]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/stable/9.git/blob - sys/cddl/contrib/opensolaris/uts/common/fs/zfs/space_map.c
MFC r247187,247265,247348,247398,247540,247585,247852,248265,248267
[FreeBSD/stable/9.git] / sys / cddl / contrib / opensolaris / uts / common / fs / zfs / space_map.c
1 /*
2  * CDDL HEADER START
3  *
4  * The contents of this file are subject to the terms of the
5  * Common Development and Distribution License (the "License").
6  * You may not use this file except in compliance with the License.
7  *
8  * You can obtain a copy of the license at usr/src/OPENSOLARIS.LICENSE
9  * or http://www.opensolaris.org/os/licensing.
10  * See the License for the specific language governing permissions
11  * and limitations under the License.
12  *
13  * When distributing Covered Code, include this CDDL HEADER in each
14  * file and include the License file at usr/src/OPENSOLARIS.LICENSE.
15  * If applicable, add the following below this CDDL HEADER, with the
16  * fields enclosed by brackets "[]" replaced with your own identifying
17  * information: Portions Copyright [yyyy] [name of copyright owner]
18  *
19  * CDDL HEADER END
20  */
21 /*
22  * Copyright 2009 Sun Microsystems, Inc.  All rights reserved.
23  * Use is subject to license terms.
24  */
25 /*
26  * Copyright (c) 2012 by Delphix. All rights reserved.
27  */
28
29 #include <sys/zfs_context.h>
30 #include <sys/spa.h>
31 #include <sys/dmu.h>
32 #include <sys/zio.h>
33 #include <sys/space_map.h>
34
35 static kmem_cache_t *space_seg_cache;
36
37 void
38 space_map_init(void)
39 {
40         ASSERT(space_seg_cache == NULL);
41         space_seg_cache = kmem_cache_create("space_seg_cache",
42             sizeof (space_seg_t), 0, NULL, NULL, NULL, NULL, NULL, 0);
43 }
44
45 void
46 space_map_fini(void)
47 {
48         kmem_cache_destroy(space_seg_cache);
49         space_seg_cache = NULL;
50 }
51
52 /*
53  * Space map routines.
54  * NOTE: caller is responsible for all locking.
55  */
56 static int
57 space_map_seg_compare(const void *x1, const void *x2)
58 {
59         const space_seg_t *s1 = x1;
60         const space_seg_t *s2 = x2;
61
62         if (s1->ss_start < s2->ss_start) {
63                 if (s1->ss_end > s2->ss_start)
64                         return (0);
65                 return (-1);
66         }
67         if (s1->ss_start > s2->ss_start) {
68                 if (s1->ss_start < s2->ss_end)
69                         return (0);
70                 return (1);
71         }
72         return (0);
73 }
74
75 void
76 space_map_create(space_map_t *sm, uint64_t start, uint64_t size, uint8_t shift,
77         kmutex_t *lp)
78 {
79         bzero(sm, sizeof (*sm));
80
81         cv_init(&sm->sm_load_cv, NULL, CV_DEFAULT, NULL);
82
83         avl_create(&sm->sm_root, space_map_seg_compare,
84             sizeof (space_seg_t), offsetof(struct space_seg, ss_node));
85
86         sm->sm_start = start;
87         sm->sm_size = size;
88         sm->sm_shift = shift;
89         sm->sm_lock = lp;
90 }
91
92 void
93 space_map_destroy(space_map_t *sm)
94 {
95         ASSERT(!sm->sm_loaded && !sm->sm_loading);
96         VERIFY0(sm->sm_space);
97         avl_destroy(&sm->sm_root);
98         cv_destroy(&sm->sm_load_cv);
99 }
100
101 void
102 space_map_add(space_map_t *sm, uint64_t start, uint64_t size)
103 {
104         avl_index_t where;
105         space_seg_t ssearch, *ss_before, *ss_after, *ss;
106         uint64_t end = start + size;
107         int merge_before, merge_after;
