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

   1 /*
   2  * CDDL HEADER START
   3  *
   4  * The contents of this file are subject to the terms of the
   5  * Common Development and Distribution License (the "License").
   6  * You may not use this file except in compliance with the License.
   7  *
   8  * You can obtain a copy of the license at usr/src/OPENSOLARIS.LICENSE
   9  * or http://www.opensolaris.org/os/licensing.
  10  * See the License for the specific language governing permissions
  11  * and limitations under the License.
  12  *
  13  * When distributing Covered Code, include this CDDL HEADER in each
  14  * file and include the License file at usr/src/OPENSOLARIS.LICENSE.
  15  * If applicable, add the following below this CDDL HEADER, with the
  16  * fields enclosed by brackets "[]" replaced with your own identifying
  17  * information: Portions Copyright [yyyy] [name of copyright owner]
  18  *
  19  * CDDL HEADER END
  20  */
  21 /*
  22  * Copyright 2008 Sun Microsystems, Inc.  All rights reserved.
  23  * Use is subject to license terms.
  24  */
  25
  26 #include <sys/zfs_context.h>
  27 #include <sys/spa_impl.h>
  28 #include <sys/dmu.h>
  29 #include <sys/dmu_tx.h>
  30 #include <sys/space_map.h>
  31 #include <sys/metaslab_impl.h>
  32 #include <sys/vdev_impl.h>
  33 #include <sys/zio.h>
  34
  35 uint64_t metaslab_aliquot = 512ULL << 10;
  36 uint64_t metaslab_gang_bang = SPA_MAXBLOCKSIZE + 1;     /* force gang blocks */
  37
  38 /*
  39  * ==========================================================================
  40  * Metaslab classes
  41  * ==========================================================================
  42  */
  43 metaslab_class_t *
  44 metaslab_class_create(void)
  45 {
  46         metaslab_class_t *mc;
  47
  48         mc = kmem_zalloc(sizeof (metaslab_class_t), KM_SLEEP);
  49
  50         mc->mc_rotor = NULL;
  51
  52         return (mc);
  53 }
  54
  55 void
  56 metaslab_class_destroy(metaslab_class_t *mc)
  57 {
  58         metaslab_group_t *mg;
  59
  60         while ((mg = mc->mc_rotor) != NULL) {
  61                 metaslab_class_remove(mc, mg);
  62                 metaslab_group_destroy(mg);
  63         }
  64
  65         kmem_free(mc, sizeof (metaslab_class_t));
  66 }
  67
  68 void
  69 metaslab_class_add(metaslab_class_t *mc, metaslab_group_t *mg)
  70 {
  71         metaslab_group_t *mgprev, *mgnext;
  72
  73         ASSERT(mg->mg_class == NULL);
  74
  75         if ((mgprev = mc->mc_rotor) == NULL) {
  76                 mg->mg_prev = mg;
  77                 mg->mg_next = mg;
  78         } else {
  79                 mgnext = mgprev->mg_next;
  80                 mg->mg_prev = mgprev;
  81                 mg->mg_next = mgnext;
  82                 mgprev->mg_next = mg;
  83                 mgnext->mg_prev = mg;
  84         }
  85         mc->mc_rotor = mg;
  86         mg->mg_class = mc;
  87 }
  88
  89 void
  90 metaslab_class_remove(metaslab_class_t *mc, metaslab_group_t *mg)
  91 {
  92         metaslab_group_t *mgprev, *mgnext;
  93
  94         ASSERT(mg->mg_class == mc);
  95
  96         mgprev = mg->mg_prev;
  97         mgnext = mg->mg_next;
  98
  99         if (mg == mgnext) {
 100                 mc->mc_rotor = NULL;
 101         } else {
 102                 mc->mc_rotor = mgnext;
 103                 mgprev->mg_next = mgnext;
 104                 mgnext->mg_prev = mgprev;
 105         }
 106
 107         mg->mg_prev = NULL;
 108         mg->mg_next = NULL;
 109         mg->mg_class = NULL;
 110 }
 111
 112 /*
 113  * ==========================================================================
 114  * Metaslab groups
 115  * ==========================================================================
 116  */
 117 static int
 118 metaslab_compare(const void *x1, const void *x2)
 119 {
 120         const metaslab_t *m1 = x1;
 121         const metaslab_t *m2 = x2;
 122
 123         if (m1->ms_weight < m2->ms_weight)
 124                 return (1);
 125         if (m1->ms_weight > m2->ms_weight)
 126                 return (-1);
 127
 128         /*
 129          * If the weights are identical, use the offset to force uniqueness.
