xref: /illumos-gate/usr/src/uts/common/fs/zfs/ddt.c (revision c7cd242109c82107ec2e50013369e92be9d77702)
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 static void
164 ddt_object_prefetch(ddt_t *ddt, enum ddt_type type, enum ddt_class class,
165     ddt_entry_t *dde)
166 {
167 	if (!ddt_object_exists(ddt, type, class))
168 		return;
169 
170 	ddt_ops[type]->ddt_op_prefetch(ddt->ddt_os,
171 	    ddt->ddt_object[type][class], dde);
172 }
173 
174 int
175 ddt_object_update(ddt_t *ddt, enum ddt_type type, enum ddt_class class,
176     ddt_entry_t *dde, dmu_tx_t *tx)
177 {
178 	ASSERT(ddt_object_exists(ddt, type, class));
179 
180 	return (ddt_ops[type]->ddt_op_update(ddt->ddt_os,
181 	    ddt->ddt_object[type][class], dde, tx));
182 }
183 
184 static int
185 ddt_object_remove(ddt_t *ddt, enum ddt_type type, enum ddt_class class,
186     ddt_entry_t *dde, dmu_tx_t *tx)
187 {
188 	ASSERT(ddt_object_exists(ddt, type, class));
189 
190 	return (ddt_ops[type]->ddt_op_remove(ddt->ddt_os,
191 	    ddt->ddt_object[type][class], dde, tx));
192 }
193 
194 int
195 ddt_object_walk(ddt_t *ddt, enum ddt_type type, enum ddt_class class,
196     uint64_t *walk, ddt_entry_t *dde)
197 {
198 	ASSERT(ddt_object_exists(ddt, type, class));
199 
200 	return (ddt_ops[type]->ddt_op_walk(ddt->ddt_os,
201 	    ddt->ddt_object[type][class], dde, walk));
202 }
203 
204 uint64_t
205 ddt_object_count(ddt_t *ddt, enum ddt_type type, enum ddt_class class)
206 {
207 	ASSERT(ddt_object_exists(ddt, type, class));
208 
209 	return (ddt_ops[type]->ddt_op_count(ddt->ddt_os,
210 	    ddt->ddt_object[type][class]));
211 }
212 
213 int
214 ddt_object_info(ddt_t *ddt, enum ddt_type type, enum ddt_class class,
215     dmu_object_info_t *doi)
216 {
217 	if (!ddt_object_exists(ddt, type, class))
218 		return (ENOENT);
219 
220 	return (dmu_object_info(ddt->ddt_os, ddt->ddt_object[type][class],
221 	    doi));
222 }
223 
224 boolean_t
225 ddt_object_exists(ddt_t *ddt, enum ddt_type type, enum ddt_class class)
226 {
227 	return (!!ddt->ddt_object[type][class]);
228 }
229 
230 void
231 ddt_object_name(ddt_t *ddt, enum ddt_type type, enum ddt_class class,
232     char *name)
233 {
234 	(void) sprintf(name, DMU_POOL_DDT,
235 	    zio_checksum_table[ddt->ddt_checksum].ci_name,
236 	    ddt_ops[type]->ddt_op_name, ddt_class_name[class]);
237 }
238 
239 void
240 ddt_bp_fill(const ddt_phys_t *ddp, blkptr_t *bp, uint64_t txg)
241 {
242 	ASSERT(txg != 0);
243 
244 	for (int d = 0; d < SPA_DVAS_PER_BP; d++)
245 		bp->blk_dva[d] = ddp->ddp_dva[d];
246 	BP_SET_BIRTH(bp, txg, ddp->ddp_phys_birth);
247 }
248 
249 void
250 ddt_bp_create(enum zio_checksum checksum,
251     const ddt_key_t *ddk, const ddt_phys_t *ddp, blkptr_t *bp)
252 {
253 	BP_ZERO(bp);
254 
255 	if (ddp != NULL)
256 		ddt_bp_fill(ddp, bp, ddp->ddp_phys_birth);
257 
258 	bp->blk_cksum = ddk->ddk_cksum;
259 	bp->blk_fill = 1;
260 
261 	BP_SET_LSIZE(bp, DDK_GET_LSIZE(ddk));
262 	BP_SET_PSIZE(bp, DDK_GET_PSIZE(ddk));
263 	BP_SET_COMPRESS(bp, DDK_GET_COMPRESS(ddk));
264 	BP_SET_CHECKSUM(bp, checksum);
265 	BP_SET_TYPE(bp, DMU_OT_DEDUP);
266 	BP_SET_LEVEL(bp, 0);
267 	BP_SET_DEDUP(bp, 0);
268 	BP_SET_BYTEORDER(bp, ZFS_HOST_BYTEORDER);
269 }
270 
271 void
