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 2009 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 = 10;
  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  * To reduce IOPs, we aggregate small adjacent i/os into one large i/o.
  52  * For read i/os, we also aggregate across small adjacency gaps.
  53  */
  54 int zfs_vdev_aggregation_limit = SPA_MAXBLOCKSIZE;
  55 int zfs_vdev_read_gap_limit = 32 << 10;
  56
  57 SYSCTL_DECL(_vfs_zfs_vdev);
  58 TUNABLE_INT("vfs.zfs.vdev.max_pending", &zfs_vdev_max_pending);
  59 SYSCTL_INT(_vfs_zfs_vdev, OID_AUTO, max_pending, CTLFLAG_RDTUN,
  60     &zfs_vdev_max_pending, 0, "Maximum I/O requests pending on each device");
  61 TUNABLE_INT("vfs.zfs.vdev.min_pending", &zfs_vdev_min_pending);
  62 SYSCTL_INT(_vfs_zfs_vdev, OID_AUTO, min_pending, CTLFLAG_RDTUN,
  63     &zfs_vdev_min_pending, 0,
  64     "Initial number of I/O requests pending to each device");
  65 TUNABLE_INT("vfs.zfs.vdev.time_shift", &zfs_vdev_time_shift);
  66 SYSCTL_INT(_vfs_zfs_vdev, OID_AUTO, time_shift, CTLFLAG_RDTUN,
  67     &zfs_vdev_time_shift, 0, "Used for calculating I/O request deadline");
  68 TUNABLE_INT("vfs.zfs.vdev.ramp_rate", &zfs_vdev_ramp_rate);
  69 SYSCTL_INT(_vfs_zfs_vdev, OID_AUTO, ramp_rate, CTLFLAG_RDTUN,
  70     &zfs_vdev_ramp_rate, 0, "Exponential I/O issue ramp-up rate");
  71 TUNABLE_INT("vfs.zfs.vdev.aggregation_limit", &zfs_vdev_aggregation_limit);
  72 SYSCTL_INT(_vfs_zfs_vdev, OID_AUTO, aggregation_limit, CTLFLAG_RDTUN,
  73     &zfs_vdev_aggregation_limit, 0,
  74     "I/O requests are aggregated up to this size");
  75
  76 /*
  77  * Virtual device vector for disk I/O scheduling.
  78  */
  79 int
  80 vdev_queue_deadline_compare(const void *x1, const void *x2)
  81 {
  82         const zio_t *z1 = x1;
  83         const zio_t *z2 = x2;
  84
  85         if (z1->io_deadline < z2->io_deadline)
  86                 return (-1);
  87         if (z1->io_deadline > z2->io_deadline)
  88                 return (1);
  89
  90         if (z1->io_offset < z2->io_offset)
  91                 return (-1);
  92         if (z1->io_offset > z2->io_offset)
  93                 return (1);
  94
  95         if (z1 < z2)
  96                 return (-1);
  97         if (z1 > z2)
  98                 return (1);
  99
 100         return (0);
 101 }
 102
 103 int
 104 vdev_queue_offset_compare(const void *x1, const void *x2)
 105 {
 106         const zio_t *z1 = x1;
 107         const zio_t *z2 = x2;
 108
 109         if (z1->io_offset < z2->io_offset)
 110                 return (-1);
 111         if (z1->io_offset > z2->io_offset)
 112                 return (1);
 113
 114         if (z1 < z2)
 115                 return (-1);
 116         if (z1 > z2)
 117                 return (1);
 118
 119         return (0);
 120 }
 121
 122 void
 123 vdev_queue_init(vdev_t *vd)
 124 {
 125         vdev_queue_t *vq = &vd->vdev_queue;
 126
 127         mutex_init(&vq->vq_lock, NULL, MUTEX_DEFAULT, NULL);
 128
 129         avl_create(&vq->vq_deadline_tree, vdev_queue_deadline_compare,
 130             sizeof (zio_t), offsetof(struct zio, io_deadline_node));
 131
 132         avl_create(&vq->vq_read_tree, vdev_queue_offset_compare,
