xref: /illumos-gate/usr/src/uts/common/fs/zfs/ddt.c (revision 63364b0ee2604783e7a55f8425888867768eafa4)
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 /*
23  * Copyright (c) 2009, 2010, Oracle and/or its affiliates. All rights reserved.
24  * Copyright (c) 2012, 2015 by Delphix. All rights reserved.
25  */
26 
27 #include <sys/zfs_context.h>
28 #include <sys/spa.h>
29 #include <sys/spa_impl.h>
30 #include <sys/zio.h>
31 #include <sys/ddt.h>
32 #include <sys/zap.h>
33 #include <sys/dmu_tx.h>
34 #include <sys/arc.h>
35 #include <sys/dsl_pool.h>
36 #include <sys/zio_checksum.h>
37 #include <sys/zio_compress.h>
38 #include <sys/dsl_scan.h>
39 
40 /*
41  * Enable/disable prefetching of dedup-ed blocks which are going to be freed.
42  */
43 int zfs_dedup_prefetch = 1;
44 
45 static const ddt_ops_t *ddt_ops[DDT_TYPES] = {
46 	&ddt_zap_ops,
47 };
48 
49 static const char *ddt_class_name[DDT_CLASSES] = {
50 	"ditto",
51 	"duplicate",
52 	"unique",
53 };
54 
55 static void
56 ddt_object_create(ddt_t *ddt, enum ddt_type type, enum ddt_class class,
57     dmu_tx_t *tx)
58 {
59 	spa_t *spa = ddt->ddt_spa;
60 	objset_t *os = ddt->ddt_os;
61 	uint64_t *objectp = &ddt->ddt_object[type][class];
62 	boolean_t prehash = zio_checksum_table[ddt->ddt_checksum].ci_flags &
63 	    ZCHECKSUM_FLAG_DEDUP;
64 	char name[DDT_NAMELEN];
65 
66 	ddt_object_name(ddt, type, class, name);
67 
68 	ASSERT(*objectp == 0);
69 	VERIFY(ddt_ops[type]->ddt_op_create(os, objectp, tx, prehash) == 0);
70 	ASSERT(*objectp != 0);
71 
72 	VERIFY(zap_add(os, DMU_POOL_DIRECTORY_OBJECT, name,
73 	    sizeof (uint64_t), 1, objectp, tx) == 0);
74 
75 	VERIFY(zap_add(os, spa->spa_ddt_stat_object, name,
76 	    sizeof (uint64_t), sizeof (ddt_histogram_t) / sizeof (uint64_t),
77 	    &ddt->ddt_histogram[type][class], tx) == 0);
78 }
79 
80 static void
81 ddt_object_destroy(ddt_t *ddt, enum ddt_type type, enum ddt_class class,
82     dmu_tx_t *tx)
83 {
84 	spa_t *spa = ddt->ddt_spa;
85 	objset_t *os = ddt->ddt_os;
86 	uint64_t *objectp = &ddt->ddt_object[type][class];
87 	char name[DDT_NAMELEN];
88 
89 	ddt_object_name(ddt, type, class, name);
90 
91 	ASSERT(*objectp != 0);
92 	ASSERT(ddt_object_count(ddt, type, class) == 0);
93 	ASSERT(ddt_histogram_empty(&ddt->ddt_histogram[type][class]));
94 	VERIFY(zap_remove(os, DMU_POOL_DIRECTORY_OBJECT, name, tx) == 0);
95 	VERIFY(zap_remove(os, spa->spa_ddt_stat_object, name, tx) == 0);
96 	VERIFY(ddt_ops[type]->ddt_op_destroy(os, *objectp, tx) == 0);
97 	bzero(&ddt->ddt_object_stats[type][class], sizeof (ddt_object_t));
98 
99 	*objectp = 0;
100 }
101 
102 static int
103 ddt_object_load(ddt_t *ddt, enum ddt_type type, enum ddt_class class)
104 {
105 	ddt_object_t *ddo = &ddt->ddt_object_stats[type][class];
106 	dmu_object_info_t doi;
107 	char name[DDT_NAMELEN];
108 	int error;
109 
110 	ddt_object_name(ddt, type, class, name);
111 
112 	error = zap_lookup(ddt->ddt_os, DMU_POOL_DIRECTORY_OBJECT, name,
113 	    sizeof (uint64_t), 1, &ddt->ddt_object[type][class]);
114 
115 	if (error != 0)
116 		return (error);
117 
118 	VERIFY0(zap_lookup(ddt->ddt_os, ddt->ddt_spa->spa_ddt_stat_object, name,
119 	    sizeof (uint64_t), sizeof (ddt_histogram_t) / sizeof (uint64_t),
120 	    &ddt->ddt_histogram[type][class]));
121 
122 	/*
123 	 * Seed the cached statistics.
124 	 */
125 	VERIFY(ddt_object_info(ddt, type, class, &doi) == 0);
126 
127 	ddo->ddo_count = ddt_object_count(ddt, type, class);
128 	ddo->ddo_dspace = doi.doi_physical_blocks_512 << 9;
129 	ddo->ddo_mspace = doi.doi_fill_count * doi.doi_data_block_size;
130 
131 	return (0);
132 }
133 
134 static void
135 ddt_object_sync(ddt_t *ddt, enum ddt_type type, enum ddt_class class,
136     dmu_tx_t *tx)
137 {
138 	ddt_object_t *ddo = &ddt->ddt_object_stats[type][class];
139 	dmu_object_info_t doi;
140 	char name[DDT_NAMELEN];
141 
142 	ddt_object_name(ddt, type, class, name);
143 
144 	VERIFY(zap_update(ddt->ddt_os, ddt->ddt_spa->spa_ddt_stat_object, name,
145 	    sizeof (uint64_t), sizeof (ddt_histogram_t) / sizeof (uint64_t),
146 	    &ddt->ddt_histogram[type][class], tx) == 0);
147 
148 	/*
149 	 * Cache DDT statistics; this is the only time they'll change.
