xref: /illumos-gate/usr/src/uts/common/fs/zfs/ddt.c (revision 3f9d6ad73e45c6823b409f93b0c8d4f62861d2d5)
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  */
25 
26 #include <sys/zfs_context.h>
27 #include <sys/spa.h>
28 #include <sys/spa_impl.h>
29 #include <sys/zio.h>
30 #include <sys/ddt.h>
31 #include <sys/zap.h>
32 #include <sys/dmu_tx.h>
33 #include <sys/arc.h>
34 #include <sys/dsl_pool.h>
35 #include <sys/zio_checksum.h>
36 #include <sys/zio_compress.h>
37 #include <sys/dsl_scan.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 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 	bp->blk_fill = 1;
249 
250 	BP_SET_LSIZE(bp, DDK_GET_LSIZE(ddk));
251 	BP_SET_PSIZE(bp, DDK_GET_PSIZE(ddk));
252 	BP_SET_COMPRESS(bp, DDK_GET_COMPRESS(ddk));
253 	BP_SET_CHECKSUM(bp, checksum);
254 	BP_SET_TYPE(bp, DMU_OT_DEDUP);
255 	BP_SET_LEVEL(bp, 0);
256 	BP_SET_DEDUP(bp, 0);
257 	BP_SET_BYTEORDER(bp, ZFS_HOST_BYTEORDER);
258 }
259 
260 void
261 ddt_key_fill(ddt_key_t *ddk, const blkptr_t *bp)
262 {
263 	ddk->ddk_cksum = bp->blk_cksum;
264 	ddk->ddk_prop = 0;
265 
266 	DDK_SET_LSIZE(ddk, BP_GET_LSIZE(bp));
267 	DDK_SET_PSIZE(ddk, BP_GET_PSIZE(bp));
268 	DDK_SET_COMPRESS(ddk, BP_GET_COMPRESS(bp));
269 }
270 
271 void
272 ddt_phys_fill(ddt_phys_t *ddp, const blkptr_t *bp)
273 {
274 	ASSERT(ddp->ddp_phys_birth == 0);
275 
276 	for (int d = 0; d < SPA_DVAS_PER_BP; d++)
277 		ddp->ddp_dva[d] = bp->blk_dva[d];
278 	ddp->ddp_phys_birth = BP_PHYSICAL_BIRTH(bp);
279 }
280 
281 void
282 ddt_phys_clear(ddt_phys_t *ddp)
283 {
284 	bzero(ddp, sizeof (*ddp));
285 }
286 
287 void
288 ddt_phys_addref(ddt_phys_t *ddp)
289 {
290 	ddp->ddp_refcnt++;
291 }
292 
293 void
294 ddt_phys_decref(ddt_phys_t *ddp)
295 {
296 	ASSERT((int64_t)ddp->ddp_refcnt > 0);
297 	ddp->ddp_refcnt--;
298 }
299 
300 void
301 ddt_phys_free(ddt_t *ddt, ddt_key_t *ddk, ddt_phys_t *ddp, uint64_t txg)
302 {
303 	blkptr_t blk;
304 
305 	ddt_bp_create(ddt->ddt_checksum, ddk, ddp, &blk);
306 	ddt_phys_clear(ddp);
307 	zio_free(ddt->ddt_spa, txg, &blk);
308 }
309 
310 ddt_phys_t *
311 ddt_phys_select(const ddt_entry_t *dde, const blkptr_t *bp)
312 {
313 	ddt_phys_t *ddp = (ddt_phys_t *)dde->dde_phys;
314 
315 	for (int p = 0; p < DDT_PHYS_TYPES; p++, ddp++) {
316 		if (DVA_EQUAL(BP_IDENTITY(bp), &ddp->ddp_dva[0]) &&
317 		    BP_PHYSICAL_BIRTH(bp) == ddp->ddp_phys_birth)
318 			return (ddp);
319 	}
320 	return (NULL);
321 }
322 
323 uint64_t
324 ddt_phys_total_refcnt(const ddt_entry_t *dde)
325 {
326 	uint64_t refcnt = 0;
327 
328 	for (int p = DDT_PHYS_SINGLE; p <= DDT_PHYS_TRIPLE; p++)
329 		refcnt += dde->dde_phys[p].ddp_refcnt;
330 
331 	return (refcnt);
332 }
333 
334 static void
335 ddt_stat_generate(ddt_t *ddt, ddt_entry_t *dde, ddt_stat_t *dds)
336 {
337 	spa_t *spa = ddt->ddt_spa;
338 	ddt_phys_t *ddp = dde->dde_phys;
339 	ddt_key_t *ddk = &dde->dde_key;
340 	uint64_t lsize = DDK_GET_LSIZE(ddk);
341 	uint64_t psize = DDK_GET_PSIZE(ddk);
342 
343 	bzero(dds, sizeof (*dds));
344 
