sys/cddl/contrib/opensolaris/uts/common/fs/zfs/vdev_queue.c

   1 /*
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   3  *
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   7  *
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   9  * or http://www.opensolaris.org/os/licensing.
  10  * See the License for the specific language governing permissions
  11  * and limitations under the License.
  12  *
  13  * When distributing Covered Code, include this CDDL HEADER in each
  14  * file and include the License file at usr/src/OPENSOLARIS.LICENSE.
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  17  * information: Portions Copyright [yyyy] [name of copyright owner]
  18  *
  19  * CDDL HEADER END
  20  */
  21 /*
  22  * Copyright 2007 Sun Microsystems, Inc.  All rights reserved.
  23  * Use is subject to license terms.
  24  */
  25
  26 #pragma ident   "%Z%%M% %I%     %E% SMI"
  27
  28 #include <sys/zfs_context.h>
  29 #include <sys/spa.h>
  30 #include <sys/vdev_impl.h>
  31 #include <sys/zio.h>
  32 #include <sys/avl.h>
  33
  34 /*
  35  * These tunables are for performance analysis.
  36  */
  37 /*
  38  * zfs_vdev_max_pending is the maximum number of i/os concurrently
  39  * pending to each device.  zfs_vdev_min_pending is the initial number
  40  * of i/os pending to each device (before it starts ramping up to
  41  * max_pending).
  42  */
  43 int zfs_vdev_max_pending = 35;
  44 int zfs_vdev_min_pending = 4;
  45
  46 /* deadline = pri + (LBOLT >> time_shift) */
  47 int zfs_vdev_time_shift = 6;
  48
  49 /* exponential I/O issue ramp-up rate */
  50 int zfs_vdev_ramp_rate = 2;
  51
  52 /*
  53  * i/os will be aggregated into a single large i/o up to
  54  * zfs_vdev_aggregation_limit bytes long.
  55  */
  56 int zfs_vdev_aggregation_limit = SPA_MAXBLOCKSIZE;
  57
  58 /*
  59  * Virtual device vector for disk I/O scheduling.
  60  */
  61 int
  62 vdev_queue_deadline_compare(const void *x1, const void *x2)
  63 {
  64         const zio_t *z1 = x1;
  65         const zio_t *z2 = x2;
  66
  67         if (z1->io_deadline < z2->io_deadline)
  68                 return (-1);
  69         if (z1->io_deadline > z2->io_deadline)
  70                 return (1);
  71
  72         if (z1->io_offset < z2->io_offset)
  73                 return (-1);
  74         if (z1->io_offset > z2->io_offset)
  75                 return (1);
  76
  77         if (z1 < z2)
  78                 return (-1);
  79         if (z1 > z2)
  80                 return (1);
  81
  82         return (0);
  83 }
  84
  85 int
  86 vdev_queue_offset_compare(const void *x1, const void *x2)
  87 {
  88         const zio_t *z1 = x1;
  89         const zio_t *z2 = x2;
  90
  91         if (z1->io_offset < z2->io_offset)
  92                 return (-1);
  93         if (z1->io_offset > z2->io_offset)
  94                 return (1);
  95
  96         if (z1 < z2)
  97                 return (-1);
  98         if (z1 > z2)
  99                 return (1);
 100
 101         return (0);
 102 }
 103
 104 void
 105 vdev_queue_init(vdev_t *vd)
 106 {
 107         vdev_queue_t *vq = &vd->vdev_queue;
 108
 109         mutex_init(&vq->vq_lock, NULL, MUTEX_DEFAULT, NULL);
 110
 111         avl_create(&vq->vq_deadline_tree, vdev_queue_deadline_compare,
 112             sizeof (zio_t), offsetof(struct zio, io_deadline_node));
 113
 114         avl_create(&vq->vq_read_tree, vdev_queue_offset_compare,
 115             sizeof (zio_t), offsetof(struct zio, io_offset_node));
 116
