]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - sys/contrib/openzfs/module/zfs/arc.c
OpenSSL: update to 3.0.11
[FreeBSD/FreeBSD.git] / sys / contrib / openzfs / module / zfs / arc.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 https://opensource.org/licenses/CDDL-1.0.
10  * See the License for the specific language governing permissions
11  * and limitations under the License.
12  *
13  * When distributing Covered Code, include this CDDL HEADER in each
14  * file and include the License file at usr/src/OPENSOLARIS.LICENSE.
15  * If applicable, add the following below this CDDL HEADER, with the
16  * fields enclosed by brackets "[]" replaced with your own identifying
17  * information: Portions Copyright [yyyy] [name of copyright owner]
18  *
19  * CDDL HEADER END
20  */
21 /*
22  * Copyright (c) 2005, 2010, Oracle and/or its affiliates. All rights reserved.
23  * Copyright (c) 2018, Joyent, Inc.
24  * Copyright (c) 2011, 2020, Delphix. All rights reserved.
25  * Copyright (c) 2014, Saso Kiselkov. All rights reserved.
26  * Copyright (c) 2017, Nexenta Systems, Inc.  All rights reserved.
27  * Copyright (c) 2019, loli10K <ezomori.nozomu@gmail.com>. All rights reserved.
28  * Copyright (c) 2020, George Amanakis. All rights reserved.
29  * Copyright (c) 2019, Klara Inc.
30  * Copyright (c) 2019, Allan Jude
31  * Copyright (c) 2020, The FreeBSD Foundation [1]
32  *
33  * [1] Portions of this software were developed by Allan Jude
34  *     under sponsorship from the FreeBSD Foundation.
35  */
36
37 /*
38  * DVA-based Adjustable Replacement Cache
39  *
40  * While much of the theory of operation used here is
41  * based on the self-tuning, low overhead replacement cache
42  * presented by Megiddo and Modha at FAST 2003, there are some
43  * significant differences:
44  *
45  * 1. The Megiddo and Modha model assumes any page is evictable.
46  * Pages in its cache cannot be "locked" into memory.  This makes
47  * the eviction algorithm simple: evict the last page in the list.
48  * This also make the performance characteristics easy to reason
49  * about.  Our cache is not so simple.  At any given moment, some
50  * subset of the blocks in the cache are un-evictable because we
51  * have handed out a reference to them.  Blocks are only evictable
52  * when there are no external references active.  This makes
53  * eviction far more problematic:  we choose to evict the evictable
54  * blocks that are the "lowest" in the list.
55  *
56  * There are times when it is not possible to evict the requested
57  * space.  In these circumstances we are unable to adjust the cache
58  * size.  To prevent the cache growing unbounded at these times we
59  * implement a "cache throttle" that slows the flow of new data
60  * into the cache until we can make space available.
61  *
62  * 2. The Megiddo and Modha model assumes a fixed cache size.
63  * Pages are evicted when the cache is full and there is a cache
64  * miss.  Our model has a variable sized cache.  It grows with
65  * high use, but also tries to react to memory pressure from the
66  * operating system: decreasing its size when system memory is
67  * tight.
68  *
69  * 3. The Megiddo and Modha model assumes a fixed page size. All
70  * elements of the cache are therefore exactly the same size.  So
71  * when adjusting the cache size following a cache miss, its simply
72  * a matter of choosing a single page to evict.  In our model, we
73  * have variable sized cache blocks (ranging from 512 bytes to
74  * 128K bytes).  We therefore choose a set of blocks to evict to make
75  * space for a cache miss that approximates as closely as possible
76  * the space used by the new block.
77  *
78  * See also:  "ARC: A Self-Tuning, Low Overhead Replacement Cache"
79  * by N. Megiddo & D. Modha, FAST 2003
80  */
81
82 /*
83  * The locking model:
84  *
85  * A new reference to a cache buffer can be obtained in two
86  * ways: 1) via a hash table lookup using the DVA as a key,
87  * or 2) via one of the ARC lists.  The arc_read() interface
88  * uses method 1, while the internal ARC algorithms for
89  * adjusting the cache use method 2.  We therefore provide two
90  * types of locks: 1) the hash table lock array, and 2) the
91  * ARC list locks.
92  *
93  * Buffers do not have their own mutexes, rather they rely on the
94  * hash table mutexes for the bulk of their protection (i.e. most
95  * fields in the arc_buf_hdr_t are protected by these mutexes).
96  *
97  * buf_hash_find() returns the appropriate mutex (held) when it
98  * locates the requested buffer in the hash table.  It returns
99  * NULL for the mutex if the buffer was not in the table.
100  *
101  * buf_hash_remove() expects the appropriate hash mutex to be
102  * already held before it is invoked.
103  *
104  * Each ARC state also has a mutex which is used to protect the
105  * buffer list associated with the state.  When attempting to
106  * obtain a hash table lock while holding an ARC list lock you
107  * must use: mutex_tryenter() to avoid deadlock.  Also note that
108  * the active state mutex must be held before the ghost state mutex.
109  *
110  * It as also possible to register a callback which is run when the
111  * metadata limit is reached and no buffers can be safely evicted.  In
112  * this case the arc user should drop a reference on some arc buffers so
113  * they can be reclaimed.  For example, when using the ZPL each dentry
114  * holds a references on a znode.  These dentries must be pruned before
115  * the arc buffer holding the znode can be safely evicted.
116  *
117  * Note that the majority of the performance stats are manipulated
118  * with atomic operations.
119  *
120  * The L2ARC uses the l2ad_mtx on each vdev for the following:
121  *
122  *      - L2ARC buflist creation
123  *      - L2ARC buflist eviction
124  *      - L2ARC write completion, which walks L2ARC buflists
125  *      - ARC header destruction, as it removes from L2ARC buflists
126  *      - ARC header release, as it removes from L2ARC buflists
127  */
128
129 /*
130  * ARC operation:
131  *
132  * Every block that is in the ARC is tracked by an arc_buf_hdr_t structure.
133  * This structure can point either to a block that is still in the cache or to
134  * one that is only accessible in an L2 ARC device, or it can provide
135  * information about a block that was recently evicted. If a block is
136  * only accessible in the L2ARC, then the arc_buf_hdr_t only has enough
137  * information to retrieve it from the L2ARC device. This information is
138  * stored in the l2arc_buf_hdr_t sub-structure of the arc_buf_hdr_t. A block
139  * that is in this state cannot access the data directly.
140  *
141  * Blocks that are actively being referenced or have not been evicted
142  * are cached in the L1ARC. The L1ARC (l1arc_buf_hdr_t) is a structure within
143  * the arc_buf_hdr_t that will point to the data block in memory. A block can
144  * only be read by a consumer if it has an l1arc_buf_hdr_t. The L1ARC
145  * caches data in two ways -- in a list of ARC buffers (arc_buf_t) and
146  * also in the arc_buf_hdr_t's private physical data block pointer (b_pabd).
147  *
148  * The L1ARC's data pointer may or may not be uncompressed. The ARC has the
149  * ability to store the physical data (b_pabd) associated with the DVA of the
150  * arc_buf_hdr_t. Since the b_pabd is a copy of the on-disk physical block,
151  * it will match its on-disk compression characteristics. This behavior can be
152  * disabled by setting 'zfs_compressed_arc_enabled' to B_FALSE. When the
153  * compressed ARC functionality is disabled, the b_pabd will point to an
154  * uncompressed version of the on-disk data.
155  *
156  * Data in the L1ARC is not accessed by consumers of the ARC directly. Each
157  * arc_buf_hdr_t can have multiple ARC buffers (arc_buf_t) which reference it.
158  * Each ARC buffer (arc_buf_t) is being actively accessed by a specific ARC
159  * consumer. The ARC will provide references to this data and will keep it
160  * cached until it is no longer in use. The ARC caches only the L1ARC's physical
161  * data block and will evict any arc_buf_t that is no longer referenced. The
162  * amount of memory consumed by the arc_buf_ts' data buffers can be seen via the
163  * "overhead_size" kstat.
164  *
165  * Depending on the consumer, an arc_buf_t can be requested in uncompressed or
166  * compressed form. The typical case is that consumers will want uncompressed
167  * data, and when that happens a new data buffer is allocated where the data is
168  * decompressed for them to use. Currently the only consumer who wants
169  * compressed arc_buf_t's is "zfs send", when it streams data exactly as it
170  * exists on disk. When this happens, the arc_buf_t's data buffer is shared
171  * with the arc_buf_hdr_t.
172  *
173  * Here is a diagram showing an arc_buf_hdr_t referenced by two arc_buf_t's. The
174  * first one is owned by a compressed send consumer (and therefore references
175  * the same compressed data buffer as the arc_buf_hdr_t) and the second could be
176  * used by any other consumer (and has its own uncompressed copy of the data
177  * buffer).
178  *
179  *   arc_buf_hdr_t
180  *   +-----------+
181  *   | fields    |
182  *   | common to |
183  *   | L1- and   |
184  *   | L2ARC     |
185  *   +-----------+
186  *   | l2arc_buf_hdr_t
187  *   |           |
188  *   +-----------+
189  *   | l1arc_buf_hdr_t
190  *   |           |              arc_buf_t
191  *   | b_buf     +------------>+-----------+      arc_buf_t
192  *   | b_pabd    +-+           |b_next     +---->+-----------+
193  *   +-----------+ |           |-----------|     |b_next     +-->NULL
194  *                 |           |b_comp = T |     +-----------+
195  *                 |           |b_data     +-+   |b_comp = F |
196  *                 |           +-----------+ |   |b_data     +-+
197  *                 +->+------+               |   +-----------+ |
198  *        compressed  |      |               |                 |
199  *           data     |      |<--------------+                 | uncompressed
200  *                    +------+          compressed,            |     data
201  *                                        shared               +-->+------+
202  *                                         data                    |      |
203  *                                                                 |      |
204  *                                                                 +------+
205  *
206  * When a consumer reads a block, the ARC must first look to see if the
207  * arc_buf_hdr_t is cached. If the hdr is cached then the ARC allocates a new
208  * arc_buf_t and either copies uncompressed data into a new data buffer from an
209  * existing uncompressed arc_buf_t, decompresses the hdr's b_pabd buffer into a
210  * new data buffer, or shares the hdr's b_pabd buffer, depending on whether the
211  * hdr is compressed and the desired compression characteristics of the
212  * arc_buf_t consumer. If the arc_buf_t ends up sharing data with the
213  * arc_buf_hdr_t and both of them are uncompressed then the arc_buf_t must be
214  * the last buffer in the hdr's b_buf list, however a shared compressed buf can
215  * be anywhere in the hdr's list.
216  *
217  * The diagram below shows an example of an uncompressed ARC hdr that is
218  * sharing its data with an arc_buf_t (note that the shared uncompressed buf is
219  * the last element in the buf list):
220  *
221  *                arc_buf_hdr_t
222  *                +-----------+
223  *                |           |
224  *                |           |
225  *                |           |
226  *                +-----------+
227  * l2arc_buf_hdr_t|           |
228  *                |           |
229  *                +-----------+
230  * l1arc_buf_hdr_t|           |
231  *                |           |                 arc_buf_t    (shared)
232  *                |    b_buf  +------------>+---------+      arc_buf_t
233  *                |           |             |b_next   +---->+---------+
234  *                |  b_pabd   +-+           |---------|     |b_next   +-->NULL
235  *                +-----------+ |           |         |     +---------+
236  *                              |           |b_data   +-+   |         |
237  *                              |           +---------+ |   |b_data   +-+
238  *                              +->+------+             |   +---------+ |
239  *                                 |      |             |               |
240  *                   uncompressed  |      |             |               |
241  *                        data     +------+             |               |
242  *                                    ^                 +->+------+     |
243  *                                    |       uncompressed |      |     |
244  *                                    |           data     |      |     |
245  *                                    |                    +------+     |
246  *                                    +---------------------------------+
247  *
248  * Writing to the ARC requires that the ARC first discard the hdr's b_pabd
249  * since the physical block is about to be rewritten. The new data contents
250  * will be contained in the arc_buf_t. As the I/O pipeline performs the write,
251  * it may compress the data before writing it to disk. The ARC will be called
252  * with the transformed data and will memcpy the transformed on-disk block into
253  * a newly allocated b_pabd. Writes are always done into buffers which have
254  * either been loaned (and hence are new and don't have other readers) or
255  * buffers which have been released (and hence have their own hdr, if there
256  * were originally other readers of the buf's original hdr). This ensures that
257  * the ARC only needs to update a single buf and its hdr after a write occurs.
258  *
259  * When the L2ARC is in use, it will also take advantage of the b_pabd. The
260  * L2ARC will always write the contents of b_pabd to the L2ARC. This means
261  * that when compressed ARC is enabled that the L2ARC blocks are identical
262  * to the on-disk block in the main data pool. This provides a significant
263  * advantage since the ARC can leverage the bp's checksum when reading from the
264  * L2ARC to determine if the contents are valid. However, if the compressed
265  * ARC is disabled, then the L2ARC's block must be transformed to look
266  * like the physical block in the main data pool before comparing the
267  * checksum and determining its validity.
268  *
269  * The L1ARC has a slightly different system for storing encrypted data.
270  * Raw (encrypted + possibly compressed) data has a few subtle differences from
271  * data that is just compressed. The biggest difference is that it is not
272  * possible to decrypt encrypted data (or vice-versa) if the keys aren't loaded.
273  * The other difference is that encryption cannot be treated as a suggestion.
274  * If a caller would prefer compressed data, but they actually wind up with
275  * uncompressed data the worst thing that could happen is there might be a
276  * performance hit. If the caller requests encrypted data, however, we must be
277  * sure they actually get it or else secret information could be leaked. Raw
278  * data is stored in hdr->b_crypt_hdr.b_rabd. An encrypted header, therefore,
279  * may have both an encrypted version and a decrypted version of its data at
280  * once. When a caller needs a raw arc_buf_t, it is allocated and the data is
281  * copied out of this header. To avoid complications with b_pabd, raw buffers
282  * cannot be shared.
283  */
284
285 #include <sys/spa.h>
286 #include <sys/zio.h>
287 #include <sys/spa_impl.h>
288 #include <sys/zio_compress.h>
289 #include <sys/zio_checksum.h>
290 #include <sys/zfs_context.h>
291 #include <sys/arc.h>
292 #include <sys/zfs_refcount.h>
293 #include <sys/vdev.h>
294 #include <sys/vdev_impl.h>
295 #include <sys/dsl_pool.h>
296 #include <sys/multilist.h>
297 #include <sys/abd.h>
298 #include <sys/zil.h>
299 #include <sys/fm/fs/zfs.h>
300 #include <sys/callb.h>
301 #include <sys/kstat.h>
302 #include <sys/zthr.h>
303 #include <zfs_fletcher.h>
304 #include <sys/arc_impl.h>
305 #include <sys/trace_zfs.h>
306 #include <sys/aggsum.h>
307 #include <sys/wmsum.h>
308 #include <cityhash.h>
309 #include <sys/vdev_trim.h>
310 #include <sys/zfs_racct.h>
311 #include <sys/zstd/zstd.h>
312
313 #ifndef _KERNEL
314 /* set with ZFS_DEBUG=watch, to enable watchpoints on frozen buffers */
315 boolean_t arc_watch = B_FALSE;
316 #endif
317
318 /*
319  * This thread's job is to keep enough free memory in the system, by
320  * calling arc_kmem_reap_soon() plus arc_reduce_target_size(), which improves
321  * arc_available_memory().
322  */
323 static zthr_t *arc_reap_zthr;
324
325 /*
326  * This thread's job is to keep arc_size under arc_c, by calling
327  * arc_evict(), which improves arc_is_overflowing().
328  */
329 static zthr_t *arc_evict_zthr;
330 static arc_buf_hdr_t **arc_state_evict_markers;
331 static int arc_state_evict_marker_count;
332
333 static kmutex_t arc_evict_lock;
334 static boolean_t arc_evict_needed = B_FALSE;
335 static clock_t arc_last_uncached_flush;
336
337 /*
338  * Count of bytes evicted since boot.
339  */
340 static uint64_t arc_evict_count;
341
342 /*
343  * List of arc_evict_waiter_t's, representing threads waiting for the
344  * arc_evict_count to reach specific values.
345  */
346 static list_t arc_evict_waiters;
347
348 /*
349  * When arc_is_overflowing(), arc_get_data_impl() waits for this percent of
350  * the requested amount of data to be evicted.  For example, by default for
351  * every 2KB that's evicted, 1KB of it may be "reused" by a new allocation.
352  * Since this is above 100%, it ensures that progress is made towards getting
353  * arc_size under arc_c.  Since this is finite, it ensures that allocations
354  * can still happen, even during the potentially long time that arc_size is
355  * more than arc_c.
356  */
357 static uint_t zfs_arc_eviction_pct = 200;
358
359 /*
360  * The number of headers to evict in arc_evict_state_impl() before
361  * dropping the sublist lock and evicting from another sublist. A lower
362  * value means we're more likely to evict the "correct" header (i.e. the
363  * oldest header in the arc state), but comes with higher overhead
364  * (i.e. more invocations of arc_evict_state_impl()).
365  */
366 static uint_t zfs_arc_evict_batch_limit = 10;
367
368 /* number of seconds before growing cache again */
369 uint_t arc_grow_retry = 5;
370
371 /*
372  * Minimum time between calls to arc_kmem_reap_soon().
373  */
374 static const int arc_kmem_cache_reap_retry_ms = 1000;
375
376 /* shift of arc_c for calculating overflow limit in arc_get_data_impl */
377 static int zfs_arc_overflow_shift = 8;
378
379 /* log2(fraction of arc to reclaim) */
380 uint_t arc_shrink_shift = 7;
381
382 /* percent of pagecache to reclaim arc to */
383 #ifdef _KERNEL
384 uint_t zfs_arc_pc_percent = 0;
385 #endif
386
387 /*
388  * log2(fraction of ARC which must be free to allow growing).
389  * I.e. If there is less than arc_c >> arc_no_grow_shift free memory,
390  * when reading a new block into the ARC, we will evict an equal-sized block
391  * from the ARC.
392  *
393  * This must be less than arc_shrink_shift, so that when we shrink the ARC,
394  * we will still not allow it to grow.
395  */
396 uint_t          arc_no_grow_shift = 5;
397
398
399 /*
400  * minimum lifespan of a prefetch block in clock ticks
401  * (initialized in arc_init())
402  */
403 static uint_t           arc_min_prefetch_ms;
404 static uint_t           arc_min_prescient_prefetch_ms;
405
406 /*
407  * If this percent of memory is free, don't throttle.
408  */
409 uint_t arc_lotsfree_percent = 10;
410
411 /*
412  * The arc has filled available memory and has now warmed up.
413  */
414 boolean_t arc_warm;
415
416 /*
417  * These tunables are for performance analysis.
418  */
419 uint64_t zfs_arc_max = 0;
420 uint64_t zfs_arc_min = 0;
421 static uint64_t zfs_arc_dnode_limit = 0;
422 static uint_t zfs_arc_dnode_reduce_percent = 10;
423 static uint_t zfs_arc_grow_retry = 0;
424 static uint_t zfs_arc_shrink_shift = 0;
425 uint_t zfs_arc_average_blocksize = 8 * 1024; /* 8KB */
426
427 /*
428  * ARC dirty data constraints for arc_tempreserve_space() throttle:
429  * * total dirty data limit
430  * * anon block dirty limit
431  * * each pool's anon allowance
432  */
433 static const unsigned long zfs_arc_dirty_limit_percent = 50;
434 static const unsigned long zfs_arc_anon_limit_percent = 25;
435 static const unsigned long zfs_arc_pool_dirty_percent = 20;
436
437 /*
438  * Enable or disable compressed arc buffers.
439  */
440 int zfs_compressed_arc_enabled = B_TRUE;
441
442 /*
443  * Balance between metadata and data on ghost hits.  Values above 100
444  * increase metadata caching by proportionally reducing effect of ghost
445  * data hits on target data/metadata rate.
446  */
447 static uint_t zfs_arc_meta_balance = 500;
448
449 /*
450  * Percentage that can be consumed by dnodes of ARC meta buffers.
451  */
452 static uint_t zfs_arc_dnode_limit_percent = 10;
453
454 /*
455  * These tunables are Linux-specific
456  */
457 static uint64_t zfs_arc_sys_free = 0;
458 static uint_t zfs_arc_min_prefetch_ms = 0;
459 static uint_t zfs_arc_min_prescient_prefetch_ms = 0;
460 static uint_t zfs_arc_lotsfree_percent = 10;
461
462 /*
463  * Number of arc_prune threads
464  */
465 static int zfs_arc_prune_task_threads = 1;
466
467 /* The 7 states: */
468 arc_state_t ARC_anon;
469 arc_state_t ARC_mru;
470 arc_state_t ARC_mru_ghost;
471 arc_state_t ARC_mfu;
472 arc_state_t ARC_mfu_ghost;
473 arc_state_t ARC_l2c_only;
474 arc_state_t ARC_uncached;
475
476 arc_stats_t arc_stats = {
477         { "hits",                       KSTAT_DATA_UINT64 },
478         { "iohits",                     KSTAT_DATA_UINT64 },
479         { "misses",                     KSTAT_DATA_UINT64 },
480         { "demand_data_hits",           KSTAT_DATA_UINT64 },
481         { "demand_data_iohits",         KSTAT_DATA_UINT64 },
482         { "demand_data_misses",         KSTAT_DATA_UINT64 },
483         { "demand_metadata_hits",       KSTAT_DATA_UINT64 },
484         { "demand_metadata_iohits",     KSTAT_DATA_UINT64 },
485         { "demand_metadata_misses",     KSTAT_DATA_UINT64 },
486         { "prefetch_data_hits",         KSTAT_DATA_UINT64 },
487         { "prefetch_data_iohits",       KSTAT_DATA_UINT64 },
488         { "prefetch_data_misses",       KSTAT_DATA_UINT64 },
489         { "prefetch_metadata_hits",     KSTAT_DATA_UINT64 },
490         { "prefetch_metadata_iohits",   KSTAT_DATA_UINT64 },
491         { "prefetch_metadata_misses",   KSTAT_DATA_UINT64 },
492         { "mru_hits",                   KSTAT_DATA_UINT64 },
493         { "mru_ghost_hits",             KSTAT_DATA_UINT64 },
494         { "mfu_hits",                   KSTAT_DATA_UINT64 },
495         { "mfu_ghost_hits",             KSTAT_DATA_UINT64 },
496         { "uncached_hits",              KSTAT_DATA_UINT64 },
497         { "deleted",                    KSTAT_DATA_UINT64 },
498         { "mutex_miss",                 KSTAT_DATA_UINT64 },
499         { "access_skip",                KSTAT_DATA_UINT64 },
500         { "evict_skip",                 KSTAT_DATA_UINT64 },
501         { "evict_not_enough",           KSTAT_DATA_UINT64 },
502         { "evict_l2_cached",            KSTAT_DATA_UINT64 },
503         { "evict_l2_eligible",          KSTAT_DATA_UINT64 },
504         { "evict_l2_eligible_mfu",      KSTAT_DATA_UINT64 },
505         { "evict_l2_eligible_mru",      KSTAT_DATA_UINT64 },
506         { "evict_l2_ineligible",        KSTAT_DATA_UINT64 },
507         { "evict_l2_skip",              KSTAT_DATA_UINT64 },
508         { "hash_elements",              KSTAT_DATA_UINT64 },
509         { "hash_elements_max",          KSTAT_DATA_UINT64 },
510         { "hash_collisions",            KSTAT_DATA_UINT64 },
511         { "hash_chains",                KSTAT_DATA_UINT64 },
512         { "hash_chain_max",             KSTAT_DATA_UINT64 },
513         { "meta",                       KSTAT_DATA_UINT64 },
514         { "pd",                         KSTAT_DATA_UINT64 },
515         { "pm",                         KSTAT_DATA_UINT64 },
516         { "c",                          KSTAT_DATA_UINT64 },
517         { "c_min",                      KSTAT_DATA_UINT64 },
518         { "c_max",                      KSTAT_DATA_UINT64 },
519         { "size",                       KSTAT_DATA_UINT64 },
520         { "compressed_size",            KSTAT_DATA_UINT64 },
521         { "uncompressed_size",          KSTAT_DATA_UINT64 },
522         { "overhead_size",              KSTAT_DATA_UINT64 },
523         { "hdr_size",                   KSTAT_DATA_UINT64 },
524         { "data_size",                  KSTAT_DATA_UINT64 },
525         { "metadata_size",              KSTAT_DATA_UINT64 },
526         { "dbuf_size",                  KSTAT_DATA_UINT64 },
527         { "dnode_size",                 KSTAT_DATA_UINT64 },
528         { "bonus_size",                 KSTAT_DATA_UINT64 },
529 #if defined(COMPAT_FREEBSD11)
530         { "other_size",                 KSTAT_DATA_UINT64 },
531 #endif
532         { "anon_size",                  KSTAT_DATA_UINT64 },
533         { "anon_data",                  KSTAT_DATA_UINT64 },
534         { "anon_metadata",              KSTAT_DATA_UINT64 },
535         { "anon_evictable_data",        KSTAT_DATA_UINT64 },
536         { "anon_evictable_metadata",    KSTAT_DATA_UINT64 },
537         { "mru_size",                   KSTAT_DATA_UINT64 },
538         { "mru_data",                   KSTAT_DATA_UINT64 },
539         { "mru_metadata",               KSTAT_DATA_UINT64 },
540         { "mru_evictable_data",         KSTAT_DATA_UINT64 },
541         { "mru_evictable_metadata",     KSTAT_DATA_UINT64 },
542         { "mru_ghost_size",             KSTAT_DATA_UINT64 },
543         { "mru_ghost_data",             KSTAT_DATA_UINT64 },
544         { "mru_ghost_metadata",         KSTAT_DATA_UINT64 },
545         { "mru_ghost_evictable_data",   KSTAT_DATA_UINT64 },
546         { "mru_ghost_evictable_metadata", KSTAT_DATA_UINT64 },
547         { "mfu_size",                   KSTAT_DATA_UINT64 },
548         { "mfu_data",                   KSTAT_DATA_UINT64 },
549         { "mfu_metadata",               KSTAT_DATA_UINT64 },
550         { "mfu_evictable_data",         KSTAT_DATA_UINT64 },
551         { "mfu_evictable_metadata",     KSTAT_DATA_UINT64 },
552         { "mfu_ghost_size",             KSTAT_DATA_UINT64 },
553         { "mfu_ghost_data",             KSTAT_DATA_UINT64 },
554         { "mfu_ghost_metadata",         KSTAT_DATA_UINT64 },
555         { "mfu_ghost_evictable_data",   KSTAT_DATA_UINT64 },
556         { "mfu_ghost_evictable_metadata", KSTAT_DATA_UINT64 },
557         { "uncached_size",              KSTAT_DATA_UINT64 },
558         { "uncached_data",              KSTAT_DATA_UINT64 },
559         { "uncached_metadata",          KSTAT_DATA_UINT64 },
560         { "uncached_evictable_data",    KSTAT_DATA_UINT64 },
561         { "uncached_evictable_metadata", KSTAT_DATA_UINT64 },
562         { "l2_hits",                    KSTAT_DATA_UINT64 },
563         { "l2_misses",                  KSTAT_DATA_UINT64 },
564         { "l2_prefetch_asize",          KSTAT_DATA_UINT64 },
565         { "l2_mru_asize",               KSTAT_DATA_UINT64 },
566         { "l2_mfu_asize",               KSTAT_DATA_UINT64 },
567         { "l2_bufc_data_asize",         KSTAT_DATA_UINT64 },
568         { "l2_bufc_metadata_asize",     KSTAT_DATA_UINT64 },
569         { "l2_feeds",                   KSTAT_DATA_UINT64 },
570         { "l2_rw_clash",                KSTAT_DATA_UINT64 },
571         { "l2_read_bytes",              KSTAT_DATA_UINT64 },
572         { "l2_write_bytes",             KSTAT_DATA_UINT64 },
573         { "l2_writes_sent",             KSTAT_DATA_UINT64 },
574         { "l2_writes_done",             KSTAT_DATA_UINT64 },
575         { "l2_writes_error",            KSTAT_DATA_UINT64 },
576         { "l2_writes_lock_retry",       KSTAT_DATA_UINT64 },
577         { "l2_evict_lock_retry",        KSTAT_DATA_UINT64 },
578         { "l2_evict_reading",           KSTAT_DATA_UINT64 },
579         { "l2_evict_l1cached",          KSTAT_DATA_UINT64 },
580         { "l2_free_on_write",           KSTAT_DATA_UINT64 },
581         { "l2_abort_lowmem",            KSTAT_DATA_UINT64 },
582         { "l2_cksum_bad",               KSTAT_DATA_UINT64 },
583         { "l2_io_error",                KSTAT_DATA_UINT64 },
584         { "l2_size",                    KSTAT_DATA_UINT64 },
585         { "l2_asize",                   KSTAT_DATA_UINT64 },
586         { "l2_hdr_size",                KSTAT_DATA_UINT64 },
587         { "l2_log_blk_writes",          KSTAT_DATA_UINT64 },
588         { "l2_log_blk_avg_asize",       KSTAT_DATA_UINT64 },
589         { "l2_log_blk_asize",           KSTAT_DATA_UINT64 },
590         { "l2_log_blk_count",           KSTAT_DATA_UINT64 },
591         { "l2_data_to_meta_ratio",      KSTAT_DATA_UINT64 },
592         { "l2_rebuild_success",         KSTAT_DATA_UINT64 },
593         { "l2_rebuild_unsupported",     KSTAT_DATA_UINT64 },
594         { "l2_rebuild_io_errors",       KSTAT_DATA_UINT64 },
595         { "l2_rebuild_dh_errors",       KSTAT_DATA_UINT64 },
596         { "l2_rebuild_cksum_lb_errors", KSTAT_DATA_UINT64 },
597         { "l2_rebuild_lowmem",          KSTAT_DATA_UINT64 },
598         { "l2_rebuild_size",            KSTAT_DATA_UINT64 },
599         { "l2_rebuild_asize",           KSTAT_DATA_UINT64 },
600         { "l2_rebuild_bufs",            KSTAT_DATA_UINT64 },
601         { "l2_rebuild_bufs_precached",  KSTAT_DATA_UINT64 },
602         { "l2_rebuild_log_blks",        KSTAT_DATA_UINT64 },
603         { "memory_throttle_count",      KSTAT_DATA_UINT64 },
604         { "memory_direct_count",        KSTAT_DATA_UINT64 },
605         { "memory_indirect_count",      KSTAT_DATA_UINT64 },
606         { "memory_all_bytes",           KSTAT_DATA_UINT64 },
607         { "memory_free_bytes",          KSTAT_DATA_UINT64 },
608         { "memory_available_bytes",     KSTAT_DATA_INT64 },
609         { "arc_no_grow",                KSTAT_DATA_UINT64 },
610         { "arc_tempreserve",            KSTAT_DATA_UINT64 },
611         { "arc_loaned_bytes",           KSTAT_DATA_UINT64 },
612         { "arc_prune",                  KSTAT_DATA_UINT64 },
613         { "arc_meta_used",              KSTAT_DATA_UINT64 },
614         { "arc_dnode_limit",            KSTAT_DATA_UINT64 },
615         { "async_upgrade_sync",         KSTAT_DATA_UINT64 },
616         { "predictive_prefetch", KSTAT_DATA_UINT64 },
617         { "demand_hit_predictive_prefetch", KSTAT_DATA_UINT64 },
618         { "demand_iohit_predictive_prefetch", KSTAT_DATA_UINT64 },
619         { "prescient_prefetch", KSTAT_DATA_UINT64 },
620         { "demand_hit_prescient_prefetch", KSTAT_DATA_UINT64 },
621         { "demand_iohit_prescient_prefetch", KSTAT_DATA_UINT64 },
622         { "arc_need_free",              KSTAT_DATA_UINT64 },
623         { "arc_sys_free",               KSTAT_DATA_UINT64 },
624         { "arc_raw_size",               KSTAT_DATA_UINT64 },
625         { "cached_only_in_progress",    KSTAT_DATA_UINT64 },
626         { "abd_chunk_waste_size",       KSTAT_DATA_UINT64 },
627 };
628
629 arc_sums_t arc_sums;
630
631 #define ARCSTAT_MAX(stat, val) {                                        \
632         uint64_t m;                                                     \
633         while ((val) > (m = arc_stats.stat.value.ui64) &&               \
634             (m != atomic_cas_64(&arc_stats.stat.value.ui64, m, (val)))) \
635                 continue;                                               \
636 }
637
638 /*
639  * We define a macro to allow ARC hits/misses to be easily broken down by
640  * two separate conditions, giving a total of four different subtypes for
641  * each of hits and misses (so eight statistics total).
642  */
643 #define ARCSTAT_CONDSTAT(cond1, stat1, notstat1, cond2, stat2, notstat2, stat) \
644         if (cond1) {                                                    \
645                 if (cond2) {                                            \
646                         ARCSTAT_BUMP(arcstat_##stat1##_##stat2##_##stat); \
647                 } else {                                                \
648                         ARCSTAT_BUMP(arcstat_##stat1##_##notstat2##_##stat); \
649                 }                                                       \
650         } else {                                                        \
651                 if (cond2) {                                            \
652                         ARCSTAT_BUMP(arcstat_##notstat1##_##stat2##_##stat); \
653                 } else {                                                \
654                         ARCSTAT_BUMP(arcstat_##notstat1##_##notstat2##_##stat);\
655                 }                                                       \
656         }
657
658 /*
659  * This macro allows us to use kstats as floating averages. Each time we
660  * update this kstat, we first factor it and the update value by
661  * ARCSTAT_AVG_FACTOR to shrink the new value's contribution to the overall
662  * average. This macro assumes that integer loads and stores are atomic, but
663  * is not safe for multiple writers updating the kstat in parallel (only the
664  * last writer's update will remain).
665  */
666 #define ARCSTAT_F_AVG_FACTOR    3
667 #define ARCSTAT_F_AVG(stat, value) \
668         do { \
669                 uint64_t x = ARCSTAT(stat); \
670                 x = x - x / ARCSTAT_F_AVG_FACTOR + \
671                     (value) / ARCSTAT_F_AVG_FACTOR; \
672                 ARCSTAT(stat) = x; \
673         } while (0)
674
675 static kstat_t                  *arc_ksp;
676
677 /*
678  * There are several ARC variables that are critical to export as kstats --
679  * but we don't want to have to grovel around in the kstat whenever we wish to
680  * manipulate them.  For these variables, we therefore define them to be in
681  * terms of the statistic variable.  This assures that we are not introducing
682  * the possibility of inconsistency by having shadow copies of the variables,
683  * while still allowing the code to be readable.
684  */
685 #define arc_tempreserve ARCSTAT(arcstat_tempreserve)
686 #define arc_loaned_bytes        ARCSTAT(arcstat_loaned_bytes)
687 #define arc_dnode_limit ARCSTAT(arcstat_dnode_limit) /* max size for dnodes */
688 #define arc_need_free   ARCSTAT(arcstat_need_free) /* waiting to be evicted */
689
690 hrtime_t arc_growtime;
691 list_t arc_prune_list;
692 kmutex_t arc_prune_mtx;
693 taskq_t *arc_prune_taskq;
694
695 #define GHOST_STATE(state)      \
696         ((state) == arc_mru_ghost || (state) == arc_mfu_ghost ||        \
697         (state) == arc_l2c_only)
698
699 #define HDR_IN_HASH_TABLE(hdr)  ((hdr)->b_flags & ARC_FLAG_IN_HASH_TABLE)
700 #define HDR_IO_IN_PROGRESS(hdr) ((hdr)->b_flags & ARC_FLAG_IO_IN_PROGRESS)
701 #define HDR_IO_ERROR(hdr)       ((hdr)->b_flags & ARC_FLAG_IO_ERROR)
702 #define HDR_PREFETCH(hdr)       ((hdr)->b_flags & ARC_FLAG_PREFETCH)
703 #define HDR_PRESCIENT_PREFETCH(hdr)     \
704         ((hdr)->b_flags & ARC_FLAG_PRESCIENT_PREFETCH)
705 #define HDR_COMPRESSION_ENABLED(hdr)    \
706         ((hdr)->b_flags & ARC_FLAG_COMPRESSED_ARC)
707
708 #define HDR_L2CACHE(hdr)        ((hdr)->b_flags & ARC_FLAG_L2CACHE)
709 #define HDR_UNCACHED(hdr)       ((hdr)->b_flags & ARC_FLAG_UNCACHED)
710 #define HDR_L2_READING(hdr)     \
711         (((hdr)->b_flags & ARC_FLAG_IO_IN_PROGRESS) &&  \
712         ((hdr)->b_flags & ARC_FLAG_HAS_L2HDR))
713 #define HDR_L2_WRITING(hdr)     ((hdr)->b_flags & ARC_FLAG_L2_WRITING)
714 #define HDR_L2_EVICTED(hdr)     ((hdr)->b_flags & ARC_FLAG_L2_EVICTED)
715 #define HDR_L2_WRITE_HEAD(hdr)  ((hdr)->b_flags & ARC_FLAG_L2_WRITE_HEAD)
716 #define HDR_PROTECTED(hdr)      ((hdr)->b_flags & ARC_FLAG_PROTECTED)
717 #define HDR_NOAUTH(hdr)         ((hdr)->b_flags & ARC_FLAG_NOAUTH)
718 #define HDR_SHARED_DATA(hdr)    ((hdr)->b_flags & ARC_FLAG_SHARED_DATA)
719
720 #define HDR_ISTYPE_METADATA(hdr)        \
721         ((hdr)->b_flags & ARC_FLAG_BUFC_METADATA)
722 #define HDR_ISTYPE_DATA(hdr)    (!HDR_ISTYPE_METADATA(hdr))
723
724 #define HDR_HAS_L1HDR(hdr)      ((hdr)->b_flags & ARC_FLAG_HAS_L1HDR)
725 #define HDR_HAS_L2HDR(hdr)      ((hdr)->b_flags & ARC_FLAG_HAS_L2HDR)
726 #define HDR_HAS_RABD(hdr)       \
727         (HDR_HAS_L1HDR(hdr) && HDR_PROTECTED(hdr) &&    \
728         (hdr)->b_crypt_hdr.b_rabd != NULL)
729 #define HDR_ENCRYPTED(hdr)      \
730         (HDR_PROTECTED(hdr) && DMU_OT_IS_ENCRYPTED((hdr)->b_crypt_hdr.b_ot))
731 #define HDR_AUTHENTICATED(hdr)  \
732         (HDR_PROTECTED(hdr) && !DMU_OT_IS_ENCRYPTED((hdr)->b_crypt_hdr.b_ot))
733
734 /* For storing compression mode in b_flags */
735 #define HDR_COMPRESS_OFFSET     (highbit64(ARC_FLAG_COMPRESS_0) - 1)
736
737 #define HDR_GET_COMPRESS(hdr)   ((enum zio_compress)BF32_GET((hdr)->b_flags, \
738         HDR_COMPRESS_OFFSET, SPA_COMPRESSBITS))
739 #define HDR_SET_COMPRESS(hdr, cmp) BF32_SET((hdr)->b_flags, \
740         HDR_COMPRESS_OFFSET, SPA_COMPRESSBITS, (cmp));
741
742 #define ARC_BUF_LAST(buf)       ((buf)->b_next == NULL)
743 #define ARC_BUF_SHARED(buf)     ((buf)->b_flags & ARC_BUF_FLAG_SHARED)
744 #define ARC_BUF_COMPRESSED(buf) ((buf)->b_flags & ARC_BUF_FLAG_COMPRESSED)
745 #define ARC_BUF_ENCRYPTED(buf)  ((buf)->b_flags & ARC_BUF_FLAG_ENCRYPTED)
746
747 /*
748  * Other sizes
749  */
750
751 #define HDR_FULL_SIZE ((int64_t)sizeof (arc_buf_hdr_t))
752 #define HDR_L2ONLY_SIZE ((int64_t)offsetof(arc_buf_hdr_t, b_l1hdr))
753
754 /*
755  * Hash table routines
756  */
757
758 #define BUF_LOCKS 2048
759 typedef struct buf_hash_table {
760         uint64_t ht_mask;
761         arc_buf_hdr_t **ht_table;
762         kmutex_t ht_locks[BUF_LOCKS] ____cacheline_aligned;
763 } buf_hash_table_t;
764
765 static buf_hash_table_t buf_hash_table;
766
767 #define BUF_HASH_INDEX(spa, dva, birth) \
768         (buf_hash(spa, dva, birth) & buf_hash_table.ht_mask)
769 #define BUF_HASH_LOCK(idx)      (&buf_hash_table.ht_locks[idx & (BUF_LOCKS-1)])
770 #define HDR_LOCK(hdr) \
771         (BUF_HASH_LOCK(BUF_HASH_INDEX(hdr->b_spa, &hdr->b_dva, hdr->b_birth)))
772
773 uint64_t zfs_crc64_table[256];
774
775 /*
776  * Level 2 ARC
777  */
778
779 #define L2ARC_WRITE_SIZE        (8 * 1024 * 1024)       /* initial write max */
780 #define L2ARC_HEADROOM          2                       /* num of writes */
781
782 /*
783  * If we discover during ARC scan any buffers to be compressed, we boost
784  * our headroom for the next scanning cycle by this percentage multiple.
785  */
786 #define L2ARC_HEADROOM_BOOST    200
787 #define L2ARC_FEED_SECS         1               /* caching interval secs */
788 #define L2ARC_FEED_MIN_MS       200             /* min caching interval ms */
789
790 /*
791  * We can feed L2ARC from two states of ARC buffers, mru and mfu,
792  * and each of the state has two types: data and metadata.
793  */
794 #define L2ARC_FEED_TYPES        4
795
796 /* L2ARC Performance Tunables */
797 uint64_t l2arc_write_max = L2ARC_WRITE_SIZE;    /* def max write size */
798 uint64_t l2arc_write_boost = L2ARC_WRITE_SIZE;  /* extra warmup write */
799 uint64_t l2arc_headroom = L2ARC_HEADROOM;       /* # of dev writes */
800 uint64_t l2arc_headroom_boost = L2ARC_HEADROOM_BOOST;
801 uint64_t l2arc_feed_secs = L2ARC_FEED_SECS;     /* interval seconds */
802 uint64_t l2arc_feed_min_ms = L2ARC_FEED_MIN_MS; /* min interval msecs */
803 int l2arc_noprefetch = B_TRUE;                  /* don't cache prefetch bufs */
804 int l2arc_feed_again = B_TRUE;                  /* turbo warmup */
805 int l2arc_norw = B_FALSE;                       /* no reads during writes */
806 static uint_t l2arc_meta_percent = 33;  /* limit on headers size */
807
808 /*
809  * L2ARC Internals
810  */
811 static list_t L2ARC_dev_list;                   /* device list */
812 static list_t *l2arc_dev_list;                  /* device list pointer */
813 static kmutex_t l2arc_dev_mtx;                  /* device list mutex */
814 static l2arc_dev_t *l2arc_dev_last;             /* last device used */
815 static list_t L2ARC_free_on_write;              /* free after write buf list */
816 static list_t *l2arc_free_on_write;             /* free after write list ptr */
817 static kmutex_t l2arc_free_on_write_mtx;        /* mutex for list */
818 static uint64_t l2arc_ndev;                     /* number of devices */
819
820 typedef struct l2arc_read_callback {
821         arc_buf_hdr_t           *l2rcb_hdr;             /* read header */
822         blkptr_t                l2rcb_bp;               /* original blkptr */
823         zbookmark_phys_t        l2rcb_zb;               /* original bookmark */
824         int                     l2rcb_flags;            /* original flags */
825         abd_t                   *l2rcb_abd;             /* temporary buffer */
826 } l2arc_read_callback_t;
827
828 typedef struct l2arc_data_free {
829         /* protected by l2arc_free_on_write_mtx */
830         abd_t           *l2df_abd;
831         size_t          l2df_size;
832         arc_buf_contents_t l2df_type;
833         list_node_t     l2df_list_node;
834 } l2arc_data_free_t;
835
836 typedef enum arc_fill_flags {
837         ARC_FILL_LOCKED         = 1 << 0, /* hdr lock is held */
838         ARC_FILL_COMPRESSED     = 1 << 1, /* fill with compressed data */
839         ARC_FILL_ENCRYPTED      = 1 << 2, /* fill with encrypted data */
840         ARC_FILL_NOAUTH         = 1 << 3, /* don't attempt to authenticate */
841         ARC_FILL_IN_PLACE       = 1 << 4  /* fill in place (special case) */
842 } arc_fill_flags_t;
843
844 typedef enum arc_ovf_level {
845         ARC_OVF_NONE,                   /* ARC within target size. */
846         ARC_OVF_SOME,                   /* ARC is slightly overflowed. */
847         ARC_OVF_SEVERE                  /* ARC is severely overflowed. */
848 } arc_ovf_level_t;
849
850 static kmutex_t l2arc_feed_thr_lock;
851 static kcondvar_t l2arc_feed_thr_cv;
852 static uint8_t l2arc_thread_exit;
853
854 static kmutex_t l2arc_rebuild_thr_lock;
855 static kcondvar_t l2arc_rebuild_thr_cv;
856
857 enum arc_hdr_alloc_flags {
858         ARC_HDR_ALLOC_RDATA = 0x1,
859         ARC_HDR_USE_RESERVE = 0x4,
860         ARC_HDR_ALLOC_LINEAR = 0x8,
861 };
862
863
864 static abd_t *arc_get_data_abd(arc_buf_hdr_t *, uint64_t, const void *, int);
865 static void *arc_get_data_buf(arc_buf_hdr_t *, uint64_t, const void *);
866 static void arc_get_data_impl(arc_buf_hdr_t *, uint64_t, const void *, int);
867 static void arc_free_data_abd(arc_buf_hdr_t *, abd_t *, uint64_t, const void *);
868 static void arc_free_data_buf(arc_buf_hdr_t *, void *, uint64_t, const void *);
869 static void arc_free_data_impl(arc_buf_hdr_t *hdr, uint64_t size,
870     const void *tag);
871 static void arc_hdr_free_abd(arc_buf_hdr_t *, boolean_t);
872 static void arc_hdr_alloc_abd(arc_buf_hdr_t *, int);
873 static void arc_hdr_destroy(arc_buf_hdr_t *);
874 static void arc_access(arc_buf_hdr_t *, arc_flags_t, boolean_t);
875 static void arc_buf_watch(arc_buf_t *);
876 static void arc_change_state(arc_state_t *, arc_buf_hdr_t *);
877
878 static arc_buf_contents_t arc_buf_type(arc_buf_hdr_t *);
879 static uint32_t arc_bufc_to_flags(arc_buf_contents_t);
880 static inline void arc_hdr_set_flags(arc_buf_hdr_t *hdr, arc_flags_t flags);
881 static inline void arc_hdr_clear_flags(arc_buf_hdr_t *hdr, arc_flags_t flags);
882
883 static boolean_t l2arc_write_eligible(uint64_t, arc_buf_hdr_t *);
884 static void l2arc_read_done(zio_t *);
885 static void l2arc_do_free_on_write(void);
886 static void l2arc_hdr_arcstats_update(arc_buf_hdr_t *hdr, boolean_t incr,
887     boolean_t state_only);
888
889 #define l2arc_hdr_arcstats_increment(hdr) \
890         l2arc_hdr_arcstats_update((hdr), B_TRUE, B_FALSE)
891 #define l2arc_hdr_arcstats_decrement(hdr) \
892         l2arc_hdr_arcstats_update((hdr), B_FALSE, B_FALSE)
893 #define l2arc_hdr_arcstats_increment_state(hdr) \
894         l2arc_hdr_arcstats_update((hdr), B_TRUE, B_TRUE)
895 #define l2arc_hdr_arcstats_decrement_state(hdr) \
896         l2arc_hdr_arcstats_update((hdr), B_FALSE, B_TRUE)
897
898 /*
899  * l2arc_exclude_special : A zfs module parameter that controls whether buffers
900  *              present on special vdevs are eligibile for caching in L2ARC. If
901  *              set to 1, exclude dbufs on special vdevs from being cached to
902  *              L2ARC.
903  */
904 int l2arc_exclude_special = 0;
905
906 /*
907  * l2arc_mfuonly : A ZFS module parameter that controls whether only MFU
908  *              metadata and data are cached from ARC into L2ARC.
909  */
910 static int l2arc_mfuonly = 0;
911
912 /*
913  * L2ARC TRIM
914  * l2arc_trim_ahead : A ZFS module parameter that controls how much ahead of
915  *              the current write size (l2arc_write_max) we should TRIM if we
916  *              have filled the device. It is defined as a percentage of the
917  *              write size. If set to 100 we trim twice the space required to
918  *              accommodate upcoming writes. A minimum of 64MB will be trimmed.
919  *              It also enables TRIM of the whole L2ARC device upon creation or
920  *              addition to an existing pool or if the header of the device is
921  *              invalid upon importing a pool or onlining a cache device. The
922  *              default is 0, which disables TRIM on L2ARC altogether as it can
923  *              put significant stress on the underlying storage devices. This
924  *              will vary depending of how well the specific device handles
925  *              these commands.
926  */
927 static uint64_t l2arc_trim_ahead = 0;
928
929 /*
930  * Performance tuning of L2ARC persistence:
931  *
932  * l2arc_rebuild_enabled : A ZFS module parameter that controls whether adding
933  *              an L2ARC device (either at pool import or later) will attempt
934  *              to rebuild L2ARC buffer contents.
935  * l2arc_rebuild_blocks_min_l2size : A ZFS module parameter that controls
936  *              whether log blocks are written to the L2ARC device. If the L2ARC
937  *              device is less than 1GB, the amount of data l2arc_evict()
938  *              evicts is significant compared to the amount of restored L2ARC
939  *              data. In this case do not write log blocks in L2ARC in order
940  *              not to waste space.
941  */
942 static int l2arc_rebuild_enabled = B_TRUE;
943 static uint64_t l2arc_rebuild_blocks_min_l2size = 1024 * 1024 * 1024;
944
945 /* L2ARC persistence rebuild control routines. */
946 void l2arc_rebuild_vdev(vdev_t *vd, boolean_t reopen);
947 static __attribute__((noreturn)) void l2arc_dev_rebuild_thread(void *arg);
948 static int l2arc_rebuild(l2arc_dev_t *dev);
949
950 /* L2ARC persistence read I/O routines. */
951 static int l2arc_dev_hdr_read(l2arc_dev_t *dev);
952 static int l2arc_log_blk_read(l2arc_dev_t *dev,
953     const l2arc_log_blkptr_t *this_lp, const l2arc_log_blkptr_t *next_lp,
954     l2arc_log_blk_phys_t *this_lb, l2arc_log_blk_phys_t *next_lb,
955     zio_t *this_io, zio_t **next_io);
956 static zio_t *l2arc_log_blk_fetch(vdev_t *vd,
957     const l2arc_log_blkptr_t *lp, l2arc_log_blk_phys_t *lb);
958 static void l2arc_log_blk_fetch_abort(zio_t *zio);
959
960 /* L2ARC persistence block restoration routines. */
961 static void l2arc_log_blk_restore(l2arc_dev_t *dev,
962     const l2arc_log_blk_phys_t *lb, uint64_t lb_asize);
963 static void l2arc_hdr_restore(const l2arc_log_ent_phys_t *le,
964     l2arc_dev_t *dev);
965
966 /* L2ARC persistence write I/O routines. */
967 static uint64_t l2arc_log_blk_commit(l2arc_dev_t *dev, zio_t *pio,
968     l2arc_write_callback_t *cb);
969
970 /* L2ARC persistence auxiliary routines. */
971 boolean_t l2arc_log_blkptr_valid(l2arc_dev_t *dev,
972     const l2arc_log_blkptr_t *lbp);
973 static boolean_t l2arc_log_blk_insert(l2arc_dev_t *dev,
974     const arc_buf_hdr_t *ab);
975 boolean_t l2arc_range_check_overlap(uint64_t bottom,
976     uint64_t top, uint64_t check);
977 static void l2arc_blk_fetch_done(zio_t *zio);
978 static inline uint64_t
979     l2arc_log_blk_overhead(uint64_t write_sz, l2arc_dev_t *dev);
980
981 /*
982  * We use Cityhash for this. It's fast, and has good hash properties without
983  * requiring any large static buffers.
984  */
985 static uint64_t
986 buf_hash(uint64_t spa, const dva_t *dva, uint64_t birth)
987 {
988         return (cityhash4(spa, dva->dva_word[0], dva->dva_word[1], birth));
989 }
990
991 #define HDR_EMPTY(hdr)                                          \
992         ((hdr)->b_dva.dva_word[0] == 0 &&                       \
993         (hdr)->b_dva.dva_word[1] == 0)
994
995 #define HDR_EMPTY_OR_LOCKED(hdr)                                \
996         (HDR_EMPTY(hdr) || MUTEX_HELD(HDR_LOCK(hdr)))
997
998 #define HDR_EQUAL(spa, dva, birth, hdr)                         \
999         ((hdr)->b_dva.dva_word[0] == (dva)->dva_word[0]) &&     \
1000         ((hdr)->b_dva.dva_word[1] == (dva)->dva_word[1]) &&     \
1001         ((hdr)->b_birth == birth) && ((hdr)->b_spa == spa)
1002
1003 static void
1004 buf_discard_identity(arc_buf_hdr_t *hdr)
1005 {
1006         hdr->b_dva.dva_word[0] = 0;
1007         hdr->b_dva.dva_word[1] = 0;
1008         hdr->b_birth = 0;
1009 }
1010
1011 static arc_buf_hdr_t *
1012 buf_hash_find(uint64_t spa, const blkptr_t *bp, kmutex_t **lockp)
1013 {
1014         const dva_t *dva = BP_IDENTITY(bp);
1015         uint64_t birth = BP_PHYSICAL_BIRTH(bp);
1016         uint64_t idx = BUF_HASH_INDEX(spa, dva, birth);
1017         kmutex_t *hash_lock = BUF_HASH_LOCK(idx);
1018         arc_buf_hdr_t *hdr;
1019
1020         mutex_enter(hash_lock);
1021         for (hdr = buf_hash_table.ht_table[idx]; hdr != NULL;
1022             hdr = hdr->b_hash_next) {
1023                 if (HDR_EQUAL(spa, dva, birth, hdr)) {
1024                         *lockp = hash_lock;
1025                         return (hdr);
1026                 }
1027         }
1028         mutex_exit(hash_lock);
1029         *lockp = NULL;
1030         return (NULL);
1031 }
1032
1033 /*
1034  * Insert an entry into the hash table.  If there is already an element
1035  * equal to elem in the hash table, then the already existing element
1036  * will be returned and the new element will not be inserted.
1037  * Otherwise returns NULL.
1038  * If lockp == NULL, the caller is assumed to already hold the hash lock.
1039  */
1040 static arc_buf_hdr_t *
1041 buf_hash_insert(arc_buf_hdr_t *hdr, kmutex_t **lockp)
1042 {
1043         uint64_t idx = BUF_HASH_INDEX(hdr->b_spa, &hdr->b_dva, hdr->b_birth);
1044         kmutex_t *hash_lock = BUF_HASH_LOCK(idx);
1045         arc_buf_hdr_t *fhdr;
1046         uint32_t i;
1047
1048         ASSERT(!DVA_IS_EMPTY(&hdr->b_dva));
1049         ASSERT(hdr->b_birth != 0);
1050         ASSERT(!HDR_IN_HASH_TABLE(hdr));
1051
1052         if (lockp != NULL) {
1053                 *lockp = hash_lock;
1054                 mutex_enter(hash_lock);
1055         } else {
1056                 ASSERT(MUTEX_HELD(hash_lock));
1057         }
1058
1059         for (fhdr = buf_hash_table.ht_table[idx], i = 0; fhdr != NULL;
1060             fhdr = fhdr->b_hash_next, i++) {
1061                 if (HDR_EQUAL(hdr->b_spa, &hdr->b_dva, hdr->b_birth, fhdr))
1062                         return (fhdr);
1063         }
1064
1065         hdr->b_hash_next = buf_hash_table.ht_table[idx];
1066         buf_hash_table.ht_table[idx] = hdr;
1067         arc_hdr_set_flags(hdr, ARC_FLAG_IN_HASH_TABLE);
1068
1069         /* collect some hash table performance data */
1070         if (i > 0) {
1071                 ARCSTAT_BUMP(arcstat_hash_collisions);
1072                 if (i == 1)
1073                         ARCSTAT_BUMP(arcstat_hash_chains);
1074
1075                 ARCSTAT_MAX(arcstat_hash_chain_max, i);
1076         }
1077         uint64_t he = atomic_inc_64_nv(
1078             &arc_stats.arcstat_hash_elements.value.ui64);
1079         ARCSTAT_MAX(arcstat_hash_elements_max, he);
1080
1081         return (NULL);
1082 }
1083
1084 static void
1085 buf_hash_remove(arc_buf_hdr_t *hdr)
1086 {
1087         arc_buf_hdr_t *fhdr, **hdrp;
1088         uint64_t idx = BUF_HASH_INDEX(hdr->b_spa, &hdr->b_dva, hdr->b_birth);
1089
1090         ASSERT(MUTEX_HELD(BUF_HASH_LOCK(idx)));
1091         ASSERT(HDR_IN_HASH_TABLE(hdr));
1092
1093         hdrp = &buf_hash_table.ht_table[idx];
1094         while ((fhdr = *hdrp) != hdr) {
1095                 ASSERT3P(fhdr, !=, NULL);
1096                 hdrp = &fhdr->b_hash_next;
1097         }
1098         *hdrp = hdr->b_hash_next;
1099         hdr->b_hash_next = NULL;
1100         arc_hdr_clear_flags(hdr, ARC_FLAG_IN_HASH_TABLE);
1101
1102         /* collect some hash table performance data */
1103         atomic_dec_64(&arc_stats.arcstat_hash_elements.value.ui64);
1104
1105         if (buf_hash_table.ht_table[idx] &&
1106             buf_hash_table.ht_table[idx]->b_hash_next == NULL)
1107                 ARCSTAT_BUMPDOWN(arcstat_hash_chains);
1108 }
1109
1110 /*
1111  * Global data structures and functions for the buf kmem cache.
1112  */
1113
1114 static kmem_cache_t *hdr_full_cache;
1115 static kmem_cache_t *hdr_l2only_cache;
1116 static kmem_cache_t *buf_cache;
1117
1118 static void
1119 buf_fini(void)
1120 {
1121 #if defined(_KERNEL)
1122         /*
1123          * Large allocations which do not require contiguous pages
1124          * should be using vmem_free() in the linux kernel\
1125          */
1126         vmem_free(buf_hash_table.ht_table,
1127             (buf_hash_table.ht_mask + 1) * sizeof (void *));
1128 #else
1129         kmem_free(buf_hash_table.ht_table,
1130             (buf_hash_table.ht_mask + 1) * sizeof (void *));
1131 #endif
1132         for (int i = 0; i < BUF_LOCKS; i++)
1133                 mutex_destroy(BUF_HASH_LOCK(i));
1134         kmem_cache_destroy(hdr_full_cache);
1135         kmem_cache_destroy(hdr_l2only_cache);
1136         kmem_cache_destroy(buf_cache);
1137 }
1138
1139 /*
1140  * Constructor callback - called when the cache is empty
1141  * and a new buf is requested.
1142  */
1143 static int
1144 hdr_full_cons(void *vbuf, void *unused, int kmflag)
1145 {
1146         (void) unused, (void) kmflag;
1147         arc_buf_hdr_t *hdr = vbuf;
1148
1149         memset(hdr, 0, HDR_FULL_SIZE);
1150         hdr->b_l1hdr.b_byteswap = DMU_BSWAP_NUMFUNCS;
1151         zfs_refcount_create(&hdr->b_l1hdr.b_refcnt);
1152 #ifdef ZFS_DEBUG
1153         mutex_init(&hdr->b_l1hdr.b_freeze_lock, NULL, MUTEX_DEFAULT, NULL);
1154 #endif
1155         multilist_link_init(&hdr->b_l1hdr.b_arc_node);
1156         list_link_init(&hdr->b_l2hdr.b_l2node);
1157         arc_space_consume(HDR_FULL_SIZE, ARC_SPACE_HDRS);
1158
1159         return (0);
1160 }
1161
1162 static int
1163 hdr_l2only_cons(void *vbuf, void *unused, int kmflag)
1164 {
1165         (void) unused, (void) kmflag;
1166         arc_buf_hdr_t *hdr = vbuf;
1167
1168         memset(hdr, 0, HDR_L2ONLY_SIZE);
1169         arc_space_consume(HDR_L2ONLY_SIZE, ARC_SPACE_L2HDRS);
1170
1171         return (0);
1172 }
1173
1174 static int
1175 buf_cons(void *vbuf, void *unused, int kmflag)
1176 {
1177         (void) unused, (void) kmflag;
1178         arc_buf_t *buf = vbuf;
1179
1180         memset(buf, 0, sizeof (arc_buf_t));
1181         arc_space_consume(sizeof (arc_buf_t), ARC_SPACE_HDRS);
1182
1183         return (0);
1184 }
1185
1186 /*
1187  * Destructor callback - called when a cached buf is
1188  * no longer required.
1189  */
1190 static void
1191 hdr_full_dest(void *vbuf, void *unused)
1192 {
1193         (void) unused;
1194         arc_buf_hdr_t *hdr = vbuf;
1195
1196         ASSERT(HDR_EMPTY(hdr));
1197         zfs_refcount_destroy(&hdr->b_l1hdr.b_refcnt);
1198 #ifdef ZFS_DEBUG
1199         mutex_destroy(&hdr->b_l1hdr.b_freeze_lock);
1200 #endif
1201         ASSERT(!multilist_link_active(&hdr->b_l1hdr.b_arc_node));
1202         arc_space_return(HDR_FULL_SIZE, ARC_SPACE_HDRS);
1203 }
1204
1205 static void
1206 hdr_l2only_dest(void *vbuf, void *unused)
1207 {
1208         (void) unused;
1209         arc_buf_hdr_t *hdr = vbuf;
1210
1211         ASSERT(HDR_EMPTY(hdr));
1212         arc_space_return(HDR_L2ONLY_SIZE, ARC_SPACE_L2HDRS);
1213 }
1214
1215 static void
1216 buf_dest(void *vbuf, void *unused)
1217 {
1218         (void) unused;
1219         (void) vbuf;
1220
1221         arc_space_return(sizeof (arc_buf_t), ARC_SPACE_HDRS);
1222 }
1223
1224 static void
1225 buf_init(void)
1226 {
1227         uint64_t *ct = NULL;
1228         uint64_t hsize = 1ULL << 12;
1229         int i, j;
1230
1231         /*
1232          * The hash table is big enough to fill all of physical memory
1233          * with an average block size of zfs_arc_average_blocksize (default 8K).
1234          * By default, the table will take up
1235          * totalmem * sizeof(void*) / 8K (1MB per GB with 8-byte pointers).
1236          */
1237         while (hsize * zfs_arc_average_blocksize < arc_all_memory())
1238                 hsize <<= 1;
1239 retry:
1240         buf_hash_table.ht_mask = hsize - 1;
1241 #if defined(_KERNEL)
1242         /*
1243          * Large allocations which do not require contiguous pages
1244          * should be using vmem_alloc() in the linux kernel
1245          */
1246         buf_hash_table.ht_table =
1247             vmem_zalloc(hsize * sizeof (void*), KM_SLEEP);
1248 #else
1249         buf_hash_table.ht_table =
1250             kmem_zalloc(hsize * sizeof (void*), KM_NOSLEEP);
1251 #endif
1252         if (buf_hash_table.ht_table == NULL) {
1253                 ASSERT(hsize > (1ULL << 8));
1254                 hsize >>= 1;
1255                 goto retry;
1256         }
1257
1258         hdr_full_cache = kmem_cache_create("arc_buf_hdr_t_full", HDR_FULL_SIZE,
1259             0, hdr_full_cons, hdr_full_dest, NULL, NULL, NULL, 0);
1260         hdr_l2only_cache = kmem_cache_create("arc_buf_hdr_t_l2only",
1261             HDR_L2ONLY_SIZE, 0, hdr_l2only_cons, hdr_l2only_dest, NULL,
1262             NULL, NULL, 0);
1263         buf_cache = kmem_cache_create("arc_buf_t", sizeof (arc_buf_t),
1264             0, buf_cons, buf_dest, NULL, NULL, NULL, 0);
1265
1266         for (i = 0; i < 256; i++)
1267                 for (ct = zfs_crc64_table + i, *ct = i, j = 8; j > 0; j--)
1268                         *ct = (*ct >> 1) ^ (-(*ct & 1) & ZFS_CRC64_POLY);
1269
1270         for (i = 0; i < BUF_LOCKS; i++)
1271                 mutex_init(BUF_HASH_LOCK(i), NULL, MUTEX_DEFAULT, NULL);
1272 }
1273
1274 #define ARC_MINTIME     (hz>>4) /* 62 ms */
1275
1276 /*
1277  * This is the size that the buf occupies in memory. If the buf is compressed,
1278  * it will correspond to the compressed size. You should use this method of
1279  * getting the buf size unless you explicitly need the logical size.
