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

   1 /*
   2  * CDDL HEADER START
   3  *
   4  * The contents of this file are subject to the terms of the
   5  * Common Development and Distribution License (the "License").
   6  * You may not use this file except in compliance with the License.
   7  *
   8  * You can obtain a copy of the license at usr/src/OPENSOLARIS.LICENSE
   9  * or http://www.opensolaris.org/os/licensing.
  10  * See the License for the specific language governing permissions
  11  * and limitations under the License.
  12  *
  13  * When distributing Covered Code, include this CDDL HEADER in each
  14  * file and include the License file at usr/src/OPENSOLARIS.LICENSE.
  15  * If applicable, add the following below this CDDL HEADER, with the
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  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.h>
  28 #include <sys/vdev_impl.h>
  29 #include <sys/zio.h>
  30 #include <sys/avl.h>
  31
  32 /*
  33  * These tunables are for performance analysis.
  34  */
  35 /*
  36  * zfs_vdev_max_pending is the maximum number of i/os concurrently
  37  * pending to each device.  zfs_vdev_min_pending is the initial number
  38  * of i/os pending to each device (before it starts ramping up to
  39  * max_pending).
  40  */
  41 int zfs_vdev_max_pending = 35;
  42 int zfs_vdev_min_pending = 4;
  43
  44 /* deadline = pri + (LBOLT >> time_shift) */
  45 int zfs_vdev_time_shift = 6;
  46
  47 /* exponential I/O issue ramp-up rate */
  48 int zfs_vdev_ramp_rate = 2;
  49
  50 /*
  51  * i/os will be aggregated into a single large i/o up to
  52  * zfs_vdev_aggregation_limit bytes long.
  53  */
  54 int zfs_vdev_aggregation_limit = SPA_MAXBLOCKSIZE;
  55
  56 SYSCTL_DECL(_vfs_zfs_vdev);
  57 TUNABLE_INT("vfs.zfs.vdev.max_pending", &zfs_vdev_max_pending);
  58 SYSCTL_INT(_vfs_zfs_vdev, OID_AUTO, max_pending, CTLFLAG_RDTUN,
  59     &zfs_vdev_max_pending, 0, "Maximum I/O requests pending on each device");
  60 TUNABLE_INT("vfs.zfs.vdev.min_pending", &zfs_vdev_min_pending);
  61 SYSCTL_INT(_vfs_zfs_vdev, OID_AUTO, min_pending, CTLFLAG_RDTUN,
  62     &zfs_vdev_min_pending, 0,
  63     "Initial number of I/O requests pending to each device");
  64 TUNABLE_INT("vfs.zfs.vdev.time_shift", &zfs_vdev_time_shift);
  65 SYSCTL_INT(_vfs_zfs_vdev, OID_AUTO, time_shift, CTLFLAG_RDTUN,
  66     &zfs_vdev_time_shift, 0, "Used for calculating I/O request deadline");
  67 TUNABLE_INT("vfs.zfs.vdev.ramp_rate", &zfs_vdev_ramp_rate);
  68 SYSCTL_INT(_vfs_zfs_vdev, OID_AUTO, ramp_rate, CTLFLAG_RDTUN,
  69     &zfs_vdev_ramp_rate, 0, "Exponential I/O issue ramp-up rate");
  70 TUNABLE_INT("vfs.zfs.vdev.aggregation_limit", &zfs_vdev_aggregation_limit);
  71 SYSCTL_INT(_vfs_zfs_vdev, OID_AUTO, aggregation_limit, CTLFLAG_RDTUN,
  72     &zfs_vdev_aggregation_limit, 0,
  73     "I/O requests are aggregated up to this size");
  74
  75 /*
  76  * Virtual device vector for disk I/O scheduling.
