sys/cddl/contrib/opensolaris/uts/common/fs/zfs/sys/metaslab_impl.h

   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 2009 Sun Microsystems, Inc.  All rights reserved.
  23  * Use is subject to license terms.
  24  */
  25
  26 /*
  27  * Copyright (c) 2013 by Delphix. All rights reserved.
  28  */
  29
  30 #ifndef _SYS_METASLAB_IMPL_H
  31 #define _SYS_METASLAB_IMPL_H
  32
  33 #include <sys/metaslab.h>
  34 #include <sys/space_map.h>
  35 #include <sys/range_tree.h>
  36 #include <sys/vdev.h>
  37 #include <sys/txg.h>
  38 #include <sys/avl.h>
  39
  40 #ifdef  __cplusplus
  41 extern "C" {
  42 #endif
  43
  44 struct metaslab_class {
  45         spa_t                   *mc_spa;
  46         metaslab_group_t        *mc_rotor;
  47         metaslab_ops_t          *mc_ops;
  48         uint64_t                mc_aliquot;
  49         uint64_t                mc_alloc_groups; /* # of allocatable groups */
  50         uint64_t                mc_alloc;       /* total allocated space */
  51         uint64_t                mc_deferred;    /* total deferred frees */
  52         uint64_t                mc_space;       /* total space (alloc + free) */
  53         uint64_t                mc_dspace;      /* total deflated space */
  54         uint64_t                mc_minblocksize;
  55 };
  56
  57 struct metaslab_group {
  58         kmutex_t                mg_lock;
  59         avl_tree_t              mg_metaslab_tree;
  60         uint64_t                mg_aliquot;
  61         uint64_t                mg_alloc_failures;
  62         boolean_t               mg_allocatable;         /* can we allocate? */
  63         uint64_t                mg_free_capacity;       /* percentage free */
  64         int64_t                 mg_bias;
  65         int64_t                 mg_activation_count;
  66         metaslab_class_t        *mg_class;
  67         vdev_t                  *mg_vd;
  68         taskq_t                 *mg_taskq;
  69         metaslab_group_t        *mg_prev;
  70         metaslab_group_t        *mg_next;
  71 };
  72
  73 /*
  74  * This value defines the number of elements in the ms_lbas array. The value
  75  * of 64 was chosen as it covers to cover all power of 2 buckets up to
  76  * UINT64_MAX. This is the equivalent of highbit(UINT64_MAX).
  77  */
  78 #define MAX_LBAS        64
  79
  80 /*
  81  * Each metaslab maintains a set of in-core trees to track metaslab operations.
  82  * The in-core free tree (ms_tree) contains the current list of free segments.
  83  * As blocks are allocated, the allocated segment are removed from the ms_tree
  84  * and added to a per txg allocation tree (ms_alloctree). As blocks are freed,
  85  * they are added to the per txg free tree (ms_freetree). These per txg
  86  * trees allow us to process all allocations and frees in syncing context
  87  * where it is safe to update the on-disk space maps. One additional in-core
  88  * tree is maintained to track deferred frees (ms_defertree). Once a block
  89  * is freed it will move from the ms_freetree to the ms_defertree. A deferred
  90  * free means that a block has been freed but cannot be used by the pool
  91  * until TXG_DEFER_SIZE transactions groups later. For example, a block
  92  * that is freed in txg 50 will not be available for reallocation until
  93  * txg 52 (50 + TXG_DEFER_SIZE).  This provides a safety net for uberblock
  94  * rollback. A pool could be safely rolled back TXG_DEFERS_SIZE
  95  * transactions groups and ensure that no block has been reallocated.
  96  *
  97  * The simplified transition diagram looks like this:
  98  *
  99  *
 100  *      ALLOCATE
 101  *         |
 102  *         V
 103  *    free segment (ms_tree) --------> ms_alloctree ----> (write to space map)
 104  *         ^
 105  *         |
 106  *         |                           ms_freetree <--- FREE
 107  *         |                                 |
 108  *         |                                 |
 109  *         |                                 |
 110  *         +----------- ms_defertree <-------+---------> (write to space map)
 111  *
 112  *
 113  * Each metaslab's space is tracked in a single space map in the MOS,
 114  * which is only updated in syncing context. Each time we sync a txg,
 115  * we append the allocs and frees from that txg to the space map.
 116  * The pool space is only updated once all metaslabs have finished syncing.
 117  *
 118  * To load the in-core free tree we read the space map from disk.
 119  * This object contains a series of alloc and free records that are
 120  * combined to make up the list of all free segments in this metaslab. These
 121  * segments are represented in-core by the ms_tree and are stored in an
 122  * AVL tree.
 123  *
 124  * As the space map grows (as a result of the appends) it will
 125  * eventually become space-inefficient. When the metaslab's in-core free tree
 126  * is zfs_condense_pct/100 times the size of the minimal on-disk
 127  * representation, we rewrite it in its minimized form. If a metaslab
 128  * needs to condense then we must set the ms_condensing flag to ensure
 129  * that allocations are not performed on the metaslab that is being written.
 130  */
 131 struct metaslab {
 132         kmutex_t        ms_lock;
 133         kcondvar_t      ms_load_cv;
 134         space_map_t     *ms_sm;
 135         metaslab_ops_t  *ms_ops;
 136         uint64_t        ms_id;
 137         uint64_t        ms_start;
 138         uint64_t        ms_size;
 139
 140         range_tree_t    *ms_alloctree[TXG_SIZE];
 141         range_tree_t    *ms_freetree[TXG_SIZE];
 142         range_tree_t    *ms_defertree[TXG_DEFER_SIZE];
 143         range_tree_t    *ms_tree;
 144
 145         boolean_t       ms_condensing;  /* condensing? */
 146         boolean_t       ms_loaded;
 147         boolean_t       ms_loading;
 148
 149         int64_t         ms_deferspace;  /* sum of ms_defermap[] space   */
 150         uint64_t        ms_weight;      /* weight vs. others in group   */
 151         uint64_t        ms_factor;
 152         uint64_t        ms_access_txg;
 153
 154         /*
 155          * The metaslab block allocators can optionally use a size-ordered
 156          * range tree and/or an array of LBAs. Not all allocators use
 157          * this functionality. The ms_size_tree should always contain the
 158          * same number of segments as the ms_tree. The only difference
 159          * is that the ms_size_tree is ordered by segment sizes.
 160          */
 161         avl_tree_t      ms_size_tree;
 162         uint64_t        ms_lbas[MAX_LBAS];
 163
 164         metaslab_group_t *ms_group;     /* metaslab group               */
 165         avl_node_t      ms_group_node;  /* node in metaslab group tree  */
 166         txg_node_t      ms_txg_node;    /* per-txg dirty metaslab links */
 167 };
 168
 169 #ifdef  __cplusplus
 170 }
 171 #endif
 172
 173 #endif  /* _SYS_METASLAB_IMPL_H */