]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - sys/cddl/contrib/opensolaris/uts/common/fs/zfs/vdev_queue.c
MFC r334844, r336180, r336458
[FreeBSD/FreeBSD.git] / sys / cddl / contrib / opensolaris / uts / common / fs / zfs / vdev_queue.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 /*
27  * Copyright (c) 2012, 2017 by Delphix. All rights reserved.
28  * Copyright (c) 2014 Integros [integros.com]
29  */
30
31 #include <sys/zfs_context.h>
32 #include <sys/vdev_impl.h>
33 #include <sys/spa_impl.h>
34 #include <sys/zio.h>
35 #include <sys/avl.h>
36 #include <sys/dsl_pool.h>
37 #include <sys/metaslab_impl.h>
38 #include <sys/abd.h>
39
40 /*
41  * ZFS I/O Scheduler
42  * ---------------
43  *
44  * ZFS issues I/O operations to leaf vdevs to satisfy and complete zios.  The
45  * I/O scheduler determines when and in what order those operations are
46  * issued.  The I/O scheduler divides operations into six I/O classes
47  * prioritized in the following order: sync read, sync write, async read,
48  * async write, scrub/resilver and trim.  Each queue defines the minimum and
49  * maximum number of concurrent operations that may be issued to the device.
50  * In addition, the device has an aggregate maximum. Note that the sum of the
51  * per-queue minimums must not exceed the aggregate maximum, and if the
52  * aggregate maximum is equal to or greater than the sum of the per-queue
53  * maximums, the per-queue minimum has no effect.
54  *
55  * For many physical devices, throughput increases with the number of
56  * concurrent operations, but latency typically suffers. Further, physical
57  * devices typically have a limit at which more concurrent operations have no
58  * effect on throughput or can actually cause it to decrease.
59  *
60  * The scheduler selects the next operation to issue by first looking for an
61  * I/O class whose minimum has not been satisfied. Once all are satisfied and
62  * the aggregate maximum has not been hit, the scheduler looks for classes
63  * whose maximum has not been satisfied. Iteration through the I/O classes is
64  * done in the order specified above. No further operations are issued if the
65  * aggregate maximum number of concurrent operations has been hit or if there
66  * are no operations queued for an I/O class that has not hit its maximum.
67  * Every time an I/O is queued or an operation completes, the I/O scheduler
68  * looks for new operations to issue.
69  *
70  * All I/O classes have a fixed maximum number of outstanding operations
71  * except for the async write class. Asynchronous writes represent the data
72  * that is committed to stable storage during the syncing stage for
73  * transaction groups (see txg.c). Transaction groups enter the syncing state
74  * periodically so the number of queued async writes will quickly burst up and
75  * then bleed down to zero. Rather than servicing them as quickly as possible,
76  * the I/O scheduler changes the maximum number of active async write I/Os
77  * according to the amount of dirty data in the pool (see dsl_pool.c). Since
78  * both throughput and latency typically increase with the number of
79  * concurrent operations issued to physical devices, reducing the burstiness
80  * in the number of concurrent operations also stabilizes the response time of
81  * operations from other -- and in particular synchronous -- queues. In broad
82  * strokes, the I/O scheduler will issue more concurrent operations from the
83  * async write queue as there's more dirty data in the pool.
84  *
85  * Async Writes
86  *
87  * The number of concurrent operations issued for the async write I/O class
88  * follows a piece-wise linear function defined by a few adjustable points.
89  *
90  *        |                   o---------| <-- zfs_vdev_async_write_max_active
91  *   ^    |                  /^         |
92  *   |    |                 / |         |
93  * active |                /  |         |
94  *  I/O   |               /   |         |
95  * count  |              /    |         |
96  *        |             /     |         |
97  *        |------------o      |         | <-- zfs_vdev_async_write_min_active
98  *       0|____________^______|_________|
99  *        0%           |      |       100% of zfs_dirty_data_max
100  *                     |      |
101  *                     |      `-- zfs_vdev_async_write_active_max_dirty_percent
102  *                     `--------- zfs_vdev_async_write_active_min_dirty_percent
103  *
104  * Until the amount of dirty data exceeds a minimum percentage of the dirty
105  * data allowed in the pool, the I/O scheduler will limit the number of
106  * concurrent operations to the minimum. As that threshold is crossed, the
107  * number of concurrent operations issued increases linearly to the maximum at
108  * the specified maximum percentage of the dirty data allowed in the pool.
109  *
110  * Ideally, the amount of dirty data on a busy pool will stay in the sloped
111  * part of the function between zfs_vdev_async_write_active_min_dirty_percent
112  * and zfs_vdev_async_write_active_max_dirty_percent. If it exceeds the
113  * maximum percentage, this indicates that the rate of incoming data is
114  * greater than the rate that the backend storage can handle. In this case, we
115  * must further throttle incoming writes (see dmu_tx_delay() for details).
116  */
117
118 /*
119  * The maximum number of I/Os active to each device.  Ideally, this will be >=
120  * the sum of each queue's max_active.  It must be at least the sum of each
121  * queue's min_active.
122  */
123 uint32_t zfs_vdev_max_active = 1000;
124
125 /*
126  * Per-queue limits on the number of I/Os active to each device.  If the
127  * sum of the queue's max_active is < zfs_vdev_max_active, then the
128  * min_active comes into play.  We will send min_active from each queue,
129  * and then select from queues in the order defined by zio_priority_t.
