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, 2014 by Delphix. All rights reserved.
  28  */
  29
  30 #include <sys/zfs_context.h>
  31 #include <sys/vdev_impl.h>
  32 #include <sys/spa_impl.h>
  33 #include <sys/zio.h>
  34 #include <sys/avl.h>
  35 #include <sys/dsl_pool.h>
  36
  37 /*
  38  * ZFS I/O Scheduler
  39  * ---------------
  40  *
  41  * ZFS issues I/O operations to leaf vdevs to satisfy and complete zios.  The
  42  * I/O scheduler determines when and in what order those operations are
  43  * issued.  The I/O scheduler divides operations into five I/O classes
  44  * prioritized in the following order: sync read, sync write, async read,
  45  * async write, and scrub/resilver.  Each queue defines the minimum and
  46  * maximum number of concurrent operations that may be issued to the device.
  47  * In addition, the device has an aggregate maximum. Note that the sum of the
  48  * per-queue minimums must not exceed the aggregate maximum, and if the
  49  * aggregate maximum is equal to or greater than the sum of the per-queue
  50  * maximums, the per-queue minimum has no effect.
  51  *
  52  * For many physical devices, throughput increases with the number of
  53  * concurrent operations, but latency typically suffers. Further, physical
  54  * devices typically have a limit at which more concurrent operations have no
  55  * effect on throughput or can actually cause it to decrease.
  56  *
  57  * The scheduler selects the next operation to issue by first looking for an
  58  * I/O class whose minimum has not been satisfied. Once all are satisfied and
  59  * the aggregate maximum has not been hit, the scheduler looks for classes
  60  * whose maximum has not been satisfied. Iteration through the I/O classes is
  61  * done in the order specified above. No further operations are issued if the
  62  * aggregate maximum number of concurrent operations has been hit or if there
  63  * are no operations queued for an I/O class that has not hit its maximum.
  64  * Every time an i/o is queued or an operation completes, the I/O scheduler
  65  * looks for new operations to issue.
  66  *
  67  * All I/O classes have a fixed maximum number of outstanding operations
  68  * except for the async write class. Asynchronous writes represent the data
  69  * that is committed to stable storage during the syncing stage for
  70  * transaction groups (see txg.c). Transaction groups enter the syncing state
  71  * periodically so the number of queued async writes will quickly burst up and
  72  * then bleed down to zero. Rather than servicing them as quickly as possible,
  73  * the I/O scheduler changes the maximum number of active async write i/os
  74  * according to the amount of dirty data in the pool (see dsl_pool.c). Since
  75  * both throughput and latency typically increase with the number of
  76  * concurrent operations issued to physical devices, reducing the burstiness
  77  * in the number of concurrent operations also stabilizes the response time of
  78  * operations from other -- and in particular synchronous -- queues. In broad
  79  * strokes, the I/O scheduler will issue more concurrent operations from the
  80  * async write queue as there's more dirty data in the pool.
  81  *
  82  * Async Writes
  83  *
  84  * The number of concurrent operations issued for the async write I/O class
  85  * follows a piece-wise linear function defined by a few adjustable points.
  86  *
  87  *        |                   o---------| <-- zfs_vdev_async_write_max_active
  88  *   ^    |                  /^         |
  89  *   |    |                 / |         |
  90  * active |                /  |         |
  91  *  I/O   |               /   |         |
  92  * count  |              /    |         |
  93  *        |             /     |         |
  94  *        |------------o      |         | <-- zfs_vdev_async_write_min_active
  95  *       0|____________^______|_________|
  96  *        0%           |      |       100% of zfs_dirty_data_max
  97  *                     |      |
  98  *                     |      `-- zfs_vdev_async_write_active_max_dirty_percent
  99  *                     `--------- zfs_vdev_async_write_active_min_dirty_percent
 100  *
 101  * Until the amount of dirty data exceeds a minimum percentage of the dirty
 102  * data allowed in the pool, the I/O scheduler will limit the number of
 103  * concurrent operations to the minimum. As that threshold is crossed, the
 104  * number of concurrent operations issued increases linearly to the maximum at
 105  * the specified maximum percentage of the dirty data allowed in the pool.
 106  *
 107  * Ideally, the amount of dirty data on a busy pool will stay in the sloped
 108  * part of the function between zfs_vdev_async_write_active_min_dirty_percent
 109  * and zfs_vdev_async_write_active_max_dirty_percent. If it exceeds the
 110  * maximum percentage, this indicates that the rate of incoming data is
 111  * greater than the rate that the backend storage can handle. In this case, we
 112  * must further throttle incoming writes (see dmu_tx_delay() for details).