150 	 */
151 	VERIFY(ddt_object_info(ddt, type, class, &doi) == 0);
152 
153 	ddo->ddo_count = ddt_object_count(ddt, type, class);
154 	ddo->ddo_dspace = doi.doi_physical_blocks_512 << 9;
155 	ddo->ddo_mspace = doi.doi_fill_count * doi.doi_data_block_size;
156 }
157 
158 static int
159 ddt_object_lookup(ddt_t *ddt, enum ddt_type type, enum ddt_class class,
160     ddt_entry_t *dde)
161 {
162 	if (!ddt_object_exists(ddt, type, class))
163 		return (SET_ERROR(ENOENT));
164 
165 	return (ddt_ops[type]->ddt_op_lookup(ddt->ddt_os,
166 	    ddt->ddt_object[type][class], dde));
167 }
168 
169 static void
170 ddt_object_prefetch(ddt_t *ddt, enum ddt_type type, enum ddt_class class,
171     ddt_entry_t *dde)
172 {
173 	if (!ddt_object_exists(ddt, type, class))
174 		return;
175 
176 	ddt_ops[type]->ddt_op_prefetch(ddt->ddt_os,
177 	    ddt->ddt_object[type][class], dde);
178 }
179 
180 int
181 ddt_object_update(ddt_t *ddt, enum ddt_type type, enum ddt_class class,
182     ddt_entry_t *dde, dmu_tx_t *tx)
183 {
184 	ASSERT(ddt_object_exists(ddt, type, class));
185 
186 	return (ddt_ops[type]->ddt_op_update(ddt->ddt_os,
187 	    ddt->ddt_object[type][class], dde, tx));
188 }
189 
190 static int
191 ddt_object_remove(ddt_t *ddt, enum ddt_type type, enum ddt_class class,
192     ddt_entry_t *dde, dmu_tx_t *tx)
193 {
194 	ASSERT(ddt_object_exists(ddt, type, class));
195 
196 	return (ddt_ops[type]->ddt_op_remove(ddt->ddt_os,
197 	    ddt->ddt_object[type][class], dde, tx));
198 }
199 
200 int
201 ddt_object_walk(ddt_t *ddt, enum ddt_type type, enum ddt_class class,
202     uint64_t *walk, ddt_entry_t *dde)
203 {
204 	ASSERT(ddt_object_exists(ddt, type, class));
205 
206 	return (ddt_ops[type]->ddt_op_walk(ddt->ddt_os,
207 	    ddt->ddt_object[type][class], dde, walk));
208 }
209 
210 uint64_t
211 ddt_object_count(ddt_t *ddt, enum ddt_type type, enum ddt_class class)
212 {
213 	ASSERT(ddt_object_exists(ddt, type, class));
214 
215 	return (ddt_ops[type]->ddt_op_count(ddt->ddt_os,
216 	    ddt->ddt_object[type][class]));
217 }
218 
219 int
220 ddt_object_info(ddt_t *ddt, enum ddt_type type, enum ddt_class class,
221     dmu_object_info_t *doi)
222 {
223 	if (!ddt_object_exists(ddt, type, class))
224 		return (SET_ERROR(ENOENT));
225 
226 	return (dmu_object_info(ddt->ddt_os, ddt->ddt_object[type][class],
227 	    doi));
228 }
229 
230 boolean_t
231 ddt_object_exists(ddt_t *ddt, enum ddt_type type, enum ddt_class class)
232 {
233 	return (!!ddt->ddt_object[type][class]);
234 }
235 
236 void
237 ddt_object_name(ddt_t *ddt, enum ddt_type type, enum ddt_class class,
238     char *name)
239 {
240 	(void) sprintf(name, DMU_POOL_DDT,
241 	    zio_checksum_table[ddt->ddt_checksum].ci_name,
242 	    ddt_ops[type]->ddt_op_name, ddt_class_name[class]);
243 }
244 
245 void
246 ddt_bp_fill(const ddt_phys_t *ddp, blkptr_t *bp, uint64_t txg)
247 {
248 	ASSERT(txg != 0);
249 
250 	for (int d = 0; d < SPA_DVAS_PER_BP; d++)
251 		bp->blk_dva[d] = ddp->ddp_dva[d];
252 	BP_SET_BIRTH(bp, txg, ddp->ddp_phys_birth);
253 }
254 
255 void
256 ddt_bp_create(enum zio_checksum checksum,
257     const ddt_key_t *ddk, const ddt_phys_t *ddp, blkptr_t *bp)
258 {
259 	BP_ZERO(bp);
260 
261 	if (ddp != NULL)
262 		ddt_bp_fill(ddp, bp, ddp->ddp_phys_birth);
263 
264 	bp->blk_cksum = ddk->ddk_cksum;
265 	bp->blk_fill = 1;
266 
267 	BP_SET_LSIZE(bp, DDK_GET_LSIZE(ddk));
268 	BP_SET_PSIZE(bp, DDK_GET_PSIZE(ddk));
269 	BP_SET_COMPRESS(bp, DDK_GET_COMPRESS(ddk));
270 	BP_SET_CHECKSUM(bp, checksum);
271 	BP_SET_TYPE(bp, DMU_OT_DEDUP);
272 	BP_SET_LEVEL(bp, 0);
273 	BP_SET_DEDUP(bp, 0);
274 	BP_SET_BYTEORDER(bp, ZFS_HOST_BYTEORDER);
275 }
276 
277 void
278 ddt_key_fill(ddt_key_t *ddk, const blkptr_t *bp)
279 {
280 	ddk->ddk_cksum = bp->blk_cksum;
281 	ddk->ddk_prop = 0;
282 
283 	DDK_SET_LSIZE(ddk, BP_GET_LSIZE(bp));
284 	DDK_SET_PSIZE(ddk, BP_GET_PSIZE(bp));
285 	DDK_SET_COMPRESS(ddk, BP_GET_COMPRESS(bp));
