xref: /illumos-gate/usr/src/uts/common/fs/zfs/vdev_queue.c (revision 5e5168c023ad221649ec771d08ab2ce69f3b520d)
1 /*
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20  */
21 /*
22  * Copyright 2009 Sun Microsystems, Inc.  All rights reserved.
23  * Use is subject to license terms.
24  */
25 
26 #include <sys/zfs_context.h>
27 #include <sys/spa.h>
28 #include <sys/vdev_impl.h>
29 #include <sys/zio.h>
30 #include <sys/avl.h>
31 
32 /*
33  * These tunables are for performance analysis.
34  */
35 /*
36  * zfs_vdev_max_pending is the maximum number of i/os concurrently
37  * pending to each device.  zfs_vdev_min_pending is the initial number
38  * of i/os pending to each device (before it starts ramping up to
39  * max_pending).
40  */
41 int zfs_vdev_max_pending = 35;
42 int zfs_vdev_min_pending = 4;
43 
44 /* deadline = pri + (lbolt >> time_shift) */
45 int zfs_vdev_time_shift = 6;
46 
47 /* exponential I/O issue ramp-up rate */
48 int zfs_vdev_ramp_rate = 2;
49 
50 /*
51  * i/os will be aggregated into a single large i/o up to
52  * zfs_vdev_aggregation_limit bytes long.
53  */
54 int zfs_vdev_aggregation_limit = SPA_MAXBLOCKSIZE;
55 
56 /*
57  * Virtual device vector for disk I/O scheduling.
58  */
59 int
60 vdev_queue_deadline_compare(const void *x1, const void *x2)
61 {
62 	const zio_t *z1 = x1;
63 	const zio_t *z2 = x2;
64 
65 	if (z1->io_deadline < z2->io_deadline)
66 		return (-1);
67 	if (z1->io_deadline > z2->io_deadline)
68 		return (1);
69 
70 	if (z1->io_offset < z2->io_offset)
71 		return (-1);
72 	if (z1->io_offset > z2->io_offset)
73 		return (1);
74 
75 	if (z1 < z2)
76 		return (-1);
77 	if (z1 > z2)
78 		return (1);
79 
80 	return (0);
81 }
82 
83 int
84 vdev_queue_offset_compare(const void *x1, const void *x2)
85 {
86 	const zio_t *z1 = x1;
87 	const zio_t *z2 = x2;
88 
89 	if (z1->io_offset < z2->io_offset)
90 		return (-1);
91 	if (z1->io_offset > z2->io_offset)
92 		return (1);
93 
94 	if (z1 < z2)
95 		return (-1);
96 	if (z1 > z2)
97 		return (1);
98 
99 	return (0);
100 }
101 
102 void
103 vdev_queue_init(vdev_t *vd)
104 {
105 	vdev_queue_t *vq = &vd->vdev_queue;
106 
107 	mutex_init(&vq->vq_lock, NULL, MUTEX_DEFAULT, NULL);
108 
109 	avl_create(&vq->vq_deadline_tree, vdev_queue_deadline_compare,
110 	    sizeof (zio_t), offsetof(struct zio, io_deadline_node));
111 
112 	avl_create(&vq->vq_read_tree, vdev_queue_offset_compare,
113 	    sizeof (zio_t), offsetof(struct zio, io_offset_node));
114 
115 	avl_create(&vq->vq_write_tree, vdev_queue_offset_compare,
116 	    sizeof (zio_t), offsetof(struct zio, io_offset_node));
117 
118 	avl_create(&vq->vq_pending_tree, vdev_queue_offset_compare,
119 	    sizeof (zio_t), offsetof(struct zio, io_offset_node));
120 }
121 
122 void
123 vdev_queue_fini(vdev_t *vd)
124 {
125 	vdev_queue_t *vq = &vd->vdev_queue;
126 
127 	avl_destroy(&vq->vq_deadline_tree);
128 	avl_destroy(&vq->vq_read_tree);
129 	avl_destroy(&vq->vq_write_tree);
130 	avl_destroy(&vq->vq_pending_tree);
131 
132 	mutex_destroy(&vq->vq_lock);
133 }
134 
135 static void
136 vdev_queue_io_add(vdev_queue_t *vq, zio_t *zio)
137 {
138 	avl_add(&vq->vq_deadline_tree, zio);
139 	avl_add(zio->io_vdev_tree, zio);
140 }
141 
142 static void
143 vdev_queue_io_remove(vdev_queue_t *vq, zio_t *zio)
144 {
145 	avl_remove(&vq->vq_deadline_tree, zio);
146 	avl_remove(zio->io_vdev_tree, zio);
147 }
148 
149 static void
150 vdev_queue_agg_io_done(zio_t *aio)
151 {
152 	zio_t *pio;
153 
154 	while ((pio = zio_walk_parents(aio)) != NULL)
155 		if (aio->io_type == ZIO_TYPE_READ)
156 			bcopy((char *)aio->io_data + (pio->io_offset -
157 			    aio->io_offset), pio->io_data, pio->io_size);
158 
159 	zio_buf_free(aio->io_data, aio->io_size);
160 }
161 
162 #define	IS_ADJACENT(io, nio) \
163 	((io)->io_offset + (io)->io_size == (nio)->io_offset)
164 
165 static zio_t *
166 vdev_queue_io_to_issue(vdev_queue_t *vq, uint64_t pending_limit)
167 {
168 	zio_t *fio, *lio, *aio, *dio, *nio;
169 	avl_tree_t *t;
170 	uint64_t size;
171 	int flags;
172 
173 	ASSERT(MUTEX_HELD(&vq->vq_lock));
174 
175 	if (avl_numnodes(&vq->vq_pending_tree) >= pending_limit ||
176 	    avl_numnodes(&vq->vq_deadline_tree) == 0)
177 		return (NULL);
178 
179 	fio = lio = avl_first(&vq->vq_deadline_tree);
180 
181 	t = fio->io_vdev_tree;
182 	size = fio->io_size;
183 	flags = fio->io_flags & ZIO_FLAG_AGG_INHERIT;
184 
185 	if (!(flags & ZIO_FLAG_DONT_AGGREGATE)) {
186 		/*
187 		 * We can aggregate I/Os that are adjacent and of the
188 		 * same flavor, as expressed by the AGG_INHERIT flags.