 113  */
 114
 115 /*
 116  * The maximum number of i/os active to each device.  Ideally, this will be >=
 117  * the sum of each queue's max_active.  It must be at least the sum of each
 118  * queue's min_active.
 119  */
 120 uint32_t zfs_vdev_max_active = 1000;
 121
 122 /*
 123  * Per-queue limits on the number of i/os active to each device.  If the
 124  * sum of the queue's max_active is < zfs_vdev_max_active, then the
 125  * min_active comes into play.  We will send min_active from each queue,
 126  * and then select from queues in the order defined by zio_priority_t.
 127  *
 128  * In general, smaller max_active's will lead to lower latency of synchronous
 129  * operations.  Larger max_active's may lead to higher overall throughput,
 130  * depending on underlying storage.
 131  *
 132  * The ratio of the queues' max_actives determines the balance of performance
 133  * between reads, writes, and scrubs.  E.g., increasing
 134  * zfs_vdev_scrub_max_active will cause the scrub or resilver to complete
 135  * more quickly, but reads and writes to have higher latency and lower
 136  * throughput.
 137  */
 138 uint32_t zfs_vdev_sync_read_min_active = 10;
 139 uint32_t zfs_vdev_sync_read_max_active = 10;
 140 uint32_t zfs_vdev_sync_write_min_active = 10;
 141 uint32_t zfs_vdev_sync_write_max_active = 10;
 142 uint32_t zfs_vdev_async_read_min_active = 1;
 143 uint32_t zfs_vdev_async_read_max_active = 3;
 144 uint32_t zfs_vdev_async_write_min_active = 1;
 145 uint32_t zfs_vdev_async_write_max_active = 10;
 146 uint32_t zfs_vdev_scrub_min_active = 1;
 147 uint32_t zfs_vdev_scrub_max_active = 2;
 148
 149 /*
 150  * When the pool has less than zfs_vdev_async_write_active_min_dirty_percent
 151  * dirty data, use zfs_vdev_async_write_min_active.  When it has more than
 152  * zfs_vdev_async_write_active_max_dirty_percent, use
 153  * zfs_vdev_async_write_max_active. The value is linearly interpolated
 154  * between min and max.
 155  */
 156 int zfs_vdev_async_write_active_min_dirty_percent = 30;
 157 int zfs_vdev_async_write_active_max_dirty_percent = 60;
 158
 159 /*
 160  * To reduce IOPs, we aggregate small adjacent I/Os into one large I/O.
 161  * For read I/Os, we also aggregate across small adjacency gaps; for writes
 162  * we include spans of optional I/Os to aid aggregation at the disk even when
 163  * they aren't able to help us aggregate at this level.
 164  */
 165 int zfs_vdev_aggregation_limit = SPA_MAXBLOCKSIZE;
 166 int zfs_vdev_read_gap_limit = 32 << 10;
 167 int zfs_vdev_write_gap_limit = 4 << 10;
 168
 169 #ifdef __FreeBSD__
 170 SYSCTL_DECL(_vfs_zfs_vdev);
 171 TUNABLE_INT("vfs.zfs.vdev.max_active", &zfs_vdev_max_active);
 172 SYSCTL_UINT(_vfs_zfs_vdev, OID_AUTO, max_active, CTLFLAG_RW,
 173     &zfs_vdev_max_active, 0,
 174     "The maximum number of i/os of all types active for each device.");
 175
 176 #define ZFS_VDEV_QUEUE_KNOB_MIN(name)                                   \
 177 TUNABLE_INT("vfs.zfs.vdev." #name "_min_active",                        \
 178     &zfs_vdev_ ## name ## _min_active);                                 \
 179 SYSCTL_UINT(_vfs_zfs_vdev, OID_AUTO, name ## _min_active, CTLFLAG_RW,   \
 180     &zfs_vdev_ ## name ## _min_active, 0,                               \
 181     "Initial number of I/O requests of type " #name                     \
 182     " active for each device");
 183
