sys/cddl/contrib/opensolaris/uts/common/fs/zfs/metaslab.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  */
  24
  25 #include <sys/zfs_context.h>
  26 #include <sys/spa_impl.h>
  27 #include <sys/dmu.h>
  28 #include <sys/dmu_tx.h>
  29 #include <sys/space_map.h>
  30 #include <sys/metaslab_impl.h>
  31 #include <sys/vdev_impl.h>
  32 #include <sys/zio.h>
  33
  34 uint64_t metaslab_aliquot = 512ULL << 10;
  35 uint64_t metaslab_gang_bang = SPA_MAXBLOCKSIZE + 1;     /* force gang blocks */
  36
  37 /*
  38  * Minimum size which forces the dynamic allocator to change
  39  * it's allocation strategy.  Once the space map cannot satisfy
  40  * an allocation of this size then it switches to using more
  41  * aggressive strategy (i.e search by size rather than offset).
  42  */
  43 uint64_t metaslab_df_alloc_threshold = SPA_MAXBLOCKSIZE;
  44
  45 /*
  46  * The minimum free space, in percent, which must be available
  47  * in a space map to continue allocations in a first-fit fashion.
  48  * Once the space_map's free space drops below this level we dynamically
  49  * switch to using best-fit allocations.
  50  */
  51 int metaslab_df_free_pct = 4;
  52
  53 /*
  54  * A metaslab is considered "free" if it contains a contiguous
  55  * segment which is greater than metaslab_min_alloc_size.
  56  */
  57 uint64_t metaslab_min_alloc_size = DMU_MAX_ACCESS;
  58
  59 /*
  60  * Max number of space_maps to prefetch.
  61  */
  62 int metaslab_prefetch_limit = SPA_DVAS_PER_BP;
  63
  64 /*
  65  * Percentage bonus multiplier for metaslabs that are in the bonus area.
  66  */
  67 int metaslab_smo_bonus_pct = 150;
  68
  69 /*
  70  * ==========================================================================
  71  * Metaslab classes
  72  * ==========================================================================
  73  */
  74 metaslab_class_t *
  75 metaslab_class_create(space_map_ops_t *ops)
  76 {
  77         metaslab_class_t *mc;
  78
  79         mc = kmem_zalloc(sizeof (metaslab_class_t), KM_SLEEP);
  80
  81         mc->mc_rotor = NULL;
  82         mc->mc_ops = ops;
  83
  84         return (mc);
  85 }
  86
  87 void
  88 metaslab_class_destroy(metaslab_class_t *mc)
  89 {
  90         metaslab_group_t *mg;
  91
  92         while ((mg = mc->mc_rotor) != NULL) {
  93                 metaslab_class_remove(mc, mg);
  94                 metaslab_group_destroy(mg);
  95         }
  96
  97         kmem_free(mc, sizeof (metaslab_class_t));
  98 }
  99
 100 void
 101 metaslab_class_add(metaslab_class_t *mc, metaslab_group_t *mg)
 102 {
 103         metaslab_group_t *mgprev, *mgnext;
 104
 105         ASSERT(mg->mg_class == NULL);
 106
 107         if ((mgprev = mc->mc_rotor) == NULL) {
 108                 mg->mg_prev = mg;
 109                 mg->mg_next = mg;
 110         } else {
 111                 mgnext = mgprev->mg_next;
 112                 mg->mg_prev = mgprev;
 113                 mg->mg_next = mgnext;
 114                 mgprev->mg_next = mg;
 115                 mgnext->mg_prev = mg;
 116         }
 117         mc->mc_rotor = mg;
 118         mg->mg_class = mc;
 119 }
 120
 121 void
 122 metaslab_class_remove(metaslab_class_t *mc, metaslab_group_t *mg)
 123 {
 124         metaslab_group_t *mgprev, *mgnext;
 125
 126         ASSERT(mg->mg_class == mc);
 127
 128         mgprev = mg->mg_prev;
 129         mgnext = mg->mg_next;
 130
 131         if (mg == mgnext) {
 132                 mc->mc_rotor = NULL;
 133         } else {
 134                 mc->mc_rotor = mgnext;
 135                 mgprev->mg_next = mgnext;
 136                 mgnext->mg_prev = mgprev;
 137         }
 138
 139         mg->mg_prev = NULL;
 140         mg->mg_next = NULL;
 141         mg->mg_class = NULL;
 142 }
 143
 144 /*
 145  * ==========================================================================
 146  * Metaslab groups
 147  * ==========================================================================
 148  */
 149 static int
 150 metaslab_compare(const void *x1, const void *x2)
 151 {
 152         const metaslab_t *m1 = x1;
 153         const metaslab_t *m2 = x2;
 154
 155         if (m1->ms_weight < m2->ms_weight)
 156                 return (1);
 157         if (m1->ms_weight > m2->ms_weight)
 158                 return (-1);
 159
 160         /*
 161          * If the weights are identical, use the offset to force uniqueness.
 162          */
 163         if (m1->ms_map.sm_start < m2->ms_map.sm_start)
 164                 return (-1);
 165         if (m1->ms_map.sm_start > m2->ms_map.sm_start)
 166                 return (1);
 167
 168         ASSERT3P(m1, ==, m2);
 169
 170         return (0);
 171 }
 172
 173 metaslab_group_t *
 174 metaslab_group_create(metaslab_class_t *mc, vdev_t *vd)
 175 {
 176         metaslab_group_t *mg;
 177
 178         mg = kmem_zalloc(sizeof (metaslab_group_t), KM_SLEEP);
 179         mutex_init(&mg->mg_lock, NULL, MUTEX_DEFAULT, NULL);
 180         avl_create(&mg->mg_metaslab_tree, metaslab_compare,
 181             sizeof (metaslab_t), offsetof(struct metaslab, ms_group_node));
 182         mg->mg_aliquot = metaslab_aliquot * MAX(1, vd->vdev_children);
 183         mg->mg_vd = vd;
 184         metaslab_class_add(mc, mg);
 185
 186         return (mg);
 187 }
 188
 189 void
 190 metaslab_group_destroy(metaslab_group_t *mg)
 191 {
 192         avl_destroy(&mg->mg_metaslab_tree);
 193         mutex_destroy(&mg->mg_lock);
 194         kmem_free(mg, sizeof (metaslab_group_t));
 195 }
 196
 197 static void
 198 metaslab_group_add(metaslab_group_t *mg, metaslab_t *msp)
 199 {
 200         mutex_enter(&mg->mg_lock);
 201         ASSERT(msp->ms_group == NULL);
 202         msp->ms_group = mg;
 203         msp->ms_weight = 0;
 204         avl_add(&mg->mg_metaslab_tree, msp);
 205         mutex_exit(&mg->mg_lock);
 206 }
 207
 208 static void
 209 metaslab_group_remove(metaslab_group_t *mg, metaslab_t *msp)
 210 {
 211         mutex_enter(&mg->mg_lock);
 212         ASSERT(msp->ms_group == mg);
 213         avl_remove(&mg->mg_metaslab_tree, msp);
 214         msp->ms_group = NULL;
 215         mutex_exit(&mg->mg_lock);
 216 }
 217
 218 static void
 219 metaslab_group_sort(metaslab_group_t *mg, metaslab_t *msp, uint64_t weight)
 220 {
 221         /*
 222          * Although in principle the weight can be any value, in
 223          * practice we do not use values in the range [1, 510].