272 ddt_key_fill(ddt_key_t *ddk, const blkptr_t *bp)
273 {
274 	ddk->ddk_cksum = bp->blk_cksum;
275 	ddk->ddk_prop = 0;
276 
277 	DDK_SET_LSIZE(ddk, BP_GET_LSIZE(bp));
278 	DDK_SET_PSIZE(ddk, BP_GET_PSIZE(bp));
279 	DDK_SET_COMPRESS(ddk, BP_GET_COMPRESS(bp));
280 }
281 
282 void
283 ddt_phys_fill(ddt_phys_t *ddp, const blkptr_t *bp)
284 {
285 	ASSERT(ddp->ddp_phys_birth == 0);
286 
287 	for (int d = 0; d < SPA_DVAS_PER_BP; d++)
288 		ddp->ddp_dva[d] = bp->blk_dva[d];
289 	ddp->ddp_phys_birth = BP_PHYSICAL_BIRTH(bp);
290 }
291 
292 void
293 ddt_phys_clear(ddt_phys_t *ddp)
294 {
295 	bzero(ddp, sizeof (*ddp));
296 }
297 
298 void
299 ddt_phys_addref(ddt_phys_t *ddp)
300 {
301 	ddp->ddp_refcnt++;
302 }
303 
304 void
305 ddt_phys_decref(ddt_phys_t *ddp)
306 {
307 	ASSERT((int64_t)ddp->ddp_refcnt > 0);
308 	ddp->ddp_refcnt--;
309 }
310 
311 void
312 ddt_phys_free(ddt_t *ddt, ddt_key_t *ddk, ddt_phys_t *ddp, uint64_t txg)
313 {
314 	blkptr_t blk;
315 
316 	ddt_bp_create(ddt->ddt_checksum, ddk, ddp, &blk);
317 	ddt_phys_clear(ddp);
318 	zio_free(ddt->ddt_spa, txg, &blk);
319 }
320 
321 ddt_phys_t *
322 ddt_phys_select(const ddt_entry_t *dde, const blkptr_t *bp)
323 {
324 	ddt_phys_t *ddp = (ddt_phys_t *)dde->dde_phys;
325 
326 	for (int p = 0; p < DDT_PHYS_TYPES; p++, ddp++) {
327 		if (DVA_EQUAL(BP_IDENTITY(bp), &ddp->ddp_dva[0]) &&
328 		    BP_PHYSICAL_BIRTH(bp) == ddp->ddp_phys_birth)
329 			return (ddp);
330 	}
331 	return (NULL);
332 }
333 
334 uint64_t
335 ddt_phys_total_refcnt(const ddt_entry_t *dde)
336 {
337 	uint64_t refcnt = 0;
338 
339 	for (int p = DDT_PHYS_SINGLE; p <= DDT_PHYS_TRIPLE; p++)
340 		refcnt += dde->dde_phys[p].ddp_refcnt;
341 
342 	return (refcnt);
343 }
344 
345 static void
346 ddt_stat_generate(ddt_t *ddt, ddt_entry_t *dde, ddt_stat_t *dds)
347 {
348 	spa_t *spa = ddt->ddt_spa;
349 	ddt_phys_t *ddp = dde->dde_phys;
350 	ddt_key_t *ddk = &dde->dde_key;
351 	uint64_t lsize = DDK_GET_LSIZE(ddk);
352 	uint64_t psize = DDK_GET_PSIZE(ddk);
353 
354 	bzero(dds, sizeof (*dds));
355 
356 	for (int p = 0; p < DDT_PHYS_TYPES; p++, ddp++) {
357 		uint64_t dsize = 0;
358 		uint64_t refcnt = ddp->ddp_refcnt;
359 
360 		if (ddp->ddp_phys_birth == 0)
361 			continue;
362 
363 		for (int d = 0; d < SPA_DVAS_PER_BP; d++)
364 			dsize += dva_get_dsize_sync(spa, &ddp->ddp_dva[d]);
365 
366 		dds->dds_blocks += 1;
367 		dds->dds_lsize += lsize;
368 		dds->dds_psize += psize;
369 		dds->dds_dsize += dsize;
370 
371 		dds->dds_ref_blocks += refcnt;
372 		dds->dds_ref_lsize += lsize * refcnt;
373 		dds->dds_ref_psize += psize * refcnt;
374 		dds->dds_ref_dsize += dsize * refcnt;
375 	}
376 }
377 
378 void
379 ddt_stat_add(ddt_stat_t *dst, const ddt_stat_t *src, uint64_t neg)
380 {
381 	const uint64_t *s = (const uint64_t *)src;
382 	uint64_t *d = (uint64_t *)dst;
383 	uint64_t *d_end = (uint64_t *)(dst + 1);
384 
385 	ASSERT(neg == 0 || neg == -1ULL);	/* add or subtract */
386 
387 	while (d < d_end)
388 		*d++ += (*s++ ^ neg) - neg;
389 }
390 
391 static void
392 ddt_stat_update(ddt_t *ddt, ddt_entry_t *dde, uint64_t neg)
393 {
394 	ddt_stat_t dds;
395 	ddt_histogram_t *ddh;
396 	int bucket;
397 
398 	ddt_stat_generate(ddt, dde, &dds);
399 
400 	bucket = highbit(dds.dds_ref_blocks) - 1;