108
109         ASSERT(MUTEX_HELD(sm->sm_lock));
110         VERIFY(!sm->sm_condensing);
111         VERIFY(size != 0);
112         VERIFY3U(start, >=, sm->sm_start);
113         VERIFY3U(end, <=, sm->sm_start + sm->sm_size);
114         VERIFY(sm->sm_space + size <= sm->sm_size);
115         VERIFY(P2PHASE(start, 1ULL << sm->sm_shift) == 0);
116         VERIFY(P2PHASE(size, 1ULL << sm->sm_shift) == 0);
117
118         ssearch.ss_start = start;
119         ssearch.ss_end = end;
120         ss = avl_find(&sm->sm_root, &ssearch, &where);
121
122         if (ss != NULL && ss->ss_start <= start && ss->ss_end >= end) {
123                 zfs_panic_recover("zfs: allocating allocated segment"
124                     "(offset=%llu size=%llu)\n",
125                     (longlong_t)start, (longlong_t)size);
126                 return;
127         }
128
129         /* Make sure we don't overlap with either of our neighbors */
130         VERIFY(ss == NULL);
131
132         ss_before = avl_nearest(&sm->sm_root, where, AVL_BEFORE);
133         ss_after = avl_nearest(&sm->sm_root, where, AVL_AFTER);
134
135         merge_before = (ss_before != NULL && ss_before->ss_end == start);
136         merge_after = (ss_after != NULL && ss_after->ss_start == end);
137
138         if (merge_before && merge_after) {
139                 avl_remove(&sm->sm_root, ss_before);
140                 if (sm->sm_pp_root) {
141                         avl_remove(sm->sm_pp_root, ss_before);
142                         avl_remove(sm->sm_pp_root, ss_after);
143                 }
144                 ss_after->ss_start = ss_before->ss_start;
145                 kmem_cache_free(space_seg_cache, ss_before);
146                 ss = ss_after;
147         } else if (merge_before) {
148                 ss_before->ss_end = end;
149                 if (sm->sm_pp_root)
150                         avl_remove(sm->sm_pp_root, ss_before);
151                 ss = ss_before;
152         } else if (merge_after) {
153                 ss_after->ss_start = start;
154                 if (sm->sm_pp_root)
155                         avl_remove(sm->sm_pp_root, ss_after);
156                 ss = ss_after;
157         } else {
158                 ss = kmem_cache_alloc(space_seg_cache, KM_SLEEP);
159                 ss->ss_start = start;
160                 ss->ss_end = end;
161                 avl_insert(&sm->sm_root, ss, where);
162         }
163
164         if (sm->sm_pp_root)
165                 avl_add(sm->sm_pp_root, ss);
166
167         sm->sm_space += size;
168 }
169
170 void
171 space_map_remove(space_map_t *sm, uint64_t start, uint64_t size)
172 {
173         space_seg_t ssearch, *ss, *newseg;
174         uint64_t end = start + size;
175         int left_over, right_over;
176
177         ASSERT(MUTEX_HELD(sm->sm_lock));
178         VERIFY(!sm->sm_condensing);
179         VERIFY(size != 0);
180         VERIFY(P2PHASE(start, 1ULL << sm->sm_shift) == 0);
181         VERIFY(P2PHASE(size, 1ULL << sm->sm_shift) == 0);
182
183         ssearch.ss_start = start;
184         ssearch.ss_end = end;
185         ss = avl_find(&sm->sm_root, &ssearch, NULL);
186
187         /* Make sure we completely overlap with someone */
188         if (ss == NULL) {
189                 zfs_panic_recover("zfs: freeing free segment "
190                     "(offset=%llu size=%llu)",
191                     (longlong_t)start, (longlong_t)size);
192                 return;
193         }
194         VERIFY3U(ss->ss_start, <=, start);