1280  */
1281 uint64_t
1282 arc_buf_size(arc_buf_t *buf)
1283 {
1284         return (ARC_BUF_COMPRESSED(buf) ?
1285             HDR_GET_PSIZE(buf->b_hdr) : HDR_GET_LSIZE(buf->b_hdr));
1286 }
1287
1288 uint64_t
1289 arc_buf_lsize(arc_buf_t *buf)
1290 {
1291         return (HDR_GET_LSIZE(buf->b_hdr));
1292 }
1293
1294 /*
1295  * This function will return B_TRUE if the buffer is encrypted in memory.
1296  * This buffer can be decrypted by calling arc_untransform().
1297  */
1298 boolean_t
1299 arc_is_encrypted(arc_buf_t *buf)
1300 {
1301         return (ARC_BUF_ENCRYPTED(buf) != 0);
1302 }
1303
1304 /*
1305  * Returns B_TRUE if the buffer represents data that has not had its MAC
1306  * verified yet.
1307  */
1308 boolean_t
1309 arc_is_unauthenticated(arc_buf_t *buf)
1310 {
1311         return (HDR_NOAUTH(buf->b_hdr) != 0);
1312 }
1313
1314 void
1315 arc_get_raw_params(arc_buf_t *buf, boolean_t *byteorder, uint8_t *salt,
1316     uint8_t *iv, uint8_t *mac)
1317 {
1318         arc_buf_hdr_t *hdr = buf->b_hdr;
1319
1320         ASSERT(HDR_PROTECTED(hdr));
1321
1322         memcpy(salt, hdr->b_crypt_hdr.b_salt, ZIO_DATA_SALT_LEN);
1323         memcpy(iv, hdr->b_crypt_hdr.b_iv, ZIO_DATA_IV_LEN);
1324         memcpy(mac, hdr->b_crypt_hdr.b_mac, ZIO_DATA_MAC_LEN);
1325         *byteorder = (hdr->b_l1hdr.b_byteswap == DMU_BSWAP_NUMFUNCS) ?
1326             ZFS_HOST_BYTEORDER : !ZFS_HOST_BYTEORDER;
1327 }
1328
1329 /*
1330  * Indicates how this buffer is compressed in memory. If it is not compressed
1331  * the value will be ZIO_COMPRESS_OFF. It can be made normally readable with
1332  * arc_untransform() as long as it is also unencrypted.
1333  */
1334 enum zio_compress
1335 arc_get_compression(arc_buf_t *buf)
1336 {
1337         return (ARC_BUF_COMPRESSED(buf) ?
1338             HDR_GET_COMPRESS(buf->b_hdr) : ZIO_COMPRESS_OFF);
1339 }
1340
1341 /*
1342  * Return the compression algorithm used to store this data in the ARC. If ARC
1343  * compression is enabled or this is an encrypted block, this will be the same
1344  * as what's used to store it on-disk. Otherwise, this will be ZIO_COMPRESS_OFF.
1345  */
1346 static inline enum zio_compress
1347 arc_hdr_get_compress(arc_buf_hdr_t *hdr)
1348 {
1349         return (HDR_COMPRESSION_ENABLED(hdr) ?
1350             HDR_GET_COMPRESS(hdr) : ZIO_COMPRESS_OFF);
1351 }
1352
1353 uint8_t
1354 arc_get_complevel(arc_buf_t *buf)
1355 {
1356         return (buf->b_hdr->b_complevel);
1357 }
1358
1359 static inline boolean_t
1360 arc_buf_is_shared(arc_buf_t *buf)
1361 {
1362         boolean_t shared = (buf->b_data != NULL &&
1363             buf->b_hdr->b_l1hdr.b_pabd != NULL &&
1364             abd_is_linear(buf->b_hdr->b_l1hdr.b_pabd) &&
1365             buf->b_data == abd_to_buf(buf->b_hdr->b_l1hdr.b_pabd));
1366         IMPLY(shared, HDR_SHARED_DATA(buf->b_hdr));
1367         IMPLY(shared, ARC_BUF_SHARED(buf));
1368         IMPLY(shared, ARC_BUF_COMPRESSED(buf) || ARC_BUF_LAST(buf));
1369
1370         /*
1371          * It would be nice to assert arc_can_share() too, but the "hdr isn't
1372          * already being shared" requirement prevents us from doing that.
1373          */
1374
1375         return (shared);
1376 }
1377
1378 /*
1379  * Free the checksum associated with this header. If there is no checksum, this
1380  * is a no-op.
1381  */
1382 static inline void
1383 arc_cksum_free(arc_buf_hdr_t *hdr)
1384 {
1385 #ifdef ZFS_DEBUG
1386         ASSERT(HDR_HAS_L1HDR(hdr));
1387
1388         mutex_enter(&hdr->b_l1hdr.b_freeze_lock);
1389         if (hdr->b_l1hdr.b_freeze_cksum != NULL) {
1390                 kmem_free(hdr->b_l1hdr.b_freeze_cksum, sizeof (zio_cksum_t));
1391                 hdr->b_l1hdr.b_freeze_cksum = NULL;
1392         }
1393         mutex_exit(&hdr->b_l1hdr.b_freeze_lock);
1394 #endif
1395 }
1396
1397 /*
1398  * Return true iff at least one of the bufs on hdr is not compressed.
1399  * Encrypted buffers count as compressed.
1400  */
1401 static boolean_t
1402 arc_hdr_has_uncompressed_buf(arc_buf_hdr_t *hdr)
1403 {
1404         ASSERT(hdr->b_l1hdr.b_state == arc_anon || HDR_EMPTY_OR_LOCKED(hdr));
1405
1406         for (arc_buf_t *b = hdr->b_l1hdr.b_buf; b != NULL; b = b->b_next) {
1407                 if (!ARC_BUF_COMPRESSED(b)) {
1408                         return (B_TRUE);
1409                 }
1410         }
1411         return (B_FALSE);
1412 }
1413
1414
1415 /*
1416  * If we've turned on the ZFS_DEBUG_MODIFY flag, verify that the buf's data
1417  * matches the checksum that is stored in the hdr. If there is no checksum,
1418  * or if the buf is compressed, this is a no-op.
1419  */
1420 static void
1421 arc_cksum_verify(arc_buf_t *buf)
1422 {
1423 #ifdef ZFS_DEBUG
1424         arc_buf_hdr_t *hdr = buf->b_hdr;
1425         zio_cksum_t zc;
1426
1427         if (!(zfs_flags & ZFS_DEBUG_MODIFY))
1428                 return;
1429
1430         if (ARC_BUF_COMPRESSED(buf))
1431                 return;
1432
1433         ASSERT(HDR_HAS_L1HDR(hdr));
1434
1435         mutex_enter(&hdr->b_l1hdr.b_freeze_lock);
1436
1437         if (hdr->b_l1hdr.b_freeze_cksum == NULL || HDR_IO_ERROR(hdr)) {
1438                 mutex_exit(&hdr->b_l1hdr.b_freeze_lock);
1439                 return;
1440         }
1441
1442         fletcher_2_native(buf->b_data, arc_buf_size(buf), NULL, &zc);
1443         if (!ZIO_CHECKSUM_EQUAL(*hdr->b_l1hdr.b_freeze_cksum, zc))
1444                 panic("buffer modified while frozen!");
1445         mutex_exit(&hdr->b_l1hdr.b_freeze_lock);
1446 #endif
1447 }
1448
1449 /*
1450  * This function makes the assumption that data stored in the L2ARC
1451  * will be transformed exactly as it is in the main pool. Because of
1452  * this we can verify the checksum against the reading process's bp.
1453  */
1454 static boolean_t
1455 arc_cksum_is_equal(arc_buf_hdr_t *hdr, zio_t *zio)
1456 {
1457         ASSERT(!BP_IS_EMBEDDED(zio->io_bp));
1458         VERIFY3U(BP_GET_PSIZE(zio->io_bp), ==, HDR_GET_PSIZE(hdr));
1459
1460         /*
1461          * Block pointers always store the checksum for the logical data.
1462          * If the block pointer has the gang bit set, then the checksum
1463          * it represents is for the reconstituted data and not for an
1464          * individual gang member. The zio pipeline, however, must be able to
1465          * determine the checksum of each of the gang constituents so it
1466          * treats the checksum comparison differently than what we need
1467          * for l2arc blocks. This prevents us from using the
1468          * zio_checksum_error() interface directly. Instead we must call the
1469          * zio_checksum_error_impl() so that we can ensure the checksum is
1470          * generated using the correct checksum algorithm and accounts for the
1471          * logical I/O size and not just a gang fragment.
1472          */
1473         return (zio_checksum_error_impl(zio->io_spa, zio->io_bp,
1474             BP_GET_CHECKSUM(zio->io_bp), zio->io_abd, zio->io_size,
1475             zio->io_offset, NULL) == 0);
1476 }
1477
1478 /*
1479  * Given a buf full of data, if ZFS_DEBUG_MODIFY is enabled this computes a
1480  * checksum and attaches it to the buf's hdr so that we can ensure that the buf
1481  * isn't modified later on. If buf is compressed or there is already a checksum
1482  * on the hdr, this is a no-op (we only checksum uncompressed bufs).
1483  */
1484 static void
1485 arc_cksum_compute(arc_buf_t *buf)
1486 {
1487         if (!(zfs_flags & ZFS_DEBUG_MODIFY))
1488                 return;
1489
1490 #ifdef ZFS_DEBUG
1491         arc_buf_hdr_t *hdr = buf->b_hdr;
1492         ASSERT(HDR_HAS_L1HDR(hdr));
1493         mutex_enter(&hdr->b_l1hdr.b_freeze_lock);
1494         if (hdr->b_l1hdr.b_freeze_cksum != NULL || ARC_BUF_COMPRESSED(buf)) {
1495                 mutex_exit(&hdr->b_l1hdr.b_freeze_lock);
1496                 return;
1497         }
1498
1499         ASSERT(!ARC_BUF_ENCRYPTED(buf));
1500         ASSERT(!ARC_BUF_COMPRESSED(buf));
1501         hdr->b_l1hdr.b_freeze_cksum = kmem_alloc(sizeof (zio_cksum_t),
1502             KM_SLEEP);
1503         fletcher_2_native(buf->b_data, arc_buf_size(buf), NULL,
1504             hdr->b_l1hdr.b_freeze_cksum);
1505         mutex_exit(&hdr->b_l1hdr.b_freeze_lock);
1506 #endif
1507         arc_buf_watch(buf);
1508 }
1509
1510 #ifndef _KERNEL
1511 void
1512 arc_buf_sigsegv(int sig, siginfo_t *si, void *unused)
1513 {
1514         (void) sig, (void) unused;
1515         panic("Got SIGSEGV at address: 0x%lx\n", (long)si->si_addr);
1516 }
1517 #endif
1518
1519 static void
1520 arc_buf_unwatch(arc_buf_t *buf)
1521 {
1522 #ifndef _KERNEL
1523         if (arc_watch) {
1524                 ASSERT0(mprotect(buf->b_data, arc_buf_size(buf),
1525                     PROT_READ | PROT_WRITE));
1526         }
1527 #else
1528         (void) buf;
1529 #endif
1530 }
1531
1532 static void
1533 arc_buf_watch(arc_buf_t *buf)
1534 {
1535 #ifndef _KERNEL
1536         if (arc_watch)
1537                 ASSERT0(mprotect(buf->b_data, arc_buf_size(buf),
1538                     PROT_READ));
1539 #else
1540         (void) buf;
1541 #endif
1542 }
1543
1544 static arc_buf_contents_t
1545 arc_buf_type(arc_buf_hdr_t *hdr)
1546 {
1547         arc_buf_contents_t type;
1548         if (HDR_ISTYPE_METADATA(hdr)) {
1549                 type = ARC_BUFC_METADATA;
1550         } else {
1551                 type = ARC_BUFC_DATA;
1552         }
1553         VERIFY3U(hdr->b_type, ==, type);
1554         return (type);
1555 }
1556
1557 boolean_t
1558 arc_is_metadata(arc_buf_t *buf)
1559 {
1560         return (HDR_ISTYPE_METADATA(buf->b_hdr) != 0);
1561 }
1562
1563 static uint32_t
1564 arc_bufc_to_flags(arc_buf_contents_t type)
1565 {
1566         switch (type) {
1567         case ARC_BUFC_DATA:
1568                 /* metadata field is 0 if buffer contains normal data */
1569                 return (0);
1570         case ARC_BUFC_METADATA:
1571                 return (ARC_FLAG_BUFC_METADATA);
1572         default:
1573                 break;
1574         }
1575         panic("undefined ARC buffer type!");
1576         return ((uint32_t)-1);
1577 }
1578
1579 void
1580 arc_buf_thaw(arc_buf_t *buf)
1581 {
1582         arc_buf_hdr_t *hdr = buf->b_hdr;
1583
1584         ASSERT3P(hdr->b_l1hdr.b_state, ==, arc_anon);
1585         ASSERT(!HDR_IO_IN_PROGRESS(hdr));
1586
1587         arc_cksum_verify(buf);
1588
1589         /*
1590          * Compressed buffers do not manipulate the b_freeze_cksum.
1591          */
1592         if (ARC_BUF_COMPRESSED(buf))
1593                 return;
1594
1595         ASSERT(HDR_HAS_L1HDR(hdr));
1596         arc_cksum_free(hdr);
1597         arc_buf_unwatch(buf);
1598 }
1599
1600 void
1601 arc_buf_freeze(arc_buf_t *buf)
1602 {
1603         if (!(zfs_flags & ZFS_DEBUG_MODIFY))
1604                 return;
1605
1606         if (ARC_BUF_COMPRESSED(buf))
1607                 return;
1608
1609         ASSERT(HDR_HAS_L1HDR(buf->b_hdr));
1610         arc_cksum_compute(buf);
1611 }
1612
1613 /*
1614  * The arc_buf_hdr_t's b_flags should never be modified directly. Instead,
1615  * the following functions should be used to ensure that the flags are
1616  * updated in a thread-safe way. When manipulating the flags either
1617  * the hash_lock must be held or the hdr must be undiscoverable. This
1618  * ensures that we're not racing with any other threads when updating
1619  * the flags.
1620  */
1621 static inline void
1622 arc_hdr_set_flags(arc_buf_hdr_t *hdr, arc_flags_t flags)
1623 {
1624         ASSERT(HDR_EMPTY_OR_LOCKED(hdr));
1625         hdr->b_flags |= flags;
1626 }
1627
1628 static inline void
1629 arc_hdr_clear_flags(arc_buf_hdr_t *hdr, arc_flags_t flags)
1630 {
1631         ASSERT(HDR_EMPTY_OR_LOCKED(hdr));
1632         hdr->b_flags &= ~flags;
1633 }
1634
1635 /*
1636  * Setting the compression bits in the arc_buf_hdr_t's b_flags is
1637  * done in a special way since we have to clear and set bits
1638  * at the same time. Consumers that wish to set the compression bits
1639  * must use this function to ensure that the flags are updated in
1640  * thread-safe manner.
1641  */
1642 static void
1643 arc_hdr_set_compress(arc_buf_hdr_t *hdr, enum zio_compress cmp)
1644 {
1645         ASSERT(HDR_EMPTY_OR_LOCKED(hdr));
1646
1647         /*
1648          * Holes and embedded blocks will always have a psize = 0 so
1649          * we ignore the compression of the blkptr and set the
1650          * want to uncompress them. Mark them as uncompressed.
1651          */
1652         if (!zfs_compressed_arc_enabled || HDR_GET_PSIZE(hdr) == 0) {
1653                 arc_hdr_clear_flags(hdr, ARC_FLAG_COMPRESSED_ARC);
1654                 ASSERT(!HDR_COMPRESSION_ENABLED(hdr));
1655         } else {
1656                 arc_hdr_set_flags(hdr, ARC_FLAG_COMPRESSED_ARC);
1657                 ASSERT(HDR_COMPRESSION_ENABLED(hdr));
1658         }
1659
1660         HDR_SET_COMPRESS(hdr, cmp);
1661         ASSERT3U(HDR_GET_COMPRESS(hdr), ==, cmp);
1662 }
1663
1664 /*
1665  * Looks for another buf on the same hdr which has the data decompressed, copies
1666  * from it, and returns true. If no such buf exists, returns false.
1667  */
1668 static boolean_t
1669 arc_buf_try_copy_decompressed_data(arc_buf_t *buf)
1670 {
1671         arc_buf_hdr_t *hdr = buf->b_hdr;
1672         boolean_t copied = B_FALSE;
1673
1674         ASSERT(HDR_HAS_L1HDR(hdr));
1675         ASSERT3P(buf->b_data, !=, NULL);
1676         ASSERT(!ARC_BUF_COMPRESSED(buf));
1677
1678         for (arc_buf_t *from = hdr->b_l1hdr.b_buf; from != NULL;
1679             from = from->b_next) {
1680                 /* can't use our own data buffer */
1681                 if (from == buf) {
1682                         continue;
1683                 }
1684
1685                 if (!ARC_BUF_COMPRESSED(from)) {
1686                         memcpy(buf->b_data, from->b_data, arc_buf_size(buf));
1687                         copied = B_TRUE;
1688                         break;
1689                 }
1690         }
1691
1692 #ifdef ZFS_DEBUG
1693         /*
1694          * There were no decompressed bufs, so there should not be a
1695          * checksum on the hdr either.
1696          */
1697         if (zfs_flags & ZFS_DEBUG_MODIFY)
1698                 EQUIV(!copied, hdr->b_l1hdr.b_freeze_cksum == NULL);
1699 #endif
1700
1701         return (copied);
1702 }
1703
1704 /*
1705  * Allocates an ARC buf header that's in an evicted & L2-cached state.
1706  * This is used during l2arc reconstruction to make empty ARC buffers
1707  * which circumvent the regular disk->arc->l2arc path and instead come
1708  * into being in the reverse order, i.e. l2arc->arc.
1709  */
1710 static arc_buf_hdr_t *
1711 arc_buf_alloc_l2only(size_t size, arc_buf_contents_t type, l2arc_dev_t *dev,
1712     dva_t dva, uint64_t daddr, int32_t psize, uint64_t birth,
1713     enum zio_compress compress, uint8_t complevel, boolean_t protected,
1714     boolean_t prefetch, arc_state_type_t arcs_state)
1715 {
1716         arc_buf_hdr_t   *hdr;
1717
1718         ASSERT(size != 0);
1719         hdr = kmem_cache_alloc(hdr_l2only_cache, KM_SLEEP);
1720         hdr->b_birth = birth;
1721         hdr->b_type = type;
1722         hdr->b_flags = 0;
1723         arc_hdr_set_flags(hdr, arc_bufc_to_flags(type) | ARC_FLAG_HAS_L2HDR);
1724         HDR_SET_LSIZE(hdr, size);
1725         HDR_SET_PSIZE(hdr, psize);
1726         arc_hdr_set_compress(hdr, compress);
1727         hdr->b_complevel = complevel;
1728         if (protected)
1729                 arc_hdr_set_flags(hdr, ARC_FLAG_PROTECTED);
1730         if (prefetch)
1731                 arc_hdr_set_flags(hdr, ARC_FLAG_PREFETCH);
1732         hdr->b_spa = spa_load_guid(dev->l2ad_vdev->vdev_spa);
1733
1734         hdr->b_dva = dva;
1735
1736         hdr->b_l2hdr.b_dev = dev;
1737         hdr->b_l2hdr.b_daddr = daddr;
1738         hdr->b_l2hdr.b_arcs_state = arcs_state;
1739
1740         return (hdr);
1741 }
1742
1743 /*
1744  * Return the size of the block, b_pabd, that is stored in the arc_buf_hdr_t.
1745  */
1746 static uint64_t
1747 arc_hdr_size(arc_buf_hdr_t *hdr)
1748 {
1749         uint64_t size;
1750
1751         if (arc_hdr_get_compress(hdr) != ZIO_COMPRESS_OFF &&
1752             HDR_GET_PSIZE(hdr) > 0) {
1753                 size = HDR_GET_PSIZE(hdr);
1754         } else {
1755                 ASSERT3U(HDR_GET_LSIZE(hdr), !=, 0);
1756                 size = HDR_GET_LSIZE(hdr);
1757         }
1758         return (size);
1759 }
1760
1761 static int
1762 arc_hdr_authenticate(arc_buf_hdr_t *hdr, spa_t *spa, uint64_t dsobj)
1763 {
1764         int ret;
1765         uint64_t csize;
1766         uint64_t lsize = HDR_GET_LSIZE(hdr);
1767         uint64_t psize = HDR_GET_PSIZE(hdr);
1768         void *tmpbuf = NULL;
1769         abd_t *abd = hdr->b_l1hdr.b_pabd;
1770
1771         ASSERT(HDR_EMPTY_OR_LOCKED(hdr));
1772         ASSERT(HDR_AUTHENTICATED(hdr));
1773         ASSERT3P(hdr->b_l1hdr.b_pabd, !=, NULL);
1774
1775         /*
1776          * The MAC is calculated on the compressed data that is stored on disk.
1777          * However, if compressed arc is disabled we will only have the
1778          * decompressed data available to us now. Compress it into a temporary
1779          * abd so we can verify the MAC. The performance overhead of this will
1780          * be relatively low, since most objects in an encrypted objset will
1781          * be encrypted (instead of authenticated) anyway.
1782          */
1783         if (HDR_GET_COMPRESS(hdr) != ZIO_COMPRESS_OFF &&
1784             !HDR_COMPRESSION_ENABLED(hdr)) {
1785
1786                 csize = zio_compress_data(HDR_GET_COMPRESS(hdr),
1787                     hdr->b_l1hdr.b_pabd, &tmpbuf, lsize, hdr->b_complevel);
1788                 ASSERT3P(tmpbuf, !=, NULL);
1789                 ASSERT3U(csize, <=, psize);
1790                 abd = abd_get_from_buf(tmpbuf, lsize);
1791                 abd_take_ownership_of_buf(abd, B_TRUE);
1792                 abd_zero_off(abd, csize, psize - csize);
1793         }
1794
1795         /*
1796          * Authentication is best effort. We authenticate whenever the key is
1797          * available. If we succeed we clear ARC_FLAG_NOAUTH.
1798          */
1799         if (hdr->b_crypt_hdr.b_ot == DMU_OT_OBJSET) {
1800                 ASSERT3U(HDR_GET_COMPRESS(hdr), ==, ZIO_COMPRESS_OFF);
1801                 ASSERT3U(lsize, ==, psize);
1802                 ret = spa_do_crypt_objset_mac_abd(B_FALSE, spa, dsobj, abd,
1803                     psize, hdr->b_l1hdr.b_byteswap != DMU_BSWAP_NUMFUNCS);
1804         } else {
1805                 ret = spa_do_crypt_mac_abd(B_FALSE, spa, dsobj, abd, psize,
1806                     hdr->b_crypt_hdr.b_mac);
1807         }
1808
1809         if (ret == 0)
1810                 arc_hdr_clear_flags(hdr, ARC_FLAG_NOAUTH);
1811         else if (ret != ENOENT)
1812                 goto error;
1813
1814         if (tmpbuf != NULL)
1815                 abd_free(abd);
1816
1817         return (0);
1818
1819 error:
1820         if (tmpbuf != NULL)
1821                 abd_free(abd);
1822
1823         return (ret);
1824 }
1825
1826 /*
1827  * This function will take a header that only has raw encrypted data in
1828  * b_crypt_hdr.b_rabd and decrypt it into a new buffer which is stored in
1829  * b_l1hdr.b_pabd. If designated in the header flags, this function will
1830  * also decompress the data.
1831  */
1832 static int
1833 arc_hdr_decrypt(arc_buf_hdr_t *hdr, spa_t *spa, const zbookmark_phys_t *zb)
1834 {
1835         int ret;
1836         abd_t *cabd = NULL;
1837         void *tmp = NULL;
1838         boolean_t no_crypt = B_FALSE;
1839         boolean_t bswap = (hdr->b_l1hdr.b_byteswap != DMU_BSWAP_NUMFUNCS);
1840
1841         ASSERT(HDR_EMPTY_OR_LOCKED(hdr));
1842         ASSERT(HDR_ENCRYPTED(hdr));
1843
1844         arc_hdr_alloc_abd(hdr, 0);
1845
1846         ret = spa_do_crypt_abd(B_FALSE, spa, zb, hdr->b_crypt_hdr.b_ot,
1847             B_FALSE, bswap, hdr->b_crypt_hdr.b_salt, hdr->b_crypt_hdr.b_iv,
1848             hdr->b_crypt_hdr.b_mac, HDR_GET_PSIZE(hdr), hdr->b_l1hdr.b_pabd,
1849             hdr->b_crypt_hdr.b_rabd, &no_crypt);
1850         if (ret != 0)
1851                 goto error;
1852
1853         if (no_crypt) {
1854                 abd_copy(hdr->b_l1hdr.b_pabd, hdr->b_crypt_hdr.b_rabd,
1855                     HDR_GET_PSIZE(hdr));
1856         }
1857
1858         /*
1859          * If this header has disabled arc compression but the b_pabd is
1860          * compressed after decrypting it, we need to decompress the newly
1861          * decrypted data.
1862          */
1863         if (HDR_GET_COMPRESS(hdr) != ZIO_COMPRESS_OFF &&
1864             !HDR_COMPRESSION_ENABLED(hdr)) {
1865                 /*
1866                  * We want to make sure that we are correctly honoring the
1867                  * zfs_abd_scatter_enabled setting, so we allocate an abd here
1868                  * and then loan a buffer from it, rather than allocating a
1869                  * linear buffer and wrapping it in an abd later.
1870                  */
1871                 cabd = arc_get_data_abd(hdr, arc_hdr_size(hdr), hdr, 0);
1872                 tmp = abd_borrow_buf(cabd, arc_hdr_size(hdr));
1873
1874                 ret = zio_decompress_data(HDR_GET_COMPRESS(hdr),
1875                     hdr->b_l1hdr.b_pabd, tmp, HDR_GET_PSIZE(hdr),
1876                     HDR_GET_LSIZE(hdr), &hdr->b_complevel);
1877                 if (ret != 0) {
1878                         abd_return_buf(cabd, tmp, arc_hdr_size(hdr));
1879                         goto error;
1880                 }
1881
1882                 abd_return_buf_copy(cabd, tmp, arc_hdr_size(hdr));
1883                 arc_free_data_abd(hdr, hdr->b_l1hdr.b_pabd,
1884                     arc_hdr_size(hdr), hdr);
1885                 hdr->b_l1hdr.b_pabd = cabd;
1886         }
1887
1888         return (0);
1889
1890 error:
1891         arc_hdr_free_abd(hdr, B_FALSE);
1892         if (cabd != NULL)
1893                 arc_free_data_buf(hdr, cabd, arc_hdr_size(hdr), hdr);
1894
1895         return (ret);
1896 }
1897
1898 /*
1899  * This function is called during arc_buf_fill() to prepare the header's
1900  * abd plaintext pointer for use. This involves authenticated protected
1901  * data and decrypting encrypted data into the plaintext abd.
1902  */
1903 static int
1904 arc_fill_hdr_crypt(arc_buf_hdr_t *hdr, kmutex_t *hash_lock, spa_t *spa,
1905     const zbookmark_phys_t *zb, boolean_t noauth)
1906 {
1907         int ret;
1908
1909         ASSERT(HDR_PROTECTED(hdr));
1910
1911         if (hash_lock != NULL)
1912                 mutex_enter(hash_lock);
1913
1914         if (HDR_NOAUTH(hdr) && !noauth) {
1915                 /*
1916                  * The caller requested authenticated data but our data has
1917                  * not been authenticated yet. Verify the MAC now if we can.
1918                  */
1919                 ret = arc_hdr_authenticate(hdr, spa, zb->zb_objset);
1920                 if (ret != 0)
1921                         goto error;
1922         } else if (HDR_HAS_RABD(hdr) && hdr->b_l1hdr.b_pabd == NULL) {
1923                 /*
1924                  * If we only have the encrypted version of the data, but the
1925                  * unencrypted version was requested we take this opportunity
1926                  * to store the decrypted version in the header for future use.
1927                  */
1928                 ret = arc_hdr_decrypt(hdr, spa, zb);
1929                 if (ret != 0)
1930                         goto error;
1931         }
1932
1933         ASSERT3P(hdr->b_l1hdr.b_pabd, !=, NULL);
1934
1935         if (hash_lock != NULL)
1936                 mutex_exit(hash_lock);
1937
1938         return (0);
1939
1940 error:
1941         if (hash_lock != NULL)
1942                 mutex_exit(hash_lock);
1943
1944         return (ret);
1945 }
1946
1947 /*
1948  * This function is used by the dbuf code to decrypt bonus buffers in place.
1949  * The dbuf code itself doesn't have any locking for decrypting a shared dnode
1950  * block, so we use the hash lock here to protect against concurrent calls to
1951  * arc_buf_fill().
1952  */
1953 static void
1954 arc_buf_untransform_in_place(arc_buf_t *buf)
1955 {
1956         arc_buf_hdr_t *hdr = buf->b_hdr;
1957
1958         ASSERT(HDR_ENCRYPTED(hdr));
1959         ASSERT3U(hdr->b_crypt_hdr.b_ot, ==, DMU_OT_DNODE);
1960         ASSERT(HDR_EMPTY_OR_LOCKED(hdr));
1961         ASSERT3P(hdr->b_l1hdr.b_pabd, !=, NULL);
1962
1963         zio_crypt_copy_dnode_bonus(hdr->b_l1hdr.b_pabd, buf->b_data,
1964             arc_buf_size(buf));
1965         buf->b_flags &= ~ARC_BUF_FLAG_ENCRYPTED;
1966         buf->b_flags &= ~ARC_BUF_FLAG_COMPRESSED;
1967 }
1968
1969 /*
1970  * Given a buf that has a data buffer attached to it, this function will
1971  * efficiently fill the buf with data of the specified compression setting from
1972  * the hdr and update the hdr's b_freeze_cksum if necessary. If the buf and hdr
1973  * are already sharing a data buf, no copy is performed.
1974  *
1975  * If the buf is marked as compressed but uncompressed data was requested, this
1976  * will allocate a new data buffer for the buf, remove that flag, and fill the
1977  * buf with uncompressed data. You can't request a compressed buf on a hdr with
1978  * uncompressed data, and (since we haven't added support for it yet) if you
1979  * want compressed data your buf must already be marked as compressed and have
1980  * the correct-sized data buffer.
1981  */
1982 static int
1983 arc_buf_fill(arc_buf_t *buf, spa_t *spa, const zbookmark_phys_t *zb,
1984     arc_fill_flags_t flags)
1985 {
1986         int error = 0;
1987         arc_buf_hdr_t *hdr = buf->b_hdr;
1988         boolean_t hdr_compressed =
1989             (arc_hdr_get_compress(hdr) != ZIO_COMPRESS_OFF);
1990         boolean_t compressed = (flags & ARC_FILL_COMPRESSED) != 0;
1991         boolean_t encrypted = (flags & ARC_FILL_ENCRYPTED) != 0;
1992         dmu_object_byteswap_t bswap = hdr->b_l1hdr.b_byteswap;
1993         kmutex_t *hash_lock = (flags & ARC_FILL_LOCKED) ? NULL : HDR_LOCK(hdr);
1994
1995         ASSERT3P(buf->b_data, !=, NULL);
1996         IMPLY(compressed, hdr_compressed || ARC_BUF_ENCRYPTED(buf));
1997         IMPLY(compressed, ARC_BUF_COMPRESSED(buf));
1998         IMPLY(encrypted, HDR_ENCRYPTED(hdr));
1999         IMPLY(encrypted, ARC_BUF_ENCRYPTED(buf));
2000         IMPLY(encrypted, ARC_BUF_COMPRESSED(buf));
2001         IMPLY(encrypted, !ARC_BUF_SHARED(buf));
2002
2003         /*
2004          * If the caller wanted encrypted data we just need to copy it from
2005          * b_rabd and potentially byteswap it. We won't be able to do any
2006          * further transforms on it.
2007          */
2008         if (encrypted) {
2009                 ASSERT(HDR_HAS_RABD(hdr));
2010                 abd_copy_to_buf(buf->b_data, hdr->b_crypt_hdr.b_rabd,
2011                     HDR_GET_PSIZE(hdr));
2012                 goto byteswap;
2013         }
2014
2015         /*
2016          * Adjust encrypted and authenticated headers to accommodate
2017          * the request if needed. Dnode blocks (ARC_FILL_IN_PLACE) are
2018          * allowed to fail decryption due to keys not being loaded
2019          * without being marked as an IO error.
2020          */
2021         if (HDR_PROTECTED(hdr)) {
2022                 error = arc_fill_hdr_crypt(hdr, hash_lock, spa,
2023                     zb, !!(flags & ARC_FILL_NOAUTH));
2024                 if (error == EACCES && (flags & ARC_FILL_IN_PLACE) != 0) {
2025                         return (error);
2026                 } else if (error != 0) {
2027                         if (hash_lock != NULL)
2028                                 mutex_enter(hash_lock);
2029                         arc_hdr_set_flags(hdr, ARC_FLAG_IO_ERROR);
2030                         if (hash_lock != NULL)
2031                                 mutex_exit(hash_lock);
2032                         return (error);
2033                 }
2034         }
2035
2036         /*
2037          * There is a special case here for dnode blocks which are
2038          * decrypting their bonus buffers. These blocks may request to
2039          * be decrypted in-place. This is necessary because there may
2040          * be many dnodes pointing into this buffer and there is
2041          * currently no method to synchronize replacing the backing
2042          * b_data buffer and updating all of the pointers. Here we use
2043          * the hash lock to ensure there are no races. If the need
2044          * arises for other types to be decrypted in-place, they must
2045          * add handling here as well.
2046          */
2047         if ((flags & ARC_FILL_IN_PLACE) != 0) {
2048                 ASSERT(!hdr_compressed);
2049                 ASSERT(!compressed);
2050                 ASSERT(!encrypted);
2051
2052                 if (HDR_ENCRYPTED(hdr) && ARC_BUF_ENCRYPTED(buf)) {
2053                         ASSERT3U(hdr->b_crypt_hdr.b_ot, ==, DMU_OT_DNODE);
2054
2055                         if (hash_lock != NULL)
2056                                 mutex_enter(hash_lock);
2057                         arc_buf_untransform_in_place(buf);
2058                         if (hash_lock != NULL)
2059                                 mutex_exit(hash_lock);
2060
2061                         /* Compute the hdr's checksum if necessary */
2062                         arc_cksum_compute(buf);
2063                 }
2064
2065                 return (0);
2066         }
2067
2068         if (hdr_compressed == compressed) {
2069                 if (!arc_buf_is_shared(buf)) {
2070                         abd_copy_to_buf(buf->b_data, hdr->b_l1hdr.b_pabd,
2071                             arc_buf_size(buf));
2072                 }
2073         } else {
2074                 ASSERT(hdr_compressed);
2075                 ASSERT(!compressed);
2076
2077                 /*
2078                  * If the buf is sharing its data with the hdr, unlink it and
2079                  * allocate a new data buffer for the buf.
2080                  */
2081                 if (arc_buf_is_shared(buf)) {
2082                         ASSERT(ARC_BUF_COMPRESSED(buf));
2083
2084                         /* We need to give the buf its own b_data */
2085                         buf->b_flags &= ~ARC_BUF_FLAG_SHARED;
2086                         buf->b_data =
2087                             arc_get_data_buf(hdr, HDR_GET_LSIZE(hdr), buf);
2088                         arc_hdr_clear_flags(hdr, ARC_FLAG_SHARED_DATA);
2089
2090                         /* Previously overhead was 0; just add new overhead */
2091                         ARCSTAT_INCR(arcstat_overhead_size, HDR_GET_LSIZE(hdr));
2092                 } else if (ARC_BUF_COMPRESSED(buf)) {
2093                         /* We need to reallocate the buf's b_data */
2094                         arc_free_data_buf(hdr, buf->b_data, HDR_GET_PSIZE(hdr),
2095                             buf);
2096                         buf->b_data =
2097                             arc_get_data_buf(hdr, HDR_GET_LSIZE(hdr), buf);
2098
2099                         /* We increased the size of b_data; update overhead */
2100                         ARCSTAT_INCR(arcstat_overhead_size,
2101                             HDR_GET_LSIZE(hdr) - HDR_GET_PSIZE(hdr));
2102                 }
2103
2104                 /*
2105                  * Regardless of the buf's previous compression settings, it
2106                  * should not be compressed at the end of this function.
2107                  */
2108                 buf->b_flags &= ~ARC_BUF_FLAG_COMPRESSED;
2109
2110                 /*
2111                  * Try copying the data from another buf which already has a
2112                  * decompressed version. If that's not possible, it's time to
2113                  * bite the bullet and decompress the data from the hdr.
2114                  */
2115                 if (arc_buf_try_copy_decompressed_data(buf)) {
2116                         /* Skip byteswapping and checksumming (already done) */
2117                         return (0);
2118                 } else {
2119                         error = zio_decompress_data(HDR_GET_COMPRESS(hdr),
2120                             hdr->b_l1hdr.b_pabd, buf->b_data,
2121                             HDR_GET_PSIZE(hdr), HDR_GET_LSIZE(hdr),
2122                             &hdr->b_complevel);
2123
2124                         /*
2125                          * Absent hardware errors or software bugs, this should
2126                          * be impossible, but log it anyway so we can debug it.
2127                          */
2128                         if (error != 0) {
2129                                 zfs_dbgmsg(
2130                                     "hdr %px, compress %d, psize %d, lsize %d",
2131                                     hdr, arc_hdr_get_compress(hdr),
2132                                     HDR_GET_PSIZE(hdr), HDR_GET_LSIZE(hdr));
2133                                 if (hash_lock != NULL)
2134                                         mutex_enter(hash_lock);
2135                                 arc_hdr_set_flags(hdr, ARC_FLAG_IO_ERROR);
2136                                 if (hash_lock != NULL)
2137                                         mutex_exit(hash_lock);
2138                                 return (SET_ERROR(EIO));
2139                         }
2140                 }
2141         }
2142
2143 byteswap:
2144         /* Byteswap the buf's data if necessary */
2145         if (bswap != DMU_BSWAP_NUMFUNCS) {
2146                 ASSERT(!HDR_SHARED_DATA(hdr));
2147                 ASSERT3U(bswap, <, DMU_BSWAP_NUMFUNCS);
2148                 dmu_ot_byteswap[bswap].ob_func(buf->b_data, HDR_GET_LSIZE(hdr));
2149         }
2150
2151         /* Compute the hdr's checksum if necessary */
2152         arc_cksum_compute(buf);
2153
2154         return (0);
2155 }
2156
2157 /*
2158  * If this function is being called to decrypt an encrypted buffer or verify an
2159  * authenticated one, the key must be loaded and a mapping must be made
2160  * available in the keystore via spa_keystore_create_mapping() or one of its
2161  * callers.
2162  */
2163 int
2164 arc_untransform(arc_buf_t *buf, spa_t *spa, const zbookmark_phys_t *zb,
2165     boolean_t in_place)
2166 {
2167         int ret;
2168         arc_fill_flags_t flags = 0;
2169
2170         if (in_place)
2171                 flags |= ARC_FILL_IN_PLACE;
2172
2173         ret = arc_buf_fill(buf, spa, zb, flags);
2174         if (ret == ECKSUM) {
2175                 /*
2176                  * Convert authentication and decryption errors to EIO
2177                  * (and generate an ereport) before leaving the ARC.
2178                  */
2179                 ret = SET_ERROR(EIO);
2180                 spa_log_error(spa, zb, &buf->b_hdr->b_birth);
2181                 (void) zfs_ereport_post(FM_EREPORT_ZFS_AUTHENTICATION,
2182                     spa, NULL, zb, NULL, 0);
2183         }
2184
2185         return (ret);
2186 }
2187
2188 /*
2189  * Increment the amount of evictable space in the arc_state_t's refcount.
2190  * We account for the space used by the hdr and the arc buf individually
2191  * so that we can add and remove them from the refcount individually.
2192  */
2193 static void
2194 arc_evictable_space_increment(arc_buf_hdr_t *hdr, arc_state_t *state)
2195 {
2196         arc_buf_contents_t type = arc_buf_type(hdr);
2197
2198         ASSERT(HDR_HAS_L1HDR(hdr));
2199
2200         if (GHOST_STATE(state)) {
2201                 ASSERT3P(hdr->b_l1hdr.b_buf, ==, NULL);
2202                 ASSERT3P(hdr->b_l1hdr.b_pabd, ==, NULL);
2203                 ASSERT(!HDR_HAS_RABD(hdr));
2204                 (void) zfs_refcount_add_many(&state->arcs_esize[type],
2205                     HDR_GET_LSIZE(hdr), hdr);
2206                 return;
2207         }
2208
2209         if (hdr->b_l1hdr.b_pabd != NULL) {
2210                 (void) zfs_refcount_add_many(&state->arcs_esize[type],
2211                     arc_hdr_size(hdr), hdr);
2212         }
2213         if (HDR_HAS_RABD(hdr)) {
2214                 (void) zfs_refcount_add_many(&state->arcs_esize[type],
2215                     HDR_GET_PSIZE(hdr), hdr);
2216         }
2217
2218         for (arc_buf_t *buf = hdr->b_l1hdr.b_buf; buf != NULL;
2219             buf = buf->b_next) {
2220                 if (arc_buf_is_shared(buf))
2221                         continue;
2222                 (void) zfs_refcount_add_many(&state->arcs_esize[type],
2223                     arc_buf_size(buf), buf);
2224         }
2225 }
2226
2227 /*
2228  * Decrement the amount of evictable space in the arc_state_t's refcount.
2229  * We account for the space used by the hdr and the arc buf individually
2230  * so that we can add and remove them from the refcount individually.
2231  */
2232 static void
2233 arc_evictable_space_decrement(arc_buf_hdr_t *hdr, arc_state_t *state)
2234 {
2235         arc_buf_contents_t type = arc_buf_type(hdr);
2236
2237         ASSERT(HDR_HAS_L1HDR(hdr));
2238
2239         if (GHOST_STATE(state)) {
2240                 ASSERT3P(hdr->b_l1hdr.b_buf, ==, NULL);
2241                 ASSERT3P(hdr->b_l1hdr.b_pabd, ==, NULL);
2242                 ASSERT(!HDR_HAS_RABD(hdr));
2243                 (void) zfs_refcount_remove_many(&state->arcs_esize[type],
2244                     HDR_GET_LSIZE(hdr), hdr);
2245                 return;
2246         }
2247
2248         if (hdr->b_l1hdr.b_pabd != NULL) {
2249                 (void) zfs_refcount_remove_many(&state->arcs_esize[type],
2250                     arc_hdr_size(hdr), hdr);
2251         }
2252         if (HDR_HAS_RABD(hdr)) {
2253                 (void) zfs_refcount_remove_many(&state->arcs_esize[type],
2254                     HDR_GET_PSIZE(hdr), hdr);
2255         }
2256
2257         for (arc_buf_t *buf = hdr->b_l1hdr.b_buf; buf != NULL;
2258             buf = buf->b_next) {
2259                 if (arc_buf_is_shared(buf))
2260                         continue;
2261                 (void) zfs_refcount_remove_many(&state->arcs_esize[type],
2262                     arc_buf_size(buf), buf);
2263         }
2264 }
2265
2266 /*
2267  * Add a reference to this hdr indicating that someone is actively
2268  * referencing that memory. When the refcount transitions from 0 to 1,
2269  * we remove it from the respective arc_state_t list to indicate that
2270  * it is not evictable.
2271  */
2272 static void
2273 add_reference(arc_buf_hdr_t *hdr, const void *tag)
2274 {
2275         arc_state_t *state = hdr->b_l1hdr.b_state;
2276
2277         ASSERT(HDR_HAS_L1HDR(hdr));
2278         if (!HDR_EMPTY(hdr) && !MUTEX_HELD(HDR_LOCK(hdr))) {
2279                 ASSERT(state == arc_anon);
2280                 ASSERT(zfs_refcount_is_zero(&hdr->b_l1hdr.b_refcnt));
2281                 ASSERT3P(hdr->b_l1hdr.b_buf, ==, NULL);
2282         }
2283
2284         if ((zfs_refcount_add(&hdr->b_l1hdr.b_refcnt, tag) == 1) &&
2285             state != arc_anon && state != arc_l2c_only) {
2286                 /* We don't use the L2-only state list. */
2287                 multilist_remove(&state->arcs_list[arc_buf_type(hdr)], hdr);
2288                 arc_evictable_space_decrement(hdr, state);
2289         }
2290 }
2291
2292 /*
2293  * Remove a reference from this hdr. When the reference transitions from
2294  * 1 to 0 and we're not anonymous, then we add this hdr to the arc_state_t's
2295  * list making it eligible for eviction.
2296  */
2297 static int
2298 remove_reference(arc_buf_hdr_t *hdr, const void *tag)
2299 {
2300         int cnt;
2301         arc_state_t *state = hdr->b_l1hdr.b_state;
2302
2303         ASSERT(HDR_HAS_L1HDR(hdr));
2304         ASSERT(state == arc_anon || MUTEX_HELD(HDR_LOCK(hdr)));
2305         ASSERT(!GHOST_STATE(state));    /* arc_l2c_only counts as a ghost. */
2306
2307         if ((cnt = zfs_refcount_remove(&hdr->b_l1hdr.b_refcnt, tag)) != 0)
2308                 return (cnt);
2309
2310         if (state == arc_anon) {
2311                 arc_hdr_destroy(hdr);
2312                 return (0);
2313         }
2314         if (state == arc_uncached && !HDR_PREFETCH(hdr)) {
2315                 arc_change_state(arc_anon, hdr);
2316                 arc_hdr_destroy(hdr);
2317                 return (0);
2318         }
2319         multilist_insert(&state->arcs_list[arc_buf_type(hdr)], hdr);
2320         arc_evictable_space_increment(hdr, state);
2321         return (0);
2322 }
2323
2324 /*
2325  * Returns detailed information about a specific arc buffer.  When the
2326  * state_index argument is set the function will calculate the arc header
2327  * list position for its arc state.  Since this requires a linear traversal
2328  * callers are strongly encourage not to do this.  However, it can be helpful
2329  * for targeted analysis so the functionality is provided.
2330  */
2331 void
2332 arc_buf_info(arc_buf_t *ab, arc_buf_info_t *abi, int state_index)
2333 {
2334         (void) state_index;
2335         arc_buf_hdr_t *hdr = ab->b_hdr;
2336         l1arc_buf_hdr_t *l1hdr = NULL;
2337         l2arc_buf_hdr_t *l2hdr = NULL;
2338         arc_state_t *state = NULL;
2339
2340         memset(abi, 0, sizeof (arc_buf_info_t));
2341
2342         if (hdr == NULL)
2343                 return;
2344
2345         abi->abi_flags = hdr->b_flags;
2346
2347         if (HDR_HAS_L1HDR(hdr)) {
2348                 l1hdr = &hdr->b_l1hdr;
2349                 state = l1hdr->b_state;
2350         }
2351         if (HDR_HAS_L2HDR(hdr))
2352                 l2hdr = &hdr->b_l2hdr;
2353
2354         if (l1hdr) {
2355                 abi->abi_bufcnt = 0;
2356                 for (arc_buf_t *buf = l1hdr->b_buf; buf; buf = buf->b_next)
2357                         abi->abi_bufcnt++;
2358                 abi->abi_access = l1hdr->b_arc_access;
2359                 abi->abi_mru_hits = l1hdr->b_mru_hits;
2360                 abi->abi_mru_ghost_hits = l1hdr->b_mru_ghost_hits;
2361                 abi->abi_mfu_hits = l1hdr->b_mfu_hits;
2362                 abi->abi_mfu_ghost_hits = l1hdr->b_mfu_ghost_hits;
2363                 abi->abi_holds = zfs_refcount_count(&l1hdr->b_refcnt);
2364         }
2365
2366         if (l2hdr) {
2367                 abi->abi_l2arc_dattr = l2hdr->b_daddr;
2368                 abi->abi_l2arc_hits = l2hdr->b_hits;
2369         }
2370
2371         abi->abi_state_type = state ? state->arcs_state : ARC_STATE_ANON;
2372         abi->abi_state_contents = arc_buf_type(hdr);
2373         abi->abi_size = arc_hdr_size(hdr);
2374 }
2375
2376 /*
2377  * Move the supplied buffer to the indicated state. The hash lock
2378  * for the buffer must be held by the caller.
2379  */
2380 static void
2381 arc_change_state(arc_state_t *new_state, arc_buf_hdr_t *hdr)
2382 {
2383         arc_state_t *old_state;
2384         int64_t refcnt;
2385         boolean_t update_old, update_new;
2386         arc_buf_contents_t type = arc_buf_type(hdr);
2387
2388         /*
2389          * We almost always have an L1 hdr here, since we call arc_hdr_realloc()
2390          * in arc_read() when bringing a buffer out of the L2ARC.  However, the
2391          * L1 hdr doesn't always exist when we change state to arc_anon before
2392          * destroying a header, in which case reallocating to add the L1 hdr is
2393          * pointless.
2394          */
2395         if (HDR_HAS_L1HDR(hdr)) {
2396                 old_state = hdr->b_l1hdr.b_state;
2397                 refcnt = zfs_refcount_count(&hdr->b_l1hdr.b_refcnt);
2398                 update_old = (hdr->b_l1hdr.b_buf != NULL ||
2399                     hdr->b_l1hdr.b_pabd != NULL || HDR_HAS_RABD(hdr));
2400
2401                 IMPLY(GHOST_STATE(old_state), hdr->b_l1hdr.b_buf == NULL);
2402                 IMPLY(GHOST_STATE(new_state), hdr->b_l1hdr.b_buf == NULL);
2403                 IMPLY(old_state == arc_anon, hdr->b_l1hdr.b_buf == NULL ||
2404                     ARC_BUF_LAST(hdr->b_l1hdr.b_buf));
2405         } else {
2406                 old_state = arc_l2c_only;
2407                 refcnt = 0;
2408                 update_old = B_FALSE;
2409         }
2410         update_new = update_old;
2411         if (GHOST_STATE(old_state))
2412                 update_old = B_TRUE;
2413         if (GHOST_STATE(new_state))
2414                 update_new = B_TRUE;
2415
2416         ASSERT(MUTEX_HELD(HDR_LOCK(hdr)));
2417         ASSERT3P(new_state, !=, old_state);
2418
2419         /*
2420          * If this buffer is evictable, transfer it from the
2421          * old state list to the new state list.
2422          */
2423         if (refcnt == 0) {
2424                 if (old_state != arc_anon && old_state != arc_l2c_only) {
2425                         ASSERT(HDR_HAS_L1HDR(hdr));
2426                         /* remove_reference() saves on insert. */
2427                         if (multilist_link_active(&hdr->b_l1hdr.b_arc_node)) {
2428                                 multilist_remove(&old_state->arcs_list[type],
2429                                     hdr);
2430                                 arc_evictable_space_decrement(hdr, old_state);
2431                         }
2432                 }
2433                 if (new_state != arc_anon && new_state != arc_l2c_only) {
2434                         /*
2435                          * An L1 header always exists here, since if we're
2436                          * moving to some L1-cached state (i.e. not l2c_only or
2437                          * anonymous), we realloc the header to add an L1hdr
2438                          * beforehand.
2439                          */
2440                         ASSERT(HDR_HAS_L1HDR(hdr));
2441                         multilist_insert(&new_state->arcs_list[type], hdr);
2442                         arc_evictable_space_increment(hdr, new_state);
2443                 }
2444         }
2445
2446         ASSERT(!HDR_EMPTY(hdr));
2447         if (new_state == arc_anon && HDR_IN_HASH_TABLE(hdr))
2448                 buf_hash_remove(hdr);
2449
2450         /* adjust state sizes (ignore arc_l2c_only) */
2451
2452         if (update_new && new_state != arc_l2c_only) {
2453                 ASSERT(HDR_HAS_L1HDR(hdr));
2454                 if (GHOST_STATE(new_state)) {
2455
2456                         /*
2457                          * When moving a header to a ghost state, we first
2458                          * remove all arc buffers. Thus, we'll have no arc
2459                          * buffer to use for the reference. As a result, we
2460                          * use the arc header pointer for the reference.
2461                          */
2462                         (void) zfs_refcount_add_many(
2463                             &new_state->arcs_size[type],
2464                             HDR_GET_LSIZE(hdr), hdr);
2465                         ASSERT3P(hdr->b_l1hdr.b_pabd, ==, NULL);
2466                         ASSERT(!HDR_HAS_RABD(hdr));
2467                 } else {
2468
2469                         /*
2470                          * Each individual buffer holds a unique reference,
2471                          * thus we must remove each of these references one
2472                          * at a time.
2473                          */
2474                         for (arc_buf_t *buf = hdr->b_l1hdr.b_buf; buf != NULL;
2475                             buf = buf->b_next) {
2476
2477                                 /*
2478                                  * When the arc_buf_t is sharing the data
2479                                  * block with the hdr, the owner of the
2480                                  * reference belongs to the hdr. Only
2481                                  * add to the refcount if the arc_buf_t is
2482                                  * not shared.
2483                                  */
2484                                 if (arc_buf_is_shared(buf))
2485                                         continue;
2486
2487                                 (void) zfs_refcount_add_many(
2488                                     &new_state->arcs_size[type],
2489                                     arc_buf_size(buf), buf);
2490                         }
2491
2492                         if (hdr->b_l1hdr.b_pabd != NULL) {
2493                                 (void) zfs_refcount_add_many(
2494                                     &new_state->arcs_size[type],
2495                                     arc_hdr_size(hdr), hdr);
2496                         }
2497
2498                         if (HDR_HAS_RABD(hdr)) {
2499                                 (void) zfs_refcount_add_many(
2500                                     &new_state->arcs_size[type],
2501                                     HDR_GET_PSIZE(hdr), hdr);
2502                         }
2503                 }
2504         }
2505
2506         if (update_old && old_state != arc_l2c_only) {
2507                 ASSERT(HDR_HAS_L1HDR(hdr));
2508                 if (GHOST_STATE(old_state)) {
2509                         ASSERT3P(hdr->b_l1hdr.b_pabd, ==, NULL);
2510                         ASSERT(!HDR_HAS_RABD(hdr));
2511
2512                         /*
2513                          * When moving a header off of a ghost state,
2514                          * the header will not contain any arc buffers.
2515                          * We use the arc header pointer for the reference
2516                          * which is exactly what we did when we put the
2517                          * header on the ghost state.
2518                          */
2519
2520                         (void) zfs_refcount_remove_many(
2521                             &old_state->arcs_size[type],
2522                             HDR_GET_LSIZE(hdr), hdr);
2523                 } else {
2524
2525                         /*
2526                          * Each individual buffer holds a unique reference,
2527                          * thus we must remove each of these references one
2528                          * at a time.
2529                          */
2530                         for (arc_buf_t *buf = hdr->b_l1hdr.b_buf; buf != NULL;
2531                             buf = buf->b_next) {
2532
2533                                 /*
2534                                  * When the arc_buf_t is sharing the data
2535                                  * block with the hdr, the owner of the
2536                                  * reference belongs to the hdr. Only
2537                                  * add to the refcount if the arc_buf_t is
2538                                  * not shared.
2539                                  */
2540                                 if (arc_buf_is_shared(buf))
2541                                         continue;
2542
2543                                 (void) zfs_refcount_remove_many(
2544                                     &old_state->arcs_size[type],
2545                                     arc_buf_size(buf), buf);
2546                         }
2547                         ASSERT(hdr->b_l1hdr.b_pabd != NULL ||
2548                             HDR_HAS_RABD(hdr));
2549
2550                         if (hdr->b_l1hdr.b_pabd != NULL) {
2551                                 (void) zfs_refcount_remove_many(
2552                                     &old_state->arcs_size[type],
2553                                     arc_hdr_size(hdr), hdr);
2554                         }
2555
2556                         if (HDR_HAS_RABD(hdr)) {
2557                                 (void) zfs_refcount_remove_many(
2558                                     &old_state->arcs_size[type],
2559                                     HDR_GET_PSIZE(hdr), hdr);
2560                         }
2561                 }
2562         }
2563
2564         if (HDR_HAS_L1HDR(hdr)) {
2565                 hdr->b_l1hdr.b_state = new_state;
2566
2567                 if (HDR_HAS_L2HDR(hdr) && new_state != arc_l2c_only) {
2568                         l2arc_hdr_arcstats_decrement_state(hdr);
2569                         hdr->b_l2hdr.b_arcs_state = new_state->arcs_state;
2570                         l2arc_hdr_arcstats_increment_state(hdr);
2571                 }
2572         }
2573 }
2574
2575 void
2576 arc_space_consume(uint64_t space, arc_space_type_t type)
2577 {
2578         ASSERT(type >= 0 && type < ARC_SPACE_NUMTYPES);
2579
2580         switch (type) {
2581         default:
2582                 break;
2583         case ARC_SPACE_DATA:
2584                 ARCSTAT_INCR(arcstat_data_size, space);
2585                 break;
2586         case ARC_SPACE_META:
2587                 ARCSTAT_INCR(arcstat_metadata_size, space);
2588                 break;
2589         case ARC_SPACE_BONUS:
2590                 ARCSTAT_INCR(arcstat_bonus_size, space);
2591                 break;
2592         case ARC_SPACE_DNODE:
2593                 ARCSTAT_INCR(arcstat_dnode_size, space);
2594                 break;
2595         case ARC_SPACE_DBUF:
2596                 ARCSTAT_INCR(arcstat_dbuf_size, space);
2597                 break;
2598         case ARC_SPACE_HDRS:
2599                 ARCSTAT_INCR(arcstat_hdr_size, space);
2600                 break;
2601         case ARC_SPACE_L2HDRS:
2602                 aggsum_add(&arc_sums.arcstat_l2_hdr_size, space);
2603                 break;
2604         case ARC_SPACE_ABD_CHUNK_WASTE:
2605                 /*
2606                  * Note: this includes space wasted by all scatter ABD's, not
2607                  * just those allocated by the ARC.  But the vast majority of
2608                  * scatter ABD's come from the ARC, because other users are
2609                  * very short-lived.
2610                  */
2611                 ARCSTAT_INCR(arcstat_abd_chunk_waste_size, space);
2612                 break;
2613         }
2614
2615         if (type != ARC_SPACE_DATA && type != ARC_SPACE_ABD_CHUNK_WASTE)
2616                 ARCSTAT_INCR(arcstat_meta_used, space);
2617
2618         aggsum_add(&arc_sums.arcstat_size, space);
2619 }
2620
2621 void
2622 arc_space_return(uint64_t space, arc_space_type_t type)
2623 {
2624         ASSERT(type >= 0 && type < ARC_SPACE_NUMTYPES);
2625
2626         switch (type) {
2627         default:
2628                 break;
2629         case ARC_SPACE_DATA:
2630                 ARCSTAT_INCR(arcstat_data_size, -space);
2631                 break;
2632         case ARC_SPACE_META:
2633                 ARCSTAT_INCR(arcstat_metadata_size, -space);
2634                 break;
2635         case ARC_SPACE_BONUS:
2636                 ARCSTAT_INCR(arcstat_bonus_size, -space);
2637                 break;
2638         case ARC_SPACE_DNODE:
2639                 ARCSTAT_INCR(arcstat_dnode_size, -space);
2640                 break;
2641         case ARC_SPACE_DBUF:
2642                 ARCSTAT_INCR(arcstat_dbuf_size, -space);
2643                 break;
2644         case ARC_SPACE_HDRS:
2645                 ARCSTAT_INCR(arcstat_hdr_size, -space);
2646                 break;
2647         case ARC_SPACE_L2HDRS:
2648                 aggsum_add(&arc_sums.arcstat_l2_hdr_size, -space);
2649                 break;
2650         case ARC_SPACE_ABD_CHUNK_WASTE:
2651                 ARCSTAT_INCR(arcstat_abd_chunk_waste_size, -space);
2652                 break;
2653         }
2654
2655         if (type != ARC_SPACE_DATA && type != ARC_SPACE_ABD_CHUNK_WASTE)
2656                 ARCSTAT_INCR(arcstat_meta_used, -space);
2657
2658         ASSERT(aggsum_compare(&arc_sums.arcstat_size, space) >= 0);
2659         aggsum_add(&arc_sums.arcstat_size, -space);
2660 }
2661
2662 /*
2663  * Given a hdr and a buf, returns whether that buf can share its b_data buffer
2664  * with the hdr's b_pabd.
2665  */
2666 static boolean_t
2667 arc_can_share(arc_buf_hdr_t *hdr, arc_buf_t *buf)
2668 {
2669         /*
2670          * The criteria for sharing a hdr's data are:
2671          * 1. the buffer is not encrypted
2672          * 2. the hdr's compression matches the buf's compression
2673          * 3. the hdr doesn't need to be byteswapped
2674          * 4. the hdr isn't already being shared
2675          * 5. the buf is either compressed or it is the last buf in the hdr list
2676          *
2677          * Criterion #5 maintains the invariant that shared uncompressed
2678          * bufs must be the final buf in the hdr's b_buf list. Reading this, you
2679          * might ask, "if a compressed buf is allocated first, won't that be the
2680          * last thing in the list?", but in that case it's impossible to create
2681          * a shared uncompressed buf anyway (because the hdr must be compressed
2682          * to have the compressed buf). You might also think that #3 is
2683          * sufficient to make this guarantee, however it's possible
2684          * (specifically in the rare L2ARC write race mentioned in
2685          * arc_buf_alloc_impl()) there will be an existing uncompressed buf that
2686          * is shareable, but wasn't at the time of its allocation. Rather than
2687          * allow a new shared uncompressed buf to be created and then shuffle
2688          * the list around to make it the last element, this simply disallows
2689          * sharing if the new buf isn't the first to be added.
2690          */
2691         ASSERT3P(buf->b_hdr, ==, hdr);
2692         boolean_t hdr_compressed =
2693             arc_hdr_get_compress(hdr) != ZIO_COMPRESS_OFF;
2694         boolean_t buf_compressed = ARC_BUF_COMPRESSED(buf) != 0;
2695         return (!ARC_BUF_ENCRYPTED(buf) &&
2696             buf_compressed == hdr_compressed &&
2697             hdr->b_l1hdr.b_byteswap == DMU_BSWAP_NUMFUNCS &&
2698             !HDR_SHARED_DATA(hdr) &&
2699             (ARC_BUF_LAST(buf) || ARC_BUF_COMPRESSED(buf)));
2700 }
2701
2702 /*
2703  * Allocate a buf for this hdr. If you care about the data that's in the hdr,
2704  * or if you want a compressed buffer, pass those flags in. Returns 0 if the
2705  * copy was made successfully, or an error code otherwise.
2706  */
2707 static int
2708 arc_buf_alloc_impl(arc_buf_hdr_t *hdr, spa_t *spa, const zbookmark_phys_t *zb,
2709     const void *tag, boolean_t encrypted, boolean_t compressed,
2710     boolean_t noauth, boolean_t fill, arc_buf_t **ret)
2711 {
2712         arc_buf_t *buf;
2713         arc_fill_flags_t flags = ARC_FILL_LOCKED;
2714
2715         ASSERT(HDR_HAS_L1HDR(hdr));
2716         ASSERT3U(HDR_GET_LSIZE(hdr), >, 0);
2717         VERIFY(hdr->b_type == ARC_BUFC_DATA ||
2718             hdr->b_type == ARC_BUFC_METADATA);
2719         ASSERT3P(ret, !=, NULL);
2720         ASSERT3P(*ret, ==, NULL);
2721         IMPLY(encrypted, compressed);
2722
2723         buf = *ret = kmem_cache_alloc(buf_cache, KM_PUSHPAGE);
2724         buf->b_hdr = hdr;
2725         buf->b_data = NULL;
2726         buf->b_next = hdr->b_l1hdr.b_buf;
2727         buf->b_flags = 0;
2728
2729         add_reference(hdr, tag);
2730
2731         /*
2732          * We're about to change the hdr's b_flags. We must either
2733          * hold the hash_lock or be undiscoverable.