  77  */
  78 int
  79 vdev_queue_deadline_compare(const void *x1, const void *x2)
  80 {
  81         const zio_t *z1 = x1;
  82         const zio_t *z2 = x2;
  83
  84         if (z1->io_deadline < z2->io_deadline)
  85                 return (-1);
  86         if (z1->io_deadline > z2->io_deadline)
  87                 return (1);
  88
  89         if (z1->io_offset < z2->io_offset)
  90                 return (-1);
  91         if (z1->io_offset > z2->io_offset)
  92                 return (1);
  93
  94         if (z1 < z2)
  95                 return (-1);
  96         if (z1 > z2)
  97                 return (1);
  98
  99         return (0);
 100 }
 101
 102 int
 103 vdev_queue_offset_compare(const void *x1, const void *x2)
 104 {
 105         const zio_t *z1 = x1;
 106         const zio_t *z2 = x2;
 107
 108         if (z1->io_offset < z2->io_offset)
 109                 return (-1);
 110         if (z1->io_offset > z2->io_offset)
 111                 return (1);
 112
 113         if (z1 < z2)
 114                 return (-1);
 115         if (z1 > z2)
 116                 return (1);
 117
 118         return (0);
 119 }
 120
 121 void
 122 vdev_queue_init(vdev_t *vd)
 123 {
 124         vdev_queue_t *vq = &vd->vdev_queue;
 125
 126         mutex_init(&vq->vq_lock, NULL, MUTEX_DEFAULT, NULL);
 127
 128         avl_create(&vq->vq_deadline_tree, vdev_queue_deadline_compare,
 129             sizeof (zio_t), offsetof(struct zio, io_deadline_node));
 130
 131         avl_create(&vq->vq_read_tree, vdev_queue_offset_compare,
 132             sizeof (zio_t), offsetof(struct zio, io_offset_node));
 133
 134         avl_create(&vq->vq_write_tree, vdev_queue_offset_compare,
 135             sizeof (zio_t), offsetof(struct zio, io_offset_node));
 136
 137         avl_create(&vq->vq_pending_tree, vdev_queue_offset_compare,
 138             sizeof (zio_t), offsetof(struct zio, io_offset_node));
 139 }
 140
 141 void
 142 vdev_queue_fini(vdev_t *vd)
 143 {
 144         vdev_queue_t *vq = &vd->vdev_queue;
 145
 146         avl_destroy(&vq->vq_deadline_tree);
 147         avl_destroy(&vq->vq_read_tree);
 148         avl_destroy(&vq->vq_write_tree);
 149         avl_destroy(&vq->vq_pending_tree);
 150
 151         mutex_destroy(&vq->vq_lock);
 152 }
 153
 154 static void
 155 vdev_queue_io_add(vdev_queue_t *vq, zio_t *zio)
 156 {
 157         avl_add(&vq->vq_deadline_tree, zio);
 158         avl_add(zio->io_vdev_tree, zio);
 159 }
 160
 161 static void
 162 vdev_queue_io_remove(vdev_queue_t *vq, zio_t *zio)
 163 {
 164         avl_remove(&vq->vq_deadline_tree, zio);
 165         avl_remove(zio->io_vdev_tree, zio);
 166 }
 167
 168 static void
 169 vdev_queue_agg_io_done(zio_t *aio)
 170 {
 171         zio_t *dio;
 172         uint64_t offset = 0;
 173
 174         while ((dio = aio->io_delegate_list) != NULL) {
 175                 if (aio->io_type == ZIO_TYPE_READ)
 176                         bcopy((char *)aio->io_data + offset, dio->io_data,
 177                             dio->io_size);
 178                 offset += dio->io_size;
 179                 aio->io_delegate_list = dio->io_delegate_next;
 180                 dio->io_delegate_next = NULL;
 181                 dio->io_error = aio->io_error;
 182                 zio_execute(dio);
 183         }
 184         ASSERT3U(offset, ==, aio->io_size);
 185
 186         zio_buf_free(aio->io_data, aio->io_size);
 187 }
 188
 189 #define IS_ADJACENT(io, nio) \
 190         ((io)->io_offset + (io)->io_size == (nio)->io_offset)
 191
 192 static zio_t *
 193 vdev_queue_io_to_issue(vdev_queue_t *vq, uint64_t pending_limit)
 194 {
 195         zio_t *fio, *lio, *aio, *dio;
 196         avl_tree_t *tree;
 197         uint64_t size;
 198
 199         ASSERT(MUTEX_HELD(&vq->vq_lock));
 200
 201         if (avl_numnodes(&vq->vq_pending_tree) >= pending_limit ||
 202             avl_numnodes(&vq->vq_deadline_tree) == 0)
 203                 return (NULL);
 204
 205         fio = lio = avl_first(&vq->vq_deadline_tree);
 206
 207         tree = fio->io_vdev_tree;
 208         size = fio->io_size;
 209
 210         while ((dio = AVL_PREV(tree, fio)) != NULL && IS_ADJACENT(dio, fio) &&
