xref: /illumos-gate/usr/src/uts/common/fs/zfs/vdev_queue.c (revision c3ea2840)
1 /*
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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 /*
57  * Virtual device vector for disk I/O scheduling.
58  */
59 int
60 vdev_queue_deadline_compare(const void *x1, const void *x2)
61 {
62 	const zio_t *z1 = x1;
63 	const zio_t *z2 = x2;
64 
65 	if (z1->io_deadline < z2->io_deadline)
66 		return (-1);
67 	if (z1->io_deadline > z2->io_deadline)
68 		return (1);
69 
70 	if (z1->io_offset < z2->io_offset)
71 		return (-1);
72 	if (z1->io_offset > z2->io_offset)
73 		return (1);
74 
75 	if (z1 < z2)
76 		return (-1);
77 	if (z1 > z2)
78 		return (1);
79 
80 	return (0);
81 }
82 
83 int
84 vdev_queue_offset_compare(const void *x1, const void *x2)
85 {
86 	const zio_t *z1 = x1;
87 	const zio_t *z2 = x2;
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 void
103 vdev_queue_init(vdev_t *vd)
104 {
105 	vdev_queue_t *vq = &vd->vdev_queue;
106 
107 	mutex_init(&vq->vq_lock, NULL, MUTEX_DEFAULT, NULL);
108 
109 	avl_create(&vq->vq_deadline_tree, vdev_queue_deadline_compare,
110 	    sizeof (zio_t), offsetof(struct zio, io_deadline_node));
111 
112 	avl_create(&vq->vq_read_tree, vdev_queue_offset_compare,
113 	    sizeof (zio_t), offsetof(struct zio, io_offset_node));
114 
115 	avl_create(&vq->vq_write_tree, vdev_queue_offset_compare,
116 	    sizeof (zio_t), offsetof(struct zio, io_offset_node));
117 
118 	avl_create(&vq->vq_pending_tree, vdev_queue_offset_compare,
119 	    sizeof (zio_t), offsetof(struct zio, io_offset_node));
120 }
121 
122 void
123 vdev_queue_fini(vdev_t *vd)
124 {
125 	vdev_queue_t *vq = &vd->vdev_queue;
126 
127 	avl_destroy(&vq->vq_deadline_tree);
128 	avl_destroy(&vq->vq_read_tree);
129 	avl_destroy(&vq->vq_write_tree);
130 	avl_destroy(&vq->vq_pending_tree);
131 
132 	mutex_destroy(&vq->vq_lock);
133 }
134 
135 static void
136 vdev_queue_io_add(vdev_queue_t *vq, zio_t *zio)
137 {
138 	avl_add(&vq->vq_deadline_tree, zio);
139 	avl_add(zio->io_vdev_tree, zio);
140 }
141 
142 static void
143 vdev_queue_io_remove(vdev_queue_t *vq, zio_t *zio)
144 {
145 	avl_remove(&vq->vq_deadline_tree, zio);
146 	avl_remove(zio->io_vdev_tree, zio);
147 }
148 
149 static void
150 vdev_queue_agg_io_done(zio_t *aio)
151 {
152 	zio_t *dio;
153 	uint64_t offset = 0;
154 
155 	while ((dio = aio->io_delegate_list) != NULL) {
156 		if (aio->io_type == ZIO_TYPE_READ)
157 			bcopy((char *)aio->io_data + offset, dio->io_data,
158 			    dio->io_size);
159 		offset += dio->io_size;
160 		aio->io_delegate_list = dio->io_delegate_next;
161 		dio->io_delegate_next = NULL;
162 		dio->io_error = aio->io_error;
163 		zio_execute(dio);
164 	}
165 	ASSERT3U(offset, ==, aio->io_size);
166 
167 	zio_buf_free(aio->io_data, aio->io_size);
168 }
169 
170 #define	IS_ADJACENT(io, nio) \
171 	((io)->io_offset + (io)->io_size == (nio)->io_offset)
172 
173 static zio_t *
174 vdev_queue_io_to_issue(vdev_queue_t *vq, uint64_t pending_limit)
175 {
176 	zio_t *fio, *lio, *aio, *dio;
177 	avl_tree_t *tree;
178 	uint64_t size;
179 	int flags;
180 
181 	ASSERT(MUTEX_HELD(&vq->vq_lock));
182 
183 	if (avl_numnodes(&vq->vq_pending_tree) >= pending_limit ||
184 	    avl_numnodes(&vq->vq_deadline_tree) == 0)
185 		return (NULL);
186 
187 	fio = lio = avl_first(&vq->vq_deadline_tree);
188 
189 	tree = fio->io_vdev_tree;
190 	size = fio->io_size;
191 	flags = fio->io_flags & ZIO_FLAG_AGG_INHERIT;
192 
193 	if (!(flags & ZIO_FLAG_DONT_AGGREGATE)) {
194 		/*
195 		 * We can aggregate I/Os that are adjacent and of the
196 		 * same flavor, as expressed by the AGG_INHERIT flags.