2734          */
2735         ASSERT(HDR_EMPTY_OR_LOCKED(hdr));
2736
2737         /*
2738          * Only honor requests for compressed bufs if the hdr is actually
2739          * compressed. This must be overridden if the buffer is encrypted since
2740          * encrypted buffers cannot be decompressed.
2741          */
2742         if (encrypted) {
2743                 buf->b_flags |= ARC_BUF_FLAG_COMPRESSED;
2744                 buf->b_flags |= ARC_BUF_FLAG_ENCRYPTED;
2745                 flags |= ARC_FILL_COMPRESSED | ARC_FILL_ENCRYPTED;
2746         } else if (compressed &&
2747             arc_hdr_get_compress(hdr) != ZIO_COMPRESS_OFF) {
2748                 buf->b_flags |= ARC_BUF_FLAG_COMPRESSED;
2749                 flags |= ARC_FILL_COMPRESSED;
2750         }
2751
2752         if (noauth) {
2753                 ASSERT0(encrypted);
2754                 flags |= ARC_FILL_NOAUTH;
2755         }
2756
2757         /*
2758          * If the hdr's data can be shared then we share the data buffer and
2759          * set the appropriate bit in the hdr's b_flags to indicate the hdr is
2760          * sharing it's b_pabd with the arc_buf_t. Otherwise, we allocate a new
2761          * buffer to store the buf's data.
2762          *
2763          * There are two additional restrictions here because we're sharing
2764          * hdr -> buf instead of the usual buf -> hdr. First, the hdr can't be
2765          * actively involved in an L2ARC write, because if this buf is used by
2766          * an arc_write() then the hdr's data buffer will be released when the
2767          * write completes, even though the L2ARC write might still be using it.
2768          * Second, the hdr's ABD must be linear so that the buf's user doesn't
2769          * need to be ABD-aware.  It must be allocated via
2770          * zio_[data_]buf_alloc(), not as a page, because we need to be able
2771          * to abd_release_ownership_of_buf(), which isn't allowed on "linear
2772          * page" buffers because the ABD code needs to handle freeing them
2773          * specially.
2774          */
2775         boolean_t can_share = arc_can_share(hdr, buf) &&
2776             !HDR_L2_WRITING(hdr) &&
2777             hdr->b_l1hdr.b_pabd != NULL &&
2778             abd_is_linear(hdr->b_l1hdr.b_pabd) &&
2779             !abd_is_linear_page(hdr->b_l1hdr.b_pabd);
2780
2781         /* Set up b_data and sharing */
2782         if (can_share) {
2783                 buf->b_data = abd_to_buf(hdr->b_l1hdr.b_pabd);
2784                 buf->b_flags |= ARC_BUF_FLAG_SHARED;
2785                 arc_hdr_set_flags(hdr, ARC_FLAG_SHARED_DATA);
2786         } else {
2787                 buf->b_data =
2788                     arc_get_data_buf(hdr, arc_buf_size(buf), buf);
2789                 ARCSTAT_INCR(arcstat_overhead_size, arc_buf_size(buf));
2790         }
2791         VERIFY3P(buf->b_data, !=, NULL);
2792
2793         hdr->b_l1hdr.b_buf = buf;
2794
2795         /*
2796          * If the user wants the data from the hdr, we need to either copy or
2797          * decompress the data.
2798          */
2799         if (fill) {
2800                 ASSERT3P(zb, !=, NULL);
2801                 return (arc_buf_fill(buf, spa, zb, flags));
2802         }
2803
2804         return (0);
2805 }
2806
2807 static const char *arc_onloan_tag = "onloan";
2808
2809 static inline void
2810 arc_loaned_bytes_update(int64_t delta)
2811 {
2812         atomic_add_64(&arc_loaned_bytes, delta);
2813
2814         /* assert that it did not wrap around */
2815         ASSERT3S(atomic_add_64_nv(&arc_loaned_bytes, 0), >=, 0);
2816 }
2817
2818 /*
2819  * Loan out an anonymous arc buffer. Loaned buffers are not counted as in
2820  * flight data by arc_tempreserve_space() until they are "returned". Loaned
2821  * buffers must be returned to the arc before they can be used by the DMU or
2822  * freed.
2823  */
2824 arc_buf_t *
2825 arc_loan_buf(spa_t *spa, boolean_t is_metadata, int size)
2826 {
2827         arc_buf_t *buf = arc_alloc_buf(spa, arc_onloan_tag,
2828             is_metadata ? ARC_BUFC_METADATA : ARC_BUFC_DATA, size);
2829
2830         arc_loaned_bytes_update(arc_buf_size(buf));
2831
2832         return (buf);
2833 }
2834
2835 arc_buf_t *
2836 arc_loan_compressed_buf(spa_t *spa, uint64_t psize, uint64_t lsize,
2837     enum zio_compress compression_type, uint8_t complevel)
2838 {
2839         arc_buf_t *buf = arc_alloc_compressed_buf(spa, arc_onloan_tag,
2840             psize, lsize, compression_type, complevel);
2841
2842         arc_loaned_bytes_update(arc_buf_size(buf));
2843
2844         return (buf);
2845 }
2846
2847 arc_buf_t *
2848 arc_loan_raw_buf(spa_t *spa, uint64_t dsobj, boolean_t byteorder,
2849     const uint8_t *salt, const uint8_t *iv, const uint8_t *mac,
2850     dmu_object_type_t ot, uint64_t psize, uint64_t lsize,
2851     enum zio_compress compression_type, uint8_t complevel)
2852 {
2853         arc_buf_t *buf = arc_alloc_raw_buf(spa, arc_onloan_tag, dsobj,
2854             byteorder, salt, iv, mac, ot, psize, lsize, compression_type,
2855             complevel);
2856
2857         atomic_add_64(&arc_loaned_bytes, psize);
2858         return (buf);
2859 }
2860
2861
2862 /*
2863  * Return a loaned arc buffer to the arc.
2864  */
2865 void
2866 arc_return_buf(arc_buf_t *buf, const void *tag)
2867 {
2868         arc_buf_hdr_t *hdr = buf->b_hdr;
2869
2870         ASSERT3P(buf->b_data, !=, NULL);
2871         ASSERT(HDR_HAS_L1HDR(hdr));
2872         (void) zfs_refcount_add(&hdr->b_l1hdr.b_refcnt, tag);
2873         (void) zfs_refcount_remove(&hdr->b_l1hdr.b_refcnt, arc_onloan_tag);
2874
2875         arc_loaned_bytes_update(-arc_buf_size(buf));
2876 }
2877
2878 /* Detach an arc_buf from a dbuf (tag) */
2879 void
2880 arc_loan_inuse_buf(arc_buf_t *buf, const void *tag)
2881 {
2882         arc_buf_hdr_t *hdr = buf->b_hdr;
2883
2884         ASSERT3P(buf->b_data, !=, NULL);
2885         ASSERT(HDR_HAS_L1HDR(hdr));
2886         (void) zfs_refcount_add(&hdr->b_l1hdr.b_refcnt, arc_onloan_tag);
2887         (void) zfs_refcount_remove(&hdr->b_l1hdr.b_refcnt, tag);
2888
2889         arc_loaned_bytes_update(arc_buf_size(buf));
2890 }
2891
2892 static void
2893 l2arc_free_abd_on_write(abd_t *abd, size_t size, arc_buf_contents_t type)
2894 {
2895         l2arc_data_free_t *df = kmem_alloc(sizeof (*df), KM_SLEEP);
2896
2897         df->l2df_abd = abd;
2898         df->l2df_size = size;
2899         df->l2df_type = type;
2900         mutex_enter(&l2arc_free_on_write_mtx);
2901         list_insert_head(l2arc_free_on_write, df);
2902         mutex_exit(&l2arc_free_on_write_mtx);
2903 }
2904
2905 static void
2906 arc_hdr_free_on_write(arc_buf_hdr_t *hdr, boolean_t free_rdata)
2907 {
2908         arc_state_t *state = hdr->b_l1hdr.b_state;
2909         arc_buf_contents_t type = arc_buf_type(hdr);
2910         uint64_t size = (free_rdata) ? HDR_GET_PSIZE(hdr) : arc_hdr_size(hdr);
2911
2912         /* protected by hash lock, if in the hash table */
2913         if (multilist_link_active(&hdr->b_l1hdr.b_arc_node)) {
2914                 ASSERT(zfs_refcount_is_zero(&hdr->b_l1hdr.b_refcnt));
2915                 ASSERT(state != arc_anon && state != arc_l2c_only);
2916
2917                 (void) zfs_refcount_remove_many(&state->arcs_esize[type],
2918                     size, hdr);
2919         }
2920         (void) zfs_refcount_remove_many(&state->arcs_size[type], size, hdr);
2921         if (type == ARC_BUFC_METADATA) {
2922                 arc_space_return(size, ARC_SPACE_META);
2923         } else {
2924                 ASSERT(type == ARC_BUFC_DATA);
2925                 arc_space_return(size, ARC_SPACE_DATA);
2926         }
2927
2928         if (free_rdata) {
2929                 l2arc_free_abd_on_write(hdr->b_crypt_hdr.b_rabd, size, type);
2930         } else {
2931                 l2arc_free_abd_on_write(hdr->b_l1hdr.b_pabd, size, type);
2932         }
2933 }
2934
2935 /*
2936  * Share the arc_buf_t's data with the hdr. Whenever we are sharing the
2937  * data buffer, we transfer the refcount ownership to the hdr and update
2938  * the appropriate kstats.
2939  */
2940 static void
2941 arc_share_buf(arc_buf_hdr_t *hdr, arc_buf_t *buf)
2942 {
2943         ASSERT(arc_can_share(hdr, buf));
2944         ASSERT3P(hdr->b_l1hdr.b_pabd, ==, NULL);
2945         ASSERT(!ARC_BUF_ENCRYPTED(buf));
2946         ASSERT(HDR_EMPTY_OR_LOCKED(hdr));
2947
2948         /*
2949          * Start sharing the data buffer. We transfer the
2950          * refcount ownership to the hdr since it always owns
2951          * the refcount whenever an arc_buf_t is shared.
2952          */
2953         zfs_refcount_transfer_ownership_many(
2954             &hdr->b_l1hdr.b_state->arcs_size[arc_buf_type(hdr)],
2955             arc_hdr_size(hdr), buf, hdr);
2956         hdr->b_l1hdr.b_pabd = abd_get_from_buf(buf->b_data, arc_buf_size(buf));
2957         abd_take_ownership_of_buf(hdr->b_l1hdr.b_pabd,
2958             HDR_ISTYPE_METADATA(hdr));
2959         arc_hdr_set_flags(hdr, ARC_FLAG_SHARED_DATA);
2960         buf->b_flags |= ARC_BUF_FLAG_SHARED;
2961
2962         /*
2963          * Since we've transferred ownership to the hdr we need
2964          * to increment its compressed and uncompressed kstats and
2965          * decrement the overhead size.
2966          */
2967         ARCSTAT_INCR(arcstat_compressed_size, arc_hdr_size(hdr));
2968         ARCSTAT_INCR(arcstat_uncompressed_size, HDR_GET_LSIZE(hdr));
2969         ARCSTAT_INCR(arcstat_overhead_size, -arc_buf_size(buf));
2970 }
2971
2972 static void
2973 arc_unshare_buf(arc_buf_hdr_t *hdr, arc_buf_t *buf)
2974 {
2975         ASSERT(arc_buf_is_shared(buf));
2976         ASSERT3P(hdr->b_l1hdr.b_pabd, !=, NULL);
2977         ASSERT(HDR_EMPTY_OR_LOCKED(hdr));
2978
2979         /*
2980          * We are no longer sharing this buffer so we need
2981          * to transfer its ownership to the rightful owner.
2982          */
2983         zfs_refcount_transfer_ownership_many(
2984             &hdr->b_l1hdr.b_state->arcs_size[arc_buf_type(hdr)],
2985             arc_hdr_size(hdr), hdr, buf);
2986         arc_hdr_clear_flags(hdr, ARC_FLAG_SHARED_DATA);
2987         abd_release_ownership_of_buf(hdr->b_l1hdr.b_pabd);
2988         abd_free(hdr->b_l1hdr.b_pabd);
2989         hdr->b_l1hdr.b_pabd = NULL;
2990         buf->b_flags &= ~ARC_BUF_FLAG_SHARED;
2991
2992         /*
2993          * Since the buffer is no longer shared between
2994          * the arc buf and the hdr, count it as overhead.
2995          */
2996         ARCSTAT_INCR(arcstat_compressed_size, -arc_hdr_size(hdr));
2997         ARCSTAT_INCR(arcstat_uncompressed_size, -HDR_GET_LSIZE(hdr));
2998         ARCSTAT_INCR(arcstat_overhead_size, arc_buf_size(buf));
2999 }
3000
3001 /*
3002  * Remove an arc_buf_t from the hdr's buf list and return the last
3003  * arc_buf_t on the list. If no buffers remain on the list then return
3004  * NULL.
3005  */
3006 static arc_buf_t *
3007 arc_buf_remove(arc_buf_hdr_t *hdr, arc_buf_t *buf)
3008 {
3009         ASSERT(HDR_HAS_L1HDR(hdr));
3010         ASSERT(HDR_EMPTY_OR_LOCKED(hdr));
3011
3012         arc_buf_t **bufp = &hdr->b_l1hdr.b_buf;
3013         arc_buf_t *lastbuf = NULL;
3014
3015         /*
3016          * Remove the buf from the hdr list and locate the last
3017          * remaining buffer on the list.
3018          */
3019         while (*bufp != NULL) {
3020                 if (*bufp == buf)
3021                         *bufp = buf->b_next;
3022
3023                 /*
3024                  * If we've removed a buffer in the middle of
3025                  * the list then update the lastbuf and update
3026                  * bufp.
3027                  */
3028                 if (*bufp != NULL) {
3029                         lastbuf = *bufp;
3030                         bufp = &(*bufp)->b_next;
3031                 }
3032         }
3033         buf->b_next = NULL;
3034         ASSERT3P(lastbuf, !=, buf);
3035         IMPLY(lastbuf != NULL, ARC_BUF_LAST(lastbuf));
3036
3037         return (lastbuf);
3038 }
3039
3040 /*
3041  * Free up buf->b_data and pull the arc_buf_t off of the arc_buf_hdr_t's
3042  * list and free it.
3043  */
3044 static void
3045 arc_buf_destroy_impl(arc_buf_t *buf)
3046 {
3047         arc_buf_hdr_t *hdr = buf->b_hdr;
3048
3049         /*
3050          * Free up the data associated with the buf but only if we're not
3051          * sharing this with the hdr. If we are sharing it with the hdr, the
3052          * hdr is responsible for doing the free.
3053          */
3054         if (buf->b_data != NULL) {
3055                 /*
3056                  * We're about to change the hdr's b_flags. We must either
3057                  * hold the hash_lock or be undiscoverable.
3058                  */
3059                 ASSERT(HDR_EMPTY_OR_LOCKED(hdr));
3060
3061                 arc_cksum_verify(buf);
3062                 arc_buf_unwatch(buf);
3063
3064                 if (arc_buf_is_shared(buf)) {
3065                         arc_hdr_clear_flags(hdr, ARC_FLAG_SHARED_DATA);
3066                 } else {
3067                         uint64_t size = arc_buf_size(buf);
3068                         arc_free_data_buf(hdr, buf->b_data, size, buf);
3069                         ARCSTAT_INCR(arcstat_overhead_size, -size);
3070                 }
3071                 buf->b_data = NULL;
3072
3073                 /*
3074                  * If we have no more encrypted buffers and we've already
3075                  * gotten a copy of the decrypted data we can free b_rabd
3076                  * to save some space.
3077                  */
3078                 if (ARC_BUF_ENCRYPTED(buf) && HDR_HAS_RABD(hdr) &&
3079                     hdr->b_l1hdr.b_pabd != NULL && !HDR_IO_IN_PROGRESS(hdr)) {
3080                         arc_buf_t *b;
3081                         for (b = hdr->b_l1hdr.b_buf; b; b = b->b_next) {
3082                                 if (b != buf && ARC_BUF_ENCRYPTED(b))
3083                                         break;
3084                         }
3085                         if (b == NULL)
3086                                 arc_hdr_free_abd(hdr, B_TRUE);
3087                 }
3088         }
3089
3090         arc_buf_t *lastbuf = arc_buf_remove(hdr, buf);
3091
3092         if (ARC_BUF_SHARED(buf) && !ARC_BUF_COMPRESSED(buf)) {
3093                 /*
3094                  * If the current arc_buf_t is sharing its data buffer with the
3095                  * hdr, then reassign the hdr's b_pabd to share it with the new
3096                  * buffer at the end of the list. The shared buffer is always
3097                  * the last one on the hdr's buffer list.
3098                  *
3099                  * There is an equivalent case for compressed bufs, but since
3100                  * they aren't guaranteed to be the last buf in the list and
3101                  * that is an exceedingly rare case, we just allow that space be
3102                  * wasted temporarily. We must also be careful not to share
3103                  * encrypted buffers, since they cannot be shared.
3104                  */
3105                 if (lastbuf != NULL && !ARC_BUF_ENCRYPTED(lastbuf)) {
3106                         /* Only one buf can be shared at once */
3107                         VERIFY(!arc_buf_is_shared(lastbuf));
3108                         /* hdr is uncompressed so can't have compressed buf */
3109                         VERIFY(!ARC_BUF_COMPRESSED(lastbuf));
3110
3111                         ASSERT3P(hdr->b_l1hdr.b_pabd, !=, NULL);
3112                         arc_hdr_free_abd(hdr, B_FALSE);
3113
3114                         /*
3115                          * We must setup a new shared block between the
3116                          * last buffer and the hdr. The data would have
3117                          * been allocated by the arc buf so we need to transfer
3118                          * ownership to the hdr since it's now being shared.
3119                          */
3120                         arc_share_buf(hdr, lastbuf);
3121                 }
3122         } else if (HDR_SHARED_DATA(hdr)) {
3123                 /*
3124                  * Uncompressed shared buffers are always at the end
3125                  * of the list. Compressed buffers don't have the
3126                  * same requirements. This makes it hard to
3127                  * simply assert that the lastbuf is shared so
3128                  * we rely on the hdr's compression flags to determine
3129                  * if we have a compressed, shared buffer.
3130                  */
3131                 ASSERT3P(lastbuf, !=, NULL);
3132                 ASSERT(arc_buf_is_shared(lastbuf) ||
3133                     arc_hdr_get_compress(hdr) != ZIO_COMPRESS_OFF);
3134         }
3135
3136         /*
3137          * Free the checksum if we're removing the last uncompressed buf from
3138          * this hdr.
3139          */
3140         if (!arc_hdr_has_uncompressed_buf(hdr)) {
3141                 arc_cksum_free(hdr);
3142         }
3143
3144         /* clean up the buf */
3145         buf->b_hdr = NULL;
3146         kmem_cache_free(buf_cache, buf);
3147 }
3148
3149 static void
3150 arc_hdr_alloc_abd(arc_buf_hdr_t *hdr, int alloc_flags)
3151 {
3152         uint64_t size;
3153         boolean_t alloc_rdata = ((alloc_flags & ARC_HDR_ALLOC_RDATA) != 0);
3154
3155         ASSERT3U(HDR_GET_LSIZE(hdr), >, 0);
3156         ASSERT(HDR_HAS_L1HDR(hdr));
3157         ASSERT(!HDR_SHARED_DATA(hdr) || alloc_rdata);
3158         IMPLY(alloc_rdata, HDR_PROTECTED(hdr));
3159
3160         if (alloc_rdata) {
3161                 size = HDR_GET_PSIZE(hdr);
3162                 ASSERT3P(hdr->b_crypt_hdr.b_rabd, ==, NULL);
3163                 hdr->b_crypt_hdr.b_rabd = arc_get_data_abd(hdr, size, hdr,
3164                     alloc_flags);
3165                 ASSERT3P(hdr->b_crypt_hdr.b_rabd, !=, NULL);
3166                 ARCSTAT_INCR(arcstat_raw_size, size);
3167         } else {
3168                 size = arc_hdr_size(hdr);
3169                 ASSERT3P(hdr->b_l1hdr.b_pabd, ==, NULL);
3170                 hdr->b_l1hdr.b_pabd = arc_get_data_abd(hdr, size, hdr,
3171                     alloc_flags);
3172                 ASSERT3P(hdr->b_l1hdr.b_pabd, !=, NULL);
3173         }
3174
3175         ARCSTAT_INCR(arcstat_compressed_size, size);
3176         ARCSTAT_INCR(arcstat_uncompressed_size, HDR_GET_LSIZE(hdr));
3177 }
3178
3179 static void
3180 arc_hdr_free_abd(arc_buf_hdr_t *hdr, boolean_t free_rdata)
3181 {
3182         uint64_t size = (free_rdata) ? HDR_GET_PSIZE(hdr) : arc_hdr_size(hdr);
3183
3184         ASSERT(HDR_HAS_L1HDR(hdr));
3185         ASSERT(hdr->b_l1hdr.b_pabd != NULL || HDR_HAS_RABD(hdr));
3186         IMPLY(free_rdata, HDR_HAS_RABD(hdr));
3187
3188         /*
3189          * If the hdr is currently being written to the l2arc then
3190          * we defer freeing the data by adding it to the l2arc_free_on_write
3191          * list. The l2arc will free the data once it's finished
3192          * writing it to the l2arc device.
3193          */
3194         if (HDR_L2_WRITING(hdr)) {
3195                 arc_hdr_free_on_write(hdr, free_rdata);
3196                 ARCSTAT_BUMP(arcstat_l2_free_on_write);
3197         } else if (free_rdata) {
3198                 arc_free_data_abd(hdr, hdr->b_crypt_hdr.b_rabd, size, hdr);
3199         } else {
3200                 arc_free_data_abd(hdr, hdr->b_l1hdr.b_pabd, size, hdr);
3201         }
3202
3203         if (free_rdata) {
3204                 hdr->b_crypt_hdr.b_rabd = NULL;
3205                 ARCSTAT_INCR(arcstat_raw_size, -size);
3206         } else {
3207                 hdr->b_l1hdr.b_pabd = NULL;
3208         }
3209
3210         if (hdr->b_l1hdr.b_pabd == NULL && !HDR_HAS_RABD(hdr))
3211                 hdr->b_l1hdr.b_byteswap = DMU_BSWAP_NUMFUNCS;
3212
3213         ARCSTAT_INCR(arcstat_compressed_size, -size);
3214         ARCSTAT_INCR(arcstat_uncompressed_size, -HDR_GET_LSIZE(hdr));
3215 }
3216
3217 /*
3218  * Allocate empty anonymous ARC header.  The header will get its identity
3219  * assigned and buffers attached later as part of read or write operations.
3220  *
3221  * In case of read arc_read() assigns header its identify (b_dva + b_birth),
3222  * inserts it into ARC hash to become globally visible and allocates physical
3223  * (b_pabd) or raw (b_rabd) ABD buffer to read into from disk.  On disk read
3224  * completion arc_read_done() allocates ARC buffer(s) as needed, potentially
3225  * sharing one of them with the physical ABD buffer.
3226  *
3227  * In case of write arc_alloc_buf() allocates ARC buffer to be filled with
3228  * data.  Then after compression and/or encryption arc_write_ready() allocates
3229  * and fills (or potentially shares) physical (b_pabd) or raw (b_rabd) ABD
3230  * buffer.  On disk write completion arc_write_done() assigns the header its
3231  * new identity (b_dva + b_birth) and inserts into ARC hash.
3232  *
3233  * In case of partial overwrite the old data is read first as described. Then
3234  * arc_release() either allocates new anonymous ARC header and moves the ARC
3235  * buffer to it, or reuses the old ARC header by discarding its identity and
3236  * removing it from ARC hash.  After buffer modification normal write process
3237  * follows as described.
3238  */
3239 static arc_buf_hdr_t *
3240 arc_hdr_alloc(uint64_t spa, int32_t psize, int32_t lsize,
3241     boolean_t protected, enum zio_compress compression_type, uint8_t complevel,
3242     arc_buf_contents_t type)
3243 {
3244         arc_buf_hdr_t *hdr;
3245
3246         VERIFY(type == ARC_BUFC_DATA || type == ARC_BUFC_METADATA);
3247         hdr = kmem_cache_alloc(hdr_full_cache, KM_PUSHPAGE);
3248
3249         ASSERT(HDR_EMPTY(hdr));
3250 #ifdef ZFS_DEBUG
3251         ASSERT3P(hdr->b_l1hdr.b_freeze_cksum, ==, NULL);
3252 #endif
3253         HDR_SET_PSIZE(hdr, psize);
3254         HDR_SET_LSIZE(hdr, lsize);
3255         hdr->b_spa = spa;
3256         hdr->b_type = type;
3257         hdr->b_flags = 0;
3258         arc_hdr_set_flags(hdr, arc_bufc_to_flags(type) | ARC_FLAG_HAS_L1HDR);
3259         arc_hdr_set_compress(hdr, compression_type);
3260         hdr->b_complevel = complevel;
3261         if (protected)
3262                 arc_hdr_set_flags(hdr, ARC_FLAG_PROTECTED);
3263
3264         hdr->b_l1hdr.b_state = arc_anon;
3265         hdr->b_l1hdr.b_arc_access = 0;
3266         hdr->b_l1hdr.b_mru_hits = 0;
3267         hdr->b_l1hdr.b_mru_ghost_hits = 0;
3268         hdr->b_l1hdr.b_mfu_hits = 0;
3269         hdr->b_l1hdr.b_mfu_ghost_hits = 0;
3270         hdr->b_l1hdr.b_buf = NULL;
3271
3272         ASSERT(zfs_refcount_is_zero(&hdr->b_l1hdr.b_refcnt));
3273
3274         return (hdr);
3275 }
3276
3277 /*
3278  * Transition between the two allocation states for the arc_buf_hdr struct.
3279  * The arc_buf_hdr struct can be allocated with (hdr_full_cache) or without
3280  * (hdr_l2only_cache) the fields necessary for the L1 cache - the smaller
3281  * version is used when a cache buffer is only in the L2ARC in order to reduce
3282  * memory usage.
3283  */
3284 static arc_buf_hdr_t *
3285 arc_hdr_realloc(arc_buf_hdr_t *hdr, kmem_cache_t *old, kmem_cache_t *new)
3286 {
3287         ASSERT(HDR_HAS_L2HDR(hdr));
3288
3289         arc_buf_hdr_t *nhdr;
3290         l2arc_dev_t *dev = hdr->b_l2hdr.b_dev;
3291
3292         ASSERT((old == hdr_full_cache && new == hdr_l2only_cache) ||
3293             (old == hdr_l2only_cache && new == hdr_full_cache));
3294
3295         nhdr = kmem_cache_alloc(new, KM_PUSHPAGE);
3296
3297         ASSERT(MUTEX_HELD(HDR_LOCK(hdr)));
3298         buf_hash_remove(hdr);
3299
3300         memcpy(nhdr, hdr, HDR_L2ONLY_SIZE);
3301
3302         if (new == hdr_full_cache) {
3303                 arc_hdr_set_flags(nhdr, ARC_FLAG_HAS_L1HDR);
3304                 /*
3305                  * arc_access and arc_change_state need to be aware that a
3306                  * header has just come out of L2ARC, so we set its state to
3307                  * l2c_only even though it's about to change.
3308                  */
3309                 nhdr->b_l1hdr.b_state = arc_l2c_only;
3310
3311                 /* Verify previous threads set to NULL before freeing */
3312                 ASSERT3P(nhdr->b_l1hdr.b_pabd, ==, NULL);
3313                 ASSERT(!HDR_HAS_RABD(hdr));
3314         } else {
3315                 ASSERT3P(hdr->b_l1hdr.b_buf, ==, NULL);
3316 #ifdef ZFS_DEBUG
3317                 ASSERT3P(hdr->b_l1hdr.b_freeze_cksum, ==, NULL);
3318 #endif
3319
3320                 /*
3321                  * If we've reached here, We must have been called from
3322                  * arc_evict_hdr(), as such we should have already been
3323                  * removed from any ghost list we were previously on
3324                  * (which protects us from racing with arc_evict_state),
3325                  * thus no locking is needed during this check.
3326                  */
3327                 ASSERT(!multilist_link_active(&hdr->b_l1hdr.b_arc_node));
3328
3329                 /*
3330                  * A buffer must not be moved into the arc_l2c_only
3331                  * state if it's not finished being written out to the
3332                  * l2arc device. Otherwise, the b_l1hdr.b_pabd field
3333                  * might try to be accessed, even though it was removed.
3334                  */
3335                 VERIFY(!HDR_L2_WRITING(hdr));
3336                 VERIFY3P(hdr->b_l1hdr.b_pabd, ==, NULL);
3337                 ASSERT(!HDR_HAS_RABD(hdr));
3338
3339                 arc_hdr_clear_flags(nhdr, ARC_FLAG_HAS_L1HDR);
3340         }
3341         /*
3342          * The header has been reallocated so we need to re-insert it into any
3343          * lists it was on.
3344          */
3345         (void) buf_hash_insert(nhdr, NULL);
3346
3347         ASSERT(list_link_active(&hdr->b_l2hdr.b_l2node));
3348
3349         mutex_enter(&dev->l2ad_mtx);
3350
3351         /*
3352          * We must place the realloc'ed header back into the list at
3353          * the same spot. Otherwise, if it's placed earlier in the list,
3354          * l2arc_write_buffers() could find it during the function's
3355          * write phase, and try to write it out to the l2arc.
3356          */
3357         list_insert_after(&dev->l2ad_buflist, hdr, nhdr);
3358         list_remove(&dev->l2ad_buflist, hdr);
3359
3360         mutex_exit(&dev->l2ad_mtx);
3361
3362         /*
3363          * Since we're using the pointer address as the tag when
3364          * incrementing and decrementing the l2ad_alloc refcount, we
3365          * must remove the old pointer (that we're about to destroy) and
3366          * add the new pointer to the refcount. Otherwise we'd remove
3367          * the wrong pointer address when calling arc_hdr_destroy() later.
3368          */
3369
3370         (void) zfs_refcount_remove_many(&dev->l2ad_alloc,
3371             arc_hdr_size(hdr), hdr);
3372         (void) zfs_refcount_add_many(&dev->l2ad_alloc,
3373             arc_hdr_size(nhdr), nhdr);
3374
3375         buf_discard_identity(hdr);
3376         kmem_cache_free(old, hdr);
3377
3378         return (nhdr);
3379 }
3380
3381 /*
3382  * This function is used by the send / receive code to convert a newly
3383  * allocated arc_buf_t to one that is suitable for a raw encrypted write. It
3384  * is also used to allow the root objset block to be updated without altering
3385  * its embedded MACs. Both block types will always be uncompressed so we do not
3386  * have to worry about compression type or psize.
3387  */
3388 void
3389 arc_convert_to_raw(arc_buf_t *buf, uint64_t dsobj, boolean_t byteorder,
3390     dmu_object_type_t ot, const uint8_t *salt, const uint8_t *iv,
3391     const uint8_t *mac)
3392 {
3393         arc_buf_hdr_t *hdr = buf->b_hdr;
3394
3395         ASSERT(ot == DMU_OT_DNODE || ot == DMU_OT_OBJSET);
3396         ASSERT(HDR_HAS_L1HDR(hdr));
3397         ASSERT3P(hdr->b_l1hdr.b_state, ==, arc_anon);
3398
3399         buf->b_flags |= (ARC_BUF_FLAG_COMPRESSED | ARC_BUF_FLAG_ENCRYPTED);
3400         arc_hdr_set_flags(hdr, ARC_FLAG_PROTECTED);
3401         hdr->b_crypt_hdr.b_dsobj = dsobj;
3402         hdr->b_crypt_hdr.b_ot = ot;
3403         hdr->b_l1hdr.b_byteswap = (byteorder == ZFS_HOST_BYTEORDER) ?
3404             DMU_BSWAP_NUMFUNCS : DMU_OT_BYTESWAP(ot);
3405         if (!arc_hdr_has_uncompressed_buf(hdr))
3406                 arc_cksum_free(hdr);
3407
3408         if (salt != NULL)
3409                 memcpy(hdr->b_crypt_hdr.b_salt, salt, ZIO_DATA_SALT_LEN);
3410         if (iv != NULL)
3411                 memcpy(hdr->b_crypt_hdr.b_iv, iv, ZIO_DATA_IV_LEN);
3412         if (mac != NULL)
3413                 memcpy(hdr->b_crypt_hdr.b_mac, mac, ZIO_DATA_MAC_LEN);
3414 }
3415
3416 /*
3417  * Allocate a new arc_buf_hdr_t and arc_buf_t and return the buf to the caller.
3418  * The buf is returned thawed since we expect the consumer to modify it.
3419  */
3420 arc_buf_t *
3421 arc_alloc_buf(spa_t *spa, const void *tag, arc_buf_contents_t type,
3422     int32_t size)
3423 {
3424         arc_buf_hdr_t *hdr = arc_hdr_alloc(spa_load_guid(spa), size, size,
3425             B_FALSE, ZIO_COMPRESS_OFF, 0, type);
3426
3427         arc_buf_t *buf = NULL;
3428         VERIFY0(arc_buf_alloc_impl(hdr, spa, NULL, tag, B_FALSE, B_FALSE,
3429             B_FALSE, B_FALSE, &buf));
3430         arc_buf_thaw(buf);
3431
3432         return (buf);
3433 }
3434
3435 /*
3436  * Allocate a compressed buf in the same manner as arc_alloc_buf. Don't use this
3437  * for bufs containing metadata.
3438  */
3439 arc_buf_t *
3440 arc_alloc_compressed_buf(spa_t *spa, const void *tag, uint64_t psize,
3441     uint64_t lsize, enum zio_compress compression_type, uint8_t complevel)
3442 {
3443         ASSERT3U(lsize, >, 0);
3444         ASSERT3U(lsize, >=, psize);
3445         ASSERT3U(compression_type, >, ZIO_COMPRESS_OFF);
3446         ASSERT3U(compression_type, <, ZIO_COMPRESS_FUNCTIONS);
3447
3448         arc_buf_hdr_t *hdr = arc_hdr_alloc(spa_load_guid(spa), psize, lsize,
3449             B_FALSE, compression_type, complevel, ARC_BUFC_DATA);
3450
3451         arc_buf_t *buf = NULL;
3452         VERIFY0(arc_buf_alloc_impl(hdr, spa, NULL, tag, B_FALSE,
3453             B_TRUE, B_FALSE, B_FALSE, &buf));
3454         arc_buf_thaw(buf);
3455
3456         /*
3457          * To ensure that the hdr has the correct data in it if we call
3458          * arc_untransform() on this buf before it's been written to disk,
3459          * it's easiest if we just set up sharing between the buf and the hdr.
3460          */
3461         arc_share_buf(hdr, buf);
3462
3463         return (buf);
3464 }
3465
3466 arc_buf_t *
3467 arc_alloc_raw_buf(spa_t *spa, const void *tag, uint64_t dsobj,
3468     boolean_t byteorder, const uint8_t *salt, const uint8_t *iv,
3469     const uint8_t *mac, dmu_object_type_t ot, uint64_t psize, uint64_t lsize,
3470     enum zio_compress compression_type, uint8_t complevel)
3471 {
3472         arc_buf_hdr_t *hdr;
3473         arc_buf_t *buf;
3474         arc_buf_contents_t type = DMU_OT_IS_METADATA(ot) ?
3475             ARC_BUFC_METADATA : ARC_BUFC_DATA;
3476
3477         ASSERT3U(lsize, >, 0);
3478         ASSERT3U(lsize, >=, psize);
3479         ASSERT3U(compression_type, >=, ZIO_COMPRESS_OFF);
3480         ASSERT3U(compression_type, <, ZIO_COMPRESS_FUNCTIONS);
3481
3482         hdr = arc_hdr_alloc(spa_load_guid(spa), psize, lsize, B_TRUE,
3483             compression_type, complevel, type);
3484
3485         hdr->b_crypt_hdr.b_dsobj = dsobj;
3486         hdr->b_crypt_hdr.b_ot = ot;
3487         hdr->b_l1hdr.b_byteswap = (byteorder == ZFS_HOST_BYTEORDER) ?
3488             DMU_BSWAP_NUMFUNCS : DMU_OT_BYTESWAP(ot);
3489         memcpy(hdr->b_crypt_hdr.b_salt, salt, ZIO_DATA_SALT_LEN);
3490         memcpy(hdr->b_crypt_hdr.b_iv, iv, ZIO_DATA_IV_LEN);
3491         memcpy(hdr->b_crypt_hdr.b_mac, mac, ZIO_DATA_MAC_LEN);
3492
3493         /*
3494          * This buffer will be considered encrypted even if the ot is not an
3495          * encrypted type. It will become authenticated instead in
3496          * arc_write_ready().
3497          */
3498         buf = NULL;
3499         VERIFY0(arc_buf_alloc_impl(hdr, spa, NULL, tag, B_TRUE, B_TRUE,
3500             B_FALSE, B_FALSE, &buf));
3501         arc_buf_thaw(buf);
3502
3503         return (buf);
3504 }
3505
3506 static void
3507 l2arc_hdr_arcstats_update(arc_buf_hdr_t *hdr, boolean_t incr,
3508     boolean_t state_only)
3509 {
3510         l2arc_buf_hdr_t *l2hdr = &hdr->b_l2hdr;
3511         l2arc_dev_t *dev = l2hdr->b_dev;
3512         uint64_t lsize = HDR_GET_LSIZE(hdr);
3513         uint64_t psize = HDR_GET_PSIZE(hdr);
3514         uint64_t asize = vdev_psize_to_asize(dev->l2ad_vdev, psize);
3515         arc_buf_contents_t type = hdr->b_type;
3516         int64_t lsize_s;
3517         int64_t psize_s;
3518         int64_t asize_s;
3519
3520         if (incr) {
3521                 lsize_s = lsize;
3522                 psize_s = psize;
3523                 asize_s = asize;
3524         } else {
3525                 lsize_s = -lsize;
3526                 psize_s = -psize;
3527                 asize_s = -asize;
3528         }
3529
3530         /* If the buffer is a prefetch, count it as such. */
3531         if (HDR_PREFETCH(hdr)) {
3532                 ARCSTAT_INCR(arcstat_l2_prefetch_asize, asize_s);
3533         } else {
3534                 /*
3535                  * We use the value stored in the L2 header upon initial
3536                  * caching in L2ARC. This value will be updated in case
3537                  * an MRU/MRU_ghost buffer transitions to MFU but the L2ARC
3538                  * metadata (log entry) cannot currently be updated. Having
3539                  * the ARC state in the L2 header solves the problem of a
3540                  * possibly absent L1 header (apparent in buffers restored
3541                  * from persistent L2ARC).
3542                  */
3543                 switch (hdr->b_l2hdr.b_arcs_state) {
3544                         case ARC_STATE_MRU_GHOST:
3545                         case ARC_STATE_MRU:
3546                                 ARCSTAT_INCR(arcstat_l2_mru_asize, asize_s);
3547                                 break;
3548                         case ARC_STATE_MFU_GHOST:
3549                         case ARC_STATE_MFU:
3550                                 ARCSTAT_INCR(arcstat_l2_mfu_asize, asize_s);
3551                                 break;
3552                         default:
3553                                 break;
3554                 }
3555         }
3556
3557         if (state_only)
3558                 return;
3559
3560         ARCSTAT_INCR(arcstat_l2_psize, psize_s);
3561         ARCSTAT_INCR(arcstat_l2_lsize, lsize_s);
3562
3563         switch (type) {
3564                 case ARC_BUFC_DATA:
3565                         ARCSTAT_INCR(arcstat_l2_bufc_data_asize, asize_s);
3566                         break;
3567                 case ARC_BUFC_METADATA:
3568                         ARCSTAT_INCR(arcstat_l2_bufc_metadata_asize, asize_s);
3569                         break;
3570                 default:
3571                         break;
3572         }
3573 }
3574
3575
3576 static void
3577 arc_hdr_l2hdr_destroy(arc_buf_hdr_t *hdr)
3578 {
3579         l2arc_buf_hdr_t *l2hdr = &hdr->b_l2hdr;
3580         l2arc_dev_t *dev = l2hdr->b_dev;
3581         uint64_t psize = HDR_GET_PSIZE(hdr);
3582         uint64_t asize = vdev_psize_to_asize(dev->l2ad_vdev, psize);
3583
3584         ASSERT(MUTEX_HELD(&dev->l2ad_mtx));
3585         ASSERT(HDR_HAS_L2HDR(hdr));
3586
3587         list_remove(&dev->l2ad_buflist, hdr);
3588
3589         l2arc_hdr_arcstats_decrement(hdr);
3590         vdev_space_update(dev->l2ad_vdev, -asize, 0, 0);
3591
3592         (void) zfs_refcount_remove_many(&dev->l2ad_alloc, arc_hdr_size(hdr),
3593             hdr);
3594         arc_hdr_clear_flags(hdr, ARC_FLAG_HAS_L2HDR);
3595 }
3596
3597 static void
3598 arc_hdr_destroy(arc_buf_hdr_t *hdr)
3599 {
3600         if (HDR_HAS_L1HDR(hdr)) {
3601                 ASSERT(zfs_refcount_is_zero(&hdr->b_l1hdr.b_refcnt));
3602                 ASSERT3P(hdr->b_l1hdr.b_state, ==, arc_anon);
3603         }
3604         ASSERT(!HDR_IO_IN_PROGRESS(hdr));
3605         ASSERT(!HDR_IN_HASH_TABLE(hdr));
3606
3607         if (HDR_HAS_L2HDR(hdr)) {
3608                 l2arc_dev_t *dev = hdr->b_l2hdr.b_dev;
3609                 boolean_t buflist_held = MUTEX_HELD(&dev->l2ad_mtx);
3610
3611                 if (!buflist_held)
3612                         mutex_enter(&dev->l2ad_mtx);
3613
3614                 /*
3615                  * Even though we checked this conditional above, we
3616                  * need to check this again now that we have the
3617                  * l2ad_mtx. This is because we could be racing with
3618                  * another thread calling l2arc_evict() which might have
3619                  * destroyed this header's L2 portion as we were waiting
3620                  * to acquire the l2ad_mtx. If that happens, we don't
3621                  * want to re-destroy the header's L2 portion.
3622                  */
3623                 if (HDR_HAS_L2HDR(hdr)) {
3624
3625                         if (!HDR_EMPTY(hdr))
3626                                 buf_discard_identity(hdr);
3627
3628                         arc_hdr_l2hdr_destroy(hdr);
3629                 }
3630
3631                 if (!buflist_held)
3632                         mutex_exit(&dev->l2ad_mtx);
3633         }
3634
3635         /*
3636          * The header's identify can only be safely discarded once it is no
3637          * longer discoverable.  This requires removing it from the hash table
3638          * and the l2arc header list.  After this point the hash lock can not
3639          * be used to protect the header.
3640          */
3641         if (!HDR_EMPTY(hdr))
3642                 buf_discard_identity(hdr);
3643
3644         if (HDR_HAS_L1HDR(hdr)) {
3645                 arc_cksum_free(hdr);
3646
3647                 while (hdr->b_l1hdr.b_buf != NULL)
3648                         arc_buf_destroy_impl(hdr->b_l1hdr.b_buf);
3649
3650                 if (hdr->b_l1hdr.b_pabd != NULL)
3651                         arc_hdr_free_abd(hdr, B_FALSE);
3652
3653                 if (HDR_HAS_RABD(hdr))
3654                         arc_hdr_free_abd(hdr, B_TRUE);
3655         }
3656
3657         ASSERT3P(hdr->b_hash_next, ==, NULL);
3658         if (HDR_HAS_L1HDR(hdr)) {
3659                 ASSERT(!multilist_link_active(&hdr->b_l1hdr.b_arc_node));
3660                 ASSERT3P(hdr->b_l1hdr.b_acb, ==, NULL);
3661 #ifdef ZFS_DEBUG
3662                 ASSERT3P(hdr->b_l1hdr.b_freeze_cksum, ==, NULL);
3663 #endif
3664                 kmem_cache_free(hdr_full_cache, hdr);
3665         } else {
3666                 kmem_cache_free(hdr_l2only_cache, hdr);
3667         }
3668 }
3669
3670 void
3671 arc_buf_destroy(arc_buf_t *buf, const void *tag)
3672 {
3673         arc_buf_hdr_t *hdr = buf->b_hdr;
3674
3675         if (hdr->b_l1hdr.b_state == arc_anon) {
3676                 ASSERT3P(hdr->b_l1hdr.b_buf, ==, buf);
3677                 ASSERT(ARC_BUF_LAST(buf));
3678                 ASSERT(!HDR_IO_IN_PROGRESS(hdr));
3679                 VERIFY0(remove_reference(hdr, tag));
3680                 return;
3681         }
3682
3683         kmutex_t *hash_lock = HDR_LOCK(hdr);
3684         mutex_enter(hash_lock);
3685
3686         ASSERT3P(hdr, ==, buf->b_hdr);
3687         ASSERT3P(hdr->b_l1hdr.b_buf, !=, NULL);
3688         ASSERT3P(hash_lock, ==, HDR_LOCK(hdr));
3689         ASSERT3P(hdr->b_l1hdr.b_state, !=, arc_anon);
3690         ASSERT3P(buf->b_data, !=, NULL);
3691
3692         arc_buf_destroy_impl(buf);
3693         (void) remove_reference(hdr, tag);
3694         mutex_exit(hash_lock);
3695 }
3696
3697 /*
3698  * Evict the arc_buf_hdr that is provided as a parameter. The resultant
3699  * state of the header is dependent on its state prior to entering this
3700  * function. The following transitions are possible:
3701  *
3702  *    - arc_mru -> arc_mru_ghost
3703  *    - arc_mfu -> arc_mfu_ghost
3704  *    - arc_mru_ghost -> arc_l2c_only
3705  *    - arc_mru_ghost -> deleted
3706  *    - arc_mfu_ghost -> arc_l2c_only
3707  *    - arc_mfu_ghost -> deleted
3708  *    - arc_uncached -> deleted
3709  *
3710  * Return total size of evicted data buffers for eviction progress tracking.
3711  * When evicting from ghost states return logical buffer size to make eviction
3712  * progress at the same (or at least comparable) rate as from non-ghost states.
3713  *
3714  * Return *real_evicted for actual ARC size reduction to wake up threads
3715  * waiting for it.  For non-ghost states it includes size of evicted data
3716  * buffers (the headers are not freed there).  For ghost states it includes
3717  * only the evicted headers size.
3718  */
3719 static int64_t
3720 arc_evict_hdr(arc_buf_hdr_t *hdr, uint64_t *real_evicted)
3721 {
3722         arc_state_t *evicted_state, *state;
3723         int64_t bytes_evicted = 0;
3724         uint_t min_lifetime = HDR_PRESCIENT_PREFETCH(hdr) ?
3725             arc_min_prescient_prefetch_ms : arc_min_prefetch_ms;
3726
3727         ASSERT(MUTEX_HELD(HDR_LOCK(hdr)));
3728         ASSERT(HDR_HAS_L1HDR(hdr));
3729         ASSERT(!HDR_IO_IN_PROGRESS(hdr));
3730         ASSERT3P(hdr->b_l1hdr.b_buf, ==, NULL);
3731         ASSERT0(zfs_refcount_count(&hdr->b_l1hdr.b_refcnt));
3732
3733         *real_evicted = 0;
3734         state = hdr->b_l1hdr.b_state;
3735         if (GHOST_STATE(state)) {
3736
3737                 /*
3738                  * l2arc_write_buffers() relies on a header's L1 portion
3739                  * (i.e. its b_pabd field) during it's write phase.
3740                  * Thus, we cannot push a header onto the arc_l2c_only
3741                  * state (removing its L1 piece) until the header is
3742                  * done being written to the l2arc.
3743                  */
3744                 if (HDR_HAS_L2HDR(hdr) && HDR_L2_WRITING(hdr)) {
3745                         ARCSTAT_BUMP(arcstat_evict_l2_skip);
3746                         return (bytes_evicted);
3747                 }
3748
3749                 ARCSTAT_BUMP(arcstat_deleted);
3750                 bytes_evicted += HDR_GET_LSIZE(hdr);
3751
3752                 DTRACE_PROBE1(arc__delete, arc_buf_hdr_t *, hdr);
3753
3754                 if (HDR_HAS_L2HDR(hdr)) {
3755                         ASSERT(hdr->b_l1hdr.b_pabd == NULL);
3756                         ASSERT(!HDR_HAS_RABD(hdr));
3757                         /*
3758                          * This buffer is cached on the 2nd Level ARC;
3759                          * don't destroy the header.
3760                          */
3761                         arc_change_state(arc_l2c_only, hdr);
3762                         /*
3763                          * dropping from L1+L2 cached to L2-only,
3764                          * realloc to remove the L1 header.
3765                          */
3766                         (void) arc_hdr_realloc(hdr, hdr_full_cache,
3767                             hdr_l2only_cache);
3768                         *real_evicted += HDR_FULL_SIZE - HDR_L2ONLY_SIZE;
3769                 } else {
3770                         arc_change_state(arc_anon, hdr);
3771                         arc_hdr_destroy(hdr);
3772                         *real_evicted += HDR_FULL_SIZE;
3773                 }
3774                 return (bytes_evicted);
3775         }
3776
3777         ASSERT(state == arc_mru || state == arc_mfu || state == arc_uncached);
3778         evicted_state = (state == arc_uncached) ? arc_anon :
3779             ((state == arc_mru) ? arc_mru_ghost : arc_mfu_ghost);
3780
3781         /* prefetch buffers have a minimum lifespan */
3782         if ((hdr->b_flags & (ARC_FLAG_PREFETCH | ARC_FLAG_INDIRECT)) &&
3783             ddi_get_lbolt() - hdr->b_l1hdr.b_arc_access <
3784             MSEC_TO_TICK(min_lifetime)) {
3785                 ARCSTAT_BUMP(arcstat_evict_skip);
3786                 return (bytes_evicted);
3787         }
3788
3789         if (HDR_HAS_L2HDR(hdr)) {
3790                 ARCSTAT_INCR(arcstat_evict_l2_cached, HDR_GET_LSIZE(hdr));
3791         } else {
3792                 if (l2arc_write_eligible(hdr->b_spa, hdr)) {
3793                         ARCSTAT_INCR(arcstat_evict_l2_eligible,
3794                             HDR_GET_LSIZE(hdr));
3795
3796                         switch (state->arcs_state) {
3797                                 case ARC_STATE_MRU:
3798                                         ARCSTAT_INCR(
3799                                             arcstat_evict_l2_eligible_mru,
3800                                             HDR_GET_LSIZE(hdr));
3801                                         break;
3802                                 case ARC_STATE_MFU:
3803                                         ARCSTAT_INCR(
3804                                             arcstat_evict_l2_eligible_mfu,
3805                                             HDR_GET_LSIZE(hdr));
3806                                         break;
3807                                 default:
3808                                         break;
3809                         }
3810                 } else {
3811                         ARCSTAT_INCR(arcstat_evict_l2_ineligible,
3812                             HDR_GET_LSIZE(hdr));
3813                 }
3814         }
3815
3816         bytes_evicted += arc_hdr_size(hdr);
3817         *real_evicted += arc_hdr_size(hdr);
3818
3819         /*
3820          * If this hdr is being evicted and has a compressed buffer then we
3821          * discard it here before we change states.  This ensures that the
3822          * accounting is updated correctly in arc_free_data_impl().
3823          */
3824         if (hdr->b_l1hdr.b_pabd != NULL)
3825                 arc_hdr_free_abd(hdr, B_FALSE);
3826
3827         if (HDR_HAS_RABD(hdr))
3828                 arc_hdr_free_abd(hdr, B_TRUE);
3829
3830         arc_change_state(evicted_state, hdr);
3831         DTRACE_PROBE1(arc__evict, arc_buf_hdr_t *, hdr);
3832         if (evicted_state == arc_anon) {
3833                 arc_hdr_destroy(hdr);
3834                 *real_evicted += HDR_FULL_SIZE;
3835         } else {
3836                 ASSERT(HDR_IN_HASH_TABLE(hdr));
3837         }
3838
3839         return (bytes_evicted);
3840 }
3841
3842 static void
3843 arc_set_need_free(void)
3844 {
3845         ASSERT(MUTEX_HELD(&arc_evict_lock));
3846         int64_t remaining = arc_free_memory() - arc_sys_free / 2;
3847         arc_evict_waiter_t *aw = list_tail(&arc_evict_waiters);
3848         if (aw == NULL) {
3849                 arc_need_free = MAX(-remaining, 0);
3850         } else {
3851                 arc_need_free =
3852                     MAX(-remaining, (int64_t)(aw->aew_count - arc_evict_count));
3853         }
3854 }
3855
3856 static uint64_t
3857 arc_evict_state_impl(multilist_t *ml, int idx, arc_buf_hdr_t *marker,
3858     uint64_t spa, uint64_t bytes)
3859 {
3860         multilist_sublist_t *mls;
3861         uint64_t bytes_evicted = 0, real_evicted = 0;
3862         arc_buf_hdr_t *hdr;
3863         kmutex_t *hash_lock;
3864         uint_t evict_count = zfs_arc_evict_batch_limit;
3865
3866         ASSERT3P(marker, !=, NULL);
3867
3868         mls = multilist_sublist_lock(ml, idx);
3869
3870         for (hdr = multilist_sublist_prev(mls, marker); likely(hdr != NULL);
3871             hdr = multilist_sublist_prev(mls, marker)) {
3872                 if ((evict_count == 0) || (bytes_evicted >= bytes))
3873                         break;
3874
3875                 /*
3876                  * To keep our iteration location, move the marker
3877                  * forward. Since we're not holding hdr's hash lock, we
3878                  * must be very careful and not remove 'hdr' from the
3879                  * sublist. Otherwise, other consumers might mistake the
3880                  * 'hdr' as not being on a sublist when they call the
3881                  * multilist_link_active() function (they all rely on
3882                  * the hash lock protecting concurrent insertions and
3883                  * removals). multilist_sublist_move_forward() was
3884                  * specifically implemented to ensure this is the case
3885                  * (only 'marker' will be removed and re-inserted).
3886                  */
3887                 multilist_sublist_move_forward(mls, marker);
3888
3889                 /*
3890                  * The only case where the b_spa field should ever be
3891                  * zero, is the marker headers inserted by
3892                  * arc_evict_state(). It's possible for multiple threads
3893                  * to be calling arc_evict_state() concurrently (e.g.
3894                  * dsl_pool_close() and zio_inject_fault()), so we must
3895                  * skip any markers we see from these other threads.
3896                  */
3897                 if (hdr->b_spa == 0)
3898                         continue;
3899
3900                 /* we're only interested in evicting buffers of a certain spa */
3901                 if (spa != 0 && hdr->b_spa != spa) {
3902                         ARCSTAT_BUMP(arcstat_evict_skip);
3903                         continue;
3904                 }
3905
3906                 hash_lock = HDR_LOCK(hdr);
3907
3908                 /*
3909                  * We aren't calling this function from any code path
3910                  * that would already be holding a hash lock, so we're
3911                  * asserting on this assumption to be defensive in case
3912                  * this ever changes. Without this check, it would be
3913                  * possible to incorrectly increment arcstat_mutex_miss
3914                  * below (e.g. if the code changed such that we called
3915                  * this function with a hash lock held).
3916                  */
3917                 ASSERT(!MUTEX_HELD(hash_lock));
3918
3919                 if (mutex_tryenter(hash_lock)) {
3920                         uint64_t revicted;
3921                         uint64_t evicted = arc_evict_hdr(hdr, &revicted);
3922                         mutex_exit(hash_lock);
3923
3924                         bytes_evicted += evicted;
3925                         real_evicted += revicted;
3926
3927                         /*
3928                          * If evicted is zero, arc_evict_hdr() must have
3929                          * decided to skip this header, don't increment
3930                          * evict_count in this case.
3931                          */
3932                         if (evicted != 0)
3933                                 evict_count--;
3934
3935                 } else {
3936                         ARCSTAT_BUMP(arcstat_mutex_miss);
3937                 }
3938         }
3939
3940         multilist_sublist_unlock(mls);
3941
3942         /*
3943          * Increment the count of evicted bytes, and wake up any threads that
3944          * are waiting for the count to reach this value.  Since the list is
3945          * ordered by ascending aew_count, we pop off the beginning of the
3946          * list until we reach the end, or a waiter that's past the current
3947          * "count".  Doing this outside the loop reduces the number of times
3948          * we need to acquire the global arc_evict_lock.
3949          *
3950          * Only wake when there's sufficient free memory in the system
3951          * (specifically, arc_sys_free/2, which by default is a bit more than
3952          * 1/64th of RAM).  See the comments in arc_wait_for_eviction().
3953          */
3954         mutex_enter(&arc_evict_lock);
3955         arc_evict_count += real_evicted;
3956
3957         if (arc_free_memory() > arc_sys_free / 2) {
3958                 arc_evict_waiter_t *aw;
3959                 while ((aw = list_head(&arc_evict_waiters)) != NULL &&
3960                     aw->aew_count <= arc_evict_count) {
3961                         list_remove(&arc_evict_waiters, aw);
3962                         cv_broadcast(&aw->aew_cv);
3963                 }
3964         }
3965         arc_set_need_free();
3966         mutex_exit(&arc_evict_lock);
3967
3968         /*
3969          * If the ARC size is reduced from arc_c_max to arc_c_min (especially
3970          * if the average cached block is small), eviction can be on-CPU for
3971          * many seconds.  To ensure that other threads that may be bound to
3972          * this CPU are able to make progress, make a voluntary preemption
3973          * call here.
3974          */
3975         kpreempt(KPREEMPT_SYNC);
3976
3977         return (bytes_evicted);
3978 }
3979
3980 /*
3981  * Allocate an array of buffer headers used as placeholders during arc state
3982  * eviction.
3983  */
3984 static arc_buf_hdr_t **
3985 arc_state_alloc_markers(int count)
3986 {
3987         arc_buf_hdr_t **markers;
3988
3989         markers = kmem_zalloc(sizeof (*markers) * count, KM_SLEEP);
3990         for (int i = 0; i < count; i++) {
3991                 markers[i] = kmem_cache_alloc(hdr_full_cache, KM_SLEEP);
3992
3993                 /*
3994                  * A b_spa of 0 is used to indicate that this header is
3995                  * a marker. This fact is used in arc_evict_state_impl().
3996                  */
3997                 markers[i]->b_spa = 0;
3998
3999         }
4000         return (markers);
4001 }
4002
4003 static void
4004 arc_state_free_markers(arc_buf_hdr_t **markers, int count)
4005 {
4006         for (int i = 0; i < count; i++)
4007                 kmem_cache_free(hdr_full_cache, markers[i]);
4008         kmem_free(markers, sizeof (*markers) * count);
4009 }
4010
4011 /*
4012  * Evict buffers from the given arc state, until we've removed the
4013  * specified number of bytes. Move the removed buffers to the
4014  * appropriate evict state.
4015  *
4016  * This function makes a "best effort". It skips over any buffers
4017  * it can't get a hash_lock on, and so, may not catch all candidates.
4018  * It may also return without evicting as much space as requested.
4019  *
4020  * If bytes is specified using the special value ARC_EVICT_ALL, this
4021  * will evict all available (i.e. unlocked and evictable) buffers from
4022  * the given arc state; which is used by arc_flush().
4023  */
4024 static uint64_t
4025 arc_evict_state(arc_state_t *state, arc_buf_contents_t type, uint64_t spa,
4026     uint64_t bytes)
4027 {
4028         uint64_t total_evicted = 0;
4029         multilist_t *ml = &state->arcs_list[type];
4030         int num_sublists;
4031         arc_buf_hdr_t **markers;
4032
4033         num_sublists = multilist_get_num_sublists(ml);
4034
4035         /*
4036          * If we've tried to evict from each sublist, made some
4037          * progress, but still have not hit the target number of bytes
4038          * to evict, we want to keep trying. The markers allow us to
4039          * pick up where we left off for each individual sublist, rather
4040          * than starting from the tail each time.
4041          */
4042         if (zthr_iscurthread(arc_evict_zthr)) {
4043                 markers = arc_state_evict_markers;
4044                 ASSERT3S(num_sublists, <=, arc_state_evict_marker_count);
4045         } else {
4046                 markers = arc_state_alloc_markers(num_sublists);
4047         }
4048         for (int i = 0; i < num_sublists; i++) {
4049                 multilist_sublist_t *mls;
4050
4051                 mls = multilist_sublist_lock(ml, i);
4052                 multilist_sublist_insert_tail(mls, markers[i]);
4053                 multilist_sublist_unlock(mls);
4054         }
4055
4056         /*
4057          * While we haven't hit our target number of bytes to evict, or
4058          * we're evicting all available buffers.
4059          */
4060         while (total_evicted < bytes) {
4061                 int sublist_idx = multilist_get_random_index(ml);
4062                 uint64_t scan_evicted = 0;
4063
4064                 /*
4065                  * Start eviction using a randomly selected sublist,
4066                  * this is to try and evenly balance eviction across all
4067                  * sublists. Always starting at the same sublist
4068                  * (e.g. index 0) would cause evictions to favor certain
4069                  * sublists over others.
4070                  */
4071                 for (int i = 0; i < num_sublists; i++) {
4072                         uint64_t bytes_remaining;
4073                         uint64_t bytes_evicted;
4074
4075                         if (total_evicted < bytes)
4076                                 bytes_remaining = bytes - total_evicted;
4077                         else
4078                                 break;
4079
4080                         bytes_evicted = arc_evict_state_impl(ml, sublist_idx,
4081                             markers[sublist_idx], spa, bytes_remaining);
4082
4083                         scan_evicted += bytes_evicted;
4084                         total_evicted += bytes_evicted;
4085
4086                         /* we've reached the end, wrap to the beginning */
4087                         if (++sublist_idx >= num_sublists)
4088                                 sublist_idx = 0;
4089                 }
4090
4091                 /*
4092                  * If we didn't evict anything during this scan, we have
4093                  * no reason to believe we'll evict more during another
4094                  * scan, so break the loop.
4095                  */
4096                 if (scan_evicted == 0) {
4097                         /* This isn't possible, let's make that obvious */
4098                         ASSERT3S(bytes, !=, 0);
4099
4100                         /*
4101                          * When bytes is ARC_EVICT_ALL, the only way to
4102                          * break the loop is when scan_evicted is zero.
4103                          * In that case, we actually have evicted enough,
4104                          * so we don't want to increment the kstat.
4105                          */
4106                         if (bytes != ARC_EVICT_ALL) {
4107                                 ASSERT3S(total_evicted, <, bytes);
4108                                 ARCSTAT_BUMP(arcstat_evict_not_enough);
4109                         }
4110
4111                         break;
4112                 }
4113         }
4114
4115         for (int i = 0; i < num_sublists; i++) {
4116                 multilist_sublist_t *mls = multilist_sublist_lock(ml, i);
4117                 multilist_sublist_remove(mls, markers[i]);
4118                 multilist_sublist_unlock(mls);
4119         }
4120         if (markers != arc_state_evict_markers)
4121                 arc_state_free_markers(markers, num_sublists);
4122
4123         return (total_evicted);
4124 }
4125
4126 /*
4127  * Flush all "evictable" data of the given type from the arc state
4128  * specified. This will not evict any "active" buffers (i.e. referenced).
4129  *
4130  * When 'retry' is set to B_FALSE, the function will make a single pass
4131  * over the state and evict any buffers that it can. Since it doesn't
4132  * continually retry the eviction, it might end up leaving some buffers
4133  * in the ARC due to lock misses.
4134  *
4135  * When 'retry' is set to B_TRUE, the function will continually retry the
4136  * eviction until *all* evictable buffers have been removed from the
4137  * state. As a result, if concurrent insertions into the state are
4138  * allowed (e.g. if the ARC isn't shutting down), this function might
4139  * wind up in an infinite loop, continually trying to evict buffers.