401 	ASSERT(bucket >= 0);
402 
403 	ddh = &ddt->ddt_histogram[dde->dde_type][dde->dde_class];
404 
405 	ddt_stat_add(&ddh->ddh_stat[bucket], &dds, neg);
406 }
407 
408 void
409 ddt_histogram_add(ddt_histogram_t *dst, const ddt_histogram_t *src)
410 {
411 	for (int h = 0; h < 64; h++)
412 		ddt_stat_add(&dst->ddh_stat[h], &src->ddh_stat[h], 0);
413 }
414 
415 void
416 ddt_histogram_stat(ddt_stat_t *dds, const ddt_histogram_t *ddh)
417 {
418 	bzero(dds, sizeof (*dds));
419 
420 	for (int h = 0; h < 64; h++)
421 		ddt_stat_add(dds, &ddh->ddh_stat[h], 0);
422 }
423 
424 boolean_t
425 ddt_histogram_empty(const ddt_histogram_t *ddh)
426 {
427 	const uint64_t *s = (const uint64_t *)ddh;
428 	const uint64_t *s_end = (const uint64_t *)(ddh + 1);
429 
430 	while (s < s_end)
431 		if (*s++ != 0)
432 			return (B_FALSE);
433 
434 	return (B_TRUE);
435 }
436 
437 void
438 ddt_get_dedup_object_stats(spa_t *spa, ddt_object_t *ddo_total)
439 {
440 	/* Sum the statistics we cached in ddt_object_sync(). */
441 	for (enum zio_checksum c = 0; c < ZIO_CHECKSUM_FUNCTIONS; c++) {
442 		ddt_t *ddt = spa->spa_ddt[c];
443 		for (enum ddt_type type = 0; type < DDT_TYPES; type++) {
444 			for (enum ddt_class class = 0; class < DDT_CLASSES;
445 			    class++) {
446 				ddt_object_t *ddo =
447 				    &ddt->ddt_object_stats[type][class];
448 				ddo_total->ddo_count += ddo->ddo_count;
449 				ddo_total->ddo_dspace += ddo->ddo_dspace;
450 				ddo_total->ddo_mspace += ddo->ddo_mspace;
451 			}
452 		}
453 	}
454 
455 	/* ... and compute the averages. */
456 	if (ddo_total->ddo_count != 0) {
457 		ddo_total->ddo_dspace /= ddo_total->ddo_count;
458 		ddo_total->ddo_mspace /= ddo_total->ddo_count;
459 	} else {
460 		ASSERT(ddo_total->ddo_dspace == 0);
461 		ASSERT(ddo_total->ddo_mspace == 0);
462 	}
463 }
464 
465 void
466 ddt_get_dedup_histogram(spa_t *spa, ddt_histogram_t *ddh)
467 {
468 	for (enum zio_checksum c = 0; c < ZIO_CHECKSUM_FUNCTIONS; c++) {
469 		ddt_t *ddt = spa->spa_ddt[c];
470 		for (enum ddt_type type = 0; type < DDT_TYPES; type++) {
471 			for (enum ddt_class class = 0; class < DDT_CLASSES;
472 			    class++) {
473 				ddt_histogram_add(ddh,
474 				    &ddt->ddt_histogram_cache[type][class]);
475 			}
476 		}
477 	}
478 }
479 
480 void
481 ddt_get_dedup_stats(spa_t *spa, ddt_stat_t *dds_total)
482 {
483 	ddt_histogram_t *ddh_total;
484 
485 	ddh_total = kmem_zalloc(sizeof (ddt_histogram_t), KM_SLEEP);
486 	ddt_get_dedup_histogram(spa, ddh_total);
487 	ddt_histogram_stat(dds_total, ddh_total);
488 	kmem_free(ddh_total, sizeof (ddt_histogram_t));
489 }
490 
491 uint64_t
492 ddt_get_dedup_dspace(spa_t *spa)
493 {
494 	ddt_stat_t dds_total = { 0 };
495 
496 	ddt_get_dedup_stats(spa, &dds_total);
497 	return (dds_total.dds_ref_dsize - dds_total.dds_dsize);
498 }
499 
500 uint64_t
501 ddt_get_pool_dedup_ratio(spa_t *spa)
502 {
503 	ddt_stat_t dds_total = { 0 };
504 
505 	ddt_get_dedup_stats(spa, &dds_total);
506 	if (dds_total.dds_dsize == 0)
507 		return (100);
508 
509 	return (dds_total.dds_ref_dsize * 100 / dds_total.dds_dsize);
510 }
511 
512 int
513 ddt_ditto_copies_needed(ddt_t *ddt, ddt_entry_t *dde, ddt_phys_t *ddp_willref)
514 {
515 	spa_t *spa = ddt->ddt_spa;