 130          */
 131         if (m1->ms_map.sm_start < m2->ms_map.sm_start)
 132                 return (-1);
 133         if (m1->ms_map.sm_start > m2->ms_map.sm_start)
 134                 return (1);
 135
 136         ASSERT3P(m1, ==, m2);
 137
 138         return (0);
 139 }
 140
 141 metaslab_group_t *
 142 metaslab_group_create(metaslab_class_t *mc, vdev_t *vd)
 143 {
 144         metaslab_group_t *mg;
 145
 146         mg = kmem_zalloc(sizeof (metaslab_group_t), KM_SLEEP);
 147         mutex_init(&mg->mg_lock, NULL, MUTEX_DEFAULT, NULL);
 148         avl_create(&mg->mg_metaslab_tree, metaslab_compare,
 149             sizeof (metaslab_t), offsetof(struct metaslab, ms_group_node));
 150         mg->mg_aliquot = metaslab_aliquot * MAX(1, vd->vdev_children);
 151         mg->mg_vd = vd;
 152         metaslab_class_add(mc, mg);
 153
 154         return (mg);
 155 }
 156
 157 void
 158 metaslab_group_destroy(metaslab_group_t *mg)
 159 {
 160         avl_destroy(&mg->mg_metaslab_tree);
 161         mutex_destroy(&mg->mg_lock);
 162         kmem_free(mg, sizeof (metaslab_group_t));
 163 }
 164
 165 static void
 166 metaslab_group_add(metaslab_group_t *mg, metaslab_t *msp)
 167 {
 168         mutex_enter(&mg->mg_lock);
 169         ASSERT(msp->ms_group == NULL);
 170         msp->ms_group = mg;
 171         msp->ms_weight = 0;
 172         avl_add(&mg->mg_metaslab_tree, msp);
 173         mutex_exit(&mg->mg_lock);
 174 }
 175
 176 static void
 177 metaslab_group_remove(metaslab_group_t *mg, metaslab_t *msp)
 178 {
 179         mutex_enter(&mg->mg_lock);
 180         ASSERT(msp->ms_group == mg);
 181         avl_remove(&mg->mg_metaslab_tree, msp);
 182         msp->ms_group = NULL;
 183         mutex_exit(&mg->mg_lock);
 184 }
 185
 186 static void
 187 metaslab_group_sort(metaslab_group_t *mg, metaslab_t *msp, uint64_t weight)
 188 {
 189         /*
 190          * Although in principle the weight can be any value, in
 191          * practice we do not use values in the range [1, 510].
 192          */
 193         ASSERT(weight >= SPA_MINBLOCKSIZE-1 || weight == 0);
 194         ASSERT(MUTEX_HELD(&msp->ms_lock));
 195
 196         mutex_enter(&mg->mg_lock);
 197         ASSERT(msp->ms_group == mg);
 198         avl_remove(&mg->mg_metaslab_tree, msp);
 199         msp->ms_weight = weight;
 200         avl_add(&mg->mg_metaslab_tree, msp);
 201         mutex_exit(&mg->mg_lock);
 202 }
 203
 204 /*
 205  * ==========================================================================
 206  * The first-fit block allocator
 207  * ==========================================================================
 208  */
 209 static void
 210 metaslab_ff_load(space_map_t *sm)
 211 {
 212         ASSERT(sm->sm_ppd == NULL);
 213         sm->sm_ppd = kmem_zalloc(64 * sizeof (uint64_t), KM_SLEEP);
 214 }
 215
 216 static void
 217 metaslab_ff_unload(space_map_t *sm)
 218 {
 219         kmem_free(sm->sm_ppd, 64 * sizeof (uint64_t));
 220         sm->sm_ppd = NULL;
 221 }
 222
 223 static uint64_t
 224 metaslab_ff_alloc(space_map_t *sm, uint64_t size)
 225 {
 226         avl_tree_t *t = &sm->sm_root;
 227         uint64_t align = size & -size;
 228         uint64_t *cursor = (uint64_t *)sm->sm_ppd + highbit(align) - 1;
 229         space_seg_t *ss, ssearch;
 230         avl_index_t where;
 231
 232         ssearch.ss_start = *cursor;
 233         ssearch.ss_end = *cursor + size;
 234
 235         ss = avl_find(t, &ssearch, &where);
 236         if (ss == NULL)
 237                 ss = avl_nearest(t, where, AVL_AFTER);
 238
 239         while (ss != NULL) {
 240                 uint64_t offset = P2ROUNDUP(ss->ss_start, align);
 241
 242                 if (offset + size <= ss->ss_end) {
 243                         *cursor = offset + size;
 244                         return (offset);
 245                 }
 246                 ss = AVL_NEXT(t, ss);
 247         }
 248
 249         /*
 250          * If we know we've searched the whole map (*cursor == 0), give up.
 251          * Otherwise, reset the cursor to the beginning and try again.
 252          */
 253         if (*cursor == 0)
 254                 return (-1ULL);
 255
 256         *cursor = 0;
 257         return (metaslab_ff_alloc(sm, size));
 258 }
 259
 260 /* ARGSUSED */
 261 static void
 262 metaslab_ff_claim(space_map_t *sm, uint64_t start, uint64_t size)
 263 {
 264         /* No need to update cursor */
 265 }
 266
 267 /* ARGSUSED */
 268 static void
 269 metaslab_ff_free(space_map_t *sm, uint64_t start, uint64_t size)
 270 {
 271         /* No need to update cursor */
 272 }
 273
 274 static space_map_ops_t metaslab_ff_ops = {
 275         metaslab_ff_load,
 276         metaslab_ff_unload,
 277         metaslab_ff_alloc,
 278         metaslab_ff_claim,
 279         metaslab_ff_free
 280 };
 281
 282 /*
 283  * ==========================================================================
 284  * Metaslabs
 285  * ==========================================================================
 286  */
 287 metaslab_t *
 288 metaslab_init(metaslab_group_t *mg, space_map_obj_t *smo,
 289         uint64_t start, uint64_t size, uint64_t txg)
 290 {
 291         vdev_t *vd = mg->mg_vd;
 292         metaslab_t *msp;
 293
 294         msp = kmem_zalloc(sizeof (metaslab_t), KM_SLEEP);
 295         mutex_init(&msp->ms_lock, NULL, MUTEX_DEFAULT, NULL);
 296
 297         msp->ms_smo_syncing = *smo;
 298
 299         /*
 300          * We create the main space map here, but we don't create the
 301          * allocmaps and freemaps until metaslab_sync_done().  This serves
 302          * two purposes: it allows metaslab_sync_done() to detect the
 303          * addition of new space; and for debugging, it ensures that we'd
 304          * data fault on any attempt to use this metaslab before it's ready.