 224          */
 225         ASSERT(weight >= SPA_MINBLOCKSIZE-1 || weight == 0);
 226         ASSERT(MUTEX_HELD(&msp->ms_lock));
 227
 228         mutex_enter(&mg->mg_lock);
 229         ASSERT(msp->ms_group == mg);
 230         avl_remove(&mg->mg_metaslab_tree, msp);
 231         msp->ms_weight = weight;
 232         avl_add(&mg->mg_metaslab_tree, msp);
 233         mutex_exit(&mg->mg_lock);
 234 }
 235
 236 /*
 237  * ==========================================================================
 238  * Common allocator routines
 239  * ==========================================================================
 240  */
 241 static int
 242 metaslab_segsize_compare(const void *x1, const void *x2)
 243 {
 244         const space_seg_t *s1 = x1;
 245         const space_seg_t *s2 = x2;
 246         uint64_t ss_size1 = s1->ss_end - s1->ss_start;
 247         uint64_t ss_size2 = s2->ss_end - s2->ss_start;
 248
 249         if (ss_size1 < ss_size2)
 250                 return (-1);
 251         if (ss_size1 > ss_size2)
 252                 return (1);
 253
 254         if (s1->ss_start < s2->ss_start)
 255                 return (-1);
 256         if (s1->ss_start > s2->ss_start)
 257                 return (1);
 258
 259         return (0);
 260 }
 261
 262 /*
 263  * This is a helper function that can be used by the allocator to find
 264  * a suitable block to allocate. This will search the specified AVL
 265  * tree looking for a block that matches the specified criteria.
 266  */
 267 static uint64_t
 268 metaslab_block_picker(avl_tree_t *t, uint64_t *cursor, uint64_t size,
 269     uint64_t align)
 270 {
 271         space_seg_t *ss, ssearch;
 272         avl_index_t where;
 273
 274         ssearch.ss_start = *cursor;
 275         ssearch.ss_end = *cursor + size;
 276
 277         ss = avl_find(t, &ssearch, &where);
 278         if (ss == NULL)
 279                 ss = avl_nearest(t, where, AVL_AFTER);
 280
 281         while (ss != NULL) {
 282                 uint64_t offset = P2ROUNDUP(ss->ss_start, align);
 283
 284                 if (offset + size <= ss->ss_end) {
 285                         *cursor = offset + size;
 286                         return (offset);
 287                 }
 288                 ss = AVL_NEXT(t, ss);
 289         }
 290
 291         /*
 292          * If we know we've searched the whole map (*cursor == 0), give up.
 293          * Otherwise, reset the cursor to the beginning and try again.
 294          */
 295         if (*cursor == 0)
 296                 return (-1ULL);
 297
 298         *cursor = 0;
 299         return (metaslab_block_picker(t, cursor, size, align));
 300 }
 301
 302 static void
 303 metaslab_pp_load(space_map_t *sm)
 304 {
 305         space_seg_t *ss;
 306
 307         ASSERT(sm->sm_ppd == NULL);
 308         sm->sm_ppd = kmem_zalloc(64 * sizeof (uint64_t), KM_SLEEP);
 309
 310         sm->sm_pp_root = kmem_alloc(sizeof (avl_tree_t), KM_SLEEP);
 311         avl_create(sm->sm_pp_root, metaslab_segsize_compare,
 312             sizeof (space_seg_t), offsetof(struct space_seg, ss_pp_node));
 313
 314         for (ss = avl_first(&sm->sm_root); ss; ss = AVL_NEXT(&sm->sm_root, ss))
 315                 avl_add(sm->sm_pp_root, ss);
 316 }
 317
 318 static void
 319 metaslab_pp_unload(space_map_t *sm)
 320 {
 321         void *cookie = NULL;
 322
 323         kmem_free(sm->sm_ppd, 64 * sizeof (uint64_t));
 324         sm->sm_ppd = NULL;
 325
 326         while (avl_destroy_nodes(sm->sm_pp_root, &cookie) != NULL) {
 327                 /* tear down the tree */
 328         }
 329
 330         avl_destroy(sm->sm_pp_root);
 331         kmem_free(sm->sm_pp_root, sizeof (avl_tree_t));
 332         sm->sm_pp_root = NULL;
 333 }
 334
 335 /* ARGSUSED */
 336 static void
 337 metaslab_pp_claim(space_map_t *sm, uint64_t start, uint64_t size)
 338 {
 339         /* No need to update cursor */
 340 }
 341
 342 /* ARGSUSED */
 343 static void
 344 metaslab_pp_free(space_map_t *sm, uint64_t start, uint64_t size)
 345 {
 346         /* No need to update cursor */
 347 }
 348
 349 /*
 350  * Return the maximum contiguous segment within the metaslab.
 351  */
 352 uint64_t
 353 metaslab_pp_maxsize(space_map_t *sm)
 354 {
 355         avl_tree_t *t = sm->sm_pp_root;
 356         space_seg_t *ss;
 357
 358         if (t == NULL || (ss = avl_last(t)) == NULL)
 359                 return (0ULL);
 360
 361         return (ss->ss_end - ss->ss_start);
 362 }
 363
 364 /*
 365  * ==========================================================================
 366  * The first-fit block allocator
 367  * ==========================================================================
 368  */
 369 static uint64_t
 370 metaslab_ff_alloc(space_map_t *sm, uint64_t size)
 371 {
 372         avl_tree_t *t = &sm->sm_root;
 373         uint64_t align = size & -size;
 374         uint64_t *cursor = (uint64_t *)sm->sm_ppd + highbit(align) - 1;
 375
 376         return (metaslab_block_picker(t, cursor, size, align));
 377 }
 378
 379 /* ARGSUSED */
 380 boolean_t
 381 metaslab_ff_fragmented(space_map_t *sm)
 382 {
 383         return (B_TRUE);
 384 }
 385
 386 static space_map_ops_t metaslab_ff_ops = {
 387         metaslab_pp_load,
 388         metaslab_pp_unload,
 389         metaslab_ff_alloc,
 390         metaslab_pp_claim,
 391         metaslab_pp_free,
 392         metaslab_pp_maxsize,
 393         metaslab_ff_fragmented
 394 };
 395
 396 /*
 397  * ==========================================================================
 398  * Dynamic block allocator -
 399  * Uses the first fit allocation scheme until space get low and then
 400  * adjusts to a best fit allocation method. Uses metaslab_df_alloc_threshold
 401  * and metaslab_df_free_pct to determine when to switch the allocation scheme.
 402  * ==========================================================================
 403  */
 404 static uint64_t
 405 metaslab_df_alloc(space_map_t *sm, uint64_t size)
 406 {
 407         avl_tree_t *t = &sm->sm_root;
 408         uint64_t align = size & -size;
 409         uint64_t *cursor = (uint64_t *)sm->sm_ppd + highbit(align) - 1;
 410         uint64_t max_size = metaslab_pp_maxsize(sm);
 411         int free_pct = sm->sm_space * 100 / sm->sm_size;
 412
 413         ASSERT(MUTEX_HELD(sm->sm_lock));
 414         ASSERT3U(avl_numnodes(&sm->sm_root), ==, avl_numnodes(sm->sm_pp_root));
 415
 416         if (max_size < size)
 417                 return (-1ULL);
 418
 419         /*
 420          * If we're running low on space switch to using the size
 421          * sorted AVL tree (best-fit).