 117         avl_create(&vq->vq_write_tree, vdev_queue_offset_compare,
 118             sizeof (zio_t), offsetof(struct zio, io_offset_node));
 119
 120         avl_create(&vq->vq_pending_tree, vdev_queue_offset_compare,
 121             sizeof (zio_t), offsetof(struct zio, io_offset_node));
 122 }
 123
 124 void
 125 vdev_queue_fini(vdev_t *vd)
 126 {
 127         vdev_queue_t *vq = &vd->vdev_queue;
 128
 129         avl_destroy(&vq->vq_deadline_tree);
 130         avl_destroy(&vq->vq_read_tree);
 131         avl_destroy(&vq->vq_write_tree);
 132         avl_destroy(&vq->vq_pending_tree);
 133
 134         mutex_destroy(&vq->vq_lock);
 135 }
 136
 137 static void
 138 vdev_queue_io_add(vdev_queue_t *vq, zio_t *zio)
 139 {
 140         avl_add(&vq->vq_deadline_tree, zio);
 141         avl_add(zio->io_vdev_tree, zio);
 142 }
 143
 144 static void
 145 vdev_queue_io_remove(vdev_queue_t *vq, zio_t *zio)
 146 {
 147         avl_remove(&vq->vq_deadline_tree, zio);
 148         avl_remove(zio->io_vdev_tree, zio);
 149 }
 150
 151 static void
 152 vdev_queue_agg_io_done(zio_t *aio)
 153 {
 154         zio_t *dio;
 155         uint64_t offset = 0;
 156
 157         while ((dio = aio->io_delegate_list) != NULL) {
 158                 if (aio->io_type == ZIO_TYPE_READ)
 159                         bcopy((char *)aio->io_data + offset, dio->io_data,
 160                             dio->io_size);
 161                 offset += dio->io_size;
 162                 aio->io_delegate_list = dio->io_delegate_next;
 163                 dio->io_delegate_next = NULL;
 164                 dio->io_error = aio->io_error;
 165                 zio_next_stage(dio);
 166         }
 167         ASSERT3U(offset, ==, aio->io_size);
 168
 169         zio_buf_free(aio->io_data, aio->io_size);
 170 }
 171
 172 #define IS_ADJACENT(io, nio) \
 173         ((io)->io_offset + (io)->io_size == (nio)->io_offset)
 174
 175 typedef void zio_issue_func_t(zio_t *);
 176
 177 static zio_t *
 178 vdev_queue_io_to_issue(vdev_queue_t *vq, uint64_t pending_limit,
 179         zio_issue_func_t **funcp)
 180 {
 181         zio_t *fio, *lio, *aio, *dio;
 182         avl_tree_t *tree;
 183         uint64_t size;
 184
 185         ASSERT(MUTEX_HELD(&vq->vq_lock));
 186
 187         *funcp = NULL;
 188
 189         if (avl_numnodes(&vq->vq_pending_tree) >= pending_limit ||
 190             avl_numnodes(&vq->vq_deadline_tree) == 0)
 191                 return (NULL);
 192
 193         fio = lio = avl_first(&vq->vq_deadline_tree);
 194
 195         tree = fio->io_vdev_tree;
 196         size = fio->io_size;
 197
 198         while ((dio = AVL_PREV(tree, fio)) != NULL && IS_ADJACENT(dio, fio) &&
 199             size + dio->io_size <= zfs_vdev_aggregation_limit) {
 200                 dio->io_delegate_next = fio;
 201                 fio = dio;
 202                 size += dio->io_size;
 203         }
 204
 205         while ((dio = AVL_NEXT(tree, lio)) != NULL && IS_ADJACENT(lio, dio) &&
 206             size + dio->io_size <= zfs_vdev_aggregation_limit) {
 207                 lio->io_delegate_next = dio;
 208                 lio = dio;
 209                 size += dio->io_size;
 210         }
 211
 212         if (fio != lio) {
 213                 char *buf = zio_buf_alloc(size);
 214                 uint64_t offset = 0;
 215                 int nagg = 0;
 216
 217                 ASSERT(size <= zfs_vdev_aggregation_limit);
 218
 219                 aio = zio_vdev_child_io(fio, NULL, fio->io_vd,
 220                     fio->io_offset, buf, size, fio->io_type,