345 	for (int p = 0; p < DDT_PHYS_TYPES; p++, ddp++) {
346 		uint64_t dsize = 0;
347 		uint64_t refcnt = ddp->ddp_refcnt;
348 
349 		if (ddp->ddp_phys_birth == 0)
350 			continue;
351 
352 		for (int d = 0; d < SPA_DVAS_PER_BP; d++)
353 			dsize += dva_get_dsize_sync(spa, &ddp->ddp_dva[d]);
354 
355 		dds->dds_blocks += 1;
356 		dds->dds_lsize += lsize;
357 		dds->dds_psize += psize;
358 		dds->dds_dsize += dsize;
359 
360 		dds->dds_ref_blocks += refcnt;
361 		dds->dds_ref_lsize += lsize * refcnt;
362 		dds->dds_ref_psize += psize * refcnt;
363 		dds->dds_ref_dsize += dsize * refcnt;
364 	}
365 }
366 
367 void
368 ddt_stat_add(ddt_stat_t *dst, const ddt_stat_t *src, uint64_t neg)
369 {
370 	const uint64_t *s = (const uint64_t *)src;
371 	uint64_t *d = (uint64_t *)dst;
372 	uint64_t *d_end = (uint64_t *)(dst + 1);
373 
374 	ASSERT(neg == 0 || neg == -1ULL);	/* add or subtract */
375 
376 	while (d < d_end)
377 		*d++ += (*s++ ^ neg) - neg;
378 }
379 
380 static void
381 ddt_stat_update(ddt_t *ddt, ddt_entry_t *dde, uint64_t neg)
382 {
383 	ddt_stat_t dds;
384 	ddt_histogram_t *ddh;
385 	int bucket;
386 
387 	ddt_stat_generate(ddt, dde, &dds);
388 
389 	bucket = highbit(dds.dds_ref_blocks) - 1;
390 	ASSERT(bucket >= 0);
391 
392 	ddh = &ddt->ddt_histogram[dde->dde_type][dde->dde_class];
393 
394 	ddt_stat_add(&ddh->ddh_stat[bucket], &dds, neg);
395 }
396 
397 void
398 ddt_histogram_add(ddt_histogram_t *dst, const ddt_histogram_t *src)
399 {
400 	for (int h = 0; h < 64; h++)
401 		ddt_stat_add(&dst->ddh_stat[h], &src->ddh_stat[h], 0);
402 }
403 
404 void
405 ddt_histogram_stat(ddt_stat_t *dds, const ddt_histogram_t *ddh)
406 {
407 	bzero(dds, sizeof (*dds));
408 
409 	for (int h = 0; h < 64; h++)
410 		ddt_stat_add(dds, &ddh->ddh_stat[h], 0);
411 }
412 
413 boolean_t
414 ddt_histogram_empty(const ddt_histogram_t *ddh)
415 {
416 	const uint64_t *s = (const uint64_t *)ddh;
417 	const uint64_t *s_end = (const uint64_t *)(ddh + 1);
418 
419 	while (s < s_end)
420 		if (*s++ != 0)
421 			return (B_FALSE);
422 
423 	return (B_TRUE);
424 }
425 
426 void
427 ddt_get_dedup_object_stats(spa_t *spa, ddt_object_t *ddo_total)
428 {
429 	/* Sum the statistics we cached in ddt_object_sync(). */
430 	for (enum zio_checksum c = 0; c < ZIO_CHECKSUM_FUNCTIONS; c++) {
431 		ddt_t *ddt = spa->spa_ddt[c];
432 		for (enum ddt_type type = 0; type < DDT_TYPES; type++) {
433 			for (enum ddt_class class = 0; class < DDT_CLASSES;
434 			    class++) {
435 				ddt_object_t *ddo =
436 				    &ddt->ddt_object_stats[type][class];
437 				ddo_total->ddo_count += ddo->ddo_count;
438 				ddo_total->ddo_dspace += ddo->ddo_dspace;
439 				ddo_total->ddo_mspace += ddo->ddo_mspace;
440 			}
441 		}
442 	}
443 
444 	/* ... and compute the averages. */
445 	if (ddo_total->ddo_count != 0) {
446 		ddo_total->ddo_dspace /= ddo_total->ddo_count;
447 		ddo_total->ddo_mspace /= ddo_total->ddo_count;
448 	} else {
449 		ASSERT(ddo_total->ddo_dspace == 0);
450 		ASSERT(ddo_total->ddo_mspace == 0);
