xref: /illumos-gate/usr/src/uts/common/fs/zfs/ddt.c (revision df3cd224ef765c29101e4110546062199562f757)
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 2010 Sun Microsystems, Inc.  All rights reserved.
24  * Use is subject to license terms.
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 
39 static const ddt_ops_t *ddt_ops[DDT_TYPES] = {
40 	&ddt_zap_ops,
41 };
42 
43 static const char *ddt_class_name[DDT_CLASSES] = {
44 	"ditto",
45 	"duplicate",
46 	"unique",
47 };
48 
49 static void
50 ddt_object_create(ddt_t *ddt, enum ddt_type type, enum ddt_class class,
51     dmu_tx_t *tx)
52 {
53 	spa_t *spa = ddt->ddt_spa;
54 	objset_t *os = ddt->ddt_os;
55 	uint64_t *objectp = &ddt->ddt_object[type][class];
56 	boolean_t prehash = zio_checksum_table[ddt->ddt_checksum].ci_dedup;
57 	char name[DDT_NAMELEN];
58 
59 	ddt_object_name(ddt, type, class, name);
60 
61 	ASSERT(*objectp == 0);
62 	VERIFY(ddt_ops[type]->ddt_op_create(os, objectp, tx, prehash) == 0);
63 	ASSERT(*objectp != 0);
64 
65 	VERIFY(zap_add(os, DMU_POOL_DIRECTORY_OBJECT, name,
66 	    sizeof (uint64_t), 1, objectp, tx) == 0);
67 
68 	VERIFY(zap_add(os, spa->spa_ddt_stat_object, name,
69 	    sizeof (uint64_t), sizeof (ddt_histogram_t) / sizeof (uint64_t),
70 	    &ddt->ddt_histogram[type][class], tx) == 0);
71 }
72 
73 static void
74 ddt_object_destroy(ddt_t *ddt, enum ddt_type type, enum ddt_class class,
75     dmu_tx_t *tx)
76 {
77 	spa_t *spa = ddt->ddt_spa;
78 	objset_t *os = ddt->ddt_os;
79 	uint64_t *objectp = &ddt->ddt_object[type][class];
80 	char name[DDT_NAMELEN];
81 
82 	ddt_object_name(ddt, type, class, name);
83 
84 	ASSERT(*objectp != 0);
85 	ASSERT(ddt_object_count(ddt, type, class) == 0);
86 	ASSERT(ddt_histogram_empty(&ddt->ddt_histogram[type][class]));
87 	VERIFY(zap_remove(os, DMU_POOL_DIRECTORY_OBJECT, name, tx) == 0);
88 	VERIFY(zap_remove(os, spa->spa_ddt_stat_object, name, tx) == 0);
89 	VERIFY(ddt_ops[type]->ddt_op_destroy(os, *objectp, tx) == 0);
90 
91 	*objectp = 0;
92 }
93 
94 static int
95 ddt_object_load(ddt_t *ddt, enum ddt_type type, enum ddt_class class)
96 {
97 	char name[DDT_NAMELEN];
98 	int error;
99 
100 	ddt_object_name(ddt, type, class, name);
101 
102 	error = zap_lookup(ddt->ddt_os, DMU_POOL_DIRECTORY_OBJECT, name,
103 	    sizeof (uint64_t), 1, &ddt->ddt_object[type][class]);
104 
105 	if (error)
106 		return (error);
107 
108 	error = zap_lookup(ddt->ddt_os, ddt->ddt_spa->spa_ddt_stat_object, name,
109 	    sizeof (uint64_t), sizeof (ddt_histogram_t) / sizeof (uint64_t),
110 	    &ddt->ddt_histogram[type][class]);
111 
112 	ASSERT(error == 0);
113 	return (error);
114 }
115 
116 static void
117 ddt_object_sync(ddt_t *ddt, enum ddt_type type, enum ddt_class class,
118     dmu_tx_t *tx)
119 {
120 	char name[DDT_NAMELEN];
121 
122 	ddt_object_name(ddt, type, class, name);
123 
124 	VERIFY(zap_update(ddt->ddt_os, ddt->ddt_spa->spa_ddt_stat_object, name,
125 	    sizeof (uint64_t), sizeof (ddt_histogram_t) / sizeof (uint64_t),
126 	    &ddt->ddt_histogram[type][class], tx) == 0);
127 }
128 
129 static int
130 ddt_object_lookup(ddt_t *ddt, enum ddt_type type, enum ddt_class class,
131     ddt_entry_t *dde)
132 {
133 	if (!ddt_object_exists(ddt, type, class))
134 		return (ENOENT);
135 
136 	return (ddt_ops[type]->ddt_op_lookup(ddt->ddt_os,
137 	    ddt->ddt_object[type][class], dde));
138 }
139 
140 static int
141 ddt_object_update(ddt_t *ddt, enum ddt_type type, enum ddt_class class,
142     ddt_entry_t *dde, dmu_tx_t *tx)
143 {
144 	ASSERT(ddt_object_exists(ddt, type, class));
145 