516 	uint64_t total_refcnt = 0;
517 	uint64_t ditto = spa->spa_dedup_ditto;
518 	int total_copies = 0;
519 	int desired_copies = 0;
520 
521 	for (int p = DDT_PHYS_SINGLE; p <= DDT_PHYS_TRIPLE; p++) {
522 		ddt_phys_t *ddp = &dde->dde_phys[p];
523 		zio_t *zio = dde->dde_lead_zio[p];
524 		uint64_t refcnt = ddp->ddp_refcnt;	/* committed refs */
525 		if (zio != NULL)
526 			refcnt += zio->io_parent_count;	/* pending refs */
527 		if (ddp == ddp_willref)
528 			refcnt++;			/* caller's ref */
529 		if (refcnt != 0) {
530 			total_refcnt += refcnt;
531 			total_copies += p;
532 		}
533 	}
534 
535 	if (ditto == 0 || ditto > UINT32_MAX)
536 		ditto = UINT32_MAX;
537 
538 	if (total_refcnt >= 1)
539 		desired_copies++;
540 	if (total_refcnt >= ditto)
541 		desired_copies++;
542 	if (total_refcnt >= ditto * ditto)
543 		desired_copies++;
544 
545 	return (MAX(desired_copies, total_copies) - total_copies);
546 }
547 
548 int
549 ddt_ditto_copies_present(ddt_entry_t *dde)
550 {
551 	ddt_phys_t *ddp = &dde->dde_phys[DDT_PHYS_DITTO];
552 	dva_t *dva = ddp->ddp_dva;
553 	int copies = 0 - DVA_GET_GANG(dva);
554 
555 	for (int d = 0; d < SPA_DVAS_PER_BP; d++, dva++)
556 		if (DVA_IS_VALID(dva))
557 			copies++;
558 
559 	ASSERT(copies >= 0 && copies < SPA_DVAS_PER_BP);
560 
561 	return (copies);
562 }
563 
564 size_t
565 ddt_compress(void *src, uchar_t *dst, size_t s_len, size_t d_len)
566 {
567 	uchar_t *version = dst++;
568 	int cpfunc = ZIO_COMPRESS_ZLE;
569 	zio_compress_info_t *ci = &zio_compress_table[cpfunc];
570 	size_t c_len;
571 
572 	ASSERT(d_len >= s_len + 1);	/* no compression plus version byte */
573 
574 	c_len = ci->ci_compress(src, dst, s_len, d_len - 1, ci->ci_level);
575 
576 	if (c_len == s_len) {
577 		cpfunc = ZIO_COMPRESS_OFF;
578 		bcopy(src, dst, s_len);
579 	}
580 
581 	*version = (ZFS_HOST_BYTEORDER & DDT_COMPRESS_BYTEORDER_MASK) | cpfunc;
582 
583 	return (c_len + 1);
584 }
585 
586 void
587 ddt_decompress(uchar_t *src, void *dst, size_t s_len, size_t d_len)
588 {
589 	uchar_t version = *src++;
590 	int cpfunc = version & DDT_COMPRESS_FUNCTION_MASK;
591 	zio_compress_info_t *ci = &zio_compress_table[cpfunc];
592 
593 	if (ci->ci_decompress != NULL)
594 		(void) ci->ci_decompress(src, dst, s_len, d_len, ci->ci_level);
595 	else
596 		bcopy(src, dst, d_len);
597 
598 	if ((version ^ ZFS_HOST_BYTEORDER) & DDT_COMPRESS_BYTEORDER_MASK)
599 		byteswap_uint64_array(dst, d_len);
600 }
601 
602 ddt_t *
603 ddt_select_by_checksum(spa_t *spa, enum zio_checksum c)
604 {
605 	return (spa->spa_ddt[c]);
606 }
607 
608 ddt_t *
609 ddt_select(spa_t *spa, const blkptr_t *bp)
610 {
611 	return (spa->spa_ddt[BP_GET_CHECKSUM(bp)]);
612 }
613 
614 void
615 ddt_enter(ddt_t *ddt)
616 {
617 	mutex_enter(&ddt->ddt_lock);
618 }
619 
620 void
621 ddt_exit(ddt_t *ddt)
622 {
623 	mutex_exit(&ddt->ddt_lock);
624 }
625 
626 static ddt_entry_t *
627 ddt_alloc(const ddt_key_t *ddk)
628 {
629 	ddt_entry_t *dde;
630 
631 	dde = kmem_zalloc(sizeof (ddt_entry_t), KM_SLEEP);
632 	cv_init(&dde->dde_cv, NULL, CV_DEFAULT, NULL);
633 
634 	dde->dde_key = *ddk;
635 
636 	return (dde);
637 }
638 
639 static void
640 ddt_free(ddt_entry_t *dde)
641 {
642 	ASSERT(!dde->dde_loading);
643 