451 	}
452 }
453 
454 void
455 ddt_get_dedup_histogram(spa_t *spa, ddt_histogram_t *ddh)
456 {
457 	for (enum zio_checksum c = 0; c < ZIO_CHECKSUM_FUNCTIONS; c++) {
458 		ddt_t *ddt = spa->spa_ddt[c];
459 		for (enum ddt_type type = 0; type < DDT_TYPES; type++) {
460 			for (enum ddt_class class = 0; class < DDT_CLASSES;
461 			    class++) {
462 				ddt_histogram_add(ddh,
463 				    &ddt->ddt_histogram_cache[type][class]);
464 			}
465 		}
466 	}
467 }
468 
469 void
470 ddt_get_dedup_stats(spa_t *spa, ddt_stat_t *dds_total)
471 {
472 	ddt_histogram_t *ddh_total;
473 
474 	ddh_total = kmem_zalloc(sizeof (ddt_histogram_t), KM_SLEEP);
475 	ddt_get_dedup_histogram(spa, ddh_total);
476 	ddt_histogram_stat(dds_total, ddh_total);
477 	kmem_free(ddh_total, sizeof (ddt_histogram_t));
478 }
479 
480 uint64_t
481 ddt_get_dedup_dspace(spa_t *spa)
482 {
483 	ddt_stat_t dds_total = { 0 };
484 
485 	ddt_get_dedup_stats(spa, &dds_total);
486 	return (dds_total.dds_ref_dsize - dds_total.dds_dsize);
487 }
488 
489 uint64_t
490 ddt_get_pool_dedup_ratio(spa_t *spa)
491 {
492 	ddt_stat_t dds_total = { 0 };
493 
494 	ddt_get_dedup_stats(spa, &dds_total);
495 	if (dds_total.dds_dsize == 0)
496 		return (100);
497 
498 	return (dds_total.dds_ref_dsize * 100 / dds_total.dds_dsize);
499 }
500 
501 int
502 ddt_ditto_copies_needed(ddt_t *ddt, ddt_entry_t *dde, ddt_phys_t *ddp_willref)
503 {
504 	spa_t *spa = ddt->ddt_spa;
505 	uint64_t total_refcnt = 0;
506 	uint64_t ditto = spa->spa_dedup_ditto;
507 	int total_copies = 0;
508 	int desired_copies = 0;
509 
510 	for (int p = DDT_PHYS_SINGLE; p <= DDT_PHYS_TRIPLE; p++) {
511 		ddt_phys_t *ddp = &dde->dde_phys[p];
512 		zio_t *zio = dde->dde_lead_zio[p];
513 		uint64_t refcnt = ddp->ddp_refcnt;	/* committed refs */
514 		if (zio != NULL)
515 			refcnt += zio->io_parent_count;	/* pending refs */
516 		if (ddp == ddp_willref)
517 			refcnt++;			/* caller's ref */
518 		if (refcnt != 0) {
519 			total_refcnt += refcnt;
520 			total_copies += p;
521 		}
522 	}
523 
524 	if (ditto == 0 || ditto > UINT32_MAX)
525 		ditto = UINT32_MAX;
526 
527 	if (total_refcnt >= 1)
528 		desired_copies++;
529 	if (total_refcnt >= ditto)
530 		desired_copies++;
531 	if (total_refcnt >= ditto * ditto)
532 		desired_copies++;
533 
534 	return (MAX(desired_copies, total_copies) - total_copies);
535 }
536 
537 int
538 ddt_ditto_copies_present(ddt_entry_t *dde)
539 {
540 	ddt_phys_t *ddp = &dde->dde_phys[DDT_PHYS_DITTO];
541 	dva_t *dva = ddp->ddp_dva;
542 	int copies = 0 - DVA_GET_GANG(dva);
543 
544 	for (int d = 0; d < SPA_DVAS_PER_BP; d++, dva++)
545 		if (DVA_IS_VALID(dva))
546 			copies++;
547 
548 	ASSERT(copies >= 0 && copies < SPA_DVAS_PER_BP);
549 
550 	return (copies);
551 }
552 
553 size_t
554 ddt_compress(void *src, uchar_t *dst, size_t s_len, size_t d_len)
555 {
556 	uchar_t *version = dst++;
557 	int cpfunc = ZIO_COMPRESS_ZLE;
558 	zio_compress_info_t *ci = &zio_compress_table[cpfunc];
559 	size_t c_len;
560 
