.
3189                          * 4. The L2ARC entry wasn't evicted, which may
3190                          *    also have invalidated the vdev.
3191                          * 5. This isn't prefetch and l2arc_noprefetch is set.
3192                          */
3193                         if (hdr->b_l2hdr != NULL &&
3194                             !HDR_L2_WRITING(hdr) && !HDR_L2_EVICTED(hdr) &&
3195                             !(l2arc_noprefetch && HDR_PREFETCH(hdr))) {
3196                                 l2arc_read_callback_t *cb;
3197
3198                                 DTRACE_PROBE1(l2arc__hit, arc_buf_hdr_t *, hdr);
3199                                 ARCSTAT_BUMP(arcstat_l2_hits);
3200
3201                                 cb = kmem_zalloc(sizeof (l2arc_read_callback_t),
3202                                     KM_SLEEP);
3203                                 cb->l2rcb_buf = buf;
3204                                 cb->l2rcb_spa = spa;
3205                                 cb->l2rcb_bp = *bp;
3206                                 cb->l2rcb_zb = *zb;
3207                                 cb->l2rcb_flags = zio_flags;
3208
3209                                 /*
3210                                  * l2arc read.  The SCL_L2ARC lock will be
3211                                  * released by l2arc_read_done().
3212                                  */
3213                                 rzio = zio_read_phys(pio, vd, addr, size,
3214                                     buf->b_data, ZIO_CHECKSUM_OFF,
3215                                     l2arc_read_done, cb, priority, zio_flags |
3216                                     ZIO_FLAG_DONT_CACHE | ZIO_FLAG_CANFAIL |
3217                                     ZIO_FLAG_DONT_PROPAGATE |
3218                                     ZIO_FLAG_DONT_RETRY, B_FALSE);
3219                                 DTRACE_PROBE2(l2arc__read, vdev_t *, vd,
3220                                     zio_t *, rzio);
3221                                 ARCSTAT_INCR(arcstat_l2_read_bytes, size);
3222
3223                                 if (*arc_flags & ARC_NOWAIT) {
3224                                         zio_nowait(rzio);
3225                                         return (0);
3226                                 }
3227
3228                                 ASSERT(*arc_flags & ARC_WAIT);
3229                                 if (zio_wait(rzio) == 0)
3230                                         return (0);
3231
3232                                 /* l2arc read error; goto zio_read() */
3233                         } else {
3234                                 DTRACE_PROBE1(l2arc__miss,
3235                                     arc_buf_hdr_t *, hdr);
3236                                 ARCSTAT_BUMP(arcstat_l2_misses);
3237                                 if (HDR_L2_WRITING(hdr))
3238                                         ARCSTAT_BUMP(arcstat_l2_rw_clash);
3239                                 spa_config_exit(spa, SCL_L2ARC, vd);
3240                         }
3241                 } else {
3242                         if (vd != NULL)
3243                                 spa_config_exit(spa, SCL_L2ARC, vd);
3244                         if (l2arc_ndev != 0) {
3245                                 DTRACE_PROBE1(l2arc__miss,
3246                                     arc_buf_hdr_t *, hdr);
3247                                 ARCSTAT_BUMP(arcstat_l2_misses);
3248                         }
3249                 }
3250
3251                 rzio = zio_read(pio, spa, bp, buf->b_data, size,
3252                     arc_read_done, buf, priority, zio_flags, zb);
3253
3254                 if (*arc_flags & ARC_WAIT)
3255                         return (zio_wait(rzio));
3256
3257                 ASSERT(*arc_flags & ARC_NOWAIT);
3258                 zio_nowait(rzio);
3259         }
3260         return (0);
3261 }
3262
3263 void
3264 arc_set_callback(arc_buf_t *buf, arc_evict_func_t *func, void *private)
3265 {
3266         ASSERT(buf->b_hdr != NULL);
3267         ASSERT(buf->b_hdr->b_state != arc_anon);
3268         ASSERT(!refcount_is_zero(&buf->b_hdr->b_refcnt) || func == NULL);
3269         ASSERT(buf->b_efunc == NULL);
3270         ASSERT(!HDR_BUF_AVAILABLE(buf->b_hdr));
3271
3272         buf->b_efunc = func;
3273         buf->b_private = private;
3274 }
3275
3276 /*
3277  * This is used by the DMU to let the ARC know that a buffer is
3278  * being evicted, so the ARC should clean up.  If this arc buf
3279  * is not yet in the evicted state, it will be put there.
3280  */
3281 int
3282 arc_buf_evict(arc_buf_t *buf)
3283 {
3284         arc_buf_hdr_t *hdr;
3285         kmutex_t *hash_lock;
3286         arc_buf_t **bufp;
3287         list_t *list, *evicted_list;
3288         kmutex_t *lock, *evicted_lock;
3289
3290         mutex_enter(&buf->b_evict_lock);
3291         hdr = buf->b_hdr;
3292         if (hdr == NULL) {
3293                 /*
3294                  * We are in arc_do_user_evicts().
3295                  */
3296                 ASSERT(buf->b_data == NULL);
3297                 mutex_exit(&buf->b_evict_lock);
3298                 return (0);
3299         } else if (buf->b_data == NULL) {
3300                 arc_buf_t copy = *buf; /* structure assignment */
3301                 /*
3302                  * We are on the eviction list; process this buffer now
3303                  * but let arc_do_user_evicts() do the reaping.
3304                  */
3305                 buf->b_efunc = NULL;
3306                 mutex_exit(&buf->b_evict_lock);
3307                 VERIFY(copy.b_efunc(&copy) == 0);
3308                 return (1);
3309         }
3310         hash_lock = HDR_LOCK(hdr);
3311         mutex_enter(hash_lock);
3312         hdr = buf->b_hdr;
3313         ASSERT3P(hash_lock, ==, HDR_LOCK(hdr));
3314
3315         ASSERT3U(refcount_count(&hdr->b_refcnt), <, hdr->b_datacnt);
3316         ASSERT(hdr->b_state == arc_mru || hdr->b_state == arc_mfu);
3317
3318         /*
3319          * Pull this buffer off of the hdr
3320          */
3321         bufp = &hdr->b_buf;
3322         while (*bufp != buf)
3323                 bufp = &(*bufp)->b_next;
3324         *bufp = buf->b_next;
3325
3326         ASSERT(buf->b_data != NULL);
3327         arc_buf_destroy(buf, FALSE, FALSE);
3328
3329         if (hdr->b_datacnt == 0) {
3330                 arc_state_t *old_state = hdr->b_state;
3331                 arc_state_t *evicted_state;
3332
3333                 ASSERT(hdr->b_buf == NULL);
3334                 ASSERT(refcount_is_zero(&hdr->b_refcnt));
3335
3336                 evicted_state =
3337                     (old_state == arc_mru) ? arc_mru_ghost : arc_mfu_ghost;
3338
3339                 get_buf_info(hdr, old_state, &list, &lock);
3340                 get_buf_info(hdr, evicted_state, &evicted_list, &evicted_lock);
3341                 mutex_enter(lock);
3342                 mutex_enter(evicted_lock);
3343
3344                 arc_change_state(evicted_state, hdr, hash_lock);
3345                 ASSERT(HDR_IN_HASH_TABLE(hdr));
3346                 hdr->b_flags |= ARC_IN_HASH_TABLE;
3347                 hdr->b_flags &= ~ARC_BUF_AVAILABLE;
3348
3349                 mutex_exit(evicted_lock);
3350                 mutex_exit(lock);
3351         }
3352         mutex_exit(hash_lock);
3353         mutex_exit(&buf->b_evict_lock);
3354
3355         VERIFY(buf->b_efunc(buf) == 0);
3356         buf->b_efunc = NULL;
3357         buf->b_private = NULL;
3358         buf->b_hdr = NULL;
3359         buf->b_next = NULL;
3360         kmem_cache_free(buf_cache, buf);
3361         return (1);
3362 }
3363
3364 /*
3365  * Release this buffer from the cache.  This must be done
3366  * after a read and prior to modifying the buffer contents.
3367  * If the buffer has more than one reference, we must make
3368  * a new hdr for the buffer.
3369  */
3370 void
3371 arc_release(arc_buf_t *buf, void *tag)
3372 {
3373         arc_buf_hdr_t *hdr;
3374         kmutex_t *hash_lock = NULL;
3375         l2arc_buf_hdr_t *l2hdr;
3376         uint64_t buf_size;
3377
3378         /*
3379          * It would be nice to assert that if it's DMU metadata (level >
3380          * 0 || it's the dnode file), then it must be syncing context.
3381          * But we don't know that information at this level.
3382          */
3383
3384         mutex_enter(&buf->b_evict_lock);
3385         hdr = buf->b_hdr;
3386
3387         /* this buffer is not on any list */
3388         ASSERT(refcount_count(&hdr->b_refcnt) > 0);
3389
3390         if (hdr->b_state == arc_anon) {
3391                 /* this buffer is already released */
3392                 ASSERT(buf->b_efunc == NULL);
3393         } else {
3394                 hash_lock = HDR_LOCK(hdr);
3395                 mutex_enter(hash_lock);
3396                 hdr = buf->b_hdr;
3397                 ASSERT3P(hash_lock, ==, HDR_LOCK(hdr));
3398         }
3399
3400         l2hdr = hdr->b_l2hdr;
3401         if (l2hdr) {
3402                 mutex_enter(&l2arc_buflist_mtx);
3403                 hdr->b_l2hdr = NULL;
3404                 buf_size = hdr->b_size;
3405         }
3406
3407         /*
3408          * Do we have more than one buf?
3409          */
3410         if (hdr->b_datacnt > 1) {
3411                 arc_buf_hdr_t *nhdr;
3412                 arc_buf_t **bufp;
3413                 uint64_t blksz = hdr->b_size;
3414                 uint64_t spa = hdr->b_spa;
3415                 arc_buf_contents_t type = hdr->b_type;
3416                 uint32_t flags = hdr->b_flags;
3417
3418                 ASSERT(hdr->b_buf != buf || buf->b_next != NULL);
3419                 /*
3420                  * Pull the data off of this hdr and attach it to
3421                  * a new anonymous hdr.
