]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - sys/cddl/contrib/opensolaris/uts/common/fs/zfs/vdev_raidz.c
MFV r245512:
[FreeBSD/FreeBSD.git] / sys / cddl / contrib / opensolaris / uts / common / fs / zfs / vdev_raidz.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 /*
23  * Copyright (c) 2005, 2010, Oracle and/or its affiliates. All rights reserved.
24  * Copyright (c) 2012 by Delphix. All rights reserved.
25  */
26
27 #include <sys/zfs_context.h>
28 #include <sys/spa.h>
29 #include <sys/vdev_impl.h>
30 #include <sys/zio.h>
31 #include <sys/zio_checksum.h>
32 #include <sys/fs/zfs.h>
33 #include <sys/fm/fs/zfs.h>
34
35 /*
36  * Virtual device vector for RAID-Z.
37  *
38  * This vdev supports single, double, and triple parity. For single parity,
39  * we use a simple XOR of all the data columns. For double or triple parity,
40  * we use a special case of Reed-Solomon coding. This extends the
41  * technique described in "The mathematics of RAID-6" by H. Peter Anvin by
42  * drawing on the system described in "A Tutorial on Reed-Solomon Coding for
43  * Fault-Tolerance in RAID-like Systems" by James S. Plank on which the
44  * former is also based. The latter is designed to provide higher performance
45  * for writes.
46  *
47  * Note that the Plank paper claimed to support arbitrary N+M, but was then
48  * amended six years later identifying a critical flaw that invalidates its
49  * claims. Nevertheless, the technique can be adapted to work for up to
50  * triple parity. For additional parity, the amendment "Note: Correction to
51  * the 1997 Tutorial on Reed-Solomon Coding" by James S. Plank and Ying Ding
52  * is viable, but the additional complexity means that write performance will
53  * suffer.
54  *
55  * All of the methods above operate on a Galois field, defined over the
56  * integers mod 2^N. In our case we choose N=8 for GF(8) so that all elements
57  * can be expressed with a single byte. Briefly, the operations on the
58  * field are defined as follows:
59  *
60  *   o addition (+) is represented by a bitwise XOR
61  *   o subtraction (-) is therefore identical to addition: A + B = A - B
62  *   o multiplication of A by 2 is defined by the following bitwise expression:
63  *      (A * 2)_7 = A_6
64  *      (A * 2)_6 = A_5
65  *      (A * 2)_5 = A_4
66  *      (A * 2)_4 = A_3 + A_7
67  *      (A * 2)_3 = A_2 + A_7
68  *      (A * 2)_2 = A_1 + A_7
69  *      (A * 2)_1 = A_0
70  *      (A * 2)_0 = A_7
71  *
72  * In C, multiplying by 2 is therefore ((a << 1) ^ ((a & 0x80) ? 0x1d : 0)).
73  * As an aside, this multiplication is derived from the error correcting
74  * primitive polynomial x^8 + x^4 + x^3 + x^2 + 1.
75  *
76  * Observe that any number in the field (except for 0) can be expressed as a
77  * power of 2 -- a generator for the field. We store a table of the powers of
78  * 2 and logs base 2 for quick look ups, and exploit the fact that A * B can
79  * be rewritten as 2^(log_2(A) + log_2(B)) (where '+' is normal addition rather
80  * than field addition). The inverse of a field element A (A^-1) is therefore
81  * A ^ (255 - 1) = A^254.
82  *
83  * The up-to-three parity columns, P, Q, R over several data columns,
84  * D_0, ... D_n-1, can be expressed by field operations:
85  *
86  *      P = D_0 + D_1 + ... + D_n-2 + D_n-1
87  *      Q = 2^n-1 * D_0 + 2^n-2 * D_1 + ... + 2^1 * D_n-2 + 2^0 * D_n-1
88  *        = ((...((D_0) * 2 + D_1) * 2 + ...) * 2 + D_n-2) * 2 + D_n-1
89  *      R = 4^n-1 * D_0 + 4^n-2 * D_1 + ... + 4^1 * D_n-2 + 4^0 * D_n-1
90  *        = ((...((D_0) * 4 + D_1) * 4 + ...) * 4 + D_n-2) * 4 + D_n-1
91  *
92  * We chose 1, 2, and 4 as our generators because 1 corresponds to the trival
93  * XOR operation, and 2 and 4 can be computed quickly and generate linearly-
94  * independent coefficients. (There are no additional coefficients that have
95  * this property which is why the uncorrected Plank method breaks down.)
96  *
97  * See the reconstruction code below for how P, Q and R can used individually
98  * or in concert to recover missing data columns.
99  */
100
101 typedef struct raidz_col {
102         uint64_t rc_devidx;             /* child device index for I/O */
103         uint64_t rc_offset;             /* device offset */
104         uint64_t rc_size;               /* I/O size */
105         void *rc_data;                  /* I/O data */
106         void *rc_gdata;                 /* used to store the "good" version */
107         int rc_error;                   /* I/O error for this device */
108         uint8_t rc_tried;               /* Did we attempt this I/O column? */
109         uint8_t rc_skipped;             /* Did we skip this I/O column? */
110 } raidz_col_t;
111
112 typedef struct raidz_map {
113         uint64_t rm_cols;               /* Regular column count */
114         uint64_t rm_scols;              /* Count including skipped columns */
115         uint64_t rm_bigcols;            /* Number of oversized columns */
116         uint64_t rm_asize;              /* Actual total I/O size */
117         uint64_t rm_missingdata;        /* Count of missing data devices */
118         uint64_t rm_missingparity;      /* Count of missing parity devices */
119         uint64_t rm_firstdatacol;       /* First data column/parity count */
120         uint64_t rm_nskip;              /* Skipped sectors for padding */
121         uint64_t rm_skipstart;  /* Column index of padding start */
122         void *rm_datacopy;              /* rm_asize-buffer of copied data */
123         uintptr_t rm_reports;           /* # of referencing checksum reports */
124         uint8_t rm_freed;               /* map no longer has referencing ZIO */
125         uint8_t rm_ecksuminjected;      /* checksum error was injected */
126         raidz_col_t rm_col[1];          /* Flexible array of I/O columns */
127 } raidz_map_t;
128
129 #define VDEV_RAIDZ_P            0
130 #define VDEV_RAIDZ_Q            1
131 #define VDEV_RAIDZ_R            2
132
133 #define VDEV_RAIDZ_MUL_2(x)     (((x) << 1) ^ (((x) & 0x80) ? 0x1d : 0))
134 #define VDEV_RAIDZ_MUL_4(x)     (VDEV_RAIDZ_MUL_2(VDEV_RAIDZ_MUL_2(x)))
135
136 /*
137  * We provide a mechanism to perform the field multiplication operation on a
138  * 64-bit value all at once rather than a byte at a time. This works by
139  * creating a mask from the top bit in each byte and using that to
140  * conditionally apply the XOR of 0x1d.
141  */
142 #define VDEV_RAIDZ_64MUL_2(x, mask) \
143 { \
144         (mask) = (x) & 0x8080808080808080ULL; \
145         (mask) = ((mask) << 1) - ((mask) >> 7); \
146         (x) = (((x) << 1) & 0xfefefefefefefefeULL) ^ \
147             ((mask) & 0x1d1d1d1d1d1d1d1d); \
148 }
149
150 #define VDEV_RAIDZ_64MUL_4(x, mask) \
151 { \
152         VDEV_RAIDZ_64MUL_2((x), mask); \
153         VDEV_RAIDZ_64MUL_2((x), mask); \
154 }
155
156 /*
157  * Force reconstruction to use the general purpose method.
158  */
159 int vdev_raidz_default_to_general;
160
161 /*
162  * These two tables represent powers and logs of 2 in the Galois field defined
163  * above. These values were computed by repeatedly multiplying by 2 as above.
164  */
165 static const uint8_t vdev_raidz_pow2[256] = {
166         0x01, 0x02, 0x04, 0x08, 0x10, 0x20, 0x40, 0x80,
167         0x1d, 0x3a, 0x74, 0xe8, 0xcd, 0x87, 0x13, 0x26,
168         0x4c, 0x98, 0x2d, 0x5a, 0xb4, 0x75, 0xea, 0xc9,
169         0x8f, 0x03, 0x06, 0x0c, 0x18, 0x30, 0x60, 0xc0,
170         0x9d, 0x27, 0x4e, 0x9c, 0x25, 0x4a, 0x94, 0x35,
171         0x6a, 0xd4, 0xb5, 0x77, 0xee, 0xc1, 0x9f, 0x23,
172         0x46, 0x8c, 0x05, 0x0a, 0x14, 0x28, 0x50, 0xa0,
173         0x5d, 0xba, 0x69, 0xd2, 0xb9, 0x6f, 0xde, 0xa1,
174         0x5f, 0xbe, 0x61, 0xc2, 0x99, 0x2f, 0x5e, 0xbc,
175         0x65, 0xca, 0x89, 0x0f, 0x1e, 0x3c, 0x78, 0xf0,
176         0xfd, 0xe7, 0xd3, 0xbb, 0x6b, 0xd6, 0xb1, 0x7f,
177         0xfe, 0xe1, 0xdf, 0xa3, 0x5b, 0xb6, 0x71, 0xe2,
178         0xd9, 0xaf, 0x43, 0x86, 0x11, 0x22, 0x44, 0x88,
179         0x0d, 0x1a, 0x34, 0x68, 0xd0, 0xbd, 0x67, 0xce,
180         0x81, 0x1f, 0x3e, 0x7c, 0xf8, 0xed, 0xc7, 0x93,
181         0x3b, 0x76, 0xec, 0xc5, 0x97, 0x33, 0x66, 0xcc,
182         0x85, 0x17, 0x2e, 0x5c, 0xb8, 0x6d, 0xda, 0xa9,
183         0x4f, 0x9e, 0x21, 0x42, 0x84, 0x15, 0x2a, 0x54,
184         0xa8, 0x4d, 0x9a, 0x29, 0x52, 0xa4, 0x55, 0xaa,
185         0x49, 0x92, 0x39, 0x72, 0xe4, 0xd5, 0xb7, 0x73,
186         0xe6, 0xd1, 0xbf, 0x63, 0xc6, 0x91, 0x3f, 0x7e,
187         0xfc, 0xe5, 0xd7, 0xb3, 0x7b, 0xf6, 0xf1, 0xff,
188         0xe3, 0xdb, 0xab, 0x4b, 0x96, 0x31, 0x62, 0xc4,
189         0x95, 0x37, 0x6e, 0xdc, 0xa5, 0x57, 0xae, 0x41,
190         0x82, 0x19, 0x32, 0x64, 0xc8, 0x8d, 0x07, 0x0e,
191         0x1c, 0x38, 0x70, 0xe0, 0xdd, 0xa7, 0x53, 0xa6,