561 	ASSERT(d_len >= s_len + 1);	/* no compression plus version byte */
562 
563 	c_len = ci->ci_compress(src, dst, s_len, d_len - 1, ci->ci_level);
564 
565 	if (c_len == s_len) {
566 		cpfunc = ZIO_COMPRESS_OFF;
567 		bcopy(src, dst, s_len);
568 	}
569 
570 	*version = (ZFS_HOST_BYTEORDER & DDT_COMPRESS_BYTEORDER_MASK) | cpfunc;
571 
572 	return (c_len + 1);
573 }
574 
575 void
576 ddt_decompress(uchar_t *src, void *dst, size_t s_len, size_t d_len)
577 {
578 	uchar_t version = *src++;
579 	int cpfunc = version & DDT_COMPRESS_FUNCTION_MASK;
580 	zio_compress_info_t *ci = &zio_compress_table[cpfunc];
581 
582 	if (ci->ci_decompress != NULL)
583 		(void) ci->ci_decompress(src, dst, s_len, d_len, ci->ci_level);
584 	else
585 		bcopy(src, dst, d_len);
586 
587 	if ((version ^ ZFS_HOST_BYTEORDER) & DDT_COMPRESS_BYTEORDER_MASK)
588 		byteswap_uint64_array(dst, d_len);
589 }
590 
591 ddt_t *
592 ddt_select_by_checksum(spa_t *spa, enum zio_checksum c)
593 {
594 	return (spa->spa_ddt[c]);
595 }
596 
597 ddt_t *
598 ddt_select(spa_t *spa, const blkptr_t *bp)
599 {
600 	return (spa->spa_ddt[BP_GET_CHECKSUM(bp)]);
601 }
602 
603 void
604 ddt_enter(ddt_t *ddt)
605 {
606 	mutex_enter(&ddt->ddt_lock);
607 }
608 
609 void
610 ddt_exit(ddt_t *ddt)
611 {
612 	mutex_exit(&ddt->ddt_lock);
613 }
614 
615 static ddt_entry_t *
616 ddt_alloc(const ddt_key_t *ddk)
617 {
618 	ddt_entry_t *dde;
619 
620 	dde = kmem_zalloc(sizeof (ddt_entry_t), KM_SLEEP);
621 	cv_init(&dde->dde_cv, NULL, CV_DEFAULT, NULL);
622 
623 	dde->dde_key = *ddk;
624 
625 	return (dde);
626 }
627 
628 static void
629 ddt_free(ddt_entry_t *dde)
630 {
631 	ASSERT(!dde->dde_loading);
632 
633 	for (int p = 0; p < DDT_PHYS_TYPES; p++)
634 		ASSERT(dde->dde_lead_zio[p] == NULL);
635 
636 	if (dde->dde_repair_data != NULL)
637 		zio_buf_free(dde->dde_repair_data,
638 		    DDK_GET_PSIZE(&dde->dde_key));
639 
640 	cv_destroy(&dde->dde_cv);
641 	kmem_free(dde, sizeof (*dde));
642 }
643 
644 void
645 ddt_remove(ddt_t *ddt, ddt_entry_t *dde)
646 {
647 	ASSERT(MUTEX_HELD(&ddt->ddt_lock));
648 
649 	avl_remove(&ddt->ddt_tree, dde);
650 	ddt_free(dde);
651 }
652 
653 ddt_entry_t *
654 ddt_lookup(ddt_t *ddt, const blkptr_t *bp, boolean_t add)
655 {
656 	ddt_entry_t *dde, dde_search;
657 	enum ddt_type type;
658 	enum ddt_class class;
659 	avl_index_t where;
660 	int error;
661 
662 	ASSERT(MUTEX_HELD(&ddt->ddt_lock));
663 
664 	ddt_key_fill(&dde_search.dde_key, bp);
665 
666 	dde = avl_find(&ddt->ddt_tree, &dde_search, &where);
667 	if (dde == NULL) {
668 		if (!add)
669 			return (NULL);
670 		dde = ddt_alloc(&dde_search.dde_key);
671 		avl_insert(&ddt->ddt_tree, dde, where);
672 	}
673 
674 	while (dde->dde_loading)
675 		cv_wait(&dde->dde_cv, &ddt->ddt_lock);
676 
677 	if (dde->dde_loaded)
678 		return (dde);
679 
680 	dde->dde_loading = B_TRUE;
681 
682 	ddt_exit(ddt);
683 
684 	error = ENOENT;
685 
686 	for (type = 0; type < DDT_TYPES; type++) {
687 		for (class = 0; class < DDT_CLASSES; class++) {
