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
  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 #include <sys/zfs_context.h>
  31 #include <sys/vdev_impl.h>
  32 #include <sys/spa_impl.h>
  33 #include <sys/zio.h>
  34 #include <sys/avl.h>
  35 #include <sys/dsl_pool.h>
  36
  37 /*
  38  * ZFS I/O Scheduler
  39  * ---------------
  40  *
  41  * ZFS issues I/O operations to leaf vdevs to satisfy and complete zios.  The
  42  * I/O scheduler determines when and in what order those operations are
  43  * issued.  The I/O scheduler divides operations into five I/O classes
  44  * prioritized in the following order: sync read, sync write, async read,
  45  * async write, and scrub/resilver.  Each queue defines the minimum and
  46  * maximum number of concurrent operations that may be issued to the device.
  47  * In addition, the device has an aggregate maximum. Note that the sum of the
  48  * per-queue minimums must not exceed the aggregate maximum, and if the
  49  * aggregate maximum is equal to or greater than the sum of the per-queue
  50  * maximums, the per-queue minimum has no effect.
  51  *
  52  * For many physical devices, throughput increases with the number of
  53  * concurrent operations, but latency typically suffers. Further, physical
  54  * devices typically have a limit at which more concurrent operations have no
  55  * effect on throughput or can actually cause it to decrease.
  56  *
  57  * The scheduler selects the next operation to issue by first looking for an
  58  * I/O class whose minimum has not been satisfied. Once all are satisfied and
  59  * the aggregate maximum has not been hit, the scheduler looks for classes
  60  * whose maximum has not been satisfied. Iteration through the I/O classes is
  61  * done in the order specified above. No further operations are issued if the
  62  * aggregate maximum number of concurrent operations has been hit or if there
  63  * are no operations queued for an I/O class that has not hit its maximum.
  64  * Every time an i/o is queued or an operation completes, the I/O scheduler
  65  * looks for new operations to issue.
  66  *
  67  * All I/O classes have a fixed maximum number of outstanding operations
  68  * except for the async write class. Asynchronous writes represent the data
  69  * that is committed to stable storage during the syncing stage for
  70  * transaction groups (see txg.c). Transaction groups enter the syncing state
  71  * periodically so the number of queued async writes will quickly burst up and
  72  * then bleed down to zero. Rather than servicing them as quickly as possible,
  73  * the I/O scheduler changes the maximum number of active async write i/os
  74  * according to the amount of dirty data in the pool (see dsl_pool.c). Since
  75  * both throughput and latency typically increase with the number of
  76  * concurrent operations issued to physical devices, reducing the burstiness
  77  * in the number of concurrent operations also stabilizes the response time of
  78  * operations from other -- and in particular synchronous -- queues. In broad
  79  * strokes, the I/O scheduler will issue more concurrent operations from the
  80  * async write queue as there's more dirty data in the pool.
  81  *
  82  * Async Writes
  83  *
  84  * The number of concurrent operations issued for the async write I/O class
  85  * follows a piece-wise linear function defined by a few adjustable points.
  86  *
  87  *        |                   o---------| <-- zfs_vdev_async_write_max_active
  88  *   ^    |                  /^         |
  89  *   |    |                 / |         |
  90  * active |                /  |         |
  91  *  I/O   |               /   |         |
  92  * count  |              /    |         |
  93  *        |             /     |         |
  94  *        |------------o      |         | <-- zfs_vdev_async_write_min_active
  95  *       0|____________^______|_________|
  96  *        0%           |      |       100% of zfs_dirty_data_max
  97  *                     |      |
  98  *                     |      `-- zfs_vdev_async_write_active_max_dirty_percent
  99  *                     `--------- zfs_vdev_async_write_active_min_dirty_percent
 100  *
 101  * Until the amount of dirty data exceeds a minimum percentage of the dirty
 102  * data allowed in the pool, the I/O scheduler will limit the number of
 103  * concurrent operations to the minimum. As that threshold is crossed, the
 104  * number of concurrent operations issued increases linearly to the maximum at
 105  * the specified maximum percentage of the dirty data allowed in the pool.
 106  *
 107  * Ideally, the amount of dirty data on a busy pool will stay in the sloped
 108  * part of the function between zfs_vdev_async_write_active_min_dirty_percent
 109  * and zfs_vdev_async_write_active_max_dirty_percent. If it exceeds the
 110  * maximum percentage, this indicates that the rate of incoming data is
 111  * greater than the rate that the backend storage can handle. In this case, we
 112  * must further throttle incoming writes (see dmu_tx_delay() for details).