 305          */
 306         space_map_create(&msp->ms_map, start, size,
 307             vd->vdev_ashift, &msp->ms_lock);
 308
 309         metaslab_group_add(mg, msp);
 310
 311         /*
 312          * If we're opening an existing pool (txg == 0) or creating
 313          * a new one (txg == TXG_INITIAL), all space is available now.
 314          * If we're adding space to an existing pool, the new space
 315          * does not become available until after this txg has synced.
 316          */
 317         if (txg <= TXG_INITIAL)
 318                 metaslab_sync_done(msp, 0);
 319
 320         if (txg != 0) {
 321                 /*
 322                  * The vdev is dirty, but the metaslab isn't -- it just needs
 323                  * to have metaslab_sync_done() invoked from vdev_sync_done().
 324                  * [We could just dirty the metaslab, but that would cause us
 325                  * to allocate a space map object for it, which is wasteful
 326                  * and would mess up the locality logic in metaslab_weight().]
 327                  */
 328                 ASSERT(TXG_CLEAN(txg) == spa_last_synced_txg(vd->vdev_spa));
 329                 vdev_dirty(vd, 0, NULL, txg);
 330                 vdev_dirty(vd, VDD_METASLAB, msp, TXG_CLEAN(txg));
 331         }
 332
 333         return (msp);
 334 }
 335
 336 void
 337 metaslab_fini(metaslab_t *msp)
 338 {
 339         metaslab_group_t *mg = msp->ms_group;
 340         int t;
 341
 342         vdev_space_update(mg->mg_vd, -msp->ms_map.sm_size,
 343             -msp->ms_smo.smo_alloc, B_TRUE);
 344
 345         metaslab_group_remove(mg, msp);
 346
 347         mutex_enter(&msp->ms_lock);
 348
 349         space_map_unload(&msp->ms_map);
 350         space_map_destroy(&msp->ms_map);
 351
 352         for (t = 0; t < TXG_SIZE; t++) {
 353                 space_map_destroy(&msp->ms_allocmap[t]);
 354                 space_map_destroy(&msp->ms_freemap[t]);
 355         }
 356
 357         mutex_exit(&msp->ms_lock);
 358         mutex_destroy(&msp->ms_lock);
 359
 360         kmem_free(msp, sizeof (metaslab_t));
 361 }
 362
 363 #define METASLAB_WEIGHT_PRIMARY         (1ULL << 63)
 364 #define METASLAB_WEIGHT_SECONDARY       (1ULL << 62)
 365 #define METASLAB_ACTIVE_MASK            \
 366         (METASLAB_WEIGHT_PRIMARY | METASLAB_WEIGHT_SECONDARY)
 367 #define METASLAB_SMO_BONUS_MULTIPLIER   2
 368
 369 static uint64_t
 370 metaslab_weight(metaslab_t *msp)
 371 {
 372         metaslab_group_t *mg = msp->ms_group;
 373         space_map_t *sm = &msp->ms_map;
 374         space_map_obj_t *smo = &msp->ms_smo;
 375         vdev_t *vd = mg->mg_vd;
 376         uint64_t weight, space;
 377
 378         ASSERT(MUTEX_HELD(&msp->ms_lock));
 379
 380         /*
 381          * The baseline weight is the metaslab's free space.
 382          */
 383         space = sm->sm_size - smo->smo_alloc;
 384         weight = space;
 385
 386         /*
 387          * Modern disks have uniform bit density and constant angular velocity.
 388          * Therefore, the outer recording zones are faster (higher bandwidth)
 389          * than the inner zones by the ratio of outer to inner track diameter,
 390          * which is typically around 2:1.  We account for this by assigning
 391          * higher weight to lower metaslabs (multiplier ranging from 2x to 1x).
 392          * In effect, this means that we'll select the metaslab with the most
 393          * free bandwidth rather than simply the one with the most free space.
 394          */
 395         weight = 2 * weight -
 396             ((sm->sm_start >> vd->vdev_ms_shift) * weight) / vd->vdev_ms_count;
 397         ASSERT(weight >= space && weight <= 2 * space);
 398
 399         /*
 400          * For locality, assign higher weight to metaslabs we've used before.
 401          */
 402         if (smo->smo_object != 0)
 403                 weight *= METASLAB_SMO_BONUS_MULTIPLIER;
 404         ASSERT(weight >= space &&
 405             weight <= 2 * METASLAB_SMO_BONUS_MULTIPLIER * space);
 406
 407         /*
 408          * If this metaslab is one we're actively using, adjust its weight to
 409          * make it preferable to any inactive metaslab so we'll polish it off.
