module/zfs/vdev_mirror.c

   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  * Copyright 2010 Sun Microsystems, Inc.  All rights reserved.
  23  * Use is subject to license terms.
  24  */
  25
  26 /*
  27  * Copyright (c) 2013 by Delphix. All rights reserved.
  28  */
  29
  30 #include <sys/zfs_context.h>
  31 #include <sys/spa.h>
  32 #include <sys/vdev_impl.h>
  33 #include <sys/zio.h>
  34 #include <sys/fs/zfs.h>
  35
  36 /*
  37  * Virtual device vector for mirroring.
  38  */
  39
  40 typedef struct mirror_child {
  41         vdev_t          *mc_vd;
  42         uint64_t        mc_offset;
  43         int             mc_error;
  44         int             mc_pending;
  45         uint8_t         mc_tried;
  46         uint8_t         mc_skipped;
  47         uint8_t         mc_speculative;
  48 } mirror_child_t;
  49
  50 typedef struct mirror_map {
  51         int             mm_children;
  52         int             mm_replacing;
  53         int             mm_preferred;
  54         int             mm_root;
  55         mirror_child_t  mm_child[1];
  56 } mirror_map_t;
  57
  58 /*
  59  * When the children are equally busy queue incoming requests to a single
  60  * child for N microseconds.  This is done to maximize the likelihood that
  61  * the Linux elevator will be able to merge requests while it is plugged.
  62  * Otherwise, requests are queued to the least busy device.
  63  *
  64  * For rotational disks the Linux elevator will plug for 10ms which is
  65  * why zfs_vdev_mirror_switch_us is set to 10ms by default.  For non-
  66  * rotational disks the elevator will not plug, but 10ms is still a small
  67  * enough value that the requests will get spread over all the children.
  68  *
  69  * For fast SSDs it may make sense to decrease zfs_vdev_mirror_switch_us
  70  * significantly to bound the worst case latencies.  It would probably be
  71  * ideal to calculate a decaying average of the last observed latencies and
  72  * use that to dynamically adjust the zfs_vdev_mirror_switch_us time.
  73  */
  74 int zfs_vdev_mirror_switch_us = 10000;
  75
  76 static void
  77 vdev_mirror_map_free(zio_t *zio)
  78 {
  79         mirror_map_t *mm = zio->io_vsd;
  80
  81         kmem_free(mm, offsetof(mirror_map_t, mm_child[mm->mm_children]));
  82 }
  83
  84 static const zio_vsd_ops_t vdev_mirror_vsd_ops = {
  85         vdev_mirror_map_free,
  86         zio_vsd_default_cksum_report
  87 };
  88
  89 static int
  90 vdev_mirror_pending(vdev_t *vd)
  91 {
  92         return (avl_numnodes(&vd->vdev_queue.vq_active_tree));
  93 }
  94
  95 /*
  96  * Avoid inlining the function to keep vdev_mirror_io_start(), which
  97  * is this functions only caller, as small as possible on the stack.
  98  */
  99 noinline static mirror_map_t *
 100 vdev_mirror_map_alloc(zio_t *zio)
 101 {
 102         mirror_map_t *mm = NULL;
 103         mirror_child_t *mc;
 104         vdev_t *vd = zio->io_vd;
 105         int c, d;
 106
 107         if (vd == NULL) {
 108                 dva_t *dva = zio->io_bp->blk_dva;
 109                 spa_t *spa = zio->io_spa;
 110
 111                 c = BP_GET_NDVAS(zio->io_bp);
 112
 113                 mm = kmem_zalloc(offsetof(mirror_map_t, mm_child[c]),
 114                     KM_SLEEP);
 115                 mm->mm_children = c;
 116                 mm->mm_replacing = B_FALSE;
 117                 mm->mm_preferred = spa_get_random(c);
 118                 mm->mm_root = B_TRUE;
 119
 120                 /*
 121                  * Check the other, lower-index DVAs to see if they're on
 122                  * the same vdev as the child we picked.  If they are, use
 123                  * them since they are likely to have been allocated from
 124                  * the primary metaslab in use at the time, and hence are
 125                  * more likely to have locality with single-copy data.