 221                     ZIO_PRIORITY_NOW, ZIO_FLAG_DONT_QUEUE |
 222                     ZIO_FLAG_DONT_CACHE | ZIO_FLAG_DONT_PROPAGATE |
 223                     ZIO_FLAG_NOBOOKMARK,
 224                     vdev_queue_agg_io_done, NULL);
 225
 226                 aio->io_delegate_list = fio;
 227
 228                 for (dio = fio; dio != NULL; dio = dio->io_delegate_next) {
 229                         ASSERT(dio->io_type == aio->io_type);
 230                         ASSERT(dio->io_vdev_tree == tree);
 231                         if (dio->io_type == ZIO_TYPE_WRITE)
 232                                 bcopy(dio->io_data, buf + offset, dio->io_size);
 233                         offset += dio->io_size;
 234                         vdev_queue_io_remove(vq, dio);
 235                         zio_vdev_io_bypass(dio);
 236                         nagg++;
 237                 }
 238
 239                 ASSERT(offset == size);
 240
 241                 dprintf("%5s  T=%llu  off=%8llx  agg=%3d  "
 242                     "old=%5llx  new=%5llx\n",
 243                     zio_type_name[fio->io_type],
 244                     fio->io_deadline, fio->io_offset, nagg, fio->io_size, size);
 245
 246                 avl_add(&vq->vq_pending_tree, aio);
 247
 248                 *funcp = zio_nowait;
 249                 return (aio);
 250         }
 251
 252         ASSERT(fio->io_vdev_tree == tree);
 253         vdev_queue_io_remove(vq, fio);
 254
 255         avl_add(&vq->vq_pending_tree, fio);
 256
 257         *funcp = zio_next_stage;
 258
 259         return (fio);
 260 }
 261
 262 zio_t *
 263 vdev_queue_io(zio_t *zio)
 264 {
 265         vdev_queue_t *vq = &zio->io_vd->vdev_queue;
 266         zio_t *nio;
 267         zio_issue_func_t *func;
 268
 269         ASSERT(zio->io_type == ZIO_TYPE_READ || zio->io_type == ZIO_TYPE_WRITE);
 270
 271         if (zio->io_flags & ZIO_FLAG_DONT_QUEUE)
 272                 return (zio);
 273
 274         zio->io_flags |= ZIO_FLAG_DONT_CACHE | ZIO_FLAG_DONT_QUEUE;
 275
 276         if (zio->io_type == ZIO_TYPE_READ)
 277                 zio->io_vdev_tree = &vq->vq_read_tree;
 278         else
 279                 zio->io_vdev_tree = &vq->vq_write_tree;
 280
 281         mutex_enter(&vq->vq_lock);
 282
 283         zio->io_deadline = (zio->io_timestamp >> zfs_vdev_time_shift) +
 284             zio->io_priority;
 285
 286         vdev_queue_io_add(vq, zio);
 287
 288         nio = vdev_queue_io_to_issue(vq, zfs_vdev_min_pending, &func);
 289
 290         mutex_exit(&vq->vq_lock);
 291
 292         if (nio == NULL || func != zio_nowait)
 293                 return (nio);
 294
 295         func(nio);
 296         return (NULL);
 297 }
 298
 299 void
 300 vdev_queue_io_done(zio_t *zio)
 301 {
 302         vdev_queue_t *vq = &zio->io_vd->vdev_queue;
 303         zio_t *nio;
 304         zio_issue_func_t *func;
 305         int i;
 306
 307         mutex_enter(&vq->vq_lock);
 308
 309         avl_remove(&vq->vq_pending_tree, zio);
 310
 311         for (i = 0; i < zfs_vdev_ramp_rate; i++) {
 312                 nio = vdev_queue_io_to_issue(vq, zfs_vdev_max_pending, &func);
 313                 if (nio == NULL)
 314                         break;
 315                 mutex_exit(&vq->vq_lock);
 316                 if (func == zio_next_stage)
 317                         zio_vdev_io_reissue(nio);
 318                 func(nio);
 319                 mutex_enter(&vq->vq_lock);
 320         }
 321
 322         mutex_exit(&vq->vq_lock);
 323 }