688 			error = ddt_object_lookup(ddt, type, class, dde);
689 			if (error != ENOENT)
690 				break;
691 		}
692 		if (error != ENOENT)
693 			break;
694 	}
695 
696 	ASSERT(error == 0 || error == ENOENT);
697 
698 	ddt_enter(ddt);
699 
700 	ASSERT(dde->dde_loaded == B_FALSE);
701 	ASSERT(dde->dde_loading == B_TRUE);
702 
703 	dde->dde_type = type;	/* will be DDT_TYPES if no entry found */
704 	dde->dde_class = class;	/* will be DDT_CLASSES if no entry found */
705 	dde->dde_loaded = B_TRUE;
706 	dde->dde_loading = B_FALSE;
707 
708 	if (error == 0)
709 		ddt_stat_update(ddt, dde, -1ULL);
710 
711 	cv_broadcast(&dde->dde_cv);
712 
713 	return (dde);
714 }
715 
716 int
717 ddt_entry_compare(const void *x1, const void *x2)
718 {
719 	const ddt_entry_t *dde1 = x1;
720 	const ddt_entry_t *dde2 = x2;
721 	const uint64_t *u1 = (const uint64_t *)&dde1->dde_key;
722 	const uint64_t *u2 = (const uint64_t *)&dde2->dde_key;
723 
724 	for (int i = 0; i < DDT_KEY_WORDS; i++) {
725 		if (u1[i] < u2[i])
726 			return (-1);
727 		if (u1[i] > u2[i])
728 			return (1);
729 	}
730 
731 	return (0);
732 }
733 
734 static ddt_t *
735 ddt_table_alloc(spa_t *spa, enum zio_checksum c)
736 {
737 	ddt_t *ddt;
738 
739 	ddt = kmem_zalloc(sizeof (*ddt), KM_SLEEP);
740 
741 	mutex_init(&ddt->ddt_lock, NULL, MUTEX_DEFAULT, NULL);
742 	avl_create(&ddt->ddt_tree, ddt_entry_compare,
743 	    sizeof (ddt_entry_t), offsetof(ddt_entry_t, dde_node));
744 	avl_create(&ddt->ddt_repair_tree, ddt_entry_compare,
745 	    sizeof (ddt_entry_t), offsetof(ddt_entry_t, dde_node));
746 	ddt->ddt_checksum = c;
747 	ddt->ddt_spa = spa;
748 	ddt->ddt_os = spa->spa_meta_objset;
749 
750 	return (ddt);
751 }
752 
753 static void
754 ddt_table_free(ddt_t *ddt)
755 {
756 	ASSERT(avl_numnodes(&ddt->ddt_tree) == 0);
757 	ASSERT(avl_numnodes(&ddt->ddt_repair_tree) == 0);
758 	avl_destroy(&ddt->ddt_tree);
759 	avl_destroy(&ddt->ddt_repair_tree);
760 	mutex_destroy(&ddt->ddt_lock);
761 	kmem_free(ddt, sizeof (*ddt));
762 }
763 
764 void
765 ddt_create(spa_t *spa)
766 {
767 	spa->spa_dedup_checksum = ZIO_DEDUPCHECKSUM;
768 
769 	for (enum zio_checksum c = 0; c < ZIO_CHECKSUM_FUNCTIONS; c++)
770 		spa->spa_ddt[c] = ddt_table_alloc(spa, c);
771 }
772 
773 int
774 ddt_load(spa_t *spa)
775 {
776 	int error;
777 
778 	ddt_create(spa);
779 
780 	error = zap_lookup(spa->spa_meta_objset, DMU_POOL_DIRECTORY_OBJECT,
781 	    DMU_POOL_DDT_STATS, sizeof (uint64_t), 1,
782 	    &spa->spa_ddt_stat_object);
783 
784 	if (error)
785 		return (error == ENOENT ? 0 : error);
786 
787 	for (enum zio_checksum c = 0; c < ZIO_CHECKSUM_FUNCTIONS; c++) {
788 		ddt_t *ddt = spa->spa_ddt[c];
789 		for (enum ddt_type type = 0; type < DDT_TYPES; type++) {
790 			for (enum ddt_class class = 0; class < DDT_CLASSES;
791 			    class++) {
792 				error = ddt_object_load(ddt, type, class);
793 				if (error != 0 && error != ENOENT)
794 					return (error);
795 			}
796 		}
797 
798 		/*
799 		 * Seed the cached histograms.
