xref: /titanic_50/usr/src/uts/common/fs/zfs/ddt.c (revision 1e67f0f0096be223aa7f51802953bebd95866ddc)
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 	bzero(&ddt->ddt_object_stats[type][class], sizeof (ddt_object_t));
91 
92 	*objectp = 0;
93 }
94 
95 static int
96 ddt_object_load(ddt_t *ddt, enum ddt_type type, enum ddt_class class)
97 {
98 	ddt_object_t *ddo = &ddt->ddt_object_stats[type][class];
99 	dmu_object_info_t doi;
100 	char name[DDT_NAMELEN];
101 	int error;
102 
103 	ddt_object_name(ddt, type, class, name);
104 
105 	error = zap_lookup(ddt->ddt_os, DMU_POOL_DIRECTORY_OBJECT, name,
106 	    sizeof (uint64_t), 1, &ddt->ddt_object[type][class]);
107 
108 	if (error)
109 		return (error);
110 
111 	error = zap_lookup(ddt->ddt_os, ddt->ddt_spa->spa_ddt_stat_object, name,
112 	    sizeof (uint64_t), sizeof (ddt_histogram_t) / sizeof (uint64_t),
113 	    &ddt->ddt_histogram[type][class]);
114 
115 	/*
116 	 * Seed the cached statistics.
117 	 */
118 	VERIFY(ddt_object_info(ddt, type, class, &doi) == 0);
119 
120 	ddo->ddo_count = ddt_object_count(ddt, type, class);
121 	ddo->ddo_dspace = doi.doi_physical_blocks_512 << 9;
122 	ddo->ddo_mspace = doi.doi_fill_count * doi.doi_data_block_size;
123 
124 	ASSERT(error == 0);
125 	return (error);
126 }
127 
128 static void
129 ddt_object_sync(ddt_t *ddt, enum ddt_type type, enum ddt_class class,
130     dmu_tx_t *tx)
131 {
132 	ddt_object_t *ddo = &ddt->ddt_object_stats[type][class];
133 	dmu_object_info_t doi;
134 	char name[DDT_NAMELEN];
135 
136 	ddt_object_name(ddt, type, class, name);
137 
138 	VERIFY(zap_update(ddt->ddt_os, ddt->ddt_spa->spa_ddt_stat_object, name,
139 	    sizeof (uint64_t), sizeof (ddt_histogram_t) / sizeof (uint64_t),
140 	    &ddt->ddt_histogram[type][class], tx) == 0);
141 
142 	/*
143 	 * Cache DDT statistics; this is the only time they'll change.
144 	 */
145 	VERIFY(ddt_object_info(ddt, type, class, &doi) == 0);
146 
147 	ddo->ddo_count = ddt_object_count(ddt, type, class);
148 	ddo->ddo_dspace = doi.doi_physical_blocks_512 << 9;
149 	ddo->ddo_mspace = doi.doi_fill_count * doi.doi_data_block_size;
150 }
151 
152 static int
153 ddt_object_lookup(ddt_t *ddt, enum ddt_type type, enum ddt_class class,
154     ddt_entry_t *dde)
155 {
156 	if (!ddt_object_exists(ddt, type, class))
157 		return (ENOENT);
158 
159 	return (ddt_ops[type]->ddt_op_lookup(ddt->ddt_os,
160 	    ddt->ddt_object[type][class], dde));
161 }
162 
163 static int
164 ddt_object_update(ddt_t *ddt, enum ddt_type type, enum ddt_class class,
165     ddt_entry_t *dde, dmu_tx_t *tx)
166 {
167 	ASSERT(ddt_object_exists(ddt, type, class));
168 
169 	return (ddt_ops[type]->ddt_op_update(ddt->ddt_os,
170 	    ddt->ddt_object[type][class], dde, tx));
171 }
172 
173 static int
174 ddt_object_remove(ddt_t *ddt, enum ddt_type type, enum ddt_class class,
175     ddt_entry_t *dde, dmu_tx_t *tx)
176 {
177 	ASSERT(ddt_object_exists(ddt, type, class));
178 
179 	return (ddt_ops[type]->ddt_op_remove(ddt->ddt_os,
180 	    ddt->ddt_object[type][class], dde, tx));
181 }
182 
183 int
184 ddt_object_walk(ddt_t *ddt, enum ddt_type type, enum ddt_class class,
185     uint64_t *walk, ddt_entry_t *dde)
186 {
187 	ASSERT(ddt_object_exists(ddt, type, class));
188 
189 	return (ddt_ops[type]->ddt_op_walk(ddt->ddt_os,
190 	    ddt->ddt_object[type][class], dde, walk));
191 }
192 
193 uint64_t
194 ddt_object_count(ddt_t *ddt, enum ddt_type type, enum ddt_class class)
195 {