192         0x51, 0xa2, 0x59, 0xb2, 0x79, 0xf2, 0xf9, 0xef,
193         0xc3, 0x9b, 0x2b, 0x56, 0xac, 0x45, 0x8a, 0x09,
194         0x12, 0x24, 0x48, 0x90, 0x3d, 0x7a, 0xf4, 0xf5,
195         0xf7, 0xf3, 0xfb, 0xeb, 0xcb, 0x8b, 0x0b, 0x16,
196         0x2c, 0x58, 0xb0, 0x7d, 0xfa, 0xe9, 0xcf, 0x83,
197         0x1b, 0x36, 0x6c, 0xd8, 0xad, 0x47, 0x8e, 0x01
198 };
199 static const uint8_t vdev_raidz_log2[256] = {
200         0x00, 0x00, 0x01, 0x19, 0x02, 0x32, 0x1a, 0xc6,
201         0x03, 0xdf, 0x33, 0xee, 0x1b, 0x68, 0xc7, 0x4b,
202         0x04, 0x64, 0xe0, 0x0e, 0x34, 0x8d, 0xef, 0x81,
203         0x1c, 0xc1, 0x69, 0xf8, 0xc8, 0x08, 0x4c, 0x71,
204         0x05, 0x8a, 0x65, 0x2f, 0xe1, 0x24, 0x0f, 0x21,
205         0x35, 0x93, 0x8e, 0xda, 0xf0, 0x12, 0x82, 0x45,
206         0x1d, 0xb5, 0xc2, 0x7d, 0x6a, 0x27, 0xf9, 0xb9,
207         0xc9, 0x9a, 0x09, 0x78, 0x4d, 0xe4, 0x72, 0xa6,
208         0x06, 0xbf, 0x8b, 0x62, 0x66, 0xdd, 0x30, 0xfd,
209         0xe2, 0x98, 0x25, 0xb3, 0x10, 0x91, 0x22, 0x88,
210         0x36, 0xd0, 0x94, 0xce, 0x8f, 0x96, 0xdb, 0xbd,
211         0xf1, 0xd2, 0x13, 0x5c, 0x83, 0x38, 0x46, 0x40,
212         0x1e, 0x42, 0xb6, 0xa3, 0xc3, 0x48, 0x7e, 0x6e,
213         0x6b, 0x3a, 0x28, 0x54, 0xfa, 0x85, 0xba, 0x3d,
214         0xca, 0x5e, 0x9b, 0x9f, 0x0a, 0x15, 0x79, 0x2b,
215         0x4e, 0xd4, 0xe5, 0xac, 0x73, 0xf3, 0xa7, 0x57,
216         0x07, 0x70, 0xc0, 0xf7, 0x8c, 0x80, 0x63, 0x0d,
217         0x67, 0x4a, 0xde, 0xed, 0x31, 0xc5, 0xfe, 0x18,
218         0xe3, 0xa5, 0x99, 0x77, 0x26, 0xb8, 0xb4, 0x7c,
219         0x11, 0x44, 0x92, 0xd9, 0x23, 0x20, 0x89, 0x2e,
220         0x37, 0x3f, 0xd1, 0x5b, 0x95, 0xbc, 0xcf, 0xcd,
221         0x90, 0x87, 0x97, 0xb2, 0xdc, 0xfc, 0xbe, 0x61,
222         0xf2, 0x56, 0xd3, 0xab, 0x14, 0x2a, 0x5d, 0x9e,
223         0x84, 0x3c, 0x39, 0x53, 0x47, 0x6d, 0x41, 0xa2,
224         0x1f, 0x2d, 0x43, 0xd8, 0xb7, 0x7b, 0xa4, 0x76,
225         0xc4, 0x17, 0x49, 0xec, 0x7f, 0x0c, 0x6f, 0xf6,
226         0x6c, 0xa1, 0x3b, 0x52, 0x29, 0x9d, 0x55, 0xaa,
227         0xfb, 0x60, 0x86, 0xb1, 0xbb, 0xcc, 0x3e, 0x5a,
228         0xcb, 0x59, 0x5f, 0xb0, 0x9c, 0xa9, 0xa0, 0x51,
229         0x0b, 0xf5, 0x16, 0xeb, 0x7a, 0x75, 0x2c, 0xd7,
230         0x4f, 0xae, 0xd5, 0xe9, 0xe6, 0xe7, 0xad, 0xe8,
231         0x74, 0xd6, 0xf4, 0xea, 0xa8, 0x50, 0x58, 0xaf,
232 };
233
234 static void vdev_raidz_generate_parity(raidz_map_t *rm);
235
236 /*
237  * Multiply a given number by 2 raised to the given power.
238  */
239 static uint8_t
240 vdev_raidz_exp2(uint_t a, int exp)
241 {
242         if (a == 0)
243                 return (0);
244
245         ASSERT(exp >= 0);
246         ASSERT(vdev_raidz_log2[a] > 0 || a == 1);
247
248         exp += vdev_raidz_log2[a];
249         if (exp > 255)
250                 exp -= 255;
251
252         return (vdev_raidz_pow2[exp]);
253 }
254
255 static void
256 vdev_raidz_map_free(raidz_map_t *rm)
257 {
258         int c;
259         size_t size;
260
261         for (c = 0; c < rm->rm_firstdatacol; c++) {
262                 if (rm->rm_col[c].rc_data != NULL)
263                         zio_buf_free(rm->rm_col[c].rc_data,
264                             rm->rm_col[c].rc_size);
265
266                 if (rm->rm_col[c].rc_gdata != NULL)
267                         zio_buf_free(rm->rm_col[c].rc_gdata,
268                             rm->rm_col[c].rc_size);
269         }
270
271         size = 0;
272         for (c = rm->rm_firstdatacol; c < rm->rm_cols; c++)
273                 size += rm->rm_col[c].rc_size;
274
275         if (rm->rm_datacopy != NULL)
276                 zio_buf_free(rm->rm_datacopy, size);
277
278         kmem_free(rm, offsetof(raidz_map_t, rm_col[rm->rm_scols]));
279 }
280
281 static void
282 vdev_raidz_map_free_vsd(zio_t *zio)
283 {
284         raidz_map_t *rm = zio->io_vsd;
285
286         ASSERT0(rm->rm_freed);
287         rm->rm_freed = 1;
288
289         if (rm->rm_reports == 0)
290                 vdev_raidz_map_free(rm);
291 }
292
293 /*ARGSUSED*/
294 static void
295 vdev_raidz_cksum_free(void *arg, size_t ignored)
296 {
297         raidz_map_t *rm = arg;
298
299         ASSERT3U(rm->rm_reports, >, 0);
300
301         if (--rm->rm_reports == 0 && rm->rm_freed != 0)
302                 vdev_raidz_map_free(rm);
303 }
304
305 static void
306 vdev_raidz_cksum_finish(zio_cksum_report_t *zcr, const void *good_data)
307 {
308         raidz_map_t *rm = zcr->zcr_cbdata;
309         size_t c = zcr->zcr_cbinfo;
310         size_t x;
311
312         const char *good = NULL;
313         const char *bad = rm->rm_col[c].rc_data;
314
315         if (good_data == NULL) {
316                 zfs_ereport_finish_checksum(zcr, NULL, NULL, B_FALSE);
317                 return;
318         }
319
320         if (c < rm->rm_firstdatacol) {
321                 /*
322                  * The first time through, calculate the parity blocks for
323                  * the good data (this relies on the fact that the good
324                  * data never changes for a given logical ZIO)
325                  */
326                 if (rm->rm_col[0].rc_gdata == NULL) {
327                         char *bad_parity[VDEV_RAIDZ_MAXPARITY];
328                         char *buf;
329
330                         /*
331                          * Set up the rm_col[]s to generate the parity for
332                          * good_data, first saving the parity bufs and
333                          * replacing them with buffers to hold the result.
334                          */
335                         for (x = 0; x < rm->rm_firstdatacol; x++) {
336                                 bad_parity[x] = rm->rm_col[x].rc_data;
337                                 rm->rm_col[x].rc_data = rm->rm_col[x].rc_gdata =
338                                     zio_buf_alloc(rm->rm_col[x].rc_size);
339                         }
340
341                         /* fill in the data columns from good_data */
342                         buf = (char *)good_data;
343                         for (; x < rm->rm_cols; x++) {
344                                 rm->rm_col[x].rc_data = buf;
345                                 buf += rm->rm_col[x].rc_size;
346                         }
347
348                         /*
349                          * Construct the parity from the good data.
350                          */
351                         vdev_raidz_generate_parity(rm);
352
353                         /* restore everything back to its original state */
354                         for (x = 0; x < rm->rm_firstdatacol; x++)
355                                 rm->rm_col[x].rc_data = bad_parity[x];
356
357                         buf = rm->rm_datacopy;
358                         for (x = rm->rm_firstdatacol; x < rm->rm_cols; x++) {
359                                 rm->rm_col[x].rc_data = buf;
360                                 buf += rm->rm_col[x].rc_size;
361                         }
362                 }
363
364                 ASSERT3P(rm->rm_col[c].rc_gdata, !=, NULL);
365                 good = rm->rm_col[c].rc_gdata;
366         } else {
367                 /* adjust good_data to point at the start of our column */
368                 good = good_data;
369
370                 for (x = rm->rm_firstdatacol; x < c; x++)
371                         good += rm->rm_col[x].rc_size;
372         }
373
374         /* we drop the ereport if it ends up that the data was good */
375         zfs_ereport_finish_checksum(zcr, good, bad, B_TRUE);
376 }
377
378 /*
379  * Invoked indirectly by zfs_ereport_start_checksum(), called
380  * below when our read operation fails completely.  The main point
381  * is to keep a copy of everything we read from disk, so that at
382  * vdev_raidz_cksum_finish() time we can compare it with the good data.
383  */
384 static void
385 vdev_raidz_cksum_report(zio_t *zio, zio_cksum_report_t *zcr, void *arg)
386 {
387         size_t c = (size_t)(uintptr_t)arg;
388         caddr_t buf;
389
390         raidz_map_t *rm = zio->io_vsd;
391         size_t size;
392
393         /* set up the report and bump the refcount  */
394         zcr->zcr_cbdata = rm;
395         zcr->zcr_cbinfo = c;
396         zcr->zcr_finish = vdev_raidz_cksum_finish;
397         zcr->zcr_free = vdev_raidz_cksum_free;
398
399         rm->rm_reports++;
400         ASSERT3U(rm->rm_reports, >, 0);
401
402         if (rm->rm_datacopy != NULL)
403                 return;
404
405         /*
406          * It's the first time we're called for this raidz_map_t, so we need
407          * to copy the data aside; there's no guarantee that our zio's buffer
408          * won't be re-used for something else.
409          *
410          * Our parity data is already in separate buffers, so there's no need
411          * to copy them.
