xref: /illumos-gate/usr/src/uts/common/fs/zfs/ddt.c (revision edb348833aaacfa1176e502ad38875fd0b2717ab)
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 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_dedup;
63 	char name[DDT_NAMELEN];
64 
65 	ddt_object_name(ddt, type, class, name);
66 
67 	ASSERT(*objectp == 0);
68 	VERIFY(ddt_ops[type]->ddt_op_create(os, objectp, tx, prehash) == 0);
69 	ASSERT(*objectp != 0);
70 
71 	VERIFY(zap_add(os, DMU_POOL_DIRECTORY_OBJECT, name,
72 	    sizeof (uint64_t), 1, objectp, tx) == 0);
73 
74 	VERIFY(zap_add(os, spa->spa_ddt_stat_object, name,
75 	    sizeof (uint64_t), sizeof (ddt_histogram_t) / sizeof (uint64_t),
76 	    &ddt->ddt_histogram[type][class], tx) == 0);
77 }
78 
79 static void
80 ddt_object_destroy(ddt_t *ddt, enum ddt_type type, enum ddt_class class,
81     dmu_tx_t *tx)
82 {
83 	spa_t *spa = ddt->ddt_spa;
84 	objset_t *os = ddt->ddt_os;
85 	uint64_t *objectp = &ddt->ddt_object[type][class];
86 	char name[DDT_NAMELEN];
87 
88 	ddt_object_name(ddt, type, class, name);
89 
90 	ASSERT(*objectp != 0);
91 	ASSERT(ddt_object_count(ddt, type, class) == 0);
92 	ASSERT(ddt_histogram_empty(&ddt->ddt_histogram[type][class]));
93 	VERIFY(zap_remove(os, DMU_POOL_DIRECTORY_OBJECT, name, tx) == 0);
94 	VERIFY(zap_remove(os, spa->spa_ddt_stat_object, name, tx) == 0);
95 	VERIFY(ddt_ops[type]->ddt_op_destroy(os, *objectp, tx) == 0);
96 	bzero(&ddt->ddt_object_stats[type][class], sizeof (ddt_object_t));
97 
98 	*objectp = 0;
99 }
100 
101 static int
102 ddt_object_load(ddt_t *ddt, enum ddt_type type, enum ddt_class class)
103 {
104 	ddt_object_t *ddo = &ddt->ddt_object_stats[type][class];
105 	dmu_object_info_t doi;
106 	char name[DDT_NAMELEN];
107 	int error;
108 
109 	ddt_object_name(ddt, type, class, name);
110 
111 	error = zap_lookup(ddt->ddt_os, DMU_POOL_DIRECTORY_OBJECT, name,
112 	    sizeof (uint64_t), 1, &ddt->ddt_object[type][class]);
113 
114 	if (error)
115 		return (error);
116 
117 	error = zap_lookup(ddt->ddt_os, ddt->ddt_spa->spa_ddt_stat_object, name,
118 	    sizeof (uint64_t), sizeof (ddt_histogram_t) / sizeof (uint64_t),
119 	    &ddt->ddt_histogram[type][class]);
120 
121 	/*
122 	 * Seed the cached statistics.