196 	ASSERT(ddt_object_exists(ddt, type, class));
197 
198 	return (ddt_ops[type]->ddt_op_count(ddt->ddt_os,
199 	    ddt->ddt_object[type][class]));
200 }
201 
202 int
203 ddt_object_info(ddt_t *ddt, enum ddt_type type, enum ddt_class class,
204     dmu_object_info_t *doi)
205 {
206 	if (!ddt_object_exists(ddt, type, class))
207 		return (ENOENT);
208 
209 	return (dmu_object_info(ddt->ddt_os, ddt->ddt_object[type][class],
210 	    doi));
211 }
212 
213 boolean_t
214 ddt_object_exists(ddt_t *ddt, enum ddt_type type, enum ddt_class class)
215 {
216 	return (!!ddt->ddt_object[type][class]);
217 }
218 
219 void
220 ddt_object_name(ddt_t *ddt, enum ddt_type type, enum ddt_class class,
221     char *name)
222 {
223 	(void) sprintf(name, DMU_POOL_DDT,
224 	    zio_checksum_table[ddt->ddt_checksum].ci_name,
225 	    ddt_ops[type]->ddt_op_name, ddt_class_name[class]);
226 }
227 
228 void
229 ddt_bp_fill(const ddt_phys_t *ddp, blkptr_t *bp, uint64_t txg)
230 {
231 	ASSERT(txg != 0);
232 
233 	for (int d = 0; d < SPA_DVAS_PER_BP; d++)
234 		bp->blk_dva[d] = ddp->ddp_dva[d];
235 	BP_SET_BIRTH(bp, txg, ddp->ddp_phys_birth);
236 }
237 
238 void
239 ddt_bp_create(enum zio_checksum checksum,
240     const ddt_key_t *ddk, const ddt_phys_t *ddp, blkptr_t *bp)
241 {
242 	BP_ZERO(bp);
243 
244 	if (ddp != NULL)
245 		ddt_bp_fill(ddp, bp, ddp->ddp_phys_birth);
246 
247 	bp->blk_cksum = ddk->ddk_cksum;
248 
249 	BP_SET_LSIZE(bp, DDK_GET_LSIZE(ddk));
250 	BP_SET_PSIZE(bp, DDK_GET_PSIZE(ddk));
251 	BP_SET_COMPRESS(bp, DDK_GET_COMPRESS(ddk));
252 	BP_SET_CHECKSUM(bp, checksum);
253 	BP_SET_TYPE(bp, DMU_OT_NONE);
254 	BP_SET_LEVEL(bp, 0);
255 	BP_SET_DEDUP(bp, 0);
256 	BP_SET_BYTEORDER(bp, ZFS_HOST_BYTEORDER);
257 }
258 
259 void
260 ddt_key_fill(ddt_key_t *ddk, const blkptr_t *bp)
261 {
262 	ddk->ddk_cksum = bp->blk_cksum;
263 	ddk->ddk_prop = 0;
264 
265 	DDK_SET_LSIZE(ddk, BP_GET_LSIZE(bp));
266 	DDK_SET_PSIZE(ddk, BP_GET_PSIZE(bp));
267 	DDK_SET_COMPRESS(ddk, BP_GET_COMPRESS(bp));
268 }
269 
270 void
271 ddt_phys_fill(ddt_phys_t *ddp, const blkptr_t *bp)
272 {
273 	ASSERT(ddp->ddp_phys_birth == 0);
274 
275 	for (int d = 0; d < SPA_DVAS_PER_BP; d++)
276 		ddp->ddp_dva[d] = bp->blk_dva[d];
277 	ddp->ddp_phys_birth = BP_PHYSICAL_BIRTH(bp);
278 }
279 
280 void
281 ddt_phys_clear(ddt_phys_t *ddp)
282 {
283 	bzero(ddp, sizeof (*ddp));
284 }
285 
286 void
287 ddt_phys_addref(ddt_phys_t *ddp)
288 {
289 	ddp->ddp_refcnt++;
290 }
291 
292 void
293 ddt_phys_decref(ddt_phys_t *ddp)
294 {
295 	ASSERT((int64_t)ddp->ddp_refcnt > 0);
296 	ddp->ddp_refcnt--;
297 }
298 
299 void
300 ddt_phys_free(ddt_t *ddt, ddt_key_t *ddk, ddt_phys_t *ddp, uint64_t txg)
301 {
302 	blkptr_t blk;
303 
304 	ddt_bp_create(ddt->ddt_checksum, ddk, ddp, &blk);
305 	ddt_phys_clear(ddp);
306 	zio_free(ddt->ddt_spa, txg, &blk);
307 }
308 
309 ddt_phys_t *
310 ddt_phys_select(const ddt_entry_t *dde, const blkptr_t *bp)
311 {
312 	ddt_phys_t *ddp = (ddt_phys_t *)dde->dde_phys;
313 
314 	for (int p = 0; p < DDT_PHYS_TYPES; p++, ddp++) {
315 		if (DVA_EQUAL(BP_IDENTITY(bp), &ddp->ddp_dva[0]) &&
316 		    BP_PHYSICAL_BIRTH(bp) == ddp->ddp_phys_birth)
317 			return (ddp);
318 	}
319 	return (NULL);
320 }
321 
322 uint64_t
323 ddt_phys_total_refcnt(const ddt_entry_t *dde)
324 {
325 	uint64_t refcnt = 0;
326 
327 	for (int p = DDT_PHYS_SINGLE; p <= DDT_PHYS_TRIPLE; p++)
328 		refcnt += dde->dde_phys[p].ddp_refcnt;
329 
330 	return (refcnt);
331 }
332 