146 	return (ddt_ops[type]->ddt_op_update(ddt->ddt_os,
147 	    ddt->ddt_object[type][class], dde, tx));
148 }
149 
150 static int
151 ddt_object_remove(ddt_t *ddt, enum ddt_type type, enum ddt_class class,
152     ddt_entry_t *dde, dmu_tx_t *tx)
153 {
154 	ASSERT(ddt_object_exists(ddt, type, class));
155 
156 	return (ddt_ops[type]->ddt_op_remove(ddt->ddt_os,
157 	    ddt->ddt_object[type][class], dde, tx));
158 }
159 
160 int
161 ddt_object_walk(ddt_t *ddt, enum ddt_type type, enum ddt_class class,
162     uint64_t *walk, ddt_entry_t *dde)
163 {
164 	ASSERT(ddt_object_exists(ddt, type, class));
165 
166 	return (ddt_ops[type]->ddt_op_walk(ddt->ddt_os,
167 	    ddt->ddt_object[type][class], dde, walk));
168 }
169 
170 uint64_t
171 ddt_object_count(ddt_t *ddt, enum ddt_type type, enum ddt_class class)
172 {
173 	ASSERT(ddt_object_exists(ddt, type, class));
174 
175 	return (ddt_ops[type]->ddt_op_count(ddt->ddt_os,
176 	    ddt->ddt_object[type][class]));
177 }
178 
179 int
180 ddt_object_info(ddt_t *ddt, enum ddt_type type, enum ddt_class class,
181     dmu_object_info_t *doi)
182 {
183 	if (!ddt_object_exists(ddt, type, class))
184 		return (ENOENT);
185 
186 	return (dmu_object_info(ddt->ddt_os, ddt->ddt_object[type][class],
187 	    doi));
188 }
189 
190 boolean_t
191 ddt_object_exists(ddt_t *ddt, enum ddt_type type, enum ddt_class class)
192 {
193 	return (!!ddt->ddt_object[type][class]);
194 }
195 
196 void
197 ddt_object_name(ddt_t *ddt, enum ddt_type type, enum ddt_class class,
198     char *name)
199 {
200 	(void) sprintf(name, DMU_POOL_DDT,
201 	    zio_checksum_table[ddt->ddt_checksum].ci_name,
202 	    ddt_ops[type]->ddt_op_name, ddt_class_name[class]);
203 }
204 
205 void
206 ddt_bp_fill(const ddt_phys_t *ddp, blkptr_t *bp, uint64_t txg)
207 {
208 	ASSERT(txg != 0);
209 
210 	for (int d = 0; d < SPA_DVAS_PER_BP; d++)
211 		bp->blk_dva[d] = ddp->ddp_dva[d];
212 	BP_SET_BIRTH(bp, txg, ddp->ddp_phys_birth);
213 }
214 
215 void
216 ddt_bp_create(enum zio_checksum checksum,
217     const ddt_key_t *ddk, const ddt_phys_t *ddp, blkptr_t *bp)
218 {
219 	BP_ZERO(bp);
220 
221 	if (ddp != NULL)
222 		ddt_bp_fill(ddp, bp, ddp->ddp_phys_birth);
223 
224 	bp->blk_cksum = ddk->ddk_cksum;
225 
226 	BP_SET_LSIZE(bp, DDK_GET_LSIZE(ddk));
227 	BP_SET_PSIZE(bp, DDK_GET_PSIZE(ddk));
228 	BP_SET_COMPRESS(bp, DDK_GET_COMPRESS(ddk));
229 	BP_SET_CHECKSUM(bp, checksum);
230 	BP_SET_TYPE(bp, DMU_OT_NONE);
231 	BP_SET_LEVEL(bp, 0);
232 	BP_SET_DEDUP(bp, 0);
233 	BP_SET_BYTEORDER(bp, ZFS_HOST_BYTEORDER);
234 }
235 
236 void
237 ddt_key_fill(ddt_key_t *ddk, const blkptr_t *bp)
238 {
239 	ddk->ddk_cksum = bp->blk_cksum;
240 	ddk->ddk_prop = 0;
241 
242 	DDK_SET_LSIZE(ddk, BP_GET_LSIZE(bp));
243 	DDK_SET_PSIZE(ddk, BP_GET_PSIZE(bp));
244 	DDK_SET_COMPRESS(ddk, BP_GET_COMPRESS(bp));
245 }
246 
247 void
248 ddt_phys_fill(ddt_phys_t *ddp, const blkptr_t *bp)
249 {
250 	ASSERT(ddp->ddp_phys_birth == 0);
251 
252 	for (int d = 0; d < SPA_DVAS_PER_BP; d++)
253 		ddp->ddp_dva[d] = bp->blk_dva[d];
254 	ddp->ddp_phys_birth = BP_PHYSICAL_BIRTH(bp);
255 }
256 
257 void
258 ddt_phys_clear(ddt_phys_t *ddp)
259 {
260 	bzero(ddp, sizeof (*ddp));
261 }
262 
263 void
264 ddt_phys_addref(ddt_phys_t *ddp)
265 {
266 	ddp->ddp_refcnt++;
267 }
268 
269 void
270 ddt_phys_decref(ddt_phys_t *ddp)
271 {
272 	ASSERT((int64_t)ddp->ddp_refcnt > 0);
273 	ddp->ddp_refcnt--;
274 }
275 
276 void
277 ddt_phys_free(ddt_t *ddt, ddt_key_t *ddk, ddt_phys_t *ddp, uint64_t txg)
278 {
279 	blkptr_t blk;
280 
281 	ddt_bp_create(ddt->ddt_checksum, ddk, ddp, &blk);