3422                  */
3423                 (void) remove_reference(hdr, hash_lock, tag);
3424                 bufp = &hdr->b_buf;
3425                 while (*bufp != buf)
3426                         bufp = &(*bufp)->b_next;
3427                 *bufp = buf->b_next;
3428                 buf->b_next = NULL;
3429
3430                 ASSERT3U(hdr->b_state->arcs_size, >=, hdr->b_size);
3431                 atomic_add_64(&hdr->b_state->arcs_size, -hdr->b_size);
3432                 if (refcount_is_zero(&hdr->b_refcnt)) {
3433                         uint64_t *size = &hdr->b_state->arcs_lsize[hdr->b_type];
3434                         ASSERT3U(*size, >=, hdr->b_size);
3435                         atomic_add_64(size, -hdr->b_size);
3436                 }
3437                 hdr->b_datacnt -= 1;
3438                 arc_cksum_verify(buf);
3439 #ifdef illumos
3440                 arc_buf_unwatch(buf);
3441 #endif /* illumos */
3442
3443                 mutex_exit(hash_lock);
3444
3445                 nhdr = kmem_cache_alloc(hdr_cache, KM_PUSHPAGE);
3446                 nhdr->b_size = blksz;
3447                 nhdr->b_spa = spa;
3448                 nhdr->b_type = type;
3449                 nhdr->b_buf = buf;
3450                 nhdr->b_state = arc_anon;
3451                 nhdr->b_arc_access = 0;
3452                 nhdr->b_flags = flags & ARC_L2_WRITING;
3453                 nhdr->b_l2hdr = NULL;
3454                 nhdr->b_datacnt = 1;
3455                 nhdr->b_freeze_cksum = NULL;
3456                 (void) refcount_add(&nhdr->b_refcnt, tag);
3457                 buf->b_hdr = nhdr;
3458                 mutex_exit(&buf->b_evict_lock);
3459                 atomic_add_64(&arc_anon->arcs_size, blksz);
3460         } else {
3461                 mutex_exit(&buf->b_evict_lock);
3462                 ASSERT(refcount_count(&hdr->b_refcnt) == 1);
3463                 ASSERT(!list_link_active(&hdr->b_arc_node));
3464                 ASSERT(!HDR_IO_IN_PROGRESS(hdr));
3465                 if (hdr->b_state != arc_anon)
3466                         arc_change_state(arc_anon, hdr, hash_lock);
3467                 hdr->b_arc_access = 0;
3468                 if (hash_lock)
3469                         mutex_exit(hash_lock);
3470
3471                 buf_discard_identity(hdr);
3472                 arc_buf_thaw(buf);
3473         }
3474         buf->b_efunc = NULL;
3475         buf->b_private = NULL;
3476
3477         if (l2hdr) {
3478                 list_remove(l2hdr->b_dev->l2ad_buflist, hdr);
3479                 kmem_free(l2hdr, sizeof (l2arc_buf_hdr_t));
3480                 ARCSTAT_INCR(arcstat_l2_size, -buf_size);
3481                 mutex_exit(&l2arc_buflist_mtx);
3482         }
3483 }
3484
3485 /*
3486  * Release this buffer.  If it does not match the provided BP, fill it
3487  * with that block's contents.
3488  */
3489 /* ARGSUSED */
3490 int
3491 arc_release_bp(arc_buf_t *buf, void *tag, blkptr_t *bp, spa_t *spa,
3492     zbookmark_t *zb)
3493 {
3494         arc_release(buf, tag);
3495         return (0);
3496 }
3497
3498 int
3499 arc_released(arc_buf_t *buf)
3500 {
3501         int released;
3502
3503         mutex_enter(&buf->b_evict_lock);
3504         released = (buf->b_data != NULL && buf->b_hdr->b_state == arc_anon);
3505         mutex_exit(&buf->b_evict_lock);
3506         return (released);
3507 }
3508
3509 int
3510 arc_has_callback(arc_buf_t *buf)
3511 {
3512         int callback;
3513
3514         mutex_enter(&buf->b_evict_lock);
3515         callback = (buf->b_efunc != NULL);
3516         mutex_exit(&buf->b_evict_lock);
3517         return (callback);
3518 }
3519
3520 #ifdef ZFS_DEBUG
3521 int
3522 arc_referenced(arc_buf_t *buf)
3523 {
3524         int referenced;
3525
3526         mutex_enter(&buf->b_evict_lock);
3527         referenced = (refcount_count(&buf->b_hdr->b_refcnt));
3528         mutex_exit(&buf->b_evict_lock);
3529         return (referenced);
3530 }
3531 #endif
3532
3533 static void
3534 arc_write_ready(zio_t *zio)
3535 {
3536         arc_write_callback_t *callback = zio->io_private;
3537         arc_buf_t *buf = callback->awcb_buf;
3538         arc_buf_hdr_t *hdr = buf->b_hdr;
3539
3540         ASSERT(!refcount_is_zero(&buf->b_hdr->b_refcnt));
3541         callback->awcb_ready(zio, buf, callback->awcb_private);
3542
3543         /*
3544          * If the IO is already in progress, then this is a re-write
3545          * attempt, so we need to thaw and re-compute the cksum.
3546          * It is the responsibility of the callback to handle the
3547          * accounting for any re-write attempt.
3548          */
3549         if (HDR_IO_IN_PROGRESS(hdr)) {
3550                 mutex_enter(&hdr->b_freeze_lock);
3551                 if (hdr->b_freeze_cksum != NULL) {
3552                         kmem_free(hdr->b_freeze_cksum, sizeof (zio_cksum_t));
3553                         hdr->b_freeze_cksum = NULL;
3554                 }
3555                 mutex_exit(&hdr->b_freeze_lock);
3556         }
3557         arc_cksum_compute(buf, B_FALSE);
3558         hdr->b_flags |= ARC_IO_IN_PROGRESS;
3559 }
3560
3561 static void
3562 arc_write_done(zio_t *zio)
3563 {
3564         arc_write_callback_t *callback = zio->io_private;
3565         arc_buf_t *buf = callback->awcb_buf;
3566         arc_buf_hdr_t *hdr = buf->b_hdr;
3567
3568         ASSERT(hdr->b_acb == NULL);
3569
3570         if (zio->io_error == 0) {
3571                 hdr->b_dva = *BP_IDENTITY(zio->io_bp);
3572                 hdr->b_birth = BP_PHYSICAL_BIRTH(zio->io_bp);
3573                 hdr->b_cksum0 = zio->io_bp->blk_cksum.zc_word[0];
3574         } else {
3575                 ASSERT(BUF_EMPTY(hdr));
3576         }
3577
3578         /*
3579          * If the block to be written was all-zero, we may have
3580          * compressed it away.  In this case no write was performed
3581          * so there will be no dva/birth/checksum.  The buffer must
3582          * therefore remain anonymous (and uncached).
3583          */
3584         if (!BUF_EMPTY(hdr)) {
3585                 arc_buf_hdr_t *exists;
3586                 kmutex_t *hash_lock;
3587
3588                 ASSERT(zio->io_error == 0);
3589
3590                 arc_cksum_verify(buf);
3591
3592                 exists = buf_hash_insert(hdr, &hash_lock);
3593                 if (exists) {
3594                         /*
3595                          * This can only happen if we overwrite for
3596                          * sync-to-convergence, because we remove
3597                          * buffers from the hash table when we arc_free().
3598                          */
3599                         if (zio->io_flags & ZIO_FLAG_IO_REWRITE) {
3600                                 if (!BP_EQUAL(&zio->io_bp_orig, zio->io_bp))
3601                                         panic("bad overwrite, hdr=%p exists=%p",
3602                                             (void *)hdr, (void *)exists);
3603                                 ASSERT(refcount_is_zero(&exists->b_refcnt));
3604                                 arc_change_state(arc_anon, exists, hash_lock);
3605                                 mutex_exit(hash_lock);
3606                                 arc_hdr_destroy(exists);
3607                                 exists = buf_hash_insert(hdr, &hash_lock);
3608                                 ASSERT3P(exists, ==, NULL);
3609                         } else {
3610                                 /* Dedup */
3611                                 ASSERT(hdr->b_datacnt == 1);
3612                                 ASSERT(hdr->b_state == arc_anon);
3613                                 ASSERT(BP_GET_DEDUP(zio->io_bp));
3614                                 ASSERT(BP_GET_LEVEL(zio->io_bp) == 0);
3615                         }
3616                 }
3617                 hdr->b_flags &= ~ARC_IO_IN_PROGRESS;
3618                 /* if it's not anon, we are doing a scrub */
3619                 if (!exists && hdr->b_state == arc_anon)
3620                         arc_access(hdr, hash_lock);
3621                 mutex_exit(hash_lock);
3622         } else {
3623                 hdr->b_flags &= ~ARC_IO_IN_PROGRESS;
3624         }
3625
3626         ASSERT(!refcount_is_zero(&hdr->b_refcnt));
3627         callback->awcb_done(zio, buf, callback->awcb_private);
3628
3629         kmem_free(callback, sizeof (arc_write_callback_t));
3630 }
3631
3632 zio_t *
3633 arc_write(zio_t *pio, spa_t *spa, uint64_t txg,
3634     blkptr_t *bp, arc_buf_t *buf, boolean_t l2arc, const zio_prop_t *zp,
3635     arc_done_func_t *ready, arc_done_func_t *done, void *private,
3636     int priority, int zio_flags, const zbookmark_t *zb)
3637 {
3638         arc_buf_hdr_t *hdr = buf->b_hdr;
3639         arc_write_callback_t *callback;
3640         zio_t *zio;
3641
3642         ASSERT(ready != NULL);
3643         ASSERT(done != NULL);
3644         ASSERT(!HDR_IO_ERROR(hdr));
3645         ASSERT((hdr->b_flags & ARC_IO_IN_PROGRESS) == 0);
3646         ASSERT(hdr->b_acb == NULL);
3647         if (l2arc)
3648                 hdr->b_flags |= ARC_L2CACHE;
3649         callback = kmem_zalloc(sizeof (arc_write_callback_t), KM_SLEEP);
3650         callback->awcb_ready = ready;
3651         callback->awcb_done = done;
3652         callback->awcb_private = private;
3653         callback->awcb_buf = buf;
3654
3655         zio = zio_write(pio, spa, txg, bp, buf->b_data, hdr->b_size, zp,
3656             arc_write_ready, arc_write_done, callback, priority, zio_flags, zb);
3657
3658         return (zio);
3659 }
3660
3661 static int
3662 arc_memory_throttle(uint64_t reserve, uint64_t inflight_data, uint64_t txg)
3663 {
3664 #ifdef _KERNEL
3665         uint64_t available_memory =
3666             ptoa((uintmax_t)cnt.v_free_count + cnt.v_cache_count);
3667         static uint64_t page_load = 0;
3668         static uint64_t last_txg = 0;
3669
3670 #ifdef sun
3671 #if defined(__i386)
3672         available_memory =
3673             MIN(available_memory, vmem_size(heap_arena, VMEM_FREE));
3674 #endif
3675 #endif  /* sun */
3676         if (available_memory >= zfs_write_limit_max)
3677                 return (0);
3678
3679         if (txg > last_txg) {
3680                 last_txg = txg;
3681                 page_load = 0;
3682         }
3683         /*
3684          * If we are in pageout, we know that memory is already tight,
3685          * the arc is already going to be evicting, so we just want to
3686          * continue to let page writes occur as quickly as possible.