 184 #define ZFS_VDEV_QUEUE_KNOB_MAX(name)                                   \
 185 TUNABLE_INT("vfs.zfs.vdev." #name "_max_active",                        \
 186     &zfs_vdev_ ## name ## _max_active);                                 \
 187 SYSCTL_UINT(_vfs_zfs_vdev, OID_AUTO, name ## _max_active, CTLFLAG_RW,   \
 188     &zfs_vdev_ ## name ## _max_active, 0,                               \
 189     "Maximum number of I/O requests of type " #name                     \
 190     " active for each device");
 191
 192 ZFS_VDEV_QUEUE_KNOB_MIN(sync_read);
 193 ZFS_VDEV_QUEUE_KNOB_MAX(sync_read);
 194 ZFS_VDEV_QUEUE_KNOB_MIN(sync_write);
 195 ZFS_VDEV_QUEUE_KNOB_MAX(sync_write);
 196 ZFS_VDEV_QUEUE_KNOB_MIN(async_read);
 197 ZFS_VDEV_QUEUE_KNOB_MAX(async_read);
 198 ZFS_VDEV_QUEUE_KNOB_MIN(async_write);
 199 ZFS_VDEV_QUEUE_KNOB_MAX(async_write);
 200 ZFS_VDEV_QUEUE_KNOB_MIN(scrub);
 201 ZFS_VDEV_QUEUE_KNOB_MAX(scrub);
 202
 203 #undef ZFS_VDEV_QUEUE_KNOB
 204
 205 TUNABLE_INT("vfs.zfs.vdev.aggregation_limit", &zfs_vdev_aggregation_limit);
 206 SYSCTL_INT(_vfs_zfs_vdev, OID_AUTO, aggregation_limit, CTLFLAG_RW,
 207     &zfs_vdev_aggregation_limit, 0,
 208     "I/O requests are aggregated up to this size");
 209 TUNABLE_INT("vfs.zfs.vdev.read_gap_limit", &zfs_vdev_read_gap_limit);
 210 SYSCTL_INT(_vfs_zfs_vdev, OID_AUTO, read_gap_limit, CTLFLAG_RW,
 211     &zfs_vdev_read_gap_limit, 0,
 212     "Acceptable gap between two reads being aggregated");
 213 TUNABLE_INT("vfs.zfs.vdev.write_gap_limit", &zfs_vdev_write_gap_limit);
 214 SYSCTL_INT(_vfs_zfs_vdev, OID_AUTO, write_gap_limit, CTLFLAG_RW,
 215     &zfs_vdev_write_gap_limit, 0,
 216     "Acceptable gap between two writes being aggregated");
 217 #endif
 218
 219 int
 220 vdev_queue_offset_compare(const void *x1, const void *x2)
 221 {
 222         const zio_t *z1 = x1;
 223         const zio_t *z2 = x2;
 224
 225         if (z1->io_offset < z2->io_offset)
 226                 return (-1);
 227         if (z1->io_offset > z2->io_offset)
 228                 return (1);
 229
 230         if (z1 < z2)
 231                 return (-1);
 232         if (z1 > z2)
 233                 return (1);
 234
 235         return (0);
 236 }
 237
 238 int
 239 vdev_queue_timestamp_compare(const void *x1, const void *x2)
 240 {
 241         const zio_t *z1 = x1;
 242         const zio_t *z2 = x2;
 243
 244         if (z1->io_timestamp < z2->io_timestamp)
 245                 return (-1);
 246         if (z1->io_timestamp > z2->io_timestamp)
 247                 return (1);
 248
 249         if (z1 < z2)
 250                 return (-1);
 251         if (z1 > z2)
 252                 return (1);
 253
 254         return (0);
 255 }
 256
 257 void
 258 vdev_queue_init(vdev_t *vd)
 259 {
 260         vdev_queue_t *vq = &vd->vdev_queue;
 261
 262         mutex_init(&vq->vq_lock, NULL, MUTEX_DEFAULT, NULL);
 263         vq->vq_vdev = vd;
 264
 265         avl_create(&vq->vq_active_tree, vdev_queue_offset_compare,
 266             sizeof (zio_t), offsetof(struct zio, io_queue_node));
 267
 268         for (zio_priority_t p = 0; p < ZIO_PRIORITY_NUM_QUEUEABLE; p++) {
 269                 /*
 270                  * The synchronous i/o queues are FIFO rather than LBA ordered.
 271                  * This provides more consistent latency for these i/os, and
 272                  * they tend to not be tightly clustered anyway so there is
 273                  * little to no throughput loss.