 422          */
 423         if (max_size < metaslab_df_alloc_threshold ||
 424             free_pct < metaslab_df_free_pct) {
 425                 t = sm->sm_pp_root;
 426                 *cursor = 0;
 427         }
 428
 429         return (metaslab_block_picker(t, cursor, size, 1ULL));
 430 }
 431
 432 static boolean_t
 433 metaslab_df_fragmented(space_map_t *sm)
 434 {
 435         uint64_t max_size = metaslab_pp_maxsize(sm);
 436         int free_pct = sm->sm_space * 100 / sm->sm_size;
 437
 438         if (max_size >= metaslab_df_alloc_threshold &&
 439             free_pct >= metaslab_df_free_pct)
 440                 return (B_FALSE);
 441
 442         return (B_TRUE);
 443 }
 444
 445 static space_map_ops_t metaslab_df_ops = {
 446         metaslab_pp_load,
 447         metaslab_pp_unload,
 448         metaslab_df_alloc,
 449         metaslab_pp_claim,
 450         metaslab_pp_free,
 451         metaslab_pp_maxsize,
 452         metaslab_df_fragmented
 453 };
 454
 455 /*
 456  * ==========================================================================
 457  * Other experimental allocators
 458  * ==========================================================================
 459  */
 460 static uint64_t
 461 metaslab_cdf_alloc(space_map_t *sm, uint64_t size)
 462 {
 463         avl_tree_t *t = &sm->sm_root;
 464         uint64_t *cursor = (uint64_t *)sm->sm_ppd;
 465         uint64_t *extent_end = (uint64_t *)sm->sm_ppd + 1;
 466         uint64_t max_size = metaslab_pp_maxsize(sm);
 467         uint64_t rsize = size;
 468         uint64_t offset = 0;
 469
 470         ASSERT(MUTEX_HELD(sm->sm_lock));
 471         ASSERT3U(avl_numnodes(&sm->sm_root), ==, avl_numnodes(sm->sm_pp_root));
 472
 473         if (max_size < size)
 474                 return (-1ULL);
 475
 476         ASSERT3U(*extent_end, >=, *cursor);
 477
 478         /*
 479          * If we're running low on space switch to using the size
 480          * sorted AVL tree (best-fit).
 481          */
 482         if ((*cursor + size) > *extent_end) {
 483
 484                 t = sm->sm_pp_root;
 485                 *cursor = *extent_end = 0;
 486
 487                 if (max_size > 2 * SPA_MAXBLOCKSIZE)
 488                         rsize = MIN(metaslab_min_alloc_size, max_size);
 489                 offset = metaslab_block_picker(t, extent_end, rsize, 1ULL);
 490                 if (offset != -1)
 491                         *cursor = offset + size;
 492         } else {
 493                 offset = metaslab_block_picker(t, cursor, rsize, 1ULL);
 494         }
 495         ASSERT3U(*cursor, <=, *extent_end);
 496         return (offset);
 497 }
 498
 499 static boolean_t
 500 metaslab_cdf_fragmented(space_map_t *sm)
 501 {
 502         uint64_t max_size = metaslab_pp_maxsize(sm);
 503
 504         if (max_size > (metaslab_min_alloc_size * 10))
 505                 return (B_FALSE);
 506         return (B_TRUE);
 507 }
 508
 509 static space_map_ops_t metaslab_cdf_ops = {
 510         metaslab_pp_load,
 511         metaslab_pp_unload,
 512         metaslab_cdf_alloc,
 513         metaslab_pp_claim,
 514         metaslab_pp_free,
 515         metaslab_pp_maxsize,
 516         metaslab_cdf_fragmented
 517 };
 518
 519 uint64_t metaslab_ndf_clump_shift = 4;
 520
 521 static uint64_t
 522 metaslab_ndf_alloc(space_map_t *sm, uint64_t size)
 523 {
 524         avl_tree_t *t = &sm->sm_root;
 525         avl_index_t where;
 526         space_seg_t *ss, ssearch;
 527         uint64_t hbit = highbit(size);
 528         uint64_t *cursor = (uint64_t *)sm->sm_ppd + hbit - 1;
 529         uint64_t max_size = metaslab_pp_maxsize(sm);
 530
 531         ASSERT(MUTEX_HELD(sm->sm_lock));
 532         ASSERT3U(avl_numnodes(&sm->sm_root), ==, avl_numnodes(sm->sm_pp_root));
 533
 534         if (max_size < size)
 535                 return (-1ULL);
 536
 537         ssearch.ss_start = *cursor;
 538         ssearch.ss_end = *cursor + size;
 539
 540         ss = avl_find(t, &ssearch, &where);
 541         if (ss == NULL || (ss->ss_start + size > ss->ss_end)) {
 542                 t = sm->sm_pp_root;
 543
 544                 ssearch.ss_start = 0;
 545                 ssearch.ss_end = MIN(max_size,
 546                     1ULL << (hbit + metaslab_ndf_clump_shift));
 547                 ss = avl_find(t, &ssearch, &where);
 548                 if (ss == NULL)
 549                         ss = avl_nearest(t, where, AVL_AFTER);
 550                 ASSERT(ss != NULL);
 551         }
 552
 553         if (ss != NULL) {
 554                 if (ss->ss_start + size <= ss->ss_end) {
 555                         *cursor = ss->ss_start + size;
 556                         return (ss->ss_start);
 557                 }
 558         }
 559         return (-1ULL);
 560 }
 561
 562 static boolean_t
 563 metaslab_ndf_fragmented(space_map_t *sm)
 564 {
 565         uint64_t max_size = metaslab_pp_maxsize(sm);
 566
 567         if (max_size > (metaslab_min_alloc_size << metaslab_ndf_clump_shift))
 568                 return (B_FALSE);
 569         return (B_TRUE);
 570 }
 571
 572
 573 static space_map_ops_t metaslab_ndf_ops = {
 574         metaslab_pp_load,
 575         metaslab_pp_unload,
 576         metaslab_ndf_alloc,
 577         metaslab_pp_claim,
 578         metaslab_pp_free,
 579         metaslab_pp_maxsize,
 580         metaslab_ndf_fragmented
 581 };
 582
 583 space_map_ops_t *zfs_metaslab_ops = &metaslab_ndf_ops;
 584
 585 /*
 586  * ==========================================================================
 587  * Metaslabs
 588  * ==========================================================================
 589  */
 590 metaslab_t *
 591 metaslab_init(metaslab_group_t *mg, space_map_obj_t *smo,
 592         uint64_t start, uint64_t size, uint64_t txg)
 593 {
 594         vdev_t *vd = mg->mg_vd;
 595         metaslab_t *msp;
 596
 597         msp = kmem_zalloc(sizeof (metaslab_t), KM_SLEEP);
 598         mutex_init(&msp->ms_lock, NULL, MUTEX_DEFAULT, NULL);
 599
 600         msp->ms_smo_syncing = *smo;
 601
 602         /*
 603          * We create the main space map here, but we don't create the
 604          * allocmaps and freemaps until metaslab_sync_done().  This serves
 605          * two purposes: it allows metaslab_sync_done() to detect the
 606          * addition of new space; and for debugging, it ensures that we'd
 607          * data fault on any attempt to use this metaslab before it's ready.