800 		 */
801 		bcopy(ddt->ddt_histogram, &ddt->ddt_histogram_cache,
802 		    sizeof (ddt->ddt_histogram));
803 	}
804 
805 	return (0);
806 }
807 
808 void
809 ddt_unload(spa_t *spa)
810 {
811 	for (enum zio_checksum c = 0; c < ZIO_CHECKSUM_FUNCTIONS; c++) {
812 		if (spa->spa_ddt[c]) {
813 			ddt_table_free(spa->spa_ddt[c]);
814 			spa->spa_ddt[c] = NULL;
815 		}
816 	}
817 }
818 
819 boolean_t
820 ddt_class_contains(spa_t *spa, enum ddt_class max_class, const blkptr_t *bp)
821 {
822 	ddt_t *ddt;
823 	ddt_entry_t dde;
824 
825 	if (!BP_GET_DEDUP(bp))
826 		return (B_FALSE);
827 
828 	if (max_class == DDT_CLASS_UNIQUE)
829 		return (B_TRUE);
830 
831 	ddt = spa->spa_ddt[BP_GET_CHECKSUM(bp)];
832 
833 	ddt_key_fill(&dde.dde_key, bp);
834 
835 	for (enum ddt_type type = 0; type < DDT_TYPES; type++)
836 		for (enum ddt_class class = 0; class <= max_class; class++)
837 			if (ddt_object_lookup(ddt, type, class, &dde) == 0)
838 				return (B_TRUE);
839 
840 	return (B_FALSE);
841 }
842 
843 ddt_entry_t *
844 ddt_repair_start(ddt_t *ddt, const blkptr_t *bp)
845 {
846 	ddt_key_t ddk;
847 	ddt_entry_t *dde;
848 
849 	ddt_key_fill(&ddk, bp);
850 
851 	dde = ddt_alloc(&ddk);
852 
853 	for (enum ddt_type type = 0; type < DDT_TYPES; type++) {
854 		for (enum ddt_class class = 0; class < DDT_CLASSES; class++) {
855 			/*
856 			 * We can only do repair if there are multiple copies
857 			 * of the block.  For anything in the UNIQUE class,
858 			 * there's definitely only one copy, so don't even try.
859 			 */
860 			if (class != DDT_CLASS_UNIQUE &&
861 			    ddt_object_lookup(ddt, type, class, dde) == 0)
862 				return (dde);
863 		}
864 	}
865 
866 	bzero(dde->dde_phys, sizeof (dde->dde_phys));
867 
868 	return (dde);
869 }
870 
871 void
872 ddt_repair_done(ddt_t *ddt, ddt_entry_t *dde)
873 {
874 	avl_index_t where;
875 
876 	ddt_enter(ddt);
877 
878 	if (dde->dde_repair_data != NULL && spa_writeable(ddt->ddt_spa) &&
879 	    avl_find(&ddt->ddt_repair_tree, dde, &where) == NULL)
880 		avl_insert(&ddt->ddt_repair_tree, dde, where);
881 	else
882 		ddt_free(dde);
883 
884 	ddt_exit(ddt);
885 }
886 
887 static void
888 ddt_repair_entry_done(zio_t *zio)
889 {
890 	ddt_entry_t *rdde = zio->io_private;
891 
892 	ddt_free(rdde);
893 }
894 
895 static void
896 ddt_repair_entry(ddt_t *ddt, ddt_entry_t *dde, ddt_entry_t *rdde, zio_t *rio)
897 {
898 	ddt_phys_t *ddp = dde->dde_phys;
899 	ddt_phys_t *rddp = rdde->dde_phys;
900 	ddt_key_t *ddk = &dde->dde_key;
901 	ddt_key_t *rddk = &rdde->dde_key;
902 	zio_t *zio;
903 	blkptr_t blk;
904 
905 	zio = zio_null(rio, rio->io_spa, NULL,
906 	    ddt_repair_entry_done, rdde, rio->io_flags);
907 
908 	for (int p = 0; p < DDT_PHYS_TYPES; p++, ddp++, rddp++) {
909 		if (ddp->ddp_phys_birth == 0 ||
910 		    ddp->ddp_phys_birth != rddp->ddp_phys_birth ||
911 		    bcmp(ddp->ddp_dva, rddp->ddp_dva, sizeof (ddp->ddp_dva)))
912 			continue;
913 		ddt_bp_create(ddt->ddt_checksum, ddk, ddp, &blk);