286 }
287 
288 void
289 ddt_phys_fill(ddt_phys_t *ddp, const blkptr_t *bp)
290 {
291 	ASSERT(ddp->ddp_phys_birth == 0);
292 
293 	for (int d = 0; d < SPA_DVAS_PER_BP; d++)
294 		ddp->ddp_dva[d] = bp->blk_dva[d];
295 	ddp->ddp_phys_birth = BP_PHYSICAL_BIRTH(bp);
296 }
297 
298 void
299 ddt_phys_clear(ddt_phys_t *ddp)
300 {
301 	bzero(ddp, sizeof (*ddp));
302 }
303 
304 void
305 ddt_phys_addref(ddt_phys_t *ddp)
306 {
307 	ddp->ddp_refcnt++;
308 }
309 
310 void
311 ddt_phys_decref(ddt_phys_t *ddp)
312 {
313 	ASSERT((int64_t)ddp->ddp_refcnt > 0);
314 	ddp->ddp_refcnt--;
315 }
316 
317 void
318 ddt_phys_free(ddt_t *ddt, ddt_key_t *ddk, ddt_phys_t *ddp, uint64_t txg)
319 {
320 	blkptr_t blk;
321 
322 	ddt_bp_create(ddt->ddt_checksum, ddk, ddp, &blk);
323 	ddt_phys_clear(ddp);
324 	zio_free(ddt->ddt_spa, txg, &blk);
325 }
326 
327 ddt_phys_t *
328 ddt_phys_select(const ddt_entry_t *dde, const blkptr_t *bp)
329 {
330 	ddt_phys_t *ddp = (ddt_phys_t *)dde->dde_phys;
331 
332 	for (int p = 0; p < DDT_PHYS_TYPES; p++, ddp++) {
333 		if (DVA_EQUAL(BP_IDENTITY(bp), &ddp->ddp_dva[0]) &&
334 		    BP_PHYSICAL_BIRTH(bp) == ddp->ddp_phys_birth)
335 			return (ddp);
336 	}
337 	return (NULL);
338 }
339 
340 uint64_t
341 ddt_phys_total_refcnt(const ddt_entry_t *dde)
342 {
343 	uint64_t refcnt = 0;
344 
345 	for (int p = DDT_PHYS_SINGLE; p <= DDT_PHYS_TRIPLE; p++)
346 		refcnt += dde->dde_phys[p].ddp_refcnt;
347 
348 	return (refcnt);
349 }
350 
351 static void
352 ddt_stat_generate(ddt_t *ddt, ddt_entry_t *dde, ddt_stat_t *dds)
353 {
354 	spa_t *spa = ddt->ddt_spa;
355 	ddt_phys_t *ddp = dde->dde_phys;
356 	ddt_key_t *ddk = &dde->dde_key;
357 	uint64_t lsize = DDK_GET_LSIZE(ddk);
358 	uint64_t psize = DDK_GET_PSIZE(ddk);
359 
360 	bzero(dds, sizeof (*dds));
361 
362 	for (int p = 0; p < DDT_PHYS_TYPES; p++, ddp++) {
363 		uint64_t dsize = 0;
364 		uint64_t refcnt = ddp->ddp_refcnt;
365 
366 		if (ddp->ddp_phys_birth == 0)
367 			continue;
368 
369 		for (int d = 0; d < SPA_DVAS_PER_BP; d++)
370 			dsize += dva_get_dsize_sync(spa, &ddp->ddp_dva[d]);
371 
372 		dds->dds_blocks += 1;
373 		dds->dds_lsize += lsize;
374 		dds->dds_psize += psize;
375 		dds->dds_dsize += dsize;
376 
377 		dds->dds_ref_blocks += refcnt;
378 		dds->dds_ref_lsize += lsize * refcnt;
379 		dds->dds_ref_psize += psize * refcnt;
380 		dds->dds_ref_dsize += dsize * refcnt;
381 	}
382 }
383 
384 void
385 ddt_stat_add(ddt_stat_t *dst, const ddt_stat_t *src, uint64_t neg)
386 {
387 	const uint64_t *s = (const uint64_t *)src;
388 	uint64_t *d = (uint64_t *)dst;
389 	uint64_t *d_end = (uint64_t *)(dst + 1);
390 
391 	ASSERT(neg == 0 || neg == -1ULL);	/* add or subtract */
392 
393 	while (d < d_end)
394 		*d++ += (*s++ ^ neg) - neg;
395 }
396 
397 static void
398 ddt_stat_update(ddt_t *ddt, ddt_entry_t *dde, uint64_t neg)
399 {
400 	ddt_stat_t dds;
401 	ddt_histogram_t *ddh;
402 	int bucket;
403 
404 	ddt_stat_generate(ddt, dde, &dds);
405 
406 	bucket = highbit64(dds.dds_ref_blocks) - 1;
407 	ASSERT(bucket >= 0);
408 
409 	ddh = &ddt->ddt_histogram[dde->dde_type][dde->dde_class];
410 
411 	ddt_stat_add(&ddh->ddh_stat[bucket], &dds, neg);
412 }
413 
414 void
415 ddt_histogram_add(ddt_histogram_t *dst, const ddt_histogram_t *src)
416 {
417 	for (int h = 0; h < 64; h++)
418 		ddt_stat_add(&dst->ddh_stat[h], &src->ddh_stat[h], 0);
419 }
420 
421 void
422 ddt_histogram_stat(ddt_stat_t *dds, const ddt_histogram_t *ddh)
423 {
424 	bzero(dds, sizeof (*dds));
425 
426 	for (int h = 0; h < 64; h++)
427 		ddt_stat_add(dds, &ddh->ddh_stat[h], 0);
428 }
429 
430 boolean_t
431 ddt_histogram_empty(const ddt_histogram_t *ddh)
432 {
433 	const uint64_t *s = (const uint64_t *)ddh;
434 	const uint64_t *s_end = (const uint64_t *)(ddh + 1);
435 
436 	while (s < s_end)
437 		if (*s++ != 0)
438 			return (B_FALSE);
439 
440 	return (B_TRUE);
441 }
442 
443 void
444 ddt_get_dedup_object_stats(spa_t *spa, ddt_object_t *ddo_total)