 608          */
 609         space_map_create(&msp->ms_map, start, size,
 610             vd->vdev_ashift, &msp->ms_lock);
 611
 612         metaslab_group_add(mg, msp);
 613
 614         /*
 615          * If we're opening an existing pool (txg == 0) or creating
 616          * a new one (txg == TXG_INITIAL), all space is available now.
 617          * If we're adding space to an existing pool, the new space
 618          * does not become available until after this txg has synced.
 619          */
 620         if (txg <= TXG_INITIAL)
 621                 metaslab_sync_done(msp, 0);
 622
 623         if (txg != 0) {
 624                 /*
 625                  * The vdev is dirty, but the metaslab isn't -- it just needs
 626                  * to have metaslab_sync_done() invoked from vdev_sync_done().
 627                  * [We could just dirty the metaslab, but that would cause us
 628                  * to allocate a space map object for it, which is wasteful
 629                  * and would mess up the locality logic in metaslab_weight().]
 630                  */
 631                 ASSERT(TXG_CLEAN(txg) == spa_last_synced_txg(vd->vdev_spa));
 632                 vdev_dirty(vd, 0, NULL, txg);
 633                 vdev_dirty(vd, VDD_METASLAB, msp, TXG_CLEAN(txg));
 634         }
 635
 636         return (msp);
 637 }
 638
 639 void
 640 metaslab_fini(metaslab_t *msp)
 641 {
 642         metaslab_group_t *mg = msp->ms_group;
 643         int t;
 644
 645         vdev_space_update(mg->mg_vd, -msp->ms_map.sm_size,
 646             -msp->ms_smo.smo_alloc, B_TRUE);
 647
 648         metaslab_group_remove(mg, msp);
 649
 650         mutex_enter(&msp->ms_lock);
 651
 652         space_map_unload(&msp->ms_map);
 653         space_map_destroy(&msp->ms_map);
 654
 655         for (t = 0; t < TXG_SIZE; t++) {
 656                 space_map_destroy(&msp->ms_allocmap[t]);
 657                 space_map_destroy(&msp->ms_freemap[t]);
 658         }
 659
 660         mutex_exit(&msp->ms_lock);
 661         mutex_destroy(&msp->ms_lock);
 662
 663         kmem_free(msp, sizeof (metaslab_t));
 664 }
 665
 666 #define METASLAB_WEIGHT_PRIMARY         (1ULL << 63)
 667 #define METASLAB_WEIGHT_SECONDARY       (1ULL << 62)
 668 #define METASLAB_ACTIVE_MASK            \
 669         (METASLAB_WEIGHT_PRIMARY | METASLAB_WEIGHT_SECONDARY)
 670
 671 static uint64_t
 672 metaslab_weight(metaslab_t *msp)
 673 {
 674         metaslab_group_t *mg = msp->ms_group;
 675         space_map_t *sm = &msp->ms_map;
 676         space_map_obj_t *smo = &msp->ms_smo;
 677         vdev_t *vd = mg->mg_vd;
 678         uint64_t weight, space;
 679
 680         ASSERT(MUTEX_HELD(&msp->ms_lock));
 681
 682         /*
 683          * The baseline weight is the metaslab's free space.
 684          */
 685         space = sm->sm_size - smo->smo_alloc;
 686         weight = space;
 687
 688         /*
 689          * Modern disks have uniform bit density and constant angular velocity.
 690          * Therefore, the outer recording zones are faster (higher bandwidth)
 691          * than the inner zones by the ratio of outer to inner track diameter,
 692          * which is typically around 2:1.  We account for this by assigning
 693          * higher weight to lower metaslabs (multiplier ranging from 2x to 1x).
 694          * In effect, this means that we'll select the metaslab with the most
 695          * free bandwidth rather than simply the one with the most free space.
 696          */
 697         weight = 2 * weight -
 698             ((sm->sm_start >> vd->vdev_ms_shift) * weight) / vd->vdev_ms_count;
 699         ASSERT(weight >= space && weight <= 2 * space);
 700
 701         /*
 702          * For locality, assign higher weight to metaslabs which have
 703          * a lower offset than what we've already activated.
 704          */
 705         if (sm->sm_start <= mg->mg_bonus_area)
 706                 weight *= (metaslab_smo_bonus_pct / 100);
 707         ASSERT(weight >= space &&
 708             weight <= 2 * (metaslab_smo_bonus_pct / 100) * space);
 709
 710         if (sm->sm_loaded && !sm->sm_ops->smop_fragmented(sm)) {
 711                 /*
 712                  * If this metaslab is one we're actively using, adjust its
 713                  * weight to make it preferable to any inactive metaslab so
 714                  * we'll polish it off.
 715                  */
 716                 weight |= (msp->ms_weight & METASLAB_ACTIVE_MASK);
 717         }
 718         return (weight);
 719 }
 720
 721 static void
 722 metaslab_prefetch(metaslab_group_t *mg)
 723 {
 724         spa_t *spa = mg->mg_vd->vdev_spa;
 725         metaslab_t *msp;
 726         avl_tree_t *t = &mg->mg_metaslab_tree;
 727         int m;
 728
 729         mutex_enter(&mg->mg_lock);
 730
 731         /*
 732          * Prefetch the next potential metaslabs
 733          */
 734         for (msp = avl_first(t), m = 0; msp; msp = AVL_NEXT(t, msp), m++) {
 735                 space_map_t *sm = &msp->ms_map;
 736                 space_map_obj_t *smo = &msp->ms_smo;
 737
 738                 /* If we have reached our prefetch limit then we're done */
 739                 if (m >= metaslab_prefetch_limit)
 740                         break;
 741
 742                 if (!sm->sm_loaded && smo->smo_object != 0) {
 743                         mutex_exit(&mg->mg_lock);
 744                         dmu_prefetch(spa->spa_meta_objset, smo->smo_object,
 745                             0ULL, smo->smo_objsize);
 746                         mutex_enter(&mg->mg_lock);
 747                 }
 748         }
 749         mutex_exit(&mg->mg_lock);
 750 }
 751
 752 static int
 753 metaslab_activate(metaslab_t *msp, uint64_t activation_weight, uint64_t size)
 754 {
 755         metaslab_group_t *mg = msp->ms_group;
 756         space_map_t *sm = &msp->ms_map;
 757         space_map_ops_t *sm_ops = msp->ms_group->mg_class->mc_ops;
 758
 759         ASSERT(MUTEX_HELD(&msp->ms_lock));
 760
 761         if ((msp->ms_weight & METASLAB_ACTIVE_MASK) == 0) {
 762                 int error = space_map_load(sm, sm_ops, SM_FREE, &msp->ms_smo,
 763                     msp->ms_group->mg_vd->vdev_spa->spa_meta_objset);
 764                 if (error) {
 765                         metaslab_group_sort(msp->ms_group, msp, 0);
 766                         return (error);
 767                 }
 768
 769                 /*
 770                  * Track the bonus area as we activate new metaslabs.