123 	 */
124 	VERIFY(ddt_object_info(ddt, type, class, &doi) == 0);
125 
126 	ddo->ddo_count = ddt_object_count(ddt, type, class);
127 	ddo->ddo_dspace = doi.doi_physical_blocks_512 << 9;
128 	ddo->ddo_mspace = doi.doi_fill_count * doi.doi_data_block_size;
129 
130 	ASSERT(error == 0);
131 	return (error);
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 (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 (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 = highbit(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 = (ZFS_HOST_BYTEORDER & DDT_COMPRESS_BYTEORDER_MASK) | cpfunc;
585 
586 	return (c_len + 1);
587 }
588 
589 void
590 ddt_decompress(uchar_t *src, void *dst, size_t s_len, size_t d_len)
591 {
592 	uchar_t version = *src++;
593 	int cpfunc = version & DDT_COMPRESS_FUNCTION_MASK;
594 	zio_compress_info_t *ci = &zio_compress_table[cpfunc];
595 
596 	if (ci->ci_decompress != NULL)
597 		(void) ci->ci_decompress(src, dst, s_len, d_len, ci->ci_level);
598 	else
599 		bcopy(src, dst, d_len);
600 
601 	if ((version ^ ZFS_HOST_BYTEORDER) & DDT_COMPRESS_BYTEORDER_MASK)
602 		byteswap_uint64_array(dst, d_len);
603 }
604 
605 ddt_t *
606 ddt_select_by_checksum(spa_t *spa, enum zio_checksum c)
607 {
608 	return (spa->spa_ddt[c]);
609 }
610 
611 ddt_t *
612 ddt_select(spa_t *spa, const blkptr_t *bp)
613 {
614 	return (spa->spa_ddt[BP_GET_CHECKSUM(bp)]);
615 }
616 
617 void
618 ddt_enter(ddt_t *ddt)
619 {
620 	mutex_enter(&ddt->ddt_lock);
621 }
622 
623 void
624 ddt_exit(ddt_t *ddt)
625 {
626 	mutex_exit(&ddt->ddt_lock);
627 }
628 
629 static ddt_entry_t *
630 ddt_alloc(const ddt_key_t *ddk)
631 {
632 	ddt_entry_t *dde;
633 
634 	dde = kmem_zalloc(sizeof (ddt_entry_t), KM_SLEEP);
635 	cv_init(&dde->dde_cv, NULL, CV_DEFAULT, NULL);
636 
637 	dde->dde_key = *ddk;
638 
639 	return (dde);
640 }
641 
642 static void
643 ddt_free(ddt_entry_t *dde)
644 {
645 	ASSERT(!dde->dde_loading);
646 
647 	for (int p = 0; p < DDT_PHYS_TYPES; p++)
648 		ASSERT(dde->dde_lead_zio[p] == NULL);
649 
650 	if (dde->dde_repair_data != NULL)
651 		zio_buf_free(dde->dde_repair_data,
652 		    DDK_GET_PSIZE(&dde->dde_key));
653 
654 	cv_destroy(&dde->dde_cv);
655 	kmem_free(dde, sizeof (*dde));
656 }
657 
658 void
659 ddt_remove(ddt_t *ddt, ddt_entry_t *dde)
660 {
661 	ASSERT(MUTEX_HELD(&ddt->ddt_lock));
662 
663 	avl_remove(&ddt->ddt_tree, dde);
664 	ddt_free(dde);
665 }
666 
667 ddt_entry_t *
668 ddt_lookup(ddt_t *ddt, const blkptr_t *bp, boolean_t add)
669 {
670 	ddt_entry_t *dde, dde_search;
671 	enum ddt_type type;
672 	enum ddt_class class;
673 	avl_index_t where;
674 	int error;
675 
676 	ASSERT(MUTEX_HELD(&ddt->ddt_lock));
677 
678 	ddt_key_fill(&dde_search.dde_key, bp);
679 
680 	dde = avl_find(&ddt->ddt_tree, &dde_search, &where);
681 	if (dde == NULL) {
682 		if (!add)
683 			return (NULL);
684 		dde = ddt_alloc(&dde_search.dde_key);
685 		avl_insert(&ddt->ddt_tree, dde, where);
686 	}
687 
688 	while (dde->dde_loading)
689 		cv_wait(&dde->dde_cv, &ddt->ddt_lock);
690 
691 	if (dde->dde_loaded)
692 		return (dde);
693 
694 	dde->dde_loading = B_TRUE;
695 
696 	ddt_exit(ddt);
697 
698 	error = ENOENT;
699 
700 	for (type = 0; type < DDT_TYPES; type++) {
701 		for (class = 0; class < DDT_CLASSES; class++) {
702 			error = ddt_object_lookup(ddt, type, class, dde);
703 			if (error != ENOENT)
704 				break;
705 		}
706 		if (error != ENOENT)
707 			break;
708 	}
709 
710 	ASSERT(error == 0 || error == ENOENT);
711 
712 	ddt_enter(ddt);
713 
714 	ASSERT(dde->dde_loaded == B_FALSE);
715 	ASSERT(dde->dde_loading == B_TRUE);
716 
717 	dde->dde_type = type;	/* will be DDT_TYPES if no entry found */
718 	dde->dde_class = class;	/* will be DDT_CLASSES if no entry found */
719 	dde->dde_loaded = B_TRUE;
720 	dde->dde_loading = B_FALSE;
721 
722 	if (error == 0)
723 		ddt_stat_update(ddt, dde, -1ULL);
724 
725 	cv_broadcast(&dde->dde_cv);
726 
727 	return (dde);
728 }
729 
730 void
731 ddt_prefetch(spa_t *spa, const blkptr_t *bp)
732 {
733 	ddt_t *ddt;
734 	ddt_entry_t dde;
735 
736 	if (!zfs_dedup_prefetch || bp == NULL || !BP_GET_DEDUP(bp))
737 		return;
738 
739 	/*
740 	 * We only remove the DDT once all tables are empty and only
741 	 * prefetch dedup blocks when there are entries in the DDT.