 113  */
 114
 115 /*
 116  * The maximum number of i/os active to each device.  Ideally, this will be >=
 117  * the sum of each queue's max_active.  It must be at least the sum of each
 118  * queue's min_active.
 119  */
 120 uint32_t zfs_vdev_max_active = 1000;
 121
 122 /*
 123  * Per-queue limits on the number of i/os active to each device.  If the
 124  * sum of the queue's max_active is < zfs_vdev_max_active, then the
 125  * min_active comes into play.  We will send min_active from each queue,
 126  * and then select from queues in the order defined by zio_priority_t.
 127  *
 128  * In general, smaller max_active's will lead to lower latency of synchronous
 129  * operations.  Larger max_active's may lead to higher overall throughput,
 130  * depending on underlying storage.
 131  *
 132  * The ratio of the queues' max_actives determines the balance of performance
 133  * between reads, writes, and scrubs.  E.g., increasing
 134  * zfs_vdev_scrub_max_active will cause the scrub or resilver to complete
 135  * more quickly, but reads and writes to have higher latency and lower
 136  * throughput.
 137  */
 138 uint32_t zfs_vdev_sync_read_min_active = 10;
 139 uint32_t zfs_vdev_sync_read_max_active = 10;
 140 uint32_t zfs_vdev_sync_write_min_active = 10;
 141 uint32_t zfs_vdev_sync_write_max_active = 10;
 142 uint32_t zfs_vdev_async_read_min_active = 1;
 143 uint32_t zfs_vdev_async_read_max_active = 3;
 144 uint32_t zfs_vdev_async_write_min_active = 1;
 145 uint32_t zfs_vdev_async_write_max_active = 10;
 146 uint32_t zfs_vdev_scrub_min_active = 1;
 147 uint32_t zfs_vdev_scrub_max_active = 2;
 148
 149 /*
 150  * When the pool has less than zfs_vdev_async_write_active_min_dirty_percent
 151  * dirty data, use zfs_vdev_async_write_min_active.  When it has more than
 152  * zfs_vdev_async_write_active_max_dirty_percent, use
 153  * zfs_vdev_async_write_max_active. The value is linearly interpolated
 154  * between min and max.
 155  */
 156 int zfs_vdev_async_write_active_min_dirty_percent = 30;
 157 int zfs_vdev_async_write_active_max_dirty_percent = 60;
 158
 159 /*
 160  * To reduce IOPs, we aggregate small adjacent I/Os into one large I/O.
 161  * For read I/Os, we also aggregate across small adjacency gaps; for writes
 162  * we include spans of optional I/Os to aid aggregation at the disk even when
 163  * they aren't able to help us aggregate at this level.
 164  */
 165 int zfs_vdev_aggregation_limit = SPA_MAXBLOCKSIZE;
 166 int zfs_vdev_read_gap_limit = 32 << 10;
 167 int zfs_vdev_write_gap_limit = 4 << 10;
 168
 169 #ifdef __FreeBSD__
 170 SYSCTL_DECL(_vfs_zfs_vdev);
 171 TUNABLE_INT("vfs.zfs.vdev.max_active", &zfs_vdev_max_active);
 172 SYSCTL_UINT(_vfs_zfs_vdev, OID_AUTO, max_active, CTLFLAG_RW,
 173     &zfs_vdev_max_active, 0,
 174     "The maximum number of i/os of all types active for each device.");
 175
 176 #define ZFS_VDEV_QUEUE_KNOB_MIN(name)                                   \
 177 TUNABLE_INT("vfs.zfs.vdev." #name "_min_active",                        \
 178     &zfs_vdev_ ## name ## _min_active);                                 \
 179 SYSCTL_UINT(_vfs_zfs_vdev, OID_AUTO, name ## _min_active, CTLFLAG_RW,   \
 180     &zfs_vdev_ ## name ## _min_active, 0,                               \
 181     "Initial number of I/O requests of type " #name                     \
 182     " active for each device");
 183