282 	ddt_phys_clear(ddp);
283 	zio_free(ddt->ddt_spa, txg, &blk);
284 }
285 
286 ddt_phys_t *
287 ddt_phys_select(const ddt_entry_t *dde, const blkptr_t *bp)
288 {
289 	ddt_phys_t *ddp = (ddt_phys_t *)dde->dde_phys;
290 
291 	for (int p = 0; p < DDT_PHYS_TYPES; p++, ddp++) {
292 		if (DVA_EQUAL(BP_IDENTITY(bp), &ddp->ddp_dva[0]) &&
293 		    BP_PHYSICAL_BIRTH(bp) == ddp->ddp_phys_birth)
294 			return (ddp);
295 	}
296 	return (NULL);
297 }
298 
299 uint64_t
300 ddt_phys_total_refcnt(const ddt_entry_t *dde)
301 {
302 	uint64_t refcnt = 0;
303 
304 	for (int p = DDT_PHYS_SINGLE; p <= DDT_PHYS_TRIPLE; p++)
305 		refcnt += dde->dde_phys[p].ddp_refcnt;
306 
307 	return (refcnt);
308 }
309 
310 static void
311 ddt_stat_generate(ddt_t *ddt, ddt_entry_t *dde, ddt_stat_t *dds)
312 {
313 	spa_t *spa = ddt->ddt_spa;
314 	ddt_phys_t *ddp = dde->dde_phys;
315 	ddt_key_t *ddk = &dde->dde_key;
316 	uint64_t lsize = DDK_GET_LSIZE(ddk);
317 	uint64_t psize = DDK_GET_PSIZE(ddk);
318 
319 	bzero(dds, sizeof (*dds));
320 
321 	for (int p = 0; p < DDT_PHYS_TYPES; p++, ddp++) {
322 		uint64_t dsize = 0;
323 		uint64_t refcnt = ddp->ddp_refcnt;
324 
325 		if (ddp->ddp_phys_birth == 0)
326 			continue;
327 
328 		for (int d = 0; d < SPA_DVAS_PER_BP; d++)
329 			dsize += dva_get_dsize_sync(spa, &ddp->ddp_dva[d]);
330 
331 		dds->dds_blocks += 1;
332 		dds->dds_lsize += lsize;
333 		dds->dds_psize += psize;
334 		dds->dds_dsize += dsize;
335 
336 		dds->dds_ref_blocks += refcnt;
337 		dds->dds_ref_lsize += lsize * refcnt;
338 		dds->dds_ref_psize += psize * refcnt;
339 		dds->dds_ref_dsize += dsize * refcnt;
340 	}
341 }
342 
343 void
344 ddt_stat_add(ddt_stat_t *dst, const ddt_stat_t *src, uint64_t neg)
345 {
346 	const uint64_t *s = (const uint64_t *)src;
347 	uint64_t *d = (uint64_t *)dst;
348 	uint64_t *d_end = (uint64_t *)(dst + 1);
349 
350 	ASSERT(neg == 0 || neg == -1ULL);	/* add or subtract */
351 
352 	while (d < d_end)
353 		*d++ += (*s++ ^ neg) - neg;
354 }
355 
356 static void
357 ddt_stat_update(ddt_t *ddt, ddt_entry_t *dde, uint64_t neg)
358 {
359 	ddt_stat_t dds;
360 	ddt_histogram_t *ddh;
361 	int bucket;
362 
363 	ddt_stat_generate(ddt, dde, &dds);
364 
365 	bucket = highbit(dds.dds_ref_blocks) - 1;
366 	ASSERT(bucket >= 0);
367 
368 	ddh = &ddt->ddt_histogram[dde->dde_type][dde->dde_class];
369 
370 	ddt_stat_add(&ddh->ddh_stat[bucket], &dds, neg);
371 }
372 
373 void
374 ddt_histogram_add(ddt_histogram_t *dst, const ddt_histogram_t *src)
375 {
376 	for (int h = 0; h < 64; h++)
377 		ddt_stat_add(&dst->ddh_stat[h], &src->ddh_stat[h], 0);
378 }
379 
380 void
381 ddt_histogram_stat(ddt_stat_t *dds, const ddt_histogram_t *ddh)
382 {
383 	bzero(dds, sizeof (*dds));
384 
385 	for (int h = 0; h < 64; h++)
386 		ddt_stat_add(dds, &ddh->ddh_stat[h], 0);
387 }
388 
389 boolean_t
390 ddt_histogram_empty(const ddt_histogram_t *ddh)
391 {
392 	const uint64_t *s = (const uint64_t *)ddh;
393 	const uint64_t *s_end = (const uint64_t *)(ddh + 1);
394 
395 	while (s < s_end)
396 		if (*s++ != 0)
397 			return (B_FALSE);
398 
399 	return (B_TRUE);
400 }
401 
402 void
403 ddt_get_dedup_object_stats(spa_t *spa, ddt_object_t *ddo)
404 {
405 	dmu_object_info_t doi;
406 	uint64_t count;
407 	int error;
408 
409 	for (enum zio_checksum c = 0; c < ZIO_CHECKSUM_FUNCTIONS; c++) {
410 		ddt_t *ddt = spa->spa_ddt[c];
411 		for (enum ddt_type type = 0; type < DDT_TYPES; type++) {
412 			for (enum ddt_class class = 0; class < DDT_CLASSES;
413 			    class++) {
414 				error = ddt_object_info(ddt, type, class, &doi);