130  *
131  * In general, smaller max_active's will lead to lower latency of synchronous
132  * operations.  Larger max_active's may lead to higher overall throughput,
133  * depending on underlying storage.
134  *
135  * The ratio of the queues' max_actives determines the balance of performance
136  * between reads, writes, and scrubs.  E.g., increasing
137  * zfs_vdev_scrub_max_active will cause the scrub or resilver to complete
138  * more quickly, but reads and writes to have higher latency and lower
139  * throughput.
140  */
141 uint32_t zfs_vdev_sync_read_min_active = 10;
142 uint32_t zfs_vdev_sync_read_max_active = 10;
143 uint32_t zfs_vdev_sync_write_min_active = 10;
144 uint32_t zfs_vdev_sync_write_max_active = 10;
145 uint32_t zfs_vdev_async_read_min_active = 1;
146 uint32_t zfs_vdev_async_read_max_active = 3;
147 uint32_t zfs_vdev_async_write_min_active = 1;
148 uint32_t zfs_vdev_async_write_max_active = 10;
149 uint32_t zfs_vdev_scrub_min_active = 1;
150 uint32_t zfs_vdev_scrub_max_active = 2;
151 uint32_t zfs_vdev_trim_min_active = 1;
152 /*
153  * TRIM max active is large in comparison to the other values due to the fact
154  * that TRIM IOs are coalesced at the device layer. This value is set such
155  * that a typical SSD can process the queued IOs in a single request.
156  */
157 uint32_t zfs_vdev_trim_max_active = 64;
158 uint32_t zfs_vdev_removal_min_active = 1;
159 uint32_t zfs_vdev_removal_max_active = 2;
160
161
162 /*
163  * When the pool has less than zfs_vdev_async_write_active_min_dirty_percent
164  * dirty data, use zfs_vdev_async_write_min_active.  When it has more than
165  * zfs_vdev_async_write_active_max_dirty_percent, use
166  * zfs_vdev_async_write_max_active. The value is linearly interpolated
167  * between min and max.
168  */
169 int zfs_vdev_async_write_active_min_dirty_percent = 30;
170 int zfs_vdev_async_write_active_max_dirty_percent = 60;
171
172 /*
173  * To reduce IOPs, we aggregate small adjacent I/Os into one large I/O.
174  * For read I/Os, we also aggregate across small adjacency gaps; for writes
175  * we include spans of optional I/Os to aid aggregation at the disk even when
176  * they aren't able to help us aggregate at this level.
177  */
178 int zfs_vdev_aggregation_limit = 1 << 20;
179 int zfs_vdev_read_gap_limit = 32 << 10;
180 int zfs_vdev_write_gap_limit = 4 << 10;
181
182 /*
183  * Define the queue depth percentage for each top-level. This percentage is
184  * used in conjunction with zfs_vdev_async_max_active to determine how many
185  * allocations a specific top-level vdev should handle. Once the queue depth
186  * reaches zfs_vdev_queue_depth_pct * zfs_vdev_async_write_max_active / 100
187  * then allocator will stop allocating blocks on that top-level device.
188  * The default kernel setting is 1000% which will yield 100 allocations per
189  * device. For userland testing, the default setting is 300% which equates
190  * to 30 allocations per device.
191  */
192 #ifdef _KERNEL
193 int zfs_vdev_queue_depth_pct = 1000;
194 #else
195 int zfs_vdev_queue_depth_pct = 300;
196 #endif
197
198
199 #ifdef __FreeBSD__
200 #ifdef _KERNEL
201 SYSCTL_DECL(_vfs_zfs_vdev);
202
203 static int sysctl_zfs_async_write_active_min_dirty_percent(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
204 SYSCTL_PROC(_vfs_zfs_vdev, OID_AUTO, async_write_active_min_dirty_percent,
205     CTLTYPE_UINT | CTLFLAG_MPSAFE | CTLFLAG_RWTUN, 0, sizeof(int),
206     sysctl_zfs_async_write_active_min_dirty_percent, "I",
207     "Percentage of async write dirty data below which "
208     "async_write_min_active is used.");
209
210 static int sysctl_zfs_async_write_active_max_dirty_percent(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
211 SYSCTL_PROC(_vfs_zfs_vdev, OID_AUTO, async_write_active_max_dirty_percent,
212     CTLTYPE_UINT | CTLFLAG_MPSAFE | CTLFLAG_RWTUN, 0, sizeof(int),
213     sysctl_zfs_async_write_active_max_dirty_percent, "I",
214     "Percentage of async write dirty data above which "
215     "async_write_max_active is used.");
216
217 SYSCTL_UINT(_vfs_zfs_vdev, OID_AUTO, max_active, CTLFLAG_RWTUN,
218     &zfs_vdev_max_active, 0,
219     "The maximum number of I/Os of all types active for each device.");
220
221 #define ZFS_VDEV_QUEUE_KNOB_MIN(name)                                   \
222 SYSCTL_UINT(_vfs_zfs_vdev, OID_AUTO, name ## _min_active, CTLFLAG_RWTUN,\
223     &zfs_vdev_ ## name ## _min_active, 0,                               \
224     "Initial number of I/O requests of type " #name                     \
225     " active for each device");
226
227 #define ZFS_VDEV_QUEUE_KNOB_MAX(name)                                   \
228 SYSCTL_UINT(_vfs_zfs_vdev, OID_AUTO, name ## _max_active, CTLFLAG_RWTUN,\
229     &zfs_vdev_ ## name ## _max_active, 0,                               \
230     "Maximum number of I/O requests of type " #name                     \
231     " active for each device");
232
233 ZFS_VDEV_QUEUE_KNOB_MIN(sync_read);
234 ZFS_VDEV_QUEUE_KNOB_MAX(sync_read);