 274                  */
 275                 boolean_t fifo = (p == ZIO_PRIORITY_SYNC_READ ||
 276                     p == ZIO_PRIORITY_SYNC_WRITE);
 277                 avl_create(&vq->vq_class[p].vqc_queued_tree,
 278                     fifo ? vdev_queue_timestamp_compare :
 279                     vdev_queue_offset_compare,
 280                     sizeof (zio_t), offsetof(struct zio, io_queue_node));
 281         }
 282 }
 283
 284 void
 285 vdev_queue_fini(vdev_t *vd)
 286 {
 287         vdev_queue_t *vq = &vd->vdev_queue;
 288
 289         for (zio_priority_t p = 0; p < ZIO_PRIORITY_NUM_QUEUEABLE; p++)
 290                 avl_destroy(&vq->vq_class[p].vqc_queued_tree);
 291         avl_destroy(&vq->vq_active_tree);
 292
 293         mutex_destroy(&vq->vq_lock);
 294 }
 295
 296 static void
 297 vdev_queue_io_add(vdev_queue_t *vq, zio_t *zio)
 298 {
 299         spa_t *spa = zio->io_spa;
 300         ASSERT3U(zio->io_priority, <, ZIO_PRIORITY_NUM_QUEUEABLE);
 301         avl_add(&vq->vq_class[zio->io_priority].vqc_queued_tree, zio);
 302
 303 #ifdef illumos
 304         mutex_enter(&spa->spa_iokstat_lock);
 305         spa->spa_queue_stats[zio->io_priority].spa_queued++;
 306         if (spa->spa_iokstat != NULL)
 307                 kstat_waitq_enter(spa->spa_iokstat->ks_data);
 308         mutex_exit(&spa->spa_iokstat_lock);
 309 #endif
 310 }
 311
 312 static void
 313 vdev_queue_io_remove(vdev_queue_t *vq, zio_t *zio)
 314 {
 315         spa_t *spa = zio->io_spa;
 316         ASSERT3U(zio->io_priority, <, ZIO_PRIORITY_NUM_QUEUEABLE);
 317         avl_remove(&vq->vq_class[zio->io_priority].vqc_queued_tree, zio);
 318
 319 #ifdef illumos
 320         mutex_enter(&spa->spa_iokstat_lock);
 321         ASSERT3U(spa->spa_queue_stats[zio->io_priority].spa_queued, >, 0);
 322         spa->spa_queue_stats[zio->io_priority].spa_queued--;
 323         if (spa->spa_iokstat != NULL)
 324                 kstat_waitq_exit(spa->spa_iokstat->ks_data);
 325         mutex_exit(&spa->spa_iokstat_lock);
 326 #endif
 327 }
 328
 329 static void
 330 vdev_queue_pending_add(vdev_queue_t *vq, zio_t *zio)
 331 {
 332         spa_t *spa = zio->io_spa;
 333         ASSERT(MUTEX_HELD(&vq->vq_lock));
 334         ASSERT3U(zio->io_priority, <, ZIO_PRIORITY_NUM_QUEUEABLE);
 335         vq->vq_class[zio->io_priority].vqc_active++;
 336         avl_add(&vq->vq_active_tree, zio);
 337
 338 #ifdef illumos
 339         mutex_enter(&spa->spa_iokstat_lock);
 340         spa->spa_queue_stats[zio->io_priority].spa_active++;
 341         if (spa->spa_iokstat != NULL)
 342                 kstat_runq_enter(spa->spa_iokstat->ks_data);
 343         mutex_exit(&spa->spa_iokstat_lock);
 344 #endif
 345 }
 346
 347 static void
 348 vdev_queue_pending_remove(vdev_queue_t *vq, zio_t *zio)
 349 {
 350         spa_t *spa = zio->io_spa;
 351         ASSERT(MUTEX_HELD(&vq->vq_lock));
 352         ASSERT3U(zio->io_priority, <, ZIO_PRIORITY_NUM_QUEUEABLE);
 353         vq->vq_class[zio->io_priority].vqc_active--;
 354         avl_remove(&vq->vq_active_tree, zio);
 355
 356 #ifdef illumos
 357         mutex_enter(&spa->spa_iokstat_lock);
 358         ASSERT3U(spa->spa_queue_stats[zio->io_priority].spa_active, >, 0);
 359         spa->spa_queue_stats[zio->io_priority].spa_active--;
 360         if (spa->spa_iokstat != NULL) {
 361                 kstat_io_t *ksio = spa->spa_iokstat->ks_data;
 362
 363                 kstat_runq_exit(spa->spa_iokstat->ks_data);
 364                 if (zio->io_type == ZIO_TYPE_READ) {
 365                         ksio->reads++;
 366                         ksio->nread += zio->io_size;
 367                 } else if (zio->io_type == ZIO_TYPE_WRITE) {
 368                         ksio->writes++;
 369                         ksio->nwritten += zio->io_size;
 370                 }
 371         }
 372         mutex_exit(&spa->spa_iokstat_lock);
 373 #endif
 374 }
 375
 376 static void
 377 vdev_queue_agg_io_done(zio_t *aio)
 378 {
 379         if (aio->io_type == ZIO_TYPE_READ) {
 380                 zio_t *pio;
 381                 while ((pio = zio_walk_parents(aio)) != NULL) {
 382                         bcopy((char *)aio->io_data + (pio->io_offset -