195         VERIFY3U(ss->ss_end, >=, end);
196         VERIFY(sm->sm_space - size < sm->sm_size);
197
198         left_over = (ss->ss_start != start);
199         right_over = (ss->ss_end != end);
200
201         if (sm->sm_pp_root)
202                 avl_remove(sm->sm_pp_root, ss);
203
204         if (left_over && right_over) {
205                 newseg = kmem_cache_alloc(space_seg_cache, KM_SLEEP);
206                 newseg->ss_start = end;
207                 newseg->ss_end = ss->ss_end;
208                 ss->ss_end = start;
209                 avl_insert_here(&sm->sm_root, newseg, ss, AVL_AFTER);
210                 if (sm->sm_pp_root)
211                         avl_add(sm->sm_pp_root, newseg);
212         } else if (left_over) {
213                 ss->ss_end = start;
214         } else if (right_over) {
215                 ss->ss_start = end;
216         } else {
217                 avl_remove(&sm->sm_root, ss);
218                 kmem_cache_free(space_seg_cache, ss);
219                 ss = NULL;
220         }
221
222         if (sm->sm_pp_root && ss != NULL)
223                 avl_add(sm->sm_pp_root, ss);
224
225         sm->sm_space -= size;
226 }
227
228 boolean_t
229 space_map_contains(space_map_t *sm, uint64_t start, uint64_t size)
230 {
231         avl_index_t where;
232         space_seg_t ssearch, *ss;
233         uint64_t end = start + size;
234
235         ASSERT(MUTEX_HELD(sm->sm_lock));
236         VERIFY(size != 0);
237         VERIFY(P2PHASE(start, 1ULL << sm->sm_shift) == 0);
238         VERIFY(P2PHASE(size, 1ULL << sm->sm_shift) == 0);
239
240         ssearch.ss_start = start;
241         ssearch.ss_end = end;
242         ss = avl_find(&sm->sm_root, &ssearch, &where);
243
244         return (ss != NULL && ss->ss_start <= start && ss->ss_end >= end);
245 }
246
247 void
248 space_map_swap(space_map_t **msrc, space_map_t **mdst)
249 {
250         space_map_t *sm;
251
252         ASSERT(MUTEX_HELD((*msrc)->sm_lock));
253         ASSERT0((*mdst)->sm_space);
254         ASSERT0(avl_numnodes(&(*mdst)->sm_root));
255
256         sm = *msrc;
257         *msrc = *mdst;
258         *mdst = sm;
259 }
260
261 void
262 space_map_vacate(space_map_t *sm, space_map_func_t *func, space_map_t *mdest)
263 {
264         space_seg_t *ss;
265         void *cookie = NULL;
266
267         ASSERT(MUTEX_HELD(sm->sm_lock));
268
269         while ((ss = avl_destroy_nodes(&sm->sm_root, &cookie)) != NULL) {
270                 if (func != NULL)
271                         func(mdest, ss->ss_start, ss->ss_end - ss->ss_start);
272                 kmem_cache_free(space_seg_cache, ss);
273         }
274         sm->sm_space = 0;
275 }
276
277 void
278 space_map_walk(space_map_t *sm, space_map_func_t *func, space_map_t *mdest)
279 {
280         space_seg_t *ss;
281
282         ASSERT(MUTEX_HELD(sm->sm_lock));
283
284         for (ss = avl_first(&sm->sm_root); ss; ss = AVL_NEXT(&sm->sm_root, ss))
285                 func(mdest, ss->ss_start, ss->ss_end - ss->ss_start);
286 }
287
288 /*
289  * Wait for any in-progress space_map_load() to complete.
290  */
291 void
292 space_map_load_wait(space_map_t *sm)
293 {
294         ASSERT(MUTEX_HELD(sm->sm_lock));
295
296         while (sm->sm_loading) {
297                 ASSERT(!sm->sm_loaded);
298                 cv_wait(&sm->sm_load_cv, sm->sm_lock);
299         }
300 }
301
302 /*
303  * Note: space_map_load() will drop sm_lock across dmu_read() calls.
304  * The caller must be OK with this.