235 ZFS_VDEV_QUEUE_KNOB_MIN(sync_write);
236 ZFS_VDEV_QUEUE_KNOB_MAX(sync_write);
237 ZFS_VDEV_QUEUE_KNOB_MIN(async_read);
238 ZFS_VDEV_QUEUE_KNOB_MAX(async_read);
239 ZFS_VDEV_QUEUE_KNOB_MIN(async_write);
240 ZFS_VDEV_QUEUE_KNOB_MAX(async_write);
241 ZFS_VDEV_QUEUE_KNOB_MIN(scrub);
242 ZFS_VDEV_QUEUE_KNOB_MAX(scrub);
243 ZFS_VDEV_QUEUE_KNOB_MIN(trim);
244 ZFS_VDEV_QUEUE_KNOB_MAX(trim);
245
246 #undef ZFS_VDEV_QUEUE_KNOB
247
248 SYSCTL_INT(_vfs_zfs_vdev, OID_AUTO, aggregation_limit, CTLFLAG_RWTUN,
249     &zfs_vdev_aggregation_limit, 0,
250     "I/O requests are aggregated up to this size");
251 SYSCTL_INT(_vfs_zfs_vdev, OID_AUTO, read_gap_limit, CTLFLAG_RWTUN,
252     &zfs_vdev_read_gap_limit, 0,
253     "Acceptable gap between two reads being aggregated");
254 SYSCTL_INT(_vfs_zfs_vdev, OID_AUTO, write_gap_limit, CTLFLAG_RWTUN,
255     &zfs_vdev_write_gap_limit, 0,
256     "Acceptable gap between two writes being aggregated");
257 SYSCTL_INT(_vfs_zfs_vdev, OID_AUTO, queue_depth_pct, CTLFLAG_RWTUN,
258     &zfs_vdev_queue_depth_pct, 0,
259     "Queue depth percentage for each top-level");
260
261 static int
262 sysctl_zfs_async_write_active_min_dirty_percent(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
263 {
264         int val, err;
265
266         val = zfs_vdev_async_write_active_min_dirty_percent;
267         err = sysctl_handle_int(oidp, &val, 0, req);
268         if (err != 0 || req->newptr == NULL)
269                 return (err);
270         
271         if (val < 0 || val > 100 ||
272             val >= zfs_vdev_async_write_active_max_dirty_percent)
273                 return (EINVAL);
274
275         zfs_vdev_async_write_active_min_dirty_percent = val;
276
277         return (0);
278 }
279
280 static int
281 sysctl_zfs_async_write_active_max_dirty_percent(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
282 {
283         int val, err;
284
285         val = zfs_vdev_async_write_active_max_dirty_percent;
286         err = sysctl_handle_int(oidp, &val, 0, req);
287         if (err != 0 || req->newptr == NULL)
288                 return (err);
289
290         if (val < 0 || val > 100 ||
291             val <= zfs_vdev_async_write_active_min_dirty_percent)
292                 return (EINVAL);
293
294         zfs_vdev_async_write_active_max_dirty_percent = val;
295
296         return (0);
297 }
298 #endif
299 #endif
300
301 int
302 vdev_queue_offset_compare(const void *x1, const void *x2)
303 {
304         const zio_t *z1 = x1;
305         const zio_t *z2 = x2;
306
307         if (z1->io_offset < z2->io_offset)
308                 return (-1);
309         if (z1->io_offset > z2->io_offset)
310                 return (1);
311
312         if (z1 < z2)
313                 return (-1);
314         if (z1 > z2)
315                 return (1);
316
317         return (0);
318 }
319
320 static inline avl_tree_t *
321 vdev_queue_class_tree(vdev_queue_t *vq, zio_priority_t p)
322 {
323         return (&vq->vq_class[p].vqc_queued_tree);
324 }
325
326 static inline avl_tree_t *
327 vdev_queue_type_tree(vdev_queue_t *vq, zio_type_t t)
328 {
329         if (t == ZIO_TYPE_READ)
330                 return (&vq->vq_read_offset_tree);
331         else if (t == ZIO_TYPE_WRITE)
332                 return (&vq->vq_write_offset_tree);
333         else
334                 return (NULL);
335 }
336
337 int
338 vdev_queue_timestamp_compare(const void *x1, const void *x2)
339 {
340         const zio_t *z1 = x1;
341         const zio_t *z2 = x2;
342
343         if (z1->io_timestamp < z2->io_timestamp)
344                 return (-1);
345         if (z1->io_timestamp > z2->io_timestamp)
346                 return (1);
347
348         if (z1->io_offset < z2->io_offset)
349                 return (-1);
350         if (z1->io_offset > z2->io_offset)
351                 return (1);
352
353         if (z1 < z2)
354                 return (-1);
355         if (z1 > z2)
356                 return (1);
357
358         return (0);
359 }
360
361 void
362 vdev_queue_init(vdev_t *vd)
363 {
364         vdev_queue_t *vq = &vd->vdev_queue;
365
366         mutex_init(&vq->vq_lock, NULL, MUTEX_DEFAULT, NULL);
367         vq->vq_vdev = vd;
368
369         avl_create(&vq->vq_active_tree, vdev_queue_offset_compare,
370             sizeof (zio_t), offsetof(struct zio, io_queue_node));
371         avl_create(vdev_queue_type_tree(vq, ZIO_TYPE_READ),
372             vdev_queue_offset_compare, sizeof (zio_t),
373             offsetof(struct zio, io_offset_node));
374         avl_create(vdev_queue_type_tree(vq, ZIO_TYPE_WRITE),
375             vdev_queue_offset_compare, sizeof (zio_t),
376             offsetof(struct zio, io_offset_node));
377
378         for (zio_priority_t p = 0; p < ZIO_PRIORITY_NUM_QUEUEABLE; p++) {
379                 int (*compfn) (const void *, const void *);
380
381                 /*
382                  * The synchronous i/o queues are dispatched in FIFO rather
383                  * than LBA order.  This provides more consistent latency for
384                  * these i/os.