 771                  */
 772                 if (sm->sm_start > mg->mg_bonus_area) {
 773                         mutex_enter(&mg->mg_lock);
 774                         mg->mg_bonus_area = sm->sm_start;
 775                         mutex_exit(&mg->mg_lock);
 776                 }
 777
 778                 /*
 779                  * If we were able to load the map then make sure
 780                  * that this map is still able to satisfy our request.
 781                  */
 782                 if (msp->ms_weight < size)
 783                         return (ENOSPC);
 784
 785                 metaslab_group_sort(msp->ms_group, msp,
 786                     msp->ms_weight | activation_weight);
 787         }
 788         ASSERT(sm->sm_loaded);
 789         ASSERT(msp->ms_weight & METASLAB_ACTIVE_MASK);
 790
 791         return (0);
 792 }
 793
 794 static void
 795 metaslab_passivate(metaslab_t *msp, uint64_t size)
 796 {
 797         /*
 798          * If size < SPA_MINBLOCKSIZE, then we will not allocate from
 799          * this metaslab again.  In that case, it had better be empty,
 800          * or we would be leaving space on the table.
 801          */
 802         ASSERT(size >= SPA_MINBLOCKSIZE || msp->ms_map.sm_space == 0);
 803         metaslab_group_sort(msp->ms_group, msp, MIN(msp->ms_weight, size));
 804         ASSERT((msp->ms_weight & METASLAB_ACTIVE_MASK) == 0);
 805 }
 806
 807 /*
 808  * Write a metaslab to disk in the context of the specified transaction group.
 809  */
 810 void
 811 metaslab_sync(metaslab_t *msp, uint64_t txg)
 812 {
 813         vdev_t *vd = msp->ms_group->mg_vd;
 814         spa_t *spa = vd->vdev_spa;
 815         objset_t *mos = spa->spa_meta_objset;
 816         space_map_t *allocmap = &msp->ms_allocmap[txg & TXG_MASK];
 817         space_map_t *freemap = &msp->ms_freemap[txg & TXG_MASK];
 818         space_map_t *freed_map = &msp->ms_freemap[TXG_CLEAN(txg) & TXG_MASK];
 819         space_map_t *sm = &msp->ms_map;
 820         space_map_obj_t *smo = &msp->ms_smo_syncing;
 821         dmu_buf_t *db;
 822         dmu_tx_t *tx;
 823         int t;
 824
 825         tx = dmu_tx_create_assigned(spa_get_dsl(spa), txg);
 826
 827         /*
 828          * The only state that can actually be changing concurrently with
 829          * metaslab_sync() is the metaslab's ms_map.  No other thread can
 830          * be modifying this txg's allocmap, freemap, freed_map, or smo.
 831          * Therefore, we only hold ms_lock to satify space_map ASSERTs.
 832          * We drop it whenever we call into the DMU, because the DMU
 833          * can call down to us (e.g. via zio_free()) at any time.
 834          */
 835         mutex_enter(&msp->ms_lock);
 836
 837         if (smo->smo_object == 0) {
 838                 ASSERT(smo->smo_objsize == 0);
 839                 ASSERT(smo->smo_alloc == 0);
 840                 mutex_exit(&msp->ms_lock);
 841                 smo->smo_object = dmu_object_alloc(mos,
 842                     DMU_OT_SPACE_MAP, 1 << SPACE_MAP_BLOCKSHIFT,
 843                     DMU_OT_SPACE_MAP_HEADER, sizeof (*smo), tx);
 844                 ASSERT(smo->smo_object != 0);
 845                 dmu_write(mos, vd->vdev_ms_array, sizeof (uint64_t) *
 846                     (sm->sm_start >> vd->vdev_ms_shift),
 847                     sizeof (uint64_t), &smo->smo_object, tx);
 848                 mutex_enter(&msp->ms_lock);
 849         }
 850
 851         space_map_walk(freemap, space_map_add, freed_map);
 852
 853         if (sm->sm_loaded && spa_sync_pass(spa) == 1 && smo->smo_objsize >=
 854             2 * sizeof (uint64_t) * avl_numnodes(&sm->sm_root)) {
 855                 /*
 856                  * The in-core space map representation is twice as compact
 857                  * as the on-disk one, so it's time to condense the latter
 858                  * by generating a pure allocmap from first principles.
 859                  *
 860                  * This metaslab is 100% allocated,
 861                  * minus the content of the in-core map (sm),
 862                  * minus what's been freed this txg (freed_map),
 863                  * minus allocations from txgs in the future
 864                  * (because they haven't been committed yet).
 865                  */
 866                 space_map_vacate(allocmap, NULL, NULL);
 867                 space_map_vacate(freemap, NULL, NULL);
 868
 869                 space_map_add(allocmap, allocmap->sm_start, allocmap->sm_size);
 870
 871                 space_map_walk(sm, space_map_remove, allocmap);
 872                 space_map_walk(freed_map, space_map_remove, allocmap);
 873
 874                 for (t = 1; t < TXG_CONCURRENT_STATES; t++)
 875                         space_map_walk(&msp->ms_allocmap[(txg + t) & TXG_MASK],
 876                             space_map_remove, allocmap);
 877
 878                 mutex_exit(&msp->ms_lock);
 879                 space_map_truncate(smo, mos, tx);
 880                 mutex_enter(&msp->ms_lock);
 881         }
 882
 883         space_map_sync(allocmap, SM_ALLOC, smo, mos, tx);
 884         space_map_sync(freemap, SM_FREE, smo, mos, tx);
 885
 886         mutex_exit(&msp->ms_lock);
 887
 888         VERIFY(0 == dmu_bonus_hold(mos, smo->smo_object, FTAG, &db));
 889         dmu_buf_will_dirty(db, tx);
 890         ASSERT3U(db->db_size, >=, sizeof (*smo));
 891         bcopy(smo, db->db_data, sizeof (*smo));
 892         dmu_buf_rele(db, FTAG);
 893
 894         dmu_tx_commit(tx);
 895 }
 896
 897 /*
 898  * Called after a transaction group has completely synced to mark
 899  * all of the metaslab's free space as usable.
 900  */
 901 void
 902 metaslab_sync_done(metaslab_t *msp, uint64_t txg)
 903 {
 904         space_map_obj_t *smo = &msp->ms_smo;
 905         space_map_obj_t *smosync = &msp->ms_smo_syncing;
 906         space_map_t *sm = &msp->ms_map;
 907         space_map_t *freed_map = &msp->ms_freemap[TXG_CLEAN(txg) & TXG_MASK];
 908         metaslab_group_t *mg = msp->ms_group;
 909         vdev_t *vd = mg->mg_vd;
 910         int t;
 911
 912         mutex_enter(&msp->ms_lock);
 913
 914         /*
 915          * If this metaslab is just becoming available, initialize its
 916          * allocmaps and freemaps and add its capacity to the vdev.