644 	for (int p = 0; p < DDT_PHYS_TYPES; p++)
645 		ASSERT(dde->dde_lead_zio[p] == NULL);
646 
647 	if (dde->dde_repair_data != NULL)
648 		zio_buf_free(dde->dde_repair_data,
649 		    DDK_GET_PSIZE(&dde->dde_key));
650 
651 	cv_destroy(&dde->dde_cv);
652 	kmem_free(dde, sizeof (*dde));
653 }
654 
655 void
656 ddt_remove(ddt_t *ddt, ddt_entry_t *dde)
657 {
658 	ASSERT(MUTEX_HELD(&ddt->ddt_lock));
659 
660 	avl_remove(&ddt->ddt_tree, dde);
661 	ddt_free(dde);
662 }
663 
664 ddt_entry_t *
665 ddt_lookup(ddt_t *ddt, const blkptr_t *bp, boolean_t add)
666 {
667 	ddt_entry_t *dde, dde_search;
668 	enum ddt_type type;
669 	enum ddt_class class;
670 	avl_index_t where;
671 	int error;
672 
673 	ASSERT(MUTEX_HELD(&ddt->ddt_lock));
674 
675 	ddt_key_fill(&dde_search.dde_key, bp);
676 
677 	dde = avl_find(&ddt->ddt_tree, &dde_search, &where);
678 	if (dde == NULL) {
679 		if (!add)
680 			return (NULL);
681 		dde = ddt_alloc(&dde_search.dde_key);
682 		avl_insert(&ddt->ddt_tree, dde, where);
683 	}
684 
685 	while (dde->dde_loading)
686 		cv_wait(&dde->dde_cv, &ddt->ddt_lock);
687 
688 	if (dde->dde_loaded)
689 		return (dde);
690 
691 	dde->dde_loading = B_TRUE;
692 
693 	ddt_exit(ddt);
694 
695 	error = ENOENT;
696 
697 	for (type = 0; type < DDT_TYPES; type++) {
698 		for (class = 0; class < DDT_CLASSES; class++) {
699 			error = ddt_object_lookup(ddt, type, class, dde);
700 			if (error != ENOENT)
701 				break;
702 		}
703 		if (error != ENOENT)
704 			break;
705 	}
706 
707 	ASSERT(error == 0 || error == ENOENT);
708 
709 	ddt_enter(ddt);
710 
711 	ASSERT(dde->dde_loaded == B_FALSE);
712 	ASSERT(dde->dde_loading == B_TRUE);
713 
714 	dde->dde_type = type;	/* will be DDT_TYPES if no entry found */
715 	dde->dde_class = class;	/* will be DDT_CLASSES if no entry found */
716 	dde->dde_loaded = B_TRUE;
717 	dde->dde_loading = B_FALSE;
718 
719 	if (error == 0)
720 		ddt_stat_update(ddt, dde, -1ULL);
721 
722 	cv_broadcast(&dde->dde_cv);
723 
724 	return (dde);
725 }
726 
727 void
728 ddt_prefetch(spa_t *spa, const blkptr_t *bp)
729 {
730 	ddt_t *ddt;
731 	ddt_entry_t dde;
732 
733 	if (!BP_GET_DEDUP(bp))
734 		return;
735 
736 	/*
737 	 * We remove the DDT once it's empty and only prefetch dedup blocks
738 	 * when there are entries in the DDT.  Thus no locking is required
739 	 * as the DDT can't disappear on us.
740 	 */
741 	ddt = ddt_select(spa, bp);
742 	ddt_key_fill(&dde.dde_key, bp);
743 
744 	for (enum ddt_type type = 0; type < DDT_TYPES; type++) {
745 		for (enum ddt_class class = 0; class < DDT_CLASSES; class++) {
746 			ddt_object_prefetch(ddt, type, class, &dde);
747 		}
748 	}
749 }
750 
751 int
752 ddt_entry_compare(const void *x1, const void *x2)
753 {
754 	const ddt_entry_t *dde1 = x1;
755 	const ddt_entry_t *dde2 = x2;
756 	const uint64_t *u1 = (const uint64_t *)&dde1->dde_key;
757 	const uint64_t *u2 = (const uint64_t *)&dde2->dde_key;
758 
759 	for (int i = 0; i < DDT_KEY_WORDS; i++) {
760 		if (u1[i] < u2[i])
761 			return (-1);
762 		if (u1[i] > u2[i])
763 			return (1);
764 	}
765 
766 	return (0);
767 }
768 
769 static ddt_t *
770 ddt_table_alloc(spa_t *spa, enum zio_checksum c)
771 {
772 	ddt_t *ddt;
773 
774 	ddt = kmem_zalloc(sizeof (*ddt), KM_SLEEP);
775 