 383                             aio->io_offset), pio->io_data, pio->io_size);
 384                 }
 385         }
 386
 387         zio_buf_free(aio->io_data, aio->io_size);
 388 }
 389
 390 static int
 391 vdev_queue_class_min_active(zio_priority_t p)
 392 {
 393         switch (p) {
 394         case ZIO_PRIORITY_SYNC_READ:
 395                 return (zfs_vdev_sync_read_min_active);
 396         case ZIO_PRIORITY_SYNC_WRITE:
 397                 return (zfs_vdev_sync_write_min_active);
 398         case ZIO_PRIORITY_ASYNC_READ:
 399                 return (zfs_vdev_async_read_min_active);
 400         case ZIO_PRIORITY_ASYNC_WRITE:
 401                 return (zfs_vdev_async_write_min_active);
 402         case ZIO_PRIORITY_SCRUB:
 403                 return (zfs_vdev_scrub_min_active);
 404         default:
 405                 panic("invalid priority %u", p);
 406                 return (0);
 407         }
 408 }
 409
 410 static int
 411 vdev_queue_max_async_writes(spa_t *spa)
 412 {
 413         int writes;
 414         uint64_t dirty = spa->spa_dsl_pool->dp_dirty_total;
 415         uint64_t min_bytes = zfs_dirty_data_max *
 416             zfs_vdev_async_write_active_min_dirty_percent / 100;
 417         uint64_t max_bytes = zfs_dirty_data_max *
 418             zfs_vdev_async_write_active_max_dirty_percent / 100;
 419
 420         /*
 421          * Sync tasks correspond to interactive user actions. To reduce the
 422          * execution time of those actions we push data out as fast as possible.
 423          */
 424         if (spa_has_pending_synctask(spa)) {
 425                 return (zfs_vdev_async_write_max_active);
 426         }
 427
 428         if (dirty < min_bytes)
 429                 return (zfs_vdev_async_write_min_active);
 430         if (dirty > max_bytes)
 431                 return (zfs_vdev_async_write_max_active);
 432
 433         /*
 434          * linear interpolation:
 435          * slope = (max_writes - min_writes) / (max_bytes - min_bytes)
 436          * move right by min_bytes
 437          * move up by min_writes
 438          */
 439         writes = (dirty - min_bytes) *
 440             (zfs_vdev_async_write_max_active -
 441             zfs_vdev_async_write_min_active) /
 442             (max_bytes - min_bytes) +
 443             zfs_vdev_async_write_min_active;
 444         ASSERT3U(writes, >=, zfs_vdev_async_write_min_active);
 445         ASSERT3U(writes, <=, zfs_vdev_async_write_max_active);
 446         return (writes);
 447 }
 448
 449 static int
 450 vdev_queue_class_max_active(spa_t *spa, zio_priority_t p)
 451 {
 452         switch (p) {
 453         case ZIO_PRIORITY_SYNC_READ:
 454                 return (zfs_vdev_sync_read_max_active);
 455         case ZIO_PRIORITY_SYNC_WRITE:
 456                 return (zfs_vdev_sync_write_max_active);
 457         case ZIO_PRIORITY_ASYNC_READ:
 458                 return (zfs_vdev_async_read_max_active);
 459         case ZIO_PRIORITY_ASYNC_WRITE:
 460                 return (vdev_queue_max_async_writes(spa));
 461         case ZIO_PRIORITY_SCRUB:
 462                 return (zfs_vdev_scrub_max_active);
 463         default:
 464                 panic("invalid priority %u", p);
 465                 return (0);
 466         }
 467 }
 468
 469 /*
 470  * Return the i/o class to issue from, or ZIO_PRIORITY_MAX_QUEUEABLE if
 471  * there is no eligible class.
 472  */
 473 static zio_priority_t
 474 vdev_queue_class_to_issue(vdev_queue_t *vq)
 475 {
 476         spa_t *spa = vq->vq_vdev->vdev_spa;
 477         zio_priority_t p;
 478
 479         if (avl_numnodes(&vq->vq_active_tree) >= zfs_vdev_max_active)
 480                 return (ZIO_PRIORITY_NUM_QUEUEABLE);
 481
 482         /* find a queue that has not reached its minimum # outstanding i/os */
 483         for (p = 0; p < ZIO_PRIORITY_NUM_QUEUEABLE; p++) {
 484                 if (avl_numnodes(&vq->vq_class[p].vqc_queued_tree) > 0 &&
 485                     vq->vq_class[p].vqc_active <
 486                     vdev_queue_class_min_active(p))
 487                         return (p);
 488         }
 489
 490         /*
 491          * If we haven't found a queue, look for one that hasn't reached its
 492          * maximum # outstanding i/os.