4140  */
4141 static uint64_t
4142 arc_flush_state(arc_state_t *state, uint64_t spa, arc_buf_contents_t type,
4143     boolean_t retry)
4144 {
4145         uint64_t evicted = 0;
4146
4147         while (zfs_refcount_count(&state->arcs_esize[type]) != 0) {
4148                 evicted += arc_evict_state(state, type, spa, ARC_EVICT_ALL);
4149
4150                 if (!retry)
4151                         break;
4152         }
4153
4154         return (evicted);
4155 }
4156
4157 /*
4158  * Evict the specified number of bytes from the state specified. This
4159  * function prevents us from trying to evict more from a state's list
4160  * than is "evictable", and to skip evicting altogether when passed a
4161  * negative value for "bytes". In contrast, arc_evict_state() will
4162  * evict everything it can, when passed a negative value for "bytes".
4163  */
4164 static uint64_t
4165 arc_evict_impl(arc_state_t *state, arc_buf_contents_t type, int64_t bytes)
4166 {
4167         uint64_t delta;
4168
4169         if (bytes > 0 && zfs_refcount_count(&state->arcs_esize[type]) > 0) {
4170                 delta = MIN(zfs_refcount_count(&state->arcs_esize[type]),
4171                     bytes);
4172                 return (arc_evict_state(state, type, 0, delta));
4173         }
4174
4175         return (0);
4176 }
4177
4178 /*
4179  * Adjust specified fraction, taking into account initial ghost state(s) size,
4180  * ghost hit bytes towards increasing the fraction, ghost hit bytes towards
4181  * decreasing it, plus a balance factor, controlling the decrease rate, used
4182  * to balance metadata vs data.
4183  */
4184 static uint64_t
4185 arc_evict_adj(uint64_t frac, uint64_t total, uint64_t up, uint64_t down,
4186     uint_t balance)
4187 {
4188         if (total < 8 || up + down == 0)
4189                 return (frac);
4190
4191         /*
4192          * We should not have more ghost hits than ghost size, but they
4193          * may get close.  Restrict maximum adjustment in that case.
4194          */
4195         if (up + down >= total / 4) {
4196                 uint64_t scale = (up + down) / (total / 8);
4197                 up /= scale;
4198                 down /= scale;
4199         }
4200
4201         /* Get maximal dynamic range by choosing optimal shifts. */
4202         int s = highbit64(total);
4203         s = MIN(64 - s, 32);
4204
4205         uint64_t ofrac = (1ULL << 32) - frac;
4206
4207         if (frac >= 4 * ofrac)
4208                 up /= frac / (2 * ofrac + 1);
4209         up = (up << s) / (total >> (32 - s));
4210         if (ofrac >= 4 * frac)
4211                 down /= ofrac / (2 * frac + 1);
4212         down = (down << s) / (total >> (32 - s));
4213         down = down * 100 / balance;
4214
4215         return (frac + up - down);
4216 }
4217
4218 /*
4219  * Evict buffers from the cache, such that arcstat_size is capped by arc_c.
4220  */
4221 static uint64_t
4222 arc_evict(void)
4223 {
4224         uint64_t asize, bytes, total_evicted = 0;
4225         int64_t e, mrud, mrum, mfud, mfum, w;
4226         static uint64_t ogrd, ogrm, ogfd, ogfm;
4227         static uint64_t gsrd, gsrm, gsfd, gsfm;
4228         uint64_t ngrd, ngrm, ngfd, ngfm;
4229
4230         /* Get current size of ARC states we can evict from. */
4231         mrud = zfs_refcount_count(&arc_mru->arcs_size[ARC_BUFC_DATA]) +
4232             zfs_refcount_count(&arc_anon->arcs_size[ARC_BUFC_DATA]);
4233         mrum = zfs_refcount_count(&arc_mru->arcs_size[ARC_BUFC_METADATA]) +
4234             zfs_refcount_count(&arc_anon->arcs_size[ARC_BUFC_METADATA]);
4235         mfud = zfs_refcount_count(&arc_mfu->arcs_size[ARC_BUFC_DATA]);
4236         mfum = zfs_refcount_count(&arc_mfu->arcs_size[ARC_BUFC_METADATA]);
4237         uint64_t d = mrud + mfud;
4238         uint64_t m = mrum + mfum;
4239         uint64_t t = d + m;
4240
4241         /* Get ARC ghost hits since last eviction. */
4242         ngrd = wmsum_value(&arc_mru_ghost->arcs_hits[ARC_BUFC_DATA]);
4243         uint64_t grd = ngrd - ogrd;
4244         ogrd = ngrd;
4245         ngrm = wmsum_value(&arc_mru_ghost->arcs_hits[ARC_BUFC_METADATA]);
4246         uint64_t grm = ngrm - ogrm;
4247         ogrm = ngrm;
4248         ngfd = wmsum_value(&arc_mfu_ghost->arcs_hits[ARC_BUFC_DATA]);
4249         uint64_t gfd = ngfd - ogfd;
4250         ogfd = ngfd;
4251         ngfm = wmsum_value(&arc_mfu_ghost->arcs_hits[ARC_BUFC_METADATA]);
4252         uint64_t gfm = ngfm - ogfm;
4253         ogfm = ngfm;
4254
4255         /* Adjust ARC states balance based on ghost hits. */
4256         arc_meta = arc_evict_adj(arc_meta, gsrd + gsrm + gsfd + gsfm,
4257             grm + gfm, grd + gfd, zfs_arc_meta_balance);
4258         arc_pd = arc_evict_adj(arc_pd, gsrd + gsfd, grd, gfd, 100);
4259         arc_pm = arc_evict_adj(arc_pm, gsrm + gsfm, grm, gfm, 100);
4260
4261         asize = aggsum_value(&arc_sums.arcstat_size);
4262         int64_t wt = t - (asize - arc_c);
4263
4264         /*
4265          * Try to reduce pinned dnodes if more than 3/4 of wanted metadata
4266          * target is not evictable or if they go over arc_dnode_limit.
4267          */
4268         int64_t prune = 0;
4269         int64_t dn = wmsum_value(&arc_sums.arcstat_dnode_size);
4270         w = wt * (int64_t)(arc_meta >> 16) >> 16;
4271         if (zfs_refcount_count(&arc_mru->arcs_size[ARC_BUFC_METADATA]) +
4272             zfs_refcount_count(&arc_mfu->arcs_size[ARC_BUFC_METADATA]) -
4273             zfs_refcount_count(&arc_mru->arcs_esize[ARC_BUFC_METADATA]) -
4274             zfs_refcount_count(&arc_mfu->arcs_esize[ARC_BUFC_METADATA]) >
4275             w * 3 / 4) {
4276                 prune = dn / sizeof (dnode_t) *
4277                     zfs_arc_dnode_reduce_percent / 100;
4278         } else if (dn > arc_dnode_limit) {
4279                 prune = (dn - arc_dnode_limit) / sizeof (dnode_t) *
4280                     zfs_arc_dnode_reduce_percent / 100;
4281         }
4282         if (prune > 0)
4283                 arc_prune_async(prune);
4284
4285         /* Evict MRU metadata. */
4286         w = wt * (int64_t)(arc_meta * arc_pm >> 48) >> 16;
4287         e = MIN((int64_t)(asize - arc_c), (int64_t)(mrum - w));
4288         bytes = arc_evict_impl(arc_mru, ARC_BUFC_METADATA, e);
4289         total_evicted += bytes;
4290         mrum -= bytes;
4291         asize -= bytes;
4292
4293         /* Evict MFU metadata. */
4294         w = wt * (int64_t)(arc_meta >> 16) >> 16;
4295         e = MIN((int64_t)(asize - arc_c), (int64_t)(m - w));
4296         bytes = arc_evict_impl(arc_mfu, ARC_BUFC_METADATA, e);
4297         total_evicted += bytes;
4298         mfum -= bytes;
4299         asize -= bytes;
4300
4301         /* Evict MRU data. */
4302         wt -= m - total_evicted;
4303         w = wt * (int64_t)(arc_pd >> 16) >> 16;
4304         e = MIN((int64_t)(asize - arc_c), (int64_t)(mrud - w));
4305         bytes = arc_evict_impl(arc_mru, ARC_BUFC_DATA, e);
4306         total_evicted += bytes;
4307         mrud -= bytes;
4308         asize -= bytes;
4309
4310         /* Evict MFU data. */
4311         e = asize - arc_c;
4312         bytes = arc_evict_impl(arc_mfu, ARC_BUFC_DATA, e);
4313         mfud -= bytes;
4314         total_evicted += bytes;
4315
4316         /*
4317          * Evict ghost lists
4318          *
4319          * Size of each state's ghost list represents how much that state
4320          * may grow by shrinking the other states.  Would it need to shrink
4321          * other states to zero (that is unlikely), its ghost size would be
4322          * equal to sum of other three state sizes.  But excessive ghost
4323          * size may result in false ghost hits (too far back), that may
4324          * never result in real cache hits if several states are competing.
4325          * So choose some arbitraty point of 1/2 of other state sizes.
4326          */
4327         gsrd = (mrum + mfud + mfum) / 2;
4328         e = zfs_refcount_count(&arc_mru_ghost->arcs_size[ARC_BUFC_DATA]) -
4329             gsrd;
4330         (void) arc_evict_impl(arc_mru_ghost, ARC_BUFC_DATA, e);
4331
4332         gsrm = (mrud + mfud + mfum) / 2;
4333         e = zfs_refcount_count(&arc_mru_ghost->arcs_size[ARC_BUFC_METADATA]) -
4334             gsrm;
4335         (void) arc_evict_impl(arc_mru_ghost, ARC_BUFC_METADATA, e);
4336
4337         gsfd = (mrud + mrum + mfum) / 2;
4338         e = zfs_refcount_count(&arc_mfu_ghost->arcs_size[ARC_BUFC_DATA]) -
4339             gsfd;
4340         (void) arc_evict_impl(arc_mfu_ghost, ARC_BUFC_DATA, e);
4341
4342         gsfm = (mrud + mrum + mfud) / 2;
4343         e = zfs_refcount_count(&arc_mfu_ghost->arcs_size[ARC_BUFC_METADATA]) -
4344             gsfm;
4345         (void) arc_evict_impl(arc_mfu_ghost, ARC_BUFC_METADATA, e);
4346
4347         return (total_evicted);
4348 }
4349
4350 void
4351 arc_flush(spa_t *spa, boolean_t retry)
4352 {
4353         uint64_t guid = 0;
4354
4355         /*
4356          * If retry is B_TRUE, a spa must not be specified since we have
4357          * no good way to determine if all of a spa's buffers have been
4358          * evicted from an arc state.
4359          */
4360         ASSERT(!retry || spa == NULL);
4361
4362         if (spa != NULL)
4363                 guid = spa_load_guid(spa);
4364
4365         (void) arc_flush_state(arc_mru, guid, ARC_BUFC_DATA, retry);
4366         (void) arc_flush_state(arc_mru, guid, ARC_BUFC_METADATA, retry);
4367
4368         (void) arc_flush_state(arc_mfu, guid, ARC_BUFC_DATA, retry);
4369         (void) arc_flush_state(arc_mfu, guid, ARC_BUFC_METADATA, retry);
4370
4371         (void) arc_flush_state(arc_mru_ghost, guid, ARC_BUFC_DATA, retry);
4372         (void) arc_flush_state(arc_mru_ghost, guid, ARC_BUFC_METADATA, retry);
4373
4374         (void) arc_flush_state(arc_mfu_ghost, guid, ARC_BUFC_DATA, retry);
4375         (void) arc_flush_state(arc_mfu_ghost, guid, ARC_BUFC_METADATA, retry);
4376
4377         (void) arc_flush_state(arc_uncached, guid, ARC_BUFC_DATA, retry);
4378         (void) arc_flush_state(arc_uncached, guid, ARC_BUFC_METADATA, retry);
4379 }
4380
4381 void
4382 arc_reduce_target_size(int64_t to_free)
4383 {
4384         uint64_t c = arc_c;
4385
4386         if (c <= arc_c_min)
4387                 return;
4388
4389         /*
4390          * All callers want the ARC to actually evict (at least) this much
4391          * memory.  Therefore we reduce from the lower of the current size and
4392          * the target size.  This way, even if arc_c is much higher than
4393          * arc_size (as can be the case after many calls to arc_freed(), we will
4394          * immediately have arc_c < arc_size and therefore the arc_evict_zthr
4395          * will evict.
4396          */
4397         uint64_t asize = aggsum_value(&arc_sums.arcstat_size);
4398         if (asize < c)
4399                 to_free += c - asize;
4400         arc_c = MAX((int64_t)c - to_free, (int64_t)arc_c_min);
4401
4402         /* See comment in arc_evict_cb_check() on why lock+flag */
4403         mutex_enter(&arc_evict_lock);
4404         arc_evict_needed = B_TRUE;
4405         mutex_exit(&arc_evict_lock);
4406         zthr_wakeup(arc_evict_zthr);
4407 }
4408
4409 /*
4410  * Determine if the system is under memory pressure and is asking
4411  * to reclaim memory. A return value of B_TRUE indicates that the system
4412  * is under memory pressure and that the arc should adjust accordingly.
4413  */
4414 boolean_t
4415 arc_reclaim_needed(void)
4416 {
4417         return (arc_available_memory() < 0);
4418 }
4419
4420 void
4421 arc_kmem_reap_soon(void)
4422 {
4423         size_t                  i;
4424         kmem_cache_t            *prev_cache = NULL;
4425         kmem_cache_t            *prev_data_cache = NULL;
4426
4427 #ifdef _KERNEL
4428 #if defined(_ILP32)
4429         /*
4430          * Reclaim unused memory from all kmem caches.
4431          */
4432         kmem_reap();
4433 #endif
4434 #endif
4435
4436         for (i = 0; i < SPA_MAXBLOCKSIZE >> SPA_MINBLOCKSHIFT; i++) {
4437 #if defined(_ILP32)
4438                 /* reach upper limit of cache size on 32-bit */
4439                 if (zio_buf_cache[i] == NULL)
4440                         break;
4441 #endif
4442                 if (zio_buf_cache[i] != prev_cache) {
4443                         prev_cache = zio_buf_cache[i];
4444                         kmem_cache_reap_now(zio_buf_cache[i]);
4445                 }
4446                 if (zio_data_buf_cache[i] != prev_data_cache) {
4447                         prev_data_cache = zio_data_buf_cache[i];
4448                         kmem_cache_reap_now(zio_data_buf_cache[i]);
4449                 }
4450         }
4451         kmem_cache_reap_now(buf_cache);
4452         kmem_cache_reap_now(hdr_full_cache);
4453         kmem_cache_reap_now(hdr_l2only_cache);
4454         kmem_cache_reap_now(zfs_btree_leaf_cache);
4455         abd_cache_reap_now();
4456 }
4457
4458 static boolean_t
4459 arc_evict_cb_check(void *arg, zthr_t *zthr)
4460 {
4461         (void) arg, (void) zthr;
4462
4463 #ifdef ZFS_DEBUG
4464         /*
4465          * This is necessary in order to keep the kstat information
4466          * up to date for tools that display kstat data such as the
4467          * mdb ::arc dcmd and the Linux crash utility.  These tools
4468          * typically do not call kstat's update function, but simply
4469          * dump out stats from the most recent update.  Without
4470          * this call, these commands may show stale stats for the
4471          * anon, mru, mru_ghost, mfu, and mfu_ghost lists.  Even
4472          * with this call, the data might be out of date if the
4473          * evict thread hasn't been woken recently; but that should
4474          * suffice.  The arc_state_t structures can be queried
4475          * directly if more accurate information is needed.
4476          */
4477         if (arc_ksp != NULL)
4478                 arc_ksp->ks_update(arc_ksp, KSTAT_READ);
4479 #endif
4480
4481         /*
4482          * We have to rely on arc_wait_for_eviction() to tell us when to
4483          * evict, rather than checking if we are overflowing here, so that we
4484          * are sure to not leave arc_wait_for_eviction() waiting on aew_cv.
4485          * If we have become "not overflowing" since arc_wait_for_eviction()
4486          * checked, we need to wake it up.  We could broadcast the CV here,
4487          * but arc_wait_for_eviction() may have not yet gone to sleep.  We
4488          * would need to use a mutex to ensure that this function doesn't
4489          * broadcast until arc_wait_for_eviction() has gone to sleep (e.g.
4490          * the arc_evict_lock).  However, the lock ordering of such a lock
4491          * would necessarily be incorrect with respect to the zthr_lock,
4492          * which is held before this function is called, and is held by
4493          * arc_wait_for_eviction() when it calls zthr_wakeup().
4494          */
4495         if (arc_evict_needed)
4496                 return (B_TRUE);
4497
4498         /*
4499          * If we have buffers in uncached state, evict them periodically.
4500          */
4501         return ((zfs_refcount_count(&arc_uncached->arcs_esize[ARC_BUFC_DATA]) +
4502             zfs_refcount_count(&arc_uncached->arcs_esize[ARC_BUFC_METADATA]) &&
4503             ddi_get_lbolt() - arc_last_uncached_flush >
4504             MSEC_TO_TICK(arc_min_prefetch_ms / 2)));
4505 }
4506
4507 /*
4508  * Keep arc_size under arc_c by running arc_evict which evicts data
4509  * from the ARC.
4510  */
4511 static void
4512 arc_evict_cb(void *arg, zthr_t *zthr)
4513 {
4514         (void) arg, (void) zthr;
4515
4516         uint64_t evicted = 0;
4517         fstrans_cookie_t cookie = spl_fstrans_mark();
4518
4519         /* Always try to evict from uncached state. */
4520         arc_last_uncached_flush = ddi_get_lbolt();
4521         evicted += arc_flush_state(arc_uncached, 0, ARC_BUFC_DATA, B_FALSE);
4522         evicted += arc_flush_state(arc_uncached, 0, ARC_BUFC_METADATA, B_FALSE);
4523
4524         /* Evict from other states only if told to. */
4525         if (arc_evict_needed)
4526                 evicted += arc_evict();
4527
4528         /*
4529          * If evicted is zero, we couldn't evict anything
4530          * via arc_evict(). This could be due to hash lock
4531          * collisions, but more likely due to the majority of
4532          * arc buffers being unevictable. Therefore, even if
4533          * arc_size is above arc_c, another pass is unlikely to
4534          * be helpful and could potentially cause us to enter an
4535          * infinite loop.  Additionally, zthr_iscancelled() is
4536          * checked here so that if the arc is shutting down, the
4537          * broadcast will wake any remaining arc evict waiters.
4538          */
4539         mutex_enter(&arc_evict_lock);
4540         arc_evict_needed = !zthr_iscancelled(arc_evict_zthr) &&
4541             evicted > 0 && aggsum_compare(&arc_sums.arcstat_size, arc_c) > 0;
4542         if (!arc_evict_needed) {
4543                 /*
4544                  * We're either no longer overflowing, or we
4545                  * can't evict anything more, so we should wake
4546                  * arc_get_data_impl() sooner.
4547                  */
4548                 arc_evict_waiter_t *aw;
4549                 while ((aw = list_remove_head(&arc_evict_waiters)) != NULL) {
4550                         cv_broadcast(&aw->aew_cv);
4551                 }
4552                 arc_set_need_free();
4553         }
4554         mutex_exit(&arc_evict_lock);
4555         spl_fstrans_unmark(cookie);
4556 }
4557
4558 static boolean_t
4559 arc_reap_cb_check(void *arg, zthr_t *zthr)
4560 {
4561         (void) arg, (void) zthr;
4562
4563         int64_t free_memory = arc_available_memory();
4564         static int reap_cb_check_counter = 0;
4565
4566         /*
4567          * If a kmem reap is already active, don't schedule more.  We must
4568          * check for this because kmem_cache_reap_soon() won't actually
4569          * block on the cache being reaped (this is to prevent callers from
4570          * becoming implicitly blocked by a system-wide kmem reap -- which,
4571          * on a system with many, many full magazines, can take minutes).
4572          */
4573         if (!kmem_cache_reap_active() && free_memory < 0) {
4574
4575                 arc_no_grow = B_TRUE;
4576                 arc_warm = B_TRUE;
4577                 /*
4578                  * Wait at least zfs_grow_retry (default 5) seconds
4579                  * before considering growing.
4580                  */
4581                 arc_growtime = gethrtime() + SEC2NSEC(arc_grow_retry);
4582                 return (B_TRUE);
4583         } else if (free_memory < arc_c >> arc_no_grow_shift) {
4584                 arc_no_grow = B_TRUE;
4585         } else if (gethrtime() >= arc_growtime) {
4586                 arc_no_grow = B_FALSE;
4587         }
4588
4589         /*
4590          * Called unconditionally every 60 seconds to reclaim unused
4591          * zstd compression and decompression context. This is done
4592          * here to avoid the need for an independent thread.
4593          */
4594         if (!((reap_cb_check_counter++) % 60))
4595                 zfs_zstd_cache_reap_now();
4596
4597         return (B_FALSE);
4598 }
4599
4600 /*
4601  * Keep enough free memory in the system by reaping the ARC's kmem
4602  * caches.  To cause more slabs to be reapable, we may reduce the
4603  * target size of the cache (arc_c), causing the arc_evict_cb()
4604  * to free more buffers.
4605  */
4606 static void
4607 arc_reap_cb(void *arg, zthr_t *zthr)
4608 {
4609         (void) arg, (void) zthr;
4610
4611         int64_t free_memory;
4612         fstrans_cookie_t cookie = spl_fstrans_mark();
4613
4614         /*
4615          * Kick off asynchronous kmem_reap()'s of all our caches.
4616          */
4617         arc_kmem_reap_soon();
4618
4619         /*
4620          * Wait at least arc_kmem_cache_reap_retry_ms between
4621          * arc_kmem_reap_soon() calls. Without this check it is possible to
4622          * end up in a situation where we spend lots of time reaping
4623          * caches, while we're near arc_c_min.  Waiting here also gives the
4624          * subsequent free memory check a chance of finding that the
4625          * asynchronous reap has already freed enough memory, and we don't
4626          * need to call arc_reduce_target_size().
4627          */
4628         delay((hz * arc_kmem_cache_reap_retry_ms + 999) / 1000);
4629
4630         /*
4631          * Reduce the target size as needed to maintain the amount of free
4632          * memory in the system at a fraction of the arc_size (1/128th by
4633          * default).  If oversubscribed (free_memory < 0) then reduce the
4634          * target arc_size by the deficit amount plus the fractional
4635          * amount.  If free memory is positive but less than the fractional
4636          * amount, reduce by what is needed to hit the fractional amount.
4637          */
4638         free_memory = arc_available_memory();
4639
4640         int64_t can_free = arc_c - arc_c_min;
4641         if (can_free > 0) {
4642                 int64_t to_free = (can_free >> arc_shrink_shift) - free_memory;
4643                 if (to_free > 0)
4644                         arc_reduce_target_size(to_free);
4645         }
4646         spl_fstrans_unmark(cookie);
4647 }
4648
4649 #ifdef _KERNEL
4650 /*
4651  * Determine the amount of memory eligible for eviction contained in the
4652  * ARC. All clean data reported by the ghost lists can always be safely
4653  * evicted. Due to arc_c_min, the same does not hold for all clean data
4654  * contained by the regular mru and mfu lists.
4655  *
4656  * In the case of the regular mru and mfu lists, we need to report as
4657  * much clean data as possible, such that evicting that same reported
4658  * data will not bring arc_size below arc_c_min. Thus, in certain
4659  * circumstances, the total amount of clean data in the mru and mfu
4660  * lists might not actually be evictable.
4661  *
4662  * The following two distinct cases are accounted for:
4663  *
4664  * 1. The sum of the amount of dirty data contained by both the mru and
4665  *    mfu lists, plus the ARC's other accounting (e.g. the anon list),
4666  *    is greater than or equal to arc_c_min.
4667  *    (i.e. amount of dirty data >= arc_c_min)
4668  *
4669  *    This is the easy case; all clean data contained by the mru and mfu
4670  *    lists is evictable. Evicting all clean data can only drop arc_size
4671  *    to the amount of dirty data, which is greater than arc_c_min.
4672  *
4673  * 2. The sum of the amount of dirty data contained by both the mru and
4674  *    mfu lists, plus the ARC's other accounting (e.g. the anon list),
4675  *    is less than arc_c_min.
4676  *    (i.e. arc_c_min > amount of dirty data)
4677  *
4678  *    2.1. arc_size is greater than or equal arc_c_min.
4679  *         (i.e. arc_size >= arc_c_min > amount of dirty data)
4680  *
4681  *         In this case, not all clean data from the regular mru and mfu
4682  *         lists is actually evictable; we must leave enough clean data
4683  *         to keep arc_size above arc_c_min. Thus, the maximum amount of
4684  *         evictable data from the two lists combined, is exactly the
4685  *         difference between arc_size and arc_c_min.
4686  *
4687  *    2.2. arc_size is less than arc_c_min
4688  *         (i.e. arc_c_min > arc_size > amount of dirty data)
4689  *
4690  *         In this case, none of the data contained in the mru and mfu
4691  *         lists is evictable, even if it's clean. Since arc_size is
4692  *         already below arc_c_min, evicting any more would only
4693  *         increase this negative difference.
4694  */
4695
4696 #endif /* _KERNEL */
4697
4698 /*
4699  * Adapt arc info given the number of bytes we are trying to add and
4700  * the state that we are coming from.  This function is only called
4701  * when we are adding new content to the cache.
4702  */
4703 static void
4704 arc_adapt(uint64_t bytes)
4705 {
4706         /*
4707          * Wake reap thread if we do not have any available memory
4708          */
4709         if (arc_reclaim_needed()) {
4710                 zthr_wakeup(arc_reap_zthr);
4711                 return;
4712         }
4713
4714         if (arc_no_grow)
4715                 return;
4716
4717         if (arc_c >= arc_c_max)
4718                 return;
4719
4720         /*
4721          * If we're within (2 * maxblocksize) bytes of the target
4722          * cache size, increment the target cache size
4723          */
4724         if (aggsum_upper_bound(&arc_sums.arcstat_size) +
4725             2 * SPA_MAXBLOCKSIZE >= arc_c) {
4726                 uint64_t dc = MAX(bytes, SPA_OLD_MAXBLOCKSIZE);
4727                 if (atomic_add_64_nv(&arc_c, dc) > arc_c_max)
4728                         arc_c = arc_c_max;
4729         }
4730 }
4731
4732 /*
4733  * Check if arc_size has grown past our upper threshold, determined by
4734  * zfs_arc_overflow_shift.
4735  */
4736 static arc_ovf_level_t
4737 arc_is_overflowing(boolean_t use_reserve)
4738 {
4739         /* Always allow at least one block of overflow */
4740         int64_t overflow = MAX(SPA_MAXBLOCKSIZE,
4741             arc_c >> zfs_arc_overflow_shift);
4742
4743         /*
4744          * We just compare the lower bound here for performance reasons. Our
4745          * primary goals are to make sure that the arc never grows without
4746          * bound, and that it can reach its maximum size. This check
4747          * accomplishes both goals. The maximum amount we could run over by is
4748          * 2 * aggsum_borrow_multiplier * NUM_CPUS * the average size of a block
4749          * in the ARC. In practice, that's in the tens of MB, which is low
4750          * enough to be safe.
4751          */
4752         int64_t over = aggsum_lower_bound(&arc_sums.arcstat_size) -
4753             arc_c - overflow / 2;
4754         if (!use_reserve)
4755                 overflow /= 2;
4756         return (over < 0 ? ARC_OVF_NONE :
4757             over < overflow ? ARC_OVF_SOME : ARC_OVF_SEVERE);
4758 }
4759
4760 static abd_t *
4761 arc_get_data_abd(arc_buf_hdr_t *hdr, uint64_t size, const void *tag,
4762     int alloc_flags)
4763 {
4764         arc_buf_contents_t type = arc_buf_type(hdr);
4765
4766         arc_get_data_impl(hdr, size, tag, alloc_flags);
4767         if (alloc_flags & ARC_HDR_ALLOC_LINEAR)
4768                 return (abd_alloc_linear(size, type == ARC_BUFC_METADATA));
4769         else
4770                 return (abd_alloc(size, type == ARC_BUFC_METADATA));
4771 }
4772
4773 static void *
4774 arc_get_data_buf(arc_buf_hdr_t *hdr, uint64_t size, const void *tag)
4775 {
4776         arc_buf_contents_t type = arc_buf_type(hdr);
4777
4778         arc_get_data_impl(hdr, size, tag, 0);
4779         if (type == ARC_BUFC_METADATA) {
4780                 return (zio_buf_alloc(size));
4781         } else {
4782                 ASSERT(type == ARC_BUFC_DATA);
4783                 return (zio_data_buf_alloc(size));
4784         }
4785 }
4786
4787 /*
4788  * Wait for the specified amount of data (in bytes) to be evicted from the
4789  * ARC, and for there to be sufficient free memory in the system.  Waiting for
4790  * eviction ensures that the memory used by the ARC decreases.  Waiting for
4791  * free memory ensures that the system won't run out of free pages, regardless
4792  * of ARC behavior and settings.  See arc_lowmem_init().
4793  */
4794 void
4795 arc_wait_for_eviction(uint64_t amount, boolean_t use_reserve)
4796 {
4797         switch (arc_is_overflowing(use_reserve)) {
4798         case ARC_OVF_NONE:
4799                 return;
4800         case ARC_OVF_SOME:
4801                 /*
4802                  * This is a bit racy without taking arc_evict_lock, but the
4803                  * worst that can happen is we either call zthr_wakeup() extra
4804                  * time due to race with other thread here, or the set flag
4805                  * get cleared by arc_evict_cb(), which is unlikely due to
4806                  * big hysteresis, but also not important since at this level
4807                  * of overflow the eviction is purely advisory.  Same time
4808                  * taking the global lock here every time without waiting for
4809                  * the actual eviction creates a significant lock contention.
4810                  */
4811                 if (!arc_evict_needed) {
4812                         arc_evict_needed = B_TRUE;
4813                         zthr_wakeup(arc_evict_zthr);
4814                 }
4815                 return;
4816         case ARC_OVF_SEVERE:
4817         default:
4818         {
4819                 arc_evict_waiter_t aw;
4820                 list_link_init(&aw.aew_node);
4821                 cv_init(&aw.aew_cv, NULL, CV_DEFAULT, NULL);
4822
4823                 uint64_t last_count = 0;
4824                 mutex_enter(&arc_evict_lock);
4825                 if (!list_is_empty(&arc_evict_waiters)) {
4826                         arc_evict_waiter_t *last =
4827                             list_tail(&arc_evict_waiters);
4828                         last_count = last->aew_count;
4829                 } else if (!arc_evict_needed) {
4830                         arc_evict_needed = B_TRUE;
4831                         zthr_wakeup(arc_evict_zthr);
4832                 }
4833                 /*
4834                  * Note, the last waiter's count may be less than
4835                  * arc_evict_count if we are low on memory in which
4836                  * case arc_evict_state_impl() may have deferred
4837                  * wakeups (but still incremented arc_evict_count).
4838                  */
4839                 aw.aew_count = MAX(last_count, arc_evict_count) + amount;
4840
4841                 list_insert_tail(&arc_evict_waiters, &aw);
4842
4843                 arc_set_need_free();
4844
4845                 DTRACE_PROBE3(arc__wait__for__eviction,
4846                     uint64_t, amount,
4847                     uint64_t, arc_evict_count,
4848                     uint64_t, aw.aew_count);
4849
4850                 /*
4851                  * We will be woken up either when arc_evict_count reaches
4852                  * aew_count, or when the ARC is no longer overflowing and
4853                  * eviction completes.
4854                  * In case of "false" wakeup, we will still be on the list.
4855                  */
4856                 do {
4857                         cv_wait(&aw.aew_cv, &arc_evict_lock);
4858                 } while (list_link_active(&aw.aew_node));
4859                 mutex_exit(&arc_evict_lock);
4860
4861                 cv_destroy(&aw.aew_cv);
4862         }
4863         }
4864 }
4865
4866 /*
4867  * Allocate a block and return it to the caller. If we are hitting the
4868  * hard limit for the cache size, we must sleep, waiting for the eviction
4869  * thread to catch up. If we're past the target size but below the hard
4870  * limit, we'll only signal the reclaim thread and continue on.
4871  */
4872 static void
4873 arc_get_data_impl(arc_buf_hdr_t *hdr, uint64_t size, const void *tag,
4874     int alloc_flags)
4875 {
4876         arc_adapt(size);
4877
4878         /*
4879          * If arc_size is currently overflowing, we must be adding data
4880          * faster than we are evicting.  To ensure we don't compound the
4881          * problem by adding more data and forcing arc_size to grow even
4882          * further past it's target size, we wait for the eviction thread to
4883          * make some progress.  We also wait for there to be sufficient free
4884          * memory in the system, as measured by arc_free_memory().
4885          *
4886          * Specifically, we wait for zfs_arc_eviction_pct percent of the
4887          * requested size to be evicted.  This should be more than 100%, to
4888          * ensure that that progress is also made towards getting arc_size
4889          * under arc_c.  See the comment above zfs_arc_eviction_pct.
4890          */
4891         arc_wait_for_eviction(size * zfs_arc_eviction_pct / 100,
4892             alloc_flags & ARC_HDR_USE_RESERVE);
4893
4894         arc_buf_contents_t type = arc_buf_type(hdr);
4895         if (type == ARC_BUFC_METADATA) {
4896                 arc_space_consume(size, ARC_SPACE_META);
4897         } else {
4898                 arc_space_consume(size, ARC_SPACE_DATA);
4899         }
4900
4901         /*
4902          * Update the state size.  Note that ghost states have a
4903          * "ghost size" and so don't need to be updated.
4904          */
4905         arc_state_t *state = hdr->b_l1hdr.b_state;
4906         if (!GHOST_STATE(state)) {
4907
4908                 (void) zfs_refcount_add_many(&state->arcs_size[type], size,
4909                     tag);
4910
4911                 /*
4912                  * If this is reached via arc_read, the link is
4913                  * protected by the hash lock. If reached via
4914                  * arc_buf_alloc, the header should not be accessed by
4915                  * any other thread. And, if reached via arc_read_done,
4916                  * the hash lock will protect it if it's found in the
4917                  * hash table; otherwise no other thread should be
4918                  * trying to [add|remove]_reference it.
4919                  */
4920                 if (multilist_link_active(&hdr->b_l1hdr.b_arc_node)) {
4921                         ASSERT(zfs_refcount_is_zero(&hdr->b_l1hdr.b_refcnt));
4922                         (void) zfs_refcount_add_many(&state->arcs_esize[type],
4923                             size, tag);
4924                 }
4925         }
4926 }
4927
4928 static void
4929 arc_free_data_abd(arc_buf_hdr_t *hdr, abd_t *abd, uint64_t size,
4930     const void *tag)
4931 {
4932         arc_free_data_impl(hdr, size, tag);
4933         abd_free(abd);
4934 }
4935
4936 static void
4937 arc_free_data_buf(arc_buf_hdr_t *hdr, void *buf, uint64_t size, const void *tag)
4938 {
4939         arc_buf_contents_t type = arc_buf_type(hdr);
4940
4941         arc_free_data_impl(hdr, size, tag);
4942         if (type == ARC_BUFC_METADATA) {
4943                 zio_buf_free(buf, size);
4944         } else {
4945                 ASSERT(type == ARC_BUFC_DATA);
4946                 zio_data_buf_free(buf, size);
4947         }
4948 }
4949
4950 /*
4951  * Free the arc data buffer.
4952  */
4953 static void
4954 arc_free_data_impl(arc_buf_hdr_t *hdr, uint64_t size, const void *tag)
4955 {
4956         arc_state_t *state = hdr->b_l1hdr.b_state;
4957         arc_buf_contents_t type = arc_buf_type(hdr);
4958
4959         /* protected by hash lock, if in the hash table */
4960         if (multilist_link_active(&hdr->b_l1hdr.b_arc_node)) {
4961                 ASSERT(zfs_refcount_is_zero(&hdr->b_l1hdr.b_refcnt));
4962                 ASSERT(state != arc_anon && state != arc_l2c_only);
4963
4964                 (void) zfs_refcount_remove_many(&state->arcs_esize[type],
4965                     size, tag);
4966         }
4967         (void) zfs_refcount_remove_many(&state->arcs_size[type], size, tag);
4968
4969         VERIFY3U(hdr->b_type, ==, type);
4970         if (type == ARC_BUFC_METADATA) {
4971                 arc_space_return(size, ARC_SPACE_META);
4972         } else {
4973                 ASSERT(type == ARC_BUFC_DATA);
4974                 arc_space_return(size, ARC_SPACE_DATA);
4975         }
4976 }
4977
4978 /*
4979  * This routine is called whenever a buffer is accessed.
4980  */
4981 static void
4982 arc_access(arc_buf_hdr_t *hdr, arc_flags_t arc_flags, boolean_t hit)
4983 {
4984         ASSERT(MUTEX_HELD(HDR_LOCK(hdr)));
4985         ASSERT(HDR_HAS_L1HDR(hdr));
4986
4987         /*
4988          * Update buffer prefetch status.
4989          */
4990         boolean_t was_prefetch = HDR_PREFETCH(hdr);
4991         boolean_t now_prefetch = arc_flags & ARC_FLAG_PREFETCH;
4992         if (was_prefetch != now_prefetch) {
4993                 if (was_prefetch) {
4994                         ARCSTAT_CONDSTAT(hit, demand_hit, demand_iohit,
4995                             HDR_PRESCIENT_PREFETCH(hdr), prescient, predictive,
4996                             prefetch);
4997                 }
4998                 if (HDR_HAS_L2HDR(hdr))
4999                         l2arc_hdr_arcstats_decrement_state(hdr);
5000                 if (was_prefetch) {
5001                         arc_hdr_clear_flags(hdr,
5002                             ARC_FLAG_PREFETCH | ARC_FLAG_PRESCIENT_PREFETCH);
5003                 } else {
5004                         arc_hdr_set_flags(hdr, ARC_FLAG_PREFETCH);
5005                 }
5006                 if (HDR_HAS_L2HDR(hdr))
5007                         l2arc_hdr_arcstats_increment_state(hdr);
5008         }
5009         if (now_prefetch) {
5010                 if (arc_flags & ARC_FLAG_PRESCIENT_PREFETCH) {
5011                         arc_hdr_set_flags(hdr, ARC_FLAG_PRESCIENT_PREFETCH);
5012                         ARCSTAT_BUMP(arcstat_prescient_prefetch);
5013                 } else {
5014                         ARCSTAT_BUMP(arcstat_predictive_prefetch);
5015                 }
5016         }
5017         if (arc_flags & ARC_FLAG_L2CACHE)
5018                 arc_hdr_set_flags(hdr, ARC_FLAG_L2CACHE);
5019
5020         clock_t now = ddi_get_lbolt();
5021         if (hdr->b_l1hdr.b_state == arc_anon) {
5022                 arc_state_t     *new_state;
5023                 /*
5024                  * This buffer is not in the cache, and does not appear in
5025                  * our "ghost" lists.  Add it to the MRU or uncached state.
5026                  */
5027                 ASSERT0(hdr->b_l1hdr.b_arc_access);
5028                 hdr->b_l1hdr.b_arc_access = now;
5029                 if (HDR_UNCACHED(hdr)) {
5030                         new_state = arc_uncached;
5031                         DTRACE_PROBE1(new_state__uncached, arc_buf_hdr_t *,
5032                             hdr);
5033                 } else {
5034                         new_state = arc_mru;
5035                         DTRACE_PROBE1(new_state__mru, arc_buf_hdr_t *, hdr);
5036                 }
5037                 arc_change_state(new_state, hdr);
5038         } else if (hdr->b_l1hdr.b_state == arc_mru) {
5039                 /*
5040                  * This buffer has been accessed once recently and either
5041                  * its read is still in progress or it is in the cache.
5042                  */
5043                 if (HDR_IO_IN_PROGRESS(hdr)) {
5044                         hdr->b_l1hdr.b_arc_access = now;
5045                         return;
5046                 }
5047                 hdr->b_l1hdr.b_mru_hits++;
5048                 ARCSTAT_BUMP(arcstat_mru_hits);
5049
5050                 /*
5051                  * If the previous access was a prefetch, then it already
5052                  * handled possible promotion, so nothing more to do for now.
5053                  */
5054                 if (was_prefetch) {
5055                         hdr->b_l1hdr.b_arc_access = now;
5056                         return;
5057                 }
5058
5059                 /*
5060                  * If more than ARC_MINTIME have passed from the previous
5061                  * hit, promote the buffer to the MFU state.
5062                  */
5063                 if (ddi_time_after(now, hdr->b_l1hdr.b_arc_access +
5064                     ARC_MINTIME)) {
5065                         hdr->b_l1hdr.b_arc_access = now;
5066                         DTRACE_PROBE1(new_state__mfu, arc_buf_hdr_t *, hdr);
5067                         arc_change_state(arc_mfu, hdr);
5068                 }
5069         } else if (hdr->b_l1hdr.b_state == arc_mru_ghost) {
5070                 arc_state_t     *new_state;
5071                 /*
5072                  * This buffer has been accessed once recently, but was
5073                  * evicted from the cache.  Would we have bigger MRU, it
5074                  * would be an MRU hit, so handle it the same way, except
5075                  * we don't need to check the previous access time.
5076                  */
5077                 hdr->b_l1hdr.b_mru_ghost_hits++;
5078                 ARCSTAT_BUMP(arcstat_mru_ghost_hits);
5079                 hdr->b_l1hdr.b_arc_access = now;
5080                 wmsum_add(&arc_mru_ghost->arcs_hits[arc_buf_type(hdr)],
5081                     arc_hdr_size(hdr));
5082                 if (was_prefetch) {
5083                         new_state = arc_mru;
5084                         DTRACE_PROBE1(new_state__mru, arc_buf_hdr_t *, hdr);
5085                 } else {
5086                         new_state = arc_mfu;
5087                         DTRACE_PROBE1(new_state__mfu, arc_buf_hdr_t *, hdr);
5088                 }
5089                 arc_change_state(new_state, hdr);
5090         } else if (hdr->b_l1hdr.b_state == arc_mfu) {
5091                 /*
5092                  * This buffer has been accessed more than once and either
5093                  * still in the cache or being restored from one of ghosts.
5094                  */
5095                 if (!HDR_IO_IN_PROGRESS(hdr)) {
5096                         hdr->b_l1hdr.b_mfu_hits++;
5097                         ARCSTAT_BUMP(arcstat_mfu_hits);
5098                 }
5099                 hdr->b_l1hdr.b_arc_access = now;
5100         } else if (hdr->b_l1hdr.b_state == arc_mfu_ghost) {
5101                 /*
5102                  * This buffer has been accessed more than once recently, but
5103                  * has been evicted from the cache.  Would we have bigger MFU
5104                  * it would stay in cache, so move it back to MFU state.
5105                  */
5106                 hdr->b_l1hdr.b_mfu_ghost_hits++;
5107                 ARCSTAT_BUMP(arcstat_mfu_ghost_hits);
5108                 hdr->b_l1hdr.b_arc_access = now;
5109                 wmsum_add(&arc_mfu_ghost->arcs_hits[arc_buf_type(hdr)],
5110                     arc_hdr_size(hdr));
5111                 DTRACE_PROBE1(new_state__mfu, arc_buf_hdr_t *, hdr);
5112                 arc_change_state(arc_mfu, hdr);
5113         } else if (hdr->b_l1hdr.b_state == arc_uncached) {
5114                 /*
5115                  * This buffer is uncacheable, but we got a hit.  Probably
5116                  * a demand read after prefetch.  Nothing more to do here.
5117                  */
5118                 if (!HDR_IO_IN_PROGRESS(hdr))
5119                         ARCSTAT_BUMP(arcstat_uncached_hits);
5120                 hdr->b_l1hdr.b_arc_access = now;
5121         } else if (hdr->b_l1hdr.b_state == arc_l2c_only) {
5122                 /*
5123                  * This buffer is on the 2nd Level ARC and was not accessed
5124                  * for a long time, so treat it as new and put into MRU.
5125                  */
5126                 hdr->b_l1hdr.b_arc_access = now;
5127                 DTRACE_PROBE1(new_state__mru, arc_buf_hdr_t *, hdr);
5128                 arc_change_state(arc_mru, hdr);
5129         } else {
5130                 cmn_err(CE_PANIC, "invalid arc state 0x%p",
5131                     hdr->b_l1hdr.b_state);
5132         }
5133 }
5134
5135 /*
5136  * This routine is called by dbuf_hold() to update the arc_access() state
5137  * which otherwise would be skipped for entries in the dbuf cache.
5138  */
5139 void
5140 arc_buf_access(arc_buf_t *buf)
5141 {
5142         arc_buf_hdr_t *hdr = buf->b_hdr;
5143
5144         /*
5145          * Avoid taking the hash_lock when possible as an optimization.
5146          * The header must be checked again under the hash_lock in order
5147          * to handle the case where it is concurrently being released.
5148          */
5149         if (hdr->b_l1hdr.b_state == arc_anon || HDR_EMPTY(hdr))
5150                 return;
5151
5152         kmutex_t *hash_lock = HDR_LOCK(hdr);
5153         mutex_enter(hash_lock);
5154
5155         if (hdr->b_l1hdr.b_state == arc_anon || HDR_EMPTY(hdr)) {
5156                 mutex_exit(hash_lock);
5157                 ARCSTAT_BUMP(arcstat_access_skip);
5158                 return;
5159         }
5160
5161         ASSERT(hdr->b_l1hdr.b_state == arc_mru ||
5162             hdr->b_l1hdr.b_state == arc_mfu ||
5163             hdr->b_l1hdr.b_state == arc_uncached);
5164
5165         DTRACE_PROBE1(arc__hit, arc_buf_hdr_t *, hdr);
5166         arc_access(hdr, 0, B_TRUE);
5167         mutex_exit(hash_lock);
5168
5169         ARCSTAT_BUMP(arcstat_hits);
5170         ARCSTAT_CONDSTAT(B_TRUE /* demand */, demand, prefetch,
5171             !HDR_ISTYPE_METADATA(hdr), data, metadata, hits);
5172 }
5173
5174 /* a generic arc_read_done_func_t which you can use */
5175 void
5176 arc_bcopy_func(zio_t *zio, const zbookmark_phys_t *zb, const blkptr_t *bp,
5177     arc_buf_t *buf, void *arg)
5178 {
5179         (void) zio, (void) zb, (void) bp;
5180
5181         if (buf == NULL)
5182                 return;
5183
5184         memcpy(arg, buf->b_data, arc_buf_size(buf));
5185         arc_buf_destroy(buf, arg);
5186 }
5187
5188 /* a generic arc_read_done_func_t */
5189 void
5190 arc_getbuf_func(zio_t *zio, const zbookmark_phys_t *zb, const blkptr_t *bp,
5191     arc_buf_t *buf, void *arg)
5192 {
5193         (void) zb, (void) bp;
5194         arc_buf_t **bufp = arg;
5195
5196         if (buf == NULL) {
5197                 ASSERT(zio == NULL || zio->io_error != 0);
5198                 *bufp = NULL;
5199         } else {
5200                 ASSERT(zio == NULL || zio->io_error == 0);
5201                 *bufp = buf;
5202                 ASSERT(buf->b_data != NULL);
5203         }
5204 }
5205
5206 static void
5207 arc_hdr_verify(arc_buf_hdr_t *hdr, blkptr_t *bp)
5208 {
5209         if (BP_IS_HOLE(bp) || BP_IS_EMBEDDED(bp)) {
5210                 ASSERT3U(HDR_GET_PSIZE(hdr), ==, 0);
5211                 ASSERT3U(arc_hdr_get_compress(hdr), ==, ZIO_COMPRESS_OFF);
5212         } else {
5213                 if (HDR_COMPRESSION_ENABLED(hdr)) {
5214                         ASSERT3U(arc_hdr_get_compress(hdr), ==,
5215                             BP_GET_COMPRESS(bp));
5216                 }
5217                 ASSERT3U(HDR_GET_LSIZE(hdr), ==, BP_GET_LSIZE(bp));
5218                 ASSERT3U(HDR_GET_PSIZE(hdr), ==, BP_GET_PSIZE(bp));
5219                 ASSERT3U(!!HDR_PROTECTED(hdr), ==, BP_IS_PROTECTED(bp));
5220         }
5221 }
5222
5223 static void
5224 arc_read_done(zio_t *zio)
5225 {
5226         blkptr_t        *bp = zio->io_bp;
5227         arc_buf_hdr_t   *hdr = zio->io_private;
5228         kmutex_t        *hash_lock = NULL;
5229         arc_callback_t  *callback_list;
5230         arc_callback_t  *acb;
5231
5232         /*
5233          * The hdr was inserted into hash-table and removed from lists
5234          * prior to starting I/O.  We should find this header, since
5235          * it's in the hash table, and it should be legit since it's
5236          * not possible to evict it during the I/O.  The only possible
5237          * reason for it not to be found is if we were freed during the
5238          * read.
5239          */
5240         if (HDR_IN_HASH_TABLE(hdr)) {
5241                 arc_buf_hdr_t *found;
5242
5243                 ASSERT3U(hdr->b_birth, ==, BP_PHYSICAL_BIRTH(zio->io_bp));
5244                 ASSERT3U(hdr->b_dva.dva_word[0], ==,
5245                     BP_IDENTITY(zio->io_bp)->dva_word[0]);
5246                 ASSERT3U(hdr->b_dva.dva_word[1], ==,
5247                     BP_IDENTITY(zio->io_bp)->dva_word[1]);
5248
5249                 found = buf_hash_find(hdr->b_spa, zio->io_bp, &hash_lock);
5250
5251                 ASSERT((found == hdr &&
5252                     DVA_EQUAL(&hdr->b_dva, BP_IDENTITY(zio->io_bp))) ||
5253                     (found == hdr && HDR_L2_READING(hdr)));
5254                 ASSERT3P(hash_lock, !=, NULL);
5255         }
5256
5257         if (BP_IS_PROTECTED(bp)) {
5258                 hdr->b_crypt_hdr.b_ot = BP_GET_TYPE(bp);
5259                 hdr->b_crypt_hdr.b_dsobj = zio->io_bookmark.zb_objset;
5260                 zio_crypt_decode_params_bp(bp, hdr->b_crypt_hdr.b_salt,
5261                     hdr->b_crypt_hdr.b_iv);
5262
5263                 if (zio->io_error == 0) {
5264                         if (BP_GET_TYPE(bp) == DMU_OT_INTENT_LOG) {
5265                                 void *tmpbuf;
5266
5267                                 tmpbuf = abd_borrow_buf_copy(zio->io_abd,
5268                                     sizeof (zil_chain_t));
5269                                 zio_crypt_decode_mac_zil(tmpbuf,
5270                                     hdr->b_crypt_hdr.b_mac);
5271                                 abd_return_buf(zio->io_abd, tmpbuf,
5272                                     sizeof (zil_chain_t));
5273                         } else {
5274                                 zio_crypt_decode_mac_bp(bp,
5275                                     hdr->b_crypt_hdr.b_mac);
5276                         }
5277                 }
5278         }
5279
5280         if (zio->io_error == 0) {
5281                 /* byteswap if necessary */
5282                 if (BP_SHOULD_BYTESWAP(zio->io_bp)) {
5283                         if (BP_GET_LEVEL(zio->io_bp) > 0) {
5284                                 hdr->b_l1hdr.b_byteswap = DMU_BSWAP_UINT64;
5285                         } else {
5286                                 hdr->b_l1hdr.b_byteswap =
5287                                     DMU_OT_BYTESWAP(BP_GET_TYPE(zio->io_bp));
5288                         }
5289                 } else {
5290                         hdr->b_l1hdr.b_byteswap = DMU_BSWAP_NUMFUNCS;
5291                 }
5292                 if (!HDR_L2_READING(hdr)) {
5293                         hdr->b_complevel = zio->io_prop.zp_complevel;
5294                 }
5295         }
5296
5297         arc_hdr_clear_flags(hdr, ARC_FLAG_L2_EVICTED);
5298         if (l2arc_noprefetch && HDR_PREFETCH(hdr))
5299                 arc_hdr_clear_flags(hdr, ARC_FLAG_L2CACHE);
5300
5301         callback_list = hdr->b_l1hdr.b_acb;
5302         ASSERT3P(callback_list, !=, NULL);
5303         hdr->b_l1hdr.b_acb = NULL;
5304
5305         /*
5306          * If a read request has a callback (i.e. acb_done is not NULL), then we
5307          * make a buf containing the data according to the parameters which were
5308          * passed in. The implementation of arc_buf_alloc_impl() ensures that we
5309          * aren't needlessly decompressing the data multiple times.
5310          */
5311         int callback_cnt = 0;
5312         for (acb = callback_list; acb != NULL; acb = acb->acb_next) {
5313
5314                 /* We need the last one to call below in original order. */
5315                 callback_list = acb;
5316
5317                 if (!acb->acb_done || acb->acb_nobuf)
5318                         continue;
5319
5320                 callback_cnt++;
5321
5322                 if (zio->io_error != 0)
5323                         continue;
5324
5325                 int error = arc_buf_alloc_impl(hdr, zio->io_spa,
5326                     &acb->acb_zb, acb->acb_private, acb->acb_encrypted,
5327                     acb->acb_compressed, acb->acb_noauth, B_TRUE,
5328                     &acb->acb_buf);
5329
5330                 /*
5331                  * Assert non-speculative zios didn't fail because an
5332                  * encryption key wasn't loaded
5333                  */
5334                 ASSERT((zio->io_flags & ZIO_FLAG_SPECULATIVE) ||
5335                     error != EACCES);
5336
5337                 /*
5338                  * If we failed to decrypt, report an error now (as the zio
5339                  * layer would have done if it had done the transforms).
5340                  */
5341                 if (error == ECKSUM) {
5342                         ASSERT(BP_IS_PROTECTED(bp));
5343                         error = SET_ERROR(EIO);
5344                         if ((zio->io_flags & ZIO_FLAG_SPECULATIVE) == 0) {
5345                                 spa_log_error(zio->io_spa, &acb->acb_zb,
5346                                     &zio->io_bp->blk_birth);
5347                                 (void) zfs_ereport_post(
5348                                     FM_EREPORT_ZFS_AUTHENTICATION,
5349                                     zio->io_spa, NULL, &acb->acb_zb, zio, 0);
5350                         }
5351                 }
5352
5353                 if (error != 0) {
5354                         /*
5355                          * Decompression or decryption failed.  Set
5356                          * io_error so that when we call acb_done
5357                          * (below), we will indicate that the read
5358                          * failed. Note that in the unusual case
5359                          * where one callback is compressed and another
5360                          * uncompressed, we will mark all of them
5361                          * as failed, even though the uncompressed
5362                          * one can't actually fail.  In this case,
5363                          * the hdr will not be anonymous, because
5364                          * if there are multiple callbacks, it's
5365                          * because multiple threads found the same
5366                          * arc buf in the hash table.
5367                          */
5368                         zio->io_error = error;
5369                 }
5370         }
5371
5372         /*
5373          * If there are multiple callbacks, we must have the hash lock,
5374          * because the only way for multiple threads to find this hdr is
5375          * in the hash table.  This ensures that if there are multiple
5376          * callbacks, the hdr is not anonymous.  If it were anonymous,
5377          * we couldn't use arc_buf_destroy() in the error case below.
5378          */
5379         ASSERT(callback_cnt < 2 || hash_lock != NULL);
5380
5381         if (zio->io_error == 0) {
5382                 arc_hdr_verify(hdr, zio->io_bp);
5383         } else {
5384                 arc_hdr_set_flags(hdr, ARC_FLAG_IO_ERROR);
5385                 if (hdr->b_l1hdr.b_state != arc_anon)
5386                         arc_change_state(arc_anon, hdr);
5387                 if (HDR_IN_HASH_TABLE(hdr))
5388                         buf_hash_remove(hdr);
5389         }
5390
5391         arc_hdr_clear_flags(hdr, ARC_FLAG_IO_IN_PROGRESS);
5392         (void) remove_reference(hdr, hdr);
5393
5394         if (hash_lock != NULL)
5395                 mutex_exit(hash_lock);
5396
5397         /* execute each callback and free its structure */
5398         while ((acb = callback_list) != NULL) {
5399                 if (acb->acb_done != NULL) {
5400                         if (zio->io_error != 0 && acb->acb_buf != NULL) {
5401                                 /*
5402                                  * If arc_buf_alloc_impl() fails during
5403                                  * decompression, the buf will still be
5404                                  * allocated, and needs to be freed here.
5405                                  */
5406                                 arc_buf_destroy(acb->acb_buf,
5407                                     acb->acb_private);
5408                                 acb->acb_buf = NULL;
5409                         }
5410                         acb->acb_done(zio, &zio->io_bookmark, zio->io_bp,
5411                             acb->acb_buf, acb->acb_private);
5412                 }
5413
5414                 if (acb->acb_zio_dummy != NULL) {
5415                         acb->acb_zio_dummy->io_error = zio->io_error;
5416                         zio_nowait(acb->acb_zio_dummy);
5417                 }
5418
5419                 callback_list = acb->acb_prev;
5420                 if (acb->acb_wait) {
5421                         mutex_enter(&acb->acb_wait_lock);
5422                         acb->acb_wait_error = zio->io_error;
5423                         acb->acb_wait = B_FALSE;
5424                         cv_signal(&acb->acb_wait_cv);
5425                         mutex_exit(&acb->acb_wait_lock);
5426                         /* acb will be freed by the waiting thread. */
5427                 } else {
5428                         kmem_free(acb, sizeof (arc_callback_t));
5429                 }
5430         }
5431 }
5432
5433 /*
5434  * "Read" the block at the specified DVA (in bp) via the
5435  * cache.  If the block is found in the cache, invoke the provided
5436  * callback immediately and return.  Note that the `zio' parameter
5437  * in the callback will be NULL in this case, since no IO was
5438  * required.  If the block is not in the cache pass the read request
5439  * on to the spa with a substitute callback function, so that the
5440  * requested block will be added to the cache.
5441  *
5442  * If a read request arrives for a block that has a read in-progress,
5443  * either wait for the in-progress read to complete (and return the
5444  * results); or, if this is a read with a "done" func, add a record
5445  * to the read to invoke the "done" func when the read completes,
5446  * and return; or just return.
5447  *
5448  * arc_read_done() will invoke all the requested "done" functions
5449  * for readers of this block.
5450  */
5451 int
5452 arc_read(zio_t *pio, spa_t *spa, const blkptr_t *bp,
5453     arc_read_done_func_t *done, void *private, zio_priority_t priority,
5454     int zio_flags, arc_flags_t *arc_flags, const zbookmark_phys_t *zb)
5455 {
5456         arc_buf_hdr_t *hdr = NULL;
5457         kmutex_t *hash_lock = NULL;
5458         zio_t *rzio;
5459         uint64_t guid = spa_load_guid(spa);
5460         boolean_t compressed_read = (zio_flags & ZIO_FLAG_RAW_COMPRESS) != 0;
5461         boolean_t encrypted_read = BP_IS_ENCRYPTED(bp) &&
5462             (zio_flags & ZIO_FLAG_RAW_ENCRYPT) != 0;
5463         boolean_t noauth_read = BP_IS_AUTHENTICATED(bp) &&
5464             (zio_flags & ZIO_FLAG_RAW_ENCRYPT) != 0;
5465         boolean_t embedded_bp = !!BP_IS_EMBEDDED(bp);
5466         boolean_t no_buf = *arc_flags & ARC_FLAG_NO_BUF;
5467         arc_buf_t *buf = NULL;
5468         int rc = 0;
5469
5470         ASSERT(!embedded_bp ||
5471             BPE_GET_ETYPE(bp) == BP_EMBEDDED_TYPE_DATA);
5472         ASSERT(!BP_IS_HOLE(bp));
5473         ASSERT(!BP_IS_REDACTED(bp));
5474
5475         /*
5476          * Normally SPL_FSTRANS will already be set since kernel threads which
5477          * expect to call the DMU interfaces will set it when created.  System
5478          * calls are similarly handled by setting/cleaning the bit in the
5479          * registered callback (module/os/.../zfs/zpl_*).
5480          *
5481          * External consumers such as Lustre which call the exported DMU
5482          * interfaces may not have set SPL_FSTRANS.  To avoid a deadlock
5483          * on the hash_lock always set and clear the bit.
5484          */
5485         fstrans_cookie_t cookie = spl_fstrans_mark();
5486 top:
5487         /*
5488          * Verify the block pointer contents are reasonable.  This should
5489          * always be the case since the blkptr is protected by a checksum.
5490          * However, if there is damage it's desirable to detect this early
5491          * and treat it as a checksum error.  This allows an alternate blkptr
5492          * to be tried when one is available (e.g. ditto blocks).
5493          */
5494         if (!zfs_blkptr_verify(spa, bp, (zio_flags & ZIO_FLAG_CONFIG_WRITER) ?
5495             BLK_CONFIG_HELD : BLK_CONFIG_NEEDED, BLK_VERIFY_LOG)) {
5496                 rc = SET_ERROR(ECKSUM);
5497                 goto done;
5498         }
5499
5500         if (!embedded_bp) {
5501                 /*
5502                  * Embedded BP's have no DVA and require no I/O to "read".
5503                  * Create an anonymous arc buf to back it.
5504                  */
5505                 hdr = buf_hash_find(guid, bp, &hash_lock);
5506         }
5507
5508         /*
5509          * Determine if we have an L1 cache hit or a cache miss. For simplicity
5510          * we maintain encrypted data separately from compressed / uncompressed
5511          * data. If the user is requesting raw encrypted data and we don't have
5512          * that in the header we will read from disk to guarantee that we can
5513          * get it even if the encryption keys aren't loaded.
5514          */
5515         if (hdr != NULL && HDR_HAS_L1HDR(hdr) && (HDR_HAS_RABD(hdr) ||
5516             (hdr->b_l1hdr.b_pabd != NULL && !encrypted_read))) {
5517                 boolean_t is_data = !HDR_ISTYPE_METADATA(hdr);
5518
5519                 if (HDR_IO_IN_PROGRESS(hdr)) {
5520                         if (*arc_flags & ARC_FLAG_CACHED_ONLY) {
5521                                 mutex_exit(hash_lock);
5522                                 ARCSTAT_BUMP(arcstat_cached_only_in_progress);
5523                                 rc = SET_ERROR(ENOENT);
5524                                 goto done;
5525                         }
5526
5527                         zio_t *head_zio = hdr->b_l1hdr.b_acb->acb_zio_head;
5528                         ASSERT3P(head_zio, !=, NULL);
5529                         if ((hdr->b_flags & ARC_FLAG_PRIO_ASYNC_READ) &&
5530                             priority == ZIO_PRIORITY_SYNC_READ) {
5531                                 /*
5532                                  * This is a sync read that needs to wait for
5533                                  * an in-flight async read. Request that the
5534                                  * zio have its priority upgraded.
5535                                  */
5536                                 zio_change_priority(head_zio, priority);
5537                                 DTRACE_PROBE1(arc__async__upgrade__sync,
5538                                     arc_buf_hdr_t *, hdr);
5539                                 ARCSTAT_BUMP(arcstat_async_upgrade_sync);
5540                         }
5541
5542                         DTRACE_PROBE1(arc__iohit, arc_buf_hdr_t *, hdr);
5543                         arc_access(hdr, *arc_flags, B_FALSE);
5544
5545                         /*
5546                          * If there are multiple threads reading the same block
5547                          * and that block is not yet in the ARC, then only one
5548                          * thread will do the physical I/O and all other
5549                          * threads will wait until that I/O completes.
5550                          * Synchronous reads use the acb_wait_cv whereas nowait
5551                          * reads register a callback. Both are signalled/called
5552                          * in arc_read_done.
5553                          *
5554                          * Errors of the physical I/O may need to be propagated.
5555                          * Synchronous read errors are returned here from
5556                          * arc_read_done via acb_wait_error.  Nowait reads
5557                          * attach the acb_zio_dummy zio to pio and
5558                          * arc_read_done propagates the physical I/O's io_error
5559                          * to acb_zio_dummy, and thereby to pio.