445 {
446 	/* Sum the statistics we cached in ddt_object_sync(). */
447 	for (enum zio_checksum c = 0; c < ZIO_CHECKSUM_FUNCTIONS; c++) {
448 		ddt_t *ddt = spa->spa_ddt[c];
449 		for (enum ddt_type type = 0; type < DDT_TYPES; type++) {
450 			for (enum ddt_class class = 0; class < DDT_CLASSES;
451 			    class++) {
452 				ddt_object_t *ddo =
453 				    &ddt->ddt_object_stats[type][class];
454 				ddo_total->ddo_count += ddo->ddo_count;
455 				ddo_total->ddo_dspace += ddo->ddo_dspace;
456 				ddo_total->ddo_mspace += ddo->ddo_mspace;
457 			}
458 		}
459 	}
460 
461 	/* ... and compute the averages. */
462 	if (ddo_total->ddo_count != 0) {
463 		ddo_total->ddo_dspace /= ddo_total->ddo_count;
464 		ddo_total->ddo_mspace /= ddo_total->ddo_count;
465 	}
466 }
467 
468 void
469 ddt_get_dedup_histogram(spa_t *spa, ddt_histogram_t *ddh)
470 {
471 	for (enum zio_checksum c = 0; c < ZIO_CHECKSUM_FUNCTIONS; c++) {
472 		ddt_t *ddt = spa->spa_ddt[c];
473 		for (enum ddt_type type = 0; type < DDT_TYPES; type++) {
474 			for (enum ddt_class class = 0; class < DDT_CLASSES;
475 			    class++) {
476 				ddt_histogram_add(ddh,
477 				    &ddt->ddt_histogram_cache[type][class]);
478 			}
479 		}
480 	}
481 }
482 
483 void
484 ddt_get_dedup_stats(spa_t *spa, ddt_stat_t *dds_total)
485 {
486 	ddt_histogram_t *ddh_total;
487 
488 	ddh_total = kmem_zalloc(sizeof (ddt_histogram_t), KM_SLEEP);
489 	ddt_get_dedup_histogram(spa, ddh_total);
490 	ddt_histogram_stat(dds_total, ddh_total);
491 	kmem_free(ddh_total, sizeof (ddt_histogram_t));
492 }
493 
494 uint64_t
495 ddt_get_dedup_dspace(spa_t *spa)
496 {
497 	ddt_stat_t dds_total = { 0 };
498 
499 	ddt_get_dedup_stats(spa, &dds_total);
500 	return (dds_total.dds_ref_dsize - dds_total.dds_dsize);
501 }
502 
503 uint64_t
504 ddt_get_pool_dedup_ratio(spa_t *spa)
505 {
506 	ddt_stat_t dds_total = { 0 };
507 
508 	ddt_get_dedup_stats(spa, &dds_total);
509 	if (dds_total.dds_dsize == 0)
510 		return (100);
511 
512 	return (dds_total.dds_ref_dsize * 100 / dds_total.dds_dsize);
513 }
514 
515 int
516 ddt_ditto_copies_needed(ddt_t *ddt, ddt_entry_t *dde, ddt_phys_t *ddp_willref)
517 {
518 	spa_t *spa = ddt->ddt_spa;
519 	uint64_t total_refcnt = 0;
520 	uint64_t ditto = spa->spa_dedup_ditto;
521 	int total_copies = 0;
522 	int desired_copies = 0;
523 
524 	for (int p = DDT_PHYS_SINGLE; p <= DDT_PHYS_TRIPLE; p++) {
525 		ddt_phys_t *ddp = &dde->dde_phys[p];
526 		zio_t *zio = dde->dde_lead_zio[p];
527 		uint64_t refcnt = ddp->ddp_refcnt;	/* committed refs */
528 		if (zio != NULL)
529 			refcnt += zio->io_parent_count;	/* pending refs */
530 		if (ddp == ddp_willref)
531 			refcnt++;			/* caller's ref */
532 		if (refcnt != 0) {
533 			total_refcnt += refcnt;
534 			total_copies += p;
535 		}
536 	}
537 
538 	if (ditto == 0 || ditto > UINT32_MAX)
539 		ditto = UINT32_MAX;
540 
541 	if (total_refcnt >= 1)
542 		desired_copies++;
543 	if (total_refcnt >= ditto)
544 		desired_copies++;
545 	if (total_refcnt >= ditto * ditto)
546 		desired_copies++;
547 
548 	return (MAX(desired_copies, total_copies) - total_copies);
549 }
550 
551 int
552 ddt_ditto_copies_present(ddt_entry_t *dde)
553 {
554 	ddt_phys_t *ddp = &dde->dde_phys[DDT_PHYS_DITTO];
555 	dva_t *dva = ddp->ddp_dva;
556 	int copies = 0 - DVA_GET_GANG(dva);
557 
558 	for (int d = 0; d < SPA_DVAS_PER_BP; d++, dva++)
559 		if (DVA_IS_VALID(dva))
560 			copies++;
561 
562 	ASSERT(copies >= 0 && copies < SPA_DVAS_PER_BP);
563 
564 	return (copies);
565 }
566 
567 size_t
568 ddt_compress(void *src, uchar_t *dst, size_t s_len, size_t d_len)
569 {
570 	uchar_t *version = dst++;
571 	int cpfunc = ZIO_COMPRESS_ZLE;
572 	zio_compress_info_t *ci = &zio_compress_table[cpfunc];
573 	size_t c_len;
574 
575 	ASSERT(d_len >= s_len + 1);	/* no compression plus version byte */
576 
577 	c_len = ci->ci_compress(src, dst, s_len, d_len - 1, ci->ci_level);