 184 #define ZFS_VDEV_QUEUE_KNOB_MAX(name)                                   \
 185 TUNABLE_INT("vfs.zfs.vdev." #name "_max_active",                        \
 186     &zfs_vdev_ ## name ## _max_active);                                 \
 187 SYSCTL_UINT(_vfs_zfs_vdev, OID_AUTO, name ## _max_active, CTLFLAG_RW,   \
 188     &zfs_vdev_ ## name ## _max_active, 0,                               \
 189     "Maximum number of I/O requests of type " #name                     \
 190     " active for each device");
 191
 192 ZFS_VDEV_QUEUE_KNOB_MIN(sync_read);
 193 ZFS_VDEV_QUEUE_KNOB_MAX(sync_read);
 194 ZFS_VDEV_QUEUE_KNOB_MIN(sync_write);
 195 ZFS_VDEV_QUEUE_KNOB_MAX(sync_write);
 196 ZFS_VDEV_QUEUE_KNOB_MIN(async_read);
 197 ZFS_VDEV_QUEUE_KNOB_MAX(async_read);
 198 ZFS_VDEV_QUEUE_KNOB_MIN(async_write);
 199 ZFS_VDEV_QUEUE_KNOB_MAX(async_write);
 200 ZFS_VDEV_QUEUE_KNOB_MIN(scrub);
 201 ZFS_VDEV_QUEUE_KNOB_MAX(scrub);
 202
 203 #undef ZFS_VDEV_QUEUE_KNOB
 204
 205 TUNABLE_INT("vfs.zfs.vdev.aggregation_limit", &zfs_vdev_aggregation_limit);
 206 SYSCTL_INT(_vfs_zfs_vdev, OID_AUTO, aggregation_limit, CTLFLAG_RW,
 207     &zfs_vdev_aggregation_limit, 0,
 208     "I/O requests are aggregated up to this size");
 209 TUNABLE_INT("vfs.zfs.vdev.read_gap_limit", &zfs_vdev_read_gap_limit);
 210 SYSCTL_INT(_vfs_zfs_vdev, OID_AUTO, read_gap_limit, CTLFLAG_RW,
 211     &zfs_vdev_read_gap_limit, 0,
 212     "Acceptable gap between two reads being aggregated");
 213 TUNABLE_INT("vfs.zfs.vdev.write_gap_limit", &zfs_vdev_write_gap_limit);
 214 SYSCTL_INT(_vfs_zfs_vdev, OID_AUTO, write_gap_limit, CTLFLAG_RW,
 215     &zfs_vdev_write_gap_limit, 0,
 216     "Acceptable gap between two writes being aggregated");
 217 #endif
 218
 219 int
 220 vdev_queue_offset_compare(const void *x1, const void *x2)
 221 {
 222         const zio_t *z1 = x1;
 223         const zio_t *z2 = x2;
 224
 225         if (z1->io_offset < z2->io_offset)
 226                 return (-1);
 227         if (z1->io_offset > z2->io_offset)
 228                 return (1);
 229
 230         if (z1 < z2)
 231                 return (-1);
 232         if (z1 > z2)
 233                 return (1);
 234
 235         return (0);
 236 }
 237
 238 int
 239 vdev_queue_timestamp_compare(const void *x1, const void *x2)
 240 {
 241         const zio_t *z1 = x1;
 242         const zio_t *z2 = x2;
 243
 244         if (z1->io_timestamp < z2->io_timestamp)
 245                 return (-1);
 246         if (z1->io_timestamp > z2->io_timestamp)
 247                 return (1);
 248
 249         if (z1 < z2)
 250                 return (-1);
 251         if (z1 > z2)
 252                 return (1);
 253
 254         return (0);
 255 }
 256
 257 void
 258 vdev_queue_init(vdev_t *vd)
 259 {
 260         vdev_queue_t *vq = &vd->vdev_queue;
 261
 262         mutex_init(&vq->vq_lock, NULL, MUTEX_DEFAULT, NULL);
 263         vq->vq_vdev = vd;
 264
 265         avl_create(&vq->vq_active_tree, vdev_queue_offset_compare,
 266             sizeof (zio_t), offsetof(struct zio, io_queue_node));
 267
 268         for (zio_priority_t p = 0; p < ZIO_PRIORITY_NUM_QUEUEABLE; p++) {
 269                 /*
 270                  * The synchronous i/o queues are FIFO rather than LBA ordered.
 271                  * This provides more consistent latency for these i/os, and
 272                  * they tend to not be tightly clustered anyway so there is
 273                  * little to no throughput loss.