5560                          */
5561                         arc_callback_t *acb = NULL;
5562                         if (done || pio || *arc_flags & ARC_FLAG_WAIT) {
5563                                 acb = kmem_zalloc(sizeof (arc_callback_t),
5564                                     KM_SLEEP);
5565                                 acb->acb_done = done;
5566                                 acb->acb_private = private;
5567                                 acb->acb_compressed = compressed_read;
5568                                 acb->acb_encrypted = encrypted_read;
5569                                 acb->acb_noauth = noauth_read;
5570                                 acb->acb_nobuf = no_buf;
5571                                 if (*arc_flags & ARC_FLAG_WAIT) {
5572                                         acb->acb_wait = B_TRUE;
5573                                         mutex_init(&acb->acb_wait_lock, NULL,
5574                                             MUTEX_DEFAULT, NULL);
5575                                         cv_init(&acb->acb_wait_cv, NULL,
5576                                             CV_DEFAULT, NULL);
5577                                 }
5578                                 acb->acb_zb = *zb;
5579                                 if (pio != NULL) {
5580                                         acb->acb_zio_dummy = zio_null(pio,
5581                                             spa, NULL, NULL, NULL, zio_flags);
5582                                 }
5583                                 acb->acb_zio_head = head_zio;
5584                                 acb->acb_next = hdr->b_l1hdr.b_acb;
5585                                 hdr->b_l1hdr.b_acb->acb_prev = acb;
5586                                 hdr->b_l1hdr.b_acb = acb;
5587                         }
5588                         mutex_exit(hash_lock);
5589
5590                         ARCSTAT_BUMP(arcstat_iohits);
5591                         ARCSTAT_CONDSTAT(!(*arc_flags & ARC_FLAG_PREFETCH),
5592                             demand, prefetch, is_data, data, metadata, iohits);
5593
5594                         if (*arc_flags & ARC_FLAG_WAIT) {
5595                                 mutex_enter(&acb->acb_wait_lock);
5596                                 while (acb->acb_wait) {
5597                                         cv_wait(&acb->acb_wait_cv,
5598                                             &acb->acb_wait_lock);
5599                                 }
5600                                 rc = acb->acb_wait_error;
5601                                 mutex_exit(&acb->acb_wait_lock);
5602                                 mutex_destroy(&acb->acb_wait_lock);
5603                                 cv_destroy(&acb->acb_wait_cv);
5604                                 kmem_free(acb, sizeof (arc_callback_t));
5605                         }
5606                         goto out;
5607                 }
5608
5609                 ASSERT(hdr->b_l1hdr.b_state == arc_mru ||
5610                     hdr->b_l1hdr.b_state == arc_mfu ||
5611                     hdr->b_l1hdr.b_state == arc_uncached);
5612
5613                 DTRACE_PROBE1(arc__hit, arc_buf_hdr_t *, hdr);
5614                 arc_access(hdr, *arc_flags, B_TRUE);
5615
5616                 if (done && !no_buf) {
5617                         ASSERT(!embedded_bp || !BP_IS_HOLE(bp));
5618
5619                         /* Get a buf with the desired data in it. */
5620                         rc = arc_buf_alloc_impl(hdr, spa, zb, private,
5621                             encrypted_read, compressed_read, noauth_read,
5622                             B_TRUE, &buf);
5623                         if (rc == ECKSUM) {
5624                                 /*
5625                                  * Convert authentication and decryption errors
5626                                  * to EIO (and generate an ereport if needed)
5627                                  * before leaving the ARC.
5628                                  */
5629                                 rc = SET_ERROR(EIO);
5630                                 if ((zio_flags & ZIO_FLAG_SPECULATIVE) == 0) {
5631                                         spa_log_error(spa, zb, &hdr->b_birth);
5632                                         (void) zfs_ereport_post(
5633                                             FM_EREPORT_ZFS_AUTHENTICATION,
5634                                             spa, NULL, zb, NULL, 0);
5635                                 }
5636                         }
5637                         if (rc != 0) {
5638                                 arc_buf_destroy_impl(buf);
5639                                 buf = NULL;
5640                                 (void) remove_reference(hdr, private);
5641                         }
5642
5643                         /* assert any errors weren't due to unloaded keys */
5644                         ASSERT((zio_flags & ZIO_FLAG_SPECULATIVE) ||
5645                             rc != EACCES);
5646                 }
5647                 mutex_exit(hash_lock);
5648                 ARCSTAT_BUMP(arcstat_hits);
5649                 ARCSTAT_CONDSTAT(!(*arc_flags & ARC_FLAG_PREFETCH),
5650                     demand, prefetch, is_data, data, metadata, hits);
5651                 *arc_flags |= ARC_FLAG_CACHED;
5652                 goto done;
5653         } else {
5654                 uint64_t lsize = BP_GET_LSIZE(bp);
5655                 uint64_t psize = BP_GET_PSIZE(bp);
5656                 arc_callback_t *acb;
5657                 vdev_t *vd = NULL;
5658                 uint64_t addr = 0;
5659                 boolean_t devw = B_FALSE;
5660                 uint64_t size;
5661                 abd_t *hdr_abd;
5662                 int alloc_flags = encrypted_read ? ARC_HDR_ALLOC_RDATA : 0;
5663                 arc_buf_contents_t type = BP_GET_BUFC_TYPE(bp);
5664
5665                 if (*arc_flags & ARC_FLAG_CACHED_ONLY) {
5666                         if (hash_lock != NULL)
5667                                 mutex_exit(hash_lock);
5668                         rc = SET_ERROR(ENOENT);
5669                         goto done;
5670                 }
5671
5672                 if (hdr == NULL) {
5673                         /*
5674                          * This block is not in the cache or it has
5675                          * embedded data.
5676                          */
5677                         arc_buf_hdr_t *exists = NULL;
5678                         hdr = arc_hdr_alloc(spa_load_guid(spa), psize, lsize,
5679                             BP_IS_PROTECTED(bp), BP_GET_COMPRESS(bp), 0, type);
5680
5681                         if (!embedded_bp) {
5682                                 hdr->b_dva = *BP_IDENTITY(bp);
5683                                 hdr->b_birth = BP_PHYSICAL_BIRTH(bp);
5684                                 exists = buf_hash_insert(hdr, &hash_lock);
5685                         }
5686                         if (exists != NULL) {
5687                                 /* somebody beat us to the hash insert */
5688                                 mutex_exit(hash_lock);
5689                                 buf_discard_identity(hdr);
5690                                 arc_hdr_destroy(hdr);
5691                                 goto top; /* restart the IO request */
5692                         }
5693                 } else {
5694                         /*
5695                          * This block is in the ghost cache or encrypted data
5696                          * was requested and we didn't have it. If it was
5697                          * L2-only (and thus didn't have an L1 hdr),
5698                          * we realloc the header to add an L1 hdr.
5699                          */
5700                         if (!HDR_HAS_L1HDR(hdr)) {
5701                                 hdr = arc_hdr_realloc(hdr, hdr_l2only_cache,
5702                                     hdr_full_cache);
5703                         }
5704
5705                         if (GHOST_STATE(hdr->b_l1hdr.b_state)) {
5706                                 ASSERT3P(hdr->b_l1hdr.b_pabd, ==, NULL);
5707                                 ASSERT(!HDR_HAS_RABD(hdr));
5708                                 ASSERT(!HDR_IO_IN_PROGRESS(hdr));
5709                                 ASSERT0(zfs_refcount_count(
5710                                     &hdr->b_l1hdr.b_refcnt));
5711                                 ASSERT3P(hdr->b_l1hdr.b_buf, ==, NULL);
5712 #ifdef ZFS_DEBUG
5713                                 ASSERT3P(hdr->b_l1hdr.b_freeze_cksum, ==, NULL);
5714 #endif
5715                         } else if (HDR_IO_IN_PROGRESS(hdr)) {
5716                                 /*
5717                                  * If this header already had an IO in progress
5718                                  * and we are performing another IO to fetch
5719                                  * encrypted data we must wait until the first
5720                                  * IO completes so as not to confuse
5721                                  * arc_read_done(). This should be very rare
5722                                  * and so the performance impact shouldn't
5723                                  * matter.
5724                                  */
5725                                 arc_callback_t *acb = kmem_zalloc(
5726                                     sizeof (arc_callback_t), KM_SLEEP);
5727                                 acb->acb_wait = B_TRUE;
5728                                 mutex_init(&acb->acb_wait_lock, NULL,
5729                                     MUTEX_DEFAULT, NULL);
5730                                 cv_init(&acb->acb_wait_cv, NULL, CV_DEFAULT,
5731                                     NULL);
5732                                 acb->acb_zio_head =
5733                                     hdr->b_l1hdr.b_acb->acb_zio_head;
5734                                 acb->acb_next = hdr->b_l1hdr.b_acb;
5735                                 hdr->b_l1hdr.b_acb->acb_prev = acb;
5736                                 hdr->b_l1hdr.b_acb = acb;
5737                                 mutex_exit(hash_lock);
5738                                 mutex_enter(&acb->acb_wait_lock);
5739                                 while (acb->acb_wait) {
5740                                         cv_wait(&acb->acb_wait_cv,
5741                                             &acb->acb_wait_lock);
5742                                 }
5743                                 mutex_exit(&acb->acb_wait_lock);
5744                                 mutex_destroy(&acb->acb_wait_lock);
5745                                 cv_destroy(&acb->acb_wait_cv);
5746                                 kmem_free(acb, sizeof (arc_callback_t));
5747                                 goto top;
5748                         }
5749                 }
5750                 if (*arc_flags & ARC_FLAG_UNCACHED) {
5751                         arc_hdr_set_flags(hdr, ARC_FLAG_UNCACHED);
5752                         if (!encrypted_read)
5753                                 alloc_flags |= ARC_HDR_ALLOC_LINEAR;
5754                 }
5755
5756                 /*
5757                  * Take additional reference for IO_IN_PROGRESS.  It stops
5758                  * arc_access() from putting this header without any buffers
5759                  * and so other references but obviously nonevictable onto
5760                  * the evictable list of MRU or MFU state.
5761                  */
5762                 add_reference(hdr, hdr);
5763                 if (!embedded_bp)
5764                         arc_access(hdr, *arc_flags, B_FALSE);
5765                 arc_hdr_set_flags(hdr, ARC_FLAG_IO_IN_PROGRESS);
5766                 arc_hdr_alloc_abd(hdr, alloc_flags);
5767                 if (encrypted_read) {
5768                         ASSERT(HDR_HAS_RABD(hdr));
5769                         size = HDR_GET_PSIZE(hdr);
5770                         hdr_abd = hdr->b_crypt_hdr.b_rabd;
5771                         zio_flags |= ZIO_FLAG_RAW;
5772                 } else {
5773                         ASSERT3P(hdr->b_l1hdr.b_pabd, !=, NULL);
5774                         size = arc_hdr_size(hdr);
5775                         hdr_abd = hdr->b_l1hdr.b_pabd;
5776
5777                         if (arc_hdr_get_compress(hdr) != ZIO_COMPRESS_OFF) {
5778                                 zio_flags |= ZIO_FLAG_RAW_COMPRESS;
5779                         }
5780
5781                         /*
5782                          * For authenticated bp's, we do not ask the ZIO layer
5783                          * to authenticate them since this will cause the entire
5784                          * IO to fail if the key isn't loaded. Instead, we
5785                          * defer authentication until arc_buf_fill(), which will
5786                          * verify the data when the key is available.
5787                          */
5788                         if (BP_IS_AUTHENTICATED(bp))
5789                                 zio_flags |= ZIO_FLAG_RAW_ENCRYPT;
5790                 }
5791
5792                 if (BP_IS_AUTHENTICATED(bp))
5793                         arc_hdr_set_flags(hdr, ARC_FLAG_NOAUTH);
5794                 if (BP_GET_LEVEL(bp) > 0)
5795                         arc_hdr_set_flags(hdr, ARC_FLAG_INDIRECT);
5796                 ASSERT(!GHOST_STATE(hdr->b_l1hdr.b_state));
5797
5798                 acb = kmem_zalloc(sizeof (arc_callback_t), KM_SLEEP);
5799                 acb->acb_done = done;
5800                 acb->acb_private = private;
5801                 acb->acb_compressed = compressed_read;
5802                 acb->acb_encrypted = encrypted_read;
5803                 acb->acb_noauth = noauth_read;
5804                 acb->acb_zb = *zb;
5805
5806                 ASSERT3P(hdr->b_l1hdr.b_acb, ==, NULL);
5807                 hdr->b_l1hdr.b_acb = acb;
5808
5809                 if (HDR_HAS_L2HDR(hdr) &&
5810                     (vd = hdr->b_l2hdr.b_dev->l2ad_vdev) != NULL) {
5811                         devw = hdr->b_l2hdr.b_dev->l2ad_writing;
5812                         addr = hdr->b_l2hdr.b_daddr;
5813                         /*
5814                          * Lock out L2ARC device removal.
5815                          */
5816                         if (vdev_is_dead(vd) ||
5817                             !spa_config_tryenter(spa, SCL_L2ARC, vd, RW_READER))
5818                                 vd = NULL;
5819                 }
5820
5821                 /*
5822                  * We count both async reads and scrub IOs as asynchronous so
5823                  * that both can be upgraded in the event of a cache hit while
5824                  * the read IO is still in-flight.
5825                  */
5826                 if (priority == ZIO_PRIORITY_ASYNC_READ ||
5827                     priority == ZIO_PRIORITY_SCRUB)
5828                         arc_hdr_set_flags(hdr, ARC_FLAG_PRIO_ASYNC_READ);
5829                 else
5830                         arc_hdr_clear_flags(hdr, ARC_FLAG_PRIO_ASYNC_READ);
5831
5832                 /*
5833                  * At this point, we have a level 1 cache miss or a blkptr
5834                  * with embedded data.  Try again in L2ARC if possible.
5835                  */
5836                 ASSERT3U(HDR_GET_LSIZE(hdr), ==, lsize);
5837
5838                 /*
5839                  * Skip ARC stat bump for block pointers with embedded
5840                  * data. The data are read from the blkptr itself via
5841                  * decode_embedded_bp_compressed().
5842                  */
5843                 if (!embedded_bp) {
5844                         DTRACE_PROBE4(arc__miss, arc_buf_hdr_t *, hdr,
5845                             blkptr_t *, bp, uint64_t, lsize,
5846                             zbookmark_phys_t *, zb);
5847                         ARCSTAT_BUMP(arcstat_misses);
5848                         ARCSTAT_CONDSTAT(!(*arc_flags & ARC_FLAG_PREFETCH),
5849                             demand, prefetch, !HDR_ISTYPE_METADATA(hdr), data,
5850                             metadata, misses);
5851                         zfs_racct_read(size, 1);
5852                 }
5853
5854                 /* Check if the spa even has l2 configured */
5855                 const boolean_t spa_has_l2 = l2arc_ndev != 0 &&
5856                     spa->spa_l2cache.sav_count > 0;
5857
5858                 if (vd != NULL && spa_has_l2 && !(l2arc_norw && devw)) {
5859                         /*
5860                          * Read from the L2ARC if the following are true:
5861                          * 1. The L2ARC vdev was previously cached.
5862                          * 2. This buffer still has L2ARC metadata.
5863                          * 3. This buffer isn't currently writing to the L2ARC.
5864                          * 4. The L2ARC entry wasn't evicted, which may
5865                          *    also have invalidated the vdev.
5866                          * 5. This isn't prefetch or l2arc_noprefetch is 0.
5867                          */
5868                         if (HDR_HAS_L2HDR(hdr) &&
5869                             !HDR_L2_WRITING(hdr) && !HDR_L2_EVICTED(hdr) &&
5870                             !(l2arc_noprefetch &&
5871                             (*arc_flags & ARC_FLAG_PREFETCH))) {
5872                                 l2arc_read_callback_t *cb;
5873                                 abd_t *abd;
5874                                 uint64_t asize;
5875
5876                                 DTRACE_PROBE1(l2arc__hit, arc_buf_hdr_t *, hdr);
5877                                 ARCSTAT_BUMP(arcstat_l2_hits);
5878                                 hdr->b_l2hdr.b_hits++;
5879
5880                                 cb = kmem_zalloc(sizeof (l2arc_read_callback_t),
5881                                     KM_SLEEP);
5882                                 cb->l2rcb_hdr = hdr;
5883                                 cb->l2rcb_bp = *bp;
5884                                 cb->l2rcb_zb = *zb;
5885                                 cb->l2rcb_flags = zio_flags;
5886
5887                                 /*
5888                                  * When Compressed ARC is disabled, but the
5889                                  * L2ARC block is compressed, arc_hdr_size()
5890                                  * will have returned LSIZE rather than PSIZE.
5891                                  */
5892                                 if (HDR_GET_COMPRESS(hdr) != ZIO_COMPRESS_OFF &&
5893                                     !HDR_COMPRESSION_ENABLED(hdr) &&
5894                                     HDR_GET_PSIZE(hdr) != 0) {
5895                                         size = HDR_GET_PSIZE(hdr);
5896                                 }
5897
5898                                 asize = vdev_psize_to_asize(vd, size);
5899                                 if (asize != size) {
5900                                         abd = abd_alloc_for_io(asize,
5901                                             HDR_ISTYPE_METADATA(hdr));
5902                                         cb->l2rcb_abd = abd;
5903                                 } else {
5904                                         abd = hdr_abd;
5905                                 }
5906
5907                                 ASSERT(addr >= VDEV_LABEL_START_SIZE &&
5908                                     addr + asize <= vd->vdev_psize -
5909                                     VDEV_LABEL_END_SIZE);
5910
5911                                 /*
5912                                  * l2arc read.  The SCL_L2ARC lock will be
5913                                  * released by l2arc_read_done().
5914                                  * Issue a null zio if the underlying buffer
5915                                  * was squashed to zero size by compression.
5916                                  */
5917                                 ASSERT3U(arc_hdr_get_compress(hdr), !=,
5918                                     ZIO_COMPRESS_EMPTY);
5919                                 rzio = zio_read_phys(pio, vd, addr,
5920                                     asize, abd,
5921                                     ZIO_CHECKSUM_OFF,
5922                                     l2arc_read_done, cb, priority,
5923                                     zio_flags | ZIO_FLAG_CANFAIL |
5924                                     ZIO_FLAG_DONT_PROPAGATE |
5925                                     ZIO_FLAG_DONT_RETRY, B_FALSE);
5926                                 acb->acb_zio_head = rzio;
5927
5928                                 if (hash_lock != NULL)
5929                                         mutex_exit(hash_lock);
5930
5931                                 DTRACE_PROBE2(l2arc__read, vdev_t *, vd,
5932                                     zio_t *, rzio);
5933                                 ARCSTAT_INCR(arcstat_l2_read_bytes,
5934                                     HDR_GET_PSIZE(hdr));
5935
5936                                 if (*arc_flags & ARC_FLAG_NOWAIT) {
5937                                         zio_nowait(rzio);
5938                                         goto out;
5939                                 }
5940
5941                                 ASSERT(*arc_flags & ARC_FLAG_WAIT);
5942                                 if (zio_wait(rzio) == 0)
5943                                         goto out;
5944
5945                                 /* l2arc read error; goto zio_read() */
5946                                 if (hash_lock != NULL)
5947                                         mutex_enter(hash_lock);
5948                         } else {
5949                                 DTRACE_PROBE1(l2arc__miss,
5950                                     arc_buf_hdr_t *, hdr);
5951                                 ARCSTAT_BUMP(arcstat_l2_misses);
5952                                 if (HDR_L2_WRITING(hdr))
5953                                         ARCSTAT_BUMP(arcstat_l2_rw_clash);
5954                                 spa_config_exit(spa, SCL_L2ARC, vd);
5955                         }
5956                 } else {
5957                         if (vd != NULL)
5958                                 spa_config_exit(spa, SCL_L2ARC, vd);
5959
5960                         /*
5961                          * Only a spa with l2 should contribute to l2
5962                          * miss stats.  (Including the case of having a
5963                          * faulted cache device - that's also a miss.)
5964                          */
5965                         if (spa_has_l2) {
5966                                 /*
5967                                  * Skip ARC stat bump for block pointers with
5968                                  * embedded data. The data are read from the
5969                                  * blkptr itself via
5970                                  * decode_embedded_bp_compressed().
5971                                  */
5972                                 if (!embedded_bp) {
5973                                         DTRACE_PROBE1(l2arc__miss,
5974                                             arc_buf_hdr_t *, hdr);
5975                                         ARCSTAT_BUMP(arcstat_l2_misses);
5976                                 }
5977                         }
5978                 }
5979
5980                 rzio = zio_read(pio, spa, bp, hdr_abd, size,
5981                     arc_read_done, hdr, priority, zio_flags, zb);
5982                 acb->acb_zio_head = rzio;
5983
5984                 if (hash_lock != NULL)
5985                         mutex_exit(hash_lock);
5986
5987                 if (*arc_flags & ARC_FLAG_WAIT) {
5988                         rc = zio_wait(rzio);
5989                         goto out;
5990                 }
5991
5992                 ASSERT(*arc_flags & ARC_FLAG_NOWAIT);
5993                 zio_nowait(rzio);
5994         }
5995
5996 out:
5997         /* embedded bps don't actually go to disk */
5998         if (!embedded_bp)
5999                 spa_read_history_add(spa, zb, *arc_flags);
6000         spl_fstrans_unmark(cookie);
6001         return (rc);
6002
6003 done:
6004         if (done)
6005                 done(NULL, zb, bp, buf, private);
6006         if (pio && rc != 0) {
6007                 zio_t *zio = zio_null(pio, spa, NULL, NULL, NULL, zio_flags);
6008                 zio->io_error = rc;
6009                 zio_nowait(zio);
6010         }
6011         goto out;
6012 }
6013
6014 arc_prune_t *
6015 arc_add_prune_callback(arc_prune_func_t *func, void *private)
6016 {
6017         arc_prune_t *p;
6018
6019         p = kmem_alloc(sizeof (*p), KM_SLEEP);
6020         p->p_pfunc = func;
6021         p->p_private = private;
6022         list_link_init(&p->p_node);
6023         zfs_refcount_create(&p->p_refcnt);
6024
6025         mutex_enter(&arc_prune_mtx);
6026         zfs_refcount_add(&p->p_refcnt, &arc_prune_list);
6027         list_insert_head(&arc_prune_list, p);
6028         mutex_exit(&arc_prune_mtx);
6029
6030         return (p);
6031 }
6032
6033 void
6034 arc_remove_prune_callback(arc_prune_t *p)
6035 {
6036         boolean_t wait = B_FALSE;
6037         mutex_enter(&arc_prune_mtx);
6038         list_remove(&arc_prune_list, p);
6039         if (zfs_refcount_remove(&p->p_refcnt, &arc_prune_list) > 0)
6040                 wait = B_TRUE;
6041         mutex_exit(&arc_prune_mtx);
6042
6043         /* wait for arc_prune_task to finish */
6044         if (wait)
6045                 taskq_wait_outstanding(arc_prune_taskq, 0);
6046         ASSERT0(zfs_refcount_count(&p->p_refcnt));
6047         zfs_refcount_destroy(&p->p_refcnt);
6048         kmem_free(p, sizeof (*p));
6049 }
6050
6051 /*
6052  * Notify the arc that a block was freed, and thus will never be used again.
6053  */
6054 void
6055 arc_freed(spa_t *spa, const blkptr_t *bp)
6056 {
6057         arc_buf_hdr_t *hdr;
6058         kmutex_t *hash_lock;
6059         uint64_t guid = spa_load_guid(spa);
6060
6061         ASSERT(!BP_IS_EMBEDDED(bp));
6062
6063         hdr = buf_hash_find(guid, bp, &hash_lock);
6064         if (hdr == NULL)
6065                 return;
6066
6067         /*
6068          * We might be trying to free a block that is still doing I/O
6069          * (i.e. prefetch) or has some other reference (i.e. a dedup-ed,
6070          * dmu_sync-ed block). A block may also have a reference if it is
6071          * part of a dedup-ed, dmu_synced write. The dmu_sync() function would
6072          * have written the new block to its final resting place on disk but
6073          * without the dedup flag set. This would have left the hdr in the MRU
6074          * state and discoverable. When the txg finally syncs it detects that
6075          * the block was overridden in open context and issues an override I/O.
6076          * Since this is a dedup block, the override I/O will determine if the
6077          * block is already in the DDT. If so, then it will replace the io_bp
6078          * with the bp from the DDT and allow the I/O to finish. When the I/O
6079          * reaches the done callback, dbuf_write_override_done, it will
6080          * check to see if the io_bp and io_bp_override are identical.
6081          * If they are not, then it indicates that the bp was replaced with
6082          * the bp in the DDT and the override bp is freed. This allows
6083          * us to arrive here with a reference on a block that is being
6084          * freed. So if we have an I/O in progress, or a reference to
6085          * this hdr, then we don't destroy the hdr.
6086          */
6087         if (!HDR_HAS_L1HDR(hdr) ||
6088             zfs_refcount_is_zero(&hdr->b_l1hdr.b_refcnt)) {
6089                 arc_change_state(arc_anon, hdr);
6090                 arc_hdr_destroy(hdr);
6091                 mutex_exit(hash_lock);
6092         } else {
6093                 mutex_exit(hash_lock);
6094         }
6095
6096 }
6097
6098 /*
6099  * Release this buffer from the cache, making it an anonymous buffer.  This
6100  * must be done after a read and prior to modifying the buffer contents.
6101  * If the buffer has more than one reference, we must make
6102  * a new hdr for the buffer.
6103  */
6104 void
6105 arc_release(arc_buf_t *buf, const void *tag)
6106 {
6107         arc_buf_hdr_t *hdr = buf->b_hdr;
6108
6109         /*
6110          * It would be nice to assert that if its DMU metadata (level >
6111          * 0 || it's the dnode file), then it must be syncing context.
6112          * But we don't know that information at this level.
6113          */
6114
6115         ASSERT(HDR_HAS_L1HDR(hdr));
6116
6117         /*
6118          * We don't grab the hash lock prior to this check, because if
6119          * the buffer's header is in the arc_anon state, it won't be
6120          * linked into the hash table.
6121          */
6122         if (hdr->b_l1hdr.b_state == arc_anon) {
6123                 ASSERT(!HDR_IO_IN_PROGRESS(hdr));
6124                 ASSERT(!HDR_IN_HASH_TABLE(hdr));
6125                 ASSERT(!HDR_HAS_L2HDR(hdr));
6126
6127                 ASSERT3P(hdr->b_l1hdr.b_buf, ==, buf);
6128                 ASSERT(ARC_BUF_LAST(buf));
6129                 ASSERT3S(zfs_refcount_count(&hdr->b_l1hdr.b_refcnt), ==, 1);
6130                 ASSERT(!multilist_link_active(&hdr->b_l1hdr.b_arc_node));
6131
6132                 hdr->b_l1hdr.b_arc_access = 0;
6133
6134                 /*
6135                  * If the buf is being overridden then it may already
6136                  * have a hdr that is not empty.
6137                  */
6138                 buf_discard_identity(hdr);
6139                 arc_buf_thaw(buf);
6140
6141                 return;
6142         }
6143
6144         kmutex_t *hash_lock = HDR_LOCK(hdr);
6145         mutex_enter(hash_lock);
6146
6147         /*
6148          * This assignment is only valid as long as the hash_lock is
6149          * held, we must be careful not to reference state or the
6150          * b_state field after dropping the lock.
6151          */
6152         arc_state_t *state = hdr->b_l1hdr.b_state;
6153         ASSERT3P(hash_lock, ==, HDR_LOCK(hdr));
6154         ASSERT3P(state, !=, arc_anon);
6155
6156         /* this buffer is not on any list */
6157         ASSERT3S(zfs_refcount_count(&hdr->b_l1hdr.b_refcnt), >, 0);
6158
6159         if (HDR_HAS_L2HDR(hdr)) {
6160                 mutex_enter(&hdr->b_l2hdr.b_dev->l2ad_mtx);
6161
6162                 /*
6163                  * We have to recheck this conditional again now that
6164                  * we're holding the l2ad_mtx to prevent a race with
6165                  * another thread which might be concurrently calling
6166                  * l2arc_evict(). In that case, l2arc_evict() might have
6167                  * destroyed the header's L2 portion as we were waiting
6168                  * to acquire the l2ad_mtx.
6169                  */
6170                 if (HDR_HAS_L2HDR(hdr))
6171                         arc_hdr_l2hdr_destroy(hdr);
6172
6173                 mutex_exit(&hdr->b_l2hdr.b_dev->l2ad_mtx);
6174         }
6175
6176         /*
6177          * Do we have more than one buf?
6178          */
6179         if (hdr->b_l1hdr.b_buf != buf || !ARC_BUF_LAST(buf)) {
6180                 arc_buf_hdr_t *nhdr;
6181                 uint64_t spa = hdr->b_spa;
6182                 uint64_t psize = HDR_GET_PSIZE(hdr);
6183                 uint64_t lsize = HDR_GET_LSIZE(hdr);
6184                 boolean_t protected = HDR_PROTECTED(hdr);
6185                 enum zio_compress compress = arc_hdr_get_compress(hdr);
6186                 arc_buf_contents_t type = arc_buf_type(hdr);
6187                 VERIFY3U(hdr->b_type, ==, type);
6188
6189                 ASSERT(hdr->b_l1hdr.b_buf != buf || buf->b_next != NULL);
6190                 VERIFY3S(remove_reference(hdr, tag), >, 0);
6191
6192                 if (arc_buf_is_shared(buf) && !ARC_BUF_COMPRESSED(buf)) {
6193                         ASSERT3P(hdr->b_l1hdr.b_buf, !=, buf);
6194                         ASSERT(ARC_BUF_LAST(buf));
6195                 }
6196
6197                 /*
6198                  * Pull the data off of this hdr and attach it to
6199                  * a new anonymous hdr. Also find the last buffer
6200                  * in the hdr's buffer list.
6201                  */
6202                 arc_buf_t *lastbuf = arc_buf_remove(hdr, buf);
6203                 ASSERT3P(lastbuf, !=, NULL);
6204
6205                 /*
6206                  * If the current arc_buf_t and the hdr are sharing their data
6207                  * buffer, then we must stop sharing that block.
6208                  */
6209                 if (arc_buf_is_shared(buf)) {
6210                         ASSERT3P(hdr->b_l1hdr.b_buf, !=, buf);
6211                         VERIFY(!arc_buf_is_shared(lastbuf));
6212
6213                         /*
6214                          * First, sever the block sharing relationship between
6215                          * buf and the arc_buf_hdr_t.
6216                          */
6217                         arc_unshare_buf(hdr, buf);
6218
6219                         /*
6220                          * Now we need to recreate the hdr's b_pabd. Since we
6221                          * have lastbuf handy, we try to share with it, but if
6222                          * we can't then we allocate a new b_pabd and copy the
6223                          * data from buf into it.
6224                          */
6225                         if (arc_can_share(hdr, lastbuf)) {
6226                                 arc_share_buf(hdr, lastbuf);
6227                         } else {
6228                                 arc_hdr_alloc_abd(hdr, 0);
6229                                 abd_copy_from_buf(hdr->b_l1hdr.b_pabd,
6230                                     buf->b_data, psize);
6231                         }
6232                         VERIFY3P(lastbuf->b_data, !=, NULL);
6233                 } else if (HDR_SHARED_DATA(hdr)) {
6234                         /*
6235                          * Uncompressed shared buffers are always at the end
6236                          * of the list. Compressed buffers don't have the
6237                          * same requirements. This makes it hard to
6238                          * simply assert that the lastbuf is shared so
6239                          * we rely on the hdr's compression flags to determine
6240                          * if we have a compressed, shared buffer.
6241                          */
6242                         ASSERT(arc_buf_is_shared(lastbuf) ||
6243                             arc_hdr_get_compress(hdr) != ZIO_COMPRESS_OFF);
6244                         ASSERT(!ARC_BUF_SHARED(buf));
6245                 }
6246
6247                 ASSERT(hdr->b_l1hdr.b_pabd != NULL || HDR_HAS_RABD(hdr));
6248                 ASSERT3P(state, !=, arc_l2c_only);
6249
6250                 (void) zfs_refcount_remove_many(&state->arcs_size[type],
6251                     arc_buf_size(buf), buf);
6252
6253                 if (zfs_refcount_is_zero(&hdr->b_l1hdr.b_refcnt)) {
6254                         ASSERT3P(state, !=, arc_l2c_only);
6255                         (void) zfs_refcount_remove_many(
6256                             &state->arcs_esize[type],
6257                             arc_buf_size(buf), buf);
6258                 }
6259
6260                 arc_cksum_verify(buf);
6261                 arc_buf_unwatch(buf);
6262
6263                 /* if this is the last uncompressed buf free the checksum */
6264                 if (!arc_hdr_has_uncompressed_buf(hdr))
6265                         arc_cksum_free(hdr);
6266
6267                 mutex_exit(hash_lock);
6268
6269                 nhdr = arc_hdr_alloc(spa, psize, lsize, protected,
6270                     compress, hdr->b_complevel, type);
6271                 ASSERT3P(nhdr->b_l1hdr.b_buf, ==, NULL);
6272                 ASSERT0(zfs_refcount_count(&nhdr->b_l1hdr.b_refcnt));
6273                 VERIFY3U(nhdr->b_type, ==, type);
6274                 ASSERT(!HDR_SHARED_DATA(nhdr));
6275
6276                 nhdr->b_l1hdr.b_buf = buf;
6277                 (void) zfs_refcount_add(&nhdr->b_l1hdr.b_refcnt, tag);
6278                 buf->b_hdr = nhdr;
6279
6280                 (void) zfs_refcount_add_many(&arc_anon->arcs_size[type],
6281                     arc_buf_size(buf), buf);
6282         } else {
6283                 ASSERT(zfs_refcount_count(&hdr->b_l1hdr.b_refcnt) == 1);
6284                 /* protected by hash lock, or hdr is on arc_anon */
6285                 ASSERT(!multilist_link_active(&hdr->b_l1hdr.b_arc_node));
6286                 ASSERT(!HDR_IO_IN_PROGRESS(hdr));
6287                 hdr->b_l1hdr.b_mru_hits = 0;
6288                 hdr->b_l1hdr.b_mru_ghost_hits = 0;
6289                 hdr->b_l1hdr.b_mfu_hits = 0;
6290                 hdr->b_l1hdr.b_mfu_ghost_hits = 0;
6291                 arc_change_state(arc_anon, hdr);
6292                 hdr->b_l1hdr.b_arc_access = 0;
6293
6294                 mutex_exit(hash_lock);
6295                 buf_discard_identity(hdr);
6296                 arc_buf_thaw(buf);
6297         }
6298 }
6299
6300 int
6301 arc_released(arc_buf_t *buf)
6302 {
6303         return (buf->b_data != NULL &&
6304             buf->b_hdr->b_l1hdr.b_state == arc_anon);
6305 }
6306
6307 #ifdef ZFS_DEBUG
6308 int
6309 arc_referenced(arc_buf_t *buf)
6310 {
6311         return (zfs_refcount_count(&buf->b_hdr->b_l1hdr.b_refcnt));
6312 }
6313 #endif
6314
6315 static void
6316 arc_write_ready(zio_t *zio)
6317 {
6318         arc_write_callback_t *callback = zio->io_private;
6319         arc_buf_t *buf = callback->awcb_buf;
6320         arc_buf_hdr_t *hdr = buf->b_hdr;
6321         blkptr_t *bp = zio->io_bp;
6322         uint64_t psize = BP_IS_HOLE(bp) ? 0 : BP_GET_PSIZE(bp);
6323         fstrans_cookie_t cookie = spl_fstrans_mark();
6324
6325         ASSERT(HDR_HAS_L1HDR(hdr));
6326         ASSERT(!zfs_refcount_is_zero(&buf->b_hdr->b_l1hdr.b_refcnt));
6327         ASSERT3P(hdr->b_l1hdr.b_buf, !=, NULL);
6328
6329         /*
6330          * If we're reexecuting this zio because the pool suspended, then
6331          * cleanup any state that was previously set the first time the
6332          * callback was invoked.
6333          */
6334         if (zio->io_flags & ZIO_FLAG_REEXECUTED) {
6335                 arc_cksum_free(hdr);
6336                 arc_buf_unwatch(buf);
6337                 if (hdr->b_l1hdr.b_pabd != NULL) {
6338                         if (arc_buf_is_shared(buf)) {
6339                                 arc_unshare_buf(hdr, buf);
6340                         } else {
6341                                 arc_hdr_free_abd(hdr, B_FALSE);
6342                         }
6343                 }
6344
6345                 if (HDR_HAS_RABD(hdr))
6346                         arc_hdr_free_abd(hdr, B_TRUE);
6347         }
6348         ASSERT3P(hdr->b_l1hdr.b_pabd, ==, NULL);
6349         ASSERT(!HDR_HAS_RABD(hdr));
6350         ASSERT(!HDR_SHARED_DATA(hdr));
6351         ASSERT(!arc_buf_is_shared(buf));
6352
6353         callback->awcb_ready(zio, buf, callback->awcb_private);
6354
6355         if (HDR_IO_IN_PROGRESS(hdr)) {
6356                 ASSERT(zio->io_flags & ZIO_FLAG_REEXECUTED);
6357         } else {
6358                 arc_hdr_set_flags(hdr, ARC_FLAG_IO_IN_PROGRESS);
6359                 add_reference(hdr, hdr); /* For IO_IN_PROGRESS. */
6360         }
6361
6362         if (BP_IS_PROTECTED(bp)) {
6363                 /* ZIL blocks are written through zio_rewrite */
6364                 ASSERT3U(BP_GET_TYPE(bp), !=, DMU_OT_INTENT_LOG);
6365
6366                 if (BP_SHOULD_BYTESWAP(bp)) {
6367                         if (BP_GET_LEVEL(bp) > 0) {
6368                                 hdr->b_l1hdr.b_byteswap = DMU_BSWAP_UINT64;
6369                         } else {
6370                                 hdr->b_l1hdr.b_byteswap =
6371                                     DMU_OT_BYTESWAP(BP_GET_TYPE(bp));
6372                         }
6373                 } else {
6374                         hdr->b_l1hdr.b_byteswap = DMU_BSWAP_NUMFUNCS;
6375                 }
6376
6377                 arc_hdr_set_flags(hdr, ARC_FLAG_PROTECTED);
6378                 hdr->b_crypt_hdr.b_ot = BP_GET_TYPE(bp);
6379                 hdr->b_crypt_hdr.b_dsobj = zio->io_bookmark.zb_objset;
6380                 zio_crypt_decode_params_bp(bp, hdr->b_crypt_hdr.b_salt,
6381                     hdr->b_crypt_hdr.b_iv);
6382                 zio_crypt_decode_mac_bp(bp, hdr->b_crypt_hdr.b_mac);
6383         } else {
6384                 arc_hdr_clear_flags(hdr, ARC_FLAG_PROTECTED);
6385         }
6386
6387         /*
6388          * If this block was written for raw encryption but the zio layer
6389          * ended up only authenticating it, adjust the buffer flags now.
6390          */
6391         if (BP_IS_AUTHENTICATED(bp) && ARC_BUF_ENCRYPTED(buf)) {
6392                 arc_hdr_set_flags(hdr, ARC_FLAG_NOAUTH);
6393                 buf->b_flags &= ~ARC_BUF_FLAG_ENCRYPTED;
6394                 if (BP_GET_COMPRESS(bp) == ZIO_COMPRESS_OFF)
6395                         buf->b_flags &= ~ARC_BUF_FLAG_COMPRESSED;
6396         } else if (BP_IS_HOLE(bp) && ARC_BUF_ENCRYPTED(buf)) {
6397                 buf->b_flags &= ~ARC_BUF_FLAG_ENCRYPTED;
6398                 buf->b_flags &= ~ARC_BUF_FLAG_COMPRESSED;
6399         }
6400
6401         /* this must be done after the buffer flags are adjusted */
6402         arc_cksum_compute(buf);
6403
6404         enum zio_compress compress;
6405         if (BP_IS_HOLE(bp) || BP_IS_EMBEDDED(bp)) {
6406                 compress = ZIO_COMPRESS_OFF;
6407         } else {
6408                 ASSERT3U(HDR_GET_LSIZE(hdr), ==, BP_GET_LSIZE(bp));
6409                 compress = BP_GET_COMPRESS(bp);
6410         }
6411         HDR_SET_PSIZE(hdr, psize);
6412         arc_hdr_set_compress(hdr, compress);
6413         hdr->b_complevel = zio->io_prop.zp_complevel;
6414
6415         if (zio->io_error != 0 || psize == 0)
6416                 goto out;
6417
6418         /*
6419          * Fill the hdr with data. If the buffer is encrypted we have no choice
6420          * but to copy the data into b_radb. If the hdr is compressed, the data
6421          * we want is available from the zio, otherwise we can take it from
6422          * the buf.
6423          *
6424          * We might be able to share the buf's data with the hdr here. However,
6425          * doing so would cause the ARC to be full of linear ABDs if we write a
6426          * lot of shareable data. As a compromise, we check whether scattered
6427          * ABDs are allowed, and assume that if they are then the user wants
6428          * the ARC to be primarily filled with them regardless of the data being
6429          * written. Therefore, if they're allowed then we allocate one and copy
6430          * the data into it; otherwise, we share the data directly if we can.
6431          */
6432         if (ARC_BUF_ENCRYPTED(buf)) {
6433                 ASSERT3U(psize, >, 0);
6434                 ASSERT(ARC_BUF_COMPRESSED(buf));
6435                 arc_hdr_alloc_abd(hdr, ARC_HDR_ALLOC_RDATA |
6436                     ARC_HDR_USE_RESERVE);
6437                 abd_copy(hdr->b_crypt_hdr.b_rabd, zio->io_abd, psize);
6438         } else if (!(HDR_UNCACHED(hdr) ||
6439             abd_size_alloc_linear(arc_buf_size(buf))) ||
6440             !arc_can_share(hdr, buf)) {
6441                 /*
6442                  * Ideally, we would always copy the io_abd into b_pabd, but the
6443                  * user may have disabled compressed ARC, thus we must check the
6444                  * hdr's compression setting rather than the io_bp's.
6445                  */
6446                 if (BP_IS_ENCRYPTED(bp)) {
6447                         ASSERT3U(psize, >, 0);
6448                         arc_hdr_alloc_abd(hdr, ARC_HDR_ALLOC_RDATA |
6449                             ARC_HDR_USE_RESERVE);
6450                         abd_copy(hdr->b_crypt_hdr.b_rabd, zio->io_abd, psize);
6451                 } else if (arc_hdr_get_compress(hdr) != ZIO_COMPRESS_OFF &&
6452                     !ARC_BUF_COMPRESSED(buf)) {
6453                         ASSERT3U(psize, >, 0);
6454                         arc_hdr_alloc_abd(hdr, ARC_HDR_USE_RESERVE);
6455                         abd_copy(hdr->b_l1hdr.b_pabd, zio->io_abd, psize);
6456                 } else {
6457                         ASSERT3U(zio->io_orig_size, ==, arc_hdr_size(hdr));
6458                         arc_hdr_alloc_abd(hdr, ARC_HDR_USE_RESERVE);
6459                         abd_copy_from_buf(hdr->b_l1hdr.b_pabd, buf->b_data,
6460                             arc_buf_size(buf));
6461                 }
6462         } else {
6463                 ASSERT3P(buf->b_data, ==, abd_to_buf(zio->io_orig_abd));
6464                 ASSERT3U(zio->io_orig_size, ==, arc_buf_size(buf));
6465                 ASSERT3P(hdr->b_l1hdr.b_buf, ==, buf);
6466                 ASSERT(ARC_BUF_LAST(buf));
6467
6468                 arc_share_buf(hdr, buf);
6469         }
6470
6471 out:
6472         arc_hdr_verify(hdr, bp);
6473         spl_fstrans_unmark(cookie);
6474 }
6475
6476 static void
6477 arc_write_children_ready(zio_t *zio)
6478 {
6479         arc_write_callback_t *callback = zio->io_private;
6480         arc_buf_t *buf = callback->awcb_buf;
6481
6482         callback->awcb_children_ready(zio, buf, callback->awcb_private);
6483 }
6484
6485 static void
6486 arc_write_done(zio_t *zio)
6487 {
6488         arc_write_callback_t *callback = zio->io_private;
6489         arc_buf_t *buf = callback->awcb_buf;
6490         arc_buf_hdr_t *hdr = buf->b_hdr;
6491
6492         ASSERT3P(hdr->b_l1hdr.b_acb, ==, NULL);
6493
6494         if (zio->io_error == 0) {
6495                 arc_hdr_verify(hdr, zio->io_bp);
6496
6497                 if (BP_IS_HOLE(zio->io_bp) || BP_IS_EMBEDDED(zio->io_bp)) {
6498                         buf_discard_identity(hdr);
6499                 } else {
6500                         hdr->b_dva = *BP_IDENTITY(zio->io_bp);
6501                         hdr->b_birth = BP_PHYSICAL_BIRTH(zio->io_bp);
6502                 }
6503         } else {
6504                 ASSERT(HDR_EMPTY(hdr));
6505         }
6506
6507         /*
6508          * If the block to be written was all-zero or compressed enough to be
6509          * embedded in the BP, no write was performed so there will be no
6510          * dva/birth/checksum.  The buffer must therefore remain anonymous
6511          * (and uncached).
6512          */
6513         if (!HDR_EMPTY(hdr)) {
6514                 arc_buf_hdr_t *exists;
6515                 kmutex_t *hash_lock;
6516
6517                 ASSERT3U(zio->io_error, ==, 0);
6518
6519                 arc_cksum_verify(buf);
6520
6521                 exists = buf_hash_insert(hdr, &hash_lock);
6522                 if (exists != NULL) {
6523                         /*
6524                          * This can only happen if we overwrite for
6525                          * sync-to-convergence, because we remove
6526                          * buffers from the hash table when we arc_free().
6527                          */
6528                         if (zio->io_flags & ZIO_FLAG_IO_REWRITE) {
6529                                 if (!BP_EQUAL(&zio->io_bp_orig, zio->io_bp))
6530                                         panic("bad overwrite, hdr=%p exists=%p",
6531                                             (void *)hdr, (void *)exists);
6532                                 ASSERT(zfs_refcount_is_zero(
6533                                     &exists->b_l1hdr.b_refcnt));
6534                                 arc_change_state(arc_anon, exists);
6535                                 arc_hdr_destroy(exists);
6536                                 mutex_exit(hash_lock);
6537                                 exists = buf_hash_insert(hdr, &hash_lock);
6538                                 ASSERT3P(exists, ==, NULL);
6539                         } else if (zio->io_flags & ZIO_FLAG_NOPWRITE) {
6540                                 /* nopwrite */
6541                                 ASSERT(zio->io_prop.zp_nopwrite);
6542                                 if (!BP_EQUAL(&zio->io_bp_orig, zio->io_bp))
6543                                         panic("bad nopwrite, hdr=%p exists=%p",
6544                                             (void *)hdr, (void *)exists);
6545                         } else {
6546                                 /* Dedup */
6547                                 ASSERT3P(hdr->b_l1hdr.b_buf, !=, NULL);
6548                                 ASSERT(ARC_BUF_LAST(hdr->b_l1hdr.b_buf));
6549                                 ASSERT(hdr->b_l1hdr.b_state == arc_anon);
6550                                 ASSERT(BP_GET_DEDUP(zio->io_bp));
6551                                 ASSERT(BP_GET_LEVEL(zio->io_bp) == 0);
6552                         }
6553                 }
6554                 arc_hdr_clear_flags(hdr, ARC_FLAG_IO_IN_PROGRESS);
6555                 VERIFY3S(remove_reference(hdr, hdr), >, 0);
6556                 /* if it's not anon, we are doing a scrub */
6557                 if (exists == NULL && hdr->b_l1hdr.b_state == arc_anon)
6558                         arc_access(hdr, 0, B_FALSE);
6559                 mutex_exit(hash_lock);
6560         } else {
6561                 arc_hdr_clear_flags(hdr, ARC_FLAG_IO_IN_PROGRESS);
6562                 VERIFY3S(remove_reference(hdr, hdr), >, 0);
6563         }
6564
6565         callback->awcb_done(zio, buf, callback->awcb_private);
6566
6567         abd_free(zio->io_abd);
6568         kmem_free(callback, sizeof (arc_write_callback_t));
6569 }
6570
6571 zio_t *
6572 arc_write(zio_t *pio, spa_t *spa, uint64_t txg,
6573     blkptr_t *bp, arc_buf_t *buf, boolean_t uncached, boolean_t l2arc,
6574     const zio_prop_t *zp, arc_write_done_func_t *ready,
6575     arc_write_done_func_t *children_ready, arc_write_done_func_t *done,
6576     void *private, zio_priority_t priority, int zio_flags,
6577     const zbookmark_phys_t *zb)
6578 {
6579         arc_buf_hdr_t *hdr = buf->b_hdr;
6580         arc_write_callback_t *callback;
6581         zio_t *zio;
6582         zio_prop_t localprop = *zp;
6583
6584         ASSERT3P(ready, !=, NULL);
6585         ASSERT3P(done, !=, NULL);
6586         ASSERT(!HDR_IO_ERROR(hdr));
6587         ASSERT(!HDR_IO_IN_PROGRESS(hdr));
6588         ASSERT3P(hdr->b_l1hdr.b_acb, ==, NULL);
6589         ASSERT3P(hdr->b_l1hdr.b_buf, !=, NULL);
6590         if (uncached)
6591                 arc_hdr_set_flags(hdr, ARC_FLAG_UNCACHED);
6592         else if (l2arc)
6593                 arc_hdr_set_flags(hdr, ARC_FLAG_L2CACHE);
6594
6595         if (ARC_BUF_ENCRYPTED(buf)) {
6596                 ASSERT(ARC_BUF_COMPRESSED(buf));
6597                 localprop.zp_encrypt = B_TRUE;
6598                 localprop.zp_compress = HDR_GET_COMPRESS(hdr);
6599                 localprop.zp_complevel = hdr->b_complevel;
6600                 localprop.zp_byteorder =
6601                     (hdr->b_l1hdr.b_byteswap == DMU_BSWAP_NUMFUNCS) ?
6602                     ZFS_HOST_BYTEORDER : !ZFS_HOST_BYTEORDER;
6603                 memcpy(localprop.zp_salt, hdr->b_crypt_hdr.b_salt,
6604                     ZIO_DATA_SALT_LEN);
6605                 memcpy(localprop.zp_iv, hdr->b_crypt_hdr.b_iv,
6606                     ZIO_DATA_IV_LEN);
6607                 memcpy(localprop.zp_mac, hdr->b_crypt_hdr.b_mac,
6608                     ZIO_DATA_MAC_LEN);
6609                 if (DMU_OT_IS_ENCRYPTED(localprop.zp_type)) {
6610                         localprop.zp_nopwrite = B_FALSE;
6611                         localprop.zp_copies =
6612                             MIN(localprop.zp_copies, SPA_DVAS_PER_BP - 1);
6613                 }
6614                 zio_flags |= ZIO_FLAG_RAW;
6615         } else if (ARC_BUF_COMPRESSED(buf)) {
6616                 ASSERT3U(HDR_GET_LSIZE(hdr), !=, arc_buf_size(buf));
6617                 localprop.zp_compress = HDR_GET_COMPRESS(hdr);
6618                 localprop.zp_complevel = hdr->b_complevel;
6619                 zio_flags |= ZIO_FLAG_RAW_COMPRESS;
6620         }
6621         callback = kmem_zalloc(sizeof (arc_write_callback_t), KM_SLEEP);
6622         callback->awcb_ready = ready;
6623         callback->awcb_children_ready = children_ready;
6624         callback->awcb_done = done;
6625         callback->awcb_private = private;
6626         callback->awcb_buf = buf;
6627
6628         /*
6629          * The hdr's b_pabd is now stale, free it now. A new data block
6630          * will be allocated when the zio pipeline calls arc_write_ready().
6631          */
6632         if (hdr->b_l1hdr.b_pabd != NULL) {
6633                 /*
6634                  * If the buf is currently sharing the data block with
6635                  * the hdr then we need to break that relationship here.
6636                  * The hdr will remain with a NULL data pointer and the
6637                  * buf will take sole ownership of the block.
6638                  */
6639                 if (arc_buf_is_shared(buf)) {
6640                         arc_unshare_buf(hdr, buf);
6641                 } else {
6642                         arc_hdr_free_abd(hdr, B_FALSE);
6643                 }
6644                 VERIFY3P(buf->b_data, !=, NULL);
6645         }
6646
6647         if (HDR_HAS_RABD(hdr))
6648                 arc_hdr_free_abd(hdr, B_TRUE);
6649
6650         if (!(zio_flags & ZIO_FLAG_RAW))
6651                 arc_hdr_set_compress(hdr, ZIO_COMPRESS_OFF);
6652
6653         ASSERT(!arc_buf_is_shared(buf));
6654         ASSERT3P(hdr->b_l1hdr.b_pabd, ==, NULL);
6655
6656         zio = zio_write(pio, spa, txg, bp,
6657             abd_get_from_buf(buf->b_data, HDR_GET_LSIZE(hdr)),
6658             HDR_GET_LSIZE(hdr), arc_buf_size(buf), &localprop, arc_write_ready,
6659             (children_ready != NULL) ? arc_write_children_ready : NULL,
6660             arc_write_done, callback, priority, zio_flags, zb);
6661
6662         return (zio);
6663 }
6664
6665 void
6666 arc_tempreserve_clear(uint64_t reserve)
6667 {
6668         atomic_add_64(&arc_tempreserve, -reserve);
6669         ASSERT((int64_t)arc_tempreserve >= 0);
6670 }
6671
6672 int
6673 arc_tempreserve_space(spa_t *spa, uint64_t reserve, uint64_t txg)
6674 {
6675         int error;
6676         uint64_t anon_size;
6677
6678         if (!arc_no_grow &&
6679             reserve > arc_c/4 &&
6680             reserve * 4 > (2ULL << SPA_MAXBLOCKSHIFT))
6681                 arc_c = MIN(arc_c_max, reserve * 4);
6682
6683         /*
6684          * Throttle when the calculated memory footprint for the TXG
6685          * exceeds the target ARC size.
6686          */
6687         if (reserve > arc_c) {
6688                 DMU_TX_STAT_BUMP(dmu_tx_memory_reserve);
6689                 return (SET_ERROR(ERESTART));
6690         }
6691
6692         /*
6693          * Don't count loaned bufs as in flight dirty data to prevent long
6694          * network delays from blocking transactions that are ready to be
6695          * assigned to a txg.
6696          */
6697
6698         /* assert that it has not wrapped around */
6699         ASSERT3S(atomic_add_64_nv(&arc_loaned_bytes, 0), >=, 0);
6700
6701         anon_size = MAX((int64_t)
6702             (zfs_refcount_count(&arc_anon->arcs_size[ARC_BUFC_DATA]) +
6703             zfs_refcount_count(&arc_anon->arcs_size[ARC_BUFC_METADATA]) -
6704             arc_loaned_bytes), 0);
6705
6706         /*
6707          * Writes will, almost always, require additional memory allocations
6708          * in order to compress/encrypt/etc the data.  We therefore need to
6709          * make sure that there is sufficient available memory for this.
6710          */
6711         error = arc_memory_throttle(spa, reserve, txg);
6712         if (error != 0)
6713                 return (error);
6714
6715         /*
6716          * Throttle writes when the amount of dirty data in the cache
6717          * gets too large.  We try to keep the cache less than half full
6718          * of dirty blocks so that our sync times don't grow too large.
6719          *
6720          * In the case of one pool being built on another pool, we want
6721          * to make sure we don't end up throttling the lower (backing)
6722          * pool when the upper pool is the majority contributor to dirty
6723          * data. To insure we make forward progress during throttling, we
6724          * also check the current pool's net dirty data and only throttle
6725          * if it exceeds zfs_arc_pool_dirty_percent of the anonymous dirty
6726          * data in the cache.
6727          *
6728          * Note: if two requests come in concurrently, we might let them
6729          * both succeed, when one of them should fail.  Not a huge deal.