578 
579 	if (c_len == s_len) {
580 		cpfunc = ZIO_COMPRESS_OFF;
581 		bcopy(src, dst, s_len);
582 	}
583 
584 	*version = cpfunc;
585 	/* CONSTCOND */
586 	if (ZFS_HOST_BYTEORDER)
587 		*version |= DDT_COMPRESS_BYTEORDER_MASK;
588 
589 	return (c_len + 1);
590 }
591 
592 void
593 ddt_decompress(uchar_t *src, void *dst, size_t s_len, size_t d_len)
594 {
595 	uchar_t version = *src++;
596 	int cpfunc = version & DDT_COMPRESS_FUNCTION_MASK;
597 	zio_compress_info_t *ci = &zio_compress_table[cpfunc];
598 
599 	if (ci->ci_decompress != NULL)
600 		(void) ci->ci_decompress(src, dst, s_len, d_len, ci->ci_level);
601 	else
602 		bcopy(src, dst, d_len);
603 
604 	if (((version & DDT_COMPRESS_BYTEORDER_MASK) != 0) !=
605 	    (ZFS_HOST_BYTEORDER != 0))
606 		byteswap_uint64_array(dst, d_len);
607 }
608 
609 ddt_t *
610 ddt_select_by_checksum(spa_t *spa, enum zio_checksum c)
611 {
612 	return (spa->spa_ddt[c]);
613 }
614 
615 ddt_t *
616 ddt_select(spa_t *spa, const blkptr_t *bp)
617 {
618 	return (spa->spa_ddt[BP_GET_CHECKSUM(bp)]);
619 }
620 
621 void
622 ddt_enter(ddt_t *ddt)
623 {
624 	mutex_enter(&ddt->ddt_lock);
625 }
626 
627 void
628 ddt_exit(ddt_t *ddt)
629 {
630 	mutex_exit(&ddt->ddt_lock);
631 }
632 
633 static ddt_entry_t *
634 ddt_alloc(const ddt_key_t *ddk)
635 {
636 	ddt_entry_t *dde;
637 
638 	dde = kmem_zalloc(sizeof (ddt_entry_t), KM_SLEEP);
639 	cv_init(&dde->dde_cv, NULL, CV_DEFAULT, NULL);
640 
641 	dde->dde_key = *ddk;
642 
643 	return (dde);
644 }
645 
646 static void
647 ddt_free(ddt_entry_t *dde)
648 {
649 	ASSERT(!dde->dde_loading);
650 
651 	for (int p = 0; p < DDT_PHYS_TYPES; p++)
652 		ASSERT(dde->dde_lead_zio[p] == NULL);
653 
654 	if (dde->dde_repair_data != NULL)
655 		zio_buf_free(dde->dde_repair_data,
656 		    DDK_GET_PSIZE(&dde->dde_key));
657 
658 	cv_destroy(&dde->dde_cv);
659 	kmem_free(dde, sizeof (*dde));
660 }
661 
662 void
663 ddt_remove(ddt_t *ddt, ddt_entry_t *dde)
664 {
665 	ASSERT(MUTEX_HELD(&ddt->ddt_lock));
666 
667 	avl_remove(&ddt->ddt_tree, dde);
668 	ddt_free(dde);
669 }
670 
671 ddt_entry_t *
672 ddt_lookup(ddt_t *ddt, const blkptr_t *bp, boolean_t add)
673 {
674 	ddt_entry_t *dde, dde_search;
675 	enum ddt_type type;
676 	enum ddt_class class;
677 	avl_index_t where;
678 	int error;
679 
680 	ASSERT(MUTEX_HELD(&ddt->ddt_lock));
681 
682 	ddt_key_fill(&dde_search.dde_key, bp);
683 
684 	dde = avl_find(&ddt->ddt_tree, &dde_search, &where);
685 	if (dde == NULL) {
686 		if (!add)
687 			return (NULL);
688 		dde = ddt_alloc(&dde_search.dde_key);
689 		avl_insert(&ddt->ddt_tree, dde, where);
690 	}
691 
692 	while (dde->dde_loading)
693 		cv_wait(&dde->dde_cv, &ddt->ddt_lock);
694 
695 	if (dde->dde_loaded)
696 		return (dde);
697 
698 	dde->dde_loading = B_TRUE;
699 
700 	ddt_exit(ddt);
701 
702 	error = ENOENT;
703 
704 	for (type = 0; type < DDT_TYPES; type++) {
705 		for (class = 0; class < DDT_CLASSES; class++) {
706 			error = ddt_object_lookup(ddt, type, class, dde);
707 			if (error != ENOENT)
708 				break;
709 		}
710 		if (error != ENOENT)
711 			break;
712 	}
713 
714 	ASSERT(error == 0 || error == ENOENT);
715 
716 	ddt_enter(ddt);
717 
718 	ASSERT(dde->dde_loaded == B_FALSE);
719 	ASSERT(dde->dde_loading == B_TRUE);
720 
721 	dde->dde_type = type;	/* will be DDT_TYPES if no entry found */
722 	dde->dde_class = class;	/* will be DDT_CLASSES if no entry found */
723 	dde->dde_loaded = B_TRUE;
724 	dde->dde_loading = B_FALSE;
725 
726 	if (error == 0)
727 		ddt_stat_update(ddt, dde, -1ULL);
728 
729 	cv_broadcast(&dde->dde_cv);
730 
731 	return (dde);
732 }
733 
734 void
735 ddt_prefetch(spa_t *spa, const blkptr_t *bp)
736 {
737 	ddt_t *ddt;
738 	ddt_entry_t dde;
739 
740 	if (!zfs_dedup_prefetch || bp == NULL || !BP_GET_DEDUP(bp))
741 		return;
742 
743 	/*
744 	 * We only remove the DDT once all tables are empty and only
745 	 * prefetch dedup blocks when there are entries in the DDT.