776 	mutex_init(&ddt->ddt_lock, NULL, MUTEX_DEFAULT, NULL);
777 	avl_create(&ddt->ddt_tree, ddt_entry_compare,
778 	    sizeof (ddt_entry_t), offsetof(ddt_entry_t, dde_node));
779 	avl_create(&ddt->ddt_repair_tree, ddt_entry_compare,
780 	    sizeof (ddt_entry_t), offsetof(ddt_entry_t, dde_node));
781 	ddt->ddt_checksum = c;
782 	ddt->ddt_spa = spa;
783 	ddt->ddt_os = spa->spa_meta_objset;
784 
785 	return (ddt);
786 }
787 
788 static void
789 ddt_table_free(ddt_t *ddt)
790 {
791 	ASSERT(avl_numnodes(&ddt->ddt_tree) == 0);
792 	ASSERT(avl_numnodes(&ddt->ddt_repair_tree) == 0);
793 	avl_destroy(&ddt->ddt_tree);
794 	avl_destroy(&ddt->ddt_repair_tree);
795 	mutex_destroy(&ddt->ddt_lock);
796 	kmem_free(ddt, sizeof (*ddt));
797 }
798 
799 void
800 ddt_create(spa_t *spa)
801 {
802 	spa->spa_dedup_checksum = ZIO_DEDUPCHECKSUM;
803 
804 	for (enum zio_checksum c = 0; c < ZIO_CHECKSUM_FUNCTIONS; c++)
805 		spa->spa_ddt[c] = ddt_table_alloc(spa, c);
806 }
807 
808 int
809 ddt_load(spa_t *spa)
810 {
811 	int error;
812 
813 	ddt_create(spa);
814 
815 	error = zap_lookup(spa->spa_meta_objset, DMU_POOL_DIRECTORY_OBJECT,
816 	    DMU_POOL_DDT_STATS, sizeof (uint64_t), 1,
817 	    &spa->spa_ddt_stat_object);
818 
819 	if (error)
820 		return (error == ENOENT ? 0 : error);
821 
822 	for (enum zio_checksum c = 0; c < ZIO_CHECKSUM_FUNCTIONS; c++) {
823 		ddt_t *ddt = spa->spa_ddt[c];
824 		for (enum ddt_type type = 0; type < DDT_TYPES; type++) {
825 			for (enum ddt_class class = 0; class < DDT_CLASSES;
826 			    class++) {
827 				error = ddt_object_load(ddt, type, class);
828 				if (error != 0 && error != ENOENT)
829 					return (error);
830 			}
831 		}
832 
833 		/*
834 		 * Seed the cached histograms.
835 		 */
836 		bcopy(ddt->ddt_histogram, &ddt->ddt_histogram_cache,
837 		    sizeof (ddt->ddt_histogram));
838 	}
839 
840 	return (0);
841 }
842 
843 void
844 ddt_unload(spa_t *spa)
845 {
846 	for (enum zio_checksum c = 0; c < ZIO_CHECKSUM_FUNCTIONS; c++) {
847 		if (spa->spa_ddt[c]) {
848 			ddt_table_free(spa->spa_ddt[c]);
849 			spa->spa_ddt[c] = NULL;
850 		}
851 	}
852 }
853 
854 boolean_t
855 ddt_class_contains(spa_t *spa, enum ddt_class max_class, const blkptr_t *bp)
856 {
857 	ddt_t *ddt;
858 	ddt_entry_t dde;
859 
860 	if (!BP_GET_DEDUP(bp))
861 		return (B_FALSE);
862 
863 	if (max_class == DDT_CLASS_UNIQUE)
864 		return (B_TRUE);
865 
866 	ddt = spa->spa_ddt[BP_GET_CHECKSUM(bp)];
867 
868 	ddt_key_fill(&dde.dde_key, bp);
869 
870 	for (enum ddt_type type = 0; type < DDT_TYPES; type++)
871 		for (enum ddt_class class = 0; class <= max_class; class++)
872 			if (ddt_object_lookup(ddt, type, class, &dde) == 0)
873 				return (B_TRUE);
874 
875 	return (B_FALSE);
876 }
877 
878 ddt_entry_t *
879 ddt_repair_start(ddt_t *ddt, const blkptr_t *bp)
880 {
881 	ddt_key_t ddk;
882 	ddt_entry_t *dde;
883 
884 	ddt_key_fill(&ddk, bp);
885 
886 	dde = ddt_alloc(&ddk);
887 
888 	for (enum ddt_type type = 0; type < DDT_TYPES; type++) {
889 		for (enum ddt_class class = 0; class < DDT_CLASSES; class++) {
890 			/*
891 			 * We can only do repair if there are multiple copies
892 			 * of the block.  For anything in the UNIQUE class,
893 			 * there's definitely only one copy, so don't even try.