 133             sizeof (zio_t), offsetof(struct zio, io_offset_node));
 134
 135         avl_create(&vq->vq_write_tree, vdev_queue_offset_compare,
 136             sizeof (zio_t), offsetof(struct zio, io_offset_node));
 137
 138         avl_create(&vq->vq_pending_tree, vdev_queue_offset_compare,
 139             sizeof (zio_t), offsetof(struct zio, io_offset_node));
 140 }
 141
 142 void
 143 vdev_queue_fini(vdev_t *vd)
 144 {
 145         vdev_queue_t *vq = &vd->vdev_queue;
 146
 147         avl_destroy(&vq->vq_deadline_tree);
 148         avl_destroy(&vq->vq_read_tree);
 149         avl_destroy(&vq->vq_write_tree);
 150         avl_destroy(&vq->vq_pending_tree);
 151
 152         mutex_destroy(&vq->vq_lock);
 153 }
 154
 155 static void
 156 vdev_queue_io_add(vdev_queue_t *vq, zio_t *zio)
 157 {
 158         avl_add(&vq->vq_deadline_tree, zio);
 159         avl_add(zio->io_vdev_tree, zio);
 160 }
 161
 162 static void
 163 vdev_queue_io_remove(vdev_queue_t *vq, zio_t *zio)
 164 {
 165         avl_remove(&vq->vq_deadline_tree, zio);
 166         avl_remove(zio->io_vdev_tree, zio);
 167 }
 168
 169 static void
 170 vdev_queue_agg_io_done(zio_t *aio)
 171 {
 172         zio_t *pio;
 173
 174         while ((pio = zio_walk_parents(aio)) != NULL)
 175                 if (aio->io_type == ZIO_TYPE_READ)
 176                         bcopy((char *)aio->io_data + (pio->io_offset -
 177                             aio->io_offset), pio->io_data, pio->io_size);
 178
 179         zio_buf_free(aio->io_data, aio->io_size);
 180 }
 181
 182 /*
 183  * Compute the range spanned by two i/os, which is the endpoint of the last
 184  * (lio->io_offset + lio->io_size) minus start of the first (fio->io_offset).
 185  * Conveniently, the gap between fio and lio is given by -IO_SPAN(lio, fio);
 186  * thus fio and lio are adjacent if and only if IO_SPAN(lio, fio) == 0.
 187  */
 188 #define IO_SPAN(fio, lio) ((lio)->io_offset + (lio)->io_size - (fio)->io_offset)
 189 #define IO_GAP(fio, lio) (-IO_SPAN(lio, fio))
 190
 191 static zio_t *
 192 vdev_queue_io_to_issue(vdev_queue_t *vq, uint64_t pending_limit)
 193 {
 194         zio_t *fio, *lio, *aio, *dio, *nio;
 195         avl_tree_t *t;
 196         int flags;
 197         uint64_t maxspan = zfs_vdev_aggregation_limit;
 198         uint64_t maxgap;
 199
 200         ASSERT(MUTEX_HELD(&vq->vq_lock));
 201
 202         if (avl_numnodes(&vq->vq_pending_tree) >= pending_limit ||
 203             avl_numnodes(&vq->vq_deadline_tree) == 0)
 204                 return (NULL);
 205
 206         fio = lio = avl_first(&vq->vq_deadline_tree);
 207
 208         t = fio->io_vdev_tree;
 209         flags = fio->io_flags & ZIO_FLAG_AGG_INHERIT;
 210         maxgap = (t == &vq->vq_read_tree) ? zfs_vdev_read_gap_limit : 0;
 211
 212         if (!(flags & ZIO_FLAG_DONT_AGGREGATE)) {
 213                 /*
 214                  * We can aggregate I/Os that are adjacent and of the
 215                  * same flavor, as expressed by the AGG_INHERIT flags.
 216                  * The latter is necessary so that certain attributes
 217                  * of the I/O, such as whether it's a normal I/O or a
 218                  * scrub/resilver, can be preserved in the aggregate.
