xref: /illumos-gate/usr/src/uts/common/fs/zfs/vdev_queue.c (revision e14bb3258d05c1b1077e2db7cf77088924e56919)
1 /*
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20  */
21 /*
22  * Copyright 2008 Sun Microsystems, Inc.  All rights reserved.
23  * Use is subject to license terms.
24  */
25 
26 #include <sys/zfs_context.h>
27 #include <sys/spa.h>
28 #include <sys/vdev_impl.h>
29 #include <sys/zio.h>
30 #include <sys/avl.h>
31 
32 /*
33  * These tunables are for performance analysis.
34  */
35 /*
36  * zfs_vdev_max_pending is the maximum number of i/os concurrently
37  * pending to each device.  zfs_vdev_min_pending is the initial number
38  * of i/os pending to each device (before it starts ramping up to
39  * max_pending).
40  */
41 int zfs_vdev_max_pending = 35;
42 int zfs_vdev_min_pending = 4;
43 
44 /* deadline = pri + (lbolt >> time_shift) */
45 int zfs_vdev_time_shift = 6;
46 
47 /* exponential I/O issue ramp-up rate */
48 int zfs_vdev_ramp_rate = 2;
49 
50 /*
51  * i/os will be aggregated into a single large i/o up to
52  * zfs_vdev_aggregation_limit bytes long.
53  */
54 int zfs_vdev_aggregation_limit = SPA_MAXBLOCKSIZE;
55 
56 /*
57  * Virtual device vector for disk I/O scheduling.
58  */
59 int
60 vdev_queue_deadline_compare(const void *x1, const void *x2)
61 {
62 	const zio_t *z1 = x1;
63 	const zio_t *z2 = x2;
64 
65 	if (z1->io_deadline < z2->io_deadline)
66 		return (-1);
67 	if (z1->io_deadline > z2->io_deadline)
68 		return (1);
69 
70 	if (z1->io_offset < z2->io_offset)
71 		return (-1);
72 	if (z1->io_offset > z2->io_offset)
73 		return (1);
74 
75 	if (z1 < z2)
76 		return (-1);
77 	if (z1 > z2)
78 		return (1);
79 
80 	return (0);
81 }
82 
83 int
84 vdev_queue_offset_compare(const void *x1, const void *x2)
85 {
86 	const zio_t *z1 = x1;
87 	const zio_t *z2 = x2;
88 
89 	if (z1->io_offset < z2->io_offset)
90 		return (-1);
91 	if (z1->io_offset > z2->io_offset)
92 		return (1);
93 
94 	if (z1 < z2)
95 		return (-1);
96 	if (z1 > z2)
97 		return (1);
98 
99 	return (0);
100 }
101 
102 void
103 vdev_queue_init(vdev_t *vd)
104 {
105 	vdev_queue_t *vq = &vd->vdev_queue;
106 
107 	mutex_init(&vq->vq_lock, NULL, MUTEX_DEFAULT, NULL);
108 
109 	avl_create(&vq->vq_deadline_tree, vdev_queue_deadline_compare,
110 	    sizeof (zio_t), offsetof(struct zio, io_deadline_node));
111 
112 	avl_create(&vq->vq_read_tree, vdev_queue_offset_compare,
113 	    sizeof (zio_t), offsetof(struct zio, io_offset_node));
114 
115 	avl_create(&vq->vq_write_tree, vdev_queue_offset_compare,
116 	    sizeof (zio_t), offsetof(struct zio, io_offset_node));
117 
118 	avl_create(&vq->vq_pending_tree, vdev_queue_offset_compare,
119 	    sizeof (zio_t), offsetof(struct zio, io_offset_node));
120 }
121 
122 void
123 vdev_queue_fini(vdev_t *vd)
124 {
125 	vdev_queue_t *vq = &vd->vdev_queue;
126 
127 	avl_destroy(&vq->vq_deadline_tree);
128 	avl_destroy(&vq->vq_read_tree);
129 	avl_destroy(&vq->vq_write_tree);
130 	avl_destroy(&vq->vq_pending_tree);
131 
132 	mutex_destroy(&vq->vq_lock);
133 }
134 
135 static void
136 vdev_queue_io_add(vdev_queue_t *vq, zio_t *zio)
137 {
138 	avl_add(&vq->vq_deadline_tree, zio);
139 	avl_add(zio->io_vdev_tree, zio);
140 }
141 
142 static void
143 vdev_queue_io_remove(vdev_queue_t *vq, zio_t *zio)
144 {
145 	avl_remove(&vq->vq_deadline_tree, zio);