 211             !((dio->io_flags | fio->io_flags) & ZIO_FLAG_DONT_AGGREGATE) &&
 212             size + dio->io_size <= zfs_vdev_aggregation_limit) {
 213                 dio->io_delegate_next = fio;
 214                 fio = dio;
 215                 size += dio->io_size;
 216         }
 217
 218         while ((dio = AVL_NEXT(tree, lio)) != NULL && IS_ADJACENT(lio, dio) &&
 219             !((lio->io_flags | dio->io_flags) & ZIO_FLAG_DONT_AGGREGATE) &&
 220             size + dio->io_size <= zfs_vdev_aggregation_limit) {
 221                 lio->io_delegate_next = dio;
 222                 lio = dio;
 223                 size += dio->io_size;
 224         }
 225
 226         if (fio != lio) {
 227                 char *buf = zio_buf_alloc(size);
 228                 uint64_t offset = 0;
 229
 230                 ASSERT(size <= zfs_vdev_aggregation_limit);
 231
 232                 aio = zio_vdev_delegated_io(fio->io_vd, fio->io_offset,
 233                     buf, size, fio->io_type, ZIO_PRIORITY_NOW,
 234                     ZIO_FLAG_DONT_CACHE | ZIO_FLAG_DONT_QUEUE,
 235                     vdev_queue_agg_io_done, NULL);
 236
 237                 aio->io_delegate_list = fio;
 238
 239                 for (dio = fio; dio != NULL; dio = dio->io_delegate_next) {
 240                         ASSERT(dio->io_type == aio->io_type);
 241                         ASSERT(dio->io_vdev_tree == tree);
 242                         if (dio->io_type == ZIO_TYPE_WRITE)
 243                                 bcopy(dio->io_data, buf + offset, dio->io_size);
 244                         offset += dio->io_size;
 245                         vdev_queue_io_remove(vq, dio);
 246                         zio_vdev_io_bypass(dio);
 247                 }
 248
 249                 ASSERT(offset == size);
 250
 251                 avl_add(&vq->vq_pending_tree, aio);
 252
 253                 return (aio);
 254         }
 255
 256         ASSERT(fio->io_vdev_tree == tree);
 257         vdev_queue_io_remove(vq, fio);
 258
 259         avl_add(&vq->vq_pending_tree, fio);
 260
 261         return (fio);
 262 }
 263
 264 zio_t *
 265 vdev_queue_io(zio_t *zio)
 266 {
 267         vdev_queue_t *vq = &zio->io_vd->vdev_queue;
 268         zio_t *nio;
 269
 270         ASSERT(zio->io_type == ZIO_TYPE_READ || zio->io_type == ZIO_TYPE_WRITE);
 271
 272         if (zio->io_flags & ZIO_FLAG_DONT_QUEUE)
 273                 return (zio);
 274
 275         zio->io_flags |= ZIO_FLAG_DONT_CACHE | ZIO_FLAG_DONT_QUEUE;
 276
 277         if (zio->io_type == ZIO_TYPE_READ)
 278                 zio->io_vdev_tree = &vq->vq_read_tree;
 279         else
 280                 zio->io_vdev_tree = &vq->vq_write_tree;
 281
 282         mutex_enter(&vq->vq_lock);
 283
 284         zio->io_deadline = (lbolt64 >> zfs_vdev_time_shift) + zio->io_priority;
 285
 286         vdev_queue_io_add(vq, zio);
 287
 288         nio = vdev_queue_io_to_issue(vq, zfs_vdev_min_pending);
 289
 290         mutex_exit(&vq->vq_lock);
 291
 292         if (nio == NULL)
 293                 return (NULL);
 294
 295         if (nio->io_done == vdev_queue_agg_io_done) {
 296                 zio_nowait(nio);
 297                 return (NULL);
 298         }
 299
 300         return (nio);
 301 }
 302
 303 void
 304 vdev_queue_io_done(zio_t *zio)
 305 {
 306         vdev_queue_t *vq = &zio->io_vd->vdev_queue;
 307
 308         mutex_enter(&vq->vq_lock);
 309
 310         avl_remove(&vq->vq_pending_tree, zio);
 311
 312         for (int i = 0; i < zfs_vdev_ramp_rate; i++) {
 313                 zio_t *nio = vdev_queue_io_to_issue(vq, zfs_vdev_max_pending);
 314                 if (nio == NULL)
 315                         break;
 316                 mutex_exit(&vq->vq_lock);
 317                 if (nio->io_done == vdev_queue_agg_io_done) {
 318                         zio_nowait(nio);
 319                 } else {
 320                         zio_vdev_io_reissue(nio);
 321                         zio_execute(nio);
 322                 }
 323                 mutex_enter(&vq->vq_lock);
 324         }
 325
 326         mutex_exit(&vq->vq_lock);
 327 }