333 static void
334 ddt_stat_generate(ddt_t *ddt, ddt_entry_t *dde, ddt_stat_t *dds)
335 {
336 	spa_t *spa = ddt->ddt_spa;
337 	ddt_phys_t *ddp = dde->dde_phys;
338 	ddt_key_t *ddk = &dde->dde_key;
339 	uint64_t lsize = DDK_GET_LSIZE(ddk);
340 	uint64_t psize = DDK_GET_PSIZE(ddk);
341 
342 	bzero(dds, sizeof (*dds));
343 
344 	for (int p = 0; p < DDT_PHYS_TYPES; p++, ddp++) {
345 		uint64_t dsize = 0;
346 		uint64_t refcnt = ddp->ddp_refcnt;
347 
348 		if (ddp->ddp_phys_birth == 0)
349 			continue;
350 
351 		for (int d = 0; d < SPA_DVAS_PER_BP; d++)
352 			dsize += dva_get_dsize_sync(spa, &ddp->ddp_dva[d]);
353 
354 		dds->dds_blocks += 1;
355 		dds->dds_lsize += lsize;
356 		dds->dds_psize += psize;
357 		dds->dds_dsize += dsize;
358 
359 		dds->dds_ref_blocks += refcnt;
360 		dds->dds_ref_lsize += lsize * refcnt;
361 		dds->dds_ref_psize += psize * refcnt;
362 		dds->dds_ref_dsize += dsize * refcnt;
363 	}
364 }
365 
366 void
367 ddt_stat_add(ddt_stat_t *dst, const ddt_stat_t *src, uint64_t neg)
368 {
369 	const uint64_t *s = (const uint64_t *)src;
370 	uint64_t *d = (uint64_t *)dst;
371 	uint64_t *d_end = (uint64_t *)(dst + 1);
372 
373 	ASSERT(neg == 0 || neg == -1ULL);	/* add or subtract */
374 
375 	while (d < d_end)
376 		*d++ += (*s++ ^ neg) - neg;
377 }
378 
379 static void
380 ddt_stat_update(ddt_t *ddt, ddt_entry_t *dde, uint64_t neg)
381 {
382 	ddt_stat_t dds;
383 	ddt_histogram_t *ddh;
384 	int bucket;
385 
386 	ddt_stat_generate(ddt, dde, &dds);
387 
388 	bucket = highbit(dds.dds_ref_blocks) - 1;
389 	ASSERT(bucket >= 0);
390 
391 	ddh = &ddt->ddt_histogram[dde->dde_type][dde->dde_class];
392 
393 	ddt_stat_add(&ddh->ddh_stat[bucket], &dds, neg);
394 }
395 
396 void
397 ddt_histogram_add(ddt_histogram_t *dst, const ddt_histogram_t *src)
398 {
399 	for (int h = 0; h < 64; h++)
400 		ddt_stat_add(&dst->ddh_stat[h], &src->ddh_stat[h], 0);
401 }
402 
403 void
404 ddt_histogram_stat(ddt_stat_t *dds, const ddt_histogram_t *ddh)
405 {
406 	bzero(dds, sizeof (*dds));
407 
408 	for (int h = 0; h < 64; h++)
409 		ddt_stat_add(dds, &ddh->ddh_stat[h], 0);
410 }
411 
412 boolean_t
413 ddt_histogram_empty(const ddt_histogram_t *ddh)
414 {
415 	const uint64_t *s = (const uint64_t *)ddh;
416 	const uint64_t *s_end = (const uint64_t *)(ddh + 1);
417 
418 	while (s < s_end)
419 		if (*s++ != 0)
420 			return (B_FALSE);
421 
422 	return (B_TRUE);
423 }
424 
425 void
426 ddt_get_dedup_object_stats(spa_t *spa, ddt_object_t *ddo_total)
427 {
428 	/* Sum the statistics we cached in ddt_object_sync(). */
429 	for (enum zio_checksum c = 0; c < ZIO_CHECKSUM_FUNCTIONS; c++) {
430 		ddt_t *ddt = spa->spa_ddt[c];
431 		for (enum ddt_type type = 0; type < DDT_TYPES; type++) {
432 			for (enum ddt_class class = 0; class < DDT_CLASSES;
433 			    class++) {
434 				ddt_object_t *ddo =
435 				    &ddt->ddt_object_stats[type][class];
436 				ddo_total->ddo_count += ddo->ddo_count;
437 				ddo_total->ddo_dspace += ddo->ddo_dspace;
438 				ddo_total->ddo_mspace += ddo->ddo_mspace;
439 			}
440 		}
441 	}
442 
443 	/* ... and compute the averages. */
444 	if (ddo_total->ddo_count != 0) {
445 		ddo_total->ddo_dspace /= ddo_total->ddo_count;
446 		ddo_total->ddo_mspace /= ddo_total->ddo_count;
447 	} else {
448 		ASSERT(ddo_total->ddo_dspace == 0);
449 		ASSERT(ddo_total->ddo_mspace == 0);
450 	}
451 }
452 
453 void
454 ddt_get_dedup_histogram(spa_t *spa, ddt_histogram_t *ddh)
455 {