 493          */
 494         for (p = 0; p < ZIO_PRIORITY_NUM_QUEUEABLE; p++) {
 495                 if (avl_numnodes(&vq->vq_class[p].vqc_queued_tree) > 0 &&
 496                     vq->vq_class[p].vqc_active <
 497                     vdev_queue_class_max_active(spa, p))
 498                         return (p);
 499         }
 500
 501         /* No eligible queued i/os */
 502         return (ZIO_PRIORITY_NUM_QUEUEABLE);
 503 }
 504
 505 /*
 506  * Compute the range spanned by two i/os, which is the endpoint of the last
 507  * (lio->io_offset + lio->io_size) minus start of the first (fio->io_offset).
 508  * Conveniently, the gap between fio and lio is given by -IO_SPAN(lio, fio);
 509  * thus fio and lio are adjacent if and only if IO_SPAN(lio, fio) == 0.
 510  */
 511 #define IO_SPAN(fio, lio) ((lio)->io_offset + (lio)->io_size - (fio)->io_offset)
 512 #define IO_GAP(fio, lio) (-IO_SPAN(lio, fio))
 513
 514 static zio_t *
 515 vdev_queue_aggregate(vdev_queue_t *vq, zio_t *zio)
 516 {
 517         zio_t *first, *last, *aio, *dio, *mandatory, *nio;
 518         uint64_t maxgap = 0;
 519         uint64_t size;
 520         boolean_t stretch = B_FALSE;
 521         vdev_queue_class_t *vqc = &vq->vq_class[zio->io_priority];
 522         avl_tree_t *t = &vqc->vqc_queued_tree;
 523         enum zio_flag flags = zio->io_flags & ZIO_FLAG_AGG_INHERIT;
 524
 525         if (zio->io_flags & ZIO_FLAG_DONT_AGGREGATE)
 526                 return (NULL);
 527
 528         /*
 529          * The synchronous i/o queues are not sorted by LBA, so we can't
 530          * find adjacent i/os.  These i/os tend to not be tightly clustered,
 531          * or too large to aggregate, so this has little impact on performance.
 532          */
 533         if (zio->io_priority == ZIO_PRIORITY_SYNC_READ ||
 534             zio->io_priority == ZIO_PRIORITY_SYNC_WRITE)
 535                 return (NULL);
 536
 537         first = last = zio;
 538
 539         if (zio->io_type == ZIO_TYPE_READ)
 540                 maxgap = zfs_vdev_read_gap_limit;
 541
 542         /*
 543          * We can aggregate I/Os that are sufficiently adjacent and of
 544          * the same flavor, as expressed by the AGG_INHERIT flags.
 545          * The latter requirement is necessary so that certain
 546          * attributes of the I/O, such as whether it's a normal I/O
 547          * or a scrub/resilver, can be preserved in the aggregate.
 548          * We can include optional I/Os, but don't allow them
 549          * to begin a range as they add no benefit in that situation.
 550          */
 551
 552         /*
 553          * We keep track of the last non-optional I/O.
 554          */
 555         mandatory = (first->io_flags & ZIO_FLAG_OPTIONAL) ? NULL : first;
 556
 557         /*
 558          * Walk backwards through sufficiently contiguous I/Os
 559          * recording the last non-option I/O.
 560          */
 561         while ((dio = AVL_PREV(t, first)) != NULL &&
 562             (dio->io_flags & ZIO_FLAG_AGG_INHERIT) == flags &&
 563             IO_SPAN(dio, last) <= zfs_vdev_aggregation_limit &&
 564             IO_GAP(dio, first) <= maxgap) {
 565                 first = dio;
 566                 if (mandatory == NULL && !(first->io_flags & ZIO_FLAG_OPTIONAL))
 567                         mandatory = first;
 568         }
 569
 570         /*
 571          * Skip any initial optional I/Os.
 572          */
 573         while ((first->io_flags & ZIO_FLAG_OPTIONAL) && first != last) {
 574                 first = AVL_NEXT(t, first);
 575                 ASSERT(first != NULL);
 576         }
 577
 578         /*
 579          * Walk forward through sufficiently contiguous I/Os.