914 		zio_nowait(zio_rewrite(zio, zio->io_spa, 0, &blk,
915 		    rdde->dde_repair_data, DDK_GET_PSIZE(rddk), NULL, NULL,
916 		    ZIO_PRIORITY_SYNC_WRITE, ZIO_DDT_CHILD_FLAGS(zio), NULL));
917 	}
918 
919 	zio_nowait(zio);
920 }
921 
922 static void
923 ddt_repair_table(ddt_t *ddt, zio_t *rio)
924 {
925 	spa_t *spa = ddt->ddt_spa;
926 	ddt_entry_t *dde, *rdde_next, *rdde;
927 	avl_tree_t *t = &ddt->ddt_repair_tree;
928 	blkptr_t blk;
929 
930 	if (spa_sync_pass(spa) > 1)
931 		return;
932 
933 	ddt_enter(ddt);
934 	for (rdde = avl_first(t); rdde != NULL; rdde = rdde_next) {
935 		rdde_next = AVL_NEXT(t, rdde);
936 		avl_remove(&ddt->ddt_repair_tree, rdde);
937 		ddt_exit(ddt);
938 		ddt_bp_create(ddt->ddt_checksum, &rdde->dde_key, NULL, &blk);
939 		dde = ddt_repair_start(ddt, &blk);
940 		ddt_repair_entry(ddt, dde, rdde, rio);
941 		ddt_repair_done(ddt, dde);
942 		ddt_enter(ddt);
943 	}
944 	ddt_exit(ddt);
945 }
946 
947 static void
948 ddt_sync_entry(ddt_t *ddt, ddt_entry_t *dde, dmu_tx_t *tx, uint64_t txg)
949 {
950 	dsl_pool_t *dp = ddt->ddt_spa->spa_dsl_pool;
951 	ddt_phys_t *ddp = dde->dde_phys;
952 	ddt_key_t *ddk = &dde->dde_key;
953 	enum ddt_type otype = dde->dde_type;
954 	enum ddt_type ntype = DDT_TYPE_CURRENT;
955 	enum ddt_class oclass = dde->dde_class;
956 	enum ddt_class nclass;
957 	uint64_t total_refcnt = 0;
958 
959 	ASSERT(dde->dde_loaded);
960 	ASSERT(!dde->dde_loading);
961 
962 	for (int p = 0; p < DDT_PHYS_TYPES; p++, ddp++) {
963 		ASSERT(dde->dde_lead_zio[p] == NULL);
964 		ASSERT((int64_t)ddp->ddp_refcnt >= 0);
965 		if (ddp->ddp_phys_birth == 0) {
966 			ASSERT(ddp->ddp_refcnt == 0);
967 			continue;
968 		}
969 		if (p == DDT_PHYS_DITTO) {
970 			if (ddt_ditto_copies_needed(ddt, dde, NULL) == 0)
971 				ddt_phys_free(ddt, ddk, ddp, txg);
972 			continue;
973 		}
974 		if (ddp->ddp_refcnt == 0)
975 			ddt_phys_free(ddt, ddk, ddp, txg);
976 		total_refcnt += ddp->ddp_refcnt;
977 	}
978 
979 	if (dde->dde_phys[DDT_PHYS_DITTO].ddp_phys_birth != 0)
980 		nclass = DDT_CLASS_DITTO;
981 	else if (total_refcnt > 1)
982 		nclass = DDT_CLASS_DUPLICATE;
983 	else
984 		nclass = DDT_CLASS_UNIQUE;
985 
986 	if (otype != DDT_TYPES &&
987 	    (otype != ntype || oclass != nclass || total_refcnt == 0)) {
988 		VERIFY(ddt_object_remove(ddt, otype, oclass, dde, tx) == 0);
989 		ASSERT(ddt_object_lookup(ddt, otype, oclass, dde) == ENOENT);
990 	}
991 
992 	if (total_refcnt != 0) {
993 		dde->dde_type = ntype;
994 		dde->dde_class = nclass;
995 		ddt_stat_update(ddt, dde, 0);
996 		if (!ddt_object_exists(ddt, ntype, nclass))
997 			ddt_object_create(ddt, ntype, nclass, tx);
998 		VERIFY(ddt_object_update(ddt, ntype, nclass, dde, tx) == 0);
999 
1000 		/*
1001 		 * If the class changes, the order that we scan this bp
1002 		 * changes.  If it decreases, we could miss it, so
1003 		 * scan it right now.  (This covers both class changing
1004 		 * while we are doing ddt_walk(), and when we are
1005 		 * traversing.)
