]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - sys/cddl/contrib/opensolaris/uts/common/fs/zfs/vdev_mirror.c
MFV 286707: 5959 clean up per-dataset feature count code
[FreeBSD/FreeBSD.git] / sys / cddl / contrib / opensolaris / uts / common / fs / zfs / vdev_mirror.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 2010 Sun Microsystems, Inc.  All rights reserved.
23  * Use is subject to license terms.
24  */
25
26 /*
27  * Copyright (c) 2012, 2014 by Delphix. All rights reserved.
28  */
29
30 #include <sys/zfs_context.h>
31 #include <sys/spa.h>
32 #include <sys/vdev_impl.h>
33 #include <sys/zio.h>
34 #include <sys/fs/zfs.h>
35
36 /*
37  * Virtual device vector for mirroring.
38  */
39
40 typedef struct mirror_child {
41         vdev_t          *mc_vd;
42         uint64_t        mc_offset;
43         int             mc_error;
44         int             mc_load;
45         uint8_t         mc_tried;
46         uint8_t         mc_skipped;
47         uint8_t         mc_speculative;
48 } mirror_child_t;
49
50 typedef struct mirror_map {
51         int             *mm_preferred;
52         int             mm_preferred_cnt;
53         int             mm_children;
54         boolean_t       mm_replacing;
55         boolean_t       mm_root;
56         mirror_child_t  mm_child[];
57 } mirror_map_t;
58
59 static int vdev_mirror_shift = 21;
60
61 SYSCTL_DECL(_vfs_zfs_vdev);
62 static SYSCTL_NODE(_vfs_zfs_vdev, OID_AUTO, mirror, CTLFLAG_RD, 0,
63     "ZFS VDEV Mirror");
64
65 /*
66  * The load configuration settings below are tuned by default for
67  * the case where all devices are of the same rotational type.
68  *
69  * If there is a mixture of rotating and non-rotating media, setting
70  * non_rotating_seek_inc to 0 may well provide better results as it
71  * will direct more reads to the non-rotating vdevs which are more
72  * likely to have a higher performance.
73  */
74
75 /* Rotating media load calculation configuration. */
76 static int rotating_inc = 0;
77 SYSCTL_INT(_vfs_zfs_vdev_mirror, OID_AUTO, rotating_inc, CTLFLAG_RWTUN,
78     &rotating_inc, 0, "Rotating media load increment for non-seeking I/O's");
79
80 static int rotating_seek_inc = 5;
81 SYSCTL_INT(_vfs_zfs_vdev_mirror, OID_AUTO, rotating_seek_inc, CTLFLAG_RWTUN,
82     &rotating_seek_inc, 0, "Rotating media load increment for seeking I/O's");
83
84 static int rotating_seek_offset = 1 * 1024 * 1024;
85 SYSCTL_INT(_vfs_zfs_vdev_mirror, OID_AUTO, rotating_seek_offset, CTLFLAG_RWTUN,
86     &rotating_seek_offset, 0, "Offset in bytes from the last I/O which "
87     "triggers a reduced rotating media seek increment");
88
89 /* Non-rotating media load calculation configuration. */
90 static int non_rotating_inc = 0;
91 SYSCTL_INT(_vfs_zfs_vdev_mirror, OID_AUTO, non_rotating_inc, CTLFLAG_RWTUN,
92     &non_rotating_inc, 0,
93     "Non-rotating media load increment for non-seeking I/O's");
94
95 static int non_rotating_seek_inc = 1;
96 SYSCTL_INT(_vfs_zfs_vdev_mirror, OID_AUTO, non_rotating_seek_inc, CTLFLAG_RWTUN,
97     &non_rotating_seek_inc, 0,
98     "Non-rotating media load increment for seeking I/O's");
99
100
101 static inline size_t
102 vdev_mirror_map_size(int children)
103 {
104         return (offsetof(mirror_map_t, mm_child[children]) +
105             sizeof(int) * children);
106 }
107
108 static inline mirror_map_t *
109 vdev_mirror_map_alloc(int children, boolean_t replacing, boolean_t root)
110 {
111         mirror_map_t *mm;
112
113         mm = kmem_zalloc(vdev_mirror_map_size(children), KM_SLEEP);
114         mm->mm_children = children;
115         mm->mm_replacing = replacing;
116         mm->mm_root = root;
117         mm->mm_preferred = (int *)((uintptr_t)mm + 
118             offsetof(mirror_map_t, mm_child[children]));
119
120         return mm;
121 }
122
123 static void
124 vdev_mirror_map_free(zio_t *zio)
125 {
126         mirror_map_t *mm = zio->io_vsd;
127
128         kmem_free(mm, vdev_mirror_map_size(mm->mm_children));
129 }
130
131 static const zio_vsd_ops_t vdev_mirror_vsd_ops = {
132         vdev_mirror_map_free,
133         zio_vsd_default_cksum_report
134 };
135
136 static int
137 vdev_mirror_load(mirror_map_t *mm, vdev_t *vd, uint64_t zio_offset)
138 {
139         uint64_t lastoffset;
140         int load;
141
142         /* All DVAs have equal weight at the root. */
143         if (mm->mm_root)
144                 return (INT_MAX);
145
146         /*
147          * We don't return INT_MAX if the device is resilvering i.e.