894 			 */
895 			if (class != DDT_CLASS_UNIQUE &&
896 			    ddt_object_lookup(ddt, type, class, dde) == 0)
897 				return (dde);
898 		}
899 	}
900 
901 	bzero(dde->dde_phys, sizeof (dde->dde_phys));
902 
903 	return (dde);
904 }
905 
906 void
907 ddt_repair_done(ddt_t *ddt, ddt_entry_t *dde)
908 {
909 	avl_index_t where;
910 
911 	ddt_enter(ddt);
912 
913 	if (dde->dde_repair_data != NULL && spa_writeable(ddt->ddt_spa) &&
914 	    avl_find(&ddt->ddt_repair_tree, dde, &where) == NULL)
915 		avl_insert(&ddt->ddt_repair_tree, dde, where);
916 	else
917 		ddt_free(dde);
918 
919 	ddt_exit(ddt);
920 }
921 
922 static void
923 ddt_repair_entry_done(zio_t *zio)
924 {
925 	ddt_entry_t *rdde = zio->io_private;
926 
927 	ddt_free(rdde);
928 }
929 
930 static void
931 ddt_repair_entry(ddt_t *ddt, ddt_entry_t *dde, ddt_entry_t *rdde, zio_t *rio)
932 {
933 	ddt_phys_t *ddp = dde->dde_phys;
934 	ddt_phys_t *rddp = rdde->dde_phys;
935 	ddt_key_t *ddk = &dde->dde_key;
936 	ddt_key_t *rddk = &rdde->dde_key;
937 	zio_t *zio;
938 	blkptr_t blk;
939 
940 	zio = zio_null(rio, rio->io_spa, NULL,
941 	    ddt_repair_entry_done, rdde, rio->io_flags);
942 
943 	for (int p = 0; p < DDT_PHYS_TYPES; p++, ddp++, rddp++) {
944 		if (ddp->ddp_phys_birth == 0 ||
945 		    ddp->ddp_phys_birth != rddp->ddp_phys_birth ||
946 		    bcmp(ddp->ddp_dva, rddp->ddp_dva, sizeof (ddp->ddp_dva)))
947 			continue;
948 		ddt_bp_create(ddt->ddt_checksum, ddk, ddp, &blk);
949 		zio_nowait(zio_rewrite(zio, zio->io_spa, 0, &blk,
950 		    rdde->dde_repair_data, DDK_GET_PSIZE(rddk), NULL, NULL,
951 		    ZIO_PRIORITY_SYNC_WRITE, ZIO_DDT_CHILD_FLAGS(zio), NULL));
952 	}
953 
954 	zio_nowait(zio);
955 }
956 
957 static void
958 ddt_repair_table(ddt_t *ddt, zio_t *rio)
959 {
960 	spa_t *spa = ddt->ddt_spa;
961 	ddt_entry_t *dde, *rdde_next, *rdde;
962 	avl_tree_t *t = &ddt->ddt_repair_tree;
963 	blkptr_t blk;
964 
965 	if (spa_sync_pass(spa) > 1)
966 		return;
967 
968 	ddt_enter(ddt);
969 	for (rdde = avl_first(t); rdde != NULL; rdde = rdde_next) {
970 		rdde_next = AVL_NEXT(t, rdde);
971 		avl_remove(&ddt->ddt_repair_tree, rdde);
972 		ddt_exit(ddt);
973 		ddt_bp_create(ddt->ddt_checksum, &rdde->dde_key, NULL, &blk);
974 		dde = ddt_repair_start(ddt, &blk);
975 		ddt_repair_entry(ddt, dde, rdde, rio);
976 		ddt_repair_done(ddt, dde);
977 		ddt_enter(ddt);
978 	}
979 	ddt_exit(ddt);
980 }
981 
982 static void
983 ddt_sync_entry(ddt_t *ddt, ddt_entry_t *dde, dmu_tx_t *tx, uint64_t txg)
984 {
985 	dsl_pool_t *dp = ddt->ddt_spa->spa_dsl_pool;
986 	ddt_phys_t *ddp = dde->dde_phys;
987 	ddt_key_t *ddk = &dde->dde_key;
988 	enum ddt_type otype = dde->dde_type;
989 	enum ddt_type ntype = DDT_TYPE_CURRENT;
990 	enum ddt_class oclass = dde->dde_class;
991 	enum ddt_class nclass;
992 	uint64_t total_refcnt = 0;
993 
994 	ASSERT(dde->dde_loaded);
995 	ASSERT(!dde->dde_loading);
996 
997 	for (int p = 0; p < DDT_PHYS_TYPES; p++, ddp++) {
998 		ASSERT(dde->dde_lead_zio[p] == NULL);
999 		ASSERT((int64_t)ddp->ddp_refcnt >= 0);
1000 		if (ddp->ddp_phys_birth == 0) {
1001 			ASSERT(ddp->ddp_refcnt == 0);
1002 			continue;
1003 		}
1004 		if (p == DDT_PHYS_DITTO) {
1005 			if (ddt_ditto_copies_needed(ddt, dde, NULL) == 0)
1006 				ddt_phys_free(ddt, ddk, ddp, txg);
1007 			continue;
1008 		}
1009 		if (ddp->ddp_refcnt == 0)
1010 			ddt_phys_free(ddt, ddk, ddp, txg);
1011 		total_refcnt += ddp->ddp_refcnt;
1012 	}
1013 
1014 	if (dde->dde_phys[DDT_PHYS_DITTO].ddp_phys_birth != 0)
1015 		nclass = DDT_CLASS_DITTO;
1016 	else if (total_refcnt > 1)
1017 		nclass = DDT_CLASS_DUPLICATE;
1018 	else
1019 		nclass = DDT_CLASS_UNIQUE;
1020 
1021 	if (otype != DDT_TYPES &&
1022 	    (otype != ntype || oclass != nclass || total_refcnt == 0)) {
1023 		VERIFY(ddt_object_remove(ddt, otype, oclass, dde, tx) == 0);
1024 		ASSERT(ddt_object_lookup(ddt, otype, oclass, dde) == ENOENT);
1025 	}
1026 
1027 	if (total_refcnt != 0) {
1028 		dde->dde_type = ntype;
1029 		dde->dde_class = nclass;
1030 		ddt_stat_update(ddt, dde, 0);
1031 		if (!ddt_object_exists(ddt, ntype, nclass))
1032 			ddt_object_create(ddt, ntype, nclass, tx);
1033 		VERIFY(ddt_object_update(ddt, ntype, nclass, dde, tx) == 0);
1034 
1035 		/*
1036 		 * If the class changes, the order that we scan this bp
1037 		 * changes.  If it decreases, we could miss it, so
1038 		 * scan it right now.  (This covers both class changing
1039 		 * while we are doing ddt_walk(), and when we are
1040 		 * traversing.)