456 	for (enum zio_checksum c = 0; c < ZIO_CHECKSUM_FUNCTIONS; c++) {
457 		ddt_t *ddt = spa->spa_ddt[c];
458 		for (enum ddt_type type = 0; type < DDT_TYPES; type++) {
459 			for (enum ddt_class class = 0; class < DDT_CLASSES;
460 			    class++) {
461 				ddt_histogram_add(ddh,
462 				    &ddt->ddt_histogram_cache[type][class]);
463 			}
464 		}
465 	}
466 }
467 
468 void
469 ddt_get_dedup_stats(spa_t *spa, ddt_stat_t *dds_total)
470 {
471 	ddt_histogram_t *ddh_total;
472 
473 	ddh_total = kmem_zalloc(sizeof (ddt_histogram_t), KM_SLEEP);
474 	ddt_get_dedup_histogram(spa, ddh_total);
475 	ddt_histogram_stat(dds_total, ddh_total);
476 	kmem_free(ddh_total, sizeof (ddt_histogram_t));
477 }
478 
479 uint64_t
480 ddt_get_dedup_dspace(spa_t *spa)
481 {
482 	ddt_stat_t dds_total = { 0 };
483 
484 	ddt_get_dedup_stats(spa, &dds_total);
485 	return (dds_total.dds_ref_dsize - dds_total.dds_dsize);
486 }
487 
488 uint64_t
489 ddt_get_pool_dedup_ratio(spa_t *spa)
490 {
491 	ddt_stat_t dds_total = { 0 };
492 
493 	ddt_get_dedup_stats(spa, &dds_total);
494 	if (dds_total.dds_dsize == 0)
495 		return (100);
496 
497 	return (dds_total.dds_ref_dsize * 100 / dds_total.dds_dsize);
498 }
499 
500 int
501 ddt_ditto_copies_needed(ddt_t *ddt, ddt_entry_t *dde, ddt_phys_t *ddp_willref)
502 {
503 	spa_t *spa = ddt->ddt_spa;
504 	uint64_t total_refcnt = 0;
505 	uint64_t ditto = spa->spa_dedup_ditto;
506 	int total_copies = 0;
507 	int desired_copies = 0;
508 
509 	for (int p = DDT_PHYS_SINGLE; p <= DDT_PHYS_TRIPLE; p++) {
510 		ddt_phys_t *ddp = &dde->dde_phys[p];
511 		zio_t *zio = dde->dde_lead_zio[p];
512 		uint64_t refcnt = ddp->ddp_refcnt;	/* committed refs */
513 		if (zio != NULL)
514 			refcnt += zio->io_parent_count;	/* pending refs */
515 		if (ddp == ddp_willref)
516 			refcnt++;			/* caller's ref */
517 		if (refcnt != 0) {
518 			total_refcnt += refcnt;
519 			total_copies += p;
520 		}
521 	}
522 
523 	if (ditto == 0 || ditto > UINT32_MAX)
524 		ditto = UINT32_MAX;
525 
526 	if (total_refcnt >= 1)
527 		desired_copies++;
528 	if (total_refcnt >= ditto)
529 		desired_copies++;
530 	if (total_refcnt >= ditto * ditto)
531 		desired_copies++;
532 
533 	return (MAX(desired_copies, total_copies) - total_copies);
534 }
535 
536 int
537 ddt_ditto_copies_present(ddt_entry_t *dde)
538 {
539 	ddt_phys_t *ddp = &dde->dde_phys[DDT_PHYS_DITTO];
540 	dva_t *dva = ddp->ddp_dva;
541 	int copies = 0 - DVA_GET_GANG(dva);
542 
543 	for (int d = 0; d < SPA_DVAS_PER_BP; d++, dva++)
544 		if (DVA_IS_VALID(dva))
545 			copies++;
546 
547 	ASSERT(copies >= 0 && copies < SPA_DVAS_PER_BP);
548 
549 	return (copies);
550 }
551 
552 size_t
553 ddt_compress(void *src, uchar_t *dst, size_t s_len, size_t d_len)
554 {
555 	uchar_t *version = dst++;
556 	int cpfunc = ZIO_COMPRESS_ZLE;
557 	zio_compress_info_t *ci = &zio_compress_table[cpfunc];
558 	size_t c_len;
559 
560 	ASSERT(d_len >= s_len + 1);	/* no compression plus version byte */
561 
562 	c_len = ci->ci_compress(src, dst, s_len, d_len - 1, ci->ci_level);
563 
564 	if (c_len == s_len) {
565 		cpfunc = ZIO_COMPRESS_OFF;
566 		bcopy(src, dst, s_len);
567 	}
568 
569 	*version = (ZFS_HOST_BYTEORDER & DDT_COMPRESS_BYTEORDER_MASK) | cpfunc;
570 
571 	return (c_len + 1);
572 }
573 
574 void
575 ddt_decompress(uchar_t *src, void *dst, size_t s_len, size_t d_len)
576 {
577 	uchar_t version = *src++;
578 	int cpfunc = version & DDT_COMPRESS_FUNCTION_MASK;
579 	zio_compress_info_t *ci = &zio_compress_table[cpfunc];