 274                  */
 275                 boolean_t fifo = (p == ZIO_PRIORITY_SYNC_READ ||
 276                     p == ZIO_PRIORITY_SYNC_WRITE);
 277                 avl_create(&vq->vq_class[p].vqc_queued_tree,
 278                     fifo ? vdev_queue_timestamp_compare :
 279                     vdev_queue_offset_compare,
 280                     sizeof (zio_t), offsetof(struct zio, io_queue_node));
 281         }
 282 }
 283
 284 void
 285 vdev_queue_fini(vdev_t *vd)
 286 {
 287         vdev_queue_t *vq = &vd->vdev_queue;
 288
 289         for (zio_priority_t p = 0; p < ZIO_PRIORITY_NUM_QUEUEABLE; p++)
 290                 avl_destroy(&vq->vq_class[p].vqc_queued_tree);
 291         avl_destroy(&vq->vq_active_tree);
 292
 293         mutex_destroy(&vq->vq_lock);
 294 }
 295
 296 static void
 297 vdev_queue_io_add(vdev_queue_t *vq, zio_t *zio)
 298 {
 299         spa_t *spa = zio->io_spa;
 300         ASSERT3U(zio->io_priority, <, ZIO_PRIORITY_NUM_QUEUEABLE);
 301         avl_add(&vq->vq_class[zio->io_priority].vqc_queued_tree, zio);
 302
 303 #ifdef illumos
 304         mutex_enter(&spa->spa_iokstat_lock);
 305         spa->spa_queue_stats[zio->io_priority].spa_queued++;
 306         if (spa->spa_iokstat != NULL)
 307                 kstat_waitq_enter(spa->spa_iokstat->ks_data);
 308         mutex_exit(&spa->spa_iokstat_lock);
 309 #endif
 310 }
 311
 312 static void
 313 vdev_queue_io_remove(vdev_queue_t *vq, zio_t *zio)
 314 {
 315         spa_t *spa = zio->io_spa;
 316         ASSERT3U(zio->io_priority, <, ZIO_PRIORITY_NUM_QUEUEABLE);
 317         avl_remove(&vq->vq_class[zio->io_priority].vqc_queued_tree, zio);
 318
 319 #ifdef illumos
 320         mutex_enter(&spa->spa_iokstat_lock);
 321         ASSERT3U(spa->spa_queue_stats[zio->io_priority].spa_queued, >, 0);
 322         spa->spa_queue_stats[zio->io_priority].spa_queued--;
 323         if (spa->spa_iokstat != NULL)
 324                 kstat_waitq_exit(spa->spa_iokstat->ks_data);
 325         mutex_exit(&spa->spa_iokstat_lock);
 326 #endif
 327 }
 328
 329 static void
 330 vdev_queue_pending_add(vdev_queue_t *vq, zio_t *zio)
 331 {
 332         spa_t *spa = zio->io_spa;
 333         ASSERT(MUTEX_HELD(&vq->vq_lock));
 334         ASSERT3U(zio->io_priority, <, ZIO_PRIORITY_NUM_QUEUEABLE);
 335         vq->vq_class[zio->io_priority].vqc_active++;
 336         avl_add(&vq->vq_active_tree, zio);
 337
 338 #ifdef illumos
 339         mutex_enter(&spa->spa_iokstat_lock);
 340         spa->spa_queue_stats[zio->io_priority].spa_active++;
 341         if (spa->spa_iokstat != NULL)
 342                 kstat_runq_enter(spa->spa_iokstat->ks_data);
 343         mutex_exit(&spa->spa_iokstat_lock);
 344 #endif
 345 }
 346
 347 static void
 348 vdev_queue_pending_remove(vdev_queue_t *vq, zio_t *zio)
 349 {
 350         spa_t *spa = zio->io_spa;
 351         ASSERT(MUTEX_HELD(&vq->vq_lock));
 352         ASSERT3U(zio->io_priority, <, ZIO_PRIORITY_NUM_QUEUEABLE);
 353         vq->vq_class[zio->io_priority].vqc_active--;
 354         avl_remove(&vq->vq_active_tree, zio);
 355
 356 #ifdef illumos
 357         mutex_enter(&spa->spa_iokstat_lock);
 358         ASSERT3U(spa->spa_queue_stats[zio->io_priority].spa_active, >, 0);
 359         spa->spa_queue_stats[zio->io_priority].spa_active--;
 360         if (spa->spa_iokstat != NULL) {
 361                 kstat_io_t *ksio = spa->spa_iokstat->ks_data;
 362
 363                 kstat_runq_exit(spa->spa_iokstat->ks_data);
 364                 if (zio->io_type == ZIO_TYPE_READ) {
 365                         ksio->reads++;
 366                         ksio->nread += zio->io_size;
 367                 } else if (zio->io_type == ZIO_TYPE_WRITE) {
 368                         ksio->writes++;
 369                         ksio->nwritten += zio->io_size;
 370                 }
 371         }
 372         mutex_exit(&spa->spa_iokstat_lock);
 373 #endif
 374 }
 375
 376 static void
 377 vdev_queue_agg_io_done(zio_t *aio)
 378 {
 379         if (aio->io_type == ZIO_TYPE_READ) {
 380                 zio_t *pio;