385                  */
386                 if (p == ZIO_PRIORITY_SYNC_READ || p == ZIO_PRIORITY_SYNC_WRITE)
387                         compfn = vdev_queue_timestamp_compare;
388                 else
389                         compfn = vdev_queue_offset_compare;
390
391                 avl_create(vdev_queue_class_tree(vq, p), compfn,
392                     sizeof (zio_t), offsetof(struct zio, io_queue_node));
393         }
394
395         vq->vq_lastoffset = 0;
396 }
397
398 void
399 vdev_queue_fini(vdev_t *vd)
400 {
401         vdev_queue_t *vq = &vd->vdev_queue;
402
403         for (zio_priority_t p = 0; p < ZIO_PRIORITY_NUM_QUEUEABLE; p++)
404                 avl_destroy(vdev_queue_class_tree(vq, p));
405         avl_destroy(&vq->vq_active_tree);
406         avl_destroy(vdev_queue_type_tree(vq, ZIO_TYPE_READ));
407         avl_destroy(vdev_queue_type_tree(vq, ZIO_TYPE_WRITE));
408
409         mutex_destroy(&vq->vq_lock);
410 }
411
412 static void
413 vdev_queue_io_add(vdev_queue_t *vq, zio_t *zio)
414 {
415         spa_t *spa = zio->io_spa;
416         avl_tree_t *qtt;
417
418         ASSERT(MUTEX_HELD(&vq->vq_lock));
419         ASSERT3U(zio->io_priority, <, ZIO_PRIORITY_NUM_QUEUEABLE);
420         avl_add(vdev_queue_class_tree(vq, zio->io_priority), zio);
421         qtt = vdev_queue_type_tree(vq, zio->io_type);
422         if (qtt)
423                 avl_add(qtt, zio);
424
425 #ifdef illumos
426         mutex_enter(&spa->spa_iokstat_lock);
427         spa->spa_queue_stats[zio->io_priority].spa_queued++;
428         if (spa->spa_iokstat != NULL)
429                 kstat_waitq_enter(spa->spa_iokstat->ks_data);
430         mutex_exit(&spa->spa_iokstat_lock);
431 #endif
432 }
433
434 static void
435 vdev_queue_io_remove(vdev_queue_t *vq, zio_t *zio)
436 {
437         spa_t *spa = zio->io_spa;
438         avl_tree_t *qtt;
439
440         ASSERT(MUTEX_HELD(&vq->vq_lock));
441         ASSERT3U(zio->io_priority, <, ZIO_PRIORITY_NUM_QUEUEABLE);
442         avl_remove(vdev_queue_class_tree(vq, zio->io_priority), zio);
443         qtt = vdev_queue_type_tree(vq, zio->io_type);
444         if (qtt)
445                 avl_remove(qtt, zio);
446
447 #ifdef illumos
448         mutex_enter(&spa->spa_iokstat_lock);
449         ASSERT3U(spa->spa_queue_stats[zio->io_priority].spa_queued, >, 0);
450         spa->spa_queue_stats[zio->io_priority].spa_queued--;
451         if (spa->spa_iokstat != NULL)
452                 kstat_waitq_exit(spa->spa_iokstat->ks_data);
453         mutex_exit(&spa->spa_iokstat_lock);
454 #endif
455 }
456
457 static void
458 vdev_queue_pending_add(vdev_queue_t *vq, zio_t *zio)
459 {
460         spa_t *spa = zio->io_spa;
461         ASSERT(MUTEX_HELD(&vq->vq_lock));
462         ASSERT3U(zio->io_priority, <, ZIO_PRIORITY_NUM_QUEUEABLE);
463         vq->vq_class[zio->io_priority].vqc_active++;
464         avl_add(&vq->vq_active_tree, zio);
465
466 #ifdef illumos
467         mutex_enter(&spa->spa_iokstat_lock);
468         spa->spa_queue_stats[zio->io_priority].spa_active++;
469         if (spa->spa_iokstat != NULL)
470                 kstat_runq_enter(spa->spa_iokstat->ks_data);
471         mutex_exit(&spa->spa_iokstat_lock);
472 #endif
473 }
474
475 static void
476 vdev_queue_pending_remove(vdev_queue_t *vq, zio_t *zio)
477 {
478         spa_t *spa = zio->io_spa;
479         ASSERT(MUTEX_HELD(&vq->vq_lock));
480         ASSERT3U(zio->io_priority, <, ZIO_PRIORITY_NUM_QUEUEABLE);
481         vq->vq_class[zio->io_priority].vqc_active--;
482         avl_remove(&vq->vq_active_tree, zio);
483
484 #ifdef illumos
485         mutex_enter(&spa->spa_iokstat_lock);
486         ASSERT3U(spa->spa_queue_stats[zio->io_priority].spa_active, >, 0);
487         spa->spa_queue_stats[zio->io_priority].spa_active--;
488         if (spa->spa_iokstat != NULL) {
489                 kstat_io_t *ksio = spa->spa_iokstat->ks_data;
490
491                 kstat_runq_exit(spa->spa_iokstat->ks_data);
492                 if (zio->io_type == ZIO_TYPE_READ) {
493                         ksio->reads++;
494                         ksio->nread += zio->io_size;
495                 } else if (zio->io_type == ZIO_TYPE_WRITE) {
496                         ksio->writes++;