148          * vdev_resilver_txg != 0 as when tested performance was slightly
149          * worse overall when resilvering with compared to without.
150          */
151
152         /* Standard load based on pending queue length. */
153         load = vdev_queue_length(vd);
154         lastoffset = vdev_queue_lastoffset(vd);
155
156         if (vd->vdev_rotation_rate == VDEV_RATE_NON_ROTATING) {
157                 /* Non-rotating media. */
158                 if (lastoffset == zio_offset)
159                         return (load + non_rotating_inc);
160
161                 /*
162                  * Apply a seek penalty even for non-rotating devices as
163                  * sequential I/O'a can be aggregated into fewer operations
164                  * on the device, thus avoiding unnecessary per-command
165                  * overhead and boosting performance.
166                  */
167                 return (load + non_rotating_seek_inc);
168         }
169
170         /* Rotating media I/O's which directly follow the last I/O. */
171         if (lastoffset == zio_offset)
172                 return (load + rotating_inc);
173
174         /*
175          * Apply half the seek increment to I/O's within seek offset
176          * of the last I/O queued to this vdev as they should incure less
177          * of a seek increment.
178          */
179         if (ABS(lastoffset - zio_offset) < rotating_seek_offset)
180                 return (load + (rotating_seek_inc / 2));
181
182         /* Apply the full seek increment to all other I/O's. */
183         return (load + rotating_seek_inc);
184 }
185
186
187 static mirror_map_t *
188 vdev_mirror_map_init(zio_t *zio)
189 {
190         mirror_map_t *mm = NULL;
191         mirror_child_t *mc;
192         vdev_t *vd = zio->io_vd;
193         int c;
194
195         if (vd == NULL) {
196                 dva_t *dva = zio->io_bp->blk_dva;
197                 spa_t *spa = zio->io_spa;
198
199                 mm = vdev_mirror_map_alloc(BP_GET_NDVAS(zio->io_bp), B_FALSE,
200                     B_TRUE);
201                 for (c = 0; c < mm->mm_children; c++) {
202                         mc = &mm->mm_child[c];
203                         mc->mc_vd = vdev_lookup_top(spa, DVA_GET_VDEV(&dva[c]));
204                         mc->mc_offset = DVA_GET_OFFSET(&dva[c]);
205                 }
206         } else {
207                 mm = vdev_mirror_map_alloc(vd->vdev_children,
208                     (vd->vdev_ops == &vdev_replacing_ops ||
209                     vd->vdev_ops == &vdev_spare_ops), B_FALSE);
210                 for (c = 0; c < mm->mm_children; c++) {
211                         mc = &mm->mm_child[c];
212                         mc->mc_vd = vd->vdev_child[c];
213                         mc->mc_offset = zio->io_offset;
214                 }
215         }
216
217         zio->io_vsd = mm;
218         zio->io_vsd_ops = &vdev_mirror_vsd_ops;
219         return (mm);
220 }
221
222 static int
223 vdev_mirror_open(vdev_t *vd, uint64_t *asize, uint64_t *max_asize,
224     uint64_t *logical_ashift, uint64_t *physical_ashift)
225 {
226         int numerrors = 0;
227         int lasterror = 0;
228
229         if (vd->vdev_children == 0) {
230                 vd->vdev_stat.vs_aux = VDEV_AUX_BAD_LABEL;
231                 return (SET_ERROR(EINVAL));
232         }
233
234         vdev_open_children(vd);
235
236         for (int c = 0; c < vd->vdev_children; c++) {