 381                 while ((pio = zio_walk_parents(aio)) != NULL) {
 382                         bcopy((char *)aio->io_data + (pio->io_offset -
 383                             aio->io_offset), pio->io_data, pio->io_size);
 384                 }
 385         }
 386
 387         zio_buf_free(aio->io_data, aio->io_size);
 388 }
 389
 390 static int
 391 vdev_queue_class_min_active(zio_priority_t p)
 392 {
 393         switch (p) {
 394         case ZIO_PRIORITY_SYNC_READ:
 395                 return (zfs_vdev_sync_read_min_active);
 396         case ZIO_PRIORITY_SYNC_WRITE:
 397                 return (zfs_vdev_sync_write_min_active);
 398         case ZIO_PRIORITY_ASYNC_READ:
 399                 return (zfs_vdev_async_read_min_active);
 400         case ZIO_PRIORITY_ASYNC_WRITE:
 401                 return (zfs_vdev_async_write_min_active);
 402         case ZIO_PRIORITY_SCRUB:
 403                 return (zfs_vdev_scrub_min_active);
 404         default:
 405                 panic("invalid priority %u", p);
 406                 return (0);
 407         }
 408 }
 409
 410 static int
 411 vdev_queue_max_async_writes(uint64_t dirty)
 412 {
 413         int writes;
 414         uint64_t min_bytes = zfs_dirty_data_max *
 415             zfs_vdev_async_write_active_min_dirty_percent / 100;
 416         uint64_t max_bytes = zfs_dirty_data_max *
 417             zfs_vdev_async_write_active_max_dirty_percent / 100;
 418
 419         if (dirty < min_bytes)
 420                 return (zfs_vdev_async_write_min_active);
 421         if (dirty > max_bytes)
 422                 return (zfs_vdev_async_write_max_active);
 423
 424         /*
 425          * linear interpolation:
 426          * slope = (max_writes - min_writes) / (max_bytes - min_bytes)
 427          * move right by min_bytes
 428          * move up by min_writes
 429          */
 430         writes = (dirty - min_bytes) *
 431             (zfs_vdev_async_write_max_active -
 432             zfs_vdev_async_write_min_active) /
 433             (max_bytes - min_bytes) +
 434             zfs_vdev_async_write_min_active;
 435         ASSERT3U(writes, >=, zfs_vdev_async_write_min_active);
 436         ASSERT3U(writes, <=, zfs_vdev_async_write_max_active);
 437         return (writes);
 438 }
 439
 440 static int
 441 vdev_queue_class_max_active(spa_t *spa, zio_priority_t p)
 442 {
 443         switch (p) {
 444         case ZIO_PRIORITY_SYNC_READ:
 445                 return (zfs_vdev_sync_read_max_active);
 446         case ZIO_PRIORITY_SYNC_WRITE:
 447                 return (zfs_vdev_sync_write_max_active);
 448         case ZIO_PRIORITY_ASYNC_READ:
 449                 return (zfs_vdev_async_read_max_active);
 450         case ZIO_PRIORITY_ASYNC_WRITE:
 451                 return (vdev_queue_max_async_writes(
 452                     spa->spa_dsl_pool->dp_dirty_total));
 453         case ZIO_PRIORITY_SCRUB:
 454                 return (zfs_vdev_scrub_max_active);
 455         default:
 456                 panic("invalid priority %u", p);
 457                 return (0);
 458         }
 459 }
 460
 461 /*
 462  * Return the i/o class to issue from, or ZIO_PRIORITY_MAX_QUEUEABLE if
 463  * there is no eligible class.
 464  */
 465 static zio_priority_t
 466 vdev_queue_class_to_issue(vdev_queue_t *vq)
 467 {
 468         spa_t *spa = vq->vq_vdev->vdev_spa;
 469         zio_priority_t p;
 470
 471         if (avl_numnodes(&vq->vq_active_tree) >= zfs_vdev_max_active)
 472                 return (ZIO_PRIORITY_NUM_QUEUEABLE);
 473
 474         /* find a queue that has not reached its minimum # outstanding i/os */
 475         for (p = 0; p < ZIO_PRIORITY_NUM_QUEUEABLE; p++) {
 476                 if (avl_numnodes(&vq->vq_class[p].vqc_queued_tree) > 0 &&
 477                     vq->vq_class[p].vqc_active <
 478                     vdev_queue_class_min_active(p))
 479                         return (p);
 480         }
 481
 482         /*
 483          * If we haven't found a queue, look for one that hasn't reached its
 484          * maximum # outstanding i/os.