497                         ksio->nwritten += zio->io_size;
498                 }
499         }
500         mutex_exit(&spa->spa_iokstat_lock);
501 #endif
502 }
503
504 static void
505 vdev_queue_agg_io_done(zio_t *aio)
506 {
507         if (aio->io_type == ZIO_TYPE_READ) {
508                 zio_t *pio;
509                 zio_link_t *zl = NULL;
510                 while ((pio = zio_walk_parents(aio, &zl)) != NULL) {
511                         abd_copy_off(pio->io_abd, aio->io_abd,
512                             0, pio->io_offset - aio->io_offset, pio->io_size);
513                 }
514         }
515
516         abd_free(aio->io_abd);
517 }
518
519 static int
520 vdev_queue_class_min_active(zio_priority_t p)
521 {
522         switch (p) {
523         case ZIO_PRIORITY_SYNC_READ:
524                 return (zfs_vdev_sync_read_min_active);
525         case ZIO_PRIORITY_SYNC_WRITE:
526                 return (zfs_vdev_sync_write_min_active);
527         case ZIO_PRIORITY_ASYNC_READ:
528                 return (zfs_vdev_async_read_min_active);
529         case ZIO_PRIORITY_ASYNC_WRITE:
530                 return (zfs_vdev_async_write_min_active);
531         case ZIO_PRIORITY_SCRUB:
532                 return (zfs_vdev_scrub_min_active);
533         case ZIO_PRIORITY_TRIM:
534                 return (zfs_vdev_trim_min_active);
535         case ZIO_PRIORITY_REMOVAL:
536                 return (zfs_vdev_removal_min_active);
537         default:
538                 panic("invalid priority %u", p);
539                 return (0);
540         }
541 }
542
543 static __noinline int
544 vdev_queue_max_async_writes(spa_t *spa)
545 {
546         int writes;
547         uint64_t dirty = spa->spa_dsl_pool->dp_dirty_total;
548         uint64_t min_bytes = zfs_dirty_data_max *
549             zfs_vdev_async_write_active_min_dirty_percent / 100;
550         uint64_t max_bytes = zfs_dirty_data_max *
551             zfs_vdev_async_write_active_max_dirty_percent / 100;
552
553         /*
554          * Sync tasks correspond to interactive user actions. To reduce the
555          * execution time of those actions we push data out as fast as possible.
556          */
557         if (spa_has_pending_synctask(spa)) {
558                 return (zfs_vdev_async_write_max_active);
559         }
560
561         if (dirty < min_bytes)
562                 return (zfs_vdev_async_write_min_active);
563         if (dirty > max_bytes)
564                 return (zfs_vdev_async_write_max_active);
565
566         /*
567          * linear interpolation:
568          * slope = (max_writes - min_writes) / (max_bytes - min_bytes)
569          * move right by min_bytes
570          * move up by min_writes
571          */
572         writes = (dirty - min_bytes) *
573             (zfs_vdev_async_write_max_active -
574             zfs_vdev_async_write_min_active) /
575             (max_bytes - min_bytes) +
576             zfs_vdev_async_write_min_active;
577         ASSERT3U(writes, >=, zfs_vdev_async_write_min_active);
578         ASSERT3U(writes, <=, zfs_vdev_async_write_max_active);
579         return (writes);
580 }
581
582 static int
583 vdev_queue_class_max_active(spa_t *spa, zio_priority_t p)
584 {
585         switch (p) {
586         case ZIO_PRIORITY_SYNC_READ:
587                 return (zfs_vdev_sync_read_max_active);
588         case ZIO_PRIORITY_SYNC_WRITE:
589                 return (zfs_vdev_sync_write_max_active);
590         case ZIO_PRIORITY_ASYNC_READ:
591                 return (zfs_vdev_async_read_max_active);
592         case ZIO_PRIORITY_ASYNC_WRITE:
593                 return (vdev_queue_max_async_writes(spa));
594         case ZIO_PRIORITY_SCRUB:
595                 return (zfs_vdev_scrub_max_active);
596         case ZIO_PRIORITY_TRIM:
597                 return (zfs_vdev_trim_max_active);
598         case ZIO_PRIORITY_REMOVAL:
599                 return (zfs_vdev_removal_max_active);
600         default:
601                 panic("invalid priority %u", p);
602                 return (0);
603         }
604 }
605
606 /*
607  * Return the i/o class to issue from, or ZIO_PRIORITY_MAX_QUEUEABLE if
608  * there is no eligible class.