742 	 * Thus no locking is required as the DDT can't disappear on us.
743 	 */
744 	ddt = ddt_select(spa, bp);
745 	ddt_key_fill(&dde.dde_key, bp);
746 
747 	for (enum ddt_type type = 0; type < DDT_TYPES; type++) {
748 		for (enum ddt_class class = 0; class < DDT_CLASSES; class++) {
749 			ddt_object_prefetch(ddt, type, class, &dde);
750 		}
751 	}
752 }
753 
754 int
755 ddt_entry_compare(const void *x1, const void *x2)
756 {
757 	const ddt_entry_t *dde1 = x1;
758 	const ddt_entry_t *dde2 = x2;
759 	const uint64_t *u1 = (const uint64_t *)&dde1->dde_key;
760 	const uint64_t *u2 = (const uint64_t *)&dde2->dde_key;
761 
762 	for (int i = 0; i < DDT_KEY_WORDS; i++) {
763 		if (u1[i] < u2[i])
764 			return (-1);
765 		if (u1[i] > u2[i])
766 			return (1);
767 	}
768 
769 	return (0);
770 }
771 
772 static ddt_t *
773 ddt_table_alloc(spa_t *spa, enum zio_checksum c)
774 {
775 	ddt_t *ddt;
776 
777 	ddt = kmem_zalloc(sizeof (*ddt), KM_SLEEP);
778 
779 	mutex_init(&ddt->ddt_lock, NULL, MUTEX_DEFAULT, NULL);
780 	avl_create(&ddt->ddt_tree, ddt_entry_compare,
781 	    sizeof (ddt_entry_t), offsetof(ddt_entry_t, dde_node));
782 	avl_create(&ddt->ddt_repair_tree, ddt_entry_compare,
783 	    sizeof (ddt_entry_t), offsetof(ddt_entry_t, dde_node));
784 	ddt->ddt_checksum = c;
785 	ddt->ddt_spa = spa;
786 	ddt->ddt_os = spa->spa_meta_objset;
787 
788 	return (ddt);
789 }
790 
791 static void
792 ddt_table_free(ddt_t *ddt)
793 {
794 	ASSERT(avl_numnodes(&ddt->ddt_tree) == 0);
795 	ASSERT(avl_numnodes(&ddt->ddt_repair_tree) == 0);
796 	avl_destroy(&ddt->ddt_tree);
797 	avl_destroy(&ddt->ddt_repair_tree);
798 	mutex_destroy(&ddt->ddt_lock);
799 	kmem_free(ddt, sizeof (*ddt));
800 }
801 
802 void
803 ddt_create(spa_t *spa)
804 {
805 	spa->spa_dedup_checksum = ZIO_DEDUPCHECKSUM;
806 
807 	for (enum zio_checksum c = 0; c < ZIO_CHECKSUM_FUNCTIONS; c++)
808 		spa->spa_ddt[c] = ddt_table_alloc(spa, c);
809 }
810 
811 int
812 ddt_load(spa_t *spa)
813 {
814 	int error;
815 
816 	ddt_create(spa);
817 
818 	error = zap_lookup(spa->spa_meta_objset, DMU_POOL_DIRECTORY_OBJECT,
819 	    DMU_POOL_DDT_STATS, sizeof (uint64_t), 1,
820 	    &spa->spa_ddt_stat_object);
821 
822 	if (error)
823 		return (error == ENOENT ? 0 : error);
824 
825 	for (enum zio_checksum c = 0; c < ZIO_CHECKSUM_FUNCTIONS; c++) {
826 		ddt_t *ddt = spa->spa_ddt[c];
827 		for (enum ddt_type type = 0; type < DDT_TYPES; type++) {
828 			for (enum ddt_class class = 0; class < DDT_CLASSES;
829 			    class++) {
830 				error = ddt_object_load(ddt, type, class);
831 				if (error != 0 && error != ENOENT)
832 					return (error);
833 			}
834 		}
835 
836 		/*
837 		 * Seed the cached histograms.