746 	 * Thus no locking is required as the DDT can't disappear on us.
747 	 */
748 	ddt = ddt_select(spa, bp);
749 	ddt_key_fill(&dde.dde_key, bp);
750 
751 	for (enum ddt_type type = 0; type < DDT_TYPES; type++) {
752 		for (enum ddt_class class = 0; class < DDT_CLASSES; class++) {
753 			ddt_object_prefetch(ddt, type, class, &dde);
754 		}
755 	}
756 }
757 
758 int
759 ddt_entry_compare(const void *x1, const void *x2)
760 {
761 	const ddt_entry_t *dde1 = x1;
762 	const ddt_entry_t *dde2 = x2;
763 	const uint64_t *u1 = (const uint64_t *)&dde1->dde_key;
764 	const uint64_t *u2 = (const uint64_t *)&dde2->dde_key;
765 
766 	for (int i = 0; i < DDT_KEY_WORDS; i++) {
767 		if (u1[i] < u2[i])
768 			return (-1);
769 		if (u1[i] > u2[i])
770 			return (1);
771 	}
772 
773 	return (0);
774 }
775 
776 static ddt_t *
777 ddt_table_alloc(spa_t *spa, enum zio_checksum c)
778 {
779 	ddt_t *ddt;
780 
781 	ddt = kmem_zalloc(sizeof (*ddt), KM_SLEEP);
782 
783 	mutex_init(&ddt->ddt_lock, NULL, MUTEX_DEFAULT, NULL);
784 	avl_create(&ddt->ddt_tree, ddt_entry_compare,
785 	    sizeof (ddt_entry_t), offsetof(ddt_entry_t, dde_node));
786 	avl_create(&ddt->ddt_repair_tree, ddt_entry_compare,
787 	    sizeof (ddt_entry_t), offsetof(ddt_entry_t, dde_node));
788 	ddt->ddt_checksum = c;
789 	ddt->ddt_spa = spa;
790 	ddt->ddt_os = spa->spa_meta_objset;
791 
792 	return (ddt);
793 }
794 
795 static void
796 ddt_table_free(ddt_t *ddt)
797 {
798 	ASSERT(avl_numnodes(&ddt->ddt_tree) == 0);
799 	ASSERT(avl_numnodes(&ddt->ddt_repair_tree) == 0);
800 	avl_destroy(&ddt->ddt_tree);
801 	avl_destroy(&ddt->ddt_repair_tree);
802 	mutex_destroy(&ddt->ddt_lock);
803 	kmem_free(ddt, sizeof (*ddt));
804 }
805 
806 void
807 ddt_create(spa_t *spa)
808 {
809 	spa->spa_dedup_checksum = ZIO_DEDUPCHECKSUM;
810 
811 	for (enum zio_checksum c = 0; c < ZIO_CHECKSUM_FUNCTIONS; c++)
812 		spa->spa_ddt[c] = ddt_table_alloc(spa, c);
813 }
814 
815 int
816 ddt_load(spa_t *spa)
817 {
818 	int error;
819 
820 	ddt_create(spa);
821 
822 	error = zap_lookup(spa->spa_meta_objset, DMU_POOL_DIRECTORY_OBJECT,
823 	    DMU_POOL_DDT_STATS, sizeof (uint64_t), 1,
824 	    &spa->spa_ddt_stat_object);
825 
826 	if (error)
827 		return (error == ENOENT ? 0 : error);
828 
829 	for (enum zio_checksum c = 0; c < ZIO_CHECKSUM_FUNCTIONS; c++) {
830 		ddt_t *ddt = spa->spa_ddt[c];
831 		for (enum ddt_type type = 0; type < DDT_TYPES; type++) {
832 			for (enum ddt_class class = 0; class < DDT_CLASSES;
833 			    class++) {
834 				error = ddt_object_load(ddt, type, class);
835 				if (error != 0 && error != ENOENT)
836 					return (error);
837 			}
838 		}
839 
840 		/*
841 		 * Seed the cached histograms.
842 		 */
843 		bcopy(ddt->ddt_histogram, &ddt->ddt_histogram_cache,
844 		    sizeof (ddt->ddt_histogram));
845 	}
846 
847 	return (0);
848 }
849 
850 void
851 ddt_unload(spa_t *spa)
852 {
853 	for (enum zio_checksum c = 0; c < ZIO_CHECKSUM_FUNCTIONS; c++) {
854 		if (spa->spa_ddt[c]) {
855 			ddt_table_free(spa->spa_ddt[c]);
856 			spa->spa_ddt[c] = NULL;
857 		}
858 	}
859 }
860 
861 boolean_t
862 ddt_class_contains(spa_t *spa, enum ddt_class max_class, const blkptr_t *bp)
863 {
864 	ddt_t *ddt;
865 	ddt_entry_t dde;
866 
867 	if (!BP_GET_DEDUP(bp))
868 		return (B_FALSE);
869 
870 	if (max_class == DDT_CLASS_UNIQUE)
871 		return (B_TRUE);
872 
873 	ddt = spa->spa_ddt[BP_GET_CHECKSUM(bp)];
874 
875 	ddt_key_fill(&dde.dde_key, bp);
876 
877 	for (enum ddt_type type = 0; type < DDT_TYPES; type++)
878 		for (enum ddt_class class = 0; class <= max_class; class++)
879 			if (ddt_object_lookup(ddt, type, class, &dde) == 0)
880 				return (B_TRUE);
881 
882 	return (B_FALSE);
883 }
884 
885 ddt_entry_t *
886 ddt_repair_start(ddt_t *ddt, const blkptr_t *bp)
887 {
888 	ddt_key_t ddk;
889 	ddt_entry_t *dde;
890 
891 	ddt_key_fill(&ddk, bp);
892 
893 	dde = ddt_alloc(&ddk);
894 
895 	for (enum ddt_type type = 0; type < DDT_TYPES; type++) {
896 		for (enum ddt_class class = 0; class < DDT_CLASSES; class++) {
897 			/*
898 			 * We can only do repair if there are multiple copies
899 			 * of the block.  For anything in the UNIQUE class,
900 			 * there's definitely only one copy, so don't even try.