609  */
610 static zio_priority_t
611 vdev_queue_class_to_issue(vdev_queue_t *vq)
612 {
613         spa_t *spa = vq->vq_vdev->vdev_spa;
614         zio_priority_t p;
615
616         ASSERT(MUTEX_HELD(&vq->vq_lock));
617
618         if (avl_numnodes(&vq->vq_active_tree) >= zfs_vdev_max_active)
619                 return (ZIO_PRIORITY_NUM_QUEUEABLE);
620
621         /* find a queue that has not reached its minimum # outstanding i/os */
622         for (p = 0; p < ZIO_PRIORITY_NUM_QUEUEABLE; p++) {
623                 if (avl_numnodes(vdev_queue_class_tree(vq, p)) > 0 &&
624                     vq->vq_class[p].vqc_active <
625                     vdev_queue_class_min_active(p))
626                         return (p);
627         }
628
629         /*
630          * If we haven't found a queue, look for one that hasn't reached its
631          * maximum # outstanding i/os.
632          */
633         for (p = 0; p < ZIO_PRIORITY_NUM_QUEUEABLE; p++) {
634                 if (avl_numnodes(vdev_queue_class_tree(vq, p)) > 0 &&
635                     vq->vq_class[p].vqc_active <
636                     vdev_queue_class_max_active(spa, p))
637                         return (p);
638         }
639
640         /* No eligible queued i/os */
641         return (ZIO_PRIORITY_NUM_QUEUEABLE);
642 }
643
644 /*
645  * Compute the range spanned by two i/os, which is the endpoint of the last
646  * (lio->io_offset + lio->io_size) minus start of the first (fio->io_offset).
647  * Conveniently, the gap between fio and lio is given by -IO_SPAN(lio, fio);
648  * thus fio and lio are adjacent if and only if IO_SPAN(lio, fio) == 0.
649  */
650 #define IO_SPAN(fio, lio) ((lio)->io_offset + (lio)->io_size - (fio)->io_offset)
651 #define IO_GAP(fio, lio) (-IO_SPAN(lio, fio))
652
653 static zio_t *
654 vdev_queue_aggregate(vdev_queue_t *vq, zio_t *zio)
655 {
656         zio_t *first, *last, *aio, *dio, *mandatory, *nio;
657         uint64_t maxgap = 0;
658         uint64_t size;
659         boolean_t stretch;
660         avl_tree_t *t;
661         enum zio_flag flags;
662
663         ASSERT(MUTEX_HELD(&vq->vq_lock));
664
665         if (zio->io_flags & ZIO_FLAG_DONT_AGGREGATE)
666                 return (NULL);
667
668         first = last = zio;
669
670         if (zio->io_type == ZIO_TYPE_READ)
671                 maxgap = zfs_vdev_read_gap_limit;
672
673         /*
674          * We can aggregate I/Os that are sufficiently adjacent and of
675          * the same flavor, as expressed by the AGG_INHERIT flags.
676          * The latter requirement is necessary so that certain
677          * attributes of the I/O, such as whether it's a normal I/O
678          * or a scrub/resilver, can be preserved in the aggregate.
679          * We can include optional I/Os, but don't allow them
680          * to begin a range as they add no benefit in that situation.
681          */
682
683         /*
684          * We keep track of the last non-optional I/O.
685          */
686         mandatory = (first->io_flags & ZIO_FLAG_OPTIONAL) ? NULL : first;
687
688         /*
689          * Walk backwards through sufficiently contiguous I/Os
690          * recording the last non-optional I/O.
691          */
692         flags = zio->io_flags & ZIO_FLAG_AGG_INHERIT;
693         t = vdev_queue_type_tree(vq, zio->io_type);
694         while (t != NULL && (dio = AVL_PREV(t, first)) != NULL &&
695             (dio->io_flags & ZIO_FLAG_AGG_INHERIT) == flags &&
696             IO_SPAN(dio, last) <= zfs_vdev_aggregation_limit &&
697             IO_GAP(dio, first) <= maxgap &&
698             dio->io_type == zio->io_type) {
699                 first = dio;
700                 if (mandatory == NULL && !(first->io_flags & ZIO_FLAG_OPTIONAL))
701                         mandatory = first;
702         }
703
704         /*
705          * Skip any initial optional I/Os.
706          */
707         while ((first->io_flags & ZIO_FLAG_OPTIONAL) && first != last) {
708                 first = AVL_NEXT(t, first);
709                 ASSERT(first != NULL);
710         }
711
712         /*
713          * Walk forward through sufficiently contiguous I/Os.
714          * The aggregation limit does not apply to optional i/os, so that
715          * we can issue contiguous writes even if they are larger than the
716          * aggregation limit.
717          */
718         while ((dio = AVL_NEXT(t, last)) != NULL &&
719             (dio->io_flags & ZIO_FLAG_AGG_INHERIT) == flags &&
720             (IO_SPAN(first, dio) <= zfs_vdev_aggregation_limit ||
721             (dio->io_flags & ZIO_FLAG_OPTIONAL)) &&
722             IO_GAP(last, dio) <= maxgap &&
723             dio->io_type == zio->io_type) {
724                 last = dio;
725                 if (!(last->io_flags & ZIO_FLAG_OPTIONAL))
726                         mandatory = last;
727         }
728
729         /*
730          * Now that we've established the range of the I/O aggregation
731          * we must decide what to do with trailing optional I/Os.
732          * For reads, there's nothing to do. While we are unable to
733          * aggregate further, it's possible that a trailing optional
734          * I/O would allow the underlying device to aggregate with
735          * subsequent I/Os. We must therefore determine if the next
736          * non-optional I/O is close enough to make aggregation
737          * worthwhile.