415 				if (error == ENOENT)
416 					continue;
417 				ASSERT3U(error, ==, 0);
418 
419 				count = ddt_object_count(ddt, type, class);
420 				ddo->ddo_count += count;
421 				ddo->ddo_dspace +=
422 				    (doi.doi_physical_blocks_512 << 9) / count;
423 				ddo->ddo_mspace += doi.doi_fill_count *
424 				    doi.doi_data_block_size / count;
425 			}
426 		}
427 	}
428 }
429 
430 void
431 ddt_get_dedup_histogram(spa_t *spa, ddt_histogram_t *ddh)
432 {
433 	for (enum zio_checksum c = 0; c < ZIO_CHECKSUM_FUNCTIONS; c++) {
434 		ddt_t *ddt = spa->spa_ddt[c];
435 		for (enum ddt_type type = 0; type < DDT_TYPES; type++) {
436 			for (enum ddt_class class = 0; class < DDT_CLASSES;
437 			    class++) {
438 				ddt_histogram_add(ddh,
439 				    &ddt->ddt_histogram[type][class]);
440 			}
441 		}
442 	}
443 }
444 
445 void
446 ddt_get_dedup_stats(spa_t *spa, ddt_stat_t *dds_total)
447 {
448 	ddt_histogram_t *ddh_total;
449 
450 	ddh_total = kmem_zalloc(sizeof (ddt_histogram_t), KM_SLEEP);
451 	ddt_get_dedup_histogram(spa, ddh_total);
452 	ddt_histogram_stat(dds_total, ddh_total);
453 	kmem_free(ddh_total, sizeof (ddt_histogram_t));
454 }
455 
456 uint64_t
457 ddt_get_dedup_dspace(spa_t *spa)
458 {
459 	ddt_stat_t dds_total = { 0 };
460 
461 	ddt_get_dedup_stats(spa, &dds_total);
462 	return (dds_total.dds_ref_dsize - dds_total.dds_dsize);
463 }
464 
465 uint64_t
466 ddt_get_pool_dedup_ratio(spa_t *spa)
467 {
468 	ddt_stat_t dds_total = { 0 };
469 
470 	ddt_get_dedup_stats(spa, &dds_total);
471 	if (dds_total.dds_dsize == 0)
472 		return (100);
473 
474 	return (dds_total.dds_ref_dsize * 100 / dds_total.dds_dsize);
475 }
476 
477 int
478 ddt_ditto_copies_needed(ddt_t *ddt, ddt_entry_t *dde, ddt_phys_t *ddp_willref)
479 {
480 	spa_t *spa = ddt->ddt_spa;
481 	uint64_t total_refcnt = 0;
482 	uint64_t ditto = spa->spa_dedup_ditto;
483 	int total_copies = 0;
484 	int desired_copies = 0;
485 
486 	for (int p = DDT_PHYS_SINGLE; p <= DDT_PHYS_TRIPLE; p++) {
487 		ddt_phys_t *ddp = &dde->dde_phys[p];
488 		zio_t *zio = dde->dde_lead_zio[p];
489 		uint64_t refcnt = ddp->ddp_refcnt;	/* committed refs */
490 		if (zio != NULL)
491 			refcnt += zio->io_parent_count;	/* pending refs */
492 		if (ddp == ddp_willref)
493 			refcnt++;			/* caller's ref */
494 		if (refcnt != 0) {
495 			total_refcnt += refcnt;
496 			total_copies += p;
497 		}
498 	}
499 
500 	if (ditto == 0 || ditto > UINT32_MAX)
501 		ditto = UINT32_MAX;
502 
503 	if (total_refcnt >= 1)
504 		desired_copies++;
505 	if (total_refcnt >= ditto)
506 		desired_copies++;
507 	if (total_refcnt >= ditto * ditto)
508 		desired_copies++;
509 
510 	return (MAX(desired_copies, total_copies) - total_copies);
511 }
512 
513 int
514 ddt_ditto_copies_present(ddt_entry_t *dde)
515 {
516 	ddt_phys_t *ddp = &dde->dde_phys[DDT_PHYS_DITTO];
517 	dva_t *dva = ddp->ddp_dva;
518 	int copies = 0 - DVA_GET_GANG(dva);
519 
520 	for (int d = 0; d < SPA_DVAS_PER_BP; d++, dva++)
521 		if (DVA_IS_VALID(dva))
522 			copies++;
523 
524 	ASSERT(copies >= 0 && copies < SPA_DVAS_PER_BP);
525 
526 	return (copies);
527 }
528 
529 size_t
530 ddt_compress(void *src, uchar_t *dst, size_t s_len, size_t d_len)
531 {
532 	uchar_t *version = dst++;
533 	int cpfunc = ZIO_COMPRESS_ZLE;
534 	zio_compress_info_t *ci = &zio_compress_table[cpfunc];
535 	size_t c_len;
536 
537 	ASSERT(d_len >= s_len + 1);	/* no compression plus version byte */
538 
539 	c_len = ci->ci_compress(src, dst, s_len, d_len - 1, ci->ci_level);
540 
541 	if (c_len == s_len) {
542 		cpfunc = ZIO_COMPRESS_OFF;