 917          */
 918         if (freed_map->sm_size == 0) {
 919                 for (t = 0; t < TXG_SIZE; t++) {
 920                         space_map_create(&msp->ms_allocmap[t], sm->sm_start,
 921                             sm->sm_size, sm->sm_shift, sm->sm_lock);
 922                         space_map_create(&msp->ms_freemap[t], sm->sm_start,
 923                             sm->sm_size, sm->sm_shift, sm->sm_lock);
 924                 }
 925                 vdev_space_update(vd, sm->sm_size, 0, B_TRUE);
 926         }
 927
 928         vdev_space_update(vd, 0, smosync->smo_alloc - smo->smo_alloc, B_TRUE);
 929
 930         ASSERT(msp->ms_allocmap[txg & TXG_MASK].sm_space == 0);
 931         ASSERT(msp->ms_freemap[txg & TXG_MASK].sm_space == 0);
 932
 933         /*
 934          * If there's a space_map_load() in progress, wait for it to complete
 935          * so that we have a consistent view of the in-core space map.
 936          * Then, add everything we freed in this txg to the map.
 937          */
 938         space_map_load_wait(sm);
 939         space_map_vacate(freed_map, sm->sm_loaded ? space_map_free : NULL, sm);
 940
 941         *smo = *smosync;
 942
 943         /*
 944          * If the map is loaded but no longer active, evict it as soon as all
 945          * future allocations have synced.  (If we unloaded it now and then
 946          * loaded a moment later, the map wouldn't reflect those allocations.)
 947          */
 948         if (sm->sm_loaded && (msp->ms_weight & METASLAB_ACTIVE_MASK) == 0) {
 949                 int evictable = 1;
 950
 951                 for (t = 1; t < TXG_CONCURRENT_STATES; t++)
 952                         if (msp->ms_allocmap[(txg + t) & TXG_MASK].sm_space)
 953                                 evictable = 0;
 954
 955                 if (evictable)
 956                         space_map_unload(sm);
 957         }
 958
 959         metaslab_group_sort(mg, msp, metaslab_weight(msp));
 960
 961         mutex_exit(&msp->ms_lock);
 962 }
 963
 964 void
 965 metaslab_sync_reassess(metaslab_group_t *mg)
 966 {
 967         vdev_t *vd = mg->mg_vd;
 968
 969         /*
 970          * Re-evaluate all metaslabs which have lower offsets than the
 971          * bonus area.
 972          */
 973         for (int m = 0; m < vd->vdev_ms_count; m++) {
 974                 metaslab_t *msp = vd->vdev_ms[m];
 975
 976                 if (msp->ms_map.sm_start > mg->mg_bonus_area)
 977                         break;
 978
 979                 mutex_enter(&msp->ms_lock);
 980                 metaslab_group_sort(mg, msp, metaslab_weight(msp));
 981                 mutex_exit(&msp->ms_lock);
 982         }
 983
 984         /*
 985          * Prefetch the next potential metaslabs
 986          */
 987         metaslab_prefetch(mg);
 988 }
 989
 990 static uint64_t
 991 metaslab_distance(metaslab_t *msp, dva_t *dva)
 992 {
 993         uint64_t ms_shift = msp->ms_group->mg_vd->vdev_ms_shift;
 994         uint64_t offset = DVA_GET_OFFSET(dva) >> ms_shift;
 995         uint64_t start = msp->ms_map.sm_start >> ms_shift;
 996
 997         if (msp->ms_group->mg_vd->vdev_id != DVA_GET_VDEV(dva))
 998                 return (1ULL << 63);
 999
1000         if (offset < start)
1001                 return ((start - offset) << ms_shift);
1002         if (offset > start)
1003                 return ((offset - start) << ms_shift);
1004         return (0);
1005 }
1006
1007 static uint64_t
1008 metaslab_group_alloc(metaslab_group_t *mg, uint64_t size, uint64_t txg,
1009     uint64_t min_distance, dva_t *dva, int d)
1010 {
1011         metaslab_t *msp = NULL;
1012         uint64_t offset = -1ULL;
1013         avl_tree_t *t = &mg->mg_metaslab_tree;
1014         uint64_t activation_weight;
1015         uint64_t target_distance;
1016         int i;
1017
1018         activation_weight = METASLAB_WEIGHT_PRIMARY;
1019         for (i = 0; i < d; i++) {
1020                 if (DVA_GET_VDEV(&dva[i]) == mg->mg_vd->vdev_id) {
1021                         activation_weight = METASLAB_WEIGHT_SECONDARY;
1022                         break;
1023                 }
1024         }
1025
1026         for (;;) {
1027                 boolean_t was_active;
1028
1029                 mutex_enter(&mg->mg_lock);
1030                 for (msp = avl_first(t); msp; msp = AVL_NEXT(t, msp)) {
1031                         if (msp->ms_weight < size) {
1032                                 mutex_exit(&mg->mg_lock);
1033                                 return (-1ULL);
1034                         }
1035
1036                         was_active = msp->ms_weight & METASLAB_ACTIVE_MASK;
1037                         if (activation_weight == METASLAB_WEIGHT_PRIMARY)
1038                                 break;
1039
1040                         target_distance = min_distance +
1041                             (msp->ms_smo.smo_alloc ? 0 : min_distance >> 1);
1042
1043                         for (i = 0; i < d; i++)
1044                                 if (metaslab_distance(msp, &dva[i]) <
1045                                     target_distance)
1046                                         break;
1047                         if (i == d)
1048                                 break;
1049                 }
1050                 mutex_exit(&mg->mg_lock);
1051                 if (msp == NULL)
1052                         return (-1ULL);
1053
1054                 mutex_enter(&msp->ms_lock);
1055
1056                 /*
1057                  * Ensure that the metaslab we have selected is still
1058                  * capable of handling our request. It's possible that
1059                  * another thread may have changed the weight while we
1060                  * were blocked on the metaslab lock.
1061                  */
1062                 if (msp->ms_weight < size || (was_active &&
1063                     !(msp->ms_weight & METASLAB_ACTIVE_MASK) &&
1064                     activation_weight == METASLAB_WEIGHT_PRIMARY)) {
1065                         mutex_exit(&msp->ms_lock);
1066                         continue;
1067                 }
1068
1069                 if ((msp->ms_weight & METASLAB_WEIGHT_SECONDARY) &&
1070                     activation_weight == METASLAB_WEIGHT_PRIMARY) {
1071                         metaslab_passivate(msp,
1072                             msp->ms_weight & ~METASLAB_ACTIVE_MASK);
1073                         mutex_exit(&msp->ms_lock);
1074                         continue;
1075                 }
1076
1077                 if (metaslab_activate(msp, activation_weight, size) != 0) {
1078                         mutex_exit(&msp->ms_lock);
1079                         continue;
1080                 }
1081
1082                 if ((offset = space_map_alloc(&msp->ms_map, size)) != -1ULL)
1083                         break;
1084
1085                 metaslab_passivate(msp, space_map_maxsize(&msp->ms_map));
1086
1087                 mutex_exit(&msp->ms_lock);
1088         }
1089
1090         if (msp->ms_allocmap[txg & TXG_MASK].sm_space == 0)
1091                 vdev_dirty(mg->mg_vd, VDD_METASLAB, msp, txg);
1092
1093         space_map_add(&msp->ms_allocmap[txg & TXG_MASK], offset, size);
1094
1095         mutex_exit(&msp->ms_lock);
1096
1097         return (offset);
1098 }
1099
1100 /*
1101  * Allocate a block for the specified i/o.