305  */
306 int
307 space_map_load(space_map_t *sm, space_map_ops_t *ops, uint8_t maptype,
308         space_map_obj_t *smo, objset_t *os)
309 {
310         uint64_t *entry, *entry_map, *entry_map_end;
311         uint64_t bufsize, size, offset, end, space;
312         uint64_t mapstart = sm->sm_start;
313         int error = 0;
314
315         ASSERT(MUTEX_HELD(sm->sm_lock));
316         ASSERT(!sm->sm_loaded);
317         ASSERT(!sm->sm_loading);
318
319         sm->sm_loading = B_TRUE;
320         end = smo->smo_objsize;
321         space = smo->smo_alloc;
322
323         ASSERT(sm->sm_ops == NULL);
324         VERIFY0(sm->sm_space);
325
326         if (maptype == SM_FREE) {
327                 space_map_add(sm, sm->sm_start, sm->sm_size);
328                 space = sm->sm_size - space;
329         }
330
331         bufsize = 1ULL << SPACE_MAP_BLOCKSHIFT;
332         entry_map = zio_buf_alloc(bufsize);
333
334         mutex_exit(sm->sm_lock);
335         if (end > bufsize)
336                 dmu_prefetch(os, smo->smo_object, bufsize, end - bufsize);
337         mutex_enter(sm->sm_lock);
338
339         for (offset = 0; offset < end; offset += bufsize) {
340                 size = MIN(end - offset, bufsize);
341                 VERIFY(P2PHASE(size, sizeof (uint64_t)) == 0);
342                 VERIFY(size != 0);
343
344                 dprintf("object=%llu  offset=%llx  size=%llx\n",
345                     smo->smo_object, offset, size);
346
347                 mutex_exit(sm->sm_lock);
348                 error = dmu_read(os, smo->smo_object, offset, size, entry_map,
349                     DMU_READ_PREFETCH);
350                 mutex_enter(sm->sm_lock);
351                 if (error != 0)
352                         break;
353
354                 entry_map_end = entry_map + (size / sizeof (uint64_t));
355                 for (entry = entry_map; entry < entry_map_end; entry++) {
356                         uint64_t e = *entry;
357
358                         if (SM_DEBUG_DECODE(e))         /* Skip debug entries */
359                                 continue;
360
361                         (SM_TYPE_DECODE(e) == maptype ?
362                             space_map_add : space_map_remove)(sm,
363                             (SM_OFFSET_DECODE(e) << sm->sm_shift) + mapstart,
364                             SM_RUN_DECODE(e) << sm->sm_shift);
365                 }
366         }
367
368         if (error == 0) {
369                 VERIFY3U(sm->sm_space, ==, space);
370
371                 sm->sm_loaded = B_TRUE;
372                 sm->sm_ops = ops;
373                 if (ops != NULL)
374                         ops->smop_load(sm);
375         } else {
376                 space_map_vacate(sm, NULL, NULL);
377         }
378
379         zio_buf_free(entry_map, bufsize);
380
381         sm->sm_loading = B_FALSE;
382
383         cv_broadcast(&sm->sm_load_cv);
384
385         return (error);
386 }
387
388 void
389 space_map_unload(space_map_t *sm)
390 {
391         ASSERT(MUTEX_HELD(sm->sm_lock));
392
393         if (sm->sm_loaded && sm->sm_ops != NULL)
394                 sm->sm_ops->smop_unload(sm);
395
396         sm->sm_loaded = B_FALSE;
397         sm->sm_ops = NULL;
398
399         space_map_vacate(sm, NULL, NULL);
400 }
401
402 uint64_t
403 space_map_maxsize(space_map_t *sm)
404 {
405         ASSERT(sm->sm_ops != NULL);
406         return (sm->sm_ops->smop_max(sm));
407 }
408
409 uint64_t
410 space_map_alloc(space_map_t *sm, uint64_t size)
411 {
412         uint64_t start;
413
414         start = sm->sm_ops->smop_alloc(sm, size);
415         if (start != -1ULL)
416                 space_map_remove(sm, start, size);
417         return (start);
418 }
419
420 void
421 space_map_claim(space_map_t *sm, uint64_t start, uint64_t size)
422 {
423         sm->sm_ops->smop_claim(sm, start, size);
424         space_map_remove(sm, start, size);
425 }
426
427 void
428 space_map_free(space_map_t *sm, uint64_t start, uint64_t size)
429 {
430         space_map_add(sm, start, size);
431         sm->sm_ops->smop_free(sm, start, size);
432 }
433
434 /*
435  * Note: space_map_sync() will drop sm_lock across dmu_write() calls.