 410          */
 411         weight |= (msp->ms_weight & METASLAB_ACTIVE_MASK);
 412
 413         return (weight);
 414 }
 415
 416 static int
 417 metaslab_activate(metaslab_t *msp, uint64_t activation_weight)
 418 {
 419         space_map_t *sm = &msp->ms_map;
 420
 421         ASSERT(MUTEX_HELD(&msp->ms_lock));
 422
 423         if ((msp->ms_weight & METASLAB_ACTIVE_MASK) == 0) {
 424                 int error = space_map_load(sm, &metaslab_ff_ops,
 425                     SM_FREE, &msp->ms_smo,
 426                     msp->ms_group->mg_vd->vdev_spa->spa_meta_objset);
 427                 if (error) {
 428                         metaslab_group_sort(msp->ms_group, msp, 0);
 429                         return (error);
 430                 }
 431                 metaslab_group_sort(msp->ms_group, msp,
 432                     msp->ms_weight | activation_weight);
 433         }
 434         ASSERT(sm->sm_loaded);
 435         ASSERT(msp->ms_weight & METASLAB_ACTIVE_MASK);
 436
 437         return (0);
 438 }
 439
 440 static void
 441 metaslab_passivate(metaslab_t *msp, uint64_t size)
 442 {
 443         /*
 444          * If size < SPA_MINBLOCKSIZE, then we will not allocate from
 445          * this metaslab again.  In that case, it had better be empty,
 446          * or we would be leaving space on the table.
 447          */
 448         ASSERT(size >= SPA_MINBLOCKSIZE || msp->ms_map.sm_space == 0);
 449         metaslab_group_sort(msp->ms_group, msp, MIN(msp->ms_weight, size));
 450         ASSERT((msp->ms_weight & METASLAB_ACTIVE_MASK) == 0);
 451 }
 452
 453 /*
 454  * Write a metaslab to disk in the context of the specified transaction group.
 455  */
 456 void
 457 metaslab_sync(metaslab_t *msp, uint64_t txg)
 458 {
 459         vdev_t *vd = msp->ms_group->mg_vd;
 460         spa_t *spa = vd->vdev_spa;
 461         objset_t *mos = spa->spa_meta_objset;
 462         space_map_t *allocmap = &msp->ms_allocmap[txg & TXG_MASK];
 463         space_map_t *freemap = &msp->ms_freemap[txg & TXG_MASK];
 464         space_map_t *freed_map = &msp->ms_freemap[TXG_CLEAN(txg) & TXG_MASK];
 465         space_map_t *sm = &msp->ms_map;
 466         space_map_obj_t *smo = &msp->ms_smo_syncing;
 467         dmu_buf_t *db;
 468         dmu_tx_t *tx;
 469         int t;
 470
 471         tx = dmu_tx_create_assigned(spa_get_dsl(spa), txg);
 472
 473         /*
 474          * The only state that can actually be changing concurrently with
 475          * metaslab_sync() is the metaslab's ms_map.  No other thread can
 476          * be modifying this txg's allocmap, freemap, freed_map, or smo.
 477          * Therefore, we only hold ms_lock to satify space_map ASSERTs.
 478          * We drop it whenever we call into the DMU, because the DMU
 479          * can call down to us (e.g. via zio_free()) at any time.
 480          */
 481         mutex_enter(&msp->ms_lock);
 482
 483         if (smo->smo_object == 0) {
 484                 ASSERT(smo->smo_objsize == 0);
 485                 ASSERT(smo->smo_alloc == 0);
 486                 mutex_exit(&msp->ms_lock);
 487                 smo->smo_object = dmu_object_alloc(mos,
 488                     DMU_OT_SPACE_MAP, 1 << SPACE_MAP_BLOCKSHIFT,
 489                     DMU_OT_SPACE_MAP_HEADER, sizeof (*smo), tx);
 490                 ASSERT(smo->smo_object != 0);
 491                 dmu_write(mos, vd->vdev_ms_array, sizeof (uint64_t) *
 492                     (sm->sm_start >> vd->vdev_ms_shift),
 493                     sizeof (uint64_t), &smo->smo_object, tx);
 494                 mutex_enter(&msp->ms_lock);
 495         }
 496
 497         space_map_walk(freemap, space_map_add, freed_map);
 498
 499         if (sm->sm_loaded && spa_sync_pass(spa) == 1 && smo->smo_objsize >=
 500             2 * sizeof (uint64_t) * avl_numnodes(&sm->sm_root)) {
 501                 /*
 502                  * The in-core space map representation is twice as compact
 503                  * as the on-disk one, so it's time to condense the latter
 504                  * by generating a pure allocmap from first principles.
 505                  *
 506                  * This metaslab is 100% allocated,
 507                  * minus the content of the in-core map (sm),
 508                  * minus what's been freed this txg (freed_map),
 509                  * minus allocations from txgs in the future
 510                  * (because they haven't been committed yet).
 511                  */
 512                 space_map_vacate(allocmap, NULL, NULL);
 513                 space_map_vacate(freemap, NULL, NULL);
 514
 515                 space_map_add(allocmap, allocmap->sm_start, allocmap->sm_size);
 516
 517                 space_map_walk(sm, space_map_remove, allocmap);
 518                 space_map_walk(freed_map, space_map_remove, allocmap);
 519
 520                 for (t = 1; t < TXG_CONCURRENT_STATES; t++)
 521                         space_map_walk(&msp->ms_allocmap[(txg + t) & TXG_MASK],
 522                             space_map_remove, allocmap);
 523
 524                 mutex_exit(&msp->ms_lock);
 525                 space_map_truncate(smo, mos, tx);
 526                 mutex_enter(&msp->ms_lock);
 527         }
 528
 529         space_map_sync(allocmap, SM_ALLOC, smo, mos, tx);
 530         space_map_sync(freemap, SM_FREE, smo, mos, tx);
 531
 532         mutex_exit(&msp->ms_lock);
 533
 534         VERIFY(0 == dmu_bonus_hold(mos, smo->smo_object, FTAG, &db));
 535         dmu_buf_will_dirty(db, tx);
 536         ASSERT3U(db->db_size, >=, sizeof (*smo));
 537         bcopy(smo, db->db_data, sizeof (*smo));
 538         dmu_buf_rele(db, FTAG);
 539
 540         dmu_tx_commit(tx);
 541 }
 542
 543 /*
 544  * Called after a transaction group has completely synced to mark
 545  * all of the metaslab's free space as usable.