237                 vdev_t *cvd = vd->vdev_child[c];
238
239                 if (cvd->vdev_open_error) {
240                         lasterror = cvd->vdev_open_error;
241                         numerrors++;
242                         continue;
243                 }
244
245                 *asize = MIN(*asize - 1, cvd->vdev_asize - 1) + 1;
246                 *max_asize = MIN(*max_asize - 1, cvd->vdev_max_asize - 1) + 1;
247                 *logical_ashift = MAX(*logical_ashift, cvd->vdev_ashift);
248                 *physical_ashift = MAX(*physical_ashift,
249                     cvd->vdev_physical_ashift);
250         }
251
252         if (numerrors == vd->vdev_children) {
253                 vd->vdev_stat.vs_aux = VDEV_AUX_NO_REPLICAS;
254                 return (lasterror);
255         }
256
257         return (0);
258 }
259
260 static void
261 vdev_mirror_close(vdev_t *vd)
262 {
263         for (int c = 0; c < vd->vdev_children; c++)
264                 vdev_close(vd->vdev_child[c]);
265 }
266
267 static void
268 vdev_mirror_child_done(zio_t *zio)
269 {
270         mirror_child_t *mc = zio->io_private;
271
272         mc->mc_error = zio->io_error;
273         mc->mc_tried = 1;
274         mc->mc_skipped = 0;
275 }
276
277 static void
278 vdev_mirror_scrub_done(zio_t *zio)
279 {
280         mirror_child_t *mc = zio->io_private;
281
282         if (zio->io_error == 0) {
283                 zio_t *pio;
284
285                 mutex_enter(&zio->io_lock);
286                 while ((pio = zio_walk_parents(zio)) != NULL) {
287                         mutex_enter(&pio->io_lock);
288                         ASSERT3U(zio->io_size, >=, pio->io_size);
289                         bcopy(zio->io_data, pio->io_data, pio->io_size);
290                         mutex_exit(&pio->io_lock);
291                 }
292                 mutex_exit(&zio->io_lock);
293         }
294
295         zio_buf_free(zio->io_data, zio->io_size);
296
297         mc->mc_error = zio->io_error;
298         mc->mc_tried = 1;
299         mc->mc_skipped = 0;
300 }
301
302 /*
303  * Check the other, lower-index DVAs to see if they're on the same
304  * vdev as the child we picked.  If they are, use them since they
305  * are likely to have been allocated from the primary metaslab in
306  * use at the time, and hence are more likely to have locality with
307  * single-copy data.
308  */
309 static int
310 vdev_mirror_dva_select(zio_t *zio, int p)
311 {
312         dva_t *dva = zio->io_bp->blk_dva;
313         mirror_map_t *mm = zio->io_vsd;
314         int preferred;
315         int c;
316
317         preferred = mm->mm_preferred[p];
318         for (p-- ; p >= 0; p--) {
319                 c = mm->mm_preferred[p];
320                 if (DVA_GET_VDEV(&dva[c]) == DVA_GET_VDEV(&dva[preferred]))
321                         preferred = c;
322         }
323         return (preferred);
324 }
325
326 static int
327 vdev_mirror_preferred_child_randomize(zio_t *zio)
328 {
329         mirror_map_t *mm = zio->io_vsd;
330         int p;
331
332         if (mm->mm_root) {
333                 p = spa_get_random(mm->mm_preferred_cnt);
334                 return (vdev_mirror_dva_select(zio, p));
335         }
336
337         /*
338          * To ensure we don't always favour the first matching vdev,
339          * which could lead to wear leveling issues on SSD's, we
340          * use the I/O offset as a pseudo random seed into the vdevs
341          * which have the lowest load.