3687          */
3688         if (curproc == pageproc) {
3689                 if (page_load > available_memory / 4)
3690                         return (ERESTART);
3691                 /* Note: reserve is inflated, so we deflate */
3692                 page_load += reserve / 8;
3693                 return (0);
3694         } else if (page_load > 0 && arc_reclaim_needed()) {
3695                 /* memory is low, delay before restarting */
3696                 ARCSTAT_INCR(arcstat_memory_throttle_count, 1);
3697                 return (EAGAIN);
3698         }
3699         page_load = 0;
3700
3701         if (arc_size > arc_c_min) {
3702                 uint64_t evictable_memory =
3703                     arc_mru->arcs_lsize[ARC_BUFC_DATA] +
3704                     arc_mru->arcs_lsize[ARC_BUFC_METADATA] +
3705                     arc_mfu->arcs_lsize[ARC_BUFC_DATA] +
3706                     arc_mfu->arcs_lsize[ARC_BUFC_METADATA];
3707                 available_memory += MIN(evictable_memory, arc_size - arc_c_min);
3708         }
3709
3710         if (inflight_data > available_memory / 4) {
3711                 ARCSTAT_INCR(arcstat_memory_throttle_count, 1);
3712                 return (ERESTART);
3713         }
3714 #endif
3715         return (0);
3716 }
3717
3718 void
3719 arc_tempreserve_clear(uint64_t reserve)
3720 {
3721         atomic_add_64(&arc_tempreserve, -reserve);
3722         ASSERT((int64_t)arc_tempreserve >= 0);
3723 }
3724
3725 int
3726 arc_tempreserve_space(uint64_t reserve, uint64_t txg)
3727 {
3728         int error;
3729         uint64_t anon_size;
3730
3731 #ifdef ZFS_DEBUG
3732         /*
3733          * Once in a while, fail for no reason.  Everything should cope.
3734          */
3735         if (spa_get_random(10000) == 0) {
3736                 dprintf("forcing random failure\n");
3737                 return (ERESTART);
3738         }
3739 #endif
3740         if (reserve > arc_c/4 && !arc_no_grow)
3741                 arc_c = MIN(arc_c_max, reserve * 4);
3742         if (reserve > arc_c)
3743                 return (ENOMEM);
3744
3745         /*
3746          * Don't count loaned bufs as in flight dirty data to prevent long
3747          * network delays from blocking transactions that are ready to be
3748          * assigned to a txg.
3749          */
3750         anon_size = MAX((int64_t)(arc_anon->arcs_size - arc_loaned_bytes), 0);
3751
3752         /*
3753          * Writes will, almost always, require additional memory allocations
3754          * in order to compress/encrypt/etc the data.  We therefor need to
3755          * make sure that there is sufficient available memory for this.
3756          */
3757         if (error = arc_memory_throttle(reserve, anon_size, txg))
3758                 return (error);
3759
3760         /*
3761          * Throttle writes when the amount of dirty data in the cache
3762          * gets too large.  We try to keep the cache less than half full
3763          * of dirty blocks so that our sync times don't grow too large.
3764          * Note: if two requests come in concurrently, we might let them
3765          * both succeed, when one of them should fail.  Not a huge deal.
3766          */
3767
3768         if (reserve + arc_tempreserve + anon_size > arc_c / 2 &&
3769             anon_size > arc_c / 4) {
3770                 dprintf("failing, arc_tempreserve=%lluK anon_meta=%lluK "
3771                     "anon_data=%lluK tempreserve=%lluK arc_c=%lluK\n",
3772                     arc_tempreserve>>10,
3773                     arc_anon->arcs_lsize[ARC_BUFC_METADATA]>>10,
3774                     arc_anon->arcs_lsize[ARC_BUFC_DATA]>>10,
3775                     reserve>>10, arc_c>>10);
3776                 return (ERESTART);
3777         }
3778         atomic_add_64(&arc_tempreserve, reserve);
3779         return (0);
3780 }
3781
3782 static kmutex_t arc_lowmem_lock;
3783 #ifdef _KERNEL
3784 static eventhandler_tag arc_event_lowmem = NULL;
3785
3786 static void
3787 arc_lowmem(void *arg __unused, int howto __unused)
3788 {
3789
3790         /* Serialize access via arc_lowmem_lock. */
3791         mutex_enter(&arc_lowmem_lock);
3792         mutex_enter(&arc_reclaim_thr_lock);
3793         needfree = 1;
3794         cv_signal(&arc_reclaim_thr_cv);
3795
3796         /*
3797          * It is unsafe to block here in arbitrary threads, because we can come
3798          * here from ARC itself and may hold ARC locks and thus risk a deadlock
3799          * with ARC reclaim thread.
3800          */
3801         if (curproc == pageproc) {
3802                 while (needfree)
3803                         msleep(&needfree, &arc_reclaim_thr_lock, 0, "zfs:lowmem", 0);
3804         }
3805         mutex_exit(&arc_reclaim_thr_lock);
3806         mutex_exit(&arc_lowmem_lock);
3807 }
3808 #endif
3809
3810 void
3811 arc_init(void)
3812 {
3813         int i, prefetch_tunable_set = 0;
3814
3815         mutex_init(&arc_reclaim_thr_lock, NULL, MUTEX_DEFAULT, NULL);
3816         cv_init(&arc_reclaim_thr_cv, NULL, CV_DEFAULT, NULL);
3817         mutex_init(&arc_lowmem_lock, NULL, MUTEX_DEFAULT, NULL);
3818
3819         /* Convert seconds to clock ticks */
3820         arc_min_prefetch_lifespan = 1 * hz;
3821
3822         /* Start out with 1/8 of all memory */
3823         arc_c = kmem_size() / 8;
3824
3825 #ifdef sun
3826 #ifdef _KERNEL
3827         /*
3828          * On architectures where the physical memory can be larger
3829          * than the addressable space (intel in 32-bit mode), we may
3830          * need to limit the cache to 1/8 of VM size.
3831          */
3832         arc_c = MIN(arc_c, vmem_size(heap_arena, VMEM_ALLOC | VMEM_FREE) / 8);
3833 #endif
3834 #endif  /* sun */
3835         /* set min cache to 1/32 of all memory, or 16MB, whichever is more */
3836         arc_c_min = MAX(arc_c / 4, 64<<18);
3837         /* set max to 1/2 of all memory, or all but 1GB, whichever is more */
3838         if (arc_c * 8 >= 1<<30)
3839                 arc_c_max = (arc_c * 8) - (1<<30);
3840         else
3841                 arc_c_max = arc_c_min;
3842         arc_c_max = MAX(arc_c * 5, arc_c_max);
3843
3844 #ifdef _KERNEL
3845         /*
3846          * Allow the tunables to override our calculations if they are
3847          * reasonable (ie. over 16MB)
3848          */
3849         if (zfs_arc_max > 64<<18 && zfs_arc_max < kmem_size())
3850                 arc_c_max = zfs_arc_max;
3851         if (zfs_arc_min > 64<<18 && zfs_arc_min <= arc_c_max)
3852                 arc_c_min = zfs_arc_min;
3853 #endif
3854
3855         arc_c = arc_c_max;
3856         arc_p = (arc_c >> 1);
3857
3858         /* limit meta-data to 1/4 of the arc capacity */
3859         arc_meta_limit = arc_c_max / 4;
3860
3861         /* Allow the tunable to override if it is reasonable */
3862         if (zfs_arc_meta_limit > 0 && zfs_arc_meta_limit <= arc_c_max)
3863                 arc_meta_limit = zfs_arc_meta_limit;
3864
3865         if (arc_c_min < arc_meta_limit / 2 && zfs_arc_min == 0)
3866                 arc_c_min = arc_meta_limit / 2;
3867
3868         if (zfs_arc_grow_retry > 0)
3869                 arc_grow_retry = zfs_arc_grow_retry;
3870
3871         if (zfs_arc_shrink_shift > 0)
3872                 arc_shrink_shift = zfs_arc_shrink_shift;
3873
3874         if (zfs_arc_p_min_shift > 0)
3875                 arc_p_min_shift = zfs_arc_p_min_shift;
3876
3877         /* if kmem_flags are set, lets try to use less memory */
3878         if (kmem_debugging())
3879                 arc_c = arc_c / 2;
3880         if (arc_c < arc_c_min)
3881                 arc_c = arc_c_min;
3882
3883         zfs_arc_min = arc_c_min;
3884         zfs_arc_max = arc_c_max;
3885
3886         arc_anon = &ARC_anon;
3887         arc_mru = &ARC_mru;
3888         arc_mru_ghost = &ARC_mru_ghost;
3889         arc_mfu = &ARC_mfu;
3890         arc_mfu_ghost = &ARC_mfu_ghost;
3891         arc_l2c_only = &ARC_l2c_only;
3892         arc_size = 0;
3893
3894         for (i = 0; i < ARC_BUFC_NUMLISTS; i++) {
3895                 mutex_init(&arc_anon->arcs_locks[i].arcs_lock,
3896                     NULL, MUTEX_DEFAULT, NULL);
3897                 mutex_init(&arc_mru->arcs_locks[i].arcs_lock,
3898                     NULL, MUTEX_DEFAULT, NULL);
3899                 mutex_init(&arc_mru_ghost->arcs_locks[i].arcs_lock,
3900                     NULL, MUTEX_DEFAULT, NULL);
3901                 mutex_init(&arc_mfu->arcs_locks[i].arcs_lock,
3902                     NULL, MUTEX_DEFAULT, NULL);