436  */
437 void
438 space_map_sync(space_map_t *sm, uint8_t maptype,
439         space_map_obj_t *smo, objset_t *os, dmu_tx_t *tx)
440 {
441         spa_t *spa = dmu_objset_spa(os);
442         avl_tree_t *t = &sm->sm_root;
443         space_seg_t *ss;
444         uint64_t bufsize, start, size, run_len, total, sm_space, nodes;
445         uint64_t *entry, *entry_map, *entry_map_end;
446
447         ASSERT(MUTEX_HELD(sm->sm_lock));
448
449         if (sm->sm_space == 0)
450                 return;
451
452         dprintf("object %4llu, txg %llu, pass %d, %c, count %lu, space %llx\n",
453             smo->smo_object, dmu_tx_get_txg(tx), spa_sync_pass(spa),
454             maptype == SM_ALLOC ? 'A' : 'F', avl_numnodes(&sm->sm_root),
455             sm->sm_space);
456
457         if (maptype == SM_ALLOC)
458                 smo->smo_alloc += sm->sm_space;
459         else
460                 smo->smo_alloc -= sm->sm_space;
461
462         bufsize = (8 + avl_numnodes(&sm->sm_root)) * sizeof (uint64_t);
463         bufsize = MIN(bufsize, 1ULL << SPACE_MAP_BLOCKSHIFT);
464         entry_map = zio_buf_alloc(bufsize);
465         entry_map_end = entry_map + (bufsize / sizeof (uint64_t));
466         entry = entry_map;
467
468         *entry++ = SM_DEBUG_ENCODE(1) |
469             SM_DEBUG_ACTION_ENCODE(maptype) |
470             SM_DEBUG_SYNCPASS_ENCODE(spa_sync_pass(spa)) |
471             SM_DEBUG_TXG_ENCODE(dmu_tx_get_txg(tx));
472
473         total = 0;
474         nodes = avl_numnodes(&sm->sm_root);
475         sm_space = sm->sm_space;
476         for (ss = avl_first(t); ss != NULL; ss = AVL_NEXT(t, ss)) {
477                 size = ss->ss_end - ss->ss_start;
478                 start = (ss->ss_start - sm->sm_start) >> sm->sm_shift;
479
480                 total += size;
481                 size >>= sm->sm_shift;
482
483                 while (size) {
484                         run_len = MIN(size, SM_RUN_MAX);
485
486                         if (entry == entry_map_end) {
487                                 mutex_exit(sm->sm_lock);
488                                 dmu_write(os, smo->smo_object, smo->smo_objsize,
489                                     bufsize, entry_map, tx);
490                                 mutex_enter(sm->sm_lock);
491                                 smo->smo_objsize += bufsize;
492                                 entry = entry_map;
493                         }
494
495                         *entry++ = SM_OFFSET_ENCODE(start) |
496                             SM_TYPE_ENCODE(maptype) |
497                             SM_RUN_ENCODE(run_len);
498
499                         start += run_len;
500                         size -= run_len;
501                 }
502         }
503
504         if (entry != entry_map) {
505                 size = (entry - entry_map) * sizeof (uint64_t);
506                 mutex_exit(sm->sm_lock);
507                 dmu_write(os, smo->smo_object, smo->smo_objsize,
508                     size, entry_map, tx);
509                 mutex_enter(sm->sm_lock);
510                 smo->smo_objsize += size;
511         }
512
513         /*
514          * Ensure that the space_map's accounting wasn't changed
515          * while we were in the middle of writing it out.
516          */
517         VERIFY3U(nodes, ==, avl_numnodes(&sm->sm_root));
518         VERIFY3U(sm->sm_space, ==, sm_space);
519         VERIFY3U(sm->sm_space, ==, total);
520
521         zio_buf_free(entry_map, bufsize);
522 }
523
524 void
525 space_map_truncate(space_map_obj_t *smo, objset_t *os, dmu_tx_t *tx)
526 {
527         VERIFY(dmu_free_range(os, smo->smo_object, 0, -1ULL, tx) == 0);
528
529         smo->smo_objsize = 0;
530         smo->smo_alloc = 0;
531 }
532
533 /*
534  * Space map reference trees.
535  *
536  * A space map is a collection of integers.  Every integer is either
537  * in the map, or it's not.  A space map reference tree generalizes
538  * the idea: it allows its members to have arbitrary reference counts,
539  * as opposed to the implicit reference count of 0 or 1 in a space map.