1102  */
1103 static int
1104 metaslab_alloc_dva(spa_t *spa, metaslab_class_t *mc, uint64_t psize,
1105     dva_t *dva, int d, dva_t *hintdva, uint64_t txg, int flags)
1106 {
1107         metaslab_group_t *mg, *rotor;
1108         vdev_t *vd;
1109         int dshift = 3;
1110         int all_zero;
1111         int zio_lock = B_FALSE;
1112         boolean_t allocatable;
1113         uint64_t offset = -1ULL;
1114         uint64_t asize;
1115         uint64_t distance;
1116
1117         ASSERT(!DVA_IS_VALID(&dva[d]));
1118
1119         /*
1120          * For testing, make some blocks above a certain size be gang blocks.
1121          */
1122         if (psize >= metaslab_gang_bang && (LBOLT & 3) == 0)
1123                 return (ENOSPC);
1124
1125         /*
1126          * Start at the rotor and loop through all mgs until we find something.
1127          * Note that there's no locking on mc_rotor or mc_allocated because
1128          * nothing actually breaks if we miss a few updates -- we just won't
1129          * allocate quite as evenly.  It all balances out over time.
1130          *
1131          * If we are doing ditto or log blocks, try to spread them across
1132          * consecutive vdevs.  If we're forced to reuse a vdev before we've
1133          * allocated all of our ditto blocks, then try and spread them out on
1134          * that vdev as much as possible.  If it turns out to not be possible,
1135          * gradually lower our standards until anything becomes acceptable.
1136          * Also, allocating on consecutive vdevs (as opposed to random vdevs)
1137          * gives us hope of containing our fault domains to something we're
1138          * able to reason about.  Otherwise, any two top-level vdev failures
1139          * will guarantee the loss of data.  With consecutive allocation,
1140          * only two adjacent top-level vdev failures will result in data loss.
1141          *
1142          * If we are doing gang blocks (hintdva is non-NULL), try to keep
1143          * ourselves on the same vdev as our gang block header.  That
1144          * way, we can hope for locality in vdev_cache, plus it makes our
1145          * fault domains something tractable.
1146          */
1147         if (hintdva) {
1148                 vd = vdev_lookup_top(spa, DVA_GET_VDEV(&hintdva[d]));
1149                 if (flags & METASLAB_HINTBP_AVOID)
1150                         mg = vd->vdev_mg->mg_next;
1151                 else
1152                         mg = vd->vdev_mg;
1153         } else if (d != 0) {
1154                 vd = vdev_lookup_top(spa, DVA_GET_VDEV(&dva[d - 1]));
1155                 mg = vd->vdev_mg->mg_next;
1156         } else {
1157                 mg = mc->mc_rotor;
1158         }
1159
1160         /*
1161          * If the hint put us into the wrong class, just follow the rotor.
1162          */
1163         if (mg->mg_class != mc)
1164                 mg = mc->mc_rotor;
1165
1166         rotor = mg;
1167 top:
1168         all_zero = B_TRUE;
1169         do {
1170                 vd = mg->mg_vd;
1171
1172                 /*
1173                  * Don't allocate from faulted devices.
1174                  */
1175                 if (zio_lock) {
1176                         spa_config_enter(spa, SCL_ZIO, FTAG, RW_READER);
1177                         allocatable = vdev_allocatable(vd);
1178                         spa_config_exit(spa, SCL_ZIO, FTAG);
1179                 } else {
1180                         allocatable = vdev_allocatable(vd);
1181                 }
1182                 if (!allocatable)
1183                         goto next;
1184
1185                 /*
1186                  * Avoid writing single-copy data to a failing vdev
1187                  */
1188                 if ((vd->vdev_stat.vs_write_errors > 0 ||
1189                     vd->vdev_state < VDEV_STATE_HEALTHY) &&
1190                     d == 0 && dshift == 3) {
1191                         all_zero = B_FALSE;
1192                         goto next;
1193                 }
1194
1195                 ASSERT(mg->mg_class == mc);
1196
1197                 distance = vd->vdev_asize >> dshift;
1198                 if (distance <= (1ULL << vd->vdev_ms_shift))
1199                         distance = 0;
1200                 else
1201                         all_zero = B_FALSE;
1202
1203                 asize = vdev_psize_to_asize(vd, psize);
1204                 ASSERT(P2PHASE(asize, 1ULL << vd->vdev_ashift) == 0);
1205
1206                 offset = metaslab_group_alloc(mg, asize, txg, distance, dva, d);
1207                 if (offset != -1ULL) {
1208                         /*
1209                          * If we've just selected this metaslab group,
1210                          * figure out whether the corresponding vdev is
1211                          * over- or under-used relative to the pool,
1212                          * and set an allocation bias to even it out.
1213                          */
1214                         if (mc->mc_allocated == 0) {
1215                                 vdev_stat_t *vs = &vd->vdev_stat;
1216                                 uint64_t alloc, space;
1217                                 int64_t vu, su;
1218
1219                                 alloc = spa_get_alloc(spa);
1220                                 space = spa_get_space(spa);
1221
1222                                 /*
1223                                  * Determine percent used in units of 0..1024.
1224                                  * (This is just to avoid floating point.)
1225                                  */
1226                                 vu = (vs->vs_alloc << 10) / (vs->vs_space + 1);
1227                                 su = (alloc << 10) / (space + 1);
1228
1229                                 /*
1230                                  * Bias by at most +/- 25% of the aliquot.
1231                                  */
1232                                 mg->mg_bias = ((su - vu) *
1233                                     (int64_t)mg->mg_aliquot) / (1024 * 4);
1234                         }
1235
1236                         if (atomic_add_64_nv(&mc->mc_allocated, asize) >=
1237                             mg->mg_aliquot + mg->mg_bias) {
1238                                 mc->mc_rotor = mg->mg_next;
1239                                 mc->mc_allocated = 0;
1240                         }
1241
1242                         DVA_SET_VDEV(&dva[d], vd->vdev_id);
1243                         DVA_SET_OFFSET(&dva[d], offset);
1244                         DVA_SET_GANG(&dva[d], !!(flags & METASLAB_GANG_HEADER));
1245                         DVA_SET_ASIZE(&dva[d], asize);
1246
1247                         return (0);
1248                 }
1249 next:
1250                 mc->mc_rotor = mg->mg_next;
1251                 mc->mc_allocated = 0;
1252         } while ((mg = mg->mg_next) != rotor);
1253
1254         if (!all_zero) {
1255                 dshift++;
1256                 ASSERT(dshift < 64);
1257                 goto top;
1258         }
1259
1260         if (!allocatable && !zio_lock) {
1261                 dshift = 3;
1262                 zio_lock = B_TRUE;
1263                 goto top;
1264         }
1265
1266         bzero(&dva[d], sizeof (dva_t));
1267
1268         return (ENOSPC);
1269 }
1270
1271 /*
1272  * Free the block represented by DVA in the context of the specified
1273  * transaction group.