3903                 mutex_init(&arc_mfu_ghost->arcs_locks[i].arcs_lock,
3904                     NULL, MUTEX_DEFAULT, NULL);
3905                 mutex_init(&arc_l2c_only->arcs_locks[i].arcs_lock,
3906                     NULL, MUTEX_DEFAULT, NULL);
3907
3908                 list_create(&arc_mru->arcs_lists[i],
3909                     sizeof (arc_buf_hdr_t), offsetof(arc_buf_hdr_t, b_arc_node));
3910                 list_create(&arc_mru_ghost->arcs_lists[i],
3911                     sizeof (arc_buf_hdr_t), offsetof(arc_buf_hdr_t, b_arc_node));
3912                 list_create(&arc_mfu->arcs_lists[i],
3913                     sizeof (arc_buf_hdr_t), offsetof(arc_buf_hdr_t, b_arc_node));
3914                 list_create(&arc_mfu_ghost->arcs_lists[i],
3915                     sizeof (arc_buf_hdr_t), offsetof(arc_buf_hdr_t, b_arc_node));
3916                 list_create(&arc_mfu_ghost->arcs_lists[i],
3917                     sizeof (arc_buf_hdr_t), offsetof(arc_buf_hdr_t, b_arc_node));
3918                 list_create(&arc_l2c_only->arcs_lists[i],
3919                     sizeof (arc_buf_hdr_t), offsetof(arc_buf_hdr_t, b_arc_node));
3920         }
3921
3922         buf_init();
3923
3924         arc_thread_exit = 0;
3925         arc_eviction_list = NULL;
3926         mutex_init(&arc_eviction_mtx, NULL, MUTEX_DEFAULT, NULL);
3927         bzero(&arc_eviction_hdr, sizeof (arc_buf_hdr_t));
3928
3929         arc_ksp = kstat_create("zfs", 0, "arcstats", "misc", KSTAT_TYPE_NAMED,
3930             sizeof (arc_stats) / sizeof (kstat_named_t), KSTAT_FLAG_VIRTUAL);
3931
3932         if (arc_ksp != NULL) {
3933                 arc_ksp->ks_data = &arc_stats;
3934                 kstat_install(arc_ksp);
3935         }
3936
3937         (void) thread_create(NULL, 0, arc_reclaim_thread, NULL, 0, &p0,
3938             TS_RUN, minclsyspri);
3939
3940 #ifdef _KERNEL
3941         arc_event_lowmem = EVENTHANDLER_REGISTER(vm_lowmem, arc_lowmem, NULL,
3942             EVENTHANDLER_PRI_FIRST);
3943 #endif
3944
3945         arc_dead = FALSE;
3946         arc_warm = B_FALSE;
3947
3948         if (zfs_write_limit_max == 0)
3949                 zfs_write_limit_max = ptob(physmem) >> zfs_write_limit_shift;
3950         else
3951                 zfs_write_limit_shift = 0;
3952         mutex_init(&zfs_write_limit_lock, NULL, MUTEX_DEFAULT, NULL);
3953
3954 #ifdef _KERNEL
3955         if (TUNABLE_INT_FETCH("vfs.zfs.prefetch_disable", &zfs_prefetch_disable))
3956                 prefetch_tunable_set = 1;
3957
3958 #ifdef __i386__
3959         if (prefetch_tunable_set == 0) {
3960                 printf("ZFS NOTICE: Prefetch is disabled by default on i386 "
3961                     "-- to enable,\n");
3962                 printf("            add \"vfs.zfs.prefetch_disable=0\" "
3963                     "to /boot/loader.conf.\n");
3964                 zfs_prefetch_disable = 1;
3965         }
3966 #else
3967         if ((((uint64_t)physmem * PAGESIZE) < (1ULL << 32)) &&
3968             prefetch_tunable_set == 0) {
3969                 printf("ZFS NOTICE: Prefetch is disabled by default if less "
3970                     "than 4GB of RAM is present;\n"
3971                     "            to enable, add \"vfs.zfs.prefetch_disable=0\" "
3972                     "to /boot/loader.conf.\n");
3973                 zfs_prefetch_disable = 1;
3974         }
3975 #endif
3976         /* Warn about ZFS memory and address space requirements. */
3977         if (((uint64_t)physmem * PAGESIZE) < (256 + 128 + 64) * (1 << 20)) {
3978                 printf("ZFS WARNING: Recommended minimum RAM size is 512MB; "
3979                     "expect unstable behavior.\n");
3980         }
3981         if (kmem_size() < 512 * (1 << 20)) {
3982                 printf("ZFS WARNING: Recommended minimum kmem_size is 512MB; "
3983                     "expect unstable behavior.\n");
3984                 printf("             Consider tuning vm.kmem_size and "
3985                     "vm.kmem_size_max\n");
3986                 printf("             in /boot/loader.conf.\n");
3987         }
3988 #endif
3989 }
3990
3991 void
3992 arc_fini(void)
3993 {
3994         int i;
3995
3996         mutex_enter(&arc_reclaim_thr_lock);
3997         arc_thread_exit = 1;
3998         cv_signal(&arc_reclaim_thr_cv);
3999         while (arc_thread_exit != 0)
4000                 cv_wait(&arc_reclaim_thr_cv, &arc_reclaim_thr_lock);
4001         mutex_exit(&arc_reclaim_thr_lock);
4002
4003         arc_flush(NULL);
4004
4005         arc_dead = TRUE;
4006
4007         if (arc_ksp != NULL) {
4008                 kstat_delete(arc_ksp);
4009                 arc_ksp = NULL;
4010         }
4011
4012         mutex_destroy(&arc_eviction_mtx);
4013         mutex_destroy(&arc_reclaim_thr_lock);
4014         cv_destroy(&arc_reclaim_thr_cv);
4015
4016         for (i = 0; i < ARC_BUFC_NUMLISTS; i++) {
4017                 list_destroy(&arc_mru->arcs_lists[i]);
4018                 list_destroy(&arc_mru_ghost->arcs_lists[i]);
4019                 list_destroy(&arc_mfu->arcs_lists[i]);
4020                 list_destroy(&arc_mfu_ghost->arcs_lists[i]);
4021                 list_destroy(&arc_l2c_only->arcs_lists[i]);
4022
4023                 mutex_destroy(&arc_anon->arcs_locks[i].arcs_lock);
4024                 mutex_destroy(&arc_mru->arcs_locks[i].arcs_lock);
4025                 mutex_destroy(&arc_mru_ghost->arcs_locks[i].arcs_lock);
4026                 mutex_destroy(&arc_mfu->arcs_locks[i].arcs_lock);
4027                 mutex_destroy(&arc_mfu_ghost->arcs_locks[i].arcs_lock);
4028                 mutex_destroy(&arc_l2c_only->arcs_locks[i].arcs_lock);
4029         }
4030
4031         mutex_destroy(&zfs_write_limit_lock);
4032
4033         buf_fini();
4034
4035         ASSERT(arc_loaned_bytes == 0);
4036
4037         mutex_destroy(&arc_lowmem_lock);
4038 #ifdef _KERNEL
4039         if (arc_event_lowmem != NULL)
4040                 EVENTHANDLER_DEREGISTER(vm_lowmem, arc_event_lowmem);
4041 #endif
4042 }
4043
4044 /*
4045  * Level 2 ARC
4046  *
4047  * The level 2 ARC (L2ARC) is a cache layer in-between main memory and disk.
4048  * It uses dedicated storage devices to hold cached data, which are populated
4049  * using large infrequent writes.  The main role of this cache is to boost
4050  * the performance of random read workloads.  The intended L2ARC devices
4051  * include short-stroked disks, solid state disks, and other media with
4052  * substantially faster read latency than disk.
4053  *
4054  *                 +-----------------------+
4055  *                 |         ARC           |
4056  *                 +-----------------------+
4057  *                    |         ^     ^
4058  *                    |         |     |
4059  *      l2arc_feed_thread()    arc_read()
4060  *                    |         |     |
4061  *                    |  l2arc read   |
4062  *                    V         |     |
4063  *               +---------------+    |
4064  *               |     L2ARC     |    |
4065  *               +---------------+    |
4066  *                   |    ^           |
4067  *          l2arc_write() |           |
4068  *                   |    |           |
4069  *                   V    |           |
4070  *                 +-------+      +-------+
4071  *                 | vdev  |      | vdev  |
4072  *                 | cache |      | cache |
4073  *                 +-------+      +-------+
4074  *                 +=========+     .-----.
4075  *                 :  L2ARC  :    |-_____-|
4076  *                 : devices :    | Disks |
4077  *                 +=========+    `-_____-'
4078  *
4079  * Read requests are satisfied from the following sources, in order:
4080  *
4081  *      1) ARC
4082  *      2) vdev cache of L2ARC devices
4083  *      3) L2ARC devices
4084  *      4) vdev cache of disks
4085  *      5) disks
4086  *
4087  * Some L2ARC device types exhibit extremely slow write performance.
4088  * To accommodate for this there are some significant differences between
4089  * the L2ARC and traditional cache design:
4090  *
4091  * 1. There is no eviction path from the ARC to the L2ARC.  Evictions from
4092  * the ARC behave as usual, freeing buffers and placing headers on ghost
4093  * lists.  The ARC does not send buffers to the L2ARC during eviction as
4094  * this would add inflated write latencies for all ARC memory pressure.
4095  *
4096  * 2. The L2ARC attempts to cache data from the ARC before it is evicted.