 485          */
 486         for (p = 0; p < ZIO_PRIORITY_NUM_QUEUEABLE; p++) {
 487                 if (avl_numnodes(&vq->vq_class[p].vqc_queued_tree) > 0 &&
 488                     vq->vq_class[p].vqc_active <
 489                     vdev_queue_class_max_active(spa, p))
 490                         return (p);
 491         }
 492
 493         /* No eligible queued i/os */
 494         return (ZIO_PRIORITY_NUM_QUEUEABLE);
 495 }
 496
 497 /*
 498  * Compute the range spanned by two i/os, which is the endpoint of the last
 499  * (lio->io_offset + lio->io_size) minus start of the first (fio->io_offset).
 500  * Conveniently, the gap between fio and lio is given by -IO_SPAN(lio, fio);
 501  * thus fio and lio are adjacent if and only if IO_SPAN(lio, fio) == 0.
 502  */
 503 #define IO_SPAN(fio, lio) ((lio)->io_offset + (lio)->io_size - (fio)->io_offset)
 504 #define IO_GAP(fio, lio) (-IO_SPAN(lio, fio))
 505
 506 static zio_t *
 507 vdev_queue_aggregate(vdev_queue_t *vq, zio_t *zio)
 508 {
 509         zio_t *first, *last, *aio, *dio, *mandatory, *nio;
 510         uint64_t maxgap = 0;
 511         uint64_t size;
 512         boolean_t stretch = B_FALSE;
 513         vdev_queue_class_t *vqc = &vq->vq_class[zio->io_priority];
 514         avl_tree_t *t = &vqc->vqc_queued_tree;
 515         enum zio_flag flags = zio->io_flags & ZIO_FLAG_AGG_INHERIT;
 516
 517         if (zio->io_flags & ZIO_FLAG_DONT_AGGREGATE)
 518                 return (NULL);
 519
 520         /*
 521          * The synchronous i/o queues are not sorted by LBA, so we can't
 522          * find adjacent i/os.  These i/os tend to not be tightly clustered,
 523          * or too large to aggregate, so this has little impact on performance.
 524          */
 525         if (zio->io_priority == ZIO_PRIORITY_SYNC_READ ||
 526             zio->io_priority == ZIO_PRIORITY_SYNC_WRITE)
 527                 return (NULL);
 528
 529         first = last = zio;
 530
 531         if (zio->io_type == ZIO_TYPE_READ)
 532                 maxgap = zfs_vdev_read_gap_limit;
 533
 534         /*
 535          * We can aggregate I/Os that are sufficiently adjacent and of
 536          * the same flavor, as expressed by the AGG_INHERIT flags.
 537          * The latter requirement is necessary so that certain
 538          * attributes of the I/O, such as whether it's a normal I/O
 539          * or a scrub/resilver, can be preserved in the aggregate.
 540          * We can include optional I/Os, but don't allow them
 541          * to begin a range as they add no benefit in that situation.
 542          */
 543
 544         /*
 545          * We keep track of the last non-optional I/O.
 546          */
 547         mandatory = (first->io_flags & ZIO_FLAG_OPTIONAL) ? NULL : first;
 548
 549         /*
 550          * Walk backwards through sufficiently contiguous I/Os
 551          * recording the last non-option I/O.
 552          */
 553         while ((dio = AVL_PREV(t, first)) != NULL &&
 554             (dio->io_flags & ZIO_FLAG_AGG_INHERIT) == flags &&
 555             IO_SPAN(dio, last) <= zfs_vdev_aggregation_limit &&
 556             IO_GAP(dio, first) <= maxgap) {
 557                 first = dio;
 558                 if (mandatory == NULL && !(first->io_flags & ZIO_FLAG_OPTIONAL))
 559                         mandatory = first;
 560         }
 561
 562         /*
 563          * Skip any initial optional I/Os.
 564          */
 565         while ((first->io_flags & ZIO_FLAG_OPTIONAL) && first != last) {
 566                 first = AVL_NEXT(t, first);
 567                 ASSERT(first != NULL);
 568         }
 569
 570         /*
 571          * Walk forward through sufficiently contiguous I/Os.