838 		 */
839 		bcopy(ddt->ddt_histogram, &ddt->ddt_histogram_cache,
840 		    sizeof (ddt->ddt_histogram));
841 	}
842 
843 	return (0);
844 }
845 
846 void
847 ddt_unload(spa_t *spa)
848 {
849 	for (enum zio_checksum c = 0; c < ZIO_CHECKSUM_FUNCTIONS; c++) {
850 		if (spa->spa_ddt[c]) {
851 			ddt_table_free(spa->spa_ddt[c]);
852 			spa->spa_ddt[c] = NULL;
853 		}
854 	}
855 }
856 
857 boolean_t
858 ddt_class_contains(spa_t *spa, enum ddt_class max_class, const blkptr_t *bp)
859 {
860 	ddt_t *ddt;
861 	ddt_entry_t dde;
862 
863 	if (!BP_GET_DEDUP(bp))
864 		return (B_FALSE);
865 
866 	if (max_class == DDT_CLASS_UNIQUE)
867 		return (B_TRUE);
868 
869 	ddt = spa->spa_ddt[BP_GET_CHECKSUM(bp)];
870 
871 	ddt_key_fill(&dde.dde_key, bp);
872 
873 	for (enum ddt_type type = 0; type < DDT_TYPES; type++)
874 		for (enum ddt_class class = 0; class <= max_class; class++)
875 			if (ddt_object_lookup(ddt, type, class, &dde) == 0)
876 				return (B_TRUE);
877 
878 	return (B_FALSE);
879 }
880 
881 ddt_entry_t *
882 ddt_repair_start(ddt_t *ddt, const blkptr_t *bp)
883 {
884 	ddt_key_t ddk;
885 	ddt_entry_t *dde;
886 
887 	ddt_key_fill(&ddk, bp);
888 
889 	dde = ddt_alloc(&ddk);
890 
891 	for (enum ddt_type type = 0; type < DDT_TYPES; type++) {
892 		for (enum ddt_class class = 0; class < DDT_CLASSES; class++) {
893 			/*
894 			 * We can only do repair if there are multiple copies
895 			 * of the block.  For anything in the UNIQUE class,
896 			 * there's definitely only one copy, so don't even try.
897 			 */
898 			if (class != DDT_CLASS_UNIQUE &&
899 			    ddt_object_lookup(ddt, type, class, dde) == 0)
900 				return (dde);
901 		}
902 	}
903 
904 	bzero(dde->dde_phys, sizeof (dde->dde_phys));
905 
906 	return (dde);
907 }
908 
909 void
910 ddt_repair_done(ddt_t *ddt, ddt_entry_t *dde)
911 {
912 	avl_index_t where;
913 
914 	ddt_enter(ddt);
915 
916 	if (dde->dde_repair_data != NULL && spa_writeable(ddt->ddt_spa) &&
917 	    avl_find(&ddt->ddt_repair_tree, dde, &where) == NULL)
918 		avl_insert(&ddt->ddt_repair_tree, dde, where);
919 	else
920 		ddt_free(dde);
921 
922 	ddt_exit(ddt);
923 }
924 
925 static void
926 ddt_repair_entry_done(zio_t *zio)
927 {
928 	ddt_entry_t *rdde = zio->io_private;
929 
930 	ddt_free(rdde);
931 }
932 
933 static void
934 ddt_repair_entry(ddt_t *ddt, ddt_entry_t *dde, ddt_entry_t *rdde, zio_t *rio)
935 {
936 	ddt_phys_t *ddp = dde->dde_phys;
937 	ddt_phys_t *rddp = rdde->dde_phys;
938 	ddt_key_t *ddk = &dde->dde_key;
939 	ddt_key_t *rddk = &rdde->dde_key;
940 	zio_t *zio;
941 	blkptr_t blk;
942 
943 	zio = zio_null(rio, rio->io_spa, NULL,
944 	    ddt_repair_entry_done, rdde, rio->io_flags);
945 
946 	for (int p = 0; p < DDT_PHYS_TYPES; p++, ddp++, rddp++) {
947 		if (ddp->ddp_phys_birth == 0 ||
948 		    ddp->ddp_phys_birth != rddp->ddp_phys_birth ||
949 		    bcmp(ddp->ddp_dva, rddp->ddp_dva, sizeof (ddp->ddp_dva)))
950 			continue;
951 		ddt_bp_create(ddt->ddt_checksum, ddk, ddp, &blk);