901 			 */
902 			if (class != DDT_CLASS_UNIQUE &&
903 			    ddt_object_lookup(ddt, type, class, dde) == 0)
904 				return (dde);
905 		}
906 	}
907 
908 	bzero(dde->dde_phys, sizeof (dde->dde_phys));
909 
910 	return (dde);
911 }
912 
913 void
914 ddt_repair_done(ddt_t *ddt, ddt_entry_t *dde)
915 {
916 	avl_index_t where;
917 
918 	ddt_enter(ddt);
919 
920 	if (dde->dde_repair_data != NULL && spa_writeable(ddt->ddt_spa) &&
921 	    avl_find(&ddt->ddt_repair_tree, dde, &where) == NULL)
922 		avl_insert(&ddt->ddt_repair_tree, dde, where);
923 	else
924 		ddt_free(dde);
925 
926 	ddt_exit(ddt);
927 }
928 
929 static void
930 ddt_repair_entry_done(zio_t *zio)
931 {
932 	ddt_entry_t *rdde = zio->io_private;
933 
934 	ddt_free(rdde);
935 }
936 
937 static void
938 ddt_repair_entry(ddt_t *ddt, ddt_entry_t *dde, ddt_entry_t *rdde, zio_t *rio)
939 {
940 	ddt_phys_t *ddp = dde->dde_phys;
941 	ddt_phys_t *rddp = rdde->dde_phys;
942 	ddt_key_t *ddk = &dde->dde_key;
943 	ddt_key_t *rddk = &rdde->dde_key;
944 	zio_t *zio;
945 	blkptr_t blk;
946 
947 	zio = zio_null(rio, rio->io_spa, NULL,
948 	    ddt_repair_entry_done, rdde, rio->io_flags);
949 
950 	for (int p = 0; p < DDT_PHYS_TYPES; p++, ddp++, rddp++) {
951 		if (ddp->ddp_phys_birth == 0 ||
952 		    ddp->ddp_phys_birth != rddp->ddp_phys_birth ||
953 		    bcmp(ddp->ddp_dva, rddp->ddp_dva, sizeof (ddp->ddp_dva)))
954 			continue;
955 		ddt_bp_create(ddt->ddt_checksum, ddk, ddp, &blk);
956 		zio_nowait(zio_rewrite(zio, zio->io_spa, 0, &blk,
957 		    rdde->dde_repair_data, DDK_GET_PSIZE(rddk), NULL, NULL,
958 		    ZIO_PRIORITY_SYNC_WRITE, ZIO_DDT_CHILD_FLAGS(zio), NULL));
959 	}
960 
961 	zio_nowait(zio);
962 }
963 
964 static void
965 ddt_repair_table(ddt_t *ddt, zio_t *rio)
966 {
967 	spa_t *spa = ddt->ddt_spa;
968 	ddt_entry_t *dde, *rdde_next, *rdde;
969 	avl_tree_t *t = &ddt->ddt_repair_tree;
970 	blkptr_t blk;
971 
972 	if (spa_sync_pass(spa) > 1)
973 		return;
974 
975 	ddt_enter(ddt);
976 	for (rdde = avl_first(t); rdde != NULL; rdde = rdde_next) {
977 		rdde_next = AVL_NEXT(t, rdde);
978 		avl_remove(&ddt->ddt_repair_tree, rdde);
979 		ddt_exit(ddt);
980 		ddt_bp_create(ddt->ddt_checksum, &rdde->dde_key, NULL, &blk);
981 		dde = ddt_repair_start(ddt, &blk);
982 		ddt_repair_entry(ddt, dde, rdde, rio);
983 		ddt_repair_done(ddt, dde);
984 		ddt_enter(ddt);
985 	}
986 	ddt_exit(ddt);
987 }
988 
989 static void
990 ddt_sync_entry(ddt_t *ddt, ddt_entry_t *dde, dmu_tx_t *tx, uint64_t txg)
991 {
992 	dsl_pool_t *dp = ddt->ddt_spa->spa_dsl_pool;
993 	ddt_phys_t *ddp = dde->dde_phys;
994 	ddt_key_t *ddk = &dde->dde_key;
995 	enum ddt_type otype = dde->dde_type;
996 	enum ddt_type ntype = DDT_TYPE_CURRENT;
997 	enum ddt_class oclass = dde->dde_class;
998 	enum ddt_class nclass;
999 	uint64_t total_refcnt = 0;
1000 
1001 	ASSERT(dde->dde_loaded);
1002 	ASSERT(!dde->dde_loading);
1003 
1004 	for (int p = 0; p < DDT_PHYS_TYPES; p++, ddp++) {
1005 		ASSERT(dde->dde_lead_zio[p] == NULL);
1006 		ASSERT((int64_t)ddp->ddp_refcnt >= 0);
1007 		if (ddp->ddp_phys_birth == 0) {
1008 			ASSERT(ddp->ddp_refcnt == 0);
1009 			continue;
1010 		}
1011 		if (p == DDT_PHYS_DITTO) {
1012 			if (ddt_ditto_copies_needed(ddt, dde, NULL) == 0)
1013 				ddt_phys_free(ddt, ddk, ddp, txg);
1014 			continue;
1015 		}
1016 		if (ddp->ddp_refcnt == 0)
1017 			ddt_phys_free(ddt, ddk, ddp, txg);
1018 		total_refcnt += ddp->ddp_refcnt;
1019 	}
1020 
1021 	if (dde->dde_phys[DDT_PHYS_DITTO].ddp_phys_birth != 0)
1022 		nclass = DDT_CLASS_DITTO;
1023 	else if (total_refcnt > 1)
1024 		nclass = DDT_CLASS_DUPLICATE;
1025 	else
1026 		nclass = DDT_CLASS_UNIQUE;
1027 
1028 	if (otype != DDT_TYPES &&
1029 	    (otype != ntype || oclass != nclass || total_refcnt == 0)) {
1030 		VERIFY(ddt_object_remove(ddt, otype, oclass, dde, tx) == 0);
1031 		ASSERT(ddt_object_lookup(ddt, otype, oclass, dde) == ENOENT);
1032 	}
1033 
1034 	if (total_refcnt != 0) {
1035 		dde->dde_type = ntype;
1036 		dde->dde_class = nclass;
1037 		ddt_stat_update(ddt, dde, 0);
1038 		if (!ddt_object_exists(ddt, ntype, nclass))
1039 			ddt_object_create(ddt, ntype, nclass, tx);
1040 		VERIFY(ddt_object_update(ddt, ntype, nclass, dde, tx) == 0);
1041 
1042 		/*
1043 		 * If the class changes, the order that we scan this bp
1044 		 * changes.  If it decreases, we could miss it, so
1045 		 * scan it right now.  (This covers both class changing
1046 		 * while we are doing ddt_walk(), and when we are
1047 		 * traversing.)