543 		bcopy(src, dst, s_len);
544 	}
545 
546 	*version = (ZFS_HOST_BYTEORDER & DDT_COMPRESS_BYTEORDER_MASK) | cpfunc;
547 
548 	return (c_len + 1);
549 }
550 
551 void
552 ddt_decompress(uchar_t *src, void *dst, size_t s_len, size_t d_len)
553 {
554 	uchar_t version = *src++;
555 	int cpfunc = version & DDT_COMPRESS_FUNCTION_MASK;
556 	zio_compress_info_t *ci = &zio_compress_table[cpfunc];
557 
558 	if (ci->ci_decompress != NULL)
559 		(void) ci->ci_decompress(src, dst, s_len, d_len, ci->ci_level);
560 	else
561 		bcopy(src, dst, d_len);
562 
563 	if ((version ^ ZFS_HOST_BYTEORDER) & DDT_COMPRESS_BYTEORDER_MASK)
564 		byteswap_uint64_array(dst, d_len);
565 }
566 
567 ddt_t *
568 ddt_select_by_checksum(spa_t *spa, enum zio_checksum c)
569 {
570 	return (spa->spa_ddt[c]);
571 }
572 
573 ddt_t *
574 ddt_select(spa_t *spa, const blkptr_t *bp)
575 {
576 	return (spa->spa_ddt[BP_GET_CHECKSUM(bp)]);
577 }
578 
579 void
580 ddt_enter(ddt_t *ddt)
581 {
582 	mutex_enter(&ddt->ddt_lock);
583 }
584 
585 void
586 ddt_exit(ddt_t *ddt)
587 {
588 	mutex_exit(&ddt->ddt_lock);
589 }
590 
591 static ddt_entry_t *
592 ddt_alloc(const ddt_key_t *ddk)
593 {
594 	ddt_entry_t *dde;
595 
596 	dde = kmem_zalloc(sizeof (ddt_entry_t), KM_SLEEP);
597 	cv_init(&dde->dde_cv, NULL, CV_DEFAULT, NULL);
598 
599 	dde->dde_key = *ddk;
600 
601 	return (dde);
602 }
603 
604 static void
605 ddt_free(ddt_entry_t *dde)
606 {
607 	ASSERT(!dde->dde_loading);
608 
609 	for (int p = 0; p < DDT_PHYS_TYPES; p++)
610 		ASSERT(dde->dde_lead_zio[p] == NULL);
611 
612 	if (dde->dde_repair_data != NULL)
613 		zio_buf_free(dde->dde_repair_data,
614 		    DDK_GET_PSIZE(&dde->dde_key));
615 
616 	cv_destroy(&dde->dde_cv);
617 	kmem_free(dde, sizeof (*dde));
618 }
619 
620 void
621 ddt_remove(ddt_t *ddt, ddt_entry_t *dde)
622 {
623 	ASSERT(MUTEX_HELD(&ddt->ddt_lock));
624 
625 	avl_remove(&ddt->ddt_tree, dde);
626 	ddt_free(dde);
627 }
628 
629 ddt_entry_t *
630 ddt_lookup(ddt_t *ddt, const blkptr_t *bp, boolean_t add)
631 {
632 	ddt_entry_t *dde, dde_search;
633 	enum ddt_type type;
634 	enum ddt_class class;
635 	avl_index_t where;
636 	int error;
637 
638 	ASSERT(MUTEX_HELD(&ddt->ddt_lock));
639 
640 	ddt_key_fill(&dde_search.dde_key, bp);
641 
642 	dde = avl_find(&ddt->ddt_tree, &dde_search, &where);
643 	if (dde == NULL) {
644 		if (!add)
645 			return (NULL);
646 		dde = ddt_alloc(&dde_search.dde_key);
647 		avl_insert(&ddt->ddt_tree, dde, where);
648 	}
649 
650 	while (dde->dde_loading)
651 		cv_wait(&dde->dde_cv, &ddt->ddt_lock);
652 
653 	if (dde->dde_loaded)
654 		return (dde);
655 
656 	dde->dde_loading = B_TRUE;
657 
658 	ddt_exit(ddt);
659 
660 	error = ENOENT;
661 
662 	for (type = 0; type < DDT_TYPES; type++) {
663 		for (class = 0; class < DDT_CLASSES; class++) {
664 			error = ddt_object_lookup(ddt, type, class, dde);
665 			if (error != ENOENT)
666 				break;
667 		}
668 		if (error != ENOENT)
669 			break;
670 	}
671 
672 	ASSERT(error == 0 || error == ENOENT);
673 
674 	ddt_enter(ddt);
675 
676 	ASSERT(dde->dde_loaded == B_FALSE);
677 	ASSERT(dde->dde_loading == B_TRUE);
678 
679 	dde->dde_type = type;	/* will be DDT_TYPES if no entry found */
680 	dde->dde_class = class;	/* will be DDT_CLASSES if no entry found */
681 	dde->dde_loaded = B_TRUE;
682 	dde->dde_loading = B_FALSE;
683 
684 	if (error == 0)
685 		ddt_stat_update(ddt, dde, -1ULL);
686 
687 	cv_broadcast(&dde->dde_cv);
688 
689 	return (dde);
690 }
691 
692 int
693 ddt_entry_compare(const void *x1, const void *x2)
694 {
695 	const ddt_entry_t *dde1 = x1;