412          */
413
414         size = 0;
415         for (c = rm->rm_firstdatacol; c < rm->rm_cols; c++)
416                 size += rm->rm_col[c].rc_size;
417
418         buf = rm->rm_datacopy = zio_buf_alloc(size);
419
420         for (c = rm->rm_firstdatacol; c < rm->rm_cols; c++) {
421                 raidz_col_t *col = &rm->rm_col[c];
422
423                 bcopy(col->rc_data, buf, col->rc_size);
424                 col->rc_data = buf;
425
426                 buf += col->rc_size;
427         }
428         ASSERT3P(buf - (caddr_t)rm->rm_datacopy, ==, size);
429 }
430
431 static const zio_vsd_ops_t vdev_raidz_vsd_ops = {
432         vdev_raidz_map_free_vsd,
433         vdev_raidz_cksum_report
434 };
435
436 static raidz_map_t *
437 vdev_raidz_map_alloc(zio_t *zio, uint64_t unit_shift, uint64_t dcols,
438     uint64_t nparity)
439 {
440         raidz_map_t *rm;
441         uint64_t b = zio->io_offset >> unit_shift;
442         uint64_t s = zio->io_size >> unit_shift;
443         uint64_t f = b % dcols;
444         uint64_t o = (b / dcols) << unit_shift;
445         uint64_t q, r, c, bc, col, acols, scols, coff, devidx, asize, tot;
446
447         q = s / (dcols - nparity);
448         r = s - q * (dcols - nparity);
449         bc = (r == 0 ? 0 : r + nparity);
450         tot = s + nparity * (q + (r == 0 ? 0 : 1));
451
452         if (q == 0) {
453                 acols = bc;
454                 scols = MIN(dcols, roundup(bc, nparity + 1));
455         } else {
456                 acols = dcols;
457                 scols = dcols;
458         }
459
460         ASSERT3U(acols, <=, scols);
461
462         rm = kmem_alloc(offsetof(raidz_map_t, rm_col[scols]), KM_SLEEP);
463
464         rm->rm_cols = acols;
465         rm->rm_scols = scols;
466         rm->rm_bigcols = bc;
467         rm->rm_skipstart = bc;
468         rm->rm_missingdata = 0;
469         rm->rm_missingparity = 0;
470         rm->rm_firstdatacol = nparity;
471         rm->rm_datacopy = NULL;
472         rm->rm_reports = 0;
473         rm->rm_freed = 0;
474         rm->rm_ecksuminjected = 0;
475
476         asize = 0;
477
478         for (c = 0; c < scols; c++) {
479                 col = f + c;
480                 coff = o;
481                 if (col >= dcols) {
482                         col -= dcols;
483                         coff += 1ULL << unit_shift;
484                 }
485                 rm->rm_col[c].rc_devidx = col;
486                 rm->rm_col[c].rc_offset = coff;
487                 rm->rm_col[c].rc_data = NULL;
488                 rm->rm_col[c].rc_gdata = NULL;
489                 rm->rm_col[c].rc_error = 0;
490                 rm->rm_col[c].rc_tried = 0;
491                 rm->rm_col[c].rc_skipped = 0;
492
493                 if (c >= acols)
494                         rm->rm_col[c].rc_size = 0;
495                 else if (c < bc)
496                         rm->rm_col[c].rc_size = (q + 1) << unit_shift;
497                 else
498                         rm->rm_col[c].rc_size = q << unit_shift;
499
500                 asize += rm->rm_col[c].rc_size;
501         }
502
503         ASSERT3U(asize, ==, tot << unit_shift);
504         rm->rm_asize = roundup(asize, (nparity + 1) << unit_shift);
505         rm->rm_nskip = roundup(tot, nparity + 1) - tot;
506         ASSERT3U(rm->rm_asize - asize, ==, rm->rm_nskip << unit_shift);
507         ASSERT3U(rm->rm_nskip, <=, nparity);
508
509         if (zio->io_type != ZIO_TYPE_FREE) {
510                 for (c = 0; c < rm->rm_firstdatacol; c++) {
511                         rm->rm_col[c].rc_data =
512                             zio_buf_alloc(rm->rm_col[c].rc_size);
513                 }
514
515                 rm->rm_col[c].rc_data = zio->io_data;
516
517                 for (c = c + 1; c < acols; c++) {
518                         rm->rm_col[c].rc_data =
519                             (char *)rm->rm_col[c - 1].rc_data +
520                             rm->rm_col[c - 1].rc_size;
521                 }
522         }
523
524         /*
525          * If all data stored spans all columns, there's a danger that parity
526          * will always be on the same device and, since parity isn't read
527          * during normal operation, that that device's I/O bandwidth won't be
528          * used effectively. We therefore switch the parity every 1MB.
529          *
530          * ... at least that was, ostensibly, the theory. As a practical
531          * matter unless we juggle the parity between all devices evenly, we
532          * won't see any benefit. Further, occasional writes that aren't a
533          * multiple of the LCM of the number of children and the minimum
534          * stripe width are sufficient to avoid pessimal behavior.
535          * Unfortunately, this decision created an implicit on-disk format
536          * requirement that we need to support for all eternity, but only
537          * for single-parity RAID-Z.
538          *
539          * If we intend to skip a sector in the zeroth column for padding
540          * we must make sure to note this swap. We will never intend to
541          * skip the first column since at least one data and one parity
542          * column must appear in each row.
543          */
544         ASSERT(rm->rm_cols >= 2);
545         ASSERT(rm->rm_col[0].rc_size == rm->rm_col[1].rc_size);
546
547         if (rm->rm_firstdatacol == 1 && (zio->io_offset & (1ULL << 20))) {
548                 devidx = rm->rm_col[0].rc_devidx;
549                 o = rm->rm_col[0].rc_offset;
550                 rm->rm_col[0].rc_devidx = rm->rm_col[1].rc_devidx;
551                 rm->rm_col[0].rc_offset = rm->rm_col[1].rc_offset;
552                 rm->rm_col[1].rc_devidx = devidx;
553                 rm->rm_col[1].rc_offset = o;
554
555                 if (rm->rm_skipstart == 0)
556                         rm->rm_skipstart = 1;
557         }
558
559         zio->io_vsd = rm;
560         zio->io_vsd_ops = &vdev_raidz_vsd_ops;
561         return (rm);
562 }
563
564 static void
565 vdev_raidz_generate_parity_p(raidz_map_t *rm)
566 {
567         uint64_t *p, *src, pcount, ccount, i;
568         int c;
569
570         pcount = rm->rm_col[VDEV_RAIDZ_P].rc_size / sizeof (src[0]);
571
572         for (c = rm->rm_firstdatacol; c < rm->rm_cols; c++) {
573                 src = rm->rm_col[c].rc_data;
574                 p = rm->rm_col[VDEV_RAIDZ_P].rc_data;
575                 ccount = rm->rm_col[c].rc_size / sizeof (src[0]);
576
577                 if (c == rm->rm_firstdatacol) {
578                         ASSERT(ccount == pcount);
579                         for (i = 0; i < ccount; i++, src++, p++) {
580                                 *p = *src;
581                         }
582                 } else {
583                         ASSERT(ccount <= pcount);
584                         for (i = 0; i < ccount; i++, src++, p++) {
585                                 *p ^= *src;
586                         }
587                 }
588         }
589 }
590
591 static void
592 vdev_raidz_generate_parity_pq(raidz_map_t *rm)
593 {
594         uint64_t *p, *q, *src, pcnt, ccnt, mask, i;
595         int c;
596
597         pcnt = rm->rm_col[VDEV_RAIDZ_P].rc_size / sizeof (src[0]);
598         ASSERT(rm->rm_col[VDEV_RAIDZ_P].rc_size ==
599             rm->rm_col[VDEV_RAIDZ_Q].rc_size);
600
601         for (c = rm->rm_firstdatacol; c < rm->rm_cols; c++) {
602                 src = rm->rm_col[c].rc_data;
603                 p = rm->rm_col[VDEV_RAIDZ_P].rc_data;
604                 q = rm->rm_col[VDEV_RAIDZ_Q].rc_data;
605
606                 ccnt = rm->rm_col[c].rc_size / sizeof (src[0]);
607
608                 if (c == rm->rm_firstdatacol) {
609                         ASSERT(ccnt == pcnt || ccnt == 0);
610                         for (i = 0; i < ccnt; i++, src++, p++, q++) {
611                                 *p = *src;
612                                 *q = *src;
613                         }
614                         for (; i < pcnt; i++, src++, p++, q++) {
615                                 *p = 0;
616                                 *q = 0;
617                         }
618                 } else {
619                         ASSERT(ccnt <= pcnt);
620
621                         /*
622                          * Apply the algorithm described above by multiplying
623                          * the previous result and adding in the new value.
624                          */
625                         for (i = 0; i < ccnt; i++, src++, p++, q++) {
626                                 *p ^= *src;
627
628                                 VDEV_RAIDZ_64MUL_2(*q, mask);
629                                 *q ^= *src;
630                         }
631
632                         /*
633                          * Treat short columns as though they are full of 0s.
634                          * Note that there's therefore nothing needed for P.
635                          */
636                         for (; i < pcnt; i++, q++) {
637                                 VDEV_RAIDZ_64MUL_2(*q, mask);
638                         }
639                 }
640         }
641 }
642
643 static void
644 vdev_raidz_generate_parity_pqr(raidz_map_t *rm)
645 {
646         uint64_t *p, *q, *r, *src, pcnt, ccnt, mask, i;
647         int c;
648
649         pcnt = rm->rm_col[VDEV_RAIDZ_P].rc_size / sizeof (src[0]);
650         ASSERT(rm->rm_col[VDEV_RAIDZ_P].rc_size ==
651             rm->rm_col[VDEV_RAIDZ_Q].rc_size);
652         ASSERT(rm->rm_col[VDEV_RAIDZ_P].rc_size ==
653             rm->rm_col[VDEV_RAIDZ_R].rc_size);
654
655         for (c = rm->rm_firstdatacol; c < rm->rm_cols; c++) {
656                 src = rm->rm_col[c].rc_data;
657                 p = rm->rm_col[VDEV_RAIDZ_P].rc_data;
658                 q = rm->rm_col[VDEV_RAIDZ_Q].rc_data;
659                 r = rm->rm_col[VDEV_RAIDZ_R].rc_data;
660
661                 ccnt = rm->rm_col[c].rc_size / sizeof (src[0]);
662
663                 if (c == rm->rm_firstdatacol) {
664                         ASSERT(ccnt == pcnt || ccnt == 0);
665                         for (i = 0; i < ccnt; i++, src++, p++, q++, r++) {
666                                 *p = *src;
667                                 *q = *src;
668                                 *r = *src;
669                         }
670                         for (; i < pcnt; i++, src++, p++, q++, r++) {
671                                 *p = 0;
672                                 *q = 0;
673                                 *r = 0;
674                         }
675                 } else {
676                         ASSERT(ccnt <= pcnt);
677
678                         /*
679                          * Apply the algorithm described above by multiplying
680                          * the previous result and adding in the new value.
681                          */
682                         for (i = 0; i < ccnt; i++, src++, p++, q++, r++) {
683                                 *p ^= *src;
684
685                                 VDEV_RAIDZ_64MUL_2(*q, mask);
686                                 *q ^= *src;
687
688                                 VDEV_RAIDZ_64MUL_4(*r, mask);
689                                 *r ^= *src;
690                         }
691
692                         /*
693                          * Treat short columns as though they are full of 0s.
694                          * Note that there's therefore nothing needed for P.
695                          */
696                         for (; i < pcnt; i++, q++, r++) {
697                                 VDEV_RAIDZ_64MUL_2(*q, mask);
698                                 VDEV_RAIDZ_64MUL_4(*r, mask);
699                         }
700                 }
701         }
702 }
703
704 /*
705  * Generate RAID parity in the first virtual columns according to the number of
706  * parity columns available.