 580          */
 581         while ((dio = AVL_NEXT(t, last)) != NULL &&
 582             (dio->io_flags & ZIO_FLAG_AGG_INHERIT) == flags &&
 583             IO_SPAN(first, dio) <= zfs_vdev_aggregation_limit &&
 584             IO_GAP(last, dio) <= maxgap) {
 585                 last = dio;
 586                 if (!(last->io_flags & ZIO_FLAG_OPTIONAL))
 587                         mandatory = last;
 588         }
 589
 590         /*
 591          * Now that we've established the range of the I/O aggregation
 592          * we must decide what to do with trailing optional I/Os.
 593          * For reads, there's nothing to do. While we are unable to
 594          * aggregate further, it's possible that a trailing optional
 595          * I/O would allow the underlying device to aggregate with
 596          * subsequent I/Os. We must therefore determine if the next
 597          * non-optional I/O is close enough to make aggregation
 598          * worthwhile.
 599          */
 600         if (zio->io_type == ZIO_TYPE_WRITE && mandatory != NULL) {
 601                 zio_t *nio = last;
 602                 while ((dio = AVL_NEXT(t, nio)) != NULL &&
 603                     IO_GAP(nio, dio) == 0 &&
 604                     IO_GAP(mandatory, dio) <= zfs_vdev_write_gap_limit) {
 605                         nio = dio;
 606                         if (!(nio->io_flags & ZIO_FLAG_OPTIONAL)) {
 607                                 stretch = B_TRUE;
 608                                 break;
 609                         }
 610                 }
 611         }
 612
 613         if (stretch) {
 614                 /* This may be a no-op. */
 615                 dio = AVL_NEXT(t, last);
 616                 dio->io_flags &= ~ZIO_FLAG_OPTIONAL;
 617         } else {
 618                 while (last != mandatory && last != first) {
 619                         ASSERT(last->io_flags & ZIO_FLAG_OPTIONAL);
 620                         last = AVL_PREV(t, last);
 621                         ASSERT(last != NULL);
 622                 }
 623         }
 624
 625         if (first == last)
 626                 return (NULL);
 627
 628         size = IO_SPAN(first, last);
 629         ASSERT3U(size, <=, zfs_vdev_aggregation_limit);
 630
 631         aio = zio_vdev_delegated_io(first->io_vd, first->io_offset,
 632             zio_buf_alloc(size), size, first->io_type, zio->io_priority,
 633             flags | ZIO_FLAG_DONT_CACHE | ZIO_FLAG_DONT_QUEUE,
 634             vdev_queue_agg_io_done, NULL);
 635         aio->io_timestamp = first->io_timestamp;
 636
 637         nio = first;
 638         do {
 639                 dio = nio;
 640                 nio = AVL_NEXT(t, dio);
 641                 ASSERT3U(dio->io_type, ==, aio->io_type);
 642
 643                 if (dio->io_flags & ZIO_FLAG_NODATA) {
 644                         ASSERT3U(dio->io_type, ==, ZIO_TYPE_WRITE);
 645                         bzero((char *)aio->io_data + (dio->io_offset -
 646                             aio->io_offset), dio->io_size);
 647                 } else if (dio->io_type == ZIO_TYPE_WRITE) {
 648                         bcopy(dio->io_data, (char *)aio->io_data +
 649                             (dio->io_offset - aio->io_offset),
 650                             dio->io_size);
 651                 }
 652
 653                 zio_add_child(dio, aio);
 654                 vdev_queue_io_remove(vq, dio);
 655                 zio_vdev_io_bypass(dio);
 656                 zio_execute(dio);
 657         } while (dio != last);
 658
 659         return (aio);
 660 }
 661
 662 static zio_t *
 663 vdev_queue_io_to_issue(vdev_queue_t *vq)
 664 {
 665         zio_t *zio, *aio;
 666         zio_priority_t p;
 667         avl_index_t idx;
 668         vdev_queue_class_t *vqc;
 669         zio_t search;
 670
 671 again:
 672         ASSERT(MUTEX_HELD(&vq->vq_lock));
 673
 674         p = vdev_queue_class_to_issue(vq);
 675
 676         if (p == ZIO_PRIORITY_NUM_QUEUEABLE) {
 677                 /* No eligible queued i/os */
 678                 return (NULL);
 679         }
 680
 681         /*
 682          * For LBA-ordered queues (async / scrub), issue the i/o which follows
 683          * the most recently issued i/o in LBA (offset) order.