696 	const ddt_entry_t *dde2 = x2;
697 	const uint64_t *u1 = (const uint64_t *)&dde1->dde_key;
698 	const uint64_t *u2 = (const uint64_t *)&dde2->dde_key;
699 
700 	for (int i = 0; i < DDT_KEY_WORDS; i++) {
701 		if (u1[i] < u2[i])
702 			return (-1);
703 		if (u1[i] > u2[i])
704 			return (1);
705 	}
706 
707 	return (0);
708 }
709 
710 static ddt_t *
711 ddt_table_alloc(spa_t *spa, enum zio_checksum c)
712 {
713 	ddt_t *ddt;
714 
715 	ddt = kmem_zalloc(sizeof (*ddt), KM_SLEEP);
716 
717 	mutex_init(&ddt->ddt_lock, NULL, MUTEX_DEFAULT, NULL);
718 	avl_create(&ddt->ddt_tree, ddt_entry_compare,
719 	    sizeof (ddt_entry_t), offsetof(ddt_entry_t, dde_node));
720 	avl_create(&ddt->ddt_repair_tree, ddt_entry_compare,
721 	    sizeof (ddt_entry_t), offsetof(ddt_entry_t, dde_node));
722 	ddt->ddt_checksum = c;
723 	ddt->ddt_spa = spa;
724 	ddt->ddt_os = spa->spa_meta_objset;
725 
726 	return (ddt);
727 }
728 
729 static void
730 ddt_table_free(ddt_t *ddt)
731 {
732 	ASSERT(avl_numnodes(&ddt->ddt_tree) == 0);
733 	ASSERT(avl_numnodes(&ddt->ddt_repair_tree) == 0);
734 	avl_destroy(&ddt->ddt_tree);
735 	avl_destroy(&ddt->ddt_repair_tree);
736 	mutex_destroy(&ddt->ddt_lock);
737 	kmem_free(ddt, sizeof (*ddt));
738 }
739 
740 void
741 ddt_create(spa_t *spa)
742 {
743 	spa->spa_dedup_checksum = ZIO_DEDUPCHECKSUM;
744 
745 	for (enum zio_checksum c = 0; c < ZIO_CHECKSUM_FUNCTIONS; c++)
746 		spa->spa_ddt[c] = ddt_table_alloc(spa, c);
747 }
748 
749 int
750 ddt_load(spa_t *spa)
751 {
752 	int error;
753 
754 	ddt_create(spa);
755 
756 	error = zap_lookup(spa->spa_meta_objset, DMU_POOL_DIRECTORY_OBJECT,
757 	    DMU_POOL_DDT_STATS, sizeof (uint64_t), 1,
758 	    &spa->spa_ddt_stat_object);
759 
760 	if (error)
761 		return (error == ENOENT ? 0 : error);
762 
763 	for (enum zio_checksum c = 0; c < ZIO_CHECKSUM_FUNCTIONS; c++) {
764 		for (enum ddt_type type = 0; type < DDT_TYPES; type++) {
765 			for (enum ddt_class class = 0; class < DDT_CLASSES;
766 			    class++) {
767 				ddt_t *ddt = spa->spa_ddt[c];
768 				error = ddt_object_load(ddt, type, class);
769 				if (error != 0 && error != ENOENT)
770 					return (error);
771 			}
772 		}
773 	}
774 
775 	return (0);
776 }
777 
778 void
779 ddt_unload(spa_t *spa)
780 {
781 	for (enum zio_checksum c = 0; c < ZIO_CHECKSUM_FUNCTIONS; c++) {
782 		if (spa->spa_ddt[c]) {
783 			ddt_table_free(spa->spa_ddt[c]);
784 			spa->spa_ddt[c] = NULL;
785 		}
786 	}
787 }
788 
789 boolean_t
790 ddt_class_contains(spa_t *spa, enum ddt_class max_class, const blkptr_t *bp)
791 {
792 	ddt_t *ddt;
793 	ddt_entry_t dde;
794 
795 	if (!BP_GET_DEDUP(bp))
796 		return (B_FALSE);
797 
798 	if (max_class == DDT_CLASS_UNIQUE)
799 		return (B_TRUE);
800 
801 	ddt = spa->spa_ddt[BP_GET_CHECKSUM(bp)];
802 
803 	ddt_key_fill(&dde.dde_key, bp);
804 
805 	for (enum ddt_type type = 0; type < DDT_TYPES; type++)
806 		for (enum ddt_class class = 0; class <= max_class; class++)
807 			if (ddt_object_lookup(ddt, type, class, &dde) == 0)
808 				return (B_TRUE);
809 
810 	return (B_FALSE);
811 }
812 
813 ddt_entry_t *
814 ddt_repair_start(ddt_t *ddt, const blkptr_t *bp)
815 {
816 	ddt_key_t ddk;
817 	ddt_entry_t *dde;
818 
819 	ddt_key_fill(&ddk, bp);
820 
821 	dde = ddt_alloc(&ddk);
822 
823 	for (enum ddt_type type = 0; type < DDT_TYPES; type++) {
824 		for (enum ddt_class class = 0; class < DDT_CLASSES; class++) {
825 			/*
826 			 * We can only do repair if there are multiple copies
827 			 * of the block.  For anything in the UNIQUE class,
828 			 * there's definitely only one copy, so don't even try.