1274  */
1275 static void
1276 metaslab_free_dva(spa_t *spa, const dva_t *dva, uint64_t txg, boolean_t now)
1277 {
1278         uint64_t vdev = DVA_GET_VDEV(dva);
1279         uint64_t offset = DVA_GET_OFFSET(dva);
1280         uint64_t size = DVA_GET_ASIZE(dva);
1281         vdev_t *vd;
1282         metaslab_t *msp;
1283
1284         ASSERT(DVA_IS_VALID(dva));
1285
1286         if (txg > spa_freeze_txg(spa))
1287                 return;
1288
1289         if ((vd = vdev_lookup_top(spa, vdev)) == NULL ||
1290             (offset >> vd->vdev_ms_shift) >= vd->vdev_ms_count) {
1291                 cmn_err(CE_WARN, "metaslab_free_dva(): bad DVA %llu:%llu",
1292                     (u_longlong_t)vdev, (u_longlong_t)offset);
1293                 ASSERT(0);
1294                 return;
1295         }
1296
1297         msp = vd->vdev_ms[offset >> vd->vdev_ms_shift];
1298
1299         if (DVA_GET_GANG(dva))
1300                 size = vdev_psize_to_asize(vd, SPA_GANGBLOCKSIZE);
1301
1302         mutex_enter(&msp->ms_lock);
1303
1304         if (now) {
1305                 space_map_remove(&msp->ms_allocmap[txg & TXG_MASK],
1306                     offset, size);
1307                 space_map_free(&msp->ms_map, offset, size);
1308         } else {
1309                 if (msp->ms_freemap[txg & TXG_MASK].sm_space == 0)
1310                         vdev_dirty(vd, VDD_METASLAB, msp, txg);
1311                 space_map_add(&msp->ms_freemap[txg & TXG_MASK], offset, size);
1312         }
1313
1314         mutex_exit(&msp->ms_lock);
1315 }
1316
1317 /*
1318  * Intent log support: upon opening the pool after a crash, notify the SPA
1319  * of blocks that the intent log has allocated for immediate write, but
1320  * which are still considered free by the SPA because the last transaction
1321  * group didn't commit yet.
1322  */
1323 static int
1324 metaslab_claim_dva(spa_t *spa, const dva_t *dva, uint64_t txg)
1325 {
1326         uint64_t vdev = DVA_GET_VDEV(dva);
1327         uint64_t offset = DVA_GET_OFFSET(dva);
1328         uint64_t size = DVA_GET_ASIZE(dva);
1329         vdev_t *vd;
1330         metaslab_t *msp;
1331         int error;
1332
1333         ASSERT(DVA_IS_VALID(dva));
1334
1335         if ((vd = vdev_lookup_top(spa, vdev)) == NULL ||
1336             (offset >> vd->vdev_ms_shift) >= vd->vdev_ms_count)
1337                 return (ENXIO);
1338
1339         msp = vd->vdev_ms[offset >> vd->vdev_ms_shift];
1340
1341         if (DVA_GET_GANG(dva))
1342                 size = vdev_psize_to_asize(vd, SPA_GANGBLOCKSIZE);
1343
1344         mutex_enter(&msp->ms_lock);
1345
1346         error = metaslab_activate(msp, METASLAB_WEIGHT_SECONDARY, 0);
1347         if (error || txg == 0) {        /* txg == 0 indicates dry run */
1348                 mutex_exit(&msp->ms_lock);
1349                 return (error);
1350         }
1351
1352         space_map_claim(&msp->ms_map, offset, size);
1353
1354         if (spa_writeable(spa)) {       /* don't dirty if we're zdb(1M) */
1355                 if (msp->ms_allocmap[txg & TXG_MASK].sm_space == 0)
1356                         vdev_dirty(vd, VDD_METASLAB, msp, txg);
1357                 space_map_add(&msp->ms_allocmap[txg & TXG_MASK], offset, size);
1358         }
1359
1360         mutex_exit(&msp->ms_lock);
1361
1362         return (0);
1363 }
1364
1365 int
1366 metaslab_alloc(spa_t *spa, metaslab_class_t *mc, uint64_t psize, blkptr_t *bp,
1367     int ndvas, uint64_t txg, blkptr_t *hintbp, int flags)
1368 {
1369         dva_t *dva = bp->blk_dva;
1370         dva_t *hintdva = hintbp->blk_dva;
1371         int error = 0;
1372
1373         ASSERT(bp->blk_birth == 0);
1374
1375         spa_config_enter(spa, SCL_ALLOC, FTAG, RW_READER);
1376
1377         if (mc->mc_rotor == NULL) {     /* no vdevs in this class */
1378                 spa_config_exit(spa, SCL_ALLOC, FTAG);
1379                 return (ENOSPC);
1380         }
1381
1382         ASSERT(ndvas > 0 && ndvas <= spa_max_replication(spa));
1383         ASSERT(BP_GET_NDVAS(bp) == 0);
1384         ASSERT(hintbp == NULL || ndvas <= BP_GET_NDVAS(hintbp));
1385
1386         for (int d = 0; d < ndvas; d++) {
1387                 error = metaslab_alloc_dva(spa, mc, psize, dva, d, hintdva,
1388                     txg, flags);
1389                 if (error) {
1390                         for (d--; d >= 0; d--) {
1391                                 metaslab_free_dva(spa, &dva[d], txg, B_TRUE);
1392                                 bzero(&dva[d], sizeof (dva_t));
1393                         }
1394                         spa_config_exit(spa, SCL_ALLOC, FTAG);
1395                         return (error);
1396                 }
1397         }
1398         ASSERT(error == 0);
1399         ASSERT(BP_GET_NDVAS(bp) == ndvas);
1400
1401         spa_config_exit(spa, SCL_ALLOC, FTAG);
1402
1403         bp->blk_birth = txg;
1404
1405         return (0);
1406 }
1407
1408 void
1409 metaslab_free(spa_t *spa, const blkptr_t *bp, uint64_t txg, boolean_t now)
1410 {
1411         const dva_t *dva = bp->blk_dva;
1412         int ndvas = BP_GET_NDVAS(bp);
1413
1414         ASSERT(!BP_IS_HOLE(bp));
1415         ASSERT(!now || bp->blk_birth >= spa->spa_syncing_txg);
1416
1417         spa_config_enter(spa, SCL_FREE, FTAG, RW_READER);
1418
1419         for (int d = 0; d < ndvas; d++)
1420                 metaslab_free_dva(spa, &dva[d], txg, now);
1421
1422         spa_config_exit(spa, SCL_FREE, FTAG);
1423 }
1424
1425 int
1426 metaslab_claim(spa_t *spa, const blkptr_t *bp, uint64_t txg)
1427 {
1428         const dva_t *dva = bp->blk_dva;
1429         int ndvas = BP_GET_NDVAS(bp);
1430         int error = 0;
1431
1432         ASSERT(!BP_IS_HOLE(bp));
1433
1434         if (txg != 0) {
1435                 /*
1436                  * First do a dry run to make sure all DVAs are claimable,
1437                  * so we don't have to unwind from partial failures below.
1438                  */
1439                 if ((error = metaslab_claim(spa, bp, 0)) != 0)
1440                         return (error);
1441         }
1442
1443         spa_config_enter(spa, SCL_ALLOC, FTAG, RW_READER);
1444
1445         for (int d = 0; d < ndvas; d++)
1446                 if ((error = metaslab_claim_dva(spa, &dva[d], txg)) != 0)
1447                         break;
1448
1449         spa_config_exit(spa, SCL_ALLOC, FTAG);
1450
1451         ASSERT(error == 0 || txg == 0);
1452
1453         return (error);
1454 }