738          */
739         stretch = B_FALSE;
740         if (zio->io_type == ZIO_TYPE_WRITE && mandatory != NULL) {
741                 zio_t *nio = last;
742                 while ((dio = AVL_NEXT(t, nio)) != NULL &&
743                     IO_GAP(nio, dio) == 0 &&
744                     IO_GAP(mandatory, dio) <= zfs_vdev_write_gap_limit) {
745                         nio = dio;
746                         if (!(nio->io_flags & ZIO_FLAG_OPTIONAL)) {
747                                 stretch = B_TRUE;
748                                 break;
749                         }
750                 }
751         }
752
753         if (stretch) {
754                 /*
755                  * We are going to include an optional io in our aggregated
756                  * span, thus closing the write gap.  Only mandatory i/os can
757                  * start aggregated spans, so make sure that the next i/o
758                  * after our span is mandatory.
759                  */
760                 dio = AVL_NEXT(t, last);
761                 dio->io_flags &= ~ZIO_FLAG_OPTIONAL;
762         } else {
763                 /* do not include the optional i/o */
764                 while (last != mandatory && last != first) {
765                         ASSERT(last->io_flags & ZIO_FLAG_OPTIONAL);
766                         last = AVL_PREV(t, last);
767                         ASSERT(last != NULL);
768                 }
769         }
770
771         if (first == last)
772                 return (NULL);
773
774         size = IO_SPAN(first, last);
775         ASSERT3U(size, <=, SPA_MAXBLOCKSIZE);
776
777         aio = zio_vdev_delegated_io(first->io_vd, first->io_offset,
778             abd_alloc_for_io(size, B_TRUE), size, first->io_type,
779             zio->io_priority, flags | ZIO_FLAG_DONT_CACHE | ZIO_FLAG_DONT_QUEUE,
780             vdev_queue_agg_io_done, NULL);
781         aio->io_timestamp = first->io_timestamp;
782
783         nio = first;
784         do {
785                 dio = nio;
786                 nio = AVL_NEXT(t, dio);
787                 ASSERT3U(dio->io_type, ==, aio->io_type);
788
789                 if (dio->io_flags & ZIO_FLAG_NODATA) {
790                         ASSERT3U(dio->io_type, ==, ZIO_TYPE_WRITE);
791                         abd_zero_off(aio->io_abd,
792                             dio->io_offset - aio->io_offset, dio->io_size);
793                 } else if (dio->io_type == ZIO_TYPE_WRITE) {
794                         abd_copy_off(aio->io_abd, dio->io_abd,
795                             dio->io_offset - aio->io_offset, 0, dio->io_size);
796                 }
797
798                 zio_add_child(dio, aio);
799                 vdev_queue_io_remove(vq, dio);
800                 zio_vdev_io_bypass(dio);
801                 zio_execute(dio);
802         } while (dio != last);
803
804         return (aio);
805 }
806
807 static zio_t *
808 vdev_queue_io_to_issue(vdev_queue_t *vq)
809 {
810         zio_t *zio, *aio;
811         zio_priority_t p;
812         avl_index_t idx;
813         avl_tree_t *tree;
814         zio_t search;
815
816 again:
817         ASSERT(MUTEX_HELD(&vq->vq_lock));
818
819         p = vdev_queue_class_to_issue(vq);
820
821         if (p == ZIO_PRIORITY_NUM_QUEUEABLE) {
822                 /* No eligible queued i/os */
823                 return (NULL);
824         }
825
826         /*
827          * For LBA-ordered queues (async / scrub), issue the i/o which follows
828          * the most recently issued i/o in LBA (offset) order.
829          *
830          * For FIFO queues (sync), issue the i/o with the lowest timestamp.
831          */
832         tree = vdev_queue_class_tree(vq, p);
833         search.io_timestamp = 0;
834         search.io_offset = vq->vq_last_offset + 1;
835         VERIFY3P(avl_find(tree, &search, &idx), ==, NULL);
836         zio = avl_nearest(tree, idx, AVL_AFTER);
837         if (zio == NULL)
838                 zio = avl_first(tree);
839         ASSERT3U(zio->io_priority, ==, p);
840
841         aio = vdev_queue_aggregate(vq, zio);
842         if (aio != NULL)
843                 zio = aio;
844         else
845                 vdev_queue_io_remove(vq, zio);
846
847         /*
848          * If the I/O is or was optional and therefore has no data, we need to
849          * simply discard it. We need to drop the vdev queue's lock to avoid a
850          * deadlock that we could encounter since this I/O will complete
851          * immediately.
852          */
853         if (zio->io_flags & ZIO_FLAG_NODATA) {
854                 mutex_exit(&vq->vq_lock);
855                 zio_vdev_io_bypass(zio);
856                 zio_execute(zio);
857                 mutex_enter(&vq->vq_lock);
858                 goto again;
859         }
860
861         vdev_queue_pending_add(vq, zio);
862         vq->vq_last_offset = zio->io_offset;
863
864         return (zio);
865 }
866
867 zio_t *
868 vdev_queue_io(zio_t *zio)
869 {
870         vdev_queue_t *vq = &zio->io_vd->vdev_queue;
871         zio_t *nio;
872
873         if (zio->io_flags & ZIO_FLAG_DONT_QUEUE)
874                 return (zio);
875
876         /*
877          * Children i/os inherent their parent's priority, which might
878          * not match the child's i/o type.  Fix it up here.