4097  * It does this by periodically scanning buffers from the eviction-end of
4098  * the MFU and MRU ARC lists, copying them to the L2ARC devices if they are
4099  * not already there.  It scans until a headroom of buffers is satisfied,
4100  * which itself is a buffer for ARC eviction.  The thread that does this is
4101  * l2arc_feed_thread(), illustrated below; example sizes are included to
4102  * provide a better sense of ratio than this diagram:
4103  *
4104  *             head -->                        tail
4105  *              +---------------------+----------+
4106  *      ARC_mfu |:::::#:::::::::::::::|o#o###o###|-->.   # already on L2ARC
4107  *              +---------------------+----------+   |   o L2ARC eligible
4108  *      ARC_mru |:#:::::::::::::::::::|#o#ooo####|-->|   : ARC buffer
4109  *              +---------------------+----------+   |
4110  *                   15.9 Gbytes      ^ 32 Mbytes    |
4111  *                                 headroom          |
4112  *                                            l2arc_feed_thread()
4113  *                                                   |
4114  *                       l2arc write hand <--[oooo]--'
4115  *                               |           8 Mbyte
4116  *                               |          write max
4117  *                               V
4118  *                +==============================+
4119  *      L2ARC dev |####|#|###|###|    |####| ... |
4120  *                +==============================+
4121  *                           32 Gbytes
4122  *
4123  * 3. If an ARC buffer is copied to the L2ARC but then hit instead of
4124  * evicted, then the L2ARC has cached a buffer much sooner than it probably
4125  * needed to, potentially wasting L2ARC device bandwidth and storage.  It is
4126  * safe to say that this is an uncommon case, since buffers at the end of
4127  * the ARC lists have moved there due to inactivity.
4128  *
4129  * 4. If the ARC evicts faster than the L2ARC can maintain a headroom,
4130  * then the L2ARC simply misses copying some buffers.  This serves as a
4131  * pressure valve to prevent heavy read workloads from both stalling the ARC
4132  * with waits and clogging the L2ARC with writes.  This also helps prevent
4133  * the potential for the L2ARC to churn if it attempts to cache content too
4134  * quickly, such as during backups of the entire pool.
4135  *
4136  * 5. After system boot and before the ARC has filled main memory, there are
4137  * no evictions from the ARC and so the tails of the ARC_mfu and ARC_mru
4138  * lists can remain mostly static.  Instead of searching from tail of these
4139  * lists as pictured, the l2arc_feed_thread() will search from the list heads
4140  * for eligible buffers, greatly increasing its chance of finding them.
4141  *
4142  * The L2ARC device write speed is also boosted during this time so that
4143  * the L2ARC warms up faster.  Since there have been no ARC evictions yet,
4144  * there are no L2ARC reads, and no fear of degrading read performance
4145  * through increased writes.
4146  *
4147  * 6. Writes to the L2ARC devices are grouped and sent in-sequence, so that
4148  * the vdev queue can aggregate them into larger and fewer writes.  Each
4149  * device is written to in a rotor fashion, sweeping writes through
4150  * available space then repeating.
4151  *
4152  * 7. The L2ARC does not store dirty content.  It never needs to flush
4153  * write buffers back to disk based storage.
4154  *
4155  * 8. If an ARC buffer is written (and dirtied) which also exists in the
4156  * L2ARC, the now stale L2ARC buffer is immediately dropped.
4157  *
4158  * The performance of the L2ARC can be tweaked by a number of tunables, which
4159  * may be necessary for different workloads:
4160  *
4161  *      l2arc_write_max         max write bytes per interval
4162  *      l2arc_write_boost       extra write bytes during device warmup
4163  *      l2arc_noprefetch        skip caching prefetched buffers
4164  *      l2arc_headroom          number of max device writes to precache
4165  *      l2arc_feed_secs         seconds between L2ARC writing
4166  *
4167  * Tunables may be removed or added as future performance improvements are
4168  * integrated, and also may become zpool properties.
4169  *
4170  * There are three key functions that control how the L2ARC warms up:
4171  *
4172  *      l2arc_write_eligible()  check if a buffer is eligible to cache
4173  *      l2arc_write_size()      calculate how much to write
4174  *      l2arc_write_interval()  calculate sleep delay between writes
4175  *
4176  * These three functions determine what to write, how much, and how quickly
4177  * to send writes.
4178  */
4179
4180 static boolean_t
4181 l2arc_write_eligible(uint64_t spa_guid, arc_buf_hdr_t *ab)
4182 {
4183         /*
4184          * A buffer is *not* eligible for the L2ARC if it:
4185          * 1. belongs to a different spa.
4186          * 2. is already cached on the L2ARC.
4187          * 3. has an I/O in progress (it may be an incomplete read).
4188          * 4. is flagged not eligible (zfs property).
4189          */
4190         if (ab->b_spa != spa_guid) {
4191                 ARCSTAT_BUMP(arcstat_l2_write_spa_mismatch);
4192                 return (B_FALSE);
4193         }
4194         if (ab->b_l2hdr != NULL) {
4195                 ARCSTAT_BUMP(arcstat_l2_write_in_l2);
4196                 return (B_FALSE);
4197         }
4198         if (HDR_IO_IN_PROGRESS(ab)) {
4199                 ARCSTAT_BUMP(arcstat_l2_write_hdr_io_in_progress);
4200                 return (B_FALSE);
4201         }
4202         if (!HDR_L2CACHE(ab)) {
4203                 ARCSTAT_BUMP(arcstat_l2_write_not_cacheable);
4204                 return (B_FALSE);
4205         }
4206
4207         return (B_TRUE);
4208 }
4209
4210 static uint64_t
4211 l2arc_write_size(l2arc_dev_t *dev)
4212 {
4213         uint64_t size;
4214
4215         size = dev->l2ad_write;
4216
4217         if (arc_warm == B_FALSE)
4218                 size += dev->l2ad_boost;
4219
4220         return (size);
4221
4222 }
4223
4224 static clock_t
4225 l2arc_write_interval(clock_t began, uint64_t wanted, uint64_t wrote)
4226 {
4227         clock_t interval, next, now;
4228
4229         /*
4230          * If the ARC lists are busy, increase our write rate; if the
4231          * lists are stale, idle back.  This is achieved by checking
4232          * how much we previously wrote - if it was more than half of
4233          * what we wanted, schedule the next write much sooner.
4234          */
4235         if (l2arc_feed_again && wrote > (wanted / 2))
4236                 interval = (hz * l2arc_feed_min_ms) / 1000;
4237         else
4238                 interval = hz * l2arc_feed_secs;
4239
4240         now = ddi_get_lbolt();
4241         next = MAX(now, MIN(now + interval, began + interval));
4242
4243         return (next);
4244 }
4245
4246 static void
4247 l2arc_hdr_stat_add(void)
4248 {
4249         ARCSTAT_INCR(arcstat_l2_hdr_size, HDR_SIZE + L2HDR_SIZE);
4250         ARCSTAT_INCR(arcstat_hdr_size, -HDR_SIZE);
4251 }
4252
4253 static void
4254 l2arc_hdr_stat_remove(void)
4255 {
4256         ARCSTAT_INCR(arcstat_l2_hdr_size, -(HDR_SIZE + L2HDR_SIZE));
4257         ARCSTAT_INCR(arcstat_hdr_size, HDR_SIZE);
4258 }
4259
4260 /*
4261  * Cycle through L2ARC devices.  This is how L2ARC load balances.
4262  * If a device is returned, this also returns holding the spa config lock.
4263  */
4264 static l2arc_dev_t *
4265 l2arc_dev_get_next(void)
4266 {
4267         l2arc_dev_t *first, *next = NULL;
4268
4269         /*
4270          * Lock out the removal of spas (spa_namespace_lock), then removal
4271          * of cache devices (l2arc_dev_mtx).  Once a device has been selected,
4272          * both locks will be dropped and a spa config lock held instead.
4273          */
4274         mutex_enter(&spa_namespace_lock);
4275         mutex_enter(&l2arc_dev_mtx);
4276
4277         /* if there are no vdevs, there is nothing to do */
4278         if (l2arc_ndev == 0)
4279                 goto out;
4280
4281         first = NULL;
4282         next = l2arc_dev_last;
4283         do {
4284                 /* loop around the list looking for a non-faulted vdev */
4285                 if (next == NULL) {
4286                         next = list_head(l2arc_dev_list);
4287                 } else {
4288                         next = list_next(l2arc_dev_list, next);
4289                         if (next == NULL)
4290                                 next = list_head(l2arc_dev_list);
4291                 }
4292
4293                 /* if we have come back to the start, bail out */
4294                 if (first == NULL)
4295                         first = next;
4296                 else if (next == first)
4297                         break;
4298
4299         } while (vdev_is_dead(next->l2ad_vdev));
4300
4301         /* if we were unable to find any usable vdevs, return NULL */
4302         if (vdev_is_dead(next->l2ad_vdev))
4303                 next = NULL;
4304
4305         l2arc_dev_last = next;
4306
4307 out:
4308         mutex_exit(&l2arc_dev_mtx);
4309
4310         /*
4311          * Grab the config lock to prevent the 'next' device from being
4312          * removed while we are writing to it.
4313          */
4314         if (next != NULL)
4315                 spa_config_enter(next->l2ad_spa, SCL_L2ARC, next, RW_READER);
4316         mutex_exit(&spa_namespace_lock);
4317
4318         return (next);
4319 }
4320
4321 /*
4322  * Free buffers that were tagged for destruction.
4323  */
4324 static void
4325 l2arc_do_free_on_write()
4326 {
4327         list_t *buflist;
4328         l2arc_data_free_t *df, *df_prev;
4329
4330         mutex_enter(&l2arc_free_on_write_mtx);
4331         buflist = l2arc_free_on_write;
4332
4333         for (df = list_tail(buflist); df; df = df_prev) {
4334                 df_prev = list_prev(buflist, df);
4335                 ASSERT(df->l2df_data != NULL);
4336                 ASSERT(df->l2df_func != NULL);
4337                 df->l2df_func(df->l2df_data, df->l2df_size);
4338                 list_remove(buflist, df);
4339                 kmem_free(df, sizeof (l2arc_data_free_t));
4340         }
4341
4342         mutex_exit(&l2arc_free_on_write_mtx);
4343 }
4344
4345 /*
4346  * A write to a cache device has completed.  Update all headers to allow
4347  * reads from these buffers to begin.