 126                  */
 127                 for (c = mm->mm_preferred, d = c - 1; d >= 0; d--) {
 128                         if (DVA_GET_VDEV(&dva[d]) == DVA_GET_VDEV(&dva[c]))
 129                                 mm->mm_preferred = d;
 130                 }
 131
 132                 for (c = 0; c < mm->mm_children; c++) {
 133                         mc = &mm->mm_child[c];
 134
 135                         mc->mc_vd = vdev_lookup_top(spa, DVA_GET_VDEV(&dva[c]));
 136                         mc->mc_offset = DVA_GET_OFFSET(&dva[c]);
 137                 }
 138         } else {
 139                 int lowest_pending = INT_MAX;
 140                 int lowest_nr = 1;
 141
 142                 c = vd->vdev_children;
 143
 144                 mm = kmem_zalloc(offsetof(mirror_map_t, mm_child[c]),
 145                     KM_SLEEP);
 146                 mm->mm_children = c;
 147                 mm->mm_replacing = (vd->vdev_ops == &vdev_replacing_ops ||
 148                     vd->vdev_ops == &vdev_spare_ops);
 149                 mm->mm_preferred = 0;
 150                 mm->mm_root = B_FALSE;
 151
 152                 for (c = 0; c < mm->mm_children; c++) {
 153                         mc = &mm->mm_child[c];
 154                         mc->mc_vd = vd->vdev_child[c];
 155                         mc->mc_offset = zio->io_offset;
 156
 157                         if (mm->mm_replacing)
 158                                 continue;
 159
 160                         if (!vdev_readable(mc->mc_vd)) {
 161                                 mc->mc_error = SET_ERROR(ENXIO);
 162                                 mc->mc_tried = 1;
 163                                 mc->mc_skipped = 1;
 164                                 mc->mc_pending = INT_MAX;
 165                                 continue;
 166                         }
 167
 168                         mc->mc_pending = vdev_mirror_pending(mc->mc_vd);
 169                         if (mc->mc_pending < lowest_pending) {
 170                                 lowest_pending = mc->mc_pending;
 171                                 lowest_nr = 1;
 172                         } else if (mc->mc_pending == lowest_pending) {
 173                                 lowest_nr++;
 174                         }
 175                 }
 176
 177                 d = gethrtime() / (NSEC_PER_USEC * zfs_vdev_mirror_switch_us);
 178                 d = (d % lowest_nr) + 1;
 179
 180                 for (c = 0; c < mm->mm_children; c++) {
 181                         mc = &mm->mm_child[c];
 182
 183                         if (mm->mm_child[c].mc_pending == lowest_pending) {
 184                                 if (--d == 0) {
 185                                         mm->mm_preferred = c;
 186                                         break;
 187                                 }
 188                         }
 189                 }
 190         }
 191
 192         zio->io_vsd = mm;
 193         zio->io_vsd_ops = &vdev_mirror_vsd_ops;
 194         return (mm);
 195 }
 196
 197 static int
 198 vdev_mirror_open(vdev_t *vd, uint64_t *asize, uint64_t *max_asize,
 199     uint64_t *ashift)
 200 {
 201         int numerrors = 0;
 202         int lasterror = 0;
 203         int c;
 204
 205         if (vd->vdev_children == 0) {
 206                 vd->vdev_stat.vs_aux = VDEV_AUX_BAD_LABEL;
 207                 return (SET_ERROR(EINVAL));
 208         }
 209
 210         vdev_open_children(vd);
 211
 212         for (c = 0; c < vd->vdev_children; c++) {
 213                 vdev_t *cvd = vd->vdev_child[c];
 214
 215                 if (cvd->vdev_open_error) {
 216                         lasterror = cvd->vdev_open_error;
 217                         numerrors++;
 218                         continue;
 219                 }
 220
 221                 *asize = MIN(*asize - 1, cvd->vdev_asize - 1) + 1;
 222                 *max_asize = MIN(*max_asize - 1, cvd->vdev_max_asize - 1) + 1;
 223                 *ashift = MAX(*ashift, cvd->vdev_ashift);
 224         }
 225
 226         if (numerrors == vd->vdev_children) {
 227                 vd->vdev_stat.vs_aux = VDEV_AUX_NO_REPLICAS;