 546  */
 547 void
 548 metaslab_sync_done(metaslab_t *msp, uint64_t txg)
 549 {
 550         space_map_obj_t *smo = &msp->ms_smo;
 551         space_map_obj_t *smosync = &msp->ms_smo_syncing;
 552         space_map_t *sm = &msp->ms_map;
 553         space_map_t *freed_map = &msp->ms_freemap[TXG_CLEAN(txg) & TXG_MASK];
 554         metaslab_group_t *mg = msp->ms_group;
 555         vdev_t *vd = mg->mg_vd;
 556         int t;
 557
 558         mutex_enter(&msp->ms_lock);
 559
 560         /*
 561          * If this metaslab is just becoming available, initialize its
 562          * allocmaps and freemaps and add its capacity to the vdev.
 563          */
 564         if (freed_map->sm_size == 0) {
 565                 for (t = 0; t < TXG_SIZE; t++) {
 566                         space_map_create(&msp->ms_allocmap[t], sm->sm_start,
 567                             sm->sm_size, sm->sm_shift, sm->sm_lock);
 568                         space_map_create(&msp->ms_freemap[t], sm->sm_start,
 569                             sm->sm_size, sm->sm_shift, sm->sm_lock);
 570                 }
 571                 vdev_space_update(vd, sm->sm_size, 0, B_TRUE);
 572         }
 573
 574         vdev_space_update(vd, 0, smosync->smo_alloc - smo->smo_alloc, B_TRUE);
 575
 576         ASSERT(msp->ms_allocmap[txg & TXG_MASK].sm_space == 0);
 577         ASSERT(msp->ms_freemap[txg & TXG_MASK].sm_space == 0);
 578
 579         /*
 580          * If there's a space_map_load() in progress, wait for it to complete
 581          * so that we have a consistent view of the in-core space map.
 582          * Then, add everything we freed in this txg to the map.
 583          */
 584         space_map_load_wait(sm);
 585         space_map_vacate(freed_map, sm->sm_loaded ? space_map_free : NULL, sm);
 586
 587         *smo = *smosync;
 588
 589         /*
 590          * If the map is loaded but no longer active, evict it as soon as all
 591          * future allocations have synced.  (If we unloaded it now and then
 592          * loaded a moment later, the map wouldn't reflect those allocations.)
 593          */
 594         if (sm->sm_loaded && (msp->ms_weight & METASLAB_ACTIVE_MASK) == 0) {
 595                 int evictable = 1;
 596
 597                 for (t = 1; t < TXG_CONCURRENT_STATES; t++)
 598                         if (msp->ms_allocmap[(txg + t) & TXG_MASK].sm_space)
 599                                 evictable = 0;
 600
 601                 if (evictable)
 602                         space_map_unload(sm);
 603         }
 604
 605         metaslab_group_sort(mg, msp, metaslab_weight(msp));
 606
 607         mutex_exit(&msp->ms_lock);
 608 }
 609
 610 static uint64_t
 611 metaslab_distance(metaslab_t *msp, dva_t *dva)
 612 {
 613         uint64_t ms_shift = msp->ms_group->mg_vd->vdev_ms_shift;
 614         uint64_t offset = DVA_GET_OFFSET(dva) >> ms_shift;
 615         uint64_t start = msp->ms_map.sm_start >> ms_shift;
 616
 617         if (msp->ms_group->mg_vd->vdev_id != DVA_GET_VDEV(dva))
 618                 return (1ULL << 63);
 619
 620         if (offset < start)
 621                 return ((start - offset) << ms_shift);
 622         if (offset > start)
 623                 return ((offset - start) << ms_shift);
 624         return (0);
 625 }
 626
 627 static uint64_t
 628 metaslab_group_alloc(metaslab_group_t *mg, uint64_t size, uint64_t txg,
 629     uint64_t min_distance, dva_t *dva, int d)
 630 {
 631         metaslab_t *msp = NULL;
 632         uint64_t offset = -1ULL;
 633         avl_tree_t *t = &mg->mg_metaslab_tree;
 634         uint64_t activation_weight;
 635         uint64_t target_distance;
 636         int i;
 637
 638         activation_weight = METASLAB_WEIGHT_PRIMARY;
 639         for (i = 0; i < d; i++)
 640                 if (DVA_GET_VDEV(&dva[i]) == mg->mg_vd->vdev_id)
 641                         activation_weight = METASLAB_WEIGHT_SECONDARY;
 642
 643         for (;;) {
 644                 mutex_enter(&mg->mg_lock);
 645                 for (msp = avl_first(t); msp; msp = AVL_NEXT(t, msp)) {
 646                         if (msp->ms_weight < size) {
 647                                 mutex_exit(&mg->mg_lock);
 648                                 return (-1ULL);
 649                         }
 650
 651                         if (activation_weight == METASLAB_WEIGHT_PRIMARY)
 652                                 break;
 653
 654                         target_distance = min_distance +
 655                             (msp->ms_smo.smo_alloc ? 0 : min_distance >> 1);
 656
 657                         for (i = 0; i < d; i++)
 658                                 if (metaslab_distance(msp, &dva[i]) <
 659                                     target_distance)
 660                                         break;
 661                         if (i == d)
 662                                 break;
 663                 }
 664                 mutex_exit(&mg->mg_lock);
 665                 if (msp == NULL)
 666                         return (-1ULL);
 667
 668                 mutex_enter(&msp->ms_lock);
 669
 670                 /*
 671                  * Ensure that the metaslab we have selected is still
 672                  * capable of handling our request. It's possible that
 673                  * another thread may have changed the weight while we
 674                  * were blocked on the metaslab lock.