 219                  */
 220                 while ((dio = AVL_PREV(t, fio)) != NULL &&
 221                     (dio->io_flags & ZIO_FLAG_AGG_INHERIT) == flags &&
 222                     IO_SPAN(dio, lio) <= maxspan && IO_GAP(dio, fio) <= maxgap)
 223                         fio = dio;
 224
 225                 while ((dio = AVL_NEXT(t, lio)) != NULL &&
 226                     (dio->io_flags & ZIO_FLAG_AGG_INHERIT) == flags &&
 227                     IO_SPAN(fio, dio) <= maxspan && IO_GAP(lio, dio) <= maxgap)
 228                         lio = dio;
 229         }
 230
 231         if (fio != lio) {
 232                 uint64_t size = IO_SPAN(fio, lio);
 233                 ASSERT(size <= zfs_vdev_aggregation_limit);
 234
 235                 aio = zio_vdev_delegated_io(fio->io_vd, fio->io_offset,
 236                     zio_buf_alloc(size), size, fio->io_type, ZIO_PRIORITY_NOW,
 237                     flags | ZIO_FLAG_DONT_CACHE | ZIO_FLAG_DONT_QUEUE,
 238                     vdev_queue_agg_io_done, NULL);
 239
 240                 nio = fio;
 241                 do {
 242                         dio = nio;
 243                         nio = AVL_NEXT(t, dio);
 244                         ASSERT(dio->io_type == aio->io_type);
 245                         ASSERT(dio->io_vdev_tree == t);
 246
 247                         if (dio->io_type == ZIO_TYPE_WRITE)
 248                                 bcopy(dio->io_data, (char *)aio->io_data +
 249                                     (dio->io_offset - aio->io_offset),
 250                                     dio->io_size);
 251
 252                         zio_add_child(dio, aio);
 253                         vdev_queue_io_remove(vq, dio);
 254                         zio_vdev_io_bypass(dio);
 255                         zio_execute(dio);
 256                 } while (dio != lio);
 257
 258                 avl_add(&vq->vq_pending_tree, aio);
 259
 260                 return (aio);
 261         }
 262
 263         ASSERT(fio->io_vdev_tree == t);
 264         vdev_queue_io_remove(vq, fio);
 265
 266         avl_add(&vq->vq_pending_tree, fio);
 267
 268         return (fio);
 269 }
 270
 271 zio_t *
 272 vdev_queue_io(zio_t *zio)
 273 {
 274         vdev_queue_t *vq = &zio->io_vd->vdev_queue;
 275         zio_t *nio;
 276
 277         ASSERT(zio->io_type == ZIO_TYPE_READ || zio->io_type == ZIO_TYPE_WRITE);
 278
 279         if (zio->io_flags & ZIO_FLAG_DONT_QUEUE)
 280                 return (zio);
 281
 282         zio->io_flags |= ZIO_FLAG_DONT_CACHE | ZIO_FLAG_DONT_QUEUE;
 283
 284         if (zio->io_type == ZIO_TYPE_READ)
 285                 zio->io_vdev_tree = &vq->vq_read_tree;
 286         else
 287                 zio->io_vdev_tree = &vq->vq_write_tree;
 288
 289         mutex_enter(&vq->vq_lock);
 290
 291         zio->io_deadline = (lbolt64 >> zfs_vdev_time_shift) + zio->io_priority;
 292
 293         vdev_queue_io_add(vq, zio);
 294
 295         nio = vdev_queue_io_to_issue(vq, zfs_vdev_min_pending);
 296
 297         mutex_exit(&vq->vq_lock);
 298
 299         if (nio == NULL)
 300                 return (NULL);
 301
 302         if (nio->io_done == vdev_queue_agg_io_done) {
 303                 zio_nowait(nio);
 304                 return (NULL);
 305         }
 306
 307         return (nio);
 308 }
 309
 310 void
 311 vdev_queue_io_done(zio_t *zio)
 312 {
 313         vdev_queue_t *vq = &zio->io_vd->vdev_queue;
 314
 315         mutex_enter(&vq->vq_lock);
 316
 317         avl_remove(&vq->vq_pending_tree, zio);
 318
 319         for (int i = 0; i < zfs_vdev_ramp_rate; i++) {
 320                 zio_t *nio = vdev_queue_io_to_issue(vq, zfs_vdev_max_pending);
 321                 if (nio == NULL)
 322                         break;
 323                 mutex_exit(&vq->vq_lock);
 324                 if (nio->io_done == vdev_queue_agg_io_done) {
 325                         zio_nowait(nio);
 326                 } else {
 327                         zio_vdev_io_reissue(nio);
 328                         zio_execute(nio);
 329                 }
 330                 mutex_enter(&vq->vq_lock);
 331         }
 332
 333         mutex_exit(&vq->vq_lock);
 334 }