1006 		 */
1007 		if (nclass < oclass) {
1008 			dsl_scan_ddt_entry(dp->dp_scan,
1009 			    ddt->ddt_checksum, dde, tx);
1010 		}
1011 	}
1012 }
1013 
1014 static void
1015 ddt_sync_table(ddt_t *ddt, dmu_tx_t *tx, uint64_t txg)
1016 {
1017 	spa_t *spa = ddt->ddt_spa;
1018 	ddt_entry_t *dde;
1019 	void *cookie = NULL;
1020 
1021 	if (avl_numnodes(&ddt->ddt_tree) == 0)
1022 		return;
1023 
1024 	ASSERT(spa->spa_uberblock.ub_version >= SPA_VERSION_DEDUP);
1025 
1026 	if (spa->spa_ddt_stat_object == 0) {
1027 		spa->spa_ddt_stat_object = zap_create(ddt->ddt_os,
1028 		    DMU_OT_DDT_STATS, DMU_OT_NONE, 0, tx);
1029 		VERIFY(zap_add(ddt->ddt_os, DMU_POOL_DIRECTORY_OBJECT,
1030 		    DMU_POOL_DDT_STATS, sizeof (uint64_t), 1,
1031 		    &spa->spa_ddt_stat_object, tx) == 0);
1032 	}
1033 
1034 	while ((dde = avl_destroy_nodes(&ddt->ddt_tree, &cookie)) != NULL) {
1035 		ddt_sync_entry(ddt, dde, tx, txg);
1036 		ddt_free(dde);
1037 	}
1038 
1039 	for (enum ddt_type type = 0; type < DDT_TYPES; type++) {
1040 		for (enum ddt_class class = 0; class < DDT_CLASSES; class++) {
1041 			if (!ddt_object_exists(ddt, type, class))
1042 				continue;
1043 			ddt_object_sync(ddt, type, class, tx);
1044 			if (ddt_object_count(ddt, type, class) == 0)
1045 				ddt_object_destroy(ddt, type, class, tx);
1046 		}
1047 	}
1048 
1049 	bcopy(ddt->ddt_histogram, &ddt->ddt_histogram_cache,
1050 	    sizeof (ddt->ddt_histogram));
1051 }
1052 
1053 void
1054 ddt_sync(spa_t *spa, uint64_t txg)
1055 {
1056 	dmu_tx_t *tx;
1057 	zio_t *rio = zio_root(spa, NULL, NULL,
1058 	    ZIO_FLAG_CANFAIL | ZIO_FLAG_SPECULATIVE);
1059 
1060 	ASSERT(spa_syncing_txg(spa) == txg);
1061 
1062 	tx = dmu_tx_create_assigned(spa->spa_dsl_pool, txg);
1063 
1064 	for (enum zio_checksum c = 0; c < ZIO_CHECKSUM_FUNCTIONS; c++) {
1065 		ddt_t *ddt = spa->spa_ddt[c];
1066 		if (ddt == NULL)
1067 			continue;
1068 		ddt_sync_table(ddt, tx, txg);
1069 		ddt_repair_table(ddt, rio);
1070 	}
1071 
1072 	(void) zio_wait(rio);
1073 
1074 	dmu_tx_commit(tx);
1075 }
1076 
1077 int
1078 ddt_walk(spa_t *spa, ddt_bookmark_t *ddb, ddt_entry_t *dde)
1079 {
1080 	do {
1081 		do {
1082 			do {
1083 				ddt_t *ddt = spa->spa_ddt[ddb->ddb_checksum];
1084 				int error = ENOENT;
1085 				if (ddt_object_exists(ddt, ddb->ddb_type,
1086 				    ddb->ddb_class)) {
1087 					error = ddt_object_walk(ddt,
1088 					    ddb->ddb_type, ddb->ddb_class,
1089 					    &ddb->ddb_cursor, dde);
1090 				}
1091 				dde->dde_type = ddb->ddb_type;
1092 				dde->dde_class = ddb->ddb_class;
1093 				if (error == 0)
1094 					return (0);
1095 				if (error != ENOENT)
1096 					return (error);
1097 				ddb->ddb_cursor = 0;
1098 			} while (++ddb->ddb_checksum < ZIO_CHECKSUM_FUNCTIONS);
1099 			ddb->ddb_checksum = 0;
1100 		} while (++ddb->ddb_type < DDT_TYPES);
1101 		ddb->ddb_type = 0;
1102 	} while (++ddb->ddb_class < DDT_CLASSES);
1103 
1104 	return (ENOENT);
1105 }
1106