 675                  */
 676                 if (msp->ms_weight < size) {
 677                         mutex_exit(&msp->ms_lock);
 678                         continue;
 679                 }
 680
 681                 if ((msp->ms_weight & METASLAB_WEIGHT_SECONDARY) &&
 682                     activation_weight == METASLAB_WEIGHT_PRIMARY) {
 683                         metaslab_passivate(msp,
 684                             msp->ms_weight & ~METASLAB_ACTIVE_MASK);
 685                         mutex_exit(&msp->ms_lock);
 686                         continue;
 687                 }
 688
 689                 if (metaslab_activate(msp, activation_weight) != 0) {
 690                         mutex_exit(&msp->ms_lock);
 691                         continue;
 692                 }
 693
 694                 if ((offset = space_map_alloc(&msp->ms_map, size)) != -1ULL)
 695                         break;
 696
 697                 metaslab_passivate(msp, size - 1);
 698
 699                 mutex_exit(&msp->ms_lock);
 700         }
 701
 702         if (msp->ms_allocmap[txg & TXG_MASK].sm_space == 0)
 703                 vdev_dirty(mg->mg_vd, VDD_METASLAB, msp, txg);
 704
 705         space_map_add(&msp->ms_allocmap[txg & TXG_MASK], offset, size);
 706
 707         mutex_exit(&msp->ms_lock);
 708
 709         return (offset);
 710 }
 711
 712 /*
 713  * Allocate a block for the specified i/o.
 714  */
 715 static int
 716 metaslab_alloc_dva(spa_t *spa, metaslab_class_t *mc, uint64_t psize,
 717     dva_t *dva, int d, dva_t *hintdva, uint64_t txg, int flags)
 718 {
 719         metaslab_group_t *mg, *rotor;
 720         vdev_t *vd;
 721         int dshift = 3;
 722         int all_zero;
 723         uint64_t offset = -1ULL;
 724         uint64_t asize;
 725         uint64_t distance;
 726
 727         ASSERT(!DVA_IS_VALID(&dva[d]));
 728
 729         /*
 730          * For testing, make some blocks above a certain size be gang blocks.
 731          */
 732         if (psize >= metaslab_gang_bang && (LBOLT & 3) == 0)
 733                 return (ENOSPC);
 734
 735         /*
 736          * Start at the rotor and loop through all mgs until we find something.
 737          * Note that there's no locking on mc_rotor or mc_allocated because
 738          * nothing actually breaks if we miss a few updates -- we just won't
 739          * allocate quite as evenly.  It all balances out over time.
 740          *
 741          * If we are doing ditto or log blocks, try to spread them across
 742          * consecutive vdevs.  If we're forced to reuse a vdev before we've
 743          * allocated all of our ditto blocks, then try and spread them out on
 744          * that vdev as much as possible.  If it turns out to not be possible,
 745          * gradually lower our standards until anything becomes acceptable.
 746          * Also, allocating on consecutive vdevs (as opposed to random vdevs)
 747          * gives us hope of containing our fault domains to something we're
 748          * able to reason about.  Otherwise, any two top-level vdev failures
 749          * will guarantee the loss of data.  With consecutive allocation,
 750          * only two adjacent top-level vdev failures will result in data loss.
 751          *
 752          * If we are doing gang blocks (hintdva is non-NULL), try to keep
 753          * ourselves on the same vdev as our gang block header.  That
 754          * way, we can hope for locality in vdev_cache, plus it makes our
 755          * fault domains something tractable.
 756          */
 757         if (hintdva) {
 758                 vd = vdev_lookup_top(spa, DVA_GET_VDEV(&hintdva[d]));
 759                 if (flags & METASLAB_HINTBP_AVOID)
 760                         mg = vd->vdev_mg->mg_next;
 761                 else
 762                         mg = vd->vdev_mg;
 763         } else if (d != 0) {
 764                 vd = vdev_lookup_top(spa, DVA_GET_VDEV(&dva[d - 1]));
 765                 mg = vd->vdev_mg->mg_next;
 766         } else {
 767                 mg = mc->mc_rotor;
 768         }
 769
 770         /*
 771          * If the hint put us into the wrong class, just follow the rotor.
 772          */
 773         if (mg->mg_class != mc)
 774                 mg = mc->mc_rotor;
 775
 776         rotor = mg;
 777 top:
 778         all_zero = B_TRUE;
 779         do {
 780                 vd = mg->mg_vd;
 781                 /*
 782                  * Don't allocate from faulted devices.