952 		zio_nowait(zio_rewrite(zio, zio->io_spa, 0, &blk,
953 		    rdde->dde_repair_data, DDK_GET_PSIZE(rddk), NULL, NULL,
954 		    ZIO_PRIORITY_SYNC_WRITE, ZIO_DDT_CHILD_FLAGS(zio), NULL));
955 	}
956 
957 	zio_nowait(zio);
958 }
959 
960 static void
961 ddt_repair_table(ddt_t *ddt, zio_t *rio)
962 {
963 	spa_t *spa = ddt->ddt_spa;
964 	ddt_entry_t *dde, *rdde_next, *rdde;
965 	avl_tree_t *t = &ddt->ddt_repair_tree;
966 	blkptr_t blk;
967 
968 	if (spa_sync_pass(spa) > 1)
969 		return;
970 
971 	ddt_enter(ddt);
972 	for (rdde = avl_first(t); rdde != NULL; rdde = rdde_next) {
973 		rdde_next = AVL_NEXT(t, rdde);
974 		avl_remove(&ddt->ddt_repair_tree, rdde);
975 		ddt_exit(ddt);
976 		ddt_bp_create(ddt->ddt_checksum, &rdde->dde_key, NULL, &blk);
977 		dde = ddt_repair_start(ddt, &blk);
978 		ddt_repair_entry(ddt, dde, rdde, rio);
979 		ddt_repair_done(ddt, dde);
980 		ddt_enter(ddt);
981 	}
982 	ddt_exit(ddt);
983 }
984 
985 static void
986 ddt_sync_entry(ddt_t *ddt, ddt_entry_t *dde, dmu_tx_t *tx, uint64_t txg)
987 {
988 	dsl_pool_t *dp = ddt->ddt_spa->spa_dsl_pool;
989 	ddt_phys_t *ddp = dde->dde_phys;
990 	ddt_key_t *ddk = &dde->dde_key;
991 	enum ddt_type otype = dde->dde_type;
992 	enum ddt_type ntype = DDT_TYPE_CURRENT;
993 	enum ddt_class oclass = dde->dde_class;
994 	enum ddt_class nclass;
995 	uint64_t total_refcnt = 0;
996 
997 	ASSERT(dde->dde_loaded);
998 	ASSERT(!dde->dde_loading);
999 
1000 	for (int p = 0; p < DDT_PHYS_TYPES; p++, ddp++) {
1001 		ASSERT(dde->dde_lead_zio[p] == NULL);
1002 		ASSERT((int64_t)ddp->ddp_refcnt >= 0);
1003 		if (ddp->ddp_phys_birth == 0) {
1004 			ASSERT(ddp->ddp_refcnt == 0);
1005 			continue;
1006 		}
1007 		if (p == DDT_PHYS_DITTO) {
1008 			if (ddt_ditto_copies_needed(ddt, dde, NULL) == 0)
1009 				ddt_phys_free(ddt, ddk, ddp, txg);
1010 			continue;
1011 		}
1012 		if (ddp->ddp_refcnt == 0)
1013 			ddt_phys_free(ddt, ddk, ddp, txg);
1014 		total_refcnt += ddp->ddp_refcnt;
1015 	}
1016 
1017 	if (dde->dde_phys[DDT_PHYS_DITTO].ddp_phys_birth != 0)
1018 		nclass = DDT_CLASS_DITTO;
1019 	else if (total_refcnt > 1)
1020 		nclass = DDT_CLASS_DUPLICATE;
1021 	else
1022 		nclass = DDT_CLASS_UNIQUE;
1023 
1024 	if (otype != DDT_TYPES &&
1025 	    (otype != ntype || oclass != nclass || total_refcnt == 0)) {
1026 		VERIFY(ddt_object_remove(ddt, otype, oclass, dde, tx) == 0);
1027 		ASSERT(ddt_object_lookup(ddt, otype, oclass, dde) == ENOENT);
1028 	}
1029 
1030 	if (total_refcnt != 0) {
1031 		dde->dde_type = ntype;
1032 		dde->dde_class = nclass;
1033 		ddt_stat_update(ddt, dde, 0);
1034 		if (!ddt_object_exists(ddt, ntype, nclass))
1035 			ddt_object_create(ddt, ntype, nclass, tx);
1036 		VERIFY(ddt_object_update(ddt, ntype, nclass, dde, tx) == 0);
1037 
1038 		/*
1039 		 * If the class changes, the order that we scan this bp
1040 		 * changes.  If it decreases, we could miss it, so
1041 		 * scan it right now.  (This covers both class changing
1042 		 * while we are doing ddt_walk(), and when we are
1043 		 * traversing.)