6730          */
6731         uint64_t total_dirty = reserve + arc_tempreserve + anon_size;
6732         uint64_t spa_dirty_anon = spa_dirty_data(spa);
6733         uint64_t rarc_c = arc_warm ? arc_c : arc_c_max;
6734         if (total_dirty > rarc_c * zfs_arc_dirty_limit_percent / 100 &&
6735             anon_size > rarc_c * zfs_arc_anon_limit_percent / 100 &&
6736             spa_dirty_anon > anon_size * zfs_arc_pool_dirty_percent / 100) {
6737 #ifdef ZFS_DEBUG
6738                 uint64_t meta_esize = zfs_refcount_count(
6739                     &arc_anon->arcs_esize[ARC_BUFC_METADATA]);
6740                 uint64_t data_esize =
6741                     zfs_refcount_count(&arc_anon->arcs_esize[ARC_BUFC_DATA]);
6742                 dprintf("failing, arc_tempreserve=%lluK anon_meta=%lluK "
6743                     "anon_data=%lluK tempreserve=%lluK rarc_c=%lluK\n",
6744                     (u_longlong_t)arc_tempreserve >> 10,
6745                     (u_longlong_t)meta_esize >> 10,
6746                     (u_longlong_t)data_esize >> 10,
6747                     (u_longlong_t)reserve >> 10,
6748                     (u_longlong_t)rarc_c >> 10);
6749 #endif
6750                 DMU_TX_STAT_BUMP(dmu_tx_dirty_throttle);
6751                 return (SET_ERROR(ERESTART));
6752         }
6753         atomic_add_64(&arc_tempreserve, reserve);
6754         return (0);
6755 }
6756
6757 static void
6758 arc_kstat_update_state(arc_state_t *state, kstat_named_t *size,
6759     kstat_named_t *data, kstat_named_t *metadata,
6760     kstat_named_t *evict_data, kstat_named_t *evict_metadata)
6761 {
6762         data->value.ui64 =
6763             zfs_refcount_count(&state->arcs_size[ARC_BUFC_DATA]);
6764         metadata->value.ui64 =
6765             zfs_refcount_count(&state->arcs_size[ARC_BUFC_METADATA]);
6766         size->value.ui64 = data->value.ui64 + metadata->value.ui64;
6767         evict_data->value.ui64 =
6768             zfs_refcount_count(&state->arcs_esize[ARC_BUFC_DATA]);
6769         evict_metadata->value.ui64 =
6770             zfs_refcount_count(&state->arcs_esize[ARC_BUFC_METADATA]);
6771 }
6772
6773 static int
6774 arc_kstat_update(kstat_t *ksp, int rw)
6775 {
6776         arc_stats_t *as = ksp->ks_data;
6777
6778         if (rw == KSTAT_WRITE)
6779                 return (SET_ERROR(EACCES));
6780
6781         as->arcstat_hits.value.ui64 =
6782             wmsum_value(&arc_sums.arcstat_hits);
6783         as->arcstat_iohits.value.ui64 =
6784             wmsum_value(&arc_sums.arcstat_iohits);
6785         as->arcstat_misses.value.ui64 =
6786             wmsum_value(&arc_sums.arcstat_misses);
6787         as->arcstat_demand_data_hits.value.ui64 =
6788             wmsum_value(&arc_sums.arcstat_demand_data_hits);
6789         as->arcstat_demand_data_iohits.value.ui64 =
6790             wmsum_value(&arc_sums.arcstat_demand_data_iohits);
6791         as->arcstat_demand_data_misses.value.ui64 =
6792             wmsum_value(&arc_sums.arcstat_demand_data_misses);
6793         as->arcstat_demand_metadata_hits.value.ui64 =
6794             wmsum_value(&arc_sums.arcstat_demand_metadata_hits);
6795         as->arcstat_demand_metadata_iohits.value.ui64 =
6796             wmsum_value(&arc_sums.arcstat_demand_metadata_iohits);
6797         as->arcstat_demand_metadata_misses.value.ui64 =
6798             wmsum_value(&arc_sums.arcstat_demand_metadata_misses);
6799         as->arcstat_prefetch_data_hits.value.ui64 =
6800             wmsum_value(&arc_sums.arcstat_prefetch_data_hits);
6801         as->arcstat_prefetch_data_iohits.value.ui64 =
6802             wmsum_value(&arc_sums.arcstat_prefetch_data_iohits);
6803         as->arcstat_prefetch_data_misses.value.ui64 =
6804             wmsum_value(&arc_sums.arcstat_prefetch_data_misses);
6805         as->arcstat_prefetch_metadata_hits.value.ui64 =
6806             wmsum_value(&arc_sums.arcstat_prefetch_metadata_hits);
6807         as->arcstat_prefetch_metadata_iohits.value.ui64 =
6808             wmsum_value(&arc_sums.arcstat_prefetch_metadata_iohits);
6809         as->arcstat_prefetch_metadata_misses.value.ui64 =
6810             wmsum_value(&arc_sums.arcstat_prefetch_metadata_misses);
6811         as->arcstat_mru_hits.value.ui64 =
6812             wmsum_value(&arc_sums.arcstat_mru_hits);
6813         as->arcstat_mru_ghost_hits.value.ui64 =
6814             wmsum_value(&arc_sums.arcstat_mru_ghost_hits);
6815         as->arcstat_mfu_hits.value.ui64 =
6816             wmsum_value(&arc_sums.arcstat_mfu_hits);
6817         as->arcstat_mfu_ghost_hits.value.ui64 =
6818             wmsum_value(&arc_sums.arcstat_mfu_ghost_hits);
6819         as->arcstat_uncached_hits.value.ui64 =
6820             wmsum_value(&arc_sums.arcstat_uncached_hits);
6821         as->arcstat_deleted.value.ui64 =
6822             wmsum_value(&arc_sums.arcstat_deleted);
6823         as->arcstat_mutex_miss.value.ui64 =
6824             wmsum_value(&arc_sums.arcstat_mutex_miss);
6825         as->arcstat_access_skip.value.ui64 =
6826             wmsum_value(&arc_sums.arcstat_access_skip);
6827         as->arcstat_evict_skip.value.ui64 =
6828             wmsum_value(&arc_sums.arcstat_evict_skip);
6829         as->arcstat_evict_not_enough.value.ui64 =
6830             wmsum_value(&arc_sums.arcstat_evict_not_enough);
6831         as->arcstat_evict_l2_cached.value.ui64 =
6832             wmsum_value(&arc_sums.arcstat_evict_l2_cached);
6833         as->arcstat_evict_l2_eligible.value.ui64 =
6834             wmsum_value(&arc_sums.arcstat_evict_l2_eligible);
6835         as->arcstat_evict_l2_eligible_mfu.value.ui64 =
6836             wmsum_value(&arc_sums.arcstat_evict_l2_eligible_mfu);
6837         as->arcstat_evict_l2_eligible_mru.value.ui64 =
6838             wmsum_value(&arc_sums.arcstat_evict_l2_eligible_mru);
6839         as->arcstat_evict_l2_ineligible.value.ui64 =
6840             wmsum_value(&arc_sums.arcstat_evict_l2_ineligible);
6841         as->arcstat_evict_l2_skip.value.ui64 =
6842             wmsum_value(&arc_sums.arcstat_evict_l2_skip);
6843         as->arcstat_hash_collisions.value.ui64 =
6844             wmsum_value(&arc_sums.arcstat_hash_collisions);
6845         as->arcstat_hash_chains.value.ui64 =
6846             wmsum_value(&arc_sums.arcstat_hash_chains);
6847         as->arcstat_size.value.ui64 =
6848             aggsum_value(&arc_sums.arcstat_size);
6849         as->arcstat_compressed_size.value.ui64 =
6850             wmsum_value(&arc_sums.arcstat_compressed_size);
6851         as->arcstat_uncompressed_size.value.ui64 =
6852             wmsum_value(&arc_sums.arcstat_uncompressed_size);
6853         as->arcstat_overhead_size.value.ui64 =
6854             wmsum_value(&arc_sums.arcstat_overhead_size);
6855         as->arcstat_hdr_size.value.ui64 =
6856             wmsum_value(&arc_sums.arcstat_hdr_size);
6857         as->arcstat_data_size.value.ui64 =
6858             wmsum_value(&arc_sums.arcstat_data_size);
6859         as->arcstat_metadata_size.value.ui64 =
6860             wmsum_value(&arc_sums.arcstat_metadata_size);
6861         as->arcstat_dbuf_size.value.ui64 =
6862             wmsum_value(&arc_sums.arcstat_dbuf_size);
6863 #if defined(COMPAT_FREEBSD11)
6864         as->arcstat_other_size.value.ui64 =
6865             wmsum_value(&arc_sums.arcstat_bonus_size) +
6866             wmsum_value(&arc_sums.arcstat_dnode_size) +
6867             wmsum_value(&arc_sums.arcstat_dbuf_size);
6868 #endif
6869
6870         arc_kstat_update_state(arc_anon,
6871             &as->arcstat_anon_size,
6872             &as->arcstat_anon_data,
6873             &as->arcstat_anon_metadata,
6874             &as->arcstat_anon_evictable_data,
6875             &as->arcstat_anon_evictable_metadata);
6876         arc_kstat_update_state(arc_mru,
6877             &as->arcstat_mru_size,
6878             &as->arcstat_mru_data,
6879             &as->arcstat_mru_metadata,
6880             &as->arcstat_mru_evictable_data,
6881             &as->arcstat_mru_evictable_metadata);
6882         arc_kstat_update_state(arc_mru_ghost,
6883             &as->arcstat_mru_ghost_size,
6884             &as->arcstat_mru_ghost_data,
6885             &as->arcstat_mru_ghost_metadata,
6886             &as->arcstat_mru_ghost_evictable_data,
6887             &as->arcstat_mru_ghost_evictable_metadata);
6888         arc_kstat_update_state(arc_mfu,
6889             &as->arcstat_mfu_size,
6890             &as->arcstat_mfu_data,
6891             &as->arcstat_mfu_metadata,
6892             &as->arcstat_mfu_evictable_data,
6893             &as->arcstat_mfu_evictable_metadata);
6894         arc_kstat_update_state(arc_mfu_ghost,
6895             &as->arcstat_mfu_ghost_size,
6896             &as->arcstat_mfu_ghost_data,
6897             &as->arcstat_mfu_ghost_metadata,
6898             &as->arcstat_mfu_ghost_evictable_data,
6899             &as->arcstat_mfu_ghost_evictable_metadata);
6900         arc_kstat_update_state(arc_uncached,
6901             &as->arcstat_uncached_size,
6902             &as->arcstat_uncached_data,
6903             &as->arcstat_uncached_metadata,
6904             &as->arcstat_uncached_evictable_data,
6905             &as->arcstat_uncached_evictable_metadata);
6906
6907         as->arcstat_dnode_size.value.ui64 =
6908             wmsum_value(&arc_sums.arcstat_dnode_size);
6909         as->arcstat_bonus_size.value.ui64 =
6910             wmsum_value(&arc_sums.arcstat_bonus_size);
6911         as->arcstat_l2_hits.value.ui64 =
6912             wmsum_value(&arc_sums.arcstat_l2_hits);
6913         as->arcstat_l2_misses.value.ui64 =
6914             wmsum_value(&arc_sums.arcstat_l2_misses);
6915         as->arcstat_l2_prefetch_asize.value.ui64 =
6916             wmsum_value(&arc_sums.arcstat_l2_prefetch_asize);
6917         as->arcstat_l2_mru_asize.value.ui64 =
6918             wmsum_value(&arc_sums.arcstat_l2_mru_asize);
6919         as->arcstat_l2_mfu_asize.value.ui64 =
6920             wmsum_value(&arc_sums.arcstat_l2_mfu_asize);
6921         as->arcstat_l2_bufc_data_asize.value.ui64 =
6922             wmsum_value(&arc_sums.arcstat_l2_bufc_data_asize);
6923         as->arcstat_l2_bufc_metadata_asize.value.ui64 =
6924             wmsum_value(&arc_sums.arcstat_l2_bufc_metadata_asize);
6925         as->arcstat_l2_feeds.value.ui64 =
6926             wmsum_value(&arc_sums.arcstat_l2_feeds);
6927         as->arcstat_l2_rw_clash.value.ui64 =
6928             wmsum_value(&arc_sums.arcstat_l2_rw_clash);
6929         as->arcstat_l2_read_bytes.value.ui64 =
6930             wmsum_value(&arc_sums.arcstat_l2_read_bytes);
6931         as->arcstat_l2_write_bytes.value.ui64 =
6932             wmsum_value(&arc_sums.arcstat_l2_write_bytes);
6933         as->arcstat_l2_writes_sent.value.ui64 =
6934             wmsum_value(&arc_sums.arcstat_l2_writes_sent);
6935         as->arcstat_l2_writes_done.value.ui64 =
6936             wmsum_value(&arc_sums.arcstat_l2_writes_done);
6937         as->arcstat_l2_writes_error.value.ui64 =
6938             wmsum_value(&arc_sums.arcstat_l2_writes_error);
6939         as->arcstat_l2_writes_lock_retry.value.ui64 =
6940             wmsum_value(&arc_sums.arcstat_l2_writes_lock_retry);
6941         as->arcstat_l2_evict_lock_retry.value.ui64 =
6942             wmsum_value(&arc_sums.arcstat_l2_evict_lock_retry);
6943         as->arcstat_l2_evict_reading.value.ui64 =
6944             wmsum_value(&arc_sums.arcstat_l2_evict_reading);
6945         as->arcstat_l2_evict_l1cached.value.ui64 =
6946             wmsum_value(&arc_sums.arcstat_l2_evict_l1cached);
6947         as->arcstat_l2_free_on_write.value.ui64 =
6948             wmsum_value(&arc_sums.arcstat_l2_free_on_write);
6949         as->arcstat_l2_abort_lowmem.value.ui64 =
6950             wmsum_value(&arc_sums.arcstat_l2_abort_lowmem);
6951         as->arcstat_l2_cksum_bad.value.ui64 =
6952             wmsum_value(&arc_sums.arcstat_l2_cksum_bad);
6953         as->arcstat_l2_io_error.value.ui64 =
6954             wmsum_value(&arc_sums.arcstat_l2_io_error);
6955         as->arcstat_l2_lsize.value.ui64 =
6956             wmsum_value(&arc_sums.arcstat_l2_lsize);
6957         as->arcstat_l2_psize.value.ui64 =
6958             wmsum_value(&arc_sums.arcstat_l2_psize);
6959         as->arcstat_l2_hdr_size.value.ui64 =
6960             aggsum_value(&arc_sums.arcstat_l2_hdr_size);
6961         as->arcstat_l2_log_blk_writes.value.ui64 =
6962             wmsum_value(&arc_sums.arcstat_l2_log_blk_writes);
6963         as->arcstat_l2_log_blk_asize.value.ui64 =
6964             wmsum_value(&arc_sums.arcstat_l2_log_blk_asize);
6965         as->arcstat_l2_log_blk_count.value.ui64 =
6966             wmsum_value(&arc_sums.arcstat_l2_log_blk_count);
6967         as->arcstat_l2_rebuild_success.value.ui64 =
6968             wmsum_value(&arc_sums.arcstat_l2_rebuild_success);
6969         as->arcstat_l2_rebuild_abort_unsupported.value.ui64 =
6970             wmsum_value(&arc_sums.arcstat_l2_rebuild_abort_unsupported);
6971         as->arcstat_l2_rebuild_abort_io_errors.value.ui64 =
6972             wmsum_value(&arc_sums.arcstat_l2_rebuild_abort_io_errors);
6973         as->arcstat_l2_rebuild_abort_dh_errors.value.ui64 =
6974             wmsum_value(&arc_sums.arcstat_l2_rebuild_abort_dh_errors);
6975         as->arcstat_l2_rebuild_abort_cksum_lb_errors.value.ui64 =
6976             wmsum_value(&arc_sums.arcstat_l2_rebuild_abort_cksum_lb_errors);
6977         as->arcstat_l2_rebuild_abort_lowmem.value.ui64 =
6978             wmsum_value(&arc_sums.arcstat_l2_rebuild_abort_lowmem);
6979         as->arcstat_l2_rebuild_size.value.ui64 =
6980             wmsum_value(&arc_sums.arcstat_l2_rebuild_size);
6981         as->arcstat_l2_rebuild_asize.value.ui64 =
6982             wmsum_value(&arc_sums.arcstat_l2_rebuild_asize);
6983         as->arcstat_l2_rebuild_bufs.value.ui64 =
6984             wmsum_value(&arc_sums.arcstat_l2_rebuild_bufs);
6985         as->arcstat_l2_rebuild_bufs_precached.value.ui64 =
6986             wmsum_value(&arc_sums.arcstat_l2_rebuild_bufs_precached);
6987         as->arcstat_l2_rebuild_log_blks.value.ui64 =
6988             wmsum_value(&arc_sums.arcstat_l2_rebuild_log_blks);
6989         as->arcstat_memory_throttle_count.value.ui64 =
6990             wmsum_value(&arc_sums.arcstat_memory_throttle_count);
6991         as->arcstat_memory_direct_count.value.ui64 =
6992             wmsum_value(&arc_sums.arcstat_memory_direct_count);
6993         as->arcstat_memory_indirect_count.value.ui64 =
6994             wmsum_value(&arc_sums.arcstat_memory_indirect_count);
6995
6996         as->arcstat_memory_all_bytes.value.ui64 =
6997             arc_all_memory();
6998         as->arcstat_memory_free_bytes.value.ui64 =
6999             arc_free_memory();
7000         as->arcstat_memory_available_bytes.value.i64 =
7001             arc_available_memory();
7002
7003         as->arcstat_prune.value.ui64 =
7004             wmsum_value(&arc_sums.arcstat_prune);
7005         as->arcstat_meta_used.value.ui64 =
7006             wmsum_value(&arc_sums.arcstat_meta_used);
7007         as->arcstat_async_upgrade_sync.value.ui64 =
7008             wmsum_value(&arc_sums.arcstat_async_upgrade_sync);
7009         as->arcstat_predictive_prefetch.value.ui64 =
7010             wmsum_value(&arc_sums.arcstat_predictive_prefetch);
7011         as->arcstat_demand_hit_predictive_prefetch.value.ui64 =
7012             wmsum_value(&arc_sums.arcstat_demand_hit_predictive_prefetch);
7013         as->arcstat_demand_iohit_predictive_prefetch.value.ui64 =
7014             wmsum_value(&arc_sums.arcstat_demand_iohit_predictive_prefetch);
7015         as->arcstat_prescient_prefetch.value.ui64 =
7016             wmsum_value(&arc_sums.arcstat_prescient_prefetch);
7017         as->arcstat_demand_hit_prescient_prefetch.value.ui64 =
7018             wmsum_value(&arc_sums.arcstat_demand_hit_prescient_prefetch);
7019         as->arcstat_demand_iohit_prescient_prefetch.value.ui64 =
7020             wmsum_value(&arc_sums.arcstat_demand_iohit_prescient_prefetch);
7021         as->arcstat_raw_size.value.ui64 =
7022             wmsum_value(&arc_sums.arcstat_raw_size);
7023         as->arcstat_cached_only_in_progress.value.ui64 =
7024             wmsum_value(&arc_sums.arcstat_cached_only_in_progress);
7025         as->arcstat_abd_chunk_waste_size.value.ui64 =
7026             wmsum_value(&arc_sums.arcstat_abd_chunk_waste_size);
7027
7028         return (0);
7029 }
7030
7031 /*
7032  * This function *must* return indices evenly distributed between all
7033  * sublists of the multilist. This is needed due to how the ARC eviction
7034  * code is laid out; arc_evict_state() assumes ARC buffers are evenly
7035  * distributed between all sublists and uses this assumption when
7036  * deciding which sublist to evict from and how much to evict from it.
7037  */
7038 static unsigned int
7039 arc_state_multilist_index_func(multilist_t *ml, void *obj)
7040 {
7041         arc_buf_hdr_t *hdr = obj;
7042
7043         /*
7044          * We rely on b_dva to generate evenly distributed index
7045          * numbers using buf_hash below. So, as an added precaution,
7046          * let's make sure we never add empty buffers to the arc lists.
7047          */
7048         ASSERT(!HDR_EMPTY(hdr));
7049
7050         /*
7051          * The assumption here, is the hash value for a given
7052          * arc_buf_hdr_t will remain constant throughout its lifetime
7053          * (i.e. its b_spa, b_dva, and b_birth fields don't change).
7054          * Thus, we don't need to store the header's sublist index
7055          * on insertion, as this index can be recalculated on removal.
7056          *
7057          * Also, the low order bits of the hash value are thought to be
7058          * distributed evenly. Otherwise, in the case that the multilist
7059          * has a power of two number of sublists, each sublists' usage
7060          * would not be evenly distributed. In this context full 64bit
7061          * division would be a waste of time, so limit it to 32 bits.
7062          */
7063         return ((unsigned int)buf_hash(hdr->b_spa, &hdr->b_dva, hdr->b_birth) %
7064             multilist_get_num_sublists(ml));
7065 }
7066
7067 static unsigned int
7068 arc_state_l2c_multilist_index_func(multilist_t *ml, void *obj)
7069 {
7070         panic("Header %p insert into arc_l2c_only %p", obj, ml);
7071 }
7072
7073 #define WARN_IF_TUNING_IGNORED(tuning, value, do_warn) do {     \
7074         if ((do_warn) && (tuning) && ((tuning) != (value))) {   \
7075                 cmn_err(CE_WARN,                                \
7076                     "ignoring tunable %s (using %llu instead)", \
7077                     (#tuning), (u_longlong_t)(value));  \
7078         }                                                       \
7079 } while (0)
7080
7081 /*
7082  * Called during module initialization and periodically thereafter to
7083  * apply reasonable changes to the exposed performance tunings.  Can also be
7084  * called explicitly by param_set_arc_*() functions when ARC tunables are
7085  * updated manually.  Non-zero zfs_* values which differ from the currently set
7086  * values will be applied.
7087  */
7088 void
7089 arc_tuning_update(boolean_t verbose)
7090 {
7091         uint64_t allmem = arc_all_memory();
7092
7093         /* Valid range: 32M - <arc_c_max> */
7094         if ((zfs_arc_min) && (zfs_arc_min != arc_c_min) &&
7095             (zfs_arc_min >= 2ULL << SPA_MAXBLOCKSHIFT) &&
7096             (zfs_arc_min <= arc_c_max)) {
7097                 arc_c_min = zfs_arc_min;
7098                 arc_c = MAX(arc_c, arc_c_min);
7099         }
7100         WARN_IF_TUNING_IGNORED(zfs_arc_min, arc_c_min, verbose);
7101
7102         /* Valid range: 64M - <all physical memory> */
7103         if ((zfs_arc_max) && (zfs_arc_max != arc_c_max) &&
7104             (zfs_arc_max >= MIN_ARC_MAX) && (zfs_arc_max < allmem) &&
7105             (zfs_arc_max > arc_c_min)) {
7106                 arc_c_max = zfs_arc_max;
7107                 arc_c = MIN(arc_c, arc_c_max);
7108                 if (arc_dnode_limit > arc_c_max)
7109                         arc_dnode_limit = arc_c_max;
7110         }
7111         WARN_IF_TUNING_IGNORED(zfs_arc_max, arc_c_max, verbose);
7112
7113         /* Valid range: 0 - <all physical memory> */
7114         arc_dnode_limit = zfs_arc_dnode_limit ? zfs_arc_dnode_limit :
7115             MIN(zfs_arc_dnode_limit_percent, 100) * arc_c_max / 100;
7116         WARN_IF_TUNING_IGNORED(zfs_arc_dnode_limit, arc_dnode_limit, verbose);
7117
7118         /* Valid range: 1 - N */
7119         if (zfs_arc_grow_retry)
7120                 arc_grow_retry = zfs_arc_grow_retry;
7121
7122         /* Valid range: 1 - N */
7123         if (zfs_arc_shrink_shift) {
7124                 arc_shrink_shift = zfs_arc_shrink_shift;
7125                 arc_no_grow_shift = MIN(arc_no_grow_shift, arc_shrink_shift -1);
7126         }
7127
7128         /* Valid range: 1 - N ms */
7129         if (zfs_arc_min_prefetch_ms)
7130                 arc_min_prefetch_ms = zfs_arc_min_prefetch_ms;
7131
7132         /* Valid range: 1 - N ms */
7133         if (zfs_arc_min_prescient_prefetch_ms) {
7134                 arc_min_prescient_prefetch_ms =
7135                     zfs_arc_min_prescient_prefetch_ms;
7136         }
7137
7138         /* Valid range: 0 - 100 */
7139         if (zfs_arc_lotsfree_percent <= 100)
7140                 arc_lotsfree_percent = zfs_arc_lotsfree_percent;
7141         WARN_IF_TUNING_IGNORED(zfs_arc_lotsfree_percent, arc_lotsfree_percent,
7142             verbose);
7143
7144         /* Valid range: 0 - <all physical memory> */
7145         if ((zfs_arc_sys_free) && (zfs_arc_sys_free != arc_sys_free))
7146                 arc_sys_free = MIN(zfs_arc_sys_free, allmem);
7147         WARN_IF_TUNING_IGNORED(zfs_arc_sys_free, arc_sys_free, verbose);
7148 }
7149
7150 static void
7151 arc_state_multilist_init(multilist_t *ml,
7152     multilist_sublist_index_func_t *index_func, int *maxcountp)
7153 {
7154         multilist_create(ml, sizeof (arc_buf_hdr_t),
7155             offsetof(arc_buf_hdr_t, b_l1hdr.b_arc_node), index_func);
7156         *maxcountp = MAX(*maxcountp, multilist_get_num_sublists(ml));
7157 }
7158
7159 static void
7160 arc_state_init(void)
7161 {
7162         int num_sublists = 0;
7163
7164         arc_state_multilist_init(&arc_mru->arcs_list[ARC_BUFC_METADATA],
7165             arc_state_multilist_index_func, &num_sublists);
7166         arc_state_multilist_init(&arc_mru->arcs_list[ARC_BUFC_DATA],
7167             arc_state_multilist_index_func, &num_sublists);
7168         arc_state_multilist_init(&arc_mru_ghost->arcs_list[ARC_BUFC_METADATA],
7169             arc_state_multilist_index_func, &num_sublists);
7170         arc_state_multilist_init(&arc_mru_ghost->arcs_list[ARC_BUFC_DATA],
7171             arc_state_multilist_index_func, &num_sublists);
7172         arc_state_multilist_init(&arc_mfu->arcs_list[ARC_BUFC_METADATA],
7173             arc_state_multilist_index_func, &num_sublists);
7174         arc_state_multilist_init(&arc_mfu->arcs_list[ARC_BUFC_DATA],
7175             arc_state_multilist_index_func, &num_sublists);
7176         arc_state_multilist_init(&arc_mfu_ghost->arcs_list[ARC_BUFC_METADATA],
7177             arc_state_multilist_index_func, &num_sublists);
7178         arc_state_multilist_init(&arc_mfu_ghost->arcs_list[ARC_BUFC_DATA],
7179             arc_state_multilist_index_func, &num_sublists);
7180         arc_state_multilist_init(&arc_uncached->arcs_list[ARC_BUFC_METADATA],
7181             arc_state_multilist_index_func, &num_sublists);
7182         arc_state_multilist_init(&arc_uncached->arcs_list[ARC_BUFC_DATA],
7183             arc_state_multilist_index_func, &num_sublists);
7184
7185         /*
7186          * L2 headers should never be on the L2 state list since they don't
7187          * have L1 headers allocated.  Special index function asserts that.
7188          */
7189         arc_state_multilist_init(&arc_l2c_only->arcs_list[ARC_BUFC_METADATA],
7190             arc_state_l2c_multilist_index_func, &num_sublists);
7191         arc_state_multilist_init(&arc_l2c_only->arcs_list[ARC_BUFC_DATA],
7192             arc_state_l2c_multilist_index_func, &num_sublists);
7193
7194         /*
7195          * Keep track of the number of markers needed to reclaim buffers from
7196          * any ARC state.  The markers will be pre-allocated so as to minimize
7197          * the number of memory allocations performed by the eviction thread.
7198          */
7199         arc_state_evict_marker_count = num_sublists;
7200
7201         zfs_refcount_create(&arc_anon->arcs_esize[ARC_BUFC_METADATA]);
7202         zfs_refcount_create(&arc_anon->arcs_esize[ARC_BUFC_DATA]);
7203         zfs_refcount_create(&arc_mru->arcs_esize[ARC_BUFC_METADATA]);
7204         zfs_refcount_create(&arc_mru->arcs_esize[ARC_BUFC_DATA]);
7205         zfs_refcount_create(&arc_mru_ghost->arcs_esize[ARC_BUFC_METADATA]);
7206         zfs_refcount_create(&arc_mru_ghost->arcs_esize[ARC_BUFC_DATA]);
7207         zfs_refcount_create(&arc_mfu->arcs_esize[ARC_BUFC_METADATA]);
7208         zfs_refcount_create(&arc_mfu->arcs_esize[ARC_BUFC_DATA]);
7209         zfs_refcount_create(&arc_mfu_ghost->arcs_esize[ARC_BUFC_METADATA]);
7210         zfs_refcount_create(&arc_mfu_ghost->arcs_esize[ARC_BUFC_DATA]);
7211         zfs_refcount_create(&arc_l2c_only->arcs_esize[ARC_BUFC_METADATA]);
7212         zfs_refcount_create(&arc_l2c_only->arcs_esize[ARC_BUFC_DATA]);
7213         zfs_refcount_create(&arc_uncached->arcs_esize[ARC_BUFC_METADATA]);
7214         zfs_refcount_create(&arc_uncached->arcs_esize[ARC_BUFC_DATA]);
7215
7216         zfs_refcount_create(&arc_anon->arcs_size[ARC_BUFC_DATA]);
7217         zfs_refcount_create(&arc_anon->arcs_size[ARC_BUFC_METADATA]);
7218         zfs_refcount_create(&arc_mru->arcs_size[ARC_BUFC_DATA]);
7219         zfs_refcount_create(&arc_mru->arcs_size[ARC_BUFC_METADATA]);
7220         zfs_refcount_create(&arc_mru_ghost->arcs_size[ARC_BUFC_DATA]);
7221         zfs_refcount_create(&arc_mru_ghost->arcs_size[ARC_BUFC_METADATA]);
7222         zfs_refcount_create(&arc_mfu->arcs_size[ARC_BUFC_DATA]);
7223         zfs_refcount_create(&arc_mfu->arcs_size[ARC_BUFC_METADATA]);
7224         zfs_refcount_create(&arc_mfu_ghost->arcs_size[ARC_BUFC_DATA]);
7225         zfs_refcount_create(&arc_mfu_ghost->arcs_size[ARC_BUFC_METADATA]);
7226         zfs_refcount_create(&arc_l2c_only->arcs_size[ARC_BUFC_DATA]);
7227         zfs_refcount_create(&arc_l2c_only->arcs_size[ARC_BUFC_METADATA]);
7228         zfs_refcount_create(&arc_uncached->arcs_size[ARC_BUFC_DATA]);
7229         zfs_refcount_create(&arc_uncached->arcs_size[ARC_BUFC_METADATA]);
7230
7231         wmsum_init(&arc_mru_ghost->arcs_hits[ARC_BUFC_DATA], 0);
7232         wmsum_init(&arc_mru_ghost->arcs_hits[ARC_BUFC_METADATA], 0);
7233         wmsum_init(&arc_mfu_ghost->arcs_hits[ARC_BUFC_DATA], 0);
7234         wmsum_init(&arc_mfu_ghost->arcs_hits[ARC_BUFC_METADATA], 0);
7235
7236         wmsum_init(&arc_sums.arcstat_hits, 0);
7237         wmsum_init(&arc_sums.arcstat_iohits, 0);
7238         wmsum_init(&arc_sums.arcstat_misses, 0);
7239         wmsum_init(&arc_sums.arcstat_demand_data_hits, 0);
7240         wmsum_init(&arc_sums.arcstat_demand_data_iohits, 0);
7241         wmsum_init(&arc_sums.arcstat_demand_data_misses, 0);
7242         wmsum_init(&arc_sums.arcstat_demand_metadata_hits, 0);
7243         wmsum_init(&arc_sums.arcstat_demand_metadata_iohits, 0);
7244         wmsum_init(&arc_sums.arcstat_demand_metadata_misses, 0);
7245         wmsum_init(&arc_sums.arcstat_prefetch_data_hits, 0);
7246         wmsum_init(&arc_sums.arcstat_prefetch_data_iohits, 0);
7247         wmsum_init(&arc_sums.arcstat_prefetch_data_misses, 0);
7248         wmsum_init(&arc_sums.arcstat_prefetch_metadata_hits, 0);
7249         wmsum_init(&arc_sums.arcstat_prefetch_metadata_iohits, 0);
7250         wmsum_init(&arc_sums.arcstat_prefetch_metadata_misses, 0);
7251         wmsum_init(&arc_sums.arcstat_mru_hits, 0);
7252         wmsum_init(&arc_sums.arcstat_mru_ghost_hits, 0);
7253         wmsum_init(&arc_sums.arcstat_mfu_hits, 0);
7254         wmsum_init(&arc_sums.arcstat_mfu_ghost_hits, 0);
7255         wmsum_init(&arc_sums.arcstat_uncached_hits, 0);
7256         wmsum_init(&arc_sums.arcstat_deleted, 0);
7257         wmsum_init(&arc_sums.arcstat_mutex_miss, 0);
7258         wmsum_init(&arc_sums.arcstat_access_skip, 0);
7259         wmsum_init(&arc_sums.arcstat_evict_skip, 0);
7260         wmsum_init(&arc_sums.arcstat_evict_not_enough, 0);
7261         wmsum_init(&arc_sums.arcstat_evict_l2_cached, 0);
7262         wmsum_init(&arc_sums.arcstat_evict_l2_eligible, 0);
7263         wmsum_init(&arc_sums.arcstat_evict_l2_eligible_mfu, 0);
7264         wmsum_init(&arc_sums.arcstat_evict_l2_eligible_mru, 0);
7265         wmsum_init(&arc_sums.arcstat_evict_l2_ineligible, 0);
7266         wmsum_init(&arc_sums.arcstat_evict_l2_skip, 0);
7267         wmsum_init(&arc_sums.arcstat_hash_collisions, 0);
7268         wmsum_init(&arc_sums.arcstat_hash_chains, 0);
7269         aggsum_init(&arc_sums.arcstat_size, 0);
7270         wmsum_init(&arc_sums.arcstat_compressed_size, 0);
7271         wmsum_init(&arc_sums.arcstat_uncompressed_size, 0);
7272         wmsum_init(&arc_sums.arcstat_overhead_size, 0);
7273         wmsum_init(&arc_sums.arcstat_hdr_size, 0);
7274         wmsum_init(&arc_sums.arcstat_data_size, 0);
7275         wmsum_init(&arc_sums.arcstat_metadata_size, 0);
7276         wmsum_init(&arc_sums.arcstat_dbuf_size, 0);
7277         wmsum_init(&arc_sums.arcstat_dnode_size, 0);
7278         wmsum_init(&arc_sums.arcstat_bonus_size, 0);
7279         wmsum_init(&arc_sums.arcstat_l2_hits, 0);
7280         wmsum_init(&arc_sums.arcstat_l2_misses, 0);
7281         wmsum_init(&arc_sums.arcstat_l2_prefetch_asize, 0);
7282         wmsum_init(&arc_sums.arcstat_l2_mru_asize, 0);
7283         wmsum_init(&arc_sums.arcstat_l2_mfu_asize, 0);
7284         wmsum_init(&arc_sums.arcstat_l2_bufc_data_asize, 0);
7285         wmsum_init(&arc_sums.arcstat_l2_bufc_metadata_asize, 0);
7286         wmsum_init(&arc_sums.arcstat_l2_feeds, 0);
7287         wmsum_init(&arc_sums.arcstat_l2_rw_clash, 0);
7288         wmsum_init(&arc_sums.arcstat_l2_read_bytes, 0);
7289         wmsum_init(&arc_sums.arcstat_l2_write_bytes, 0);
7290         wmsum_init(&arc_sums.arcstat_l2_writes_sent, 0);
7291         wmsum_init(&arc_sums.arcstat_l2_writes_done, 0);
7292         wmsum_init(&arc_sums.arcstat_l2_writes_error, 0);
7293         wmsum_init(&arc_sums.arcstat_l2_writes_lock_retry, 0);
7294         wmsum_init(&arc_sums.arcstat_l2_evict_lock_retry, 0);
7295         wmsum_init(&arc_sums.arcstat_l2_evict_reading, 0);
7296         wmsum_init(&arc_sums.arcstat_l2_evict_l1cached, 0);
7297         wmsum_init(&arc_sums.arcstat_l2_free_on_write, 0);
7298         wmsum_init(&arc_sums.arcstat_l2_abort_lowmem, 0);
7299         wmsum_init(&arc_sums.arcstat_l2_cksum_bad, 0);
7300         wmsum_init(&arc_sums.arcstat_l2_io_error, 0);
7301         wmsum_init(&arc_sums.arcstat_l2_lsize, 0);
7302         wmsum_init(&arc_sums.arcstat_l2_psize, 0);
7303         aggsum_init(&arc_sums.arcstat_l2_hdr_size, 0);
7304         wmsum_init(&arc_sums.arcstat_l2_log_blk_writes, 0);
7305         wmsum_init(&arc_sums.arcstat_l2_log_blk_asize, 0);
7306         wmsum_init(&arc_sums.arcstat_l2_log_blk_count, 0);
7307         wmsum_init(&arc_sums.arcstat_l2_rebuild_success, 0);
7308         wmsum_init(&arc_sums.arcstat_l2_rebuild_abort_unsupported, 0);
7309         wmsum_init(&arc_sums.arcstat_l2_rebuild_abort_io_errors, 0);
7310         wmsum_init(&arc_sums.arcstat_l2_rebuild_abort_dh_errors, 0);
7311         wmsum_init(&arc_sums.arcstat_l2_rebuild_abort_cksum_lb_errors, 0);
7312         wmsum_init(&arc_sums.arcstat_l2_rebuild_abort_lowmem, 0);
7313         wmsum_init(&arc_sums.arcstat_l2_rebuild_size, 0);
7314         wmsum_init(&arc_sums.arcstat_l2_rebuild_asize, 0);
7315         wmsum_init(&arc_sums.arcstat_l2_rebuild_bufs, 0);
7316         wmsum_init(&arc_sums.arcstat_l2_rebuild_bufs_precached, 0);
7317         wmsum_init(&arc_sums.arcstat_l2_rebuild_log_blks, 0);
7318         wmsum_init(&arc_sums.arcstat_memory_throttle_count, 0);
7319         wmsum_init(&arc_sums.arcstat_memory_direct_count, 0);
7320         wmsum_init(&arc_sums.arcstat_memory_indirect_count, 0);
7321         wmsum_init(&arc_sums.arcstat_prune, 0);
7322         wmsum_init(&arc_sums.arcstat_meta_used, 0);
7323         wmsum_init(&arc_sums.arcstat_async_upgrade_sync, 0);
7324         wmsum_init(&arc_sums.arcstat_predictive_prefetch, 0);
7325         wmsum_init(&arc_sums.arcstat_demand_hit_predictive_prefetch, 0);
7326         wmsum_init(&arc_sums.arcstat_demand_iohit_predictive_prefetch, 0);
7327         wmsum_init(&arc_sums.arcstat_prescient_prefetch, 0);
7328         wmsum_init(&arc_sums.arcstat_demand_hit_prescient_prefetch, 0);
7329         wmsum_init(&arc_sums.arcstat_demand_iohit_prescient_prefetch, 0);
7330         wmsum_init(&arc_sums.arcstat_raw_size, 0);
7331         wmsum_init(&arc_sums.arcstat_cached_only_in_progress, 0);
7332         wmsum_init(&arc_sums.arcstat_abd_chunk_waste_size, 0);
7333
7334         arc_anon->arcs_state = ARC_STATE_ANON;
7335         arc_mru->arcs_state = ARC_STATE_MRU;
7336         arc_mru_ghost->arcs_state = ARC_STATE_MRU_GHOST;
7337         arc_mfu->arcs_state = ARC_STATE_MFU;
7338         arc_mfu_ghost->arcs_state = ARC_STATE_MFU_GHOST;
7339         arc_l2c_only->arcs_state = ARC_STATE_L2C_ONLY;
7340         arc_uncached->arcs_state = ARC_STATE_UNCACHED;
7341 }
7342
7343 static void
7344 arc_state_fini(void)
7345 {
7346         zfs_refcount_destroy(&arc_anon->arcs_esize[ARC_BUFC_METADATA]);
7347         zfs_refcount_destroy(&arc_anon->arcs_esize[ARC_BUFC_DATA]);
7348         zfs_refcount_destroy(&arc_mru->arcs_esize[ARC_BUFC_METADATA]);
7349         zfs_refcount_destroy(&arc_mru->arcs_esize[ARC_BUFC_DATA]);
7350         zfs_refcount_destroy(&arc_mru_ghost->arcs_esize[ARC_BUFC_METADATA]);
7351         zfs_refcount_destroy(&arc_mru_ghost->arcs_esize[ARC_BUFC_DATA]);
7352         zfs_refcount_destroy(&arc_mfu->arcs_esize[ARC_BUFC_METADATA]);
7353         zfs_refcount_destroy(&arc_mfu->arcs_esize[ARC_BUFC_DATA]);
7354         zfs_refcount_destroy(&arc_mfu_ghost->arcs_esize[ARC_BUFC_METADATA]);
7355         zfs_refcount_destroy(&arc_mfu_ghost->arcs_esize[ARC_BUFC_DATA]);
7356         zfs_refcount_destroy(&arc_l2c_only->arcs_esize[ARC_BUFC_METADATA]);
7357         zfs_refcount_destroy(&arc_l2c_only->arcs_esize[ARC_BUFC_DATA]);
7358         zfs_refcount_destroy(&arc_uncached->arcs_esize[ARC_BUFC_METADATA]);
7359         zfs_refcount_destroy(&arc_uncached->arcs_esize[ARC_BUFC_DATA]);
7360
7361         zfs_refcount_destroy(&arc_anon->arcs_size[ARC_BUFC_DATA]);
7362         zfs_refcount_destroy(&arc_anon->arcs_size[ARC_BUFC_METADATA]);
7363         zfs_refcount_destroy(&arc_mru->arcs_size[ARC_BUFC_DATA]);
7364         zfs_refcount_destroy(&arc_mru->arcs_size[ARC_BUFC_METADATA]);
7365         zfs_refcount_destroy(&arc_mru_ghost->arcs_size[ARC_BUFC_DATA]);
7366         zfs_refcount_destroy(&arc_mru_ghost->arcs_size[ARC_BUFC_METADATA]);
7367         zfs_refcount_destroy(&arc_mfu->arcs_size[ARC_BUFC_DATA]);
7368         zfs_refcount_destroy(&arc_mfu->arcs_size[ARC_BUFC_METADATA]);
7369         zfs_refcount_destroy(&arc_mfu_ghost->arcs_size[ARC_BUFC_DATA]);
7370         zfs_refcount_destroy(&arc_mfu_ghost->arcs_size[ARC_BUFC_METADATA]);
7371         zfs_refcount_destroy(&arc_l2c_only->arcs_size[ARC_BUFC_DATA]);
7372         zfs_refcount_destroy(&arc_l2c_only->arcs_size[ARC_BUFC_METADATA]);
7373         zfs_refcount_destroy(&arc_uncached->arcs_size[ARC_BUFC_DATA]);
7374         zfs_refcount_destroy(&arc_uncached->arcs_size[ARC_BUFC_METADATA]);
7375
7376         multilist_destroy(&arc_mru->arcs_list[ARC_BUFC_METADATA]);
7377         multilist_destroy(&arc_mru_ghost->arcs_list[ARC_BUFC_METADATA]);
7378         multilist_destroy(&arc_mfu->arcs_list[ARC_BUFC_METADATA]);
7379         multilist_destroy(&arc_mfu_ghost->arcs_list[ARC_BUFC_METADATA]);
7380         multilist_destroy(&arc_mru->arcs_list[ARC_BUFC_DATA]);
7381         multilist_destroy(&arc_mru_ghost->arcs_list[ARC_BUFC_DATA]);
7382         multilist_destroy(&arc_mfu->arcs_list[ARC_BUFC_DATA]);
7383         multilist_destroy(&arc_mfu_ghost->arcs_list[ARC_BUFC_DATA]);
7384         multilist_destroy(&arc_l2c_only->arcs_list[ARC_BUFC_METADATA]);
7385         multilist_destroy(&arc_l2c_only->arcs_list[ARC_BUFC_DATA]);
7386         multilist_destroy(&arc_uncached->arcs_list[ARC_BUFC_METADATA]);
7387         multilist_destroy(&arc_uncached->arcs_list[ARC_BUFC_DATA]);
7388
7389         wmsum_fini(&arc_mru_ghost->arcs_hits[ARC_BUFC_DATA]);
7390         wmsum_fini(&arc_mru_ghost->arcs_hits[ARC_BUFC_METADATA]);
7391         wmsum_fini(&arc_mfu_ghost->arcs_hits[ARC_BUFC_DATA]);
7392         wmsum_fini(&arc_mfu_ghost->arcs_hits[ARC_BUFC_METADATA]);
7393
7394         wmsum_fini(&arc_sums.arcstat_hits);
7395         wmsum_fini(&arc_sums.arcstat_iohits);
7396         wmsum_fini(&arc_sums.arcstat_misses);
7397         wmsum_fini(&arc_sums.arcstat_demand_data_hits);
7398         wmsum_fini(&arc_sums.arcstat_demand_data_iohits);
7399         wmsum_fini(&arc_sums.arcstat_demand_data_misses);
7400         wmsum_fini(&arc_sums.arcstat_demand_metadata_hits);
7401         wmsum_fini(&arc_sums.arcstat_demand_metadata_iohits);
7402         wmsum_fini(&arc_sums.arcstat_demand_metadata_misses);
7403         wmsum_fini(&arc_sums.arcstat_prefetch_data_hits);
7404         wmsum_fini(&arc_sums.arcstat_prefetch_data_iohits);
7405         wmsum_fini(&arc_sums.arcstat_prefetch_data_misses);
7406         wmsum_fini(&arc_sums.arcstat_prefetch_metadata_hits);
7407         wmsum_fini(&arc_sums.arcstat_prefetch_metadata_iohits);
7408         wmsum_fini(&arc_sums.arcstat_prefetch_metadata_misses);
7409         wmsum_fini(&arc_sums.arcstat_mru_hits);
7410         wmsum_fini(&arc_sums.arcstat_mru_ghost_hits);
7411         wmsum_fini(&arc_sums.arcstat_mfu_hits);
7412         wmsum_fini(&arc_sums.arcstat_mfu_ghost_hits);
7413         wmsum_fini(&arc_sums.arcstat_uncached_hits);
7414         wmsum_fini(&arc_sums.arcstat_deleted);
7415         wmsum_fini(&arc_sums.arcstat_mutex_miss);
7416         wmsum_fini(&arc_sums.arcstat_access_skip);
7417         wmsum_fini(&arc_sums.arcstat_evict_skip);
7418         wmsum_fini(&arc_sums.arcstat_evict_not_enough);
7419         wmsum_fini(&arc_sums.arcstat_evict_l2_cached);
7420         wmsum_fini(&arc_sums.arcstat_evict_l2_eligible);
7421         wmsum_fini(&arc_sums.arcstat_evict_l2_eligible_mfu);
7422         wmsum_fini(&arc_sums.arcstat_evict_l2_eligible_mru);
7423         wmsum_fini(&arc_sums.arcstat_evict_l2_ineligible);
7424         wmsum_fini(&arc_sums.arcstat_evict_l2_skip);
7425         wmsum_fini(&arc_sums.arcstat_hash_collisions);
7426         wmsum_fini(&arc_sums.arcstat_hash_chains);
7427         aggsum_fini(&arc_sums.arcstat_size);
7428         wmsum_fini(&arc_sums.arcstat_compressed_size);
7429         wmsum_fini(&arc_sums.arcstat_uncompressed_size);
7430         wmsum_fini(&arc_sums.arcstat_overhead_size);
7431         wmsum_fini(&arc_sums.arcstat_hdr_size);
7432         wmsum_fini(&arc_sums.arcstat_data_size);
7433         wmsum_fini(&arc_sums.arcstat_metadata_size);
7434         wmsum_fini(&arc_sums.arcstat_dbuf_size);
7435         wmsum_fini(&arc_sums.arcstat_dnode_size);
7436         wmsum_fini(&arc_sums.arcstat_bonus_size);
7437         wmsum_fini(&arc_sums.arcstat_l2_hits);
7438         wmsum_fini(&arc_sums.arcstat_l2_misses);
7439         wmsum_fini(&arc_sums.arcstat_l2_prefetch_asize);
7440         wmsum_fini(&arc_sums.arcstat_l2_mru_asize);
7441         wmsum_fini(&arc_sums.arcstat_l2_mfu_asize);
7442         wmsum_fini(&arc_sums.arcstat_l2_bufc_data_asize);
7443         wmsum_fini(&arc_sums.arcstat_l2_bufc_metadata_asize);
7444         wmsum_fini(&arc_sums.arcstat_l2_feeds);
7445         wmsum_fini(&arc_sums.arcstat_l2_rw_clash);
7446         wmsum_fini(&arc_sums.arcstat_l2_read_bytes);
7447         wmsum_fini(&arc_sums.arcstat_l2_write_bytes);
7448         wmsum_fini(&arc_sums.arcstat_l2_writes_sent);
7449         wmsum_fini(&arc_sums.arcstat_l2_writes_done);
7450         wmsum_fini(&arc_sums.arcstat_l2_writes_error);
7451         wmsum_fini(&arc_sums.arcstat_l2_writes_lock_retry);
7452         wmsum_fini(&arc_sums.arcstat_l2_evict_lock_retry);
7453         wmsum_fini(&arc_sums.arcstat_l2_evict_reading);
7454         wmsum_fini(&arc_sums.arcstat_l2_evict_l1cached);
7455         wmsum_fini(&arc_sums.arcstat_l2_free_on_write);
7456         wmsum_fini(&arc_sums.arcstat_l2_abort_lowmem);
7457         wmsum_fini(&arc_sums.arcstat_l2_cksum_bad);
7458         wmsum_fini(&arc_sums.arcstat_l2_io_error);
7459         wmsum_fini(&arc_sums.arcstat_l2_lsize);
7460         wmsum_fini(&arc_sums.arcstat_l2_psize);
7461         aggsum_fini(&arc_sums.arcstat_l2_hdr_size);
7462         wmsum_fini(&arc_sums.arcstat_l2_log_blk_writes);
7463         wmsum_fini(&arc_sums.arcstat_l2_log_blk_asize);
7464         wmsum_fini(&arc_sums.arcstat_l2_log_blk_count);
7465         wmsum_fini(&arc_sums.arcstat_l2_rebuild_success);
7466         wmsum_fini(&arc_sums.arcstat_l2_rebuild_abort_unsupported);
7467         wmsum_fini(&arc_sums.arcstat_l2_rebuild_abort_io_errors);
7468         wmsum_fini(&arc_sums.arcstat_l2_rebuild_abort_dh_errors);
7469         wmsum_fini(&arc_sums.arcstat_l2_rebuild_abort_cksum_lb_errors);
7470         wmsum_fini(&arc_sums.arcstat_l2_rebuild_abort_lowmem);
7471         wmsum_fini(&arc_sums.arcstat_l2_rebuild_size);
7472         wmsum_fini(&arc_sums.arcstat_l2_rebuild_asize);
7473         wmsum_fini(&arc_sums.arcstat_l2_rebuild_bufs);
7474         wmsum_fini(&arc_sums.arcstat_l2_rebuild_bufs_precached);
7475         wmsum_fini(&arc_sums.arcstat_l2_rebuild_log_blks);
7476         wmsum_fini(&arc_sums.arcstat_memory_throttle_count);
7477         wmsum_fini(&arc_sums.arcstat_memory_direct_count);
7478         wmsum_fini(&arc_sums.arcstat_memory_indirect_count);
7479         wmsum_fini(&arc_sums.arcstat_prune);
7480         wmsum_fini(&arc_sums.arcstat_meta_used);
7481         wmsum_fini(&arc_sums.arcstat_async_upgrade_sync);
7482         wmsum_fini(&arc_sums.arcstat_predictive_prefetch);
7483         wmsum_fini(&arc_sums.arcstat_demand_hit_predictive_prefetch);
7484         wmsum_fini(&arc_sums.arcstat_demand_iohit_predictive_prefetch);
7485         wmsum_fini(&arc_sums.arcstat_prescient_prefetch);
7486         wmsum_fini(&arc_sums.arcstat_demand_hit_prescient_prefetch);
7487         wmsum_fini(&arc_sums.arcstat_demand_iohit_prescient_prefetch);
7488         wmsum_fini(&arc_sums.arcstat_raw_size);
7489         wmsum_fini(&arc_sums.arcstat_cached_only_in_progress);
7490         wmsum_fini(&arc_sums.arcstat_abd_chunk_waste_size);
7491 }
7492
7493 uint64_t
7494 arc_target_bytes(void)
7495 {
7496         return (arc_c);
7497 }
7498
7499 void
7500 arc_set_limits(uint64_t allmem)
7501 {
7502         /* Set min cache to 1/32 of all memory, or 32MB, whichever is more. */
7503         arc_c_min = MAX(allmem / 32, 2ULL << SPA_MAXBLOCKSHIFT);
7504
7505         /* How to set default max varies by platform. */
7506         arc_c_max = arc_default_max(arc_c_min, allmem);
7507 }
7508 void
7509 arc_init(void)
7510 {
7511         uint64_t percent, allmem = arc_all_memory();
7512         mutex_init(&arc_evict_lock, NULL, MUTEX_DEFAULT, NULL);
7513         list_create(&arc_evict_waiters, sizeof (arc_evict_waiter_t),
7514             offsetof(arc_evict_waiter_t, aew_node));
7515
7516         arc_min_prefetch_ms = 1000;
7517         arc_min_prescient_prefetch_ms = 6000;
7518
7519 #if defined(_KERNEL)
7520         arc_lowmem_init();
7521 #endif
7522
7523         arc_set_limits(allmem);
7524
7525 #ifdef _KERNEL
7526         /*
7527          * If zfs_arc_max is non-zero at init, meaning it was set in the kernel
7528          * environment before the module was loaded, don't block setting the
7529          * maximum because it is less than arc_c_min, instead, reset arc_c_min
7530          * to a lower value.
7531          * zfs_arc_min will be handled by arc_tuning_update().
7532          */
7533         if (zfs_arc_max != 0 && zfs_arc_max >= MIN_ARC_MAX &&
7534             zfs_arc_max < allmem) {
7535                 arc_c_max = zfs_arc_max;
7536                 if (arc_c_min >= arc_c_max) {
7537                         arc_c_min = MAX(zfs_arc_max / 2,
7538                             2ULL << SPA_MAXBLOCKSHIFT);
7539                 }
7540         }
7541 #else
7542         /*
7543          * In userland, there's only the memory pressure that we artificially
7544          * create (see arc_available_memory()).  Don't let arc_c get too
7545          * small, because it can cause transactions to be larger than
7546          * arc_c, causing arc_tempreserve_space() to fail.
7547          */
7548         arc_c_min = MAX(arc_c_max / 2, 2ULL << SPA_MAXBLOCKSHIFT);
7549 #endif
7550
7551         arc_c = arc_c_min;
7552         /*
7553          * 32-bit fixed point fractions of metadata from total ARC size,
7554          * MRU data from all data and MRU metadata from all metadata.
7555          */
7556         arc_meta = (1ULL << 32) / 4;    /* Metadata is 25% of arc_c. */
7557         arc_pd = (1ULL << 32) / 2;      /* Data MRU is 50% of data. */
7558         arc_pm = (1ULL << 32) / 2;      /* Metadata MRU is 50% of metadata. */
7559
7560         percent = MIN(zfs_arc_dnode_limit_percent, 100);
7561         arc_dnode_limit = arc_c_max * percent / 100;
7562
7563         /* Apply user specified tunings */
7564         arc_tuning_update(B_TRUE);
7565
7566         /* if kmem_flags are set, lets try to use less memory */
7567         if (kmem_debugging())
7568                 arc_c = arc_c / 2;
7569         if (arc_c < arc_c_min)
7570                 arc_c = arc_c_min;
7571
7572         arc_register_hotplug();
7573
7574         arc_state_init();
7575
7576         buf_init();
7577
7578         list_create(&arc_prune_list, sizeof (arc_prune_t),
7579             offsetof(arc_prune_t, p_node));
7580         mutex_init(&arc_prune_mtx, NULL, MUTEX_DEFAULT, NULL);
7581
7582         arc_prune_taskq = taskq_create("arc_prune", zfs_arc_prune_task_threads,
7583             defclsyspri, 100, INT_MAX, TASKQ_PREPOPULATE | TASKQ_DYNAMIC);
7584
7585         arc_ksp = kstat_create("zfs", 0, "arcstats", "misc", KSTAT_TYPE_NAMED,
7586             sizeof (arc_stats) / sizeof (kstat_named_t), KSTAT_FLAG_VIRTUAL);
7587
7588         if (arc_ksp != NULL) {
7589                 arc_ksp->ks_data = &arc_stats;
7590                 arc_ksp->ks_update = arc_kstat_update;
7591                 kstat_install(arc_ksp);
7592         }
7593
7594         arc_state_evict_markers =
7595             arc_state_alloc_markers(arc_state_evict_marker_count);
7596         arc_evict_zthr = zthr_create_timer("arc_evict",
7597             arc_evict_cb_check, arc_evict_cb, NULL, SEC2NSEC(1), defclsyspri);
7598         arc_reap_zthr = zthr_create_timer("arc_reap",
7599             arc_reap_cb_check, arc_reap_cb, NULL, SEC2NSEC(1), minclsyspri);
7600
7601         arc_warm = B_FALSE;
7602
7603         /*
7604          * Calculate maximum amount of dirty data per pool.
7605          *
7606          * If it has been set by a module parameter, take that.
7607          * Otherwise, use a percentage of physical memory defined by
7608          * zfs_dirty_data_max_percent (default 10%) with a cap at
7609          * zfs_dirty_data_max_max (default 4G or 25% of physical memory).
7610          */
7611 #ifdef __LP64__
7612         if (zfs_dirty_data_max_max == 0)
7613                 zfs_dirty_data_max_max = MIN(4ULL * 1024 * 1024 * 1024,
7614                     allmem * zfs_dirty_data_max_max_percent / 100);
7615 #else
7616         if (zfs_dirty_data_max_max == 0)
7617                 zfs_dirty_data_max_max = MIN(1ULL * 1024 * 1024 * 1024,
7618                     allmem * zfs_dirty_data_max_max_percent / 100);
7619 #endif
7620
7621         if (zfs_dirty_data_max == 0) {
7622                 zfs_dirty_data_max = allmem *
7623                     zfs_dirty_data_max_percent / 100;
7624                 zfs_dirty_data_max = MIN(zfs_dirty_data_max,
7625                     zfs_dirty_data_max_max);
7626         }
7627
7628         if (zfs_wrlog_data_max == 0) {
7629
7630                 /*
7631                  * dp_wrlog_total is reduced for each txg at the end of
7632                  * spa_sync(). However, dp_dirty_total is reduced every time
7633                  * a block is written out. Thus under normal operation,
7634                  * dp_wrlog_total could grow 2 times as big as
7635                  * zfs_dirty_data_max.
7636                  */
7637                 zfs_wrlog_data_max = zfs_dirty_data_max * 2;
7638         }
7639 }
7640
7641 void
7642 arc_fini(void)
7643 {
7644         arc_prune_t *p;
7645
7646 #ifdef _KERNEL
7647         arc_lowmem_fini();
7648 #endif /* _KERNEL */
7649
7650         /* Use B_TRUE to ensure *all* buffers are evicted */
7651         arc_flush(NULL, B_TRUE);
7652
7653         if (arc_ksp != NULL) {
7654                 kstat_delete(arc_ksp);
7655                 arc_ksp = NULL;
7656         }
7657
7658         taskq_wait(arc_prune_taskq);
7659         taskq_destroy(arc_prune_taskq);
7660
7661         mutex_enter(&arc_prune_mtx);
7662         while ((p = list_remove_head(&arc_prune_list)) != NULL) {
7663                 zfs_refcount_remove(&p->p_refcnt, &arc_prune_list);
7664                 zfs_refcount_destroy(&p->p_refcnt);
7665                 kmem_free(p, sizeof (*p));
7666         }
7667         mutex_exit(&arc_prune_mtx);
7668
7669         list_destroy(&arc_prune_list);
7670         mutex_destroy(&arc_prune_mtx);
7671
7672         (void) zthr_cancel(arc_evict_zthr);
7673         (void) zthr_cancel(arc_reap_zthr);
7674         arc_state_free_markers(arc_state_evict_markers,
7675             arc_state_evict_marker_count);
7676
7677         mutex_destroy(&arc_evict_lock);
7678         list_destroy(&arc_evict_waiters);
7679
7680         /*
7681          * Free any buffers that were tagged for destruction.  This needs
7682          * to occur before arc_state_fini() runs and destroys the aggsum
7683          * values which are updated when freeing scatter ABDs.
7684          */
7685         l2arc_do_free_on_write();
7686
7687         /*
7688          * buf_fini() must proceed arc_state_fini() because buf_fin() may
7689          * trigger the release of kmem magazines, which can callback to
7690          * arc_space_return() which accesses aggsums freed in act_state_fini().
7691          */
7692         buf_fini();
7693         arc_state_fini();
7694
7695         arc_unregister_hotplug();
7696
7697         /*
7698          * We destroy the zthrs after all the ARC state has been
7699          * torn down to avoid the case of them receiving any
7700          * wakeup() signals after they are destroyed.
7701          */
7702         zthr_destroy(arc_evict_zthr);
7703         zthr_destroy(arc_reap_zthr);
7704
7705         ASSERT0(arc_loaned_bytes);
7706 }
7707
7708 /*
7709  * Level 2 ARC
7710  *
7711  * The level 2 ARC (L2ARC) is a cache layer in-between main memory and disk.
7712  * It uses dedicated storage devices to hold cached data, which are populated
7713  * using large infrequent writes.  The main role of this cache is to boost
7714  * the performance of random read workloads.  The intended L2ARC devices
7715  * include short-stroked disks, solid state disks, and other media with
7716  * substantially faster read latency than disk.
7717  *
7718  *                 +-----------------------+
7719  *                 |         ARC           |
7720  *                 +-----------------------+
7721  *                    |         ^     ^
7722  *                    |         |     |
7723  *      l2arc_feed_thread()    arc_read()
7724  *                    |         |     |
7725  *                    |  l2arc read   |
7726  *                    V         |     |
7727  *               +---------------+    |
7728  *               |     L2ARC     |    |
7729  *               +---------------+    |
7730  *                   |    ^           |
7731  *          l2arc_write() |           |
7732  *                   |    |           |
7733  *                   V    |           |
7734  *                 +-------+      +-------+
7735  *                 | vdev  |      | vdev  |
7736  *                 | cache |      | cache |
7737  *                 +-------+      +-------+
7738  *                 +=========+     .-----.
7739  *                 :  L2ARC  :    |-_____-|
7740  *                 : devices :    | Disks |
7741  *                 +=========+    `-_____-'
7742  *
7743  * Read requests are satisfied from the following sources, in order:
7744  *
7745  *      1) ARC
7746  *      2) vdev cache of L2ARC devices
7747  *      3) L2ARC devices
7748  *      4) vdev cache of disks
7749  *      5) disks
7750  *
7751  * Some L2ARC device types exhibit extremely slow write performance.
7752  * To accommodate for this there are some significant differences between
7753  * the L2ARC and traditional cache design:
7754  *
7755  * 1. There is no eviction path from the ARC to the L2ARC.  Evictions from
7756  * the ARC behave as usual, freeing buffers and placing headers on ghost
7757  * lists.  The ARC does not send buffers to the L2ARC during eviction as
7758  * this would add inflated write latencies for all ARC memory pressure.
7759  *
7760  * 2. The L2ARC attempts to cache data from the ARC before it is evicted.
7761  * It does this by periodically scanning buffers from the eviction-end of
7762  * the MFU and MRU ARC lists, copying them to the L2ARC devices if they are
7763  * not already there. It scans until a headroom of buffers is satisfied,
7764  * which itself is a buffer for ARC eviction. If a compressible buffer is
7765  * found during scanning and selected for writing to an L2ARC device, we
7766  * temporarily boost scanning headroom during the next scan cycle to make
7767  * sure we adapt to compression effects (which might significantly reduce
7768  * the data volume we write to L2ARC). The thread that does this is
7769  * l2arc_feed_thread(), illustrated below; example sizes are included to
7770  * provide a better sense of ratio than this diagram:
7771  *
7772  *             head -->                        tail
7773  *              +---------------------+----------+
7774  *      ARC_mfu |:::::#:::::::::::::::|o#o###o###|-->.   # already on L2ARC
7775  *              +---------------------+----------+   |   o L2ARC eligible
7776  *      ARC_mru |:#:::::::::::::::::::|#o#ooo####|-->|   : ARC buffer
7777  *              +---------------------+----------+   |
7778  *                   15.9 Gbytes      ^ 32 Mbytes    |
7779  *                                 headroom          |
7780  *                                            l2arc_feed_thread()
7781  *                                                   |
7782  *                       l2arc write hand <--[oooo]--'
7783  *                               |           8 Mbyte
7784  *                               |          write max
7785  *                               V
7786  *                +==============================+
7787  *      L2ARC dev |####|#|###|###|    |####| ... |
7788  *                +==============================+
7789  *                           32 Gbytes
7790  *
7791  * 3. If an ARC buffer is copied to the L2ARC but then hit instead of
7792  * evicted, then the L2ARC has cached a buffer much sooner than it probably
7793  * needed to, potentially wasting L2ARC device bandwidth and storage.  It is
7794  * safe to say that this is an uncommon case, since buffers at the end of
7795  * the ARC lists have moved there due to inactivity.
7796  *
7797  * 4. If the ARC evicts faster than the L2ARC can maintain a headroom,
7798  * then the L2ARC simply misses copying some buffers.  This serves as a
7799  * pressure valve to prevent heavy read workloads from both stalling the ARC
7800  * with waits and clogging the L2ARC with writes.  This also helps prevent
7801  * the potential for the L2ARC to churn if it attempts to cache content too
7802  * quickly, such as during backups of the entire pool.
7803  *
7804  * 5. After system boot and before the ARC has filled main memory, there are
7805  * no evictions from the ARC and so the tails of the ARC_mfu and ARC_mru
7806  * lists can remain mostly static.  Instead of searching from tail of these
7807  * lists as pictured, the l2arc_feed_thread() will search from the list heads
7808  * for eligible buffers, greatly increasing its chance of finding them.
7809  *
7810  * The L2ARC device write speed is also boosted during this time so that
7811  * the L2ARC warms up faster.  Since there have been no ARC evictions yet,
7812  * there are no L2ARC reads, and no fear of degrading read performance
7813  * through increased writes.
7814  *
7815  * 6. Writes to the L2ARC devices are grouped and sent in-sequence, so that
7816  * the vdev queue can aggregate them into larger and fewer writes.  Each
7817  * device is written to in a rotor fashion, sweeping writes through
7818  * available space then repeating.
7819  *
7820  * 7. The L2ARC does not store dirty content.  It never needs to flush
7821  * write buffers back to disk based storage.
7822  *
7823  * 8. If an ARC buffer is written (and dirtied) which also exists in the
7824  * L2ARC, the now stale L2ARC buffer is immediately dropped.
7825  *
7826  * The performance of the L2ARC can be tweaked by a number of tunables, which
7827  * may be necessary for different workloads:
7828  *
7829  *      l2arc_write_max         max write bytes per interval
7830  *      l2arc_write_boost       extra write bytes during device warmup
7831  *      l2arc_noprefetch        skip caching prefetched buffers
7832  *      l2arc_headroom          number of max device writes to precache
7833  *      l2arc_headroom_boost    when we find compressed buffers during ARC
7834  *                              scanning, we multiply headroom by this
7835  *                              percentage factor for the next scan cycle,
7836  *                              since more compressed buffers are likely to
7837  *                              be present
7838  *      l2arc_feed_secs         seconds between L2ARC writing
7839  *
7840  * Tunables may be removed or added as future performance improvements are
7841  * integrated, and also may become zpool properties.
7842  *
7843  * There are three key functions that control how the L2ARC warms up:
7844  *
7845  *      l2arc_write_eligible()  check if a buffer is eligible to cache
7846  *      l2arc_write_size()      calculate how much to write
7847  *      l2arc_write_interval()  calculate sleep delay between writes
7848  *
7849  * These three functions determine what to write, how much, and how quickly
7850  * to send writes.
7851  *
7852  * L2ARC persistence:
7853  *
7854  * When writing buffers to L2ARC, we periodically add some metadata to
7855  * make sure we can pick them up after reboot, thus dramatically reducing
7856  * the impact that any downtime has on the performance of storage systems
7857  * with large caches.
7858  *
7859  * The implementation works fairly simply by integrating the following two
7860  * modifications:
7861  *
7862  * *) When writing to the L2ARC, we occasionally write a "l2arc log block",
7863  *    which is an additional piece of metadata which describes what's been
7864  *    written. This allows us to rebuild the arc_buf_hdr_t structures of the
7865  *    main ARC buffers. There are 2 linked-lists of log blocks headed by
7866  *    dh_start_lbps[2]. We alternate which chain we append to, so they are
7867  *    time-wise and offset-wise interleaved, but that is an optimization rather
7868  *    than for correctness. The log block also includes a pointer to the
7869  *    previous block in its chain.
7870  *
7871  * *) We reserve SPA_MINBLOCKSIZE of space at the start of each L2ARC device
7872  *    for our header bookkeeping purposes. This contains a device header,
7873  *    which contains our top-level reference structures. We update it each
7874  *    time we write a new log block, so that we're able to locate it in the
7875  *    L2ARC device. If this write results in an inconsistent device header
7876  *    (e.g. due to power failure), we detect this by verifying the header's
7877  *    checksum and simply fail to reconstruct the L2ARC after reboot.
7878  *
7879  * Implementation diagram:
7880  *
7881  * +=== L2ARC device (not to scale) ======================================+
7882  * |       ___two newest log block pointers__.__________                  |
7883  * |      /                                   \dh_start_lbps[1]           |
7884  * |     /                                     \         \dh_start_lbps[0]|
7885  * |.___/__.                                    V         V               |
7886  * ||L2 dev|....|lb |bufs |lb |bufs |lb |bufs |lb |bufs |lb |---(empty)---|
7887  * ||   hdr|      ^         /^       /^        /         /                |
7888  * |+------+  ...--\-------/  \-----/--\------/         /                 |
7889  * |                \--------------/    \--------------/                  |
7890  * +======================================================================+
7891  *
7892  * As can be seen on the diagram, rather than using a simple linked list,
7893  * we use a pair of linked lists with alternating elements. This is a
7894  * performance enhancement due to the fact that we only find out the
7895  * address of the next log block access once the current block has been
7896  * completely read in. Obviously, this hurts performance, because we'd be
7897  * keeping the device's I/O queue at only a 1 operation deep, thus
7898  * incurring a large amount of I/O round-trip latency. Having two lists
7899  * allows us to fetch two log blocks ahead of where we are currently
7900  * rebuilding L2ARC buffers.
7901  *
7902  * On-device data structures:
7903  *
7904  * L2ARC device header: l2arc_dev_hdr_phys_t
7905  * L2ARC log block:     l2arc_log_blk_phys_t
7906  *
7907  * L2ARC reconstruction:
7908  *
7909  * When writing data, we simply write in the standard rotary fashion,
7910  * evicting buffers as we go and simply writing new data over them (writing
7911  * a new log block every now and then). This obviously means that once we
7912  * loop around the end of the device, we will start cutting into an already
7913  * committed log block (and its referenced data buffers), like so:
7914  *
7915  *    current write head__       __old tail
7916  *                        \     /
7917  *                        V    V
7918  * <--|bufs |lb |bufs |lb |    |bufs |lb |bufs |lb |-->
7919  *                         ^    ^^^^^^^^^___________________________________
7920  *                         |                                                \
7921  *                   <<nextwrite>> may overwrite this blk and/or its bufs --'
7922  *
7923  * When importing the pool, we detect this situation and use it to stop
7924  * our scanning process (see l2arc_rebuild).
7925  *
7926  * There is one significant caveat to consider when rebuilding ARC contents
7927  * from an L2ARC device: what about invalidated buffers? Given the above
7928  * construction, we cannot update blocks which we've already written to amend
7929  * them to remove buffers which were invalidated. Thus, during reconstruction,
7930  * we might be populating the cache with buffers for data that's not on the
7931  * main pool anymore, or may have been overwritten!