540  * This representation comes in handy when computing the union or
541  * intersection of multiple space maps.  For example, the union of
542  * N space maps is the subset of the reference tree with refcnt >= 1.
543  * The intersection of N space maps is the subset with refcnt >= N.
544  *
545  * [It's very much like a Fourier transform.  Unions and intersections
546  * are hard to perform in the 'space map domain', so we convert the maps
547  * into the 'reference count domain', where it's trivial, then invert.]
548  *
549  * vdev_dtl_reassess() uses computations of this form to determine
550  * DTL_MISSING and DTL_OUTAGE for interior vdevs -- e.g. a RAID-Z vdev
551  * has an outage wherever refcnt >= vdev_nparity + 1, and a mirror vdev
552  * has an outage wherever refcnt >= vdev_children.
553  */
554 static int
555 space_map_ref_compare(const void *x1, const void *x2)
556 {
557         const space_ref_t *sr1 = x1;
558         const space_ref_t *sr2 = x2;
559
560         if (sr1->sr_offset < sr2->sr_offset)
561                 return (-1);
562         if (sr1->sr_offset > sr2->sr_offset)
563                 return (1);
564
565         if (sr1 < sr2)
566                 return (-1);
567         if (sr1 > sr2)
568                 return (1);
569
570         return (0);
571 }
572
573 void
574 space_map_ref_create(avl_tree_t *t)
575 {
576         avl_create(t, space_map_ref_compare,
577             sizeof (space_ref_t), offsetof(space_ref_t, sr_node));
578 }
579
580 void
581 space_map_ref_destroy(avl_tree_t *t)
582 {
583         space_ref_t *sr;
584         void *cookie = NULL;
585
586         while ((sr = avl_destroy_nodes(t, &cookie)) != NULL)
587                 kmem_free(sr, sizeof (*sr));
588
589         avl_destroy(t);
590 }
591
592 static void
593 space_map_ref_add_node(avl_tree_t *t, uint64_t offset, int64_t refcnt)
594 {
595         space_ref_t *sr;
596
597         sr = kmem_alloc(sizeof (*sr), KM_SLEEP);
598         sr->sr_offset = offset;
599         sr->sr_refcnt = refcnt;
600
601         avl_add(t, sr);
602 }
603
604 void
605 space_map_ref_add_seg(avl_tree_t *t, uint64_t start, uint64_t end,
606         int64_t refcnt)
607 {
608         space_map_ref_add_node(t, start, refcnt);
609         space_map_ref_add_node(t, end, -refcnt);
610 }
611
612 /*
613  * Convert (or add) a space map into a reference tree.
614  */
615 void
616 space_map_ref_add_map(avl_tree_t *t, space_map_t *sm, int64_t refcnt)
617 {
618         space_seg_t *ss;
619
620         ASSERT(MUTEX_HELD(sm->sm_lock));
621
622         for (ss = avl_first(&sm->sm_root); ss; ss = AVL_NEXT(&sm->sm_root, ss))
623                 space_map_ref_add_seg(t, ss->ss_start, ss->ss_end, refcnt);
624 }
625
626 /*
627  * Convert a reference tree into a space map.  The space map will contain
628  * all members of the reference tree for which refcnt >= minref.
629  */
630 void
631 space_map_ref_generate_map(avl_tree_t *t, space_map_t *sm, int64_t minref)
632 {
633         uint64_t start = -1ULL;
634         int64_t refcnt = 0;
635         space_ref_t *sr;
636
637         ASSERT(MUTEX_HELD(sm->sm_lock));
638
639         space_map_vacate(sm, NULL, NULL);
640
641         for (sr = avl_first(t); sr != NULL; sr = AVL_NEXT(t, sr)) {
642                 refcnt += sr->sr_refcnt;
643                 if (refcnt >= minref) {
644                         if (start == -1ULL) {
645                                 start = sr->sr_offset;
646                         }
647                 } else {
648                         if (start != -1ULL) {
649                                 uint64_t end = sr->sr_offset;
650                                 ASSERT(start <= end);
651                                 if (end > start)
652                                         space_map_add(sm, start, end - start);
653                                 start = -1ULL;
654                         }
655                 }
656         }
657         ASSERT(refcnt == 0);
658         ASSERT(start == -1ULL);
659 }