4348  */
4349 static void
4350 l2arc_write_done(zio_t *zio)
4351 {
4352         l2arc_write_callback_t *cb;
4353         l2arc_dev_t *dev;
4354         list_t *buflist;
4355         arc_buf_hdr_t *head, *ab, *ab_prev;
4356         l2arc_buf_hdr_t *abl2;
4357         kmutex_t *hash_lock;
4358
4359         cb = zio->io_private;
4360         ASSERT(cb != NULL);
4361         dev = cb->l2wcb_dev;
4362         ASSERT(dev != NULL);
4363         head = cb->l2wcb_head;
4364         ASSERT(head != NULL);
4365         buflist = dev->l2ad_buflist;
4366         ASSERT(buflist != NULL);
4367         DTRACE_PROBE2(l2arc__iodone, zio_t *, zio,
4368             l2arc_write_callback_t *, cb);
4369
4370         if (zio->io_error != 0)
4371                 ARCSTAT_BUMP(arcstat_l2_writes_error);
4372
4373         mutex_enter(&l2arc_buflist_mtx);
4374
4375         /*
4376          * All writes completed, or an error was hit.
4377          */
4378         for (ab = list_prev(buflist, head); ab; ab = ab_prev) {
4379                 ab_prev = list_prev(buflist, ab);
4380
4381                 hash_lock = HDR_LOCK(ab);
4382                 if (!mutex_tryenter(hash_lock)) {
4383                         /*
4384                          * This buffer misses out.  It may be in a stage
4385                          * of eviction.  Its ARC_L2_WRITING flag will be
4386                          * left set, denying reads to this buffer.
4387                          */
4388                         ARCSTAT_BUMP(arcstat_l2_writes_hdr_miss);
4389                         continue;
4390                 }
4391
4392                 if (zio->io_error != 0) {
4393                         /*
4394                          * Error - drop L2ARC entry.
4395                          */
4396                         list_remove(buflist, ab);
4397                         abl2 = ab->b_l2hdr;
4398                         ab->b_l2hdr = NULL;
4399                         kmem_free(abl2, sizeof (l2arc_buf_hdr_t));
4400                         ARCSTAT_INCR(arcstat_l2_size, -ab->b_size);
4401                 }
4402
4403                 /*
4404                  * Allow ARC to begin reads to this L2ARC entry.
4405                  */
4406                 ab->b_flags &= ~ARC_L2_WRITING;
4407
4408                 mutex_exit(hash_lock);
4409         }
4410
4411         atomic_inc_64(&l2arc_writes_done);
4412         list_remove(buflist, head);
4413         kmem_cache_free(hdr_cache, head);
4414         mutex_exit(&l2arc_buflist_mtx);
4415
4416         l2arc_do_free_on_write();
4417
4418         kmem_free(cb, sizeof (l2arc_write_callback_t));
4419 }
4420
4421 /*
4422  * A read to a cache device completed.  Validate buffer contents before
4423  * handing over to the regular ARC routines.
4424  */
4425 static void
4426 l2arc_read_done(zio_t *zio)
4427 {
4428         l2arc_read_callback_t *cb;
4429         arc_buf_hdr_t *hdr;
4430         arc_buf_t *buf;
4431         kmutex_t *hash_lock;
4432         int equal;
4433
4434         ASSERT(zio->io_vd != NULL);
4435         ASSERT(zio->io_flags & ZIO_FLAG_DONT_PROPAGATE);
4436
4437         spa_config_exit(zio->io_spa, SCL_L2ARC, zio->io_vd);
4438
4439         cb = zio->io_private;
4440         ASSERT(cb != NULL);
4441         buf = cb->l2rcb_buf;
4442         ASSERT(buf != NULL);
4443
4444         hash_lock = HDR_LOCK(buf->b_hdr);
4445         mutex_enter(hash_lock);
4446         hdr = buf->b_hdr;
4447         ASSERT3P(hash_lock, ==, HDR_LOCK(hdr));
4448
4449         /*
4450          * Check this survived the L2ARC journey.
4451          */
4452         equal = arc_cksum_equal(buf);
4453         if (equal && zio->io_error == 0 && !HDR_L2_EVICTED(hdr)) {
4454                 mutex_exit(hash_lock);
4455                 zio->io_private = buf;
4456                 zio->io_bp_copy = cb->l2rcb_bp; /* XXX fix in L2ARC 2.0 */
4457                 zio->io_bp = &zio->io_bp_copy;  /* XXX fix in L2ARC 2.0 */
4458                 arc_read_done(zio);
4459         } else {
4460                 mutex_exit(hash_lock);
4461                 /*
4462                  * Buffer didn't survive caching.  Increment stats and
4463                  * reissue to the original storage device.
4464                  */
4465                 if (zio->io_error != 0) {
4466                         ARCSTAT_BUMP(arcstat_l2_io_error);
4467                 } else {
4468                         zio->io_error = EIO;
4469                 }
4470                 if (!equal)
4471                         ARCSTAT_BUMP(arcstat_l2_cksum_bad);
4472
4473                 /*
4474                  * If there's no waiter, issue an async i/o to the primary
4475                  * storage now.  If there *is* a waiter, the caller must
4476                  * issue the i/o in a context where it's OK to block.
4477                  */
4478                 if (zio->io_waiter == NULL) {
4479                         zio_t *pio = zio_unique_parent(zio);
4480
4481                         ASSERT(!pio || pio->io_child_type == ZIO_CHILD_LOGICAL);
4482
4483                         zio_nowait(zio_read(pio, cb->l2rcb_spa, &cb->l2rcb_bp,
4484                             buf->b_data, zio->io_size, arc_read_done, buf,
4485                             zio->io_priority, cb->l2rcb_flags, &cb->l2rcb_zb));
4486                 }
4487         }
4488
4489         kmem_free(cb, sizeof (l2arc_read_callback_t));
4490 }
4491
4492 /*
4493  * This is the list priority from which the L2ARC will search for pages to
4494  * cache.  This is used within loops (0..3) to cycle through lists in the
4495  * desired order.  This order can have a significant effect on cache
4496  * performance.
4497  *
4498  * Currently the metadata lists are hit first, MFU then MRU, followed by
4499  * the data lists.  This function returns a locked list, and also returns
4500  * the lock pointer.
4501  */
4502 static list_t *
4503 l2arc_list_locked(int list_num, kmutex_t **lock)
4504 {
4505         list_t *list;
4506         int idx;
4507
4508         ASSERT(list_num >= 0 && list_num < 2 * ARC_BUFC_NUMLISTS);
4509
4510         if (list_num < ARC_BUFC_NUMMETADATALISTS) {
4511                 idx = list_num;
4512                 list = &arc_mfu->arcs_lists[idx];
4513                 *lock = ARCS_LOCK(arc_mfu, idx);
4514         } else if (list_num < ARC_BUFC_NUMMETADATALISTS * 2) {
4515                 idx = list_num - ARC_BUFC_NUMMETADATALISTS;
4516                 list = &arc_mru->arcs_lists[idx];
4517                 *lock = ARCS_LOCK(arc_mru, idx);
4518         } else if (list_num < (ARC_BUFC_NUMMETADATALISTS * 2 +
4519                 ARC_BUFC_NUMDATALISTS)) {
4520                 idx = list_num - ARC_BUFC_NUMMETADATALISTS;
4521                 list = &arc_mfu->arcs_lists[idx];
4522                 *lock = ARCS_LOCK(arc_mfu, idx);
4523         } else {
4524                 idx = list_num - ARC_BUFC_NUMLISTS;
4525                 list = &arc_mru->arcs_lists[idx];
4526                 *lock = ARCS_LOCK(arc_mru, idx);
4527         }
4528
4529         ASSERT(!(MUTEX_HELD(*lock)));
4530         mutex_enter(*lock);
4531         return (list);
4532 }
4533
4534 /*
4535  * Evict buffers from the device write hand to the distance specified in
4536  * bytes.  This distance may span populated buffers, it may span nothing.
4537  * This is clearing a region on the L2ARC device ready for writing.
4538  * If the 'all' boolean is set, every buffer is evicted.
4539  */
4540 static void
4541 l2arc_evict(l2arc_dev_t *dev, uint64_t distance, boolean_t all)
4542 {
4543         list_t *buflist;
4544         l2arc_buf_hdr_t *abl2;
4545         arc_buf_hdr_t *ab, *ab_prev;
4546         kmutex_t *hash_lock;
4547         uint64_t taddr;
4548
4549         buflist = dev->l2ad_buflist;
4550
4551         if (buflist == NULL)
4552                 return;
4553
4554         if (!all && dev->l2ad_first) {
4555                 /*
4556                  * This is the first sweep through the device.  There is
4557                  * nothing to evict.
4558                  */
4559                 return;
4560         }
4561
4562         if (dev->l2ad_hand >= (dev->l2ad_end - (2 * distance))) {
4563                 /*
4564                  * When nearing the end of the device, evict to the end
4565                  * before the device write hand jumps to the start.
4566                  */
4567                 taddr = dev->l2ad_end;
4568         } else {
4569                 taddr = dev->l2ad_hand + distance;
4570         }
4571         DTRACE_PROBE4(l2arc__evict, l2arc_dev_t *, dev, list_t *, buflist,
4572             uint64_t, taddr, boolean_t, all);
4573
4574 top:
4575         mutex_enter(&l2arc_buflist_mtx);
4576         for (ab = list_tail(buflist); ab; ab = ab_prev) {
4577                 ab_prev = list_prev(buflist, ab);
4578
4579                 hash_lock = HDR_LOCK(ab);
4580                 if (!mutex_tryenter(hash_lock)) {
4581                         /*
4582                          * Missed the hash lock.  Retry.
4583                          */
4584                         ARCSTAT_BUMP(arcstat_l2_evict_lock_retry);
4585                         mutex_exit(&l2arc_buflist_mtx);
4586                         mutex_enter(hash_lock);
4587                         mutex_exit(hash_lock);
4588                         goto top;
4589                 }
4590
4591                 if (HDR_L2_WRITE_HEAD(ab)) {
4592                         /*
4593                          * We hit a write head node.  Leave it for
4594                          * l2arc_write_done().
4595                          */
4596                         list_remove(buflist, ab);
4597                         mutex_exit(hash_lock);
4598                         continue;
4599                 }
4600
4601                 if (!all && ab->b_l2hdr != NULL &&
4602                     (ab->b_l2hdr->b_daddr > taddr ||
4603                     ab->b_l2hdr->b_daddr < dev->l2ad_hand)) {
4604                         /*
4605                          * We've evicted to the target address,
4606                          * or the end of the device.
4607                          */
4608                         mutex_exit(hash_lock);
4609                         break;
4610                 }
4611
4612                 if (HDR_FREE_IN_PROGRESS(ab)) {
4613                         /*
4614                          * Already on the path to destruction.