 228                 return (lasterror);
 229         }
 230
 231         return (0);
 232 }
 233
 234 static void
 235 vdev_mirror_close(vdev_t *vd)
 236 {
 237         int c;
 238
 239         for (c = 0; c < vd->vdev_children; c++)
 240                 vdev_close(vd->vdev_child[c]);
 241 }
 242
 243 static void
 244 vdev_mirror_child_done(zio_t *zio)
 245 {
 246         mirror_child_t *mc = zio->io_private;
 247
 248         mc->mc_error = zio->io_error;
 249         mc->mc_tried = 1;
 250         mc->mc_skipped = 0;
 251 }
 252
 253 static void
 254 vdev_mirror_scrub_done(zio_t *zio)
 255 {
 256         mirror_child_t *mc = zio->io_private;
 257
 258         if (zio->io_error == 0) {
 259                 zio_t *pio;
 260
 261                 mutex_enter(&zio->io_lock);
 262                 while ((pio = zio_walk_parents(zio)) != NULL) {
 263                         mutex_enter(&pio->io_lock);
 264                         ASSERT3U(zio->io_size, >=, pio->io_size);
 265                         bcopy(zio->io_data, pio->io_data, pio->io_size);
 266                         mutex_exit(&pio->io_lock);
 267                 }
 268                 mutex_exit(&zio->io_lock);
 269         }
 270
 271         zio_buf_free(zio->io_data, zio->io_size);
 272
 273         mc->mc_error = zio->io_error;
 274         mc->mc_tried = 1;
 275         mc->mc_skipped = 0;
 276 }
 277
 278 /*
 279  * Try to find a child whose DTL doesn't contain the block we want to read.
 280  * If we can't, try the read on any vdev we haven't already tried.
 281  */
 282 static int
 283 vdev_mirror_child_select(zio_t *zio)
 284 {
 285         mirror_map_t *mm = zio->io_vsd;
 286         mirror_child_t *mc;
 287         uint64_t txg = zio->io_txg;
 288         int i, c;
 289
 290         ASSERT(zio->io_bp == NULL || BP_PHYSICAL_BIRTH(zio->io_bp) == txg);
 291
 292         /*
 293          * Try to find a child whose DTL doesn't contain the block to read.
 294          * If a child is known to be completely inaccessible (indicated by
 295          * vdev_readable() returning B_FALSE), don't even try.
 296          */
 297         for (i = 0, c = mm->mm_preferred; i < mm->mm_children; i++, c++) {
 298                 if (c >= mm->mm_children)
 299                         c = 0;
 300                 mc = &mm->mm_child[c];
 301                 if (mc->mc_tried || mc->mc_skipped)
 302                         continue;
 303                 if (mc->mc_vd == NULL || !vdev_readable(mc->mc_vd)) {
 304                         mc->mc_error = SET_ERROR(ENXIO);
 305                         mc->mc_tried = 1;       /* don't even try */
 306                         mc->mc_skipped = 1;
 307                         continue;
 308                 }
 309                 if (!vdev_dtl_contains(mc->mc_vd, DTL_MISSING, txg, 1))
 310                         return (c);
 311                 mc->mc_error = SET_ERROR(ESTALE);
 312                 mc->mc_skipped = 1;
 313                 mc->mc_speculative = 1;
 314         }
 315
 316         /*
 317          * Every device is either missing or has this txg in its DTL.
 318          * Look for any child we haven't already tried before giving up.
 319          */
 320         for (c = 0; c < mm->mm_children; c++)
 321                 if (!mm->mm_child[c].mc_tried)
 322                         return (c);
 323
 324         /*
 325          * Every child failed.  There's no place left to look.
 326          */
 327         return (-1);
 328 }
 329
 330 static int
 331 vdev_mirror_io_start(zio_t *zio)
 332 {
 333         mirror_map_t *mm;
 334         mirror_child_t *mc;
 335         int c, children;
 336
 337         mm = vdev_mirror_map_alloc(zio);
 338
 339         if (zio->io_type == ZIO_TYPE_READ) {
 340                 if ((zio->io_flags & ZIO_FLAG_SCRUB) && !mm->mm_replacing) {
 341                         /*
 342                          * For scrubbing reads we need to allocate a read
 343                          * buffer for each child and issue reads to all
 344                          * children.  If any child succeeds, it will copy its
 345                          * data into zio->io_data in vdev_mirror_scrub_done.