189 		 * The latter is necessary so that certain attributes
190 		 * of the I/O, such as whether it's a normal I/O or a
191 		 * scrub/resilver, can be preserved in the aggregate.
192 		 */
193 		while ((dio = AVL_PREV(t, fio)) != NULL &&
194 		    IS_ADJACENT(dio, fio) &&
195 		    (dio->io_flags & ZIO_FLAG_AGG_INHERIT) == flags &&
196 		    size + dio->io_size <= zfs_vdev_aggregation_limit) {
197 			fio = dio;
198 			size += dio->io_size;
199 		}
200 		while ((dio = AVL_NEXT(t, lio)) != NULL &&
201 		    IS_ADJACENT(lio, dio) &&
202 		    (dio->io_flags & ZIO_FLAG_AGG_INHERIT) == flags &&
203 		    size + dio->io_size <= zfs_vdev_aggregation_limit) {
204 			lio = dio;
205 			size += dio->io_size;
206 		}
207 	}
208 
209 	if (fio != lio) {
210 		ASSERT(size <= zfs_vdev_aggregation_limit);
211 
212 		aio = zio_vdev_delegated_io(fio->io_vd, fio->io_offset,
213 		    zio_buf_alloc(size), size, fio->io_type, ZIO_PRIORITY_NOW,
214 		    flags | ZIO_FLAG_DONT_CACHE | ZIO_FLAG_DONT_QUEUE,
215 		    vdev_queue_agg_io_done, NULL);
216 
217 		/* We want to process lio, then stop */
218 		lio = AVL_NEXT(t, lio);
219 		for (dio = fio; dio != lio; dio = nio) {
220 			ASSERT(dio->io_type == aio->io_type);
221 			ASSERT(dio->io_vdev_tree == t);
222 
223 			if (dio->io_type == ZIO_TYPE_WRITE)
224 				bcopy(dio->io_data, (char *)aio->io_data +
225 				    (dio->io_offset - aio->io_offset),
226 				    dio->io_size);
227 			nio = AVL_NEXT(t, dio);
228 
229 			zio_add_child(dio, aio);
230 			vdev_queue_io_remove(vq, dio);
231 			zio_vdev_io_bypass(dio);
232 			zio_execute(dio);
233 		}
234 
235 		avl_add(&vq->vq_pending_tree, aio);
236 
237 		return (aio);
238 	}
239 
240 	ASSERT(fio->io_vdev_tree == t);
241 	vdev_queue_io_remove(vq, fio);
242 
243 	avl_add(&vq->vq_pending_tree, fio);
244 
245 	return (fio);
246 }
247 
248 zio_t *
249 vdev_queue_io(zio_t *zio)
250 {
251 	vdev_queue_t *vq = &zio->io_vd->vdev_queue;
252 	zio_t *nio;
253 
254 	ASSERT(zio->io_type == ZIO_TYPE_READ || zio->io_type == ZIO_TYPE_WRITE);
255 
256 	if (zio->io_flags & ZIO_FLAG_DONT_QUEUE)
257 		return (zio);
258 
259 	zio->io_flags |= ZIO_FLAG_DONT_CACHE | ZIO_FLAG_DONT_QUEUE;
260 
261 	if (zio->io_type == ZIO_TYPE_READ)
262 		zio->io_vdev_tree = &vq->vq_read_tree;
263 	else
264 		zio->io_vdev_tree = &vq->vq_write_tree;
265 
266 	mutex_enter(&vq->vq_lock);
267 
268 	zio->io_deadline = (lbolt64 >> zfs_vdev_time_shift) + zio->io_priority;
269 
270 	vdev_queue_io_add(vq, zio);
271 
272 	nio = vdev_queue_io_to_issue(vq, zfs_vdev_min_pending);
273 
274 	mutex_exit(&vq->vq_lock);
275 
276 	if (nio == NULL)
277 		return (NULL);
278 
279 	if (nio->io_done == vdev_queue_agg_io_done) {
280 		zio_nowait(nio);
281 		return (NULL);
282 	}
283 
284 	return (nio);
285 }
286 
287 void
288 vdev_queue_io_done(zio_t *zio)
289 {
290 	vdev_queue_t *vq = &zio->io_vd->vdev_queue;
291 
292 	mutex_enter(&vq->vq_lock);
293 
294 	avl_remove(&vq->vq_pending_tree, zio);
295 
296 	for (int i = 0; i < zfs_vdev_ramp_rate; i++) {
297 		zio_t *nio = vdev_queue_io_to_issue(vq, zfs_vdev_max_pending);
298 		if (nio == NULL)
299 			break;
300 		mutex_exit(&vq->vq_lock);
301 		if (nio->io_done == vdev_queue_agg_io_done) {
302 			zio_nowait(nio);
303 		} else {
304 			zio_vdev_io_reissue(nio);
305 			zio_execute(nio);
306 		}
307 		mutex_enter(&vq->vq_lock);
308 	}
309 
310 	mutex_exit(&vq->vq_lock);
311 }
312