 783                  */
 784                 if (!vdev_allocatable(vd))
 785                         goto next;
 786                 /*
 787                  * Avoid writing single-copy data to a failing vdev
 788                  */
 789                 if ((vd->vdev_stat.vs_write_errors > 0 ||
 790                     vd->vdev_state < VDEV_STATE_HEALTHY) &&
 791                     d == 0 && dshift == 3) {
 792                         all_zero = B_FALSE;
 793                         goto next;
 794                 }
 795
 796                 ASSERT(mg->mg_class == mc);
 797
 798                 distance = vd->vdev_asize >> dshift;
 799                 if (distance <= (1ULL << vd->vdev_ms_shift))
 800                         distance = 0;
 801                 else
 802                         all_zero = B_FALSE;
 803
 804                 asize = vdev_psize_to_asize(vd, psize);
 805                 ASSERT(P2PHASE(asize, 1ULL << vd->vdev_ashift) == 0);
 806
 807                 offset = metaslab_group_alloc(mg, asize, txg, distance, dva, d);
 808                 if (offset != -1ULL) {
 809                         /*
 810                          * If we've just selected this metaslab group,
 811                          * figure out whether the corresponding vdev is
 812                          * over- or under-used relative to the pool,
 813                          * and set an allocation bias to even it out.
 814                          */
 815                         if (mc->mc_allocated == 0) {
 816                                 vdev_stat_t *vs = &vd->vdev_stat;
 817                                 uint64_t alloc, space;
 818                                 int64_t vu, su;
 819
 820                                 alloc = spa_get_alloc(spa);
 821                                 space = spa_get_space(spa);
 822
 823                                 /*
 824                                  * Determine percent used in units of 0..1024.
 825                                  * (This is just to avoid floating point.)
 826                                  */
 827                                 vu = (vs->vs_alloc << 10) / (vs->vs_space + 1);
 828                                 su = (alloc << 10) / (space + 1);
 829
 830                                 /*
 831                                  * Bias by at most +/- 25% of the aliquot.
 832                                  */
 833                                 mg->mg_bias = ((su - vu) *
 834                                     (int64_t)mg->mg_aliquot) / (1024 * 4);
 835                         }
 836
 837                         if (atomic_add_64_nv(&mc->mc_allocated, asize) >=
 838                             mg->mg_aliquot + mg->mg_bias) {
 839                                 mc->mc_rotor = mg->mg_next;
 840                                 mc->mc_allocated = 0;
 841                         }
 842
 843                         DVA_SET_VDEV(&dva[d], vd->vdev_id);
 844                         DVA_SET_OFFSET(&dva[d], offset);
 845                         DVA_SET_GANG(&dva[d], !!(flags & METASLAB_GANG_HEADER));
 846                         DVA_SET_ASIZE(&dva[d], asize);
 847
 848                         return (0);
 849                 }
 850 next:
 851                 mc->mc_rotor = mg->mg_next;
 852                 mc->mc_allocated = 0;
 853         } while ((mg = mg->mg_next) != rotor);
 854
 855         if (!all_zero) {
 856                 dshift++;
 857                 ASSERT(dshift < 64);
 858                 goto top;
 859         }
 860
 861         bzero(&dva[d], sizeof (dva_t));
 862
 863         return (ENOSPC);
 864 }
 865
 866 /*
 867  * Free the block represented by DVA in the context of the specified
 868  * transaction group.
 869  */
 870 static void
 871 metaslab_free_dva(spa_t *spa, const dva_t *dva, uint64_t txg, boolean_t now)
 872 {
 873         uint64_t vdev = DVA_GET_VDEV(dva);
 874         uint64_t offset = DVA_GET_OFFSET(dva);
 875         uint64_t size = DVA_GET_ASIZE(dva);
 876         vdev_t *vd;
 877         metaslab_t *msp;
 878
 879         ASSERT(DVA_IS_VALID(dva));
 880
 881         if (txg > spa_freeze_txg(spa))
 882                 return;
 883
 884         if ((vd = vdev_lookup_top(spa, vdev)) == NULL ||
 885             (offset >> vd->vdev_ms_shift) >= vd->vdev_ms_count) {
 886                 cmn_err(CE_WARN, "metaslab_free_dva(): bad DVA %llu:%llu",
 887                     (u_longlong_t)vdev, (u_longlong_t)offset);
 888                 ASSERT(0);
 889                 return;
 890         }
 891
 892         msp = vd->vdev_ms[offset >> vd->vdev_ms_shift];
 893
 894         if (DVA_GET_GANG(dva))
 895                 size = vdev_psize_to_asize(vd, SPA_GANGBLOCKSIZE);
 896
 897         mutex_enter(&msp->ms_lock);
 898
 899         if (now) {
 900                 space_map_remove(&msp->ms_allocmap[txg & TXG_MASK],
 901                     offset, size);
 902                 space_map_free(&msp->ms_map, offset, size);
 903         } else {
 904                 if (msp->ms_freemap[txg & TXG_MASK].sm_space == 0)
 905                         vdev_dirty(vd, VDD_METASLAB, msp, txg);
 906                 space_map_add(&msp->ms_freemap[txg & TXG_MASK], offset, size);
 907         }
 908
 909         mutex_exit(&msp->ms_lock);
 910 }
 911
 912 /*
 913  * Intent log support: upon opening the pool after a crash, notify the SPA
 914  * of blocks that the intent log has allocated for immediate write, but
 915  * which are still considered free by the SPA because the last transaction
 916  * group didn't commit yet.