 346                          */
 347                         for (c = 0; c < mm->mm_children; c++) {
 348                                 mc = &mm->mm_child[c];
 349                                 zio_nowait(zio_vdev_child_io(zio, zio->io_bp,
 350                                     mc->mc_vd, mc->mc_offset,
 351                                     zio_buf_alloc(zio->io_size), zio->io_size,
 352                                     zio->io_type, zio->io_priority, 0,
 353                                     vdev_mirror_scrub_done, mc));
 354                         }
 355                         return (ZIO_PIPELINE_CONTINUE);
 356                 }
 357                 /*
 358                  * For normal reads just pick one child.
 359                  */
 360                 c = vdev_mirror_child_select(zio);
 361                 children = (c >= 0);
 362         } else {
 363                 ASSERT(zio->io_type == ZIO_TYPE_WRITE);
 364
 365                 /*
 366                  * Writes go to all children.
 367                  */
 368                 c = 0;
 369                 children = mm->mm_children;
 370         }
 371
 372         while (children--) {
 373                 mc = &mm->mm_child[c];
 374                 zio_nowait(zio_vdev_child_io(zio, zio->io_bp,
 375                     mc->mc_vd, mc->mc_offset, zio->io_data, zio->io_size,
 376                     zio->io_type, zio->io_priority, 0,
 377                     vdev_mirror_child_done, mc));
 378                 c++;
 379         }
 380
 381         return (ZIO_PIPELINE_CONTINUE);
 382 }
 383
 384 static int
 385 vdev_mirror_worst_error(mirror_map_t *mm)
 386 {
 387         int c, error[2] = { 0, 0 };
 388
 389         for (c = 0; c < mm->mm_children; c++) {
 390                 mirror_child_t *mc = &mm->mm_child[c];
 391                 int s = mc->mc_speculative;
 392                 error[s] = zio_worst_error(error[s], mc->mc_error);
 393         }
 394
 395         return (error[0] ? error[0] : error[1]);
 396 }
 397
 398 static void
 399 vdev_mirror_io_done(zio_t *zio)
 400 {
 401         mirror_map_t *mm = zio->io_vsd;
 402         mirror_child_t *mc;
 403         int c;
 404         int good_copies = 0;
 405         int unexpected_errors = 0;
 406
 407         for (c = 0; c < mm->mm_children; c++) {
 408                 mc = &mm->mm_child[c];
 409
 410                 if (mc->mc_error) {
 411                         if (!mc->mc_skipped)
 412                                 unexpected_errors++;
 413                 } else if (mc->mc_tried) {
 414                         good_copies++;
 415                 }
 416         }
 417
 418         if (zio->io_type == ZIO_TYPE_WRITE) {
 419                 /*
 420                  * XXX -- for now, treat partial writes as success.
 421                  *
 422                  * Now that we support write reallocation, it would be better
 423                  * to treat partial failure as real failure unless there are
 424                  * no non-degraded top-level vdevs left, and not update DTLs
 425                  * if we intend to reallocate.
 426                  */
 427                 /* XXPOLICY */
 428                 if (good_copies != mm->mm_children) {
 429                         /*
 430                          * Always require at least one good copy.
 431                          *
 432                          * For ditto blocks (io_vd == NULL), require
 433                          * all copies to be good.
 434                          *
 435                          * XXX -- for replacing vdevs, there's no great answer.
 436                          * If the old device is really dead, we may not even
 437                          * be able to access it -- so we only want to
 438                          * require good writes to the new device.  But if
 439                          * the new device turns out to be flaky, we want
 440                          * to be able to detach it -- which requires all
 441                          * writes to the old device to have succeeded.
 442                          */
 443                         if (good_copies == 0 || zio->io_vd == NULL)
 444                                 zio->io_error = vdev_mirror_worst_error(mm);
 445                 }
 446                 return;
 447         }
 448
 449         ASSERT(zio->io_type == ZIO_TYPE_READ);
 450
 451         /*
 452          * If we don't have a good copy yet, keep trying other children.
 453          */
 454         /* XXPOLICY */
 455         if (good_copies == 0 && (c = vdev_mirror_child_select(zio)) != -1) {
 456                 ASSERT(c >= 0 && c < mm->mm_children);
 457                 mc = &mm->mm_child[c];
 458                 zio_vdev_io_redone(zio);
 459                 zio_nowait(zio_vdev_child_io(zio, zio->io_bp,
 460                     mc->mc_vd, mc->mc_offset, zio->io_data, zio->io_size,
 461                     ZIO_TYPE_READ, zio->io_priority, 0,
 462                     vdev_mirror_child_done, mc));
 463                 return;
 464         }
 465
 466         /* XXPOLICY */
 467         if (good_copies == 0) {
 468                 zio->io_error = vdev_mirror_worst_error(mm);
 469                 ASSERT(zio->io_error != 0);
 470         }
 471
 472         if (good_copies && spa_writeable(zio->io_spa) &&
 473             (unexpected_errors ||
 474             (zio->io_flags & ZIO_FLAG_RESILVER) ||
 475             ((zio->io_flags & ZIO_FLAG_SCRUB) && mm->mm_replacing))) {
 476                 /*
 477                  * Use the good data we have in hand to repair damaged children.