580 
581 	if (ci->ci_decompress != NULL)
582 		(void) ci->ci_decompress(src, dst, s_len, d_len, ci->ci_level);
583 	else
584 		bcopy(src, dst, d_len);
585 
586 	if ((version ^ ZFS_HOST_BYTEORDER) & DDT_COMPRESS_BYTEORDER_MASK)
587 		byteswap_uint64_array(dst, d_len);
588 }
589 
590 ddt_t *
591 ddt_select_by_checksum(spa_t *spa, enum zio_checksum c)
592 {
593 	return (spa->spa_ddt[c]);
594 }
595 
596 ddt_t *
597 ddt_select(spa_t *spa, const blkptr_t *bp)
598 {
599 	return (spa->spa_ddt[BP_GET_CHECKSUM(bp)]);
600 }
601 
602 void
603 ddt_enter(ddt_t *ddt)
604 {
605 	mutex_enter(&ddt->ddt_lock);
606 }
607 
608 void
609 ddt_exit(ddt_t *ddt)
610 {
611 	mutex_exit(&ddt->ddt_lock);
612 }
613 
614 static ddt_entry_t *
615 ddt_alloc(const ddt_key_t *ddk)
616 {
617 	ddt_entry_t *dde;
618 
619 	dde = kmem_zalloc(sizeof (ddt_entry_t), KM_SLEEP);
620 	cv_init(&dde->dde_cv, NULL, CV_DEFAULT, NULL);
621 
622 	dde->dde_key = *ddk;
623 
624 	return (dde);
625 }
626 
627 static void
628 ddt_free(ddt_entry_t *dde)
629 {
630 	ASSERT(!dde->dde_loading);
631 
632 	for (int p = 0; p < DDT_PHYS_TYPES; p++)
633 		ASSERT(dde->dde_lead_zio[p] == NULL);
634 
635 	if (dde->dde_repair_data != NULL)
636 		zio_buf_free(dde->dde_repair_data,
637 		    DDK_GET_PSIZE(&dde->dde_key));
638 
639 	cv_destroy(&dde->dde_cv);
640 	kmem_free(dde, sizeof (*dde));
641 }
642 
643 void
644 ddt_remove(ddt_t *ddt, ddt_entry_t *dde)
645 {
646 	ASSERT(MUTEX_HELD(&ddt->ddt_lock));
647 
648 	avl_remove(&ddt->ddt_tree, dde);
649 	ddt_free(dde);
650 }
651 
652 ddt_entry_t *
653 ddt_lookup(ddt_t *ddt, const blkptr_t *bp, boolean_t add)
654 {
655 	ddt_entry_t *dde, dde_search;
656 	enum ddt_type type;
657 	enum ddt_class class;
658 	avl_index_t where;
659 	int error;
660 
661 	ASSERT(MUTEX_HELD(&ddt->ddt_lock));
662 
663 	ddt_key_fill(&dde_search.dde_key, bp);
664 
665 	dde = avl_find(&ddt->ddt_tree, &dde_search, &where);
666 	if (dde == NULL) {
667 		if (!add)
668 			return (NULL);
669 		dde = ddt_alloc(&dde_search.dde_key);
670 		avl_insert(&ddt->ddt_tree, dde, where);
671 	}
672 
673 	while (dde->dde_loading)
674 		cv_wait(&dde->dde_cv, &ddt->ddt_lock);
675 
676 	if (dde->dde_loaded)
677 		return (dde);
678 
679 	dde->dde_loading = B_TRUE;
680 
681 	ddt_exit(ddt);
682 
683 	error = ENOENT;
684 
685 	for (type = 0; type < DDT_TYPES; type++) {
686 		for (class = 0; class < DDT_CLASSES; class++) {
687 			error = ddt_object_lookup(ddt, type, class, dde);
688 			if (error != ENOENT)
689 				break;
690 		}
691 		if (error != ENOENT)
692 			break;
693 	}
694 
695 	ASSERT(error == 0 || error == ENOENT);
696 
697 	ddt_enter(ddt);
698 
699 	ASSERT(dde->dde_loaded == B_FALSE);
700 	ASSERT(dde->dde_loading == B_TRUE);
701 
702 	dde->dde_type = type;	/* will be DDT_TYPES if no entry found */
703 	dde->dde_class = class;	/* will be DDT_CLASSES if no entry found */
704 	dde->dde_loaded = B_TRUE;
705 	dde->dde_loading = B_FALSE;
706 
707 	if (error == 0)
708 		ddt_stat_update(ddt, dde, -1ULL);
709 
710 	cv_broadcast(&dde->dde_cv);
711 
712 	return (dde);
713 }
714 
715 int
716 ddt_entry_compare(const void *x1, const void *x2)
717 {
718 	const ddt_entry_t *dde1 = x1;
719 	const ddt_entry_t *dde2 = x2;
720 	const uint64_t *u1 = (const uint64_t *)&dde1->dde_key;
721 	const uint64_t *u2 = (const uint64_t *)&dde2->dde_key;
722 
723 	for (int i = 0; i < DDT_KEY_WORDS; i++) {
724 		if (u1[i] < u2[i])
725 			return (-1);
726 		if (u1[i] > u2[i])