 572          */
 573         while ((dio = AVL_NEXT(t, last)) != NULL &&
 574             (dio->io_flags & ZIO_FLAG_AGG_INHERIT) == flags &&
 575             IO_SPAN(first, dio) <= zfs_vdev_aggregation_limit &&
 576             IO_GAP(last, dio) <= maxgap) {
 577                 last = dio;
 578                 if (!(last->io_flags & ZIO_FLAG_OPTIONAL))
 579                         mandatory = last;
 580         }
 581
 582         /*
 583          * Now that we've established the range of the I/O aggregation
 584          * we must decide what to do with trailing optional I/Os.
 585          * For reads, there's nothing to do. While we are unable to
 586          * aggregate further, it's possible that a trailing optional
 587          * I/O would allow the underlying device to aggregate with
 588          * subsequent I/Os. We must therefore determine if the next
 589          * non-optional I/O is close enough to make aggregation
 590          * worthwhile.
 591          */
 592         if (zio->io_type == ZIO_TYPE_WRITE && mandatory != NULL) {
 593                 zio_t *nio = last;
 594                 while ((dio = AVL_NEXT(t, nio)) != NULL &&
 595                     IO_GAP(nio, dio) == 0 &&
 596                     IO_GAP(mandatory, dio) <= zfs_vdev_write_gap_limit) {
 597                         nio = dio;
 598                         if (!(nio->io_flags & ZIO_FLAG_OPTIONAL)) {
 599                                 stretch = B_TRUE;
 600                                 break;
 601                         }
 602                 }
 603         }
 604
 605         if (stretch) {
 606                 /* This may be a no-op. */
 607                 dio = AVL_NEXT(t, last);
 608                 dio->io_flags &= ~ZIO_FLAG_OPTIONAL;
 609         } else {
 610                 while (last != mandatory && last != first) {
 611                         ASSERT(last->io_flags & ZIO_FLAG_OPTIONAL);
 612                         last = AVL_PREV(t, last);
 613                         ASSERT(last != NULL);
 614                 }
 615         }
 616
 617         if (first == last)
 618                 return (NULL);
 619
 620         size = IO_SPAN(first, last);
 621         ASSERT3U(size, <=, zfs_vdev_aggregation_limit);
 622
 623         aio = zio_vdev_delegated_io(first->io_vd, first->io_offset,
 624             zio_buf_alloc(size), size, first->io_type, zio->io_priority,
 625             flags | ZIO_FLAG_DONT_CACHE | ZIO_FLAG_DONT_QUEUE,
 626             vdev_queue_agg_io_done, NULL);
 627         aio->io_timestamp = first->io_timestamp;
 628
 629         nio = first;
 630         do {
 631                 dio = nio;
 632                 nio = AVL_NEXT(t, dio);
 633                 ASSERT3U(dio->io_type, ==, aio->io_type);
 634
 635                 if (dio->io_flags & ZIO_FLAG_NODATA) {
 636                         ASSERT3U(dio->io_type, ==, ZIO_TYPE_WRITE);
 637                         bzero((char *)aio->io_data + (dio->io_offset -
 638                             aio->io_offset), dio->io_size);
 639                 } else if (dio->io_type == ZIO_TYPE_WRITE) {
 640                         bcopy(dio->io_data, (char *)aio->io_data +
 641                             (dio->io_offset - aio->io_offset),
 642                             dio->io_size);
 643                 }
 644
 645                 zio_add_child(dio, aio);
 646                 vdev_queue_io_remove(vq, dio);
 647                 zio_vdev_io_bypass(dio);
 648                 zio_execute(dio);
 649         } while (dio != last);
 650
 651         return (aio);
 652 }
 653
 654 static zio_t *
 655 vdev_queue_io_to_issue(vdev_queue_t *vq)
 656 {
 657         zio_t *zio, *aio;
 658         zio_priority_t p;
 659         avl_index_t idx;
 660         vdev_queue_class_t *vqc;
 661         zio_t search;
 662
 663 again:
 664         ASSERT(MUTEX_HELD(&vq->vq_lock));
 665
 666         p = vdev_queue_class_to_issue(vq);
 667
 668         if (p == ZIO_PRIORITY_NUM_QUEUEABLE) {
 669                 /* No eligible queued i/os */
 670                 return (NULL);
 671         }
 672
 673         /*
 674          * For LBA-ordered queues (async / scrub), issue the i/o which follows
 675          * the most recently issued i/o in LBA (offset) order.
 676          *
 677          * For FIFO queues (sync), issue the i/o with the lowest timestamp.