707  */
708 static void
709 vdev_raidz_generate_parity(raidz_map_t *rm)
710 {
711         switch (rm->rm_firstdatacol) {
712         case 1:
713                 vdev_raidz_generate_parity_p(rm);
714                 break;
715         case 2:
716                 vdev_raidz_generate_parity_pq(rm);
717                 break;
718         case 3:
719                 vdev_raidz_generate_parity_pqr(rm);
720                 break;
721         default:
722                 cmn_err(CE_PANIC, "invalid RAID-Z configuration");
723         }
724 }
725
726 static int
727 vdev_raidz_reconstruct_p(raidz_map_t *rm, int *tgts, int ntgts)
728 {
729         uint64_t *dst, *src, xcount, ccount, count, i;
730         int x = tgts[0];
731         int c;
732
733         ASSERT(ntgts == 1);
734         ASSERT(x >= rm->rm_firstdatacol);
735         ASSERT(x < rm->rm_cols);
736
737         xcount = rm->rm_col[x].rc_size / sizeof (src[0]);
738         ASSERT(xcount <= rm->rm_col[VDEV_RAIDZ_P].rc_size / sizeof (src[0]));
739         ASSERT(xcount > 0);
740
741         src = rm->rm_col[VDEV_RAIDZ_P].rc_data;
742         dst = rm->rm_col[x].rc_data;
743         for (i = 0; i < xcount; i++, dst++, src++) {
744                 *dst = *src;
745         }
746
747         for (c = rm->rm_firstdatacol; c < rm->rm_cols; c++) {
748                 src = rm->rm_col[c].rc_data;
749                 dst = rm->rm_col[x].rc_data;
750
751                 if (c == x)
752                         continue;
753
754                 ccount = rm->rm_col[c].rc_size / sizeof (src[0]);
755                 count = MIN(ccount, xcount);
756
757                 for (i = 0; i < count; i++, dst++, src++) {
758                         *dst ^= *src;
759                 }
760         }
761
762         return (1 << VDEV_RAIDZ_P);
763 }
764
765 static int
766 vdev_raidz_reconstruct_q(raidz_map_t *rm, int *tgts, int ntgts)
767 {
768         uint64_t *dst, *src, xcount, ccount, count, mask, i;
769         uint8_t *b;
770         int x = tgts[0];
771         int c, j, exp;
772
773         ASSERT(ntgts == 1);
774
775         xcount = rm->rm_col[x].rc_size / sizeof (src[0]);
776         ASSERT(xcount <= rm->rm_col[VDEV_RAIDZ_Q].rc_size / sizeof (src[0]));
777
778         for (c = rm->rm_firstdatacol; c < rm->rm_cols; c++) {
779                 src = rm->rm_col[c].rc_data;
780                 dst = rm->rm_col[x].rc_data;
781
782                 if (c == x)
783                         ccount = 0;
784                 else
785                         ccount = rm->rm_col[c].rc_size / sizeof (src[0]);
786
787                 count = MIN(ccount, xcount);
788
789                 if (c == rm->rm_firstdatacol) {
790                         for (i = 0; i < count; i++, dst++, src++) {
791                                 *dst = *src;
792                         }
793                         for (; i < xcount; i++, dst++) {
794                                 *dst = 0;
795                         }
796
797                 } else {
798                         for (i = 0; i < count; i++, dst++, src++) {
799                                 VDEV_RAIDZ_64MUL_2(*dst, mask);
800                                 *dst ^= *src;
801                         }
802
803                         for (; i < xcount; i++, dst++) {
804                                 VDEV_RAIDZ_64MUL_2(*dst, mask);
805                         }
806                 }
807         }
808
809         src = rm->rm_col[VDEV_RAIDZ_Q].rc_data;
810         dst = rm->rm_col[x].rc_data;
811         exp = 255 - (rm->rm_cols - 1 - x);
812
813         for (i = 0; i < xcount; i++, dst++, src++) {
814                 *dst ^= *src;
815                 for (j = 0, b = (uint8_t *)dst; j < 8; j++, b++) {
816                         *b = vdev_raidz_exp2(*b, exp);
817                 }
818         }
819
820         return (1 << VDEV_RAIDZ_Q);
821 }
822
823 static int
824 vdev_raidz_reconstruct_pq(raidz_map_t *rm, int *tgts, int ntgts)
825 {
826         uint8_t *p, *q, *pxy, *qxy, *xd, *yd, tmp, a, b, aexp, bexp;
827         void *pdata, *qdata;
828         uint64_t xsize, ysize, i;
829         int x = tgts[0];
830         int y = tgts[1];
831
832         ASSERT(ntgts == 2);
833         ASSERT(x < y);
834         ASSERT(x >= rm->rm_firstdatacol);
835         ASSERT(y < rm->rm_cols);
836
837         ASSERT(rm->rm_col[x].rc_size >= rm->rm_col[y].rc_size);
838
839         /*
840          * Move the parity data aside -- we're going to compute parity as
841          * though columns x and y were full of zeros -- Pxy and Qxy. We want to
842          * reuse the parity generation mechanism without trashing the actual
843          * parity so we make those columns appear to be full of zeros by
844          * setting their lengths to zero.
845          */
846         pdata = rm->rm_col[VDEV_RAIDZ_P].rc_data;
847         qdata = rm->rm_col[VDEV_RAIDZ_Q].rc_data;
848         xsize = rm->rm_col[x].rc_size;
849         ysize = rm->rm_col[y].rc_size;
850
851         rm->rm_col[VDEV_RAIDZ_P].rc_data =
852             zio_buf_alloc(rm->rm_col[VDEV_RAIDZ_P].rc_size);
853         rm->rm_col[VDEV_RAIDZ_Q].rc_data =
854             zio_buf_alloc(rm->rm_col[VDEV_RAIDZ_Q].rc_size);
855         rm->rm_col[x].rc_size = 0;
856         rm->rm_col[y].rc_size = 0;
857
858         vdev_raidz_generate_parity_pq(rm);
859
860         rm->rm_col[x].rc_size = xsize;
861         rm->rm_col[y].rc_size = ysize;
862
863         p = pdata;
864         q = qdata;
865         pxy = rm->rm_col[VDEV_RAIDZ_P].rc_data;
866         qxy = rm->rm_col[VDEV_RAIDZ_Q].rc_data;
867         xd = rm->rm_col[x].rc_data;
868         yd = rm->rm_col[y].rc_data;
869
870         /*
871          * We now have:
872          *      Pxy = P + D_x + D_y
873          *      Qxy = Q + 2^(ndevs - 1 - x) * D_x + 2^(ndevs - 1 - y) * D_y
874          *
875          * We can then solve for D_x:
876          *      D_x = A * (P + Pxy) + B * (Q + Qxy)
877          * where
878          *      A = 2^(x - y) * (2^(x - y) + 1)^-1
879          *      B = 2^(ndevs - 1 - x) * (2^(x - y) + 1)^-1
880          *
881          * With D_x in hand, we can easily solve for D_y:
882          *      D_y = P + Pxy + D_x
883          */
884
885         a = vdev_raidz_pow2[255 + x - y];
886         b = vdev_raidz_pow2[255 - (rm->rm_cols - 1 - x)];
887         tmp = 255 - vdev_raidz_log2[a ^ 1];
888
889         aexp = vdev_raidz_log2[vdev_raidz_exp2(a, tmp)];
890         bexp = vdev_raidz_log2[vdev_raidz_exp2(b, tmp)];
891
892         for (i = 0; i < xsize; i++, p++, q++, pxy++, qxy++, xd++, yd++) {
893                 *xd = vdev_raidz_exp2(*p ^ *pxy, aexp) ^
894                     vdev_raidz_exp2(*q ^ *qxy, bexp);
895
896                 if (i < ysize)
897                         *yd = *p ^ *pxy ^ *xd;
898         }
899
900         zio_buf_free(rm->rm_col[VDEV_RAIDZ_P].rc_data,
901             rm->rm_col[VDEV_RAIDZ_P].rc_size);
902         zio_buf_free(rm->rm_col[VDEV_RAIDZ_Q].rc_data,
903             rm->rm_col[VDEV_RAIDZ_Q].rc_size);
904
905         /*
906          * Restore the saved parity data.
907          */
908         rm->rm_col[VDEV_RAIDZ_P].rc_data = pdata;
909         rm->rm_col[VDEV_RAIDZ_Q].rc_data = qdata;
910
911         return ((1 << VDEV_RAIDZ_P) | (1 << VDEV_RAIDZ_Q));
912 }
913
914 /* BEGIN CSTYLED */
915 /*
916  * In the general case of reconstruction, we must solve the system of linear
917  * equations defined by the coeffecients used to generate parity as well as
918  * the contents of the data and parity disks. This can be expressed with
919  * vectors for the original data (D) and the actual data (d) and parity (p)
920  * and a matrix composed of the identity matrix (I) and a dispersal matrix (V):
921  *
922  *            __   __                     __     __
923  *            |     |         __     __   |  p_0  |
924  *            |  V  |         |  D_0  |   | p_m-1 |
925  *            |     |    x    |   :   | = |  d_0  |
926  *            |  I  |         | D_n-1 |   |   :   |
927  *            |     |         ~~     ~~   | d_n-1 |
928  *            ~~   ~~                     ~~     ~~
929  *
930  * I is simply a square identity matrix of size n, and V is a vandermonde
931  * matrix defined by the coeffecients we chose for the various parity columns
932  * (1, 2, 4). Note that these values were chosen both for simplicity, speedy
933  * computation as well as linear separability.
934  *
935  *      __               __               __     __
936  *      |   1   ..  1 1 1 |               |  p_0  |
937  *      | 2^n-1 ..  4 2 1 |   __     __   |   :   |
938  *      | 4^n-1 .. 16 4 1 |   |  D_0  |   | p_m-1 |
939  *      |   1   ..  0 0 0 |   |  D_1  |   |  d_0  |
940  *      |   0   ..  0 0 0 | x |  D_2  | = |  d_1  |
941  *      |   :       : : : |   |   :   |   |  d_2  |
942  *      |   0   ..  1 0 0 |   | D_n-1 |   |   :   |
943  *      |   0   ..  0 1 0 |   ~~     ~~   |   :   |
944  *      |   0   ..  0 0 1 |               | d_n-1 |
945  *      ~~               ~~               ~~     ~~
946  *
947  * Note that I, V, d, and p are known. To compute D, we must invert the
948  * matrix and use the known data and parity values to reconstruct the unknown
949  * data values. We begin by removing the rows in V|I and d|p that correspond
950  * to failed or missing columns; we then make V|I square (n x n) and d|p
951  * sized n by removing rows corresponding to unused parity from the bottom up
952  * to generate (V|I)' and (d|p)'. We can then generate the inverse of (V|I)'
953  * using Gauss-Jordan elimination. In the example below we use m=3 parity
954  * columns, n=8 data columns, with errors in d_1, d_2, and p_1:
955  *           __                               __
956  *           |  1   1   1   1   1   1   1   1  |
957  *           | 128  64  32  16  8   4   2   1  | <-----+-+-- missing disks
958  *           |  19 205 116  29  64  16  4   1  |      / /
959  *           |  1   0   0   0   0   0   0   0  |     / /
960  *           |  0   1   0   0   0   0   0   0  | <--' /
961  *  (V|I)  = |  0   0   1   0   0   0   0   0  | <---'
962  *           |  0   0   0   1   0   0   0   0  |
963  *           |  0   0   0   0   1   0   0   0  |
964  *           |  0   0   0   0   0   1   0   0  |
965  *           |  0   0   0   0   0   0   1   0  |
966  *           |  0   0   0   0   0   0   0   1  |
967  *           ~~                               ~~
968  *           __                               __
969  *           |  1   1   1   1   1   1   1   1  |
970  *           | 128  64  32  16  8   4   2   1  |
971  *           |  19 205 116  29  64  16  4   1  |
972  *           |  1   0   0   0   0   0   0   0  |
973  *           |  0   1   0   0   0   0   0   0  |
974  *  (V|I)' = |  0   0   1   0   0   0   0   0  |
975  *           |  0   0   0   1   0   0   0   0  |
976  *           |  0   0   0   0   1   0   0   0  |
977  *           |  0   0   0   0   0   1   0   0  |
978  *           |  0   0   0   0   0   0   1   0  |
979  *           |  0   0   0   0   0   0   0   1  |
980  *           ~~                               ~~
981  *
982  * Here we employ Gauss-Jordan elimination to find the inverse of (V|I)'. We
983  * have carefully chosen the seed values 1, 2, and 4 to ensure that this
984  * matrix is not singular.