727 			return (1);
728 	}
729 
730 	return (0);
731 }
732 
733 static ddt_t *
734 ddt_table_alloc(spa_t *spa, enum zio_checksum c)
735 {
736 	ddt_t *ddt;
737 
738 	ddt = kmem_zalloc(sizeof (*ddt), KM_SLEEP);
739 
740 	mutex_init(&ddt->ddt_lock, NULL, MUTEX_DEFAULT, NULL);
741 	avl_create(&ddt->ddt_tree, ddt_entry_compare,
742 	    sizeof (ddt_entry_t), offsetof(ddt_entry_t, dde_node));
743 	avl_create(&ddt->ddt_repair_tree, ddt_entry_compare,
744 	    sizeof (ddt_entry_t), offsetof(ddt_entry_t, dde_node));
745 	ddt->ddt_checksum = c;
746 	ddt->ddt_spa = spa;
747 	ddt->ddt_os = spa->spa_meta_objset;
748 
749 	return (ddt);
750 }
751 
752 static void
753 ddt_table_free(ddt_t *ddt)
754 {
755 	ASSERT(avl_numnodes(&ddt->ddt_tree) == 0);
756 	ASSERT(avl_numnodes(&ddt->ddt_repair_tree) == 0);
757 	avl_destroy(&ddt->ddt_tree);
758 	avl_destroy(&ddt->ddt_repair_tree);
759 	mutex_destroy(&ddt->ddt_lock);
760 	kmem_free(ddt, sizeof (*ddt));
761 }
762 
763 void
764 ddt_create(spa_t *spa)
765 {
766 	spa->spa_dedup_checksum = ZIO_DEDUPCHECKSUM;
767 
768 	for (enum zio_checksum c = 0; c < ZIO_CHECKSUM_FUNCTIONS; c++)
769 		spa->spa_ddt[c] = ddt_table_alloc(spa, c);
770 }
771 
772 int
773 ddt_load(spa_t *spa)
774 {
775 	int error;
776 
777 	ddt_create(spa);
778 
779 	error = zap_lookup(spa->spa_meta_objset, DMU_POOL_DIRECTORY_OBJECT,
780 	    DMU_POOL_DDT_STATS, sizeof (uint64_t), 1,
781 	    &spa->spa_ddt_stat_object);
782 
783 	if (error)
784 		return (error == ENOENT ? 0 : error);
785 
786 	for (enum zio_checksum c = 0; c < ZIO_CHECKSUM_FUNCTIONS; c++) {
787 		ddt_t *ddt = spa->spa_ddt[c];
788 		for (enum ddt_type type = 0; type < DDT_TYPES; type++) {
789 			for (enum ddt_class class = 0; class < DDT_CLASSES;
790 			    class++) {
791 				error = ddt_object_load(ddt, type, class);
792 				if (error != 0 && error != ENOENT)
793 					return (error);
794 			}
795 		}
796 
797 		/*
798 		 * Seed the cached histograms.
799 		 */
800 		bcopy(ddt->ddt_histogram, &ddt->ddt_histogram_cache,
801 		    sizeof (ddt->ddt_histogram));
802 	}
803 
804 	return (0);
805 }
806 
807 void
808 ddt_unload(spa_t *spa)
809 {
810 	for (enum zio_checksum c = 0; c < ZIO_CHECKSUM_FUNCTIONS; c++) {
811 		if (spa->spa_ddt[c]) {
812 			ddt_table_free(spa->spa_ddt[c]);
813 			spa->spa_ddt[c] = NULL;
814 		}
815 	}
816 }
817 
818 boolean_t
819 ddt_class_contains(spa_t *spa, enum ddt_class max_class, const blkptr_t *bp)
820 {
821 	ddt_t *ddt;
822 	ddt_entry_t dde;
823 
824 	if (!BP_GET_DEDUP(bp))
825 		return (B_FALSE);
826 
827 	if (max_class == DDT_CLASS_UNIQUE)
828 		return (B_TRUE);
829 
830 	ddt = spa->spa_ddt[BP_GET_CHECKSUM(bp)];
831 
832 	ddt_key_fill(&dde.dde_key, bp);
833 
834 	for (enum ddt_type type = 0; type < DDT_TYPES; type++)
835 		for (enum ddt_class class = 0; class <= max_class; class++)
836 			if (ddt_object_lookup(ddt, type, class, &dde) == 0)
837 				return (B_TRUE);
838 
839 	return (B_FALSE);
840 }
841 
842 ddt_entry_t *
843 ddt_repair_start(ddt_t *ddt, const blkptr_t *bp)
844 {
845 	ddt_key_t ddk;
846 	ddt_entry_t *dde;
847 
848 	ddt_key_fill(&ddk, bp);
849 
850 	dde = ddt_alloc(&ddk);
851 
852 	for (enum ddt_type type = 0; type < DDT_TYPES; type++) {
853 		for (enum ddt_class class = 0; class < DDT_CLASSES; class++) {
854 			/*
855 			 * We can only do repair if there are multiple copies
856 			 * of the block.  For anything in the UNIQUE class,
857 			 * there's definitely only one copy, so don't even try.