1044 		 */
1045 		if (nclass < oclass) {
1046 			dsl_scan_ddt_entry(dp->dp_scan,
1047 			    ddt->ddt_checksum, dde, tx);
1048 		}
1049 	}
1050 }
1051 
1052 static void
1053 ddt_sync_table(ddt_t *ddt, dmu_tx_t *tx, uint64_t txg)
1054 {
1055 	spa_t *spa = ddt->ddt_spa;
1056 	ddt_entry_t *dde;
1057 	void *cookie = NULL;
1058 
1059 	if (avl_numnodes(&ddt->ddt_tree) == 0)
1060 		return;
1061 
1062 	ASSERT(spa->spa_uberblock.ub_version >= SPA_VERSION_DEDUP);
1063 
1064 	if (spa->spa_ddt_stat_object == 0) {
1065 		spa->spa_ddt_stat_object = zap_create_link(ddt->ddt_os,
1066 		    DMU_OT_DDT_STATS, DMU_POOL_DIRECTORY_OBJECT,
1067 		    DMU_POOL_DDT_STATS, tx);
1068 	}
1069 
1070 	while ((dde = avl_destroy_nodes(&ddt->ddt_tree, &cookie)) != NULL) {
1071 		ddt_sync_entry(ddt, dde, tx, txg);
1072 		ddt_free(dde);
1073 	}
1074 
1075 	for (enum ddt_type type = 0; type < DDT_TYPES; type++) {
1076 		uint64_t count = 0;
1077 		for (enum ddt_class class = 0; class < DDT_CLASSES; class++) {
1078 			if (ddt_object_exists(ddt, type, class)) {
1079 				ddt_object_sync(ddt, type, class, tx);
1080 				count += ddt_object_count(ddt, type, class);
1081 			}
1082 		}
1083 		for (enum ddt_class class = 0; class < DDT_CLASSES; class++) {
1084 			if (count == 0 && ddt_object_exists(ddt, type, class))
1085 				ddt_object_destroy(ddt, type, class, tx);
1086 		}
1087 	}
1088 
1089 	bcopy(ddt->ddt_histogram, &ddt->ddt_histogram_cache,
1090 	    sizeof (ddt->ddt_histogram));
1091 }
1092 
1093 void
1094 ddt_sync(spa_t *spa, uint64_t txg)
1095 {
1096 	dmu_tx_t *tx;
1097 	zio_t *rio = zio_root(spa, NULL, NULL,
1098 	    ZIO_FLAG_CANFAIL | ZIO_FLAG_SPECULATIVE);
1099 
1100 	ASSERT(spa_syncing_txg(spa) == txg);
1101 
1102 	tx = dmu_tx_create_assigned(spa->spa_dsl_pool, txg);
1103 
1104 	for (enum zio_checksum c = 0; c < ZIO_CHECKSUM_FUNCTIONS; c++) {
1105 		ddt_t *ddt = spa->spa_ddt[c];
1106 		if (ddt == NULL)
1107 			continue;
1108 		ddt_sync_table(ddt, tx, txg);
1109 		ddt_repair_table(ddt, rio);
1110 	}
1111 
1112 	(void) zio_wait(rio);
1113 
1114 	dmu_tx_commit(tx);
1115 }
1116 
1117 int
1118 ddt_walk(spa_t *spa, ddt_bookmark_t *ddb, ddt_entry_t *dde)
1119 {
1120 	do {
1121 		do {
1122 			do {
1123 				ddt_t *ddt = spa->spa_ddt[ddb->ddb_checksum];
1124 				int error = ENOENT;
1125 				if (ddt_object_exists(ddt, ddb->ddb_type,
1126 				    ddb->ddb_class)) {
1127 					error = ddt_object_walk(ddt,
1128 					    ddb->ddb_type, ddb->ddb_class,
1129 					    &ddb->ddb_cursor, dde);
1130 				}
1131 				dde->dde_type = ddb->ddb_type;
1132 				dde->dde_class = ddb->ddb_class;
1133 				if (error == 0)
1134 					return (0);
1135 				if (error != ENOENT)
1136 					return (error);
1137 				ddb->ddb_cursor = 0;
1138 			} while (++ddb->ddb_checksum < ZIO_CHECKSUM_FUNCTIONS);
1139 			ddb->ddb_checksum = 0;
1140 		} while (++ddb->ddb_type < DDT_TYPES);
1141 		ddb->ddb_type = 0;
1142 	} while (++ddb->ddb_class < DDT_CLASSES);
1143 
1144 	return (ENOENT);
1145 }
1146