985  * __                                                                 __
986  * |  1   1   1   1   1   1   1   1     1   0   0   0   0   0   0   0  |
987  * |  19 205 116  29  64  16  4   1     0   1   0   0   0   0   0   0  |
988  * |  1   0   0   0   0   0   0   0     0   0   1   0   0   0   0   0  |
989  * |  0   0   0   1   0   0   0   0     0   0   0   1   0   0   0   0  |
990  * |  0   0   0   0   1   0   0   0     0   0   0   0   1   0   0   0  |
991  * |  0   0   0   0   0   1   0   0     0   0   0   0   0   1   0   0  |
992  * |  0   0   0   0   0   0   1   0     0   0   0   0   0   0   1   0  |
993  * |  0   0   0   0   0   0   0   1     0   0   0   0   0   0   0   1  |
994  * ~~                                                                 ~~
995  * __                                                                 __
996  * |  1   0   0   0   0   0   0   0     0   0   1   0   0   0   0   0  |
997  * |  1   1   1   1   1   1   1   1     1   0   0   0   0   0   0   0  |
998  * |  19 205 116  29  64  16  4   1     0   1   0   0   0   0   0   0  |
999  * |  0   0   0   1   0   0   0   0     0   0   0   1   0   0   0   0  |
1000  * |  0   0   0   0   1   0   0   0     0   0   0   0   1   0   0   0  |
1001  * |  0   0   0   0   0   1   0   0     0   0   0   0   0   1   0   0  |
1002  * |  0   0   0   0   0   0   1   0     0   0   0   0   0   0   1   0  |
1003  * |  0   0   0   0   0   0   0   1     0   0   0   0   0   0   0   1  |
1004  * ~~                                                                 ~~
1005  * __                                                                 __
1006  * |  1   0   0   0   0   0   0   0     0   0   1   0   0   0   0   0  |
1007  * |  0   1   1   0   0   0   0   0     1   0   1   1   1   1   1   1  |
1008  * |  0  205 116  0   0   0   0   0     0   1   19  29  64  16  4   1  |
1009  * |  0   0   0   1   0   0   0   0     0   0   0   1   0   0   0   0  |
1010  * |  0   0   0   0   1   0   0   0     0   0   0   0   1   0   0   0  |
1011  * |  0   0   0   0   0   1   0   0     0   0   0   0   0   1   0   0  |
1012  * |  0   0   0   0   0   0   1   0     0   0   0   0   0   0   1   0  |
1013  * |  0   0   0   0   0   0   0   1     0   0   0   0   0   0   0   1  |
1014  * ~~                                                                 ~~
1015  * __                                                                 __
1016  * |  1   0   0   0   0   0   0   0     0   0   1   0   0   0   0   0  |
1017  * |  0   1   1   0   0   0   0   0     1   0   1   1   1   1   1   1  |
1018  * |  0   0  185  0   0   0   0   0    205  1  222 208 141 221 201 204 |
1019  * |  0   0   0   1   0   0   0   0     0   0   0   1   0   0   0   0  |
1020  * |  0   0   0   0   1   0   0   0     0   0   0   0   1   0   0   0  |
1021  * |  0   0   0   0   0   1   0   0     0   0   0   0   0   1   0   0  |
1022  * |  0   0   0   0   0   0   1   0     0   0   0   0   0   0   1   0  |
1023  * |  0   0   0   0   0   0   0   1     0   0   0   0   0   0   0   1  |
1024  * ~~                                                                 ~~
1025  * __                                                                 __
1026  * |  1   0   0   0   0   0   0   0     0   0   1   0   0   0   0   0  |
1027  * |  0   1   1   0   0   0   0   0     1   0   1   1   1   1   1   1  |
1028  * |  0   0   1   0   0   0   0   0    166 100  4   40 158 168 216 209 |
1029  * |  0   0   0   1   0   0   0   0     0   0   0   1   0   0   0   0  |
1030  * |  0   0   0   0   1   0   0   0     0   0   0   0   1   0   0   0  |
1031  * |  0   0   0   0   0   1   0   0     0   0   0   0   0   1   0   0  |
1032  * |  0   0   0   0   0   0   1   0     0   0   0   0   0   0   1   0  |
1033  * |  0   0   0   0   0   0   0   1     0   0   0   0   0   0   0   1  |
1034  * ~~                                                                 ~~
1035  * __                                                                 __
1036  * |  1   0   0   0   0   0   0   0     0   0   1   0   0   0   0   0  |
1037  * |  0   1   0   0   0   0   0   0    167 100  5   41 159 169 217 208 |
1038  * |  0   0   1   0   0   0   0   0    166 100  4   40 158 168 216 209 |
1039  * |  0   0   0   1   0   0   0   0     0   0   0   1   0   0   0   0  |
1040  * |  0   0   0   0   1   0   0   0     0   0   0   0   1   0   0   0  |
1041  * |  0   0   0   0   0   1   0   0     0   0   0   0   0   1   0   0  |
1042  * |  0   0   0   0   0   0   1   0     0   0   0   0   0   0   1   0  |
1043  * |  0   0   0   0   0   0   0   1     0   0   0   0   0   0   0   1  |
1044  * ~~                                                                 ~~
1045  *                   __                               __
1046  *                   |  0   0   1   0   0   0   0   0  |
1047  *                   | 167 100  5   41 159 169 217 208 |
1048  *                   | 166 100  4   40 158 168 216 209 |
1049  *       (V|I)'^-1 = |  0   0   0   1   0   0   0   0  |
1050  *                   |  0   0   0   0   1   0   0   0  |
1051  *                   |  0   0   0   0   0   1   0   0  |
1052  *                   |  0   0   0   0   0   0   1   0  |
1053  *                   |  0   0   0   0   0   0   0   1  |
1054  *                   ~~                               ~~
1055  *
1056  * We can then simply compute D = (V|I)'^-1 x (d|p)' to discover the values
1057  * of the missing data.
1058  *
1059  * As is apparent from the example above, the only non-trivial rows in the
1060  * inverse matrix correspond to the data disks that we're trying to
1061  * reconstruct. Indeed, those are the only rows we need as the others would
1062  * only be useful for reconstructing data known or assumed to be valid. For
1063  * that reason, we only build the coefficients in the rows that correspond to
1064  * targeted columns.
1065  */
1066 /* END CSTYLED */
1067
1068 static void
1069 vdev_raidz_matrix_init(raidz_map_t *rm, int n, int nmap, int *map,
1070     uint8_t **rows)
1071 {
1072         int i, j;
1073         int pow;
1074
1075         ASSERT(n == rm->rm_cols - rm->rm_firstdatacol);
1076
1077         /*
1078          * Fill in the missing rows of interest.
1079          */
1080         for (i = 0; i < nmap; i++) {
1081                 ASSERT3S(0, <=, map[i]);
1082                 ASSERT3S(map[i], <=, 2);
1083
1084                 pow = map[i] * n;
1085                 if (pow > 255)
1086                         pow -= 255;
1087                 ASSERT(pow <= 255);
1088
1089                 for (j = 0; j < n; j++) {
1090                         pow -= map[i];
1091                         if (pow < 0)
1092                                 pow += 255;
1093                         rows[i][j] = vdev_raidz_pow2[pow];
1094                 }
1095         }
1096 }
1097
1098 static void
1099 vdev_raidz_matrix_invert(raidz_map_t *rm, int n, int nmissing, int *missing,
1100     uint8_t **rows, uint8_t **invrows, const uint8_t *used)
1101 {
1102         int i, j, ii, jj;
1103         uint8_t log;
1104
1105         /*
1106          * Assert that the first nmissing entries from the array of used
1107          * columns correspond to parity columns and that subsequent entries
1108          * correspond to data columns.
1109          */
1110         for (i = 0; i < nmissing; i++) {
1111                 ASSERT3S(used[i], <, rm->rm_firstdatacol);
1112         }
1113         for (; i < n; i++) {
1114                 ASSERT3S(used[i], >=, rm->rm_firstdatacol);
1115         }
1116
1117         /*
1118          * First initialize the storage where we'll compute the inverse rows.
1119          */
1120         for (i = 0; i < nmissing; i++) {
1121                 for (j = 0; j < n; j++) {
1122                         invrows[i][j] = (i == j) ? 1 : 0;
1123                 }
1124         }
1125
1126         /*
1127          * Subtract all trivial rows from the rows of consequence.
1128          */
1129         for (i = 0; i < nmissing; i++) {
1130                 for (j = nmissing; j < n; j++) {
1131                         ASSERT3U(used[j], >=, rm->rm_firstdatacol);
1132                         jj = used[j] - rm->rm_firstdatacol;
1133                         ASSERT3S(jj, <, n);
1134                         invrows[i][j] = rows[i][jj];
1135                         rows[i][jj] = 0;
1136                 }
1137         }
1138
1139         /*
1140          * For each of the rows of interest, we must normalize it and subtract
1141          * a multiple of it from the other rows.
1142          */
1143         for (i = 0; i < nmissing; i++) {
1144                 for (j = 0; j < missing[i]; j++) {
1145                         ASSERT0(rows[i][j]);
1146                 }
1147                 ASSERT3U(rows[i][missing[i]], !=, 0);
1148
1149                 /*
1150                  * Compute the inverse of the first element and multiply each
1151                  * element in the row by that value.
1152                  */
1153                 log = 255 - vdev_raidz_log2[rows[i][missing[i]]];
1154
1155                 for (j = 0; j < n; j++) {
1156                         rows[i][j] = vdev_raidz_exp2(rows[i][j], log);
1157                         invrows[i][j] = vdev_raidz_exp2(invrows[i][j], log);
1158                 }
1159
1160                 for (ii = 0; ii < nmissing; ii++) {
1161                         if (i == ii)
1162                                 continue;
1163
1164                         ASSERT3U(rows[ii][missing[i]], !=, 0);
1165
1166                         log = vdev_raidz_log2[rows[ii][missing[i]]];
1167
1168                         for (j = 0; j < n; j++) {
1169                                 rows[ii][j] ^=
1170                                     vdev_raidz_exp2(rows[i][j], log);
1171                                 invrows[ii][j] ^=
1172                                     vdev_raidz_exp2(invrows[i][j], log);
1173                         }
1174                 }
1175         }
1176
1177         /*
1178          * Verify that the data that is left in the rows are properly part of
1179          * an identity matrix.
1180          */
1181         for (i = 0; i < nmissing; i++) {
1182                 for (j = 0; j < n; j++) {
1183                         if (j == missing[i]) {
1184                                 ASSERT3U(rows[i][j], ==, 1);
1185                         } else {
1186                                 ASSERT0(rows[i][j]);
1187                         }
1188                 }
1189         }
1190 }
1191
1192 static void
1193 vdev_raidz_matrix_reconstruct(raidz_map_t *rm, int n, int nmissing,
1194     int *missing, uint8_t **invrows, const uint8_t *used)
1195 {
1196         int i, j, x, cc, c;
1197         uint8_t *src;
1198         uint64_t ccount;
1199         uint8_t *dst[VDEV_RAIDZ_MAXPARITY];
1200         uint64_t dcount[VDEV_RAIDZ_MAXPARITY];
1201         uint8_t log, val;
1202         int ll;
1203         uint8_t *invlog[VDEV_RAIDZ_MAXPARITY];
1204         uint8_t *p, *pp;
1205         size_t psize;
1206
1207         psize = sizeof (invlog[0][0]) * n * nmissing;
1208         p = kmem_alloc(psize, KM_SLEEP);
1209
1210         for (pp = p, i = 0; i < nmissing; i++) {
1211                 invlog[i] = pp;
1212                 pp += n;
1213         }
1214
1215         for (i = 0; i < nmissing; i++) {
1216                 for (j = 0; j < n; j++) {
1217                         ASSERT3U(invrows[i][j], !=, 0);
1218                         invlog[i][j] = vdev_raidz_log2[invrows[i][j]];
1219                 }
1220         }
1221
1222         for (i = 0; i < n; i++) {
1223                 c = used[i];
1224                 ASSERT3U(c, <, rm->rm_cols);
1225
1226                 src = rm->rm_col[c].rc_data;
1227                 ccount = rm->rm_col[c].rc_size;
1228                 for (j = 0; j < nmissing; j++) {
1229                         cc = missing[j] + rm->rm_firstdatacol;
1230                         ASSERT3U(cc, >=, rm->rm_firstdatacol);
1231                         ASSERT3U(cc, <, rm->rm_cols);
1232                         ASSERT3U(cc, !=, c);
1233
1234                         dst[j] = rm->rm_col[cc].rc_data;
1235                         dcount[j] = rm->rm_col[cc].rc_size;
1236                 }
1237
1238                 ASSERT(ccount >= rm->rm_col[missing[0]].rc_size || i > 0);
1239
1240                 for (x = 0; x < ccount; x++, src++) {
1241                         if (*src != 0)
1242                                 log = vdev_raidz_log2[*src];
1243
1244                         for (cc = 0; cc < nmissing; cc++) {
1245                                 if (x >= dcount[cc])
1246                                         continue;
1247
1248                                 if (*src == 0) {
1249                                         val = 0;
1250                                 } else {
1251                                         if ((ll = log + invlog[cc][i]) >= 255)
1252                                                 ll -= 255;
1253                                         val = vdev_raidz_pow2[ll];
1254                                 }
1255
1256                                 if (i == 0)
1257                                         dst[cc][x] = val;
1258                                 else
1259                                         dst[cc][x] ^= val;
1260                         }
1261                 }
1262         }
1263
1264         kmem_free(p, psize);
1265 }
1266
1267 static int
1268 vdev_raidz_reconstruct_general(raidz_map_t *rm, int *tgts, int ntgts)
1269 {
1270         int n, i, c, t, tt;
1271         int nmissing_rows;
1272         int missing_rows[VDEV_RAIDZ_MAXPARITY];
1273         int parity_map[VDEV_RAIDZ_MAXPARITY];
1274
1275         uint8_t *p, *pp;
1276         size_t psize;
1277
1278         uint8_t *rows[VDEV_RAIDZ_MAXPARITY];
1279         uint8_t *invrows[VDEV_RAIDZ_MAXPARITY];
1280         uint8_t *used;
1281
1282         int code = 0;
1283
1284
1285         n = rm->rm_cols - rm->rm_firstdatacol;
1286
1287         /*
1288          * Figure out which data columns are missing.