197 		 * The latter is necessary so that certain attributes
198 		 * of the I/O, such as whether it's a normal I/O or a
199 		 * scrub/resilver, can be preserved in the aggregate.
200 		 */
201 		while ((dio = AVL_PREV(tree, fio)) != NULL &&
202 		    IS_ADJACENT(dio, fio) &&
203 		    (dio->io_flags & ZIO_FLAG_AGG_INHERIT) == flags &&
204 		    size + dio->io_size <= zfs_vdev_aggregation_limit) {
205 			dio->io_delegate_next = fio;
206 			fio = dio;
207 			size += dio->io_size;
208 		}
209 		while ((dio = AVL_NEXT(tree, lio)) != NULL &&
210 		    IS_ADJACENT(lio, dio) &&
211 		    (dio->io_flags & ZIO_FLAG_AGG_INHERIT) == flags &&
212 		    size + dio->io_size <= zfs_vdev_aggregation_limit) {
213 			lio->io_delegate_next = dio;
214 			lio = dio;
215 			size += dio->io_size;
216 		}
217 	}
218 
219 	if (fio != lio) {
220 		char *buf = zio_buf_alloc(size);
221 		uint64_t offset = 0;
222 
223 		ASSERT(size <= zfs_vdev_aggregation_limit);
224 
225 		aio = zio_vdev_delegated_io(fio->io_vd, fio->io_offset,
226 		    buf, size, fio->io_type, ZIO_PRIORITY_NOW,
227 		    flags | ZIO_FLAG_DONT_CACHE | ZIO_FLAG_DONT_QUEUE,
228 		    vdev_queue_agg_io_done, NULL);
229 
230 		aio->io_delegate_list = fio;
231 
232 		for (dio = fio; dio != NULL; dio = dio->io_delegate_next) {
233 			ASSERT(dio->io_type == aio->io_type);
234 			ASSERT(dio->io_vdev_tree == tree);
235 			if (dio->io_type == ZIO_TYPE_WRITE)
236 				bcopy(dio->io_data, buf + offset, dio->io_size);
237 			offset += dio->io_size;
238 			vdev_queue_io_remove(vq, dio);
239 			zio_vdev_io_bypass(dio);
240 		}
241 
242 		ASSERT(offset == size);
243 
244 		avl_add(&vq->vq_pending_tree, aio);
245 
246 		return (aio);
247 	}
248 
249 	ASSERT(fio->io_vdev_tree == tree);
250 	vdev_queue_io_remove(vq, fio);
251 
252 	avl_add(&vq->vq_pending_tree, fio);
253 
254 	return (fio);
255 }
256 
257 zio_t *
258 vdev_queue_io(zio_t *zio)
259 {
260 	vdev_queue_t *vq = &zio->io_vd->vdev_queue;
261 	zio_t *nio;
262 
263 	ASSERT(zio->io_type == ZIO_TYPE_READ || zio->io_type == ZIO_TYPE_WRITE);
264 
265 	if (zio->io_flags & ZIO_FLAG_DONT_QUEUE)
266 		return (zio);
267 
268 	zio->io_flags |= ZIO_FLAG_DONT_CACHE | ZIO_FLAG_DONT_QUEUE;
269 
270 	if (zio->io_type == ZIO_TYPE_READ)
271 		zio->io_vdev_tree = &vq->vq_read_tree;
272 	else
273 		zio->io_vdev_tree = &vq->vq_write_tree;
274 
275 	mutex_enter(&vq->vq_lock);
276 
277 	zio->io_deadline = (lbolt64 >> zfs_vdev_time_shift) + zio->io_priority;
278 
279 	vdev_queue_io_add(vq, zio);
280 
281 	nio = vdev_queue_io_to_issue(vq, zfs_vdev_min_pending);
282 
283 	mutex_exit(&vq->vq_lock);
284 
285 	if (nio == NULL)
286 		return (NULL);
287 
288 	if (nio->io_done == vdev_queue_agg_io_done) {
289 		zio_nowait(nio);
290 		return (NULL);
291 	}
292 
293 	return (nio);
294 }
295 
296 void
297 vdev_queue_io_done(zio_t *zio)
298 {
299 	vdev_queue_t *vq = &zio->io_vd->vdev_queue;
300 
301 	mutex_enter(&vq->vq_lock);
302 
303 	avl_remove(&vq->vq_pending_tree, zio);
304 
305 	for (int i = 0; i < zfs_vdev_ramp_rate; i++) {
306 		zio_t *nio = vdev_queue_io_to_issue(vq, zfs_vdev_max_pending);
307 		if (nio == NULL)
308 			break;
309 		mutex_exit(&vq->vq_lock);
310 		if (nio->io_done == vdev_queue_agg_io_done) {
311 			zio_nowait(nio);
312 		} else {
313 			zio_vdev_io_reissue(nio);
314 			zio_execute(nio);
315 		}
316 		mutex_enter(&vq->vq_lock);
317 	}
318 
319 	mutex_exit(&vq->vq_lock);
320 }
321