 478                  */
 479                 for (c = 0; c < mm->mm_children; c++) {
 480                         /*
 481                          * Don't rewrite known good children.
 482                          * Not only is it unnecessary, it could
 483                          * actually be harmful: if the system lost
 484                          * power while rewriting the only good copy,
 485                          * there would be no good copies left!
 486                          */
 487                         mc = &mm->mm_child[c];
 488
 489                         if (mc->mc_error == 0) {
 490                                 if (mc->mc_tried)
 491                                         continue;
 492                                 if (!(zio->io_flags & ZIO_FLAG_SCRUB) &&
 493                                     !vdev_dtl_contains(mc->mc_vd, DTL_PARTIAL,
 494                                     zio->io_txg, 1))
 495                                         continue;
 496                                 mc->mc_error = SET_ERROR(ESTALE);
 497                         }
 498
 499                         zio_nowait(zio_vdev_child_io(zio, zio->io_bp,
 500                             mc->mc_vd, mc->mc_offset,
 501                             zio->io_data, zio->io_size,
 502                             ZIO_TYPE_WRITE, ZIO_PRIORITY_ASYNC_WRITE,
 503                             ZIO_FLAG_IO_REPAIR | (unexpected_errors ?
 504                             ZIO_FLAG_SELF_HEAL : 0), NULL, NULL));
 505                 }
 506         }
 507 }
 508
 509 static void
 510 vdev_mirror_state_change(vdev_t *vd, int faulted, int degraded)
 511 {
 512         if (faulted == vd->vdev_children)
 513                 vdev_set_state(vd, B_FALSE, VDEV_STATE_CANT_OPEN,
 514                     VDEV_AUX_NO_REPLICAS);
 515         else if (degraded + faulted != 0)
 516                 vdev_set_state(vd, B_FALSE, VDEV_STATE_DEGRADED, VDEV_AUX_NONE);
 517         else
 518                 vdev_set_state(vd, B_FALSE, VDEV_STATE_HEALTHY, VDEV_AUX_NONE);
 519 }
 520
 521 vdev_ops_t vdev_mirror_ops = {
 522         vdev_mirror_open,
 523         vdev_mirror_close,
 524         vdev_default_asize,
 525         vdev_mirror_io_start,
 526         vdev_mirror_io_done,
 527         vdev_mirror_state_change,
 528         NULL,
 529         NULL,
 530         VDEV_TYPE_MIRROR,       /* name of this vdev type */
 531         B_FALSE                 /* not a leaf vdev */
 532 };
 533
 534 vdev_ops_t vdev_replacing_ops = {
 535         vdev_mirror_open,
 536         vdev_mirror_close,
 537         vdev_default_asize,
 538         vdev_mirror_io_start,
 539         vdev_mirror_io_done,
 540         vdev_mirror_state_change,
 541         NULL,
 542         NULL,
 543         VDEV_TYPE_REPLACING,    /* name of this vdev type */
 544         B_FALSE                 /* not a leaf vdev */
 545 };
 546
 547 vdev_ops_t vdev_spare_ops = {
 548         vdev_mirror_open,
 549         vdev_mirror_close,
 550         vdev_default_asize,
 551         vdev_mirror_io_start,
 552         vdev_mirror_io_done,
 553         vdev_mirror_state_change,
 554         NULL,
 555         NULL,
 556         VDEV_TYPE_SPARE,        /* name of this vdev type */
 557         B_FALSE                 /* not a leaf vdev */
 558 };
 559
 560 #if defined(_KERNEL) && defined(HAVE_SPL)
 561 module_param(zfs_vdev_mirror_switch_us, int, 0644);
 562 MODULE_PARM_DESC(zfs_vdev_mirror_switch_us, "Switch mirrors every N usecs");
 563 #endif