7932  *
7933  * As it turns out, this isn't a problem. Every arc_read request includes
7934  * both the DVA and, crucially, the birth TXG of the BP the caller is
7935  * looking for. So even if the cache were populated by completely rotten
7936  * blocks for data that had been long deleted and/or overwritten, we'll
7937  * never actually return bad data from the cache, since the DVA with the
7938  * birth TXG uniquely identify a block in space and time - once created,
7939  * a block is immutable on disk. The worst thing we have done is wasted
7940  * some time and memory at l2arc rebuild to reconstruct outdated ARC
7941  * entries that will get dropped from the l2arc as it is being updated
7942  * with new blocks.
7943  *
7944  * L2ARC buffers that have been evicted by l2arc_evict() ahead of the write
7945  * hand are not restored. This is done by saving the offset (in bytes)
7946  * l2arc_evict() has evicted to in the L2ARC device header and taking it
7947  * into account when restoring buffers.
7948  */
7949
7950 static boolean_t
7951 l2arc_write_eligible(uint64_t spa_guid, arc_buf_hdr_t *hdr)
7952 {
7953         /*
7954          * A buffer is *not* eligible for the L2ARC if it:
7955          * 1. belongs to a different spa.
7956          * 2. is already cached on the L2ARC.
7957          * 3. has an I/O in progress (it may be an incomplete read).
7958          * 4. is flagged not eligible (zfs property).
7959          */
7960         if (hdr->b_spa != spa_guid || HDR_HAS_L2HDR(hdr) ||
7961             HDR_IO_IN_PROGRESS(hdr) || !HDR_L2CACHE(hdr))
7962                 return (B_FALSE);
7963
7964         return (B_TRUE);
7965 }
7966
7967 static uint64_t
7968 l2arc_write_size(l2arc_dev_t *dev)
7969 {
7970         uint64_t size;
7971
7972         /*
7973          * Make sure our globals have meaningful values in case the user
7974          * altered them.
7975          */
7976         size = l2arc_write_max;
7977         if (size == 0) {
7978                 cmn_err(CE_NOTE, "Bad value for l2arc_write_max, value must "
7979                     "be greater than zero, resetting it to the default (%d)",
7980                     L2ARC_WRITE_SIZE);
7981                 size = l2arc_write_max = L2ARC_WRITE_SIZE;
7982         }
7983
7984         if (arc_warm == B_FALSE)
7985                 size += l2arc_write_boost;
7986
7987         /* We need to add in the worst case scenario of log block overhead. */
7988         size += l2arc_log_blk_overhead(size, dev);
7989         if (dev->l2ad_vdev->vdev_has_trim && l2arc_trim_ahead > 0) {
7990                 /*
7991                  * Trim ahead of the write size 64MB or (l2arc_trim_ahead/100)
7992                  * times the writesize, whichever is greater.
7993                  */
7994                 size += MAX(64 * 1024 * 1024,
7995                     (size * l2arc_trim_ahead) / 100);
7996         }
7997
7998         /*
7999          * Make sure the write size does not exceed the size of the cache
8000          * device. This is important in l2arc_evict(), otherwise infinite
8001          * iteration can occur.
8002          */
8003         if (size > dev->l2ad_end - dev->l2ad_start) {
8004                 cmn_err(CE_NOTE, "l2arc_write_max or l2arc_write_boost "
8005                     "plus the overhead of log blocks (persistent L2ARC, "
8006                     "%llu bytes) exceeds the size of the cache device "
8007                     "(guid %llu), resetting them to the default (%d)",
8008                     (u_longlong_t)l2arc_log_blk_overhead(size, dev),
8009                     (u_longlong_t)dev->l2ad_vdev->vdev_guid, L2ARC_WRITE_SIZE);
8010
8011                 size = l2arc_write_max = l2arc_write_boost = L2ARC_WRITE_SIZE;
8012
8013                 if (l2arc_trim_ahead > 1) {
8014                         cmn_err(CE_NOTE, "l2arc_trim_ahead set to 1");
8015                         l2arc_trim_ahead = 1;
8016                 }
8017
8018                 if (arc_warm == B_FALSE)
8019                         size += l2arc_write_boost;
8020
8021                 size += l2arc_log_blk_overhead(size, dev);
8022                 if (dev->l2ad_vdev->vdev_has_trim && l2arc_trim_ahead > 0) {
8023                         size += MAX(64 * 1024 * 1024,
8024                             (size * l2arc_trim_ahead) / 100);
8025                 }
8026         }
8027
8028         return (size);
8029
8030 }
8031
8032 static clock_t
8033 l2arc_write_interval(clock_t began, uint64_t wanted, uint64_t wrote)
8034 {
8035         clock_t interval, next, now;
8036
8037         /*
8038          * If the ARC lists are busy, increase our write rate; if the
8039          * lists are stale, idle back.  This is achieved by checking
8040          * how much we previously wrote - if it was more than half of
8041          * what we wanted, schedule the next write much sooner.
8042          */
8043         if (l2arc_feed_again && wrote > (wanted / 2))
8044                 interval = (hz * l2arc_feed_min_ms) / 1000;
8045         else
8046                 interval = hz * l2arc_feed_secs;
8047
8048         now = ddi_get_lbolt();
8049         next = MAX(now, MIN(now + interval, began + interval));
8050
8051         return (next);
8052 }
8053
8054 /*
8055  * Cycle through L2ARC devices.  This is how L2ARC load balances.
8056  * If a device is returned, this also returns holding the spa config lock.
8057  */
8058 static l2arc_dev_t *
8059 l2arc_dev_get_next(void)
8060 {
8061         l2arc_dev_t *first, *next = NULL;
8062
8063         /*
8064          * Lock out the removal of spas (spa_namespace_lock), then removal
8065          * of cache devices (l2arc_dev_mtx).  Once a device has been selected,
8066          * both locks will be dropped and a spa config lock held instead.
8067          */
8068         mutex_enter(&spa_namespace_lock);
8069         mutex_enter(&l2arc_dev_mtx);
8070
8071         /* if there are no vdevs, there is nothing to do */
8072         if (l2arc_ndev == 0)
8073                 goto out;
8074
8075         first = NULL;
8076         next = l2arc_dev_last;
8077         do {
8078                 /* loop around the list looking for a non-faulted vdev */
8079                 if (next == NULL) {
8080                         next = list_head(l2arc_dev_list);
8081                 } else {
8082                         next = list_next(l2arc_dev_list, next);
8083                         if (next == NULL)
8084                                 next = list_head(l2arc_dev_list);
8085                 }
8086
8087                 /* if we have come back to the start, bail out */
8088                 if (first == NULL)
8089                         first = next;
8090                 else if (next == first)
8091                         break;
8092
8093                 ASSERT3P(next, !=, NULL);
8094         } while (vdev_is_dead(next->l2ad_vdev) || next->l2ad_rebuild ||
8095             next->l2ad_trim_all);
8096
8097         /* if we were unable to find any usable vdevs, return NULL */
8098         if (vdev_is_dead(next->l2ad_vdev) || next->l2ad_rebuild ||
8099             next->l2ad_trim_all)
8100                 next = NULL;
8101
8102         l2arc_dev_last = next;
8103
8104 out:
8105         mutex_exit(&l2arc_dev_mtx);
8106
8107         /*
8108          * Grab the config lock to prevent the 'next' device from being
8109          * removed while we are writing to it.
8110          */
8111         if (next != NULL)
8112                 spa_config_enter(next->l2ad_spa, SCL_L2ARC, next, RW_READER);
8113         mutex_exit(&spa_namespace_lock);
8114
8115         return (next);
8116 }
8117
8118 /*
8119  * Free buffers that were tagged for destruction.
8120  */
8121 static void
8122 l2arc_do_free_on_write(void)
8123 {
8124         l2arc_data_free_t *df;
8125
8126         mutex_enter(&l2arc_free_on_write_mtx);
8127         while ((df = list_remove_head(l2arc_free_on_write)) != NULL) {
8128                 ASSERT3P(df->l2df_abd, !=, NULL);
8129                 abd_free(df->l2df_abd);
8130                 kmem_free(df, sizeof (l2arc_data_free_t));
8131         }
8132         mutex_exit(&l2arc_free_on_write_mtx);
8133 }
8134
8135 /*
8136  * A write to a cache device has completed.  Update all headers to allow
8137  * reads from these buffers to begin.
8138  */
8139 static void
8140 l2arc_write_done(zio_t *zio)
8141 {
8142         l2arc_write_callback_t  *cb;
8143         l2arc_lb_abd_buf_t      *abd_buf;
8144         l2arc_lb_ptr_buf_t      *lb_ptr_buf;
8145         l2arc_dev_t             *dev;
8146         l2arc_dev_hdr_phys_t    *l2dhdr;
8147         list_t                  *buflist;
8148         arc_buf_hdr_t           *head, *hdr, *hdr_prev;
8149         kmutex_t                *hash_lock;
8150         int64_t                 bytes_dropped = 0;
8151
8152         cb = zio->io_private;
8153         ASSERT3P(cb, !=, NULL);
8154         dev = cb->l2wcb_dev;
8155         l2dhdr = dev->l2ad_dev_hdr;
8156         ASSERT3P(dev, !=, NULL);
8157         head = cb->l2wcb_head;
8158         ASSERT3P(head, !=, NULL);
8159         buflist = &dev->l2ad_buflist;
8160         ASSERT3P(buflist, !=, NULL);
8161         DTRACE_PROBE2(l2arc__iodone, zio_t *, zio,
8162             l2arc_write_callback_t *, cb);
8163
8164         /*
8165          * All writes completed, or an error was hit.
8166          */
8167 top:
8168         mutex_enter(&dev->l2ad_mtx);
8169         for (hdr = list_prev(buflist, head); hdr; hdr = hdr_prev) {
8170                 hdr_prev = list_prev(buflist, hdr);
8171
8172                 hash_lock = HDR_LOCK(hdr);
8173
8174                 /*
8175                  * We cannot use mutex_enter or else we can deadlock
8176                  * with l2arc_write_buffers (due to swapping the order
8177                  * the hash lock and l2ad_mtx are taken).
8178                  */
8179                 if (!mutex_tryenter(hash_lock)) {
8180                         /*
8181                          * Missed the hash lock. We must retry so we
8182                          * don't leave the ARC_FLAG_L2_WRITING bit set.
8183                          */
8184                         ARCSTAT_BUMP(arcstat_l2_writes_lock_retry);
8185
8186                         /*
8187                          * We don't want to rescan the headers we've
8188                          * already marked as having been written out, so
8189                          * we reinsert the head node so we can pick up
8190                          * where we left off.
8191                          */
8192                         list_remove(buflist, head);
8193                         list_insert_after(buflist, hdr, head);
8194
8195                         mutex_exit(&dev->l2ad_mtx);
8196
8197                         /*
8198                          * We wait for the hash lock to become available
8199                          * to try and prevent busy waiting, and increase
8200                          * the chance we'll be able to acquire the lock
8201                          * the next time around.
8202                          */
8203                         mutex_enter(hash_lock);
8204                         mutex_exit(hash_lock);
8205                         goto top;
8206                 }
8207
8208                 /*
8209                  * We could not have been moved into the arc_l2c_only
8210                  * state while in-flight due to our ARC_FLAG_L2_WRITING
8211                  * bit being set. Let's just ensure that's being enforced.
8212                  */
8213                 ASSERT(HDR_HAS_L1HDR(hdr));
8214
8215                 /*
8216                  * Skipped - drop L2ARC entry and mark the header as no
8217                  * longer L2 eligibile.
8218                  */
8219                 if (zio->io_error != 0) {
8220                         /*
8221                          * Error - drop L2ARC entry.
8222                          */
8223                         list_remove(buflist, hdr);
8224                         arc_hdr_clear_flags(hdr, ARC_FLAG_HAS_L2HDR);
8225
8226                         uint64_t psize = HDR_GET_PSIZE(hdr);
8227                         l2arc_hdr_arcstats_decrement(hdr);
8228
8229                         bytes_dropped +=
8230                             vdev_psize_to_asize(dev->l2ad_vdev, psize);
8231                         (void) zfs_refcount_remove_many(&dev->l2ad_alloc,
8232                             arc_hdr_size(hdr), hdr);
8233                 }
8234
8235                 /*
8236                  * Allow ARC to begin reads and ghost list evictions to
8237                  * this L2ARC entry.
8238                  */
8239                 arc_hdr_clear_flags(hdr, ARC_FLAG_L2_WRITING);
8240
8241                 mutex_exit(hash_lock);
8242         }
8243
8244         /*
8245          * Free the allocated abd buffers for writing the log blocks.
8246          * If the zio failed reclaim the allocated space and remove the
8247          * pointers to these log blocks from the log block pointer list
8248          * of the L2ARC device.
8249          */
8250         while ((abd_buf = list_remove_tail(&cb->l2wcb_abd_list)) != NULL) {
8251                 abd_free(abd_buf->abd);
8252                 zio_buf_free(abd_buf, sizeof (*abd_buf));
8253                 if (zio->io_error != 0) {
8254                         lb_ptr_buf = list_remove_head(&dev->l2ad_lbptr_list);
8255                         /*
8256                          * L2BLK_GET_PSIZE returns aligned size for log
8257                          * blocks.
8258                          */
8259                         uint64_t asize =
8260                             L2BLK_GET_PSIZE((lb_ptr_buf->lb_ptr)->lbp_prop);
8261                         bytes_dropped += asize;
8262                         ARCSTAT_INCR(arcstat_l2_log_blk_asize, -asize);
8263                         ARCSTAT_BUMPDOWN(arcstat_l2_log_blk_count);
8264                         zfs_refcount_remove_many(&dev->l2ad_lb_asize, asize,
8265                             lb_ptr_buf);
8266                         zfs_refcount_remove(&dev->l2ad_lb_count, lb_ptr_buf);
8267                         kmem_free(lb_ptr_buf->lb_ptr,
8268                             sizeof (l2arc_log_blkptr_t));
8269                         kmem_free(lb_ptr_buf, sizeof (l2arc_lb_ptr_buf_t));
8270                 }
8271         }
8272         list_destroy(&cb->l2wcb_abd_list);
8273
8274         if (zio->io_error != 0) {
8275                 ARCSTAT_BUMP(arcstat_l2_writes_error);
8276
8277                 /*
8278                  * Restore the lbps array in the header to its previous state.
8279                  * If the list of log block pointers is empty, zero out the
8280                  * log block pointers in the device header.
8281                  */
8282                 lb_ptr_buf = list_head(&dev->l2ad_lbptr_list);
8283                 for (int i = 0; i < 2; i++) {
8284                         if (lb_ptr_buf == NULL) {
8285                                 /*
8286                                  * If the list is empty zero out the device
8287                                  * header. Otherwise zero out the second log
8288                                  * block pointer in the header.
8289                                  */
8290                                 if (i == 0) {
8291                                         memset(l2dhdr, 0,
8292                                             dev->l2ad_dev_hdr_asize);
8293                                 } else {
8294                                         memset(&l2dhdr->dh_start_lbps[i], 0,
8295                                             sizeof (l2arc_log_blkptr_t));
8296                                 }
8297                                 break;
8298                         }
8299                         memcpy(&l2dhdr->dh_start_lbps[i], lb_ptr_buf->lb_ptr,
8300                             sizeof (l2arc_log_blkptr_t));
8301                         lb_ptr_buf = list_next(&dev->l2ad_lbptr_list,
8302                             lb_ptr_buf);
8303                 }
8304         }
8305
8306         ARCSTAT_BUMP(arcstat_l2_writes_done);
8307         list_remove(buflist, head);
8308         ASSERT(!HDR_HAS_L1HDR(head));
8309         kmem_cache_free(hdr_l2only_cache, head);
8310         mutex_exit(&dev->l2ad_mtx);
8311
8312         ASSERT(dev->l2ad_vdev != NULL);
8313         vdev_space_update(dev->l2ad_vdev, -bytes_dropped, 0, 0);
8314
8315         l2arc_do_free_on_write();
8316
8317         kmem_free(cb, sizeof (l2arc_write_callback_t));
8318 }
8319
8320 static int
8321 l2arc_untransform(zio_t *zio, l2arc_read_callback_t *cb)
8322 {
8323         int ret;
8324         spa_t *spa = zio->io_spa;
8325         arc_buf_hdr_t *hdr = cb->l2rcb_hdr;
8326         blkptr_t *bp = zio->io_bp;
8327         uint8_t salt[ZIO_DATA_SALT_LEN];
8328         uint8_t iv[ZIO_DATA_IV_LEN];
8329         uint8_t mac[ZIO_DATA_MAC_LEN];
8330         boolean_t no_crypt = B_FALSE;
8331
8332         /*
8333          * ZIL data is never be written to the L2ARC, so we don't need
8334          * special handling for its unique MAC storage.
8335          */
8336         ASSERT3U(BP_GET_TYPE(bp), !=, DMU_OT_INTENT_LOG);
8337         ASSERT(MUTEX_HELD(HDR_LOCK(hdr)));
8338         ASSERT3P(hdr->b_l1hdr.b_pabd, !=, NULL);
8339
8340         /*
8341          * If the data was encrypted, decrypt it now. Note that
8342          * we must check the bp here and not the hdr, since the
8343          * hdr does not have its encryption parameters updated
8344          * until arc_read_done().
8345          */
8346         if (BP_IS_ENCRYPTED(bp)) {
8347                 abd_t *eabd = arc_get_data_abd(hdr, arc_hdr_size(hdr), hdr,
8348                     ARC_HDR_USE_RESERVE);
8349
8350                 zio_crypt_decode_params_bp(bp, salt, iv);
8351                 zio_crypt_decode_mac_bp(bp, mac);
8352
8353                 ret = spa_do_crypt_abd(B_FALSE, spa, &cb->l2rcb_zb,
8354                     BP_GET_TYPE(bp), BP_GET_DEDUP(bp), BP_SHOULD_BYTESWAP(bp),
8355                     salt, iv, mac, HDR_GET_PSIZE(hdr), eabd,
8356                     hdr->b_l1hdr.b_pabd, &no_crypt);
8357                 if (ret != 0) {
8358                         arc_free_data_abd(hdr, eabd, arc_hdr_size(hdr), hdr);
8359                         goto error;
8360                 }
8361
8362                 /*
8363                  * If we actually performed decryption, replace b_pabd
8364                  * with the decrypted data. Otherwise we can just throw
8365                  * our decryption buffer away.
8366                  */
8367                 if (!no_crypt) {
8368                         arc_free_data_abd(hdr, hdr->b_l1hdr.b_pabd,
8369                             arc_hdr_size(hdr), hdr);
8370                         hdr->b_l1hdr.b_pabd = eabd;
8371                         zio->io_abd = eabd;
8372                 } else {
8373                         arc_free_data_abd(hdr, eabd, arc_hdr_size(hdr), hdr);
8374                 }
8375         }
8376
8377         /*
8378          * If the L2ARC block was compressed, but ARC compression
8379          * is disabled we decompress the data into a new buffer and
8380          * replace the existing data.
8381          */
8382         if (HDR_GET_COMPRESS(hdr) != ZIO_COMPRESS_OFF &&
8383             !HDR_COMPRESSION_ENABLED(hdr)) {
8384                 abd_t *cabd = arc_get_data_abd(hdr, arc_hdr_size(hdr), hdr,
8385                     ARC_HDR_USE_RESERVE);
8386                 void *tmp = abd_borrow_buf(cabd, arc_hdr_size(hdr));
8387
8388                 ret = zio_decompress_data(HDR_GET_COMPRESS(hdr),
8389                     hdr->b_l1hdr.b_pabd, tmp, HDR_GET_PSIZE(hdr),
8390                     HDR_GET_LSIZE(hdr), &hdr->b_complevel);
8391                 if (ret != 0) {
8392                         abd_return_buf_copy(cabd, tmp, arc_hdr_size(hdr));
8393                         arc_free_data_abd(hdr, cabd, arc_hdr_size(hdr), hdr);
8394                         goto error;
8395                 }
8396
8397                 abd_return_buf_copy(cabd, tmp, arc_hdr_size(hdr));
8398                 arc_free_data_abd(hdr, hdr->b_l1hdr.b_pabd,
8399                     arc_hdr_size(hdr), hdr);
8400                 hdr->b_l1hdr.b_pabd = cabd;
8401                 zio->io_abd = cabd;
8402                 zio->io_size = HDR_GET_LSIZE(hdr);
8403         }
8404
8405         return (0);
8406
8407 error:
8408         return (ret);
8409 }
8410
8411
8412 /*
8413  * A read to a cache device completed.  Validate buffer contents before
8414  * handing over to the regular ARC routines.
8415  */
8416 static void
8417 l2arc_read_done(zio_t *zio)
8418 {
8419         int tfm_error = 0;
8420         l2arc_read_callback_t *cb = zio->io_private;
8421         arc_buf_hdr_t *hdr;
8422         kmutex_t *hash_lock;
8423         boolean_t valid_cksum;
8424         boolean_t using_rdata = (BP_IS_ENCRYPTED(&cb->l2rcb_bp) &&
8425             (cb->l2rcb_flags & ZIO_FLAG_RAW_ENCRYPT));
8426
8427         ASSERT3P(zio->io_vd, !=, NULL);
8428         ASSERT(zio->io_flags & ZIO_FLAG_DONT_PROPAGATE);
8429
8430         spa_config_exit(zio->io_spa, SCL_L2ARC, zio->io_vd);
8431
8432         ASSERT3P(cb, !=, NULL);
8433         hdr = cb->l2rcb_hdr;
8434         ASSERT3P(hdr, !=, NULL);
8435
8436         hash_lock = HDR_LOCK(hdr);
8437         mutex_enter(hash_lock);
8438         ASSERT3P(hash_lock, ==, HDR_LOCK(hdr));
8439
8440         /*
8441          * If the data was read into a temporary buffer,
8442          * move it and free the buffer.
8443          */
8444         if (cb->l2rcb_abd != NULL) {
8445                 ASSERT3U(arc_hdr_size(hdr), <, zio->io_size);
8446                 if (zio->io_error == 0) {
8447                         if (using_rdata) {
8448                                 abd_copy(hdr->b_crypt_hdr.b_rabd,
8449                                     cb->l2rcb_abd, arc_hdr_size(hdr));
8450                         } else {
8451                                 abd_copy(hdr->b_l1hdr.b_pabd,
8452                                     cb->l2rcb_abd, arc_hdr_size(hdr));
8453                         }
8454                 }
8455
8456                 /*
8457                  * The following must be done regardless of whether
8458                  * there was an error:
8459                  * - free the temporary buffer
8460                  * - point zio to the real ARC buffer
8461                  * - set zio size accordingly
8462                  * These are required because zio is either re-used for
8463                  * an I/O of the block in the case of the error
8464                  * or the zio is passed to arc_read_done() and it
8465                  * needs real data.
8466                  */
8467                 abd_free(cb->l2rcb_abd);
8468                 zio->io_size = zio->io_orig_size = arc_hdr_size(hdr);
8469
8470                 if (using_rdata) {
8471                         ASSERT(HDR_HAS_RABD(hdr));
8472                         zio->io_abd = zio->io_orig_abd =
8473                             hdr->b_crypt_hdr.b_rabd;
8474                 } else {
8475                         ASSERT3P(hdr->b_l1hdr.b_pabd, !=, NULL);
8476                         zio->io_abd = zio->io_orig_abd = hdr->b_l1hdr.b_pabd;
8477                 }
8478         }
8479
8480         ASSERT3P(zio->io_abd, !=, NULL);
8481
8482         /*
8483          * Check this survived the L2ARC journey.
8484          */
8485         ASSERT(zio->io_abd == hdr->b_l1hdr.b_pabd ||
8486             (HDR_HAS_RABD(hdr) && zio->io_abd == hdr->b_crypt_hdr.b_rabd));
8487         zio->io_bp_copy = cb->l2rcb_bp; /* XXX fix in L2ARC 2.0 */
8488         zio->io_bp = &zio->io_bp_copy;  /* XXX fix in L2ARC 2.0 */
8489         zio->io_prop.zp_complevel = hdr->b_complevel;
8490
8491         valid_cksum = arc_cksum_is_equal(hdr, zio);
8492
8493         /*
8494          * b_rabd will always match the data as it exists on disk if it is
8495          * being used. Therefore if we are reading into b_rabd we do not
8496          * attempt to untransform the data.
8497          */
8498         if (valid_cksum && !using_rdata)
8499                 tfm_error = l2arc_untransform(zio, cb);
8500
8501         if (valid_cksum && tfm_error == 0 && zio->io_error == 0 &&
8502             !HDR_L2_EVICTED(hdr)) {
8503                 mutex_exit(hash_lock);
8504                 zio->io_private = hdr;
8505                 arc_read_done(zio);
8506         } else {
8507                 /*
8508                  * Buffer didn't survive caching.  Increment stats and
8509                  * reissue to the original storage device.
8510                  */
8511                 if (zio->io_error != 0) {
8512                         ARCSTAT_BUMP(arcstat_l2_io_error);
8513                 } else {
8514                         zio->io_error = SET_ERROR(EIO);
8515                 }
8516                 if (!valid_cksum || tfm_error != 0)
8517                         ARCSTAT_BUMP(arcstat_l2_cksum_bad);
8518
8519                 /*
8520                  * If there's no waiter, issue an async i/o to the primary
8521                  * storage now.  If there *is* a waiter, the caller must
8522                  * issue the i/o in a context where it's OK to block.
8523                  */
8524                 if (zio->io_waiter == NULL) {
8525                         zio_t *pio = zio_unique_parent(zio);
8526                         void *abd = (using_rdata) ?
8527                             hdr->b_crypt_hdr.b_rabd : hdr->b_l1hdr.b_pabd;
8528
8529                         ASSERT(!pio || pio->io_child_type == ZIO_CHILD_LOGICAL);
8530
8531                         zio = zio_read(pio, zio->io_spa, zio->io_bp,
8532                             abd, zio->io_size, arc_read_done,
8533                             hdr, zio->io_priority, cb->l2rcb_flags,
8534                             &cb->l2rcb_zb);
8535
8536                         /*
8537                          * Original ZIO will be freed, so we need to update
8538                          * ARC header with the new ZIO pointer to be used
8539                          * by zio_change_priority() in arc_read().
8540                          */
8541                         for (struct arc_callback *acb = hdr->b_l1hdr.b_acb;
8542                             acb != NULL; acb = acb->acb_next)
8543                                 acb->acb_zio_head = zio;
8544
8545                         mutex_exit(hash_lock);
8546                         zio_nowait(zio);
8547                 } else {
8548                         mutex_exit(hash_lock);
8549                 }
8550         }
8551
8552         kmem_free(cb, sizeof (l2arc_read_callback_t));
8553 }
8554
8555 /*
8556  * This is the list priority from which the L2ARC will search for pages to
8557  * cache.  This is used within loops (0..3) to cycle through lists in the
8558  * desired order.  This order can have a significant effect on cache
8559  * performance.
8560  *
8561  * Currently the metadata lists are hit first, MFU then MRU, followed by
8562  * the data lists.  This function returns a locked list, and also returns
8563  * the lock pointer.
8564  */
8565 static multilist_sublist_t *
8566 l2arc_sublist_lock(int list_num)
8567 {
8568         multilist_t *ml = NULL;
8569         unsigned int idx;
8570
8571         ASSERT(list_num >= 0 && list_num < L2ARC_FEED_TYPES);
8572
8573         switch (list_num) {
8574         case 0:
8575                 ml = &arc_mfu->arcs_list[ARC_BUFC_METADATA];
8576                 break;
8577         case 1:
8578                 ml = &arc_mru->arcs_list[ARC_BUFC_METADATA];
8579                 break;
8580         case 2:
8581                 ml = &arc_mfu->arcs_list[ARC_BUFC_DATA];
8582                 break;
8583         case 3:
8584                 ml = &arc_mru->arcs_list[ARC_BUFC_DATA];
8585                 break;
8586         default:
8587                 return (NULL);
8588         }
8589
8590         /*
8591          * Return a randomly-selected sublist. This is acceptable
8592          * because the caller feeds only a little bit of data for each
8593          * call (8MB). Subsequent calls will result in different
8594          * sublists being selected.
8595          */
8596         idx = multilist_get_random_index(ml);
8597         return (multilist_sublist_lock(ml, idx));
8598 }
8599
8600 /*
8601  * Calculates the maximum overhead of L2ARC metadata log blocks for a given
8602  * L2ARC write size. l2arc_evict and l2arc_write_size need to include this
8603  * overhead in processing to make sure there is enough headroom available
8604  * when writing buffers.
8605  */
8606 static inline uint64_t
8607 l2arc_log_blk_overhead(uint64_t write_sz, l2arc_dev_t *dev)
8608 {
8609         if (dev->l2ad_log_entries == 0) {
8610                 return (0);
8611         } else {
8612                 uint64_t log_entries = write_sz >> SPA_MINBLOCKSHIFT;
8613
8614                 uint64_t log_blocks = (log_entries +
8615                     dev->l2ad_log_entries - 1) /
8616                     dev->l2ad_log_entries;
8617
8618                 return (vdev_psize_to_asize(dev->l2ad_vdev,
8619                     sizeof (l2arc_log_blk_phys_t)) * log_blocks);
8620         }
8621 }
8622
8623 /*
8624  * Evict buffers from the device write hand to the distance specified in
8625  * bytes. This distance may span populated buffers, it may span nothing.
8626  * This is clearing a region on the L2ARC device ready for writing.
8627  * If the 'all' boolean is set, every buffer is evicted.
8628  */
8629 static void
8630 l2arc_evict(l2arc_dev_t *dev, uint64_t distance, boolean_t all)
8631 {
8632         list_t *buflist;
8633         arc_buf_hdr_t *hdr, *hdr_prev;
8634         kmutex_t *hash_lock;
8635         uint64_t taddr;
8636         l2arc_lb_ptr_buf_t *lb_ptr_buf, *lb_ptr_buf_prev;
8637         vdev_t *vd = dev->l2ad_vdev;
8638         boolean_t rerun;
8639
8640         buflist = &dev->l2ad_buflist;
8641
8642 top:
8643         rerun = B_FALSE;
8644         if (dev->l2ad_hand + distance > dev->l2ad_end) {
8645                 /*
8646                  * When there is no space to accommodate upcoming writes,
8647                  * evict to the end. Then bump the write and evict hands
8648                  * to the start and iterate. This iteration does not
8649                  * happen indefinitely as we make sure in
8650                  * l2arc_write_size() that when the write hand is reset,
8651                  * the write size does not exceed the end of the device.
8652                  */
8653                 rerun = B_TRUE;
8654                 taddr = dev->l2ad_end;
8655         } else {
8656                 taddr = dev->l2ad_hand + distance;
8657         }
8658         DTRACE_PROBE4(l2arc__evict, l2arc_dev_t *, dev, list_t *, buflist,
8659             uint64_t, taddr, boolean_t, all);
8660
8661         if (!all) {
8662                 /*
8663                  * This check has to be placed after deciding whether to
8664                  * iterate (rerun).
8665                  */
8666                 if (dev->l2ad_first) {
8667                         /*
8668                          * This is the first sweep through the device. There is
8669                          * nothing to evict. We have already trimmmed the
8670                          * whole device.
8671                          */
8672                         goto out;
8673                 } else {
8674                         /*
8675                          * Trim the space to be evicted.
8676                          */
8677                         if (vd->vdev_has_trim && dev->l2ad_evict < taddr &&
8678                             l2arc_trim_ahead > 0) {
8679                                 /*
8680                                  * We have to drop the spa_config lock because
8681                                  * vdev_trim_range() will acquire it.
8682                                  * l2ad_evict already accounts for the label
8683                                  * size. To prevent vdev_trim_ranges() from
8684                                  * adding it again, we subtract it from
8685                                  * l2ad_evict.
8686                                  */
8687                                 spa_config_exit(dev->l2ad_spa, SCL_L2ARC, dev);
8688                                 vdev_trim_simple(vd,
8689                                     dev->l2ad_evict - VDEV_LABEL_START_SIZE,
8690                                     taddr - dev->l2ad_evict);
8691                                 spa_config_enter(dev->l2ad_spa, SCL_L2ARC, dev,
8692                                     RW_READER);
8693                         }
8694
8695                         /*
8696                          * When rebuilding L2ARC we retrieve the evict hand
8697                          * from the header of the device. Of note, l2arc_evict()
8698                          * does not actually delete buffers from the cache
8699                          * device, but trimming may do so depending on the
8700                          * hardware implementation. Thus keeping track of the
8701                          * evict hand is useful.
8702                          */
8703                         dev->l2ad_evict = MAX(dev->l2ad_evict, taddr);
8704                 }
8705         }
8706
8707 retry:
8708         mutex_enter(&dev->l2ad_mtx);
8709         /*
8710          * We have to account for evicted log blocks. Run vdev_space_update()
8711          * on log blocks whose offset (in bytes) is before the evicted offset
8712          * (in bytes) by searching in the list of pointers to log blocks
8713          * present in the L2ARC device.
8714          */
8715         for (lb_ptr_buf = list_tail(&dev->l2ad_lbptr_list); lb_ptr_buf;
8716             lb_ptr_buf = lb_ptr_buf_prev) {
8717
8718                 lb_ptr_buf_prev = list_prev(&dev->l2ad_lbptr_list, lb_ptr_buf);
8719
8720                 /* L2BLK_GET_PSIZE returns aligned size for log blocks */
8721                 uint64_t asize = L2BLK_GET_PSIZE(
8722                     (lb_ptr_buf->lb_ptr)->lbp_prop);
8723
8724                 /*
8725                  * We don't worry about log blocks left behind (ie
8726                  * lbp_payload_start < l2ad_hand) because l2arc_write_buffers()
8727                  * will never write more than l2arc_evict() evicts.
8728                  */
8729                 if (!all && l2arc_log_blkptr_valid(dev, lb_ptr_buf->lb_ptr)) {
8730                         break;
8731                 } else {
8732                         vdev_space_update(vd, -asize, 0, 0);
8733                         ARCSTAT_INCR(arcstat_l2_log_blk_asize, -asize);
8734                         ARCSTAT_BUMPDOWN(arcstat_l2_log_blk_count);
8735                         zfs_refcount_remove_many(&dev->l2ad_lb_asize, asize,
8736                             lb_ptr_buf);
8737                         zfs_refcount_remove(&dev->l2ad_lb_count, lb_ptr_buf);
8738                         list_remove(&dev->l2ad_lbptr_list, lb_ptr_buf);
8739                         kmem_free(lb_ptr_buf->lb_ptr,
8740                             sizeof (l2arc_log_blkptr_t));
8741                         kmem_free(lb_ptr_buf, sizeof (l2arc_lb_ptr_buf_t));
8742                 }
8743         }
8744
8745         for (hdr = list_tail(buflist); hdr; hdr = hdr_prev) {
8746                 hdr_prev = list_prev(buflist, hdr);
8747
8748                 ASSERT(!HDR_EMPTY(hdr));
8749                 hash_lock = HDR_LOCK(hdr);
8750
8751                 /*
8752                  * We cannot use mutex_enter or else we can deadlock
8753                  * with l2arc_write_buffers (due to swapping the order
8754                  * the hash lock and l2ad_mtx are taken).
8755                  */
8756                 if (!mutex_tryenter(hash_lock)) {
8757                         /*
8758                          * Missed the hash lock.  Retry.
8759                          */
8760                         ARCSTAT_BUMP(arcstat_l2_evict_lock_retry);
8761                         mutex_exit(&dev->l2ad_mtx);
8762                         mutex_enter(hash_lock);
8763                         mutex_exit(hash_lock);
8764                         goto retry;
8765                 }
8766
8767                 /*
8768                  * A header can't be on this list if it doesn't have L2 header.
8769                  */
8770                 ASSERT(HDR_HAS_L2HDR(hdr));
8771
8772                 /* Ensure this header has finished being written. */
8773                 ASSERT(!HDR_L2_WRITING(hdr));
8774                 ASSERT(!HDR_L2_WRITE_HEAD(hdr));
8775
8776                 if (!all && (hdr->b_l2hdr.b_daddr >= dev->l2ad_evict ||
8777                     hdr->b_l2hdr.b_daddr < dev->l2ad_hand)) {
8778                         /*
8779                          * We've evicted to the target address,
8780                          * or the end of the device.
8781                          */
8782                         mutex_exit(hash_lock);
8783                         break;
8784                 }
8785
8786                 if (!HDR_HAS_L1HDR(hdr)) {
8787                         ASSERT(!HDR_L2_READING(hdr));
8788                         /*
8789                          * This doesn't exist in the ARC.  Destroy.
8790                          * arc_hdr_destroy() will call list_remove()
8791                          * and decrement arcstat_l2_lsize.
8792                          */
8793                         arc_change_state(arc_anon, hdr);
8794                         arc_hdr_destroy(hdr);
8795                 } else {
8796                         ASSERT(hdr->b_l1hdr.b_state != arc_l2c_only);
8797                         ARCSTAT_BUMP(arcstat_l2_evict_l1cached);
8798                         /*
8799                          * Invalidate issued or about to be issued
8800                          * reads, since we may be about to write
8801                          * over this location.
8802                          */
8803                         if (HDR_L2_READING(hdr)) {
8804                                 ARCSTAT_BUMP(arcstat_l2_evict_reading);
8805                                 arc_hdr_set_flags(hdr, ARC_FLAG_L2_EVICTED);
8806                         }
8807
8808                         arc_hdr_l2hdr_destroy(hdr);
8809                 }
8810                 mutex_exit(hash_lock);
8811         }
8812         mutex_exit(&dev->l2ad_mtx);
8813
8814 out:
8815         /*
8816          * We need to check if we evict all buffers, otherwise we may iterate
8817          * unnecessarily.
8818          */
8819         if (!all && rerun) {
8820                 /*
8821                  * Bump device hand to the device start if it is approaching the
8822                  * end. l2arc_evict() has already evicted ahead for this case.
8823                  */
8824                 dev->l2ad_hand = dev->l2ad_start;
8825                 dev->l2ad_evict = dev->l2ad_start;
8826                 dev->l2ad_first = B_FALSE;
8827                 goto top;
8828         }
8829
8830         if (!all) {
8831                 /*
8832                  * In case of cache device removal (all) the following
8833                  * assertions may be violated without functional consequences
8834                  * as the device is about to be removed.
8835                  */
8836                 ASSERT3U(dev->l2ad_hand + distance, <, dev->l2ad_end);
8837                 if (!dev->l2ad_first)
8838                         ASSERT3U(dev->l2ad_hand, <=, dev->l2ad_evict);
8839         }
8840 }
8841
8842 /*
8843  * Handle any abd transforms that might be required for writing to the L2ARC.
8844  * If successful, this function will always return an abd with the data
8845  * transformed as it is on disk in a new abd of asize bytes.
8846  */
8847 static int
8848 l2arc_apply_transforms(spa_t *spa, arc_buf_hdr_t *hdr, uint64_t asize,
8849     abd_t **abd_out)
8850 {
8851         int ret;
8852         void *tmp = NULL;
8853         abd_t *cabd = NULL, *eabd = NULL, *to_write = hdr->b_l1hdr.b_pabd;
8854         enum zio_compress compress = HDR_GET_COMPRESS(hdr);
8855         uint64_t psize = HDR_GET_PSIZE(hdr);
8856         uint64_t size = arc_hdr_size(hdr);
8857         boolean_t ismd = HDR_ISTYPE_METADATA(hdr);
8858         boolean_t bswap = (hdr->b_l1hdr.b_byteswap != DMU_BSWAP_NUMFUNCS);
8859         dsl_crypto_key_t *dck = NULL;
8860         uint8_t mac[ZIO_DATA_MAC_LEN] = { 0 };
8861         boolean_t no_crypt = B_FALSE;
8862
8863         ASSERT((HDR_GET_COMPRESS(hdr) != ZIO_COMPRESS_OFF &&
8864             !HDR_COMPRESSION_ENABLED(hdr)) ||
8865             HDR_ENCRYPTED(hdr) || HDR_SHARED_DATA(hdr) || psize != asize);
8866         ASSERT3U(psize, <=, asize);
8867
8868         /*
8869          * If this data simply needs its own buffer, we simply allocate it
8870          * and copy the data. This may be done to eliminate a dependency on a
8871          * shared buffer or to reallocate the buffer to match asize.
8872          */
8873         if (HDR_HAS_RABD(hdr) && asize != psize) {
8874                 ASSERT3U(asize, >=, psize);
8875                 to_write = abd_alloc_for_io(asize, ismd);
8876                 abd_copy(to_write, hdr->b_crypt_hdr.b_rabd, psize);
8877                 if (psize != asize)
8878                         abd_zero_off(to_write, psize, asize - psize);
8879                 goto out;
8880         }
8881
8882         if ((compress == ZIO_COMPRESS_OFF || HDR_COMPRESSION_ENABLED(hdr)) &&
8883             !HDR_ENCRYPTED(hdr)) {
8884                 ASSERT3U(size, ==, psize);
8885                 to_write = abd_alloc_for_io(asize, ismd);
8886                 abd_copy(to_write, hdr->b_l1hdr.b_pabd, size);
8887                 if (size != asize)
8888                         abd_zero_off(to_write, size, asize - size);
8889                 goto out;
8890         }
8891
8892         if (compress != ZIO_COMPRESS_OFF && !HDR_COMPRESSION_ENABLED(hdr)) {
8893                 /*
8894                  * In some cases, we can wind up with size > asize, so
8895                  * we need to opt for the larger allocation option here.
8896                  *
8897                  * (We also need abd_return_buf_copy in all cases because
8898                  * it's an ASSERT() to modify the buffer before returning it
8899                  * with arc_return_buf(), and all the compressors
8900                  * write things before deciding to fail compression in nearly
8901                  * every case.)
8902                  */
8903                 uint64_t bufsize = MAX(size, asize);
8904                 cabd = abd_alloc_for_io(bufsize, ismd);
8905                 tmp = abd_borrow_buf(cabd, bufsize);
8906
8907                 psize = zio_compress_data(compress, to_write, &tmp, size,
8908                     hdr->b_complevel);
8909
8910                 if (psize >= asize) {
8911                         psize = HDR_GET_PSIZE(hdr);
8912                         abd_return_buf_copy(cabd, tmp, bufsize);
8913                         HDR_SET_COMPRESS(hdr, ZIO_COMPRESS_OFF);
8914                         to_write = cabd;
8915                         abd_copy(to_write, hdr->b_l1hdr.b_pabd, psize);
8916                         if (psize != asize)
8917                                 abd_zero_off(to_write, psize, asize - psize);
8918                         goto encrypt;
8919                 }
8920                 ASSERT3U(psize, <=, HDR_GET_PSIZE(hdr));
8921                 if (psize < asize)
8922                         memset((char *)tmp + psize, 0, bufsize - psize);
8923                 psize = HDR_GET_PSIZE(hdr);
8924                 abd_return_buf_copy(cabd, tmp, bufsize);
8925                 to_write = cabd;
8926         }
8927
8928 encrypt:
8929         if (HDR_ENCRYPTED(hdr)) {
8930                 eabd = abd_alloc_for_io(asize, ismd);
8931
8932                 /*
8933                  * If the dataset was disowned before the buffer
8934                  * made it to this point, the key to re-encrypt
8935                  * it won't be available. In this case we simply
8936                  * won't write the buffer to the L2ARC.
8937                  */
8938                 ret = spa_keystore_lookup_key(spa, hdr->b_crypt_hdr.b_dsobj,
8939                     FTAG, &dck);
8940                 if (ret != 0)
8941                         goto error;
8942
8943                 ret = zio_do_crypt_abd(B_TRUE, &dck->dck_key,
8944                     hdr->b_crypt_hdr.b_ot, bswap, hdr->b_crypt_hdr.b_salt,
8945                     hdr->b_crypt_hdr.b_iv, mac, psize, to_write, eabd,
8946                     &no_crypt);
8947                 if (ret != 0)
8948                         goto error;
8949
8950                 if (no_crypt)
8951                         abd_copy(eabd, to_write, psize);
8952
8953                 if (psize != asize)
8954                         abd_zero_off(eabd, psize, asize - psize);
8955
8956                 /* assert that the MAC we got here matches the one we saved */
8957                 ASSERT0(memcmp(mac, hdr->b_crypt_hdr.b_mac, ZIO_DATA_MAC_LEN));
8958                 spa_keystore_dsl_key_rele(spa, dck, FTAG);
8959
8960                 if (to_write == cabd)
8961                         abd_free(cabd);
8962
8963                 to_write = eabd;
8964         }
8965
8966 out:
8967         ASSERT3P(to_write, !=, hdr->b_l1hdr.b_pabd);
8968         *abd_out = to_write;
8969         return (0);
8970
8971 error:
8972         if (dck != NULL)
8973                 spa_keystore_dsl_key_rele(spa, dck, FTAG);
8974         if (cabd != NULL)
8975                 abd_free(cabd);
8976         if (eabd != NULL)
8977                 abd_free(eabd);
8978
8979         *abd_out = NULL;
8980         return (ret);
8981 }
8982
8983 static void
8984 l2arc_blk_fetch_done(zio_t *zio)
8985 {
8986         l2arc_read_callback_t *cb;
8987
8988         cb = zio->io_private;
8989         if (cb->l2rcb_abd != NULL)
8990                 abd_free(cb->l2rcb_abd);
8991         kmem_free(cb, sizeof (l2arc_read_callback_t));
8992 }
8993
8994 /*
8995  * Find and write ARC buffers to the L2ARC device.
8996  *
8997  * An ARC_FLAG_L2_WRITING flag is set so that the L2ARC buffers are not valid
8998  * for reading until they have completed writing.
8999  * The headroom_boost is an in-out parameter used to maintain headroom boost
9000  * state between calls to this function.
9001  *
9002  * Returns the number of bytes actually written (which may be smaller than
9003  * the delta by which the device hand has changed due to alignment and the
9004  * writing of log blocks).
9005  */
9006 static uint64_t
9007 l2arc_write_buffers(spa_t *spa, l2arc_dev_t *dev, uint64_t target_sz)
9008 {
9009         arc_buf_hdr_t           *hdr, *hdr_prev, *head;
9010         uint64_t                write_asize, write_psize, write_lsize, headroom;
9011         boolean_t               full;
9012         l2arc_write_callback_t  *cb = NULL;
9013         zio_t                   *pio, *wzio;
9014         uint64_t                guid = spa_load_guid(spa);
9015         l2arc_dev_hdr_phys_t    *l2dhdr = dev->l2ad_dev_hdr;
9016
9017         ASSERT3P(dev->l2ad_vdev, !=, NULL);
9018
9019         pio = NULL;
9020         write_lsize = write_asize = write_psize = 0;
9021         full = B_FALSE;
9022         head = kmem_cache_alloc(hdr_l2only_cache, KM_PUSHPAGE);
9023         arc_hdr_set_flags(head, ARC_FLAG_L2_WRITE_HEAD | ARC_FLAG_HAS_L2HDR);
9024
9025         /*
9026          * Copy buffers for L2ARC writing.
9027          */
9028         for (int pass = 0; pass < L2ARC_FEED_TYPES; pass++) {
9029                 /*
9030                  * If pass == 1 or 3, we cache MRU metadata and data
9031                  * respectively.
9032                  */
9033                 if (l2arc_mfuonly) {
9034                         if (pass == 1 || pass == 3)
9035                                 continue;
9036                 }
9037
9038                 multilist_sublist_t *mls = l2arc_sublist_lock(pass);
9039                 uint64_t passed_sz = 0;
9040
9041                 VERIFY3P(mls, !=, NULL);
9042
9043                 /*
9044                  * L2ARC fast warmup.
9045                  *
9046                  * Until the ARC is warm and starts to evict, read from the
9047                  * head of the ARC lists rather than the tail.
9048                  */
9049                 if (arc_warm == B_FALSE)
9050                         hdr = multilist_sublist_head(mls);
9051                 else
9052                         hdr = multilist_sublist_tail(mls);
9053
9054                 headroom = target_sz * l2arc_headroom;
9055                 if (zfs_compressed_arc_enabled)
9056                         headroom = (headroom * l2arc_headroom_boost) / 100;
9057
9058                 for (; hdr; hdr = hdr_prev) {
9059                         kmutex_t *hash_lock;
9060                         abd_t *to_write = NULL;
9061
9062                         if (arc_warm == B_FALSE)
9063                                 hdr_prev = multilist_sublist_next(mls, hdr);
9064                         else
9065                                 hdr_prev = multilist_sublist_prev(mls, hdr);
9066
9067                         hash_lock = HDR_LOCK(hdr);
9068                         if (!mutex_tryenter(hash_lock)) {
9069                                 /*
9070                                  * Skip this buffer rather than waiting.
9071                                  */
9072                                 continue;
9073                         }
9074
9075                         passed_sz += HDR_GET_LSIZE(hdr);
9076                         if (l2arc_headroom != 0 && passed_sz > headroom) {
9077                                 /*
9078                                  * Searched too far.
9079                                  */
9080                                 mutex_exit(hash_lock);
9081                                 break;
9082                         }
9083
9084                         if (!l2arc_write_eligible(guid, hdr)) {
9085                                 mutex_exit(hash_lock);
9086                                 continue;
9087                         }
9088
9089                         ASSERT(HDR_HAS_L1HDR(hdr));
9090
9091                         ASSERT3U(HDR_GET_PSIZE(hdr), >, 0);
9092                         ASSERT3U(arc_hdr_size(hdr), >, 0);
9093                         ASSERT(hdr->b_l1hdr.b_pabd != NULL ||
9094                             HDR_HAS_RABD(hdr));
9095                         uint64_t psize = HDR_GET_PSIZE(hdr);
9096                         uint64_t asize = vdev_psize_to_asize(dev->l2ad_vdev,
9097                             psize);
9098
9099                         /*
9100                          * If the allocated size of this buffer plus the max
9101                          * size for the pending log block exceeds the evicted
9102                          * target size, terminate writing buffers for this run.
9103                          */
9104                         if (write_asize + asize +
9105                             sizeof (l2arc_log_blk_phys_t) > target_sz) {
9106                                 full = B_TRUE;
9107                                 mutex_exit(hash_lock);
9108                                 break;
9109                         }
9110
9111                         /*
9112                          * We rely on the L1 portion of the header below, so
9113                          * it's invalid for this header to have been evicted out
9114                          * of the ghost cache, prior to being written out. The
9115                          * ARC_FLAG_L2_WRITING bit ensures this won't happen.
9116                          */
9117                         arc_hdr_set_flags(hdr, ARC_FLAG_L2_WRITING);
9118
9119                         /*
9120                          * If this header has b_rabd, we can use this since it
9121                          * must always match the data exactly as it exists on
9122                          * disk. Otherwise, the L2ARC can normally use the
9123                          * hdr's data, but if we're sharing data between the
9124                          * hdr and one of its bufs, L2ARC needs its own copy of
9125                          * the data so that the ZIO below can't race with the
9126                          * buf consumer. To ensure that this copy will be
9127                          * available for the lifetime of the ZIO and be cleaned
9128                          * up afterwards, we add it to the l2arc_free_on_write
9129                          * queue. If we need to apply any transforms to the
9130                          * data (compression, encryption) we will also need the
9131                          * extra buffer.
9132                          */
9133                         if (HDR_HAS_RABD(hdr) && psize == asize) {
9134                                 to_write = hdr->b_crypt_hdr.b_rabd;
9135                         } else if ((HDR_COMPRESSION_ENABLED(hdr) ||
9136                             HDR_GET_COMPRESS(hdr) == ZIO_COMPRESS_OFF) &&
9137                             !HDR_ENCRYPTED(hdr) && !HDR_SHARED_DATA(hdr) &&
9138                             psize == asize) {
9139                                 to_write = hdr->b_l1hdr.b_pabd;
9140                         } else {
9141                                 int ret;
9142                                 arc_buf_contents_t type = arc_buf_type(hdr);
9143
9144                                 ret = l2arc_apply_transforms(spa, hdr, asize,
9145                                     &to_write);
9146                                 if (ret != 0) {
9147                                         arc_hdr_clear_flags(hdr,
9148                                             ARC_FLAG_L2_WRITING);
9149                                         mutex_exit(hash_lock);
9150                                         continue;
9151                                 }
9152
9153                                 l2arc_free_abd_on_write(to_write, asize, type);
9154                         }
9155
9156                         if (pio == NULL) {
9157                                 /*
9158                                  * Insert a dummy header on the buflist so
9159                                  * l2arc_write_done() can find where the
9160                                  * write buffers begin without searching.
9161                                  */
9162                                 mutex_enter(&dev->l2ad_mtx);
9163                                 list_insert_head(&dev->l2ad_buflist, head);
9164                                 mutex_exit(&dev->l2ad_mtx);
9165
9166                                 cb = kmem_alloc(
9167                                     sizeof (l2arc_write_callback_t), KM_SLEEP);
9168                                 cb->l2wcb_dev = dev;
9169                                 cb->l2wcb_head = head;
9170                                 /*
9171                                  * Create a list to save allocated abd buffers
9172                                  * for l2arc_log_blk_commit().
9173                                  */
9174                                 list_create(&cb->l2wcb_abd_list,
9175                                     sizeof (l2arc_lb_abd_buf_t),
9176                                     offsetof(l2arc_lb_abd_buf_t, node));
9177                                 pio = zio_root(spa, l2arc_write_done, cb,
9178                                     ZIO_FLAG_CANFAIL);
9179                         }
9180
9181                         hdr->b_l2hdr.b_dev = dev;
9182                         hdr->b_l2hdr.b_hits = 0;
9183
9184                         hdr->b_l2hdr.b_daddr = dev->l2ad_hand;
9185                         hdr->b_l2hdr.b_arcs_state =
9186                             hdr->b_l1hdr.b_state->arcs_state;
9187                         arc_hdr_set_flags(hdr, ARC_FLAG_HAS_L2HDR);
9188
9189                         mutex_enter(&dev->l2ad_mtx);
9190                         list_insert_head(&dev->l2ad_buflist, hdr);
9191                         mutex_exit(&dev->l2ad_mtx);
9192
9193                         (void) zfs_refcount_add_many(&dev->l2ad_alloc,
9194                             arc_hdr_size(hdr), hdr);
9195
9196                         wzio = zio_write_phys(pio, dev->l2ad_vdev,
9197                             hdr->b_l2hdr.b_daddr, asize, to_write,
9198                             ZIO_CHECKSUM_OFF, NULL, hdr,
9199                             ZIO_PRIORITY_ASYNC_WRITE,
9200                             ZIO_FLAG_CANFAIL, B_FALSE);
9201
9202                         write_lsize += HDR_GET_LSIZE(hdr);
9203                         DTRACE_PROBE2(l2arc__write, vdev_t *, dev->l2ad_vdev,
9204                             zio_t *, wzio);
9205
9206                         write_psize += psize;
9207                         write_asize += asize;
9208                         dev->l2ad_hand += asize;
9209                         l2arc_hdr_arcstats_increment(hdr);
9210                         vdev_space_update(dev->l2ad_vdev, asize, 0, 0);
9211
9212                         mutex_exit(hash_lock);
9213
9214                         /*
9215                          * Append buf info to current log and commit if full.
9216                          * arcstat_l2_{size,asize} kstats are updated
9217                          * internally.
9218                          */
9219                         if (l2arc_log_blk_insert(dev, hdr)) {
9220                                 /*
9221                                  * l2ad_hand will be adjusted in
9222                                  * l2arc_log_blk_commit().
9223                                  */
9224                                 write_asize +=
9225                                     l2arc_log_blk_commit(dev, pio, cb);
9226                         }
9227
9228                         zio_nowait(wzio);
9229                 }
9230
9231                 multilist_sublist_unlock(mls);
9232
9233                 if (full == B_TRUE)
9234                         break;
9235         }
9236
9237         /* No buffers selected for writing? */
9238         if (pio == NULL) {
9239                 ASSERT0(write_lsize);
9240                 ASSERT(!HDR_HAS_L1HDR(head));
9241                 kmem_cache_free(hdr_l2only_cache, head);
9242
9243                 /*
9244                  * Although we did not write any buffers l2ad_evict may
9245                  * have advanced.
9246                  */
9247                 if (dev->l2ad_evict != l2dhdr->dh_evict)
9248                         l2arc_dev_hdr_update(dev);
9249
9250                 return (0);
9251         }
9252
9253         if (!dev->l2ad_first)
9254                 ASSERT3U(dev->l2ad_hand, <=, dev->l2ad_evict);
9255
9256         ASSERT3U(write_asize, <=, target_sz);
9257         ARCSTAT_BUMP(arcstat_l2_writes_sent);
9258         ARCSTAT_INCR(arcstat_l2_write_bytes, write_psize);
9259
9260         dev->l2ad_writing = B_TRUE;
9261         (void) zio_wait(pio);
9262         dev->l2ad_writing = B_FALSE;
9263
9264         /*
9265          * Update the device header after the zio completes as
9266          * l2arc_write_done() may have updated the memory holding the log block
9267          * pointers in the device header.
9268          */
9269         l2arc_dev_hdr_update(dev);
9270
9271         return (write_asize);
9272 }
9273
9274 static boolean_t
9275 l2arc_hdr_limit_reached(void)
9276 {
9277         int64_t s = aggsum_upper_bound(&arc_sums.arcstat_l2_hdr_size);
9278
9279         return (arc_reclaim_needed() ||
9280             (s > (arc_warm ? arc_c : arc_c_max) * l2arc_meta_percent / 100));
9281 }
9282
9283 /*
9284  * This thread feeds the L2ARC at regular intervals.  This is the beating
9285  * heart of the L2ARC.
9286  */
9287 static  __attribute__((noreturn)) void
9288 l2arc_feed_thread(void *unused)
9289 {
9290         (void) unused;
9291         callb_cpr_t cpr;
9292         l2arc_dev_t *dev;
9293         spa_t *spa;
9294         uint64_t size, wrote;
9295         clock_t begin, next = ddi_get_lbolt();
9296         fstrans_cookie_t cookie;
9297
9298         CALLB_CPR_INIT(&cpr, &l2arc_feed_thr_lock, callb_generic_cpr, FTAG);
9299
9300         mutex_enter(&l2arc_feed_thr_lock);
9301
9302         cookie = spl_fstrans_mark();
9303         while (l2arc_thread_exit == 0) {
9304                 CALLB_CPR_SAFE_BEGIN(&cpr);
9305                 (void) cv_timedwait_idle(&l2arc_feed_thr_cv,
9306                     &l2arc_feed_thr_lock, next);
9307                 CALLB_CPR_SAFE_END(&cpr, &l2arc_feed_thr_lock);
9308                 next = ddi_get_lbolt() + hz;
9309
9310                 /*
9311                  * Quick check for L2ARC devices.
9312                  */
9313                 mutex_enter(&l2arc_dev_mtx);
9314                 if (l2arc_ndev == 0) {
9315                         mutex_exit(&l2arc_dev_mtx);
9316                         continue;
9317                 }
9318                 mutex_exit(&l2arc_dev_mtx);
9319                 begin = ddi_get_lbolt();
9320
9321                 /*
9322                  * This selects the next l2arc device to write to, and in
9323                  * doing so the next spa to feed from: dev->l2ad_spa.   This
9324                  * will return NULL if there are now no l2arc devices or if
9325                  * they are all faulted.
9326                  *
9327                  * If a device is returned, its spa's config lock is also
9328                  * held to prevent device removal.  l2arc_dev_get_next()
9329                  * will grab and release l2arc_dev_mtx.
9330                  */
9331                 if ((dev = l2arc_dev_get_next()) == NULL)
9332                         continue;
9333
9334                 spa = dev->l2ad_spa;
9335                 ASSERT3P(spa, !=, NULL);
9336
9337                 /*
9338                  * If the pool is read-only then force the feed thread to
9339                  * sleep a little longer.
9340                  */
9341                 if (!spa_writeable(spa)) {
9342                         next = ddi_get_lbolt() + 5 * l2arc_feed_secs * hz;
9343                         spa_config_exit(spa, SCL_L2ARC, dev);
9344                         continue;
9345                 }
9346
9347                 /*
9348                  * Avoid contributing to memory pressure.
9349                  */
9350                 if (l2arc_hdr_limit_reached()) {
9351                         ARCSTAT_BUMP(arcstat_l2_abort_lowmem);
9352                         spa_config_exit(spa, SCL_L2ARC, dev);
9353                         continue;
9354                 }
9355
9356                 ARCSTAT_BUMP(arcstat_l2_feeds);
9357
9358                 size = l2arc_write_size(dev);
9359
9360                 /*
9361                  * Evict L2ARC buffers that will be overwritten.
9362                  */
9363                 l2arc_evict(dev, size, B_FALSE);
9364
9365                 /*
9366                  * Write ARC buffers.
9367                  */
9368                 wrote = l2arc_write_buffers(spa, dev, size);
9369
9370                 /*
9371                  * Calculate interval between writes.
9372                  */
9373                 next = l2arc_write_interval(begin, size, wrote);
9374                 spa_config_exit(spa, SCL_L2ARC, dev);
9375         }
9376         spl_fstrans_unmark(cookie);
9377
9378         l2arc_thread_exit = 0;
9379         cv_broadcast(&l2arc_feed_thr_cv);
9380         CALLB_CPR_EXIT(&cpr);           /* drops l2arc_feed_thr_lock */
9381         thread_exit();
9382 }
9383
9384 boolean_t
9385 l2arc_vdev_present(vdev_t *vd)
9386 {
9387         return (l2arc_vdev_get(vd) != NULL);
9388 }
9389
9390 /*
9391  * Returns the l2arc_dev_t associated with a particular vdev_t or NULL if
9392  * the vdev_t isn't an L2ARC device.
9393  */
9394 l2arc_dev_t *
9395 l2arc_vdev_get(vdev_t *vd)
9396 {
9397         l2arc_dev_t     *dev;
9398
9399         mutex_enter(&l2arc_dev_mtx);
9400         for (dev = list_head(l2arc_dev_list); dev != NULL;
9401             dev = list_next(l2arc_dev_list, dev)) {
9402                 if (dev->l2ad_vdev == vd)
9403                         break;
9404         }
9405         mutex_exit(&l2arc_dev_mtx);
9406
9407         return (dev);
9408 }
9409
9410 static void
9411 l2arc_rebuild_dev(l2arc_dev_t *dev, boolean_t reopen)
9412 {
9413         l2arc_dev_hdr_phys_t *l2dhdr = dev->l2ad_dev_hdr;
9414         uint64_t l2dhdr_asize = dev->l2ad_dev_hdr_asize;
9415         spa_t *spa = dev->l2ad_spa;
9416
9417         /*
9418          * The L2ARC has to hold at least the payload of one log block for
9419          * them to be restored (persistent L2ARC). The payload of a log block
9420          * depends on the amount of its log entries. We always write log blocks
9421          * with 1022 entries. How many of them are committed or restored depends
9422          * on the size of the L2ARC device. Thus the maximum payload of
9423          * one log block is 1022 * SPA_MAXBLOCKSIZE = 16GB. If the L2ARC device
9424          * is less than that, we reduce the amount of committed and restored
9425          * log entries per block so as to enable persistence.
9426          */
9427         if (dev->l2ad_end < l2arc_rebuild_blocks_min_l2size) {
9428                 dev->l2ad_log_entries = 0;
9429         } else {
9430                 dev->l2ad_log_entries = MIN((dev->l2ad_end -
9431                     dev->l2ad_start) >> SPA_MAXBLOCKSHIFT,
9432                     L2ARC_LOG_BLK_MAX_ENTRIES);
9433         }
9434
9435         /*
9436          * Read the device header, if an error is returned do not rebuild L2ARC.
9437          */
9438         if (l2arc_dev_hdr_read(dev) == 0 && dev->l2ad_log_entries > 0) {
9439                 /*
9440                  * If we are onlining a cache device (vdev_reopen) that was
9441                  * still present (l2arc_vdev_present()) and rebuild is enabled,
9442                  * we should evict all ARC buffers and pointers to log blocks
9443                  * and reclaim their space before restoring its contents to
9444                  * L2ARC.