829 			 */
830 			if (class != DDT_CLASS_UNIQUE &&
831 			    ddt_object_lookup(ddt, type, class, dde) == 0)
832 				return (dde);
833 		}
834 	}
835 
836 	bzero(dde->dde_phys, sizeof (dde->dde_phys));
837 
838 	return (dde);
839 }
840 
841 void
842 ddt_repair_done(ddt_t *ddt, ddt_entry_t *dde)
843 {
844 	avl_index_t where;
845 
846 	ddt_enter(ddt);
847 
848 	if (dde->dde_repair_data != NULL && spa_writeable(ddt->ddt_spa) &&
849 	    avl_find(&ddt->ddt_repair_tree, dde, &where) == NULL)
850 		avl_insert(&ddt->ddt_repair_tree, dde, where);
851 	else
852 		ddt_free(dde);
853 
854 	ddt_exit(ddt);
855 }
856 
857 static void
858 ddt_repair_entry_done(zio_t *zio)
859 {
860 	ddt_entry_t *rdde = zio->io_private;
861 
862 	ddt_free(rdde);
863 }
864 
865 static void
866 ddt_repair_entry(ddt_t *ddt, ddt_entry_t *dde, ddt_entry_t *rdde, zio_t *rio)
867 {
868 	ddt_phys_t *ddp = dde->dde_phys;
869 	ddt_phys_t *rddp = rdde->dde_phys;
870 	ddt_key_t *ddk = &dde->dde_key;
871 	ddt_key_t *rddk = &rdde->dde_key;
872 	zio_t *zio;
873 	blkptr_t blk;
874 
875 	zio = zio_null(rio, rio->io_spa, NULL,
876 	    ddt_repair_entry_done, rdde, rio->io_flags);
877 
878 	for (int p = 0; p < DDT_PHYS_TYPES; p++, ddp++, rddp++) {
879 		if (ddp->ddp_phys_birth == 0 ||
880 		    ddp->ddp_phys_birth != rddp->ddp_phys_birth ||
881 		    bcmp(ddp->ddp_dva, rddp->ddp_dva, sizeof (ddp->ddp_dva)))
882 			continue;
883 		ddt_bp_create(ddt->ddt_checksum, ddk, ddp, &blk);
884 		zio_nowait(zio_rewrite(zio, zio->io_spa, 0, &blk,
885 		    rdde->dde_repair_data, DDK_GET_PSIZE(rddk), NULL, NULL,
886 		    ZIO_PRIORITY_SYNC_WRITE, ZIO_DDT_CHILD_FLAGS(zio), NULL));
887 	}
888 
889 	zio_nowait(zio);
890 }
891 
892 static void
893 ddt_repair_table(ddt_t *ddt, zio_t *rio)
894 {
895 	spa_t *spa = ddt->ddt_spa;
896 	ddt_entry_t *dde, *rdde_next, *rdde;
897 	avl_tree_t *t = &ddt->ddt_repair_tree;
898 	blkptr_t blk;
899 
900 	if (spa_sync_pass(spa) > 1)
901 		return;
902 
903 	ddt_enter(ddt);
904 	for (rdde = avl_first(t); rdde != NULL; rdde = rdde_next) {
905 		rdde_next = AVL_NEXT(t, rdde);
906 		avl_remove(&ddt->ddt_repair_tree, rdde);
907 		ddt_exit(ddt);
908 		ddt_bp_create(ddt->ddt_checksum, &rdde->dde_key, NULL, &blk);
909 		dde = ddt_repair_start(ddt, &blk);
910 		ddt_repair_entry(ddt, dde, rdde, rio);
911 		ddt_repair_done(ddt, dde);
912 		ddt_enter(ddt);
913 	}
914 	ddt_exit(ddt);
915 }
916 
917 static void
918 ddt_sync_entry(ddt_t *ddt, ddt_entry_t *dde, dmu_tx_t *tx, uint64_t txg)
919 {
920 	dsl_pool_t *dp = ddt->ddt_spa->spa_dsl_pool;
921 	ddt_phys_t *ddp = dde->dde_phys;
922 	ddt_key_t *ddk = &dde->dde_key;
923 	enum ddt_type otype = dde->dde_type;
924 	enum ddt_type ntype = DDT_TYPE_CURRENT;
925 	enum ddt_class oclass = dde->dde_class;
926 	enum ddt_class nclass;
927 	uint64_t total_refcnt = 0;
928 
929 	ASSERT(dde->dde_loaded);
930 	ASSERT(!dde->dde_loading);
931 
932 	for (int p = 0; p < DDT_PHYS_TYPES; p++, ddp++) {
933 		ASSERT(dde->dde_lead_zio[p] == NULL);
934 		ASSERT((int64_t)ddp->ddp_refcnt >= 0);
935 		if (ddp->ddp_phys_birth == 0) {
936 			ASSERT(ddp->ddp_refcnt == 0);
937 			continue;
938 		}
939 		if (p == DDT_PHYS_DITTO) {
940 			if (ddt_ditto_copies_needed(ddt, dde, NULL) == 0)
941 				ddt_phys_free(ddt, ddk, ddp, txg);
942 			continue;
943 		}
944 		if (ddp->ddp_refcnt == 0)
945 			ddt_phys_free(ddt, ddk, ddp, txg);
946 		total_refcnt += ddp->ddp_refcnt;
947 	}
948 
949 	if (dde->dde_phys[DDT_PHYS_DITTO].ddp_phys_birth != 0)
950 		nclass = DDT_CLASS_DITTO;