879          */
880         if (zio->io_type == ZIO_TYPE_READ) {
881                 if (zio->io_priority != ZIO_PRIORITY_SYNC_READ &&
882                     zio->io_priority != ZIO_PRIORITY_ASYNC_READ &&
883                     zio->io_priority != ZIO_PRIORITY_SCRUB &&
884                     zio->io_priority != ZIO_PRIORITY_REMOVAL)
885                         zio->io_priority = ZIO_PRIORITY_ASYNC_READ;
886         } else if (zio->io_type == ZIO_TYPE_WRITE) {
887                 if (zio->io_priority != ZIO_PRIORITY_SYNC_WRITE &&
888                     zio->io_priority != ZIO_PRIORITY_ASYNC_WRITE &&
889                     zio->io_priority != ZIO_PRIORITY_REMOVAL)
890                         zio->io_priority = ZIO_PRIORITY_ASYNC_WRITE;
891         } else {
892                 ASSERT(zio->io_type == ZIO_TYPE_FREE);
893                 zio->io_priority = ZIO_PRIORITY_TRIM;
894         }
895
896         zio->io_flags |= ZIO_FLAG_DONT_CACHE | ZIO_FLAG_DONT_QUEUE;
897
898         mutex_enter(&vq->vq_lock);
899         zio->io_timestamp = gethrtime();
900         vdev_queue_io_add(vq, zio);
901         nio = vdev_queue_io_to_issue(vq);
902         mutex_exit(&vq->vq_lock);
903
904         if (nio == NULL)
905                 return (NULL);
906
907         if (nio->io_done == vdev_queue_agg_io_done) {
908                 zio_nowait(nio);
909                 return (NULL);
910         }
911
912         return (nio);
913 }
914
915 void
916 vdev_queue_io_done(zio_t *zio)
917 {
918         vdev_queue_t *vq = &zio->io_vd->vdev_queue;
919         zio_t *nio;
920
921         mutex_enter(&vq->vq_lock);
922
923         vdev_queue_pending_remove(vq, zio);
924
925         vq->vq_io_complete_ts = gethrtime();
926
927         while ((nio = vdev_queue_io_to_issue(vq)) != NULL) {
928                 mutex_exit(&vq->vq_lock);
929                 if (nio->io_done == vdev_queue_agg_io_done) {
930                         zio_nowait(nio);
931                 } else {
932                         zio_vdev_io_reissue(nio);
933                         zio_execute(nio);
934                 }
935                 mutex_enter(&vq->vq_lock);
936         }
937
938         mutex_exit(&vq->vq_lock);
939 }
940
941 void
942 vdev_queue_change_io_priority(zio_t *zio, zio_priority_t priority)
943 {
944         vdev_queue_t *vq = &zio->io_vd->vdev_queue;
945         avl_tree_t *tree;
946
947         ASSERT3U(zio->io_priority, <, ZIO_PRIORITY_NUM_QUEUEABLE);
948         ASSERT3U(priority, <, ZIO_PRIORITY_NUM_QUEUEABLE);
949
950         if (zio->io_type == ZIO_TYPE_READ) {
951                 if (priority != ZIO_PRIORITY_SYNC_READ &&
952                     priority != ZIO_PRIORITY_ASYNC_READ &&
953                     priority != ZIO_PRIORITY_SCRUB)
954                         priority = ZIO_PRIORITY_ASYNC_READ;
955         } else {
956                 ASSERT(zio->io_type == ZIO_TYPE_WRITE);
957                 if (priority != ZIO_PRIORITY_SYNC_WRITE &&
958                     priority != ZIO_PRIORITY_ASYNC_WRITE)
959                         priority = ZIO_PRIORITY_ASYNC_WRITE;
960         }
961
962         mutex_enter(&vq->vq_lock);
963
964         /*
965          * If the zio is in none of the queues we can simply change
966          * the priority. If the zio is waiting to be submitted we must
967          * remove it from the queue and re-insert it with the new priority.
968          * Otherwise, the zio is currently active and we cannot change its
969          * priority.
970          */
971         tree = vdev_queue_class_tree(vq, zio->io_priority);
972         if (avl_find(tree, zio, NULL) == zio) {
973                 avl_remove(vdev_queue_class_tree(vq, zio->io_priority), zio);
974                 zio->io_priority = priority;
975                 avl_add(vdev_queue_class_tree(vq, zio->io_priority), zio);
976         } else if (avl_find(&vq->vq_active_tree, zio, NULL) != zio) {
977                 zio->io_priority = priority;
978         }
979
980         mutex_exit(&vq->vq_lock);
981 }
982
983 /*
984  * As these three methods are only used for load calculations we're not concerned
985  * if we get an incorrect value on 32bit platforms due to lack of vq_lock mutex
986  * use here, instead we prefer to keep it lock free for performance.
987  */ 
988 int
989 vdev_queue_length(vdev_t *vd)
990 {
991         return (avl_numnodes(&vd->vdev_queue.vq_active_tree));
992 }
993
994 uint64_t
995 vdev_queue_lastoffset(vdev_t *vd)
996 {
997         return (vd->vdev_queue.vq_lastoffset);
998 }
999
1000 void
1001 vdev_queue_register_lastoffset(vdev_t *vd, zio_t *zio)
1002 {
1003         vd->vdev_queue.vq_lastoffset = zio->io_offset + zio->io_size;
1004 }