858 			 */
859 			if (class != DDT_CLASS_UNIQUE &&
860 			    ddt_object_lookup(ddt, type, class, dde) == 0)
861 				return (dde);
862 		}
863 	}
864 
865 	bzero(dde->dde_phys, sizeof (dde->dde_phys));
866 
867 	return (dde);
868 }
869 
870 void
871 ddt_repair_done(ddt_t *ddt, ddt_entry_t *dde)
872 {
873 	avl_index_t where;
874 
875 	ddt_enter(ddt);
876 
877 	if (dde->dde_repair_data != NULL && spa_writeable(ddt->ddt_spa) &&
878 	    avl_find(&ddt->ddt_repair_tree, dde, &where) == NULL)
879 		avl_insert(&ddt->ddt_repair_tree, dde, where);
880 	else
881 		ddt_free(dde);
882 
883 	ddt_exit(ddt);
884 }
885 
886 static void
887 ddt_repair_entry_done(zio_t *zio)
888 {
889 	ddt_entry_t *rdde = zio->io_private;
890 
891 	ddt_free(rdde);
892 }
893 
894 static void
895 ddt_repair_entry(ddt_t *ddt, ddt_entry_t *dde, ddt_entry_t *rdde, zio_t *rio)
896 {
897 	ddt_phys_t *ddp = dde->dde_phys;
898 	ddt_phys_t *rddp = rdde->dde_phys;
899 	ddt_key_t *ddk = &dde->dde_key;
900 	ddt_key_t *rddk = &rdde->dde_key;
901 	zio_t *zio;
902 	blkptr_t blk;
903 
904 	zio = zio_null(rio, rio->io_spa, NULL,
905 	    ddt_repair_entry_done, rdde, rio->io_flags);
906 
907 	for (int p = 0; p < DDT_PHYS_TYPES; p++, ddp++, rddp++) {
908 		if (ddp->ddp_phys_birth == 0 ||
909 		    ddp->ddp_phys_birth != rddp->ddp_phys_birth ||
910 		    bcmp(ddp->ddp_dva, rddp->ddp_dva, sizeof (ddp->ddp_dva)))
911 			continue;
912 		ddt_bp_create(ddt->ddt_checksum, ddk, ddp, &blk);
913 		zio_nowait(zio_rewrite(zio, zio->io_spa, 0, &blk,
914 		    rdde->dde_repair_data, DDK_GET_PSIZE(rddk), NULL, NULL,
915 		    ZIO_PRIORITY_SYNC_WRITE, ZIO_DDT_CHILD_FLAGS(zio), NULL));
916 	}
917 
918 	zio_nowait(zio);
919 }
920 
921 static void
922 ddt_repair_table(ddt_t *ddt, zio_t *rio)
923 {
924 	spa_t *spa = ddt->ddt_spa;
925 	ddt_entry_t *dde, *rdde_next, *rdde;
926 	avl_tree_t *t = &ddt->ddt_repair_tree;
927 	blkptr_t blk;
928 
929 	if (spa_sync_pass(spa) > 1)
930 		return;
931 
932 	ddt_enter(ddt);
933 	for (rdde = avl_first(t); rdde != NULL; rdde = rdde_next) {
934 		rdde_next = AVL_NEXT(t, rdde);
935 		avl_remove(&ddt->ddt_repair_tree, rdde);
936 		ddt_exit(ddt);
937 		ddt_bp_create(ddt->ddt_checksum, &rdde->dde_key, NULL, &blk);
938 		dde = ddt_repair_start(ddt, &blk);
939 		ddt_repair_entry(ddt, dde, rdde, rio);
940 		ddt_repair_done(ddt, dde);
941 		ddt_enter(ddt);
942 	}
943 	ddt_exit(ddt);
944 }
945 
946 static void
947 ddt_sync_entry(ddt_t *ddt, ddt_entry_t *dde, dmu_tx_t *tx, uint64_t txg)
948 {
949 	dsl_pool_t *dp = ddt->ddt_spa->spa_dsl_pool;
950 	ddt_phys_t *ddp = dde->dde_phys;
951 	ddt_key_t *ddk = &dde->dde_key;
952 	enum ddt_type otype = dde->dde_type;
953 	enum ddt_type ntype = DDT_TYPE_CURRENT;
954 	enum ddt_class oclass = dde->dde_class;
955 	enum ddt_class nclass;
956 	uint64_t total_refcnt = 0;
957 
958 	ASSERT(dde->dde_loaded);
959 	ASSERT(!dde->dde_loading);
960 
961 	for (int p = 0; p < DDT_PHYS_TYPES; p++, ddp++) {
962 		ASSERT(dde->dde_lead_zio[p] == NULL);
963 		ASSERT((int64_t)ddp->ddp_refcnt >= 0);
964 		if (ddp->ddp_phys_birth == 0) {
965 			ASSERT(ddp->ddp_refcnt == 0);
966 			continue;
967 		}
968 		if (p == DDT_PHYS_DITTO) {
969 			if (ddt_ditto_copies_needed(ddt, dde, NULL) == 0)
970 				ddt_phys_free(ddt, ddk, ddp, txg);
971 			continue;
972 		}
973 		if (ddp->ddp_refcnt == 0)
974 			ddt_phys_free(ddt, ddk, ddp, txg);
975 		total_refcnt += ddp->ddp_refcnt;
976 	}
977 
978 	if (dde->dde_phys[DDT_PHYS_DITTO].ddp_phys_birth != 0)
979 		nclass = DDT_CLASS_DITTO;
980 	else if (total_refcnt > 1)
981 		nclass = DDT_CLASS_DUPLICATE;