 684          *
 685          * For FIFO queues (sync), issue the i/o with the lowest timestamp.
 686          */
 687         vqc = &vq->vq_class[p];
 688         search.io_timestamp = 0;
 689         search.io_offset = vq->vq_last_offset + 1;
 690         VERIFY3P(avl_find(&vqc->vqc_queued_tree, &search, &idx), ==, NULL);
 691         zio = avl_nearest(&vqc->vqc_queued_tree, idx, AVL_AFTER);
 692         if (zio == NULL)
 693                 zio = avl_first(&vqc->vqc_queued_tree);
 694         ASSERT3U(zio->io_priority, ==, p);
 695
 696         aio = vdev_queue_aggregate(vq, zio);
 697         if (aio != NULL)
 698                 zio = aio;
 699         else
 700                 vdev_queue_io_remove(vq, zio);
 701
 702         /*
 703          * If the I/O is or was optional and therefore has no data, we need to
 704          * simply discard it. We need to drop the vdev queue's lock to avoid a
 705          * deadlock that we could encounter since this I/O will complete
 706          * immediately.
 707          */
 708         if (zio->io_flags & ZIO_FLAG_NODATA) {
 709                 mutex_exit(&vq->vq_lock);
 710                 zio_vdev_io_bypass(zio);
 711                 zio_execute(zio);
 712                 mutex_enter(&vq->vq_lock);
 713                 goto again;
 714         }
 715
 716         vdev_queue_pending_add(vq, zio);
 717         vq->vq_last_offset = zio->io_offset;
 718
 719         return (zio);
 720 }
 721
 722 zio_t *
 723 vdev_queue_io(zio_t *zio)
 724 {
 725         vdev_queue_t *vq = &zio->io_vd->vdev_queue;
 726         zio_t *nio;
 727
 728         if (zio->io_flags & ZIO_FLAG_DONT_QUEUE)
 729                 return (zio);
 730
 731         /*
 732          * Children i/os inherent their parent's priority, which might
 733          * not match the child's i/o type.  Fix it up here.
 734          */
 735         if (zio->io_type == ZIO_TYPE_READ) {
 736                 if (zio->io_priority != ZIO_PRIORITY_SYNC_READ &&
 737                     zio->io_priority != ZIO_PRIORITY_ASYNC_READ &&
 738                     zio->io_priority != ZIO_PRIORITY_SCRUB)
 739                         zio->io_priority = ZIO_PRIORITY_ASYNC_READ;
 740         } else {
 741                 ASSERT(zio->io_type == ZIO_TYPE_WRITE);
 742                 if (zio->io_priority != ZIO_PRIORITY_SYNC_WRITE &&
 743                     zio->io_priority != ZIO_PRIORITY_ASYNC_WRITE)
 744                         zio->io_priority = ZIO_PRIORITY_ASYNC_WRITE;
 745         }
 746
 747         zio->io_flags |= ZIO_FLAG_DONT_CACHE | ZIO_FLAG_DONT_QUEUE;
 748
 749         mutex_enter(&vq->vq_lock);
 750         zio->io_timestamp = gethrtime();
 751         vdev_queue_io_add(vq, zio);
 752         nio = vdev_queue_io_to_issue(vq);
 753         mutex_exit(&vq->vq_lock);
 754
 755         if (nio == NULL)
 756                 return (NULL);
 757
 758         if (nio->io_done == vdev_queue_agg_io_done) {
 759                 zio_nowait(nio);
 760                 return (NULL);
 761         }
 762
 763         return (nio);
 764 }
 765
 766 void
 767 vdev_queue_io_done(zio_t *zio)
 768 {
 769         vdev_queue_t *vq = &zio->io_vd->vdev_queue;
 770         zio_t *nio;
 771
 772         if (zio_injection_enabled)
 773                 delay(SEC_TO_TICK(zio_handle_io_delay(zio)));
 774
 775         mutex_enter(&vq->vq_lock);
 776
 777         vdev_queue_pending_remove(vq, zio);
 778
 779         vq->vq_io_complete_ts = gethrtime();
 780
 781         while ((nio = vdev_queue_io_to_issue(vq)) != NULL) {
 782                 mutex_exit(&vq->vq_lock);
 783                 if (nio->io_done == vdev_queue_agg_io_done) {
 784                         zio_nowait(nio);
 785                 } else {
 786                         zio_vdev_io_reissue(nio);
 787                         zio_execute(nio);
 788                 }
 789                 mutex_enter(&vq->vq_lock);
 790         }
 791
 792         mutex_exit(&vq->vq_lock);
 793 }