1289          */
1290         nmissing_rows = 0;
1291         for (t = 0; t < ntgts; t++) {
1292                 if (tgts[t] >= rm->rm_firstdatacol) {
1293                         missing_rows[nmissing_rows++] =
1294                             tgts[t] - rm->rm_firstdatacol;
1295                 }
1296         }
1297
1298         /*
1299          * Figure out which parity columns to use to help generate the missing
1300          * data columns.
1301          */
1302         for (tt = 0, c = 0, i = 0; i < nmissing_rows; c++) {
1303                 ASSERT(tt < ntgts);
1304                 ASSERT(c < rm->rm_firstdatacol);
1305
1306                 /*
1307                  * Skip any targeted parity columns.
1308                  */
1309                 if (c == tgts[tt]) {
1310                         tt++;
1311                         continue;
1312                 }
1313
1314                 code |= 1 << c;
1315
1316                 parity_map[i] = c;
1317                 i++;
1318         }
1319
1320         ASSERT(code != 0);
1321         ASSERT3U(code, <, 1 << VDEV_RAIDZ_MAXPARITY);
1322
1323         psize = (sizeof (rows[0][0]) + sizeof (invrows[0][0])) *
1324             nmissing_rows * n + sizeof (used[0]) * n;
1325         p = kmem_alloc(psize, KM_SLEEP);
1326
1327         for (pp = p, i = 0; i < nmissing_rows; i++) {
1328                 rows[i] = pp;
1329                 pp += n;
1330                 invrows[i] = pp;
1331                 pp += n;
1332         }
1333         used = pp;
1334
1335         for (i = 0; i < nmissing_rows; i++) {
1336                 used[i] = parity_map[i];
1337         }
1338
1339         for (tt = 0, c = rm->rm_firstdatacol; c < rm->rm_cols; c++) {
1340                 if (tt < nmissing_rows &&
1341                     c == missing_rows[tt] + rm->rm_firstdatacol) {
1342                         tt++;
1343                         continue;
1344                 }
1345
1346                 ASSERT3S(i, <, n);
1347                 used[i] = c;
1348                 i++;
1349         }
1350
1351         /*
1352          * Initialize the interesting rows of the matrix.
1353          */
1354         vdev_raidz_matrix_init(rm, n, nmissing_rows, parity_map, rows);
1355
1356         /*
1357          * Invert the matrix.
1358          */
1359         vdev_raidz_matrix_invert(rm, n, nmissing_rows, missing_rows, rows,
1360             invrows, used);
1361
1362         /*
1363          * Reconstruct the missing data using the generated matrix.
1364          */
1365         vdev_raidz_matrix_reconstruct(rm, n, nmissing_rows, missing_rows,
1366             invrows, used);
1367
1368         kmem_free(p, psize);
1369
1370         return (code);
1371 }
1372
1373 static int
1374 vdev_raidz_reconstruct(raidz_map_t *rm, int *t, int nt)
1375 {
1376         int tgts[VDEV_RAIDZ_MAXPARITY], *dt;
1377         int ntgts;
1378         int i, c;
1379         int code;
1380         int nbadparity, nbaddata;
1381         int parity_valid[VDEV_RAIDZ_MAXPARITY];
1382
1383         /*
1384          * The tgts list must already be sorted.
1385          */
1386         for (i = 1; i < nt; i++) {
1387                 ASSERT(t[i] > t[i - 1]);
1388         }
1389
1390         nbadparity = rm->rm_firstdatacol;
1391         nbaddata = rm->rm_cols - nbadparity;
1392         ntgts = 0;
1393         for (i = 0, c = 0; c < rm->rm_cols; c++) {
1394                 if (c < rm->rm_firstdatacol)
1395                         parity_valid[c] = B_FALSE;
1396
1397                 if (i < nt && c == t[i]) {
1398                         tgts[ntgts++] = c;
1399                         i++;
1400                 } else if (rm->rm_col[c].rc_error != 0) {
1401                         tgts[ntgts++] = c;
1402                 } else if (c >= rm->rm_firstdatacol) {
1403                         nbaddata--;
1404                 } else {
1405                         parity_valid[c] = B_TRUE;
1406                         nbadparity--;
1407                 }
1408         }
1409
1410         ASSERT(ntgts >= nt);
1411         ASSERT(nbaddata >= 0);
1412         ASSERT(nbaddata + nbadparity == ntgts);
1413
1414         dt = &tgts[nbadparity];
1415
1416         /*
1417          * See if we can use any of our optimized reconstruction routines.
1418          */
1419         if (!vdev_raidz_default_to_general) {
1420                 switch (nbaddata) {
1421                 case 1:
1422                         if (parity_valid[VDEV_RAIDZ_P])
1423                                 return (vdev_raidz_reconstruct_p(rm, dt, 1));
1424
1425                         ASSERT(rm->rm_firstdatacol > 1);
1426
1427                         if (parity_valid[VDEV_RAIDZ_Q])
1428                                 return (vdev_raidz_reconstruct_q(rm, dt, 1));
1429
1430                         ASSERT(rm->rm_firstdatacol > 2);
1431                         break;
1432
1433                 case 2:
1434                         ASSERT(rm->rm_firstdatacol > 1);
1435
1436                         if (parity_valid[VDEV_RAIDZ_P] &&
1437                             parity_valid[VDEV_RAIDZ_Q])
1438                                 return (vdev_raidz_reconstruct_pq(rm, dt, 2));
1439
1440                         ASSERT(rm->rm_firstdatacol > 2);
1441
1442                         break;
1443                 }
1444         }
1445
1446         code = vdev_raidz_reconstruct_general(rm, tgts, ntgts);
1447         ASSERT(code < (1 << VDEV_RAIDZ_MAXPARITY));
1448         ASSERT(code > 0);
1449         return (code);
1450 }
1451
1452 static int
1453 vdev_raidz_open(vdev_t *vd, uint64_t *asize, uint64_t *max_asize,
1454     uint64_t *ashift)
1455 {
1456         vdev_t *cvd;
1457         uint64_t nparity = vd->vdev_nparity;
1458         int c;
1459         int lasterror = 0;
1460         int numerrors = 0;
1461
1462         ASSERT(nparity > 0);
1463
1464         if (nparity > VDEV_RAIDZ_MAXPARITY ||
1465             vd->vdev_children < nparity + 1) {
1466                 vd->vdev_stat.vs_aux = VDEV_AUX_BAD_LABEL;
1467                 return (EINVAL);
1468         }
1469
1470         vdev_open_children(vd);
1471
1472         for (c = 0; c < vd->vdev_children; c++) {
1473                 cvd = vd->vdev_child[c];
1474
1475                 if (cvd->vdev_open_error != 0) {
1476                         lasterror = cvd->vdev_open_error;
1477                         numerrors++;
1478                         continue;
1479                 }
1480
1481                 *asize = MIN(*asize - 1, cvd->vdev_asize - 1) + 1;
1482                 *max_asize = MIN(*max_asize - 1, cvd->vdev_max_asize - 1) + 1;
1483                 *ashift = MAX(*ashift, cvd->vdev_ashift);
1484         }
1485
1486         *asize *= vd->vdev_children;
1487         *max_asize *= vd->vdev_children;
1488
1489         if (numerrors > nparity) {
1490                 vd->vdev_stat.vs_aux = VDEV_AUX_NO_REPLICAS;
1491                 return (lasterror);
1492         }
1493
1494         return (0);
1495 }
1496
1497 static void
1498 vdev_raidz_close(vdev_t *vd)
1499 {
1500         int c;
1501
1502         for (c = 0; c < vd->vdev_children; c++)
1503                 vdev_close(vd->vdev_child[c]);
1504 }
1505
1506 static uint64_t
1507 vdev_raidz_asize(vdev_t *vd, uint64_t psize)
1508 {
1509         uint64_t asize;
1510         uint64_t ashift = vd->vdev_top->vdev_ashift;
1511         uint64_t cols = vd->vdev_children;
1512         uint64_t nparity = vd->vdev_nparity;
1513
1514         asize = ((psize - 1) >> ashift) + 1;
1515         asize += nparity * ((asize + cols - nparity - 1) / (cols - nparity));
1516         asize = roundup(asize, nparity + 1) << ashift;
1517
1518         return (asize);
1519 }
1520
1521 static void
1522 vdev_raidz_child_done(zio_t *zio)
1523 {
1524         raidz_col_t *rc = zio->io_private;
1525
1526         rc->rc_error = zio->io_error;
1527         rc->rc_tried = 1;
1528         rc->rc_skipped = 0;
1529 }
1530
1531 static int
1532 vdev_raidz_io_start(zio_t *zio)
1533 {
1534         vdev_t *vd = zio->io_vd;
1535         vdev_t *tvd = vd->vdev_top;
1536         vdev_t *cvd;
1537         raidz_map_t *rm;
1538         raidz_col_t *rc;
1539         int c, i;
1540
1541         rm = vdev_raidz_map_alloc(zio, tvd->vdev_ashift, vd->vdev_children,
1542             vd->vdev_nparity);
1543
1544         ASSERT3U(rm->rm_asize, ==, vdev_psize_to_asize(vd, zio->io_size));
1545
1546         if (zio->io_type == ZIO_TYPE_FREE) {
1547                 for (c = 0; c < rm->rm_cols; c++) {
1548                         rc = &rm->rm_col[c];
1549                         cvd = vd->vdev_child[rc->rc_devidx];
1550                         zio_nowait(zio_vdev_child_io(zio, NULL, cvd,
1551                             rc->rc_offset, rc->rc_data, rc->rc_size,
1552                             zio->io_type, zio->io_priority, 0,
1553                             vdev_raidz_child_done, rc));
1554                 }
1555                 return (ZIO_PIPELINE_CONTINUE);
1556         }
1557
1558         if (zio->io_type == ZIO_TYPE_WRITE) {
1559                 vdev_raidz_generate_parity(rm);
1560
1561                 for (c = 0; c < rm->rm_cols; c++) {
1562                         rc = &rm->rm_col[c];
1563                         cvd = vd->vdev_child[rc->rc_devidx];
1564                         zio_nowait(zio_vdev_child_io(zio, NULL, cvd,
1565                             rc->rc_offset, rc->rc_data, rc->rc_size,
1566                             zio->io_type, zio->io_priority, 0,
1567                             vdev_raidz_child_done, rc));
1568                 }
1569
1570                 /*
1571                  * Generate optional I/Os for any skipped sectors to improve
1572                  * aggregation contiguity.