982 	else
983 		nclass = DDT_CLASS_UNIQUE;
984 
985 	if (otype != DDT_TYPES &&
986 	    (otype != ntype || oclass != nclass || total_refcnt == 0)) {
987 		VERIFY(ddt_object_remove(ddt, otype, oclass, dde, tx) == 0);
988 		ASSERT(ddt_object_lookup(ddt, otype, oclass, dde) == ENOENT);
989 	}
990 
991 	if (total_refcnt != 0) {
992 		dde->dde_type = ntype;
993 		dde->dde_class = nclass;
994 		ddt_stat_update(ddt, dde, 0);
995 		if (!ddt_object_exists(ddt, ntype, nclass))
996 			ddt_object_create(ddt, ntype, nclass, tx);
997 		VERIFY(ddt_object_update(ddt, ntype, nclass, dde, tx) == 0);
998 
999 		if (dp->dp_scrub_func != SCRUB_FUNC_NONE &&
1000 		    oclass > nclass &&
1001 		    nclass <= dp->dp_scrub_ddt_class_max)
1002 			dsl_pool_scrub_ddt_entry(dp, ddt->ddt_checksum, dde);
1003 	}
1004 }
1005 
1006 static void
1007 ddt_sync_table(ddt_t *ddt, dmu_tx_t *tx, uint64_t txg)
1008 {
1009 	spa_t *spa = ddt->ddt_spa;
1010 	ddt_entry_t *dde;
1011 	void *cookie = NULL;
1012 
1013 	if (avl_numnodes(&ddt->ddt_tree) == 0)
1014 		return;
1015 
1016 	ASSERT(spa_sync_pass(spa) == 1);
1017 	ASSERT(spa->spa_uberblock.ub_version >= SPA_VERSION_DEDUP);
1018 
1019 	if (spa->spa_ddt_stat_object == 0) {
1020 		spa->spa_ddt_stat_object = zap_create(ddt->ddt_os,
1021 		    DMU_OT_DDT_STATS, DMU_OT_NONE, 0, tx);
1022 		VERIFY(zap_add(ddt->ddt_os, DMU_POOL_DIRECTORY_OBJECT,
1023 		    DMU_POOL_DDT_STATS, sizeof (uint64_t), 1,
1024 		    &spa->spa_ddt_stat_object, tx) == 0);
1025 	}
1026 
1027 	while ((dde = avl_destroy_nodes(&ddt->ddt_tree, &cookie)) != NULL) {
1028 		ddt_sync_entry(ddt, dde, tx, txg);
1029 		ddt_free(dde);
1030 	}
1031 
1032 	for (enum ddt_type type = 0; type < DDT_TYPES; type++) {
1033 		for (enum ddt_class class = 0; class < DDT_CLASSES; class++) {
1034 			if (!ddt_object_exists(ddt, type, class))
1035 				continue;
1036 			ddt_object_sync(ddt, type, class, tx);
1037 			if (ddt_object_count(ddt, type, class) == 0)
1038 				ddt_object_destroy(ddt, type, class, tx);
1039 		}
1040 	}
1041 
1042 	bcopy(ddt->ddt_histogram, &ddt->ddt_histogram_cache,
1043 	    sizeof (ddt->ddt_histogram));
1044 }
1045 
1046 void
1047 ddt_sync(spa_t *spa, uint64_t txg)
1048 {
1049 	dmu_tx_t *tx;
1050 	zio_t *rio = zio_root(spa, NULL, NULL,
1051 	    ZIO_FLAG_CANFAIL | ZIO_FLAG_SPECULATIVE);
1052 
1053 	ASSERT(spa_syncing_txg(spa) == txg);
1054 
1055 	tx = dmu_tx_create_assigned(spa->spa_dsl_pool, txg);
1056 
1057 	for (enum zio_checksum c = 0; c < ZIO_CHECKSUM_FUNCTIONS; c++) {
1058 		ddt_t *ddt = spa->spa_ddt[c];
1059 		if (ddt == NULL)
1060 			continue;
1061 		ddt_sync_table(ddt, tx, txg);
1062 		ddt_repair_table(ddt, rio);
1063 	}
1064 
1065 	(void) zio_wait(rio);
1066 
1067 	dmu_tx_commit(tx);
1068 }
1069 
1070 int
1071 ddt_walk(spa_t *spa, ddt_bookmark_t *ddb, ddt_entry_t *dde)
1072 {
1073 	do {
1074 		do {
1075 			do {
1076 				ddt_t *ddt = spa->spa_ddt[ddb->ddb_checksum];
1077 				int error = ENOENT;
1078 				if (ddt_object_exists(ddt, ddb->ddb_type,
1079 				    ddb->ddb_class)) {
1080 					error = ddt_object_walk(ddt,
1081 					    ddb->ddb_type, ddb->ddb_class,
1082 					    &ddb->ddb_cursor, dde);
1083 				}
1084 				if (error == 0)
1085 					return (0);
1086 				if (error != ENOENT)
1087 					return (error);
1088 				ddb->ddb_cursor = 0;
1089 			} while (++ddb->ddb_checksum < ZIO_CHECKSUM_FUNCTIONS);
1090 			ddb->ddb_checksum = 0;
1091 		} while (++ddb->ddb_type < DDT_TYPES);
1092 		ddb->ddb_type = 0;
1093 	} while (++ddb->ddb_class < DDT_CLASSES);
1094 
1095 	return (ENOENT);
1096 }
1097