1048 		 */
1049 		if (nclass < oclass) {
1050 			dsl_scan_ddt_entry(dp->dp_scan,
1051 			    ddt->ddt_checksum, dde, tx);
1052 		}
1053 	}
1054 }
1055 
1056 static void
1057 ddt_sync_table(ddt_t *ddt, dmu_tx_t *tx, uint64_t txg)
1058 {
1059 	spa_t *spa = ddt->ddt_spa;
1060 	ddt_entry_t *dde;
1061 	void *cookie = NULL;
1062 
1063 	if (avl_numnodes(&ddt->ddt_tree) == 0)
1064 		return;
1065 
1066 	ASSERT(spa->spa_uberblock.ub_version >= SPA_VERSION_DEDUP);
1067 
1068 	if (spa->spa_ddt_stat_object == 0) {
1069 		spa->spa_ddt_stat_object = zap_create_link(ddt->ddt_os,
1070 		    DMU_OT_DDT_STATS, DMU_POOL_DIRECTORY_OBJECT,
1071 		    DMU_POOL_DDT_STATS, tx);
1072 	}
1073 
1074 	while ((dde = avl_destroy_nodes(&ddt->ddt_tree, &cookie)) != NULL) {
1075 		ddt_sync_entry(ddt, dde, tx, txg);
1076 		ddt_free(dde);
1077 	}
1078 
1079 	for (enum ddt_type type = 0; type < DDT_TYPES; type++) {
1080 		uint64_t count = 0;
1081 		for (enum ddt_class class = 0; class < DDT_CLASSES; class++) {
1082 			if (ddt_object_exists(ddt, type, class)) {
1083 				ddt_object_sync(ddt, type, class, tx);
1084 				count += ddt_object_count(ddt, type, class);
1085 			}
1086 		}
1087 		for (enum ddt_class class = 0; class < DDT_CLASSES; class++) {
1088 			if (count == 0 && ddt_object_exists(ddt, type, class))
1089 				ddt_object_destroy(ddt, type, class, tx);
1090 		}
1091 	}
1092 
1093 	bcopy(ddt->ddt_histogram, &ddt->ddt_histogram_cache,
1094 	    sizeof (ddt->ddt_histogram));
1095 }
1096 
1097 void
1098 ddt_sync(spa_t *spa, uint64_t txg)
1099 {
1100 	dmu_tx_t *tx;
1101 	zio_t *rio = zio_root(spa, NULL, NULL,
1102 	    ZIO_FLAG_CANFAIL | ZIO_FLAG_SPECULATIVE);
1103 
1104 	ASSERT(spa_syncing_txg(spa) == txg);
1105 
1106 	tx = dmu_tx_create_assigned(spa->spa_dsl_pool, txg);
1107 
1108 	for (enum zio_checksum c = 0; c < ZIO_CHECKSUM_FUNCTIONS; c++) {
1109 		ddt_t *ddt = spa->spa_ddt[c];
1110 		if (ddt == NULL)
1111 			continue;
1112 		ddt_sync_table(ddt, tx, txg);
1113 		ddt_repair_table(ddt, rio);
1114 	}
1115 
1116 	(void) zio_wait(rio);
1117 
1118 	dmu_tx_commit(tx);
1119 }
1120 
1121 int
1122 ddt_walk(spa_t *spa, ddt_bookmark_t *ddb, ddt_entry_t *dde)
1123 {
1124 	do {
1125 		do {
1126 			do {
1127 				ddt_t *ddt = spa->spa_ddt[ddb->ddb_checksum];
1128 				int error = ENOENT;
1129 				if (ddt_object_exists(ddt, ddb->ddb_type,
1130 				    ddb->ddb_class)) {
1131 					error = ddt_object_walk(ddt,
1132 					    ddb->ddb_type, ddb->ddb_class,
1133 					    &ddb->ddb_cursor, dde);
1134 				}
1135 				dde->dde_type = ddb->ddb_type;
1136 				dde->dde_class = ddb->ddb_class;
1137 				if (error == 0)
1138 					return (0);
1139 				if (error != ENOENT)
1140 					return (error);
1141 				ddb->ddb_cursor = 0;
1142 			} while (++ddb->ddb_checksum < ZIO_CHECKSUM_FUNCTIONS);
1143 			ddb->ddb_checksum = 0;
1144 		} while (++ddb->ddb_type < DDT_TYPES);
1145 		ddb->ddb_type = 0;
1146 	} while (++ddb->ddb_class < DDT_CLASSES);
1147 
1148 	return (SET_ERROR(ENOENT));
1149 }
1150