4615                          */
4616                         mutex_exit(hash_lock);
4617                         continue;
4618                 }
4619
4620                 if (ab->b_state == arc_l2c_only) {
4621                         ASSERT(!HDR_L2_READING(ab));
4622                         /*
4623                          * This doesn't exist in the ARC.  Destroy.
4624                          * arc_hdr_destroy() will call list_remove()
4625                          * and decrement arcstat_l2_size.
4626                          */
4627                         arc_change_state(arc_anon, ab, hash_lock);
4628                         arc_hdr_destroy(ab);
4629                 } else {
4630                         /*
4631                          * Invalidate issued or about to be issued
4632                          * reads, since we may be about to write
4633                          * over this location.
4634                          */
4635                         if (HDR_L2_READING(ab)) {
4636                                 ARCSTAT_BUMP(arcstat_l2_evict_reading);
4637                                 ab->b_flags |= ARC_L2_EVICTED;
4638                         }
4639
4640                         /*
4641                          * Tell ARC this no longer exists in L2ARC.
4642                          */
4643                         if (ab->b_l2hdr != NULL) {
4644                                 abl2 = ab->b_l2hdr;
4645                                 ab->b_l2hdr = NULL;
4646                                 kmem_free(abl2, sizeof (l2arc_buf_hdr_t));
4647                                 ARCSTAT_INCR(arcstat_l2_size, -ab->b_size);
4648                         }
4649                         list_remove(buflist, ab);
4650
4651                         /*
4652                          * This may have been leftover after a
4653                          * failed write.
4654                          */
4655                         ab->b_flags &= ~ARC_L2_WRITING;
4656                 }
4657                 mutex_exit(hash_lock);
4658         }
4659         mutex_exit(&l2arc_buflist_mtx);
4660
4661         vdev_space_update(dev->l2ad_vdev, -(taddr - dev->l2ad_evict), 0, 0);
4662         dev->l2ad_evict = taddr;
4663 }
4664
4665 /*
4666  * Find and write ARC buffers to the L2ARC device.
4667  *
4668  * An ARC_L2_WRITING flag is set so that the L2ARC buffers are not valid
4669  * for reading until they have completed writing.
4670  */
4671 static uint64_t
4672 l2arc_write_buffers(spa_t *spa, l2arc_dev_t *dev, uint64_t target_sz)
4673 {
4674         arc_buf_hdr_t *ab, *ab_prev, *head;
4675         l2arc_buf_hdr_t *hdrl2;
4676         list_t *list;
4677         uint64_t passed_sz, write_sz, buf_sz, headroom;
4678         void *buf_data;
4679         kmutex_t *hash_lock, *list_lock;
4680         boolean_t have_lock, full;
4681         l2arc_write_callback_t *cb;
4682         zio_t *pio, *wzio;
4683         uint64_t guid = spa_load_guid(spa);
4684         int try;
4685
4686         ASSERT(dev->l2ad_vdev != NULL);
4687
4688         pio = NULL;
4689         write_sz = 0;
4690         full = B_FALSE;
4691         head = kmem_cache_alloc(hdr_cache, KM_PUSHPAGE);
4692         head->b_flags |= ARC_L2_WRITE_HEAD;
4693
4694         ARCSTAT_BUMP(arcstat_l2_write_buffer_iter);
4695         /*
4696          * Copy buffers for L2ARC writing.
4697          */
4698         mutex_enter(&l2arc_buflist_mtx);
4699         for (try = 0; try < 2 * ARC_BUFC_NUMLISTS; try++) {
4700                 list = l2arc_list_locked(try, &list_lock);
4701                 passed_sz = 0;
4702                 ARCSTAT_BUMP(arcstat_l2_write_buffer_list_iter);
4703
4704                 /*
4705                  * L2ARC fast warmup.
4706                  *
4707                  * Until the ARC is warm and starts to evict, read from the
4708                  * head of the ARC lists rather than the tail.
4709                  */
4710                 headroom = target_sz * l2arc_headroom;
4711                 if (arc_warm == B_FALSE)
4712                         ab = list_head(list);
4713                 else
4714                         ab = list_tail(list);
4715                 if (ab == NULL)
4716                         ARCSTAT_BUMP(arcstat_l2_write_buffer_list_null_iter);
4717
4718                 for (; ab; ab = ab_prev) {
4719                         if (arc_warm == B_FALSE)
4720                                 ab_prev = list_next(list, ab);
4721                         else
4722                                 ab_prev = list_prev(list, ab);
4723                         ARCSTAT_INCR(arcstat_l2_write_buffer_bytes_scanned, ab->b_size);
4724
4725                         hash_lock = HDR_LOCK(ab);
4726                         have_lock = MUTEX_HELD(hash_lock);
4727                         if (!have_lock && !mutex_tryenter(hash_lock)) {
4728                                 ARCSTAT_BUMP(arcstat_l2_write_trylock_fail);
4729                                 /*
4730                                  * Skip this buffer rather than waiting.
4731                                  */
4732                                 continue;
4733                         }
4734
4735                         passed_sz += ab->b_size;
4736                         if (passed_sz > headroom) {
4737                                 /*
4738                                  * Searched too far.
4739                                  */
4740                                 mutex_exit(hash_lock);
4741                                 ARCSTAT_BUMP(arcstat_l2_write_passed_headroom);
4742                                 break;
4743                         }
4744
4745                         if (!l2arc_write_eligible(guid, ab)) {
4746                                 mutex_exit(hash_lock);
4747                                 continue;
4748                         }
4749
4750                         if ((write_sz + ab->b_size) > target_sz) {
4751                                 full = B_TRUE;
4752                                 mutex_exit(hash_lock);
4753                                 ARCSTAT_BUMP(arcstat_l2_write_full);
4754                                 break;
4755                         }
4756
4757                         if (pio == NULL) {
4758                                 /*
4759                                  * Insert a dummy header on the buflist so
4760                                  * l2arc_write_done() can find where the
4761                                  * write buffers begin without searching.
4762                                  */
4763                                 list_insert_head(dev->l2ad_buflist, head);
4764
4765                                 cb = kmem_alloc(
4766                                     sizeof (l2arc_write_callback_t), KM_SLEEP);
4767                                 cb->l2wcb_dev = dev;
4768                                 cb->l2wcb_head = head;
4769                                 pio = zio_root(spa, l2arc_write_done, cb,
4770                                     ZIO_FLAG_CANFAIL);
4771                                 ARCSTAT_BUMP(arcstat_l2_write_pios);
4772                         }
4773
4774                         /*
4775                          * Create and add a new L2ARC header.
4776                          */
4777                         hdrl2 = kmem_zalloc(sizeof (l2arc_buf_hdr_t), KM_SLEEP);
4778                         hdrl2->b_dev = dev;
4779                         hdrl2->b_daddr = dev->l2ad_hand;
4780
4781                         ab->b_flags |= ARC_L2_WRITING;
4782                         ab->b_l2hdr = hdrl2;
4783                         list_insert_head(dev->l2ad_buflist, ab);
4784                         buf_data = ab->b_buf->b_data;
4785                         buf_sz = ab->b_size;
4786
4787                         /*
4788                          * Compute and store the buffer cksum before
4789                          * writing.  On debug the cksum is verified first.
4790                          */
4791                         arc_cksum_verify(ab->b_buf);
4792                         arc_cksum_compute(ab->b_buf, B_TRUE);
4793
4794                         mutex_exit(hash_lock);
4795
4796                         wzio = zio_write_phys(pio, dev->l2ad_vdev,
4797                             dev->l2ad_hand, buf_sz, buf_data, ZIO_CHECKSUM_OFF,
4798                             NULL, NULL, ZIO_PRIORITY_ASYNC_WRITE,
4799                             ZIO_FLAG_CANFAIL, B_FALSE);
4800
4801                         DTRACE_PROBE2(l2arc__write, vdev_t *, dev->l2ad_vdev,
4802                             zio_t *, wzio);
4803                         (void) zio_nowait(wzio);
4804
4805                         /*
4806                          * Keep the clock hand suitably device-aligned.
4807                          */
4808                         buf_sz = vdev_psize_to_asize(dev->l2ad_vdev, buf_sz);
4809
4810                         write_sz += buf_sz;
4811                         dev->l2ad_hand += buf_sz;
4812                 }
4813
4814                 mutex_exit(list_lock);
4815
4816                 if (full == B_TRUE)
4817                         break;
4818         }
4819         mutex_exit(&l2arc_buflist_mtx);
4820
4821         if (pio == NULL) {
4822                 ASSERT0(write_sz);
4823                 kmem_cache_free(hdr_cache, head);
4824                 return (0);
4825         }
4826
4827         ASSERT3U(write_sz, <=, target_sz);
4828         ARCSTAT_BUMP(arcstat_l2_writes_sent);
4829         ARCSTAT_INCR(arcstat_l2_write_bytes, write_sz);
4830         ARCSTAT_INCR(arcstat_l2_size, write_sz);
4831         vdev_space_update(dev->l2ad_vdev, write_sz, 0, 0);
4832
4833         /*
4834          * Bump device hand to the device start if it is approaching the end.
4835          * l2arc_evict() will already have evicted ahead for this case.
4836          */
4837         if (dev->l2ad_hand >= (dev->l2ad_end - target_sz)) {
4838                 vdev_space_update(dev->l2ad_vdev,
4839                     dev->l2ad_end - dev->l2ad_hand, 0, 0);
4840                 dev->l2ad_hand = dev->l2ad_start;
4841                 dev->l2ad_evict = dev->l2ad_start;
4842                 dev->l2ad_first = B_FALSE;
4843         }
4844
4845         dev->l2ad_writing = B_TRUE;
4846         (void) zio_wait(pio);
4847         dev->l2ad_writing = B_FALSE;
4848
4849         return (write_sz);
4850 }
4851
4852 /*
4853  * This thread feeds the L2ARC at regular intervals.  This is the beating
4854  * heart of the L2ARC.