 678          */
 679         vqc = &vq->vq_class[p];
 680         search.io_timestamp = 0;
 681         search.io_offset = vq->vq_last_offset + 1;
 682         VERIFY3P(avl_find(&vqc->vqc_queued_tree, &search, &idx), ==, NULL);
 683         zio = avl_nearest(&vqc->vqc_queued_tree, idx, AVL_AFTER);
 684         if (zio == NULL)
 685                 zio = avl_first(&vqc->vqc_queued_tree);
 686         ASSERT3U(zio->io_priority, ==, p);
 687
 688         aio = vdev_queue_aggregate(vq, zio);
 689         if (aio != NULL)
 690                 zio = aio;
 691         else
 692                 vdev_queue_io_remove(vq, zio);
 693
 694         /*
 695          * If the I/O is or was optional and therefore has no data, we need to
 696          * simply discard it. We need to drop the vdev queue's lock to avoid a
 697          * deadlock that we could encounter since this I/O will complete
 698          * immediately.
 699          */
 700         if (zio->io_flags & ZIO_FLAG_NODATA) {
 701                 mutex_exit(&vq->vq_lock);
 702                 zio_vdev_io_bypass(zio);
 703                 zio_execute(zio);
 704                 mutex_enter(&vq->vq_lock);
 705                 goto again;
 706         }
 707
 708         vdev_queue_pending_add(vq, zio);
 709         vq->vq_last_offset = zio->io_offset;
 710
 711         return (zio);
 712 }
 713
 714 zio_t *
 715 vdev_queue_io(zio_t *zio)
 716 {
 717         vdev_queue_t *vq = &zio->io_vd->vdev_queue;
 718         zio_t *nio;
 719
 720         if (zio->io_flags & ZIO_FLAG_DONT_QUEUE)
 721                 return (zio);
 722
 723         /*
 724          * Children i/os inherent their parent's priority, which might
 725          * not match the child's i/o type.  Fix it up here.
 726          */
 727         if (zio->io_type == ZIO_TYPE_READ) {
 728                 if (zio->io_priority != ZIO_PRIORITY_SYNC_READ &&
 729                     zio->io_priority != ZIO_PRIORITY_ASYNC_READ &&
 730                     zio->io_priority != ZIO_PRIORITY_SCRUB)
 731                         zio->io_priority = ZIO_PRIORITY_ASYNC_READ;
 732         } else {
 733                 ASSERT(zio->io_type == ZIO_TYPE_WRITE);
 734                 if (zio->io_priority != ZIO_PRIORITY_SYNC_WRITE &&
 735                     zio->io_priority != ZIO_PRIORITY_ASYNC_WRITE)
 736                         zio->io_priority = ZIO_PRIORITY_ASYNC_WRITE;
 737         }
 738
 739         zio->io_flags |= ZIO_FLAG_DONT_CACHE | ZIO_FLAG_DONT_QUEUE;
 740
 741         mutex_enter(&vq->vq_lock);
 742         zio->io_timestamp = gethrtime();
 743         vdev_queue_io_add(vq, zio);
 744         nio = vdev_queue_io_to_issue(vq);
 745         mutex_exit(&vq->vq_lock);
 746
 747         if (nio == NULL)
 748                 return (NULL);
 749
 750         if (nio->io_done == vdev_queue_agg_io_done) {
 751                 zio_nowait(nio);
 752                 return (NULL);
 753         }
 754
 755         return (nio);
 756 }
 757
 758 void
 759 vdev_queue_io_done(zio_t *zio)
 760 {
 761         vdev_queue_t *vq = &zio->io_vd->vdev_queue;
 762         zio_t *nio;
 763
 764         if (zio_injection_enabled)
 765                 delay(SEC_TO_TICK(zio_handle_io_delay(zio)));
 766
 767         mutex_enter(&vq->vq_lock);
 768
 769         vdev_queue_pending_remove(vq, zio);
 770
 771         vq->vq_io_complete_ts = gethrtime();
 772
 773         while ((nio = vdev_queue_io_to_issue(vq)) != NULL) {
 774                 mutex_exit(&vq->vq_lock);
 775                 if (nio->io_done == vdev_queue_agg_io_done) {
 776                         zio_nowait(nio);
 777                 } else {
 778                         zio_vdev_io_reissue(nio);
 779                         zio_execute(nio);
 780                 }
 781                 mutex_enter(&vq->vq_lock);
 782         }
 783
 784         mutex_exit(&vq->vq_lock);
 785 }