9445                  */
9446                 if (reopen) {
9447                         if (!l2arc_rebuild_enabled) {
9448                                 return;
9449                         } else {
9450                                 l2arc_evict(dev, 0, B_TRUE);
9451                                 /* start a new log block */
9452                                 dev->l2ad_log_ent_idx = 0;
9453                                 dev->l2ad_log_blk_payload_asize = 0;
9454                                 dev->l2ad_log_blk_payload_start = 0;
9455                         }
9456                 }
9457                 /*
9458                  * Just mark the device as pending for a rebuild. We won't
9459                  * be starting a rebuild in line here as it would block pool
9460                  * import. Instead spa_load_impl will hand that off to an
9461                  * async task which will call l2arc_spa_rebuild_start.
9462                  */
9463                 dev->l2ad_rebuild = B_TRUE;
9464         } else if (spa_writeable(spa)) {
9465                 /*
9466                  * In this case TRIM the whole device if l2arc_trim_ahead > 0,
9467                  * otherwise create a new header. We zero out the memory holding
9468                  * the header to reset dh_start_lbps. If we TRIM the whole
9469                  * device the new header will be written by
9470                  * vdev_trim_l2arc_thread() at the end of the TRIM to update the
9471                  * trim_state in the header too. When reading the header, if
9472                  * trim_state is not VDEV_TRIM_COMPLETE and l2arc_trim_ahead > 0
9473                  * we opt to TRIM the whole device again.
9474                  */
9475                 if (l2arc_trim_ahead > 0) {
9476                         dev->l2ad_trim_all = B_TRUE;
9477                 } else {
9478                         memset(l2dhdr, 0, l2dhdr_asize);
9479                         l2arc_dev_hdr_update(dev);
9480                 }
9481         }
9482 }
9483
9484 /*
9485  * Add a vdev for use by the L2ARC.  By this point the spa has already
9486  * validated the vdev and opened it.
9487  */
9488 void
9489 l2arc_add_vdev(spa_t *spa, vdev_t *vd)
9490 {
9491         l2arc_dev_t             *adddev;
9492         uint64_t                l2dhdr_asize;
9493
9494         ASSERT(!l2arc_vdev_present(vd));
9495
9496         /*
9497          * Create a new l2arc device entry.
9498          */
9499         adddev = vmem_zalloc(sizeof (l2arc_dev_t), KM_SLEEP);
9500         adddev->l2ad_spa = spa;
9501         adddev->l2ad_vdev = vd;
9502         /* leave extra size for an l2arc device header */
9503         l2dhdr_asize = adddev->l2ad_dev_hdr_asize =
9504             MAX(sizeof (*adddev->l2ad_dev_hdr), 1 << vd->vdev_ashift);
9505         adddev->l2ad_start = VDEV_LABEL_START_SIZE + l2dhdr_asize;
9506         adddev->l2ad_end = VDEV_LABEL_START_SIZE + vdev_get_min_asize(vd);
9507         ASSERT3U(adddev->l2ad_start, <, adddev->l2ad_end);
9508         adddev->l2ad_hand = adddev->l2ad_start;
9509         adddev->l2ad_evict = adddev->l2ad_start;
9510         adddev->l2ad_first = B_TRUE;
9511         adddev->l2ad_writing = B_FALSE;
9512         adddev->l2ad_trim_all = B_FALSE;
9513         list_link_init(&adddev->l2ad_node);
9514         adddev->l2ad_dev_hdr = kmem_zalloc(l2dhdr_asize, KM_SLEEP);
9515
9516         mutex_init(&adddev->l2ad_mtx, NULL, MUTEX_DEFAULT, NULL);
9517         /*
9518          * This is a list of all ARC buffers that are still valid on the
9519          * device.
9520          */
9521         list_create(&adddev->l2ad_buflist, sizeof (arc_buf_hdr_t),
9522             offsetof(arc_buf_hdr_t, b_l2hdr.b_l2node));
9523
9524         /*
9525          * This is a list of pointers to log blocks that are still present
9526          * on the device.
9527          */
9528         list_create(&adddev->l2ad_lbptr_list, sizeof (l2arc_lb_ptr_buf_t),
9529             offsetof(l2arc_lb_ptr_buf_t, node));
9530
9531         vdev_space_update(vd, 0, 0, adddev->l2ad_end - adddev->l2ad_hand);
9532         zfs_refcount_create(&adddev->l2ad_alloc);
9533         zfs_refcount_create(&adddev->l2ad_lb_asize);
9534         zfs_refcount_create(&adddev->l2ad_lb_count);
9535
9536         /*
9537          * Decide if dev is eligible for L2ARC rebuild or whole device
9538          * trimming. This has to happen before the device is added in the
9539          * cache device list and l2arc_dev_mtx is released. Otherwise
9540          * l2arc_feed_thread() might already start writing on the
9541          * device.
9542          */
9543         l2arc_rebuild_dev(adddev, B_FALSE);
9544
9545         /*
9546          * Add device to global list
9547          */
9548         mutex_enter(&l2arc_dev_mtx);
9549         list_insert_head(l2arc_dev_list, adddev);
9550         atomic_inc_64(&l2arc_ndev);
9551         mutex_exit(&l2arc_dev_mtx);
9552 }
9553
9554 /*
9555  * Decide if a vdev is eligible for L2ARC rebuild, called from vdev_reopen()
9556  * in case of onlining a cache device.
9557  */
9558 void
9559 l2arc_rebuild_vdev(vdev_t *vd, boolean_t reopen)
9560 {
9561         l2arc_dev_t             *dev = NULL;
9562
9563         dev = l2arc_vdev_get(vd);
9564         ASSERT3P(dev, !=, NULL);
9565
9566         /*
9567          * In contrast to l2arc_add_vdev() we do not have to worry about
9568          * l2arc_feed_thread() invalidating previous content when onlining a
9569          * cache device. The device parameters (l2ad*) are not cleared when
9570          * offlining the device and writing new buffers will not invalidate
9571          * all previous content. In worst case only buffers that have not had
9572          * their log block written to the device will be lost.
9573          * When onlining the cache device (ie offline->online without exporting
9574          * the pool in between) this happens:
9575          * vdev_reopen() -> vdev_open() -> l2arc_rebuild_vdev()
9576          *                      |                       |
9577          *              vdev_is_dead() = B_FALSE        l2ad_rebuild = B_TRUE
9578          * During the time where vdev_is_dead = B_FALSE and until l2ad_rebuild
9579          * is set to B_TRUE we might write additional buffers to the device.
9580          */
9581         l2arc_rebuild_dev(dev, reopen);
9582 }
9583
9584 /*
9585  * Remove a vdev from the L2ARC.
9586  */
9587 void
9588 l2arc_remove_vdev(vdev_t *vd)
9589 {
9590         l2arc_dev_t *remdev = NULL;
9591
9592         /*
9593          * Find the device by vdev
9594          */
9595         remdev = l2arc_vdev_get(vd);
9596         ASSERT3P(remdev, !=, NULL);
9597
9598         /*
9599          * Cancel any ongoing or scheduled rebuild.
9600          */
9601         mutex_enter(&l2arc_rebuild_thr_lock);
9602         if (remdev->l2ad_rebuild_began == B_TRUE) {
9603                 remdev->l2ad_rebuild_cancel = B_TRUE;
9604                 while (remdev->l2ad_rebuild == B_TRUE)
9605                         cv_wait(&l2arc_rebuild_thr_cv, &l2arc_rebuild_thr_lock);
9606         }
9607         mutex_exit(&l2arc_rebuild_thr_lock);
9608
9609         /*
9610          * Remove device from global list
9611          */
9612         mutex_enter(&l2arc_dev_mtx);
9613         list_remove(l2arc_dev_list, remdev);
9614         l2arc_dev_last = NULL;          /* may have been invalidated */
9615         atomic_dec_64(&l2arc_ndev);
9616         mutex_exit(&l2arc_dev_mtx);
9617
9618         /*
9619          * Clear all buflists and ARC references.  L2ARC device flush.
9620          */
9621         l2arc_evict(remdev, 0, B_TRUE);
9622         list_destroy(&remdev->l2ad_buflist);
9623         ASSERT(list_is_empty(&remdev->l2ad_lbptr_list));
9624         list_destroy(&remdev->l2ad_lbptr_list);
9625         mutex_destroy(&remdev->l2ad_mtx);
9626         zfs_refcount_destroy(&remdev->l2ad_alloc);
9627         zfs_refcount_destroy(&remdev->l2ad_lb_asize);
9628         zfs_refcount_destroy(&remdev->l2ad_lb_count);
9629         kmem_free(remdev->l2ad_dev_hdr, remdev->l2ad_dev_hdr_asize);
9630         vmem_free(remdev, sizeof (l2arc_dev_t));
9631 }
9632
9633 void
9634 l2arc_init(void)
9635 {
9636         l2arc_thread_exit = 0;
9637         l2arc_ndev = 0;
9638
9639         mutex_init(&l2arc_feed_thr_lock, NULL, MUTEX_DEFAULT, NULL);
9640         cv_init(&l2arc_feed_thr_cv, NULL, CV_DEFAULT, NULL);
9641         mutex_init(&l2arc_rebuild_thr_lock, NULL, MUTEX_DEFAULT, NULL);
9642         cv_init(&l2arc_rebuild_thr_cv, NULL, CV_DEFAULT, NULL);
9643         mutex_init(&l2arc_dev_mtx, NULL, MUTEX_DEFAULT, NULL);
9644         mutex_init(&l2arc_free_on_write_mtx, NULL, MUTEX_DEFAULT, NULL);
9645
9646         l2arc_dev_list = &L2ARC_dev_list;
9647         l2arc_free_on_write = &L2ARC_free_on_write;
9648         list_create(l2arc_dev_list, sizeof (l2arc_dev_t),
9649             offsetof(l2arc_dev_t, l2ad_node));
9650         list_create(l2arc_free_on_write, sizeof (l2arc_data_free_t),
9651             offsetof(l2arc_data_free_t, l2df_list_node));
9652 }
9653
9654 void
9655 l2arc_fini(void)
9656 {
9657         mutex_destroy(&l2arc_feed_thr_lock);
9658         cv_destroy(&l2arc_feed_thr_cv);
9659         mutex_destroy(&l2arc_rebuild_thr_lock);
9660         cv_destroy(&l2arc_rebuild_thr_cv);
9661         mutex_destroy(&l2arc_dev_mtx);
9662         mutex_destroy(&l2arc_free_on_write_mtx);
9663
9664         list_destroy(l2arc_dev_list);
9665         list_destroy(l2arc_free_on_write);
9666 }
9667
9668 void
9669 l2arc_start(void)
9670 {
9671         if (!(spa_mode_global & SPA_MODE_WRITE))
9672                 return;
9673
9674         (void) thread_create(NULL, 0, l2arc_feed_thread, NULL, 0, &p0,
9675             TS_RUN, defclsyspri);
9676 }
9677
9678 void
9679 l2arc_stop(void)
9680 {
9681         if (!(spa_mode_global & SPA_MODE_WRITE))
9682                 return;
9683
9684         mutex_enter(&l2arc_feed_thr_lock);
9685         cv_signal(&l2arc_feed_thr_cv);  /* kick thread out of startup */
9686         l2arc_thread_exit = 1;
9687         while (l2arc_thread_exit != 0)
9688                 cv_wait(&l2arc_feed_thr_cv, &l2arc_feed_thr_lock);
9689         mutex_exit(&l2arc_feed_thr_lock);
9690 }
9691
9692 /*
9693  * Punches out rebuild threads for the L2ARC devices in a spa. This should
9694  * be called after pool import from the spa async thread, since starting
9695  * these threads directly from spa_import() will make them part of the
9696  * "zpool import" context and delay process exit (and thus pool import).
9697  */
9698 void
9699 l2arc_spa_rebuild_start(spa_t *spa)
9700 {
9701         ASSERT(MUTEX_HELD(&spa_namespace_lock));
9702
9703         /*
9704          * Locate the spa's l2arc devices and kick off rebuild threads.
9705          */
9706         for (int i = 0; i < spa->spa_l2cache.sav_count; i++) {
9707                 l2arc_dev_t *dev =
9708                     l2arc_vdev_get(spa->spa_l2cache.sav_vdevs[i]);
9709                 if (dev == NULL) {
9710                         /* Don't attempt a rebuild if the vdev is UNAVAIL */
9711                         continue;
9712                 }
9713                 mutex_enter(&l2arc_rebuild_thr_lock);
9714                 if (dev->l2ad_rebuild && !dev->l2ad_rebuild_cancel) {
9715                         dev->l2ad_rebuild_began = B_TRUE;
9716                         (void) thread_create(NULL, 0, l2arc_dev_rebuild_thread,
9717                             dev, 0, &p0, TS_RUN, minclsyspri);
9718                 }
9719                 mutex_exit(&l2arc_rebuild_thr_lock);
9720         }
9721 }
9722
9723 /*
9724  * Main entry point for L2ARC rebuilding.
9725  */
9726 static __attribute__((noreturn)) void
9727 l2arc_dev_rebuild_thread(void *arg)
9728 {
9729         l2arc_dev_t *dev = arg;
9730
9731         VERIFY(!dev->l2ad_rebuild_cancel);
9732         VERIFY(dev->l2ad_rebuild);
9733         (void) l2arc_rebuild(dev);
9734         mutex_enter(&l2arc_rebuild_thr_lock);
9735         dev->l2ad_rebuild_began = B_FALSE;
9736         dev->l2ad_rebuild = B_FALSE;
9737         mutex_exit(&l2arc_rebuild_thr_lock);
9738
9739         thread_exit();
9740 }
9741
9742 /*
9743  * This function implements the actual L2ARC metadata rebuild. It:
9744  * starts reading the log block chain and restores each block's contents
9745  * to memory (reconstructing arc_buf_hdr_t's).
9746  *
9747  * Operation stops under any of the following conditions:
9748  *
9749  * 1) We reach the end of the log block chain.
9750  * 2) We encounter *any* error condition (cksum errors, io errors)
9751  */
9752 static int
9753 l2arc_rebuild(l2arc_dev_t *dev)
9754 {
9755         vdev_t                  *vd = dev->l2ad_vdev;
9756         spa_t                   *spa = vd->vdev_spa;
9757         int                     err = 0;
9758         l2arc_dev_hdr_phys_t    *l2dhdr = dev->l2ad_dev_hdr;
9759         l2arc_log_blk_phys_t    *this_lb, *next_lb;
9760         zio_t                   *this_io = NULL, *next_io = NULL;
9761         l2arc_log_blkptr_t      lbps[2];
9762         l2arc_lb_ptr_buf_t      *lb_ptr_buf;
9763         boolean_t               lock_held;
9764
9765         this_lb = vmem_zalloc(sizeof (*this_lb), KM_SLEEP);
9766         next_lb = vmem_zalloc(sizeof (*next_lb), KM_SLEEP);
9767
9768         /*
9769          * We prevent device removal while issuing reads to the device,
9770          * then during the rebuilding phases we drop this lock again so
9771          * that a spa_unload or device remove can be initiated - this is
9772          * safe, because the spa will signal us to stop before removing
9773          * our device and wait for us to stop.
9774          */
9775         spa_config_enter(spa, SCL_L2ARC, vd, RW_READER);
9776         lock_held = B_TRUE;
9777
9778         /*
9779          * Retrieve the persistent L2ARC device state.
9780          * L2BLK_GET_PSIZE returns aligned size for log blocks.
9781          */
9782         dev->l2ad_evict = MAX(l2dhdr->dh_evict, dev->l2ad_start);
9783         dev->l2ad_hand = MAX(l2dhdr->dh_start_lbps[0].lbp_daddr +
9784             L2BLK_GET_PSIZE((&l2dhdr->dh_start_lbps[0])->lbp_prop),
9785             dev->l2ad_start);
9786         dev->l2ad_first = !!(l2dhdr->dh_flags & L2ARC_DEV_HDR_EVICT_FIRST);
9787
9788         vd->vdev_trim_action_time = l2dhdr->dh_trim_action_time;
9789         vd->vdev_trim_state = l2dhdr->dh_trim_state;
9790
9791         /*
9792          * In case the zfs module parameter l2arc_rebuild_enabled is false
9793          * we do not start the rebuild process.
9794          */
9795         if (!l2arc_rebuild_enabled)
9796                 goto out;
9797
9798         /* Prepare the rebuild process */
9799         memcpy(lbps, l2dhdr->dh_start_lbps, sizeof (lbps));
9800
9801         /* Start the rebuild process */
9802         for (;;) {
9803                 if (!l2arc_log_blkptr_valid(dev, &lbps[0]))
9804                         break;
9805
9806                 if ((err = l2arc_log_blk_read(dev, &lbps[0], &lbps[1],
9807                     this_lb, next_lb, this_io, &next_io)) != 0)
9808                         goto out;
9809
9810                 /*
9811                  * Our memory pressure valve. If the system is running low
9812                  * on memory, rather than swamping memory with new ARC buf
9813                  * hdrs, we opt not to rebuild the L2ARC. At this point,
9814                  * however, we have already set up our L2ARC dev to chain in
9815                  * new metadata log blocks, so the user may choose to offline/
9816                  * online the L2ARC dev at a later time (or re-import the pool)
9817                  * to reconstruct it (when there's less memory pressure).
9818                  */
9819                 if (l2arc_hdr_limit_reached()) {
9820                         ARCSTAT_BUMP(arcstat_l2_rebuild_abort_lowmem);
9821                         cmn_err(CE_NOTE, "System running low on memory, "
9822                             "aborting L2ARC rebuild.");
9823                         err = SET_ERROR(ENOMEM);
9824                         goto out;
9825                 }
9826
9827                 spa_config_exit(spa, SCL_L2ARC, vd);
9828                 lock_held = B_FALSE;
9829
9830                 /*
9831                  * Now that we know that the next_lb checks out alright, we
9832                  * can start reconstruction from this log block.
9833                  * L2BLK_GET_PSIZE returns aligned size for log blocks.
9834                  */
9835                 uint64_t asize = L2BLK_GET_PSIZE((&lbps[0])->lbp_prop);
9836                 l2arc_log_blk_restore(dev, this_lb, asize);
9837
9838                 /*
9839                  * log block restored, include its pointer in the list of
9840                  * pointers to log blocks present in the L2ARC device.
9841                  */
9842                 lb_ptr_buf = kmem_zalloc(sizeof (l2arc_lb_ptr_buf_t), KM_SLEEP);
9843                 lb_ptr_buf->lb_ptr = kmem_zalloc(sizeof (l2arc_log_blkptr_t),
9844                     KM_SLEEP);
9845                 memcpy(lb_ptr_buf->lb_ptr, &lbps[0],
9846                     sizeof (l2arc_log_blkptr_t));
9847                 mutex_enter(&dev->l2ad_mtx);
9848                 list_insert_tail(&dev->l2ad_lbptr_list, lb_ptr_buf);
9849                 ARCSTAT_INCR(arcstat_l2_log_blk_asize, asize);
9850                 ARCSTAT_BUMP(arcstat_l2_log_blk_count);
9851                 zfs_refcount_add_many(&dev->l2ad_lb_asize, asize, lb_ptr_buf);
9852                 zfs_refcount_add(&dev->l2ad_lb_count, lb_ptr_buf);
9853                 mutex_exit(&dev->l2ad_mtx);
9854                 vdev_space_update(vd, asize, 0, 0);
9855
9856                 /*
9857                  * Protection against loops of log blocks:
9858                  *
9859                  *                                     l2ad_hand  l2ad_evict
9860                  *                                         V          V
9861                  * l2ad_start |=======================================| l2ad_end
9862                  *             -----|||----|||---|||----|||
9863                  *                  (3)    (2)   (1)    (0)
9864                  *             ---|||---|||----|||---|||
9865                  *                (7)   (6)    (5)   (4)
9866                  *
9867                  * In this situation the pointer of log block (4) passes
9868                  * l2arc_log_blkptr_valid() but the log block should not be
9869                  * restored as it is overwritten by the payload of log block
9870                  * (0). Only log blocks (0)-(3) should be restored. We check
9871                  * whether l2ad_evict lies in between the payload starting
9872                  * offset of the next log block (lbps[1].lbp_payload_start)
9873                  * and the payload starting offset of the present log block
9874                  * (lbps[0].lbp_payload_start). If true and this isn't the
9875                  * first pass, we are looping from the beginning and we should
9876                  * stop.
9877                  */
9878                 if (l2arc_range_check_overlap(lbps[1].lbp_payload_start,
9879                     lbps[0].lbp_payload_start, dev->l2ad_evict) &&
9880                     !dev->l2ad_first)
9881                         goto out;
9882
9883                 kpreempt(KPREEMPT_SYNC);
9884                 for (;;) {
9885                         mutex_enter(&l2arc_rebuild_thr_lock);
9886                         if (dev->l2ad_rebuild_cancel) {
9887                                 dev->l2ad_rebuild = B_FALSE;
9888                                 cv_signal(&l2arc_rebuild_thr_cv);
9889                                 mutex_exit(&l2arc_rebuild_thr_lock);
9890                                 err = SET_ERROR(ECANCELED);
9891                                 goto out;
9892                         }
9893                         mutex_exit(&l2arc_rebuild_thr_lock);
9894                         if (spa_config_tryenter(spa, SCL_L2ARC, vd,
9895                             RW_READER)) {
9896                                 lock_held = B_TRUE;
9897                                 break;
9898                         }
9899                         /*
9900                          * L2ARC config lock held by somebody in writer,
9901                          * possibly due to them trying to remove us. They'll
9902                          * likely to want us to shut down, so after a little
9903                          * delay, we check l2ad_rebuild_cancel and retry
9904                          * the lock again.
9905                          */
9906                         delay(1);
9907                 }
9908
9909                 /*
9910                  * Continue with the next log block.
9911                  */
9912                 lbps[0] = lbps[1];
9913                 lbps[1] = this_lb->lb_prev_lbp;
9914                 PTR_SWAP(this_lb, next_lb);
9915                 this_io = next_io;
9916                 next_io = NULL;
9917         }
9918
9919         if (this_io != NULL)
9920                 l2arc_log_blk_fetch_abort(this_io);
9921 out:
9922         if (next_io != NULL)
9923                 l2arc_log_blk_fetch_abort(next_io);
9924         vmem_free(this_lb, sizeof (*this_lb));
9925         vmem_free(next_lb, sizeof (*next_lb));
9926
9927         if (!l2arc_rebuild_enabled) {
9928                 spa_history_log_internal(spa, "L2ARC rebuild", NULL,
9929                     "disabled");
9930         } else if (err == 0 && zfs_refcount_count(&dev->l2ad_lb_count) > 0) {
9931                 ARCSTAT_BUMP(arcstat_l2_rebuild_success);
9932                 spa_history_log_internal(spa, "L2ARC rebuild", NULL,
9933                     "successful, restored %llu blocks",
9934                     (u_longlong_t)zfs_refcount_count(&dev->l2ad_lb_count));
9935         } else if (err == 0 && zfs_refcount_count(&dev->l2ad_lb_count) == 0) {
9936                 /*
9937                  * No error but also nothing restored, meaning the lbps array
9938                  * in the device header points to invalid/non-present log
9939                  * blocks. Reset the header.
9940                  */
9941                 spa_history_log_internal(spa, "L2ARC rebuild", NULL,
9942                     "no valid log blocks");
9943                 memset(l2dhdr, 0, dev->l2ad_dev_hdr_asize);
9944                 l2arc_dev_hdr_update(dev);
9945         } else if (err == ECANCELED) {
9946                 /*
9947                  * In case the rebuild was canceled do not log to spa history
9948                  * log as the pool may be in the process of being removed.
9949                  */
9950                 zfs_dbgmsg("L2ARC rebuild aborted, restored %llu blocks",
9951                     (u_longlong_t)zfs_refcount_count(&dev->l2ad_lb_count));
9952         } else if (err != 0) {
9953                 spa_history_log_internal(spa, "L2ARC rebuild", NULL,
9954                     "aborted, restored %llu blocks",
9955                     (u_longlong_t)zfs_refcount_count(&dev->l2ad_lb_count));
9956         }
9957
9958         if (lock_held)
9959                 spa_config_exit(spa, SCL_L2ARC, vd);
9960
9961         return (err);
9962 }
9963
9964 /*
9965  * Attempts to read the device header on the provided L2ARC device and writes
9966  * it to `hdr'. On success, this function returns 0, otherwise the appropriate
9967  * error code is returned.
9968  */
9969 static int
9970 l2arc_dev_hdr_read(l2arc_dev_t *dev)
9971 {
9972         int                     err;
9973         uint64_t                guid;
9974         l2arc_dev_hdr_phys_t    *l2dhdr = dev->l2ad_dev_hdr;
9975         const uint64_t          l2dhdr_asize = dev->l2ad_dev_hdr_asize;
9976         abd_t                   *abd;
9977
9978         guid = spa_guid(dev->l2ad_vdev->vdev_spa);
9979
9980         abd = abd_get_from_buf(l2dhdr, l2dhdr_asize);
9981
9982         err = zio_wait(zio_read_phys(NULL, dev->l2ad_vdev,
9983             VDEV_LABEL_START_SIZE, l2dhdr_asize, abd,
9984             ZIO_CHECKSUM_LABEL, NULL, NULL, ZIO_PRIORITY_SYNC_READ,
9985             ZIO_FLAG_CANFAIL | ZIO_FLAG_DONT_PROPAGATE | ZIO_FLAG_DONT_RETRY |
9986             ZIO_FLAG_SPECULATIVE, B_FALSE));
9987
9988         abd_free(abd);
9989
9990         if (err != 0) {
9991                 ARCSTAT_BUMP(arcstat_l2_rebuild_abort_dh_errors);
9992                 zfs_dbgmsg("L2ARC IO error (%d) while reading device header, "
9993                     "vdev guid: %llu", err,
9994                     (u_longlong_t)dev->l2ad_vdev->vdev_guid);
9995                 return (err);
9996         }
9997
9998         if (l2dhdr->dh_magic == BSWAP_64(L2ARC_DEV_HDR_MAGIC))
9999                 byteswap_uint64_array(l2dhdr, sizeof (*l2dhdr));
10000
10001         if (l2dhdr->dh_magic != L2ARC_DEV_HDR_MAGIC ||
10002             l2dhdr->dh_spa_guid != guid ||
10003             l2dhdr->dh_vdev_guid != dev->l2ad_vdev->vdev_guid ||
10004             l2dhdr->dh_version != L2ARC_PERSISTENT_VERSION ||
10005             l2dhdr->dh_log_entries != dev->l2ad_log_entries ||
10006             l2dhdr->dh_end != dev->l2ad_end ||
10007             !l2arc_range_check_overlap(dev->l2ad_start, dev->l2ad_end,
10008             l2dhdr->dh_evict) ||
10009             (l2dhdr->dh_trim_state != VDEV_TRIM_COMPLETE &&
10010             l2arc_trim_ahead > 0)) {
10011                 /*
10012                  * Attempt to rebuild a device containing no actual dev hdr
10013                  * or containing a header from some other pool or from another
10014                  * version of persistent L2ARC.
10015                  */
10016                 ARCSTAT_BUMP(arcstat_l2_rebuild_abort_unsupported);
10017                 return (SET_ERROR(ENOTSUP));
10018         }
10019
10020         return (0);
10021 }
10022
10023 /*
10024  * Reads L2ARC log blocks from storage and validates their contents.
10025  *
10026  * This function implements a simple fetcher to make sure that while
10027  * we're processing one buffer the L2ARC is already fetching the next
10028  * one in the chain.
10029  *
10030  * The arguments this_lp and next_lp point to the current and next log block
10031  * address in the block chain. Similarly, this_lb and next_lb hold the
10032  * l2arc_log_blk_phys_t's of the current and next L2ARC blk.
10033  *
10034  * The `this_io' and `next_io' arguments are used for block fetching.
10035  * When issuing the first blk IO during rebuild, you should pass NULL for
10036  * `this_io'. This function will then issue a sync IO to read the block and
10037  * also issue an async IO to fetch the next block in the block chain. The
10038  * fetched IO is returned in `next_io'. On subsequent calls to this
10039  * function, pass the value returned in `next_io' from the previous call
10040  * as `this_io' and a fresh `next_io' pointer to hold the next fetch IO.
10041  * Prior to the call, you should initialize your `next_io' pointer to be
10042  * NULL. If no fetch IO was issued, the pointer is left set at NULL.
10043  *
10044  * On success, this function returns 0, otherwise it returns an appropriate
10045  * error code. On error the fetching IO is aborted and cleared before
10046  * returning from this function. Therefore, if we return `success', the
10047  * caller can assume that we have taken care of cleanup of fetch IOs.
10048  */
10049 static int
10050 l2arc_log_blk_read(l2arc_dev_t *dev,
10051     const l2arc_log_blkptr_t *this_lbp, const l2arc_log_blkptr_t *next_lbp,
10052     l2arc_log_blk_phys_t *this_lb, l2arc_log_blk_phys_t *next_lb,
10053     zio_t *this_io, zio_t **next_io)
10054 {
10055         int             err = 0;
10056         zio_cksum_t     cksum;
10057         abd_t           *abd = NULL;
10058         uint64_t        asize;
10059
10060         ASSERT(this_lbp != NULL && next_lbp != NULL);
10061         ASSERT(this_lb != NULL && next_lb != NULL);
10062         ASSERT(next_io != NULL && *next_io == NULL);
10063         ASSERT(l2arc_log_blkptr_valid(dev, this_lbp));
10064
10065         /*
10066          * Check to see if we have issued the IO for this log block in a
10067          * previous run. If not, this is the first call, so issue it now.
10068          */
10069         if (this_io == NULL) {
10070                 this_io = l2arc_log_blk_fetch(dev->l2ad_vdev, this_lbp,
10071                     this_lb);
10072         }
10073
10074         /*
10075          * Peek to see if we can start issuing the next IO immediately.
10076          */
10077         if (l2arc_log_blkptr_valid(dev, next_lbp)) {
10078                 /*
10079                  * Start issuing IO for the next log block early - this
10080                  * should help keep the L2ARC device busy while we
10081                  * decompress and restore this log block.
10082                  */
10083                 *next_io = l2arc_log_blk_fetch(dev->l2ad_vdev, next_lbp,
10084                     next_lb);
10085         }
10086
10087         /* Wait for the IO to read this log block to complete */
10088         if ((err = zio_wait(this_io)) != 0) {
10089                 ARCSTAT_BUMP(arcstat_l2_rebuild_abort_io_errors);
10090                 zfs_dbgmsg("L2ARC IO error (%d) while reading log block, "
10091                     "offset: %llu, vdev guid: %llu", err,
10092                     (u_longlong_t)this_lbp->lbp_daddr,
10093                     (u_longlong_t)dev->l2ad_vdev->vdev_guid);
10094                 goto cleanup;
10095         }
10096
10097         /*
10098          * Make sure the buffer checks out.
10099          * L2BLK_GET_PSIZE returns aligned size for log blocks.
10100          */
10101         asize = L2BLK_GET_PSIZE((this_lbp)->lbp_prop);
10102         fletcher_4_native(this_lb, asize, NULL, &cksum);
10103         if (!ZIO_CHECKSUM_EQUAL(cksum, this_lbp->lbp_cksum)) {
10104                 ARCSTAT_BUMP(arcstat_l2_rebuild_abort_cksum_lb_errors);
10105                 zfs_dbgmsg("L2ARC log block cksum failed, offset: %llu, "
10106                     "vdev guid: %llu, l2ad_hand: %llu, l2ad_evict: %llu",
10107                     (u_longlong_t)this_lbp->lbp_daddr,
10108                     (u_longlong_t)dev->l2ad_vdev->vdev_guid,
10109                     (u_longlong_t)dev->l2ad_hand,
10110                     (u_longlong_t)dev->l2ad_evict);
10111                 err = SET_ERROR(ECKSUM);
10112                 goto cleanup;
10113         }
10114
10115         /* Now we can take our time decoding this buffer */
10116         switch (L2BLK_GET_COMPRESS((this_lbp)->lbp_prop)) {
10117         case ZIO_COMPRESS_OFF:
10118                 break;
10119         case ZIO_COMPRESS_LZ4:
10120                 abd = abd_alloc_for_io(asize, B_TRUE);
10121                 abd_copy_from_buf_off(abd, this_lb, 0, asize);
10122                 if ((err = zio_decompress_data(
10123                     L2BLK_GET_COMPRESS((this_lbp)->lbp_prop),
10124                     abd, this_lb, asize, sizeof (*this_lb), NULL)) != 0) {
10125                         err = SET_ERROR(EINVAL);
10126                         goto cleanup;
10127                 }
10128                 break;
10129         default:
10130                 err = SET_ERROR(EINVAL);
10131                 goto cleanup;
10132         }
10133         if (this_lb->lb_magic == BSWAP_64(L2ARC_LOG_BLK_MAGIC))
10134                 byteswap_uint64_array(this_lb, sizeof (*this_lb));
10135         if (this_lb->lb_magic != L2ARC_LOG_BLK_MAGIC) {
10136                 err = SET_ERROR(EINVAL);
10137                 goto cleanup;
10138         }
10139 cleanup:
10140         /* Abort an in-flight fetch I/O in case of error */
10141         if (err != 0 && *next_io != NULL) {
10142                 l2arc_log_blk_fetch_abort(*next_io);
10143                 *next_io = NULL;
10144         }
10145         if (abd != NULL)
10146                 abd_free(abd);
10147         return (err);
10148 }
10149
10150 /*
10151  * Restores the payload of a log block to ARC. This creates empty ARC hdr
10152  * entries which only contain an l2arc hdr, essentially restoring the
10153  * buffers to their L2ARC evicted state. This function also updates space
10154  * usage on the L2ARC vdev to make sure it tracks restored buffers.
10155  */
10156 static void
10157 l2arc_log_blk_restore(l2arc_dev_t *dev, const l2arc_log_blk_phys_t *lb,
10158     uint64_t lb_asize)
10159 {
10160         uint64_t        size = 0, asize = 0;
10161         uint64_t        log_entries = dev->l2ad_log_entries;
10162
10163         /*
10164          * Usually arc_adapt() is called only for data, not headers, but
10165          * since we may allocate significant amount of memory here, let ARC
10166          * grow its arc_c.
10167          */
10168         arc_adapt(log_entries * HDR_L2ONLY_SIZE);
10169
10170         for (int i = log_entries - 1; i >= 0; i--) {
10171                 /*
10172                  * Restore goes in the reverse temporal direction to preserve
10173                  * correct temporal ordering of buffers in the l2ad_buflist.
10174                  * l2arc_hdr_restore also does a list_insert_tail instead of
10175                  * list_insert_head on the l2ad_buflist:
10176                  *
10177                  *              LIST    l2ad_buflist            LIST
10178                  *              HEAD  <------ (time) ------     TAIL
10179                  * direction    +-----+-----+-----+-----+-----+    direction
10180                  * of l2arc <== | buf | buf | buf | buf | buf | ===> of rebuild
10181                  * fill         +-----+-----+-----+-----+-----+
10182                  *              ^                               ^
10183                  *              |                               |
10184                  *              |                               |
10185                  *      l2arc_feed_thread               l2arc_rebuild
10186                  *      will place new bufs here        restores bufs here
10187                  *
10188                  * During l2arc_rebuild() the device is not used by
10189                  * l2arc_feed_thread() as dev->l2ad_rebuild is set to true.
10190                  */
10191                 size += L2BLK_GET_LSIZE((&lb->lb_entries[i])->le_prop);
10192                 asize += vdev_psize_to_asize(dev->l2ad_vdev,
10193                     L2BLK_GET_PSIZE((&lb->lb_entries[i])->le_prop));
10194                 l2arc_hdr_restore(&lb->lb_entries[i], dev);
10195         }
10196
10197         /*
10198          * Record rebuild stats:
10199          *      size            Logical size of restored buffers in the L2ARC
10200          *      asize           Aligned size of restored buffers in the L2ARC
10201          */
10202         ARCSTAT_INCR(arcstat_l2_rebuild_size, size);
10203         ARCSTAT_INCR(arcstat_l2_rebuild_asize, asize);
10204         ARCSTAT_INCR(arcstat_l2_rebuild_bufs, log_entries);
10205         ARCSTAT_F_AVG(arcstat_l2_log_blk_avg_asize, lb_asize);
10206         ARCSTAT_F_AVG(arcstat_l2_data_to_meta_ratio, asize / lb_asize);
10207         ARCSTAT_BUMP(arcstat_l2_rebuild_log_blks);
10208 }
10209
10210 /*
10211  * Restores a single ARC buf hdr from a log entry. The ARC buffer is put
10212  * into a state indicating that it has been evicted to L2ARC.
10213  */
10214 static void
10215 l2arc_hdr_restore(const l2arc_log_ent_phys_t *le, l2arc_dev_t *dev)
10216 {
10217         arc_buf_hdr_t           *hdr, *exists;
10218         kmutex_t                *hash_lock;
10219         arc_buf_contents_t      type = L2BLK_GET_TYPE((le)->le_prop);
10220         uint64_t                asize;
10221
10222         /*
10223          * Do all the allocation before grabbing any locks, this lets us
10224          * sleep if memory is full and we don't have to deal with failed
10225          * allocations.
10226          */
10227         hdr = arc_buf_alloc_l2only(L2BLK_GET_LSIZE((le)->le_prop), type,
10228             dev, le->le_dva, le->le_daddr,
10229             L2BLK_GET_PSIZE((le)->le_prop), le->le_birth,
10230             L2BLK_GET_COMPRESS((le)->le_prop), le->le_complevel,
10231             L2BLK_GET_PROTECTED((le)->le_prop),
10232             L2BLK_GET_PREFETCH((le)->le_prop),
10233             L2BLK_GET_STATE((le)->le_prop));
10234         asize = vdev_psize_to_asize(dev->l2ad_vdev,
10235             L2BLK_GET_PSIZE((le)->le_prop));
10236
10237         /*
10238          * vdev_space_update() has to be called before arc_hdr_destroy() to
10239          * avoid underflow since the latter also calls vdev_space_update().
10240          */
10241         l2arc_hdr_arcstats_increment(hdr);
10242         vdev_space_update(dev->l2ad_vdev, asize, 0, 0);
10243
10244         mutex_enter(&dev->l2ad_mtx);
10245         list_insert_tail(&dev->l2ad_buflist, hdr);
10246         (void) zfs_refcount_add_many(&dev->l2ad_alloc, arc_hdr_size(hdr), hdr);
10247         mutex_exit(&dev->l2ad_mtx);
10248
10249         exists = buf_hash_insert(hdr, &hash_lock);
10250         if (exists) {
10251                 /* Buffer was already cached, no need to restore it. */
10252                 arc_hdr_destroy(hdr);
10253                 /*
10254                  * If the buffer is already cached, check whether it has
10255                  * L2ARC metadata. If not, enter them and update the flag.
10256                  * This is important is case of onlining a cache device, since
10257                  * we previously evicted all L2ARC metadata from ARC.
10258                  */
10259                 if (!HDR_HAS_L2HDR(exists)) {
10260                         arc_hdr_set_flags(exists, ARC_FLAG_HAS_L2HDR);
10261                         exists->b_l2hdr.b_dev = dev;
10262                         exists->b_l2hdr.b_daddr = le->le_daddr;
10263                         exists->b_l2hdr.b_arcs_state =
10264                             L2BLK_GET_STATE((le)->le_prop);
10265                         mutex_enter(&dev->l2ad_mtx);
10266                         list_insert_tail(&dev->l2ad_buflist, exists);
10267                         (void) zfs_refcount_add_many(&dev->l2ad_alloc,
10268                             arc_hdr_size(exists), exists);
10269                         mutex_exit(&dev->l2ad_mtx);
10270                         l2arc_hdr_arcstats_increment(exists);
10271                         vdev_space_update(dev->l2ad_vdev, asize, 0, 0);
10272                 }
10273                 ARCSTAT_BUMP(arcstat_l2_rebuild_bufs_precached);
10274         }
10275
10276         mutex_exit(hash_lock);
10277 }
10278
10279 /*
10280  * Starts an asynchronous read IO to read a log block. This is used in log
10281  * block reconstruction to start reading the next block before we are done
10282  * decoding and reconstructing the current block, to keep the l2arc device
10283  * nice and hot with read IO to process.
10284  * The returned zio will contain a newly allocated memory buffers for the IO
10285  * data which should then be freed by the caller once the zio is no longer
10286  * needed (i.e. due to it having completed). If you wish to abort this
10287  * zio, you should do so using l2arc_log_blk_fetch_abort, which takes
10288  * care of disposing of the allocated buffers correctly.
10289  */
10290 static zio_t *
10291 l2arc_log_blk_fetch(vdev_t *vd, const l2arc_log_blkptr_t *lbp,
10292     l2arc_log_blk_phys_t *lb)
10293 {
10294         uint32_t                asize;
10295         zio_t                   *pio;
10296         l2arc_read_callback_t   *cb;
10297
10298         /* L2BLK_GET_PSIZE returns aligned size for log blocks */
10299         asize = L2BLK_GET_PSIZE((lbp)->lbp_prop);
10300         ASSERT(asize <= sizeof (l2arc_log_blk_phys_t));
10301
10302         cb = kmem_zalloc(sizeof (l2arc_read_callback_t), KM_SLEEP);
10303         cb->l2rcb_abd = abd_get_from_buf(lb, asize);
10304         pio = zio_root(vd->vdev_spa, l2arc_blk_fetch_done, cb,
10305             ZIO_FLAG_CANFAIL | ZIO_FLAG_DONT_PROPAGATE | ZIO_FLAG_DONT_RETRY);
10306         (void) zio_nowait(zio_read_phys(pio, vd, lbp->lbp_daddr, asize,
10307             cb->l2rcb_abd, ZIO_CHECKSUM_OFF, NULL, NULL,
10308             ZIO_PRIORITY_ASYNC_READ, ZIO_FLAG_CANFAIL |
10309             ZIO_FLAG_DONT_PROPAGATE | ZIO_FLAG_DONT_RETRY, B_FALSE));
10310
10311         return (pio);
10312 }
10313
10314 /*
10315  * Aborts a zio returned from l2arc_log_blk_fetch and frees the data
10316  * buffers allocated for it.
10317  */
10318 static void
10319 l2arc_log_blk_fetch_abort(zio_t *zio)
10320 {
10321         (void) zio_wait(zio);
10322 }
10323
10324 /*
10325  * Creates a zio to update the device header on an l2arc device.
10326  */
10327 void
10328 l2arc_dev_hdr_update(l2arc_dev_t *dev)
10329 {
10330         l2arc_dev_hdr_phys_t    *l2dhdr = dev->l2ad_dev_hdr;
10331         const uint64_t          l2dhdr_asize = dev->l2ad_dev_hdr_asize;
10332         abd_t                   *abd;
10333         int                     err;
10334
10335         VERIFY(spa_config_held(dev->l2ad_spa, SCL_STATE_ALL, RW_READER));
10336
10337         l2dhdr->dh_magic = L2ARC_DEV_HDR_MAGIC;
10338         l2dhdr->dh_version = L2ARC_PERSISTENT_VERSION;
10339         l2dhdr->dh_spa_guid = spa_guid(dev->l2ad_vdev->vdev_spa);
10340         l2dhdr->dh_vdev_guid = dev->l2ad_vdev->vdev_guid;
10341         l2dhdr->dh_log_entries = dev->l2ad_log_entries;
10342         l2dhdr->dh_evict = dev->l2ad_evict;
10343         l2dhdr->dh_start = dev->l2ad_start;
10344         l2dhdr->dh_end = dev->l2ad_end;
10345         l2dhdr->dh_lb_asize = zfs_refcount_count(&dev->l2ad_lb_asize);
10346         l2dhdr->dh_lb_count = zfs_refcount_count(&dev->l2ad_lb_count);
10347         l2dhdr->dh_flags = 0;
10348         l2dhdr->dh_trim_action_time = dev->l2ad_vdev->vdev_trim_action_time;
10349         l2dhdr->dh_trim_state = dev->l2ad_vdev->vdev_trim_state;
10350         if (dev->l2ad_first)
10351                 l2dhdr->dh_flags |= L2ARC_DEV_HDR_EVICT_FIRST;
10352
10353         abd = abd_get_from_buf(l2dhdr, l2dhdr_asize);
10354
10355         err = zio_wait(zio_write_phys(NULL, dev->l2ad_vdev,
10356             VDEV_LABEL_START_SIZE, l2dhdr_asize, abd, ZIO_CHECKSUM_LABEL, NULL,
10357             NULL, ZIO_PRIORITY_ASYNC_WRITE, ZIO_FLAG_CANFAIL, B_FALSE));
10358
10359         abd_free(abd);
10360
10361         if (err != 0) {
10362                 zfs_dbgmsg("L2ARC IO error (%d) while writing device header, "
10363                     "vdev guid: %llu", err,
10364                     (u_longlong_t)dev->l2ad_vdev->vdev_guid);
10365         }
10366 }
10367
10368 /*
10369  * Commits a log block to the L2ARC device. This routine is invoked from
10370  * l2arc_write_buffers when the log block fills up.
10371  * This function allocates some memory to temporarily hold the serialized
10372  * buffer to be written. This is then released in l2arc_write_done.
10373  */
10374 static uint64_t
10375 l2arc_log_blk_commit(l2arc_dev_t *dev, zio_t *pio, l2arc_write_callback_t *cb)
10376 {
10377         l2arc_log_blk_phys_t    *lb = &dev->l2ad_log_blk;
10378         l2arc_dev_hdr_phys_t    *l2dhdr = dev->l2ad_dev_hdr;
10379         uint64_t                psize, asize;
10380         zio_t                   *wzio;
10381         l2arc_lb_abd_buf_t      *abd_buf;
10382         uint8_t                 *tmpbuf = NULL;
10383         l2arc_lb_ptr_buf_t      *lb_ptr_buf;
10384
10385         VERIFY3S(dev->l2ad_log_ent_idx, ==, dev->l2ad_log_entries);
10386
10387         abd_buf = zio_buf_alloc(sizeof (*abd_buf));
10388         abd_buf->abd = abd_get_from_buf(lb, sizeof (*lb));
10389         lb_ptr_buf = kmem_zalloc(sizeof (l2arc_lb_ptr_buf_t), KM_SLEEP);
10390         lb_ptr_buf->lb_ptr = kmem_zalloc(sizeof (l2arc_log_blkptr_t), KM_SLEEP);
10391
10392         /* link the buffer into the block chain */
10393         lb->lb_prev_lbp = l2dhdr->dh_start_lbps[1];
10394         lb->lb_magic = L2ARC_LOG_BLK_MAGIC;
10395
10396         /*
10397          * l2arc_log_blk_commit() may be called multiple times during a single
10398          * l2arc_write_buffers() call. Save the allocated abd buffers in a list
10399          * so we can free them in l2arc_write_done() later on.
10400          */
10401         list_insert_tail(&cb->l2wcb_abd_list, abd_buf);
10402
10403         /* try to compress the buffer */
10404         psize = zio_compress_data(ZIO_COMPRESS_LZ4,
10405             abd_buf->abd, (void **) &tmpbuf, sizeof (*lb), 0);
10406
10407         /* a log block is never entirely zero */
10408         ASSERT(psize != 0);
10409         asize = vdev_psize_to_asize(dev->l2ad_vdev, psize);
10410         ASSERT(asize <= sizeof (*lb));
10411
10412         /*
10413          * Update the start log block pointer in the device header to point
10414          * to the log block we're about to write.
10415          */
10416         l2dhdr->dh_start_lbps[1] = l2dhdr->dh_start_lbps[0];
10417         l2dhdr->dh_start_lbps[0].lbp_daddr = dev->l2ad_hand;
10418         l2dhdr->dh_start_lbps[0].lbp_payload_asize =
10419             dev->l2ad_log_blk_payload_asize;
10420         l2dhdr->dh_start_lbps[0].lbp_payload_start =
10421             dev->l2ad_log_blk_payload_start;
10422         L2BLK_SET_LSIZE(
10423             (&l2dhdr->dh_start_lbps[0])->lbp_prop, sizeof (*lb));
10424         L2BLK_SET_PSIZE(
10425             (&l2dhdr->dh_start_lbps[0])->lbp_prop, asize);
10426         L2BLK_SET_CHECKSUM(
10427             (&l2dhdr->dh_start_lbps[0])->lbp_prop,
10428             ZIO_CHECKSUM_FLETCHER_4);
10429         if (asize < sizeof (*lb)) {
10430                 /* compression succeeded */
10431                 memset(tmpbuf + psize, 0, asize - psize);
10432                 L2BLK_SET_COMPRESS(
10433                     (&l2dhdr->dh_start_lbps[0])->lbp_prop,
10434                     ZIO_COMPRESS_LZ4);
10435         } else {
10436                 /* compression failed */
10437                 memcpy(tmpbuf, lb, sizeof (*lb));
10438                 L2BLK_SET_COMPRESS(
10439                     (&l2dhdr->dh_start_lbps[0])->lbp_prop,
10440                     ZIO_COMPRESS_OFF);
10441         }
10442
10443         /* checksum what we're about to write */
10444         fletcher_4_native(tmpbuf, asize, NULL,
10445             &l2dhdr->dh_start_lbps[0].lbp_cksum);
10446
10447         abd_free(abd_buf->abd);
10448
10449         /* perform the write itself */
10450         abd_buf->abd = abd_get_from_buf(tmpbuf, sizeof (*lb));
10451         abd_take_ownership_of_buf(abd_buf->abd, B_TRUE);
10452         wzio = zio_write_phys(pio, dev->l2ad_vdev, dev->l2ad_hand,
10453             asize, abd_buf->abd, ZIO_CHECKSUM_OFF, NULL, NULL,
10454             ZIO_PRIORITY_ASYNC_WRITE, ZIO_FLAG_CANFAIL, B_FALSE);
10455         DTRACE_PROBE2(l2arc__write, vdev_t *, dev->l2ad_vdev, zio_t *, wzio);
10456         (void) zio_nowait(wzio);
10457
10458         dev->l2ad_hand += asize;
10459         /*
10460          * Include the committed log block's pointer  in the list of pointers
10461          * to log blocks present in the L2ARC device.
10462          */
10463         memcpy(lb_ptr_buf->lb_ptr, &l2dhdr->dh_start_lbps[0],
10464             sizeof (l2arc_log_blkptr_t));
10465         mutex_enter(&dev->l2ad_mtx);
10466         list_insert_head(&dev->l2ad_lbptr_list, lb_ptr_buf);
10467         ARCSTAT_INCR(arcstat_l2_log_blk_asize, asize);
10468         ARCSTAT_BUMP(arcstat_l2_log_blk_count);
10469         zfs_refcount_add_many(&dev->l2ad_lb_asize, asize, lb_ptr_buf);
10470         zfs_refcount_add(&dev->l2ad_lb_count, lb_ptr_buf);
10471         mutex_exit(&dev->l2ad_mtx);
10472         vdev_space_update(dev->l2ad_vdev, asize, 0, 0);
10473
10474         /* bump the kstats */
10475         ARCSTAT_INCR(arcstat_l2_write_bytes, asize);
10476         ARCSTAT_BUMP(arcstat_l2_log_blk_writes);
10477         ARCSTAT_F_AVG(arcstat_l2_log_blk_avg_asize, asize);
10478         ARCSTAT_F_AVG(arcstat_l2_data_to_meta_ratio,
10479             dev->l2ad_log_blk_payload_asize / asize);
10480
10481         /* start a new log block */
10482         dev->l2ad_log_ent_idx = 0;
10483         dev->l2ad_log_blk_payload_asize = 0;
10484         dev->l2ad_log_blk_payload_start = 0;
10485
10486         return (asize);
10487 }
10488
10489 /*
10490  * Validates an L2ARC log block address to make sure that it can be read
10491  * from the provided L2ARC device.
10492  */
10493 boolean_t
10494 l2arc_log_blkptr_valid(l2arc_dev_t *dev, const l2arc_log_blkptr_t *lbp)
10495 {
10496         /* L2BLK_GET_PSIZE returns aligned size for log blocks */
10497         uint64_t asize = L2BLK_GET_PSIZE((lbp)->lbp_prop);
10498         uint64_t end = lbp->lbp_daddr + asize - 1;
10499         uint64_t start = lbp->lbp_payload_start;
10500         boolean_t evicted = B_FALSE;
10501
10502         /*
10503          * A log block is valid if all of the following conditions are true:
10504          * - it fits entirely (including its payload) between l2ad_start and
10505          *   l2ad_end
10506          * - it has a valid size
10507          * - neither the log block itself nor part of its payload was evicted
10508          *   by l2arc_evict():
10509          *
10510          *              l2ad_hand          l2ad_evict
10511          *              |                        |      lbp_daddr
10512          *              |     start              |      |  end
10513          *              |     |                  |      |  |
10514          *              V     V                  V      V  V
10515          *   l2ad_start ============================================ l2ad_end
10516          *                    --------------------------||||
10517          *                              ^                ^
10518          *                              |               log block
10519          *                              payload
10520          */
10521
10522         evicted =
10523             l2arc_range_check_overlap(start, end, dev->l2ad_hand) ||
10524             l2arc_range_check_overlap(start, end, dev->l2ad_evict) ||
10525             l2arc_range_check_overlap(dev->l2ad_hand, dev->l2ad_evict, start) ||
10526             l2arc_range_check_overlap(dev->l2ad_hand, dev->l2ad_evict, end);
10527
10528         return (start >= dev->l2ad_start && end <= dev->l2ad_end &&
10529             asize > 0 && asize <= sizeof (l2arc_log_blk_phys_t) &&
10530             (!evicted || dev->l2ad_first));
10531 }
10532
10533 /*
10534  * Inserts ARC buffer header `hdr' into the current L2ARC log block on
10535  * the device. The buffer being inserted must be present in L2ARC.
10536  * Returns B_TRUE if the L2ARC log block is full and needs to be committed
10537  * to L2ARC, or B_FALSE if it still has room for more ARC buffers.
10538  */
10539 static boolean_t
10540 l2arc_log_blk_insert(l2arc_dev_t *dev, const arc_buf_hdr_t *hdr)
10541 {
10542         l2arc_log_blk_phys_t    *lb = &dev->l2ad_log_blk;
10543         l2arc_log_ent_phys_t    *le;
10544
10545         if (dev->l2ad_log_entries == 0)
10546                 return (B_FALSE);
10547
10548         int index = dev->l2ad_log_ent_idx++;
10549
10550         ASSERT3S(index, <, dev->l2ad_log_entries);
10551         ASSERT(HDR_HAS_L2HDR(hdr));
10552
10553         le = &lb->lb_entries[index];
10554         memset(le, 0, sizeof (*le));
10555         le->le_dva = hdr->b_dva;
10556         le->le_birth = hdr->b_birth;
10557         le->le_daddr = hdr->b_l2hdr.b_daddr;
10558         if (index == 0)
10559                 dev->l2ad_log_blk_payload_start = le->le_daddr;
10560         L2BLK_SET_LSIZE((le)->le_prop, HDR_GET_LSIZE(hdr));
10561         L2BLK_SET_PSIZE((le)->le_prop, HDR_GET_PSIZE(hdr));
10562         L2BLK_SET_COMPRESS((le)->le_prop, HDR_GET_COMPRESS(hdr));
10563         le->le_complevel = hdr->b_complevel;
10564         L2BLK_SET_TYPE((le)->le_prop, hdr->b_type);
10565         L2BLK_SET_PROTECTED((le)->le_prop, !!(HDR_PROTECTED(hdr)));
10566         L2BLK_SET_PREFETCH((le)->le_prop, !!(HDR_PREFETCH(hdr)));
10567         L2BLK_SET_STATE((le)->le_prop, hdr->b_l1hdr.b_state->arcs_state);
10568
10569         dev->l2ad_log_blk_payload_asize += vdev_psize_to_asize(dev->l2ad_vdev,
10570             HDR_GET_PSIZE(hdr));
10571
10572         return (dev->l2ad_log_ent_idx == dev->l2ad_log_entries);
10573 }
10574
10575 /*
10576  * Checks whether a given L2ARC device address sits in a time-sequential
10577  * range. The trick here is that the L2ARC is a rotary buffer, so we can't
10578  * just do a range comparison, we need to handle the situation in which the
10579  * range wraps around the end of the L2ARC device. Arguments:
10580  *      bottom -- Lower end of the range to check (written to earlier).
10581  *      top    -- Upper end of the range to check (written to later).
10582  *      check  -- The address for which we want to determine if it sits in
10583  *                between the top and bottom.
10584  *
10585  * The 3-way conditional below represents the following cases:
10586  *
10587  *      bottom < top : Sequentially ordered case:
10588  *        <check>--------+-------------------+
10589  *                       |  (overlap here?)  |
10590  *       L2ARC dev       V                   V
10591  *       |---------------<bottom>============<top>--------------|
10592  *
10593  *      bottom > top: Looped-around case:
10594  *                            <check>--------+------------------+
10595  *                                           |  (overlap here?) |
10596  *       L2ARC dev                           V                  V
10597  *       |===============<top>---------------<bottom>===========|
10598  *       ^               ^
10599  *       |  (or here?)   |
10600  *       +---------------+---------<check>
10601  *
10602  *      top == bottom : Just a single address comparison.
10603  */
10604 boolean_t
10605 l2arc_range_check_overlap(uint64_t bottom, uint64_t top, uint64_t check)
10606 {
10607         if (bottom < top)
10608                 return (bottom <= check && check <= top);
10609         else if (bottom > top)
10610                 return (check <= top || bottom <= check);
10611         else
10612                 return (check == top);
10613 }
10614
10615 EXPORT_SYMBOL(arc_buf_size);
10616 EXPORT_SYMBOL(arc_write);
10617 EXPORT_SYMBOL(arc_read);
10618 EXPORT_SYMBOL(arc_buf_info);
10619 EXPORT_SYMBOL(arc_getbuf_func);
10620 EXPORT_SYMBOL(arc_add_prune_callback);
10621 EXPORT_SYMBOL(arc_remove_prune_callback);
10622
10623 ZFS_MODULE_PARAM_CALL(zfs_arc, zfs_arc_, min, param_set_arc_min,
10624         spl_param_get_u64, ZMOD_RW, "Minimum ARC size in bytes");
10625
10626 ZFS_MODULE_PARAM_CALL(zfs_arc, zfs_arc_, max, param_set_arc_max,
10627         spl_param_get_u64, ZMOD_RW, "Maximum ARC size in bytes");
10628
10629 ZFS_MODULE_PARAM(zfs_arc, zfs_arc_, meta_balance, UINT, ZMOD_RW,
10630         "Balance between metadata and data on ghost hits.");
10631
10632 ZFS_MODULE_PARAM_CALL(zfs_arc, zfs_arc_, grow_retry, param_set_arc_int,
10633         param_get_uint, ZMOD_RW, "Seconds before growing ARC size");
10634
10635 ZFS_MODULE_PARAM_CALL(zfs_arc, zfs_arc_, shrink_shift, param_set_arc_int,
10636         param_get_uint, ZMOD_RW, "log2(fraction of ARC to reclaim)");
10637
10638 ZFS_MODULE_PARAM(zfs_arc, zfs_arc_, pc_percent, UINT, ZMOD_RW,
10639         "Percent of pagecache to reclaim ARC to");
10640
10641 ZFS_MODULE_PARAM(zfs_arc, zfs_arc_, average_blocksize, UINT, ZMOD_RD,
10642         "Target average block size");
10643
10644 ZFS_MODULE_PARAM(zfs, zfs_, compressed_arc_enabled, INT, ZMOD_RW,
10645         "Disable compressed ARC buffers");
10646
10647 ZFS_MODULE_PARAM_CALL(zfs_arc, zfs_arc_, min_prefetch_ms, param_set_arc_int,
10648         param_get_uint, ZMOD_RW, "Min life of prefetch block in ms");
10649
10650 ZFS_MODULE_PARAM_CALL(zfs_arc, zfs_arc_, min_prescient_prefetch_ms,
10651     param_set_arc_int, param_get_uint, ZMOD_RW,
10652         "Min life of prescient prefetched block in ms");
10653
10654 ZFS_MODULE_PARAM(zfs_l2arc, l2arc_, write_max, U64, ZMOD_RW,
10655         "Max write bytes per interval");
10656
10657 ZFS_MODULE_PARAM(zfs_l2arc, l2arc_, write_boost, U64, ZMOD_RW,
10658         "Extra write bytes during device warmup");
10659
10660 ZFS_MODULE_PARAM(zfs_l2arc, l2arc_, headroom, U64, ZMOD_RW,
10661         "Number of max device writes to precache");
10662
10663 ZFS_MODULE_PARAM(zfs_l2arc, l2arc_, headroom_boost, U64, ZMOD_RW,
10664         "Compressed l2arc_headroom multiplier");
10665
10666 ZFS_MODULE_PARAM(zfs_l2arc, l2arc_, trim_ahead, U64, ZMOD_RW,
10667         "TRIM ahead L2ARC write size multiplier");
10668
10669 ZFS_MODULE_PARAM(zfs_l2arc, l2arc_, feed_secs, U64, ZMOD_RW,
10670         "Seconds between L2ARC writing");
10671
10672 ZFS_MODULE_PARAM(zfs_l2arc, l2arc_, feed_min_ms, U64, ZMOD_RW,
10673         "Min feed interval in milliseconds");
10674
10675 ZFS_MODULE_PARAM(zfs_l2arc, l2arc_, noprefetch, INT, ZMOD_RW,
10676         "Skip caching prefetched buffers");
10677
10678 ZFS_MODULE_PARAM(zfs_l2arc, l2arc_, feed_again, INT, ZMOD_RW,
10679         "Turbo L2ARC warmup");
10680
10681 ZFS_MODULE_PARAM(zfs_l2arc, l2arc_, norw, INT, ZMOD_RW,
10682         "No reads during writes");
10683
10684 ZFS_MODULE_PARAM(zfs_l2arc, l2arc_, meta_percent, UINT, ZMOD_RW,
10685         "Percent of ARC size allowed for L2ARC-only headers");
10686
10687 ZFS_MODULE_PARAM(zfs_l2arc, l2arc_, rebuild_enabled, INT, ZMOD_RW,
10688         "Rebuild the L2ARC when importing a pool");
10689
10690 ZFS_MODULE_PARAM(zfs_l2arc, l2arc_, rebuild_blocks_min_l2size, U64, ZMOD_RW,
10691         "Min size in bytes to write rebuild log blocks in L2ARC");
10692
10693 ZFS_MODULE_PARAM(zfs_l2arc, l2arc_, mfuonly, INT, ZMOD_RW,
10694         "Cache only MFU data from ARC into L2ARC");
10695
10696 ZFS_MODULE_PARAM(zfs_l2arc, l2arc_, exclude_special, INT, ZMOD_RW,
10697         "Exclude dbufs on special vdevs from being cached to L2ARC if set.");
10698
10699 ZFS_MODULE_PARAM_CALL(zfs_arc, zfs_arc_, lotsfree_percent, param_set_arc_int,
10700         param_get_uint, ZMOD_RW, "System free memory I/O throttle in bytes");
10701
10702 ZFS_MODULE_PARAM_CALL(zfs_arc, zfs_arc_, sys_free, param_set_arc_u64,
10703         spl_param_get_u64, ZMOD_RW, "System free memory target size in bytes");
10704
10705 ZFS_MODULE_PARAM_CALL(zfs_arc, zfs_arc_, dnode_limit, param_set_arc_u64,
10706         spl_param_get_u64, ZMOD_RW, "Minimum bytes of dnodes in ARC");
10707
10708 ZFS_MODULE_PARAM_CALL(zfs_arc, zfs_arc_, dnode_limit_percent,
10709     param_set_arc_int, param_get_uint, ZMOD_RW,
10710         "Percent of ARC meta buffers for dnodes");
10711
10712 ZFS_MODULE_PARAM(zfs_arc, zfs_arc_, dnode_reduce_percent, UINT, ZMOD_RW,
10713         "Percentage of excess dnodes to try to unpin");
10714
10715 ZFS_MODULE_PARAM(zfs_arc, zfs_arc_, eviction_pct, UINT, ZMOD_RW,
10716         "When full, ARC allocation waits for eviction of this % of alloc size");
10717
10718 ZFS_MODULE_PARAM(zfs_arc, zfs_arc_, evict_batch_limit, UINT, ZMOD_RW,
10719         "The number of headers to evict per sublist before moving to the next");
10720
10721 ZFS_MODULE_PARAM(zfs_arc, zfs_arc_, prune_task_threads, INT, ZMOD_RW,
10722         "Number of arc_prune threads");