1573                  */
1574                 for (c = rm->rm_skipstart, i = 0; i < rm->rm_nskip; c++, i++) {
1575                         ASSERT(c <= rm->rm_scols);
1576                         if (c == rm->rm_scols)
1577                                 c = 0;
1578                         rc = &rm->rm_col[c];
1579                         cvd = vd->vdev_child[rc->rc_devidx];
1580                         zio_nowait(zio_vdev_child_io(zio, NULL, cvd,
1581                             rc->rc_offset + rc->rc_size, NULL,
1582                             1 << tvd->vdev_ashift,
1583                             zio->io_type, zio->io_priority,
1584                             ZIO_FLAG_NODATA | ZIO_FLAG_OPTIONAL, NULL, NULL));
1585                 }
1586
1587                 return (ZIO_PIPELINE_CONTINUE);
1588         }
1589
1590         ASSERT(zio->io_type == ZIO_TYPE_READ);
1591
1592         /*
1593          * Iterate over the columns in reverse order so that we hit the parity
1594          * last -- any errors along the way will force us to read the parity.
1595          */
1596         for (c = rm->rm_cols - 1; c >= 0; c--) {
1597                 rc = &rm->rm_col[c];
1598                 cvd = vd->vdev_child[rc->rc_devidx];
1599                 if (!vdev_readable(cvd)) {
1600                         if (c >= rm->rm_firstdatacol)
1601                                 rm->rm_missingdata++;
1602                         else
1603                                 rm->rm_missingparity++;
1604                         rc->rc_error = ENXIO;
1605                         rc->rc_tried = 1;       /* don't even try */
1606                         rc->rc_skipped = 1;
1607                         continue;
1608                 }
1609                 if (vdev_dtl_contains(cvd, DTL_MISSING, zio->io_txg, 1)) {
1610                         if (c >= rm->rm_firstdatacol)
1611                                 rm->rm_missingdata++;
1612                         else
1613                                 rm->rm_missingparity++;
1614                         rc->rc_error = ESTALE;
1615                         rc->rc_skipped = 1;
1616                         continue;
1617                 }
1618                 if (c >= rm->rm_firstdatacol || rm->rm_missingdata > 0 ||
1619                     (zio->io_flags & (ZIO_FLAG_SCRUB | ZIO_FLAG_RESILVER))) {
1620                         zio_nowait(zio_vdev_child_io(zio, NULL, cvd,
1621                             rc->rc_offset, rc->rc_data, rc->rc_size,
1622                             zio->io_type, zio->io_priority, 0,
1623                             vdev_raidz_child_done, rc));
1624                 }
1625         }
1626
1627         return (ZIO_PIPELINE_CONTINUE);
1628 }
1629
1630
1631 /*
1632  * Report a checksum error for a child of a RAID-Z device.
1633  */
1634 static void
1635 raidz_checksum_error(zio_t *zio, raidz_col_t *rc, void *bad_data)
1636 {
1637         vdev_t *vd = zio->io_vd->vdev_child[rc->rc_devidx];
1638
1639         if (!(zio->io_flags & ZIO_FLAG_SPECULATIVE)) {
1640                 zio_bad_cksum_t zbc;
1641                 raidz_map_t *rm = zio->io_vsd;
1642
1643                 mutex_enter(&vd->vdev_stat_lock);
1644                 vd->vdev_stat.vs_checksum_errors++;
1645                 mutex_exit(&vd->vdev_stat_lock);
1646
1647                 zbc.zbc_has_cksum = 0;
1648                 zbc.zbc_injected = rm->rm_ecksuminjected;
1649
1650                 zfs_ereport_post_checksum(zio->io_spa, vd, zio,
1651                     rc->rc_offset, rc->rc_size, rc->rc_data, bad_data,
1652                     &zbc);
1653         }
1654 }
1655
1656 /*
1657  * We keep track of whether or not there were any injected errors, so that
1658  * any ereports we generate can note it.
1659  */
1660 static int
1661 raidz_checksum_verify(zio_t *zio)
1662 {
1663         zio_bad_cksum_t zbc;
1664         raidz_map_t *rm = zio->io_vsd;
1665
1666         int ret = zio_checksum_error(zio, &zbc);
1667         if (ret != 0 && zbc.zbc_injected != 0)
1668                 rm->rm_ecksuminjected = 1;
1669
1670         return (ret);
1671 }
1672
1673 /*
1674  * Generate the parity from the data columns. If we tried and were able to
1675  * read the parity without error, verify that the generated parity matches the
1676  * data we read. If it doesn't, we fire off a checksum error. Return the
1677  * number such failures.
1678  */
1679 static int
1680 raidz_parity_verify(zio_t *zio, raidz_map_t *rm)
1681 {
1682         void *orig[VDEV_RAIDZ_MAXPARITY];
1683         int c, ret = 0;
1684         raidz_col_t *rc;
1685
1686         for (c = 0; c < rm->rm_firstdatacol; c++) {
1687                 rc = &rm->rm_col[c];
1688                 if (!rc->rc_tried || rc->rc_error != 0)
1689                         continue;
1690                 orig[c] = zio_buf_alloc(rc->rc_size);
1691                 bcopy(rc->rc_data, orig[c], rc->rc_size);
1692         }
1693
1694         vdev_raidz_generate_parity(rm);
1695
1696         for (c = 0; c < rm->rm_firstdatacol; c++) {
1697                 rc = &rm->rm_col[c];
1698                 if (!rc->rc_tried || rc->rc_error != 0)
1699                         continue;
1700                 if (bcmp(orig[c], rc->rc_data, rc->rc_size) != 0) {
1701                         raidz_checksum_error(zio, rc, orig[c]);
1702                         rc->rc_error = ECKSUM;
1703                         ret++;
1704                 }
1705                 zio_buf_free(orig[c], rc->rc_size);
1706         }
1707
1708         return (ret);
1709 }
1710
1711 /*
1712  * Keep statistics on all the ways that we used parity to correct data.
1713  */
1714 static uint64_t raidz_corrected[1 << VDEV_RAIDZ_MAXPARITY];
1715
1716 static int
1717 vdev_raidz_worst_error(raidz_map_t *rm)
1718 {
1719         int error = 0;
1720
1721         for (int c = 0; c < rm->rm_cols; c++)
1722                 error = zio_worst_error(error, rm->rm_col[c].rc_error);
1723
1724         return (error);
1725 }
1726
1727 /*
1728  * Iterate over all combinations of bad data and attempt a reconstruction.
1729  * Note that the algorithm below is non-optimal because it doesn't take into
1730  * account how reconstruction is actually performed. For example, with
1731  * triple-parity RAID-Z the reconstruction procedure is the same if column 4
1732  * is targeted as invalid as if columns 1 and 4 are targeted since in both
1733  * cases we'd only use parity information in column 0.
1734  */
1735 static int
1736 vdev_raidz_combrec(zio_t *zio, int total_errors, int data_errors)
1737 {
1738         raidz_map_t *rm = zio->io_vsd;
1739         raidz_col_t *rc;
1740         void *orig[VDEV_RAIDZ_MAXPARITY];
1741         int tstore[VDEV_RAIDZ_MAXPARITY + 2];
1742         int *tgts = &tstore[1];
1743         int current, next, i, c, n;
1744         int code, ret = 0;
1745
1746         ASSERT(total_errors < rm->rm_firstdatacol);
1747
1748         /*
1749          * This simplifies one edge condition.
1750          */
1751         tgts[-1] = -1;
1752
1753         for (n = 1; n <= rm->rm_firstdatacol - total_errors; n++) {
1754                 /*
1755                  * Initialize the targets array by finding the first n columns
1756                  * that contain no error.
1757                  *
1758                  * If there were no data errors, we need to ensure that we're
1759                  * always explicitly attempting to reconstruct at least one
1760                  * data column. To do this, we simply push the highest target
1761                  * up into the data columns.
1762                  */
1763                 for (c = 0, i = 0; i < n; i++) {
1764                         if (i == n - 1 && data_errors == 0 &&
1765                             c < rm->rm_firstdatacol) {
1766                                 c = rm->rm_firstdatacol;
1767                         }
1768
1769                         while (rm->rm_col[c].rc_error != 0) {
1770                                 c++;
1771                                 ASSERT3S(c, <, rm->rm_cols);
1772                         }
1773
1774                         tgts[i] = c++;
1775                 }
1776
1777                 /*
1778                  * Setting tgts[n] simplifies the other edge condition.
1779                  */
1780                 tgts[n] = rm->rm_cols;
1781
1782                 /*
1783                  * These buffers were allocated in previous iterations.
1784                  */
1785                 for (i = 0; i < n - 1; i++) {
1786                         ASSERT(orig[i] != NULL);
1787                 }
1788
1789                 orig[n - 1] = zio_buf_alloc(rm->rm_col[0].rc_size);
1790
1791                 current = 0;
1792                 next = tgts[current];
1793
1794                 while (current != n) {
1795                         tgts[current] = next;
1796                         current = 0;
1797
1798                         /*
1799                          * Save off the original data that we're going to
1800                          * attempt to reconstruct.
1801                          */
1802                         for (i = 0; i < n; i++) {
1803                                 ASSERT(orig[i] != NULL);
1804                                 c = tgts[i];
1805                                 ASSERT3S(c, >=, 0);
1806                                 ASSERT3S(c, <, rm->rm_cols);
1807                                 rc = &rm->rm_col[c];
1808                                 bcopy(rc->rc_data, orig[i], rc->rc_size);
1809                         }
1810
1811                         /*
1812                          * Attempt a reconstruction and exit the outer loop on
1813                          * success.
1814                          */
1815                         code = vdev_raidz_reconstruct(rm, tgts, n);
1816                         if (raidz_checksum_verify(zio) == 0) {
1817                                 atomic_inc_64(&raidz_corrected[code]);
1818
1819                                 for (i = 0; i < n; i++) {
1820                                         c = tgts[i];
1821                                         rc = &rm->rm_col[c];
1822                                         ASSERT(rc->rc_error == 0);
1823                                         if (rc->rc_tried)
1824                                                 raidz_checksum_error(zio, rc,
1825                                                     orig[i]);
1826                                         rc->rc_error = ECKSUM;
1827                                 }
1828
1829                                 ret = code;
1830                                 goto done;
1831                         }
1832
1833                         /*
1834                          * Restore the original data.
1835                          */
1836                         for (i = 0; i < n; i++) {
1837                                 c = tgts[i];
1838                                 rc = &rm->rm_col[c];
1839                                 bcopy(orig[i], rc->rc_data, rc->rc_size);
1840                         }
1841
1842                         do {
1843                                 /*
1844                                  * Find the next valid column after the current
1845                                  * position..
1846                                  */
1847                                 for (next = tgts[current] + 1;
1848                                     next < rm->rm_cols &&
1849                                     rm->rm_col[next].rc_error != 0; next++)
1850                                         continue;
1851
1852                                 ASSERT(next <= tgts[current + 1]);
1853
1854                                 /*
1855                                  * If that spot is available, we're done here.
1856                                  */
1857                                 if (next != tgts[current + 1])
1858                                         break;
1859
1860                                 /*
1861                                  * Otherwise, find the next valid column after
1862                                  * the previous position.