 917  */
 918 static int
 919 metaslab_claim_dva(spa_t *spa, const dva_t *dva, uint64_t txg)
 920 {
 921         uint64_t vdev = DVA_GET_VDEV(dva);
 922         uint64_t offset = DVA_GET_OFFSET(dva);
 923         uint64_t size = DVA_GET_ASIZE(dva);
 924         vdev_t *vd;
 925         metaslab_t *msp;
 926         int error;
 927
 928         ASSERT(DVA_IS_VALID(dva));
 929
 930         if ((vd = vdev_lookup_top(spa, vdev)) == NULL ||
 931             (offset >> vd->vdev_ms_shift) >= vd->vdev_ms_count)
 932                 return (ENXIO);
 933
 934         msp = vd->vdev_ms[offset >> vd->vdev_ms_shift];
 935
 936         if (DVA_GET_GANG(dva))
 937                 size = vdev_psize_to_asize(vd, SPA_GANGBLOCKSIZE);
 938
 939         mutex_enter(&msp->ms_lock);
 940
 941         error = metaslab_activate(msp, METASLAB_WEIGHT_SECONDARY);
 942         if (error || txg == 0) {        /* txg == 0 indicates dry run */
 943                 mutex_exit(&msp->ms_lock);
 944                 return (error);
 945         }
 946
 947         space_map_claim(&msp->ms_map, offset, size);
 948
 949         if (spa_mode & FWRITE) {        /* don't dirty if we're zdb(1M) */
 950                 if (msp->ms_allocmap[txg & TXG_MASK].sm_space == 0)
 951                         vdev_dirty(vd, VDD_METASLAB, msp, txg);
 952                 space_map_add(&msp->ms_allocmap[txg & TXG_MASK], offset, size);
 953         }
 954
 955         mutex_exit(&msp->ms_lock);
 956
 957         return (0);
 958 }
 959
 960 int
 961 metaslab_alloc(spa_t *spa, metaslab_class_t *mc, uint64_t psize, blkptr_t *bp,
 962     int ndvas, uint64_t txg, blkptr_t *hintbp, int flags)
 963 {
 964         dva_t *dva = bp->blk_dva;
 965         dva_t *hintdva = hintbp->blk_dva;
 966         int error = 0;
 967
 968         ASSERT(bp->blk_birth == 0);
 969
 970         spa_config_enter(spa, SCL_ALLOC, FTAG, RW_READER);
 971
 972         if (mc->mc_rotor == NULL) {     /* no vdevs in this class */
 973                 spa_config_exit(spa, SCL_ALLOC, FTAG);
 974                 return (ENOSPC);
 975         }
 976
 977         ASSERT(ndvas > 0 && ndvas <= spa_max_replication(spa));
 978         ASSERT(BP_GET_NDVAS(bp) == 0);
 979         ASSERT(hintbp == NULL || ndvas <= BP_GET_NDVAS(hintbp));
 980
 981         for (int d = 0; d < ndvas; d++) {
 982                 error = metaslab_alloc_dva(spa, mc, psize, dva, d, hintdva,
 983                     txg, flags);
 984                 if (error) {
 985                         for (d--; d >= 0; d--) {
 986                                 metaslab_free_dva(spa, &dva[d], txg, B_TRUE);
 987                                 bzero(&dva[d], sizeof (dva_t));
 988                         }
 989                         spa_config_exit(spa, SCL_ALLOC, FTAG);
 990                         return (error);
 991                 }
 992         }
 993         ASSERT(error == 0);
 994         ASSERT(BP_GET_NDVAS(bp) == ndvas);
 995
 996         spa_config_exit(spa, SCL_ALLOC, FTAG);
 997
 998         bp->blk_birth = txg;
 999
1000         return (0);
1001 }
1002
1003 void
1004 metaslab_free(spa_t *spa, const blkptr_t *bp, uint64_t txg, boolean_t now)
1005 {
1006         const dva_t *dva = bp->blk_dva;
1007         int ndvas = BP_GET_NDVAS(bp);
1008
1009         ASSERT(!BP_IS_HOLE(bp));
1010         ASSERT(!now || bp->blk_birth >= spa->spa_syncing_txg);
1011
1012         spa_config_enter(spa, SCL_FREE, FTAG, RW_READER);
1013
1014         for (int d = 0; d < ndvas; d++)
1015                 metaslab_free_dva(spa, &dva[d], txg, now);
1016
1017         spa_config_exit(spa, SCL_FREE, FTAG);
1018 }
1019
1020 int
1021 metaslab_claim(spa_t *spa, const blkptr_t *bp, uint64_t txg)
1022 {
1023         const dva_t *dva = bp->blk_dva;
1024         int ndvas = BP_GET_NDVAS(bp);
1025         int error = 0;
1026
1027         ASSERT(!BP_IS_HOLE(bp));
1028
1029         if (txg != 0) {
1030                 /*
1031                  * First do a dry run to make sure all DVAs are claimable,
1032                  * so we don't have to unwind from partial failures below.
1033                  */
1034                 if ((error = metaslab_claim(spa, bp, 0)) != 0)
1035                         return (error);
1036         }
1037
1038         spa_config_enter(spa, SCL_ALLOC, FTAG, RW_READER);
1039
1040         for (int d = 0; d < ndvas; d++)
1041                 if ((error = metaslab_claim_dva(spa, &dva[d], txg)) != 0)
1042                         break;
1043
1044         spa_config_exit(spa, SCL_ALLOC, FTAG);
1045
1046         ASSERT(error == 0 || txg == 0);
1047
1048         return (error);
1049 }