1041 		 */
1042 		if (nclass < oclass) {
1043 			dsl_scan_ddt_entry(dp->dp_scan,
1044 			    ddt->ddt_checksum, dde, tx);
1045 		}
1046 	}
1047 }
1048 
1049 static void
1050 ddt_sync_table(ddt_t *ddt, dmu_tx_t *tx, uint64_t txg)
1051 {
1052 	spa_t *spa = ddt->ddt_spa;
1053 	ddt_entry_t *dde;
1054 	void *cookie = NULL;
1055 
1056 	if (avl_numnodes(&ddt->ddt_tree) == 0)
1057 		return;
1058 
1059 	ASSERT(spa->spa_uberblock.ub_version >= SPA_VERSION_DEDUP);
1060 
1061 	if (spa->spa_ddt_stat_object == 0) {
1062 		spa->spa_ddt_stat_object = zap_create(ddt->ddt_os,
1063 		    DMU_OT_DDT_STATS, DMU_OT_NONE, 0, tx);
1064 		VERIFY(zap_add(ddt->ddt_os, DMU_POOL_DIRECTORY_OBJECT,
1065 		    DMU_POOL_DDT_STATS, sizeof (uint64_t), 1,
1066 		    &spa->spa_ddt_stat_object, tx) == 0);
1067 	}
1068 
1069 	while ((dde = avl_destroy_nodes(&ddt->ddt_tree, &cookie)) != NULL) {
1070 		ddt_sync_entry(ddt, dde, tx, txg);
1071 		ddt_free(dde);
1072 	}
1073 
1074 	for (enum ddt_type type = 0; type < DDT_TYPES; type++) {
1075 		for (enum ddt_class class = 0; class < DDT_CLASSES; class++) {
1076 			if (!ddt_object_exists(ddt, type, class))
1077 				continue;
1078 			ddt_object_sync(ddt, type, class, tx);
1079 			if (ddt_object_count(ddt, type, class) == 0)
1080 				ddt_object_destroy(ddt, type, class, tx);
1081 		}
1082 	}
1083 
1084 	bcopy(ddt->ddt_histogram, &ddt->ddt_histogram_cache,
1085 	    sizeof (ddt->ddt_histogram));
1086 }
1087 
1088 void
1089 ddt_sync(spa_t *spa, uint64_t txg)
1090 {
1091 	dmu_tx_t *tx;
1092 	zio_t *rio = zio_root(spa, NULL, NULL,
1093 	    ZIO_FLAG_CANFAIL | ZIO_FLAG_SPECULATIVE);
1094 
1095 	ASSERT(spa_syncing_txg(spa) == txg);
1096 
1097 	tx = dmu_tx_create_assigned(spa->spa_dsl_pool, txg);
1098 
1099 	for (enum zio_checksum c = 0; c < ZIO_CHECKSUM_FUNCTIONS; c++) {
1100 		ddt_t *ddt = spa->spa_ddt[c];
1101 		if (ddt == NULL)
1102 			continue;
1103 		ddt_sync_table(ddt, tx, txg);
1104 		ddt_repair_table(ddt, rio);
1105 	}
1106 
1107 	(void) zio_wait(rio);
1108 
1109 	dmu_tx_commit(tx);
1110 }
1111 
1112 int
1113 ddt_walk(spa_t *spa, ddt_bookmark_t *ddb, ddt_entry_t *dde)
1114 {
1115 	do {
1116 		do {
1117 			do {
1118 				ddt_t *ddt = spa->spa_ddt[ddb->ddb_checksum];
1119 				int error = ENOENT;
1120 				if (ddt_object_exists(ddt, ddb->ddb_type,
1121 				    ddb->ddb_class)) {
1122 					error = ddt_object_walk(ddt,
1123 					    ddb->ddb_type, ddb->ddb_class,
1124 					    &ddb->ddb_cursor, dde);
1125 				}
1126 				dde->dde_type = ddb->ddb_type;
1127 				dde->dde_class = ddb->ddb_class;
1128 				if (error == 0)
1129 					return (0);
1130 				if (error != ENOENT)
1131 					return (error);
1132 				ddb->ddb_cursor = 0;
1133 			} while (++ddb->ddb_checksum < ZIO_CHECKSUM_FUNCTIONS);
1134 			ddb->ddb_checksum = 0;
1135 		} while (++ddb->ddb_type < DDT_TYPES);
1136 		ddb->ddb_type = 0;
1137 	} while (++ddb->ddb_class < DDT_CLASSES);
1138 
1139 	return (ENOENT);
1140 }
1141