342          */
343         p = (zio->io_offset >> vdev_mirror_shift) % mm->mm_preferred_cnt;
344         return (mm->mm_preferred[p]);
345 }
346
347 /*
348  * Try to find a vdev whose DTL doesn't contain the block we want to read
349  * prefering vdevs based on determined load.
350  *
351  * If we can't, try the read on any vdev we haven't already tried.
352  */
353 static int
354 vdev_mirror_child_select(zio_t *zio)
355 {
356         mirror_map_t *mm = zio->io_vsd;
357         uint64_t txg = zio->io_txg;
358         int c, lowest_load;
359
360         ASSERT(zio->io_bp == NULL || BP_PHYSICAL_BIRTH(zio->io_bp) == txg);
361
362         lowest_load = INT_MAX;
363         mm->mm_preferred_cnt = 0;
364         for (c = 0; c < mm->mm_children; c++) {
365                 mirror_child_t *mc;
366
367                 mc = &mm->mm_child[c];
368                 if (mc->mc_tried || mc->mc_skipped)
369                         continue;
370
371                 if (!vdev_readable(mc->mc_vd)) {
372                         mc->mc_error = SET_ERROR(ENXIO);
373                         mc->mc_tried = 1;       /* don't even try */
374                         mc->mc_skipped = 1;
375                         continue;
376                 }
377
378                 if (vdev_dtl_contains(mc->mc_vd, DTL_MISSING, txg, 1)) {
379                         mc->mc_error = SET_ERROR(ESTALE);
380                         mc->mc_skipped = 1;
381                         mc->mc_speculative = 1;
382                         continue;
383                 }
384
385                 mc->mc_load = vdev_mirror_load(mm, mc->mc_vd, mc->mc_offset);
386                 if (mc->mc_load > lowest_load)
387                         continue;
388
389                 if (mc->mc_load < lowest_load) {
390                         lowest_load = mc->mc_load;
391                         mm->mm_preferred_cnt = 0;
392                 }
393                 mm->mm_preferred[mm->mm_preferred_cnt] = c;
394                 mm->mm_preferred_cnt++;
395         }
396
397         if (mm->mm_preferred_cnt == 1) {
398                 vdev_queue_register_lastoffset(
399                     mm->mm_child[mm->mm_preferred[0]].mc_vd, zio);
400                 return (mm->mm_preferred[0]);
401         }
402
403         if (mm->mm_preferred_cnt > 1) {
404                 int c = vdev_mirror_preferred_child_randomize(zio);
405
406                 vdev_queue_register_lastoffset(mm->mm_child[c].mc_vd, zio);
407                 return (c);
408         }
409
410         /*
411          * Every device is either missing or has this txg in its DTL.
412          * Look for any child we haven't already tried before giving up.
413          */
414         for (c = 0; c < mm->mm_children; c++) {
415                 if (!mm->mm_child[c].mc_tried) {
416                         vdev_queue_register_lastoffset(mm->mm_child[c].mc_vd,
417                             zio);
418                         return (c);
419                 }
420         }
421
422         /*
423          * Every child failed.  There's no place left to look.
424          */
425         return (-1);
426 }
427
428 static void
429 vdev_mirror_io_start(zio_t *zio)
430 {
431         mirror_map_t *mm;
432         mirror_child_t *mc;
433         int c, children;
434
435         mm = vdev_mirror_map_init(zio);
436
437         if (zio->io_type == ZIO_TYPE_READ) {
438                 if ((zio->io_flags & ZIO_FLAG_SCRUB) && !mm->mm_replacing &&
439                     mm->mm_children > 1) {
440                         /*
441                          * For scrubbing reads we need to allocate a read
442                          * buffer for each child and issue reads to all
443                          * children.  If any child succeeds, it will copy its
444                          * data into zio->io_data in vdev_mirror_scrub_done.