951 	else if (total_refcnt > 1)
952 		nclass = DDT_CLASS_DUPLICATE;
953 	else
954 		nclass = DDT_CLASS_UNIQUE;
955 
956 	if (otype != DDT_TYPES &&
957 	    (otype != ntype || oclass != nclass || total_refcnt == 0)) {
958 		VERIFY(ddt_object_remove(ddt, otype, oclass, dde, tx) == 0);
959 		ASSERT(ddt_object_lookup(ddt, otype, oclass, dde) == ENOENT);
960 	}
961 
962 	if (total_refcnt != 0) {
963 		dde->dde_type = ntype;
964 		dde->dde_class = nclass;
965 		ddt_stat_update(ddt, dde, 0);
966 		if (!ddt_object_exists(ddt, ntype, nclass))
967 			ddt_object_create(ddt, ntype, nclass, tx);
968 		VERIFY(ddt_object_update(ddt, ntype, nclass, dde, tx) == 0);
969 
970 		if (dp->dp_scrub_func != SCRUB_FUNC_NONE &&
971 		    oclass > nclass &&
972 		    nclass <= dp->dp_scrub_ddt_class_max)
973 			dsl_pool_scrub_ddt_entry(dp, ddt->ddt_checksum, dde);
974 	}
975 }
976 
977 static void
978 ddt_sync_table(ddt_t *ddt, dmu_tx_t *tx, uint64_t txg)
979 {
980 	spa_t *spa = ddt->ddt_spa;
981 	ddt_entry_t *dde;
982 	void *cookie = NULL;
983 
984 	if (avl_numnodes(&ddt->ddt_tree) == 0)
985 		return;
986 
987 	ASSERT(spa_sync_pass(spa) == 1);
988 	ASSERT(spa->spa_uberblock.ub_version >= SPA_VERSION_DEDUP);
989 
990 	if (spa->spa_ddt_stat_object == 0) {
991 		spa->spa_ddt_stat_object = zap_create(ddt->ddt_os,
992 		    DMU_OT_DDT_STATS, DMU_OT_NONE, 0, tx);
993 		VERIFY(zap_add(ddt->ddt_os, DMU_POOL_DIRECTORY_OBJECT,
994 		    DMU_POOL_DDT_STATS, sizeof (uint64_t), 1,
995 		    &spa->spa_ddt_stat_object, tx) == 0);
996 	}
997 
998 	while ((dde = avl_destroy_nodes(&ddt->ddt_tree, &cookie)) != NULL) {
999 		ddt_sync_entry(ddt, dde, tx, txg);
1000 		ddt_free(dde);
1001 	}
1002 
1003 	for (enum ddt_type type = 0; type < DDT_TYPES; type++) {
1004 		for (enum ddt_class class = 0; class < DDT_CLASSES; class++) {
1005 			if (!ddt_object_exists(ddt, type, class))
1006 				continue;
1007 			ddt_object_sync(ddt, type, class, tx);
1008 			if (ddt_object_count(ddt, type, class) == 0)
1009 				ddt_object_destroy(ddt, type, class, tx);
1010 		}
1011 	}
1012 }
1013 
1014 void
1015 ddt_sync(spa_t *spa, uint64_t txg)
1016 {
1017 	dmu_tx_t *tx;
1018 	zio_t *rio = zio_root(spa, NULL, NULL,
1019 	    ZIO_FLAG_CANFAIL | ZIO_FLAG_SPECULATIVE);
1020 
1021 	ASSERT(spa_syncing_txg(spa) == txg);
1022 
1023 	tx = dmu_tx_create_assigned(spa->spa_dsl_pool, txg);
1024 
1025 	for (enum zio_checksum c = 0; c < ZIO_CHECKSUM_FUNCTIONS; c++) {
1026 		ddt_t *ddt = spa->spa_ddt[c];
1027 		if (ddt == NULL)
1028 			continue;
1029 		ddt_sync_table(ddt, tx, txg);
1030 		ddt_repair_table(ddt, rio);
1031 	}
1032 
1033 	(void) zio_wait(rio);
1034 
1035 	dmu_tx_commit(tx);
1036 }
1037 
1038 int
1039 ddt_walk(spa_t *spa, ddt_bookmark_t *ddb, ddt_entry_t *dde)
1040 {
1041 	do {
1042 		do {
1043 			do {
1044 				ddt_t *ddt = spa->spa_ddt[ddb->ddb_checksum];
1045 				int error = ENOENT;
1046 				if (ddt_object_exists(ddt, ddb->ddb_type,
1047 				    ddb->ddb_class)) {
1048 					error = ddt_object_walk(ddt,
1049 					    ddb->ddb_type, ddb->ddb_class,
1050 					    &ddb->ddb_cursor, dde);
1051 				}
1052 				if (error == 0)
1053 					return (0);
1054 				if (error != ENOENT)
1055 					return (error);
1056 				ddb->ddb_cursor = 0;
1057 			} while (++ddb->ddb_checksum < ZIO_CHECKSUM_FUNCTIONS);
1058 			ddb->ddb_checksum = 0;
1059 		} while (++ddb->ddb_type < DDT_TYPES);
1060 		ddb->ddb_type = 0;
1061 	} while (++ddb->ddb_class < DDT_CLASSES);
1062 
1063 	return (ENOENT);
1064 }
1065