4855  */
4856 static void
4857 l2arc_feed_thread(void *dummy __unused)
4858 {
4859         callb_cpr_t cpr;
4860         l2arc_dev_t *dev;
4861         spa_t *spa;
4862         uint64_t size, wrote;
4863         clock_t begin, next = ddi_get_lbolt();
4864
4865         CALLB_CPR_INIT(&cpr, &l2arc_feed_thr_lock, callb_generic_cpr, FTAG);
4866
4867         mutex_enter(&l2arc_feed_thr_lock);
4868
4869         while (l2arc_thread_exit == 0) {
4870                 CALLB_CPR_SAFE_BEGIN(&cpr);
4871                 (void) cv_timedwait(&l2arc_feed_thr_cv, &l2arc_feed_thr_lock,
4872                     next - ddi_get_lbolt());
4873                 CALLB_CPR_SAFE_END(&cpr, &l2arc_feed_thr_lock);
4874                 next = ddi_get_lbolt() + hz;
4875
4876                 /*
4877                  * Quick check for L2ARC devices.
4878                  */
4879                 mutex_enter(&l2arc_dev_mtx);
4880                 if (l2arc_ndev == 0) {
4881                         mutex_exit(&l2arc_dev_mtx);
4882                         continue;
4883                 }
4884                 mutex_exit(&l2arc_dev_mtx);
4885                 begin = ddi_get_lbolt();
4886
4887                 /*
4888                  * This selects the next l2arc device to write to, and in
4889                  * doing so the next spa to feed from: dev->l2ad_spa.   This
4890                  * will return NULL if there are now no l2arc devices or if
4891                  * they are all faulted.
4892                  *
4893                  * If a device is returned, its spa's config lock is also
4894                  * held to prevent device removal.  l2arc_dev_get_next()
4895                  * will grab and release l2arc_dev_mtx.
4896                  */
4897                 if ((dev = l2arc_dev_get_next()) == NULL)
4898                         continue;
4899
4900                 spa = dev->l2ad_spa;
4901                 ASSERT(spa != NULL);
4902
4903                 /*
4904                  * If the pool is read-only then force the feed thread to
4905                  * sleep a little longer.
4906                  */
4907                 if (!spa_writeable(spa)) {
4908                         next = ddi_get_lbolt() + 5 * l2arc_feed_secs * hz;
4909                         spa_config_exit(spa, SCL_L2ARC, dev);
4910                         continue;
4911                 }
4912
4913                 /*
4914                  * Avoid contributing to memory pressure.
4915                  */
4916                 if (arc_reclaim_needed()) {
4917                         ARCSTAT_BUMP(arcstat_l2_abort_lowmem);
4918                         spa_config_exit(spa, SCL_L2ARC, dev);
4919                         continue;
4920                 }
4921
4922                 ARCSTAT_BUMP(arcstat_l2_feeds);
4923
4924                 size = l2arc_write_size(dev);
4925
4926                 /*
4927                  * Evict L2ARC buffers that will be overwritten.
4928                  */
4929                 l2arc_evict(dev, size, B_FALSE);
4930
4931                 /*
4932                  * Write ARC buffers.
4933                  */
4934                 wrote = l2arc_write_buffers(spa, dev, size);
4935
4936                 /*
4937                  * Calculate interval between writes.
4938                  */
4939                 next = l2arc_write_interval(begin, size, wrote);
4940                 spa_config_exit(spa, SCL_L2ARC, dev);
4941         }
4942
4943         l2arc_thread_exit = 0;
4944         cv_broadcast(&l2arc_feed_thr_cv);
4945         CALLB_CPR_EXIT(&cpr);           /* drops l2arc_feed_thr_lock */
4946         thread_exit();
4947 }
4948
4949 boolean_t
4950 l2arc_vdev_present(vdev_t *vd)
4951 {
4952         l2arc_dev_t *dev;
4953
4954         mutex_enter(&l2arc_dev_mtx);
4955         for (dev = list_head(l2arc_dev_list); dev != NULL;
4956             dev = list_next(l2arc_dev_list, dev)) {
4957                 if (dev->l2ad_vdev == vd)
4958                         break;
4959         }
4960         mutex_exit(&l2arc_dev_mtx);
4961
4962         return (dev != NULL);
4963 }
4964
4965 /*
4966  * Add a vdev for use by the L2ARC.  By this point the spa has already
4967  * validated the vdev and opened it.
4968  */
4969 void
4970 l2arc_add_vdev(spa_t *spa, vdev_t *vd)
4971 {
4972         l2arc_dev_t *adddev;
4973
4974         ASSERT(!l2arc_vdev_present(vd));
4975
4976         /*
4977          * Create a new l2arc device entry.
4978          */
4979         adddev = kmem_zalloc(sizeof (l2arc_dev_t), KM_SLEEP);
4980         adddev->l2ad_spa = spa;
4981         adddev->l2ad_vdev = vd;
4982         adddev->l2ad_write = l2arc_write_max;
4983         adddev->l2ad_boost = l2arc_write_boost;
4984         adddev->l2ad_start = VDEV_LABEL_START_SIZE;
4985         adddev->l2ad_end = VDEV_LABEL_START_SIZE + vdev_get_min_asize(vd);
4986         adddev->l2ad_hand = adddev->l2ad_start;
4987         adddev->l2ad_evict = adddev->l2ad_start;
4988         adddev->l2ad_first = B_TRUE;
4989         adddev->l2ad_writing = B_FALSE;
4990         ASSERT3U(adddev->l2ad_write, >, 0);
4991
4992         /*
4993          * This is a list of all ARC buffers that are still valid on the
4994          * device.
4995          */
4996         adddev->l2ad_buflist = kmem_zalloc(sizeof (list_t), KM_SLEEP);
4997         list_create(adddev->l2ad_buflist, sizeof (arc_buf_hdr_t),
4998             offsetof(arc_buf_hdr_t, b_l2node));
4999
5000         vdev_space_update(vd, 0, 0, adddev->l2ad_end - adddev->l2ad_hand);
5001
5002         /*
5003          * Add device to global list
5004          */
5005         mutex_enter(&l2arc_dev_mtx);
5006         list_insert_head(l2arc_dev_list, adddev);
5007         atomic_inc_64(&l2arc_ndev);
5008         mutex_exit(&l2arc_dev_mtx);
5009 }
5010
5011 /*
5012  * Remove a vdev from the L2ARC.
5013  */
5014 void
5015 l2arc_remove_vdev(vdev_t *vd)
5016 {
5017         l2arc_dev_t *dev, *nextdev, *remdev = NULL;
5018
5019         /*
5020          * Find the device by vdev
5021          */
5022         mutex_enter(&l2arc_dev_mtx);
5023         for (dev = list_head(l2arc_dev_list); dev; dev = nextdev) {
5024                 nextdev = list_next(l2arc_dev_list, dev);
5025                 if (vd == dev->l2ad_vdev) {
5026                         remdev = dev;
5027                         break;
5028                 }
5029         }
5030         ASSERT(remdev != NULL);
5031
5032         /*
5033          * Remove device from global list
5034          */
5035         list_remove(l2arc_dev_list, remdev);
5036         l2arc_dev_last = NULL;          /* may have been invalidated */
5037         atomic_dec_64(&l2arc_ndev);
5038         mutex_exit(&l2arc_dev_mtx);
5039
5040         /*
5041          * Clear all buflists and ARC references.  L2ARC device flush.
5042          */
5043         l2arc_evict(remdev, 0, B_TRUE);
5044         list_destroy(remdev->l2ad_buflist);
5045         kmem_free(remdev->l2ad_buflist, sizeof (list_t));
5046         kmem_free(remdev, sizeof (l2arc_dev_t));
5047 }
5048
5049 void
5050 l2arc_init(void)
5051 {
5052         l2arc_thread_exit = 0;
5053         l2arc_ndev = 0;
5054         l2arc_writes_sent = 0;
5055         l2arc_writes_done = 0;
5056
5057         mutex_init(&l2arc_feed_thr_lock, NULL, MUTEX_DEFAULT, NULL);
5058         cv_init(&l2arc_feed_thr_cv, NULL, CV_DEFAULT, NULL);
5059         mutex_init(&l2arc_dev_mtx, NULL, MUTEX_DEFAULT, NULL);
5060         mutex_init(&l2arc_buflist_mtx, NULL, MUTEX_DEFAULT, NULL);
5061         mutex_init(&l2arc_free_on_write_mtx, NULL, MUTEX_DEFAULT, NULL);
5062
5063         l2arc_dev_list = &L2ARC_dev_list;
5064         l2arc_free_on_write = &L2ARC_free_on_write;
5065         list_create(l2arc_dev_list, sizeof (l2arc_dev_t),
5066             offsetof(l2arc_dev_t, l2ad_node));
5067         list_create(l2arc_free_on_write, sizeof (l2arc_data_free_t),
5068             offsetof(l2arc_data_free_t, l2df_list_node));
5069 }
5070
5071 void
5072 l2arc_fini(void)
5073 {
5074         /*
5075          * This is called from dmu_fini(), which is called from spa_fini();
5076          * Because of this, we can assume that all l2arc devices have
5077          * already been removed when the pools themselves were removed.
5078          */
5079
5080         l2arc_do_free_on_write();
5081
5082         mutex_destroy(&l2arc_feed_thr_lock);
5083         cv_destroy(&l2arc_feed_thr_cv);
5084         mutex_destroy(&l2arc_dev_mtx);
5085         mutex_destroy(&l2arc_buflist_mtx);
5086         mutex_destroy(&l2arc_free_on_write_mtx);
5087
5088         list_destroy(l2arc_dev_list);
5089         list_destroy(l2arc_free_on_write);
5090 }
5091
5092 void
5093 l2arc_start(void)
5094 {
5095         if (!(spa_mode_global & FWRITE))
5096                 return;
5097
5098         (void) thread_create(NULL, 0, l2arc_feed_thread, NULL, 0, &p0,
5099             TS_RUN, minclsyspri);
5100 }
5101
5102 void
5103 l2arc_stop(void)
5104 {
5105         if (!(spa_mode_global & FWRITE))
5106                 return;
5107
5108         mutex_enter(&l2arc_feed_thr_lock);
5109         cv_signal(&l2arc_feed_thr_cv);  /* kick thread out of startup */
5110         l2arc_thread_exit = 1;
5111         while (l2arc_thread_exit != 0)
5112                 cv_wait(&l2arc_feed_thr_cv, &l2arc_feed_thr_lock);
5113         mutex_exit(&l2arc_feed_thr_lock);
5114 }