445                          */
446                         for (c = 0; c < mm->mm_children; c++) {
447                                 mc = &mm->mm_child[c];
448                                 zio_nowait(zio_vdev_child_io(zio, zio->io_bp,
449                                     mc->mc_vd, mc->mc_offset,
450                                     zio_buf_alloc(zio->io_size), zio->io_size,
451                                     zio->io_type, zio->io_priority, 0,
452                                     vdev_mirror_scrub_done, mc));
453                         }
454                         zio_execute(zio);
455                         return;
456                 }
457                 /*
458                  * For normal reads just pick one child.
459                  */
460                 c = vdev_mirror_child_select(zio);
461                 children = (c >= 0);
462         } else {
463                 ASSERT(zio->io_type == ZIO_TYPE_WRITE ||
464                     zio->io_type == ZIO_TYPE_FREE);
465
466                 /*
467                  * Writes and frees go to all children.
468                  */
469                 c = 0;
470                 children = mm->mm_children;
471         }
472
473         while (children--) {
474                 mc = &mm->mm_child[c];
475                 zio_nowait(zio_vdev_child_io(zio, zio->io_bp,
476                     mc->mc_vd, mc->mc_offset, zio->io_data, zio->io_size,
477                     zio->io_type, zio->io_priority, 0,
478                     vdev_mirror_child_done, mc));
479                 c++;
480         }
481
482         zio_execute(zio);
483 }
484
485 static int
486 vdev_mirror_worst_error(mirror_map_t *mm)
487 {
488         int error[2] = { 0, 0 };
489
490         for (int c = 0; c < mm->mm_children; c++) {
491                 mirror_child_t *mc = &mm->mm_child[c];
492                 int s = mc->mc_speculative;
493                 error[s] = zio_worst_error(error[s], mc->mc_error);
494         }
495
496         return (error[0] ? error[0] : error[1]);
497 }
498
499 static void
500 vdev_mirror_io_done(zio_t *zio)
501 {
502         mirror_map_t *mm = zio->io_vsd;
503         mirror_child_t *mc;
504         int c;
505         int good_copies = 0;
506         int unexpected_errors = 0;
507
508         for (c = 0; c < mm->mm_children; c++) {
509                 mc = &mm->mm_child[c];
510
511                 if (mc->mc_error) {
512                         if (!mc->mc_skipped)
513                                 unexpected_errors++;
514                 } else if (mc->mc_tried) {
515                         good_copies++;
516                 }
517         }
518
519         if (zio->io_type == ZIO_TYPE_WRITE) {
520                 /*
521                  * XXX -- for now, treat partial writes as success.
522                  *
523                  * Now that we support write reallocation, it would be better
524                  * to treat partial failure as real failure unless there are
525                  * no non-degraded top-level vdevs left, and not update DTLs
526                  * if we intend to reallocate.
527                  */
528                 /* XXPOLICY */
529                 if (good_copies != mm->mm_children) {
530                         /*
531                          * Always require at least one good copy.
532                          *
533                          * For ditto blocks (io_vd == NULL), require
534                          * all copies to be good.
535                          *
536                          * XXX -- for replacing vdevs, there's no great answer.
537                          * If the old device is really dead, we may not even
538                          * be able to access it -- so we only want to
539                          * require good writes to the new device.  But if
540                          * the new device turns out to be flaky, we want
541                          * to be able to detach it -- which requires all
542                          * writes to the old device to have succeeded.
543                          */
544                         if (good_copies == 0 || zio->io_vd == NULL)
545                                 zio->io_error = vdev_mirror_worst_error(mm);
546                 }
547                 return;
548         } else if (zio->io_type == ZIO_TYPE_FREE) {
549                 return;
550         }
551
552         ASSERT(zio->io_type == ZIO_TYPE_READ);
553
554         /*
555          * If we don't have a good copy yet, keep trying other children.