1863                                  */
1864                                 for (c = tgts[current - 1] + 1;
1865                                     rm->rm_col[c].rc_error != 0; c++)
1866                                         continue;
1867
1868                                 tgts[current] = c;
1869                                 current++;
1870
1871                         } while (current != n);
1872                 }
1873         }
1874         n--;
1875 done:
1876         for (i = 0; i < n; i++) {
1877                 zio_buf_free(orig[i], rm->rm_col[0].rc_size);
1878         }
1879
1880         return (ret);
1881 }
1882
1883 static void
1884 vdev_raidz_io_done(zio_t *zio)
1885 {
1886         vdev_t *vd = zio->io_vd;
1887         vdev_t *cvd;
1888         raidz_map_t *rm = zio->io_vsd;
1889         raidz_col_t *rc;
1890         int unexpected_errors = 0;
1891         int parity_errors = 0;
1892         int parity_untried = 0;
1893         int data_errors = 0;
1894         int total_errors = 0;
1895         int n, c;
1896         int tgts[VDEV_RAIDZ_MAXPARITY];
1897         int code;
1898
1899         ASSERT(zio->io_bp != NULL);  /* XXX need to add code to enforce this */
1900
1901         ASSERT(rm->rm_missingparity <= rm->rm_firstdatacol);
1902         ASSERT(rm->rm_missingdata <= rm->rm_cols - rm->rm_firstdatacol);
1903
1904         for (c = 0; c < rm->rm_cols; c++) {
1905                 rc = &rm->rm_col[c];
1906
1907                 if (rc->rc_error) {
1908                         ASSERT(rc->rc_error != ECKSUM); /* child has no bp */
1909
1910                         if (c < rm->rm_firstdatacol)
1911                                 parity_errors++;
1912                         else
1913                                 data_errors++;
1914
1915                         if (!rc->rc_skipped)
1916                                 unexpected_errors++;
1917
1918                         total_errors++;
1919                 } else if (c < rm->rm_firstdatacol && !rc->rc_tried) {
1920                         parity_untried++;
1921                 }
1922         }
1923
1924         if (zio->io_type == ZIO_TYPE_WRITE) {
1925                 /*
1926                  * XXX -- for now, treat partial writes as a success.
1927                  * (If we couldn't write enough columns to reconstruct
1928                  * the data, the I/O failed.  Otherwise, good enough.)
1929                  *
1930                  * Now that we support write reallocation, it would be better
1931                  * to treat partial failure as real failure unless there are
1932                  * no non-degraded top-level vdevs left, and not update DTLs
1933                  * if we intend to reallocate.
1934                  */
1935                 /* XXPOLICY */
1936                 if (total_errors > rm->rm_firstdatacol)
1937                         zio->io_error = vdev_raidz_worst_error(rm);
1938
1939                 return;
1940         } else if (zio->io_type == ZIO_TYPE_FREE) {
1941                 return;
1942         }
1943
1944         ASSERT(zio->io_type == ZIO_TYPE_READ);
1945         /*
1946          * There are three potential phases for a read:
1947          *      1. produce valid data from the columns read
1948          *      2. read all disks and try again
1949          *      3. perform combinatorial reconstruction
1950          *
1951          * Each phase is progressively both more expensive and less likely to
1952          * occur. If we encounter more errors than we can repair or all phases
1953          * fail, we have no choice but to return an error.
1954          */
1955
1956         /*
1957          * If the number of errors we saw was correctable -- less than or equal
1958          * to the number of parity disks read -- attempt to produce data that
1959          * has a valid checksum. Naturally, this case applies in the absence of
1960          * any errors.
1961          */
1962         if (total_errors <= rm->rm_firstdatacol - parity_untried) {
1963                 if (data_errors == 0) {
1964                         if (raidz_checksum_verify(zio) == 0) {
1965                                 /*
1966                                  * If we read parity information (unnecessarily
1967                                  * as it happens since no reconstruction was
1968                                  * needed) regenerate and verify the parity.
1969                                  * We also regenerate parity when resilvering
1970                                  * so we can write it out to the failed device
1971                                  * later.
1972                                  */
1973                                 if (parity_errors + parity_untried <
1974                                     rm->rm_firstdatacol ||
1975                                     (zio->io_flags & ZIO_FLAG_RESILVER)) {
1976                                         n = raidz_parity_verify(zio, rm);
1977                                         unexpected_errors += n;
1978                                         ASSERT(parity_errors + n <=
1979                                             rm->rm_firstdatacol);
1980                                 }
1981                                 goto done;
1982                         }
1983                 } else {
1984                         /*
1985                          * We either attempt to read all the parity columns or
1986                          * none of them. If we didn't try to read parity, we
1987                          * wouldn't be here in the correctable case. There must
1988                          * also have been fewer parity errors than parity
1989                          * columns or, again, we wouldn't be in this code path.
1990                          */
1991                         ASSERT(parity_untried == 0);
1992                         ASSERT(parity_errors < rm->rm_firstdatacol);
1993
1994                         /*
1995                          * Identify the data columns that reported an error.
1996                          */
1997                         n = 0;
1998                         for (c = rm->rm_firstdatacol; c < rm->rm_cols; c++) {
1999                                 rc = &rm->rm_col[c];
2000                                 if (rc->rc_error != 0) {
2001                                         ASSERT(n < VDEV_RAIDZ_MAXPARITY);
2002                                         tgts[n++] = c;
2003                                 }
2004                         }
2005
2006                         ASSERT(rm->rm_firstdatacol >= n);
2007
2008                         code = vdev_raidz_reconstruct(rm, tgts, n);
2009
2010                         if (raidz_checksum_verify(zio) == 0) {
2011                                 atomic_inc_64(&raidz_corrected[code]);
2012
2013                                 /*
2014                                  * If we read more parity disks than were used
2015                                  * for reconstruction, confirm that the other
2016                                  * parity disks produced correct data. This
2017                                  * routine is suboptimal in that it regenerates
2018                                  * the parity that we already used in addition
2019                                  * to the parity that we're attempting to
2020                                  * verify, but this should be a relatively
2021                                  * uncommon case, and can be optimized if it
2022                                  * becomes a problem. Note that we regenerate
2023                                  * parity when resilvering so we can write it
2024                                  * out to failed devices later.
2025                                  */
2026                                 if (parity_errors < rm->rm_firstdatacol - n ||
2027                                     (zio->io_flags & ZIO_FLAG_RESILVER)) {
2028                                         n = raidz_parity_verify(zio, rm);
2029                                         unexpected_errors += n;
2030                                         ASSERT(parity_errors + n <=
2031                                             rm->rm_firstdatacol);
2032                                 }
2033
2034                                 goto done;
2035                         }
2036                 }
2037         }
2038
2039         /*
2040          * This isn't a typical situation -- either we got a read error or
2041          * a child silently returned bad data. Read every block so we can
2042          * try again with as much data and parity as we can track down. If
2043          * we've already been through once before, all children will be marked
2044          * as tried so we'll proceed to combinatorial reconstruction.
2045          */
2046         unexpected_errors = 1;
2047         rm->rm_missingdata = 0;
2048         rm->rm_missingparity = 0;
2049
2050         for (c = 0; c < rm->rm_cols; c++) {
2051                 if (rm->rm_col[c].rc_tried)
2052                         continue;
2053
2054                 zio_vdev_io_redone(zio);
2055                 do {
2056                         rc = &rm->rm_col[c];
2057                         if (rc->rc_tried)
2058                                 continue;
2059                         zio_nowait(zio_vdev_child_io(zio, NULL,
2060                             vd->vdev_child[rc->rc_devidx],
2061                             rc->rc_offset, rc->rc_data, rc->rc_size,
2062                             zio->io_type, zio->io_priority, 0,
2063                             vdev_raidz_child_done, rc));
2064                 } while (++c < rm->rm_cols);
2065
2066                 return;
2067         }
2068
2069         /*
2070          * At this point we've attempted to reconstruct the data given the
2071          * errors we detected, and we've attempted to read all columns. There
2072          * must, therefore, be one or more additional problems -- silent errors
2073          * resulting in invalid data rather than explicit I/O errors resulting
2074          * in absent data. We check if there is enough additional data to
2075          * possibly reconstruct the data and then perform combinatorial
2076          * reconstruction over all possible combinations. If that fails,
2077          * we're cooked.
2078          */
2079         if (total_errors > rm->rm_firstdatacol) {
2080                 zio->io_error = vdev_raidz_worst_error(rm);
2081
2082         } else if (total_errors < rm->rm_firstdatacol &&
2083             (code = vdev_raidz_combrec(zio, total_errors, data_errors)) != 0) {
2084                 /*
2085                  * If we didn't use all the available parity for the
2086                  * combinatorial reconstruction, verify that the remaining
2087                  * parity is correct.
2088                  */
2089                 if (code != (1 << rm->rm_firstdatacol) - 1)
2090                         (void) raidz_parity_verify(zio, rm);
2091         } else {
2092                 /*
2093                  * We're here because either:
2094                  *
2095                  *      total_errors == rm_first_datacol, or
2096                  *      vdev_raidz_combrec() failed
2097                  *
2098                  * In either case, there is enough bad data to prevent
2099                  * reconstruction.
2100                  *
2101                  * Start checksum ereports for all children which haven't
2102                  * failed, and the IO wasn't speculative.
2103                  */
2104                 zio->io_error = ECKSUM;
2105
2106                 if (!(zio->io_flags & ZIO_FLAG_SPECULATIVE)) {
2107                         for (c = 0; c < rm->rm_cols; c++) {
2108                                 rc = &rm->rm_col[c];
2109                                 if (rc->rc_error == 0) {
2110                                         zio_bad_cksum_t zbc;
2111                                         zbc.zbc_has_cksum = 0;
2112                                         zbc.zbc_injected =
2113                                             rm->rm_ecksuminjected;
2114
2115                                         zfs_ereport_start_checksum(
2116                                             zio->io_spa,
2117                                             vd->vdev_child[rc->rc_devidx],
2118                                             zio, rc->rc_offset, rc->rc_size,
2119                                             (void *)(uintptr_t)c, &zbc);
2120                                 }
2121                         }
2122                 }
2123         }
2124
2125 done:
2126         zio_checksum_verified(zio);
2127
2128         if (zio->io_error == 0 && spa_writeable(zio->io_spa) &&
2129             (unexpected_errors || (zio->io_flags & ZIO_FLAG_RESILVER))) {
2130                 /*
2131                  * Use the good data we have in hand to repair damaged children.
2132                  */
2133                 for (c = 0; c < rm->rm_cols; c++) {
2134                         rc = &rm->rm_col[c];
2135                         cvd = vd->vdev_child[rc->rc_devidx];
2136
2137                         if (rc->rc_error == 0)
2138                                 continue;
2139
2140                         zio_nowait(zio_vdev_child_io(zio, NULL, cvd,
2141                             rc->rc_offset, rc->rc_data, rc->rc_size,
2142                             ZIO_TYPE_WRITE, zio->io_priority,
2143                             ZIO_FLAG_IO_REPAIR | (unexpected_errors ?
2144                             ZIO_FLAG_SELF_HEAL : 0), NULL, NULL));
2145                 }
2146         }
2147 }
2148
2149 static void
2150 vdev_raidz_state_change(vdev_t *vd, int faulted, int degraded)
2151 {
2152         if (faulted > vd->vdev_nparity)
2153                 vdev_set_state(vd, B_FALSE, VDEV_STATE_CANT_OPEN,
2154                     VDEV_AUX_NO_REPLICAS);
2155         else if (degraded + faulted != 0)
2156                 vdev_set_state(vd, B_FALSE, VDEV_STATE_DEGRADED, VDEV_AUX_NONE);
2157         else
2158                 vdev_set_state(vd, B_FALSE, VDEV_STATE_HEALTHY, VDEV_AUX_NONE);
2159 }
2160
2161 vdev_ops_t vdev_raidz_ops = {
2162         vdev_raidz_open,
2163         vdev_raidz_close,
2164         vdev_raidz_asize,
2165         vdev_raidz_io_start,
2166         vdev_raidz_io_done,
2167         vdev_raidz_state_change,
2168         NULL,
2169         NULL,
2170         VDEV_TYPE_RAIDZ,        /* name of this vdev type */
2171         B_FALSE                 /* not a leaf vdev */
2172 };