556          */
557         /* XXPOLICY */
558         if (good_copies == 0 && (c = vdev_mirror_child_select(zio)) != -1) {
559                 ASSERT(c >= 0 && c < mm->mm_children);
560                 mc = &mm->mm_child[c];
561                 zio_vdev_io_redone(zio);
562                 zio_nowait(zio_vdev_child_io(zio, zio->io_bp,
563                     mc->mc_vd, mc->mc_offset, zio->io_data, zio->io_size,
564                     ZIO_TYPE_READ, zio->io_priority, 0,
565                     vdev_mirror_child_done, mc));
566                 return;
567         }
568
569         /* XXPOLICY */
570         if (good_copies == 0) {
571                 zio->io_error = vdev_mirror_worst_error(mm);
572                 ASSERT(zio->io_error != 0);
573         }
574
575         if (good_copies && spa_writeable(zio->io_spa) &&
576             (unexpected_errors ||
577             (zio->io_flags & ZIO_FLAG_RESILVER) ||
578             ((zio->io_flags & ZIO_FLAG_SCRUB) && mm->mm_replacing))) {
579                 /*
580                  * Use the good data we have in hand to repair damaged children.
581                  */
582                 for (c = 0; c < mm->mm_children; c++) {
583                         /*
584                          * Don't rewrite known good children.
585                          * Not only is it unnecessary, it could
586                          * actually be harmful: if the system lost
587                          * power while rewriting the only good copy,
588                          * there would be no good copies left!
589                          */
590                         mc = &mm->mm_child[c];
591
592                         if (mc->mc_error == 0) {
593                                 if (mc->mc_tried)
594                                         continue;
595                                 if (!(zio->io_flags & ZIO_FLAG_SCRUB) &&
596                                     !vdev_dtl_contains(mc->mc_vd, DTL_PARTIAL,
597                                     zio->io_txg, 1))
598                                         continue;
599                                 mc->mc_error = SET_ERROR(ESTALE);
600                         }
601
602                         zio_nowait(zio_vdev_child_io(zio, zio->io_bp,
603                             mc->mc_vd, mc->mc_offset,
604                             zio->io_data, zio->io_size,
605                             ZIO_TYPE_WRITE, ZIO_PRIORITY_ASYNC_WRITE,
606                             ZIO_FLAG_IO_REPAIR | (unexpected_errors ?
607                             ZIO_FLAG_SELF_HEAL : 0), NULL, NULL));
608                 }
609         }
610 }
611
612 static void
613 vdev_mirror_state_change(vdev_t *vd, int faulted, int degraded)
614 {
615         if (faulted == vd->vdev_children)
616                 vdev_set_state(vd, B_FALSE, VDEV_STATE_CANT_OPEN,
617                     VDEV_AUX_NO_REPLICAS);
618         else if (degraded + faulted != 0)
619                 vdev_set_state(vd, B_FALSE, VDEV_STATE_DEGRADED, VDEV_AUX_NONE);
620         else
621                 vdev_set_state(vd, B_FALSE, VDEV_STATE_HEALTHY, VDEV_AUX_NONE);
622 }
623
624 vdev_ops_t vdev_mirror_ops = {
625         vdev_mirror_open,
626         vdev_mirror_close,
627         vdev_default_asize,
628         vdev_mirror_io_start,
629         vdev_mirror_io_done,
630         vdev_mirror_state_change,
631         NULL,
632         NULL,
633         VDEV_TYPE_MIRROR,       /* name of this vdev type */
634         B_FALSE                 /* not a leaf vdev */
635 };
636
637 vdev_ops_t vdev_replacing_ops = {
638         vdev_mirror_open,
639         vdev_mirror_close,
640         vdev_default_asize,
641         vdev_mirror_io_start,
642         vdev_mirror_io_done,
643         vdev_mirror_state_change,
644         NULL,
645         NULL,
646         VDEV_TYPE_REPLACING,    /* name of this vdev type */
647         B_FALSE                 /* not a leaf vdev */
648 };
649
650 vdev_ops_t vdev_spare_ops = {
651         vdev_mirror_open,
652         vdev_mirror_close,
653         vdev_default_asize,
654         vdev_mirror_io_start,
655         vdev_mirror_io_done,
656         vdev_mirror_state_change,
657         NULL,
658         NULL,
659         VDEV_TYPE_SPARE,        /* name of this vdev type */
660         B_FALSE                 /* not a leaf vdev */
661 };