146 	avl_remove(zio->io_vdev_tree, zio);
147 }
148 
149 static void
150 vdev_queue_agg_io_done(zio_t *aio)
151 {
152 	zio_t *dio;
153 	uint64_t offset = 0;
154 
155 	while ((dio = aio->io_delegate_list) != NULL) {
156 		if (aio->io_type == ZIO_TYPE_READ)
157 			bcopy((char *)aio->io_data + offset, dio->io_data,
158 			    dio->io_size);
159 		offset += dio->io_size;
160 		aio->io_delegate_list = dio->io_delegate_next;
161 		dio->io_delegate_next = NULL;
162 		dio->io_error = aio->io_error;
163 		zio_execute(dio);
164 	}
165 	ASSERT3U(offset, ==, aio->io_size);
166 
167 	zio_buf_free(aio->io_data, aio->io_size);
168 }
169 
170 #define	IS_ADJACENT(io, nio) \
171 	((io)->io_offset + (io)->io_size == (nio)->io_offset)
172 
173 static zio_t *
174 vdev_queue_io_to_issue(vdev_queue_t *vq, uint64_t pending_limit)
175 {
176 	zio_t *fio, *lio, *aio, *dio;
177 	avl_tree_t *tree;
178 	uint64_t size;
179 
180 	ASSERT(MUTEX_HELD(&vq->vq_lock));
181 
182 	if (avl_numnodes(&vq->vq_pending_tree) >= pending_limit ||
183 	    avl_numnodes(&vq->vq_deadline_tree) == 0)
184 		return (NULL);
185 
186 	fio = lio = avl_first(&vq->vq_deadline_tree);
187 
188 	tree = fio->io_vdev_tree;
189 	size = fio->io_size;
190 
191 	while ((dio = AVL_PREV(tree, fio)) != NULL && IS_ADJACENT(dio, fio) &&
192 	    !((dio->io_flags | fio->io_flags) & ZIO_FLAG_DONT_AGGREGATE) &&
193 	    size + dio->io_size <= zfs_vdev_aggregation_limit) {
194 		dio->io_delegate_next = fio;
195 		fio = dio;
196 		size += dio->io_size;
197 	}
198 
199 	while ((dio = AVL_NEXT(tree, lio)) != NULL && IS_ADJACENT(lio, dio) &&
200 	    !((lio->io_flags | dio->io_flags) & ZIO_FLAG_DONT_AGGREGATE) &&
201 	    size + dio->io_size <= zfs_vdev_aggregation_limit) {
202 		lio->io_delegate_next = dio;
203 		lio = dio;
204 		size += dio->io_size;
205 	}
206 
207 	if (fio != lio) {
208 		char *buf = zio_buf_alloc(size);
209 		uint64_t offset = 0;
210 
211 		ASSERT(size <= zfs_vdev_aggregation_limit);
212 
213 		aio = zio_vdev_delegated_io(fio->io_vd, fio->io_offset,
214 		    buf, size, fio->io_type, ZIO_PRIORITY_NOW,
215 		    ZIO_FLAG_DONT_CACHE | ZIO_FLAG_DONT_QUEUE,
216 		    vdev_queue_agg_io_done, NULL);
217 
218 		aio->io_delegate_list = fio;
219 
220 		for (dio = fio; dio != NULL; dio = dio->io_delegate_next) {
221 			ASSERT(dio->io_type == aio->io_type);
222 			ASSERT(dio->io_vdev_tree == tree);
223 			if (dio->io_type == ZIO_TYPE_WRITE)
224 				bcopy(dio->io_data, buf + offset, dio->io_size);
225 			offset += dio->io_size;
226 			vdev_queue_io_remove(vq, dio);
227 			zio_vdev_io_bypass(dio);
228 		}
229 
230 		ASSERT(offset == size);
231 
232 		avl_add(&vq->vq_pending_tree, aio);
233 
234 		return (aio);
235 	}
236 
237 	ASSERT(fio->io_vdev_tree == tree);
238 	vdev_queue_io_remove(vq, fio);
239 
240 	avl_add(&vq->vq_pending_tree, fio);
241 
242 	return (fio);
243 }
244 
245 zio_t *
246 vdev_queue_io(zio_t *zio)
247 {
248 	vdev_queue_t *vq = &zio->io_vd->vdev_queue;
249 	zio_t *nio;
250 
251 	ASSERT(zio->io_type == ZIO_TYPE_READ || zio->io_type == ZIO_TYPE_WRITE);
252 
253 	if (zio->io_flags & ZIO_FLAG_DONT_QUEUE)
254 		return (zio);
255 
256 	zio->io_flags |= ZIO_FLAG_DONT_CACHE | ZIO_FLAG_DONT_QUEUE;
257 
258 	if (zio->io_type == ZIO_TYPE_READ)
259 		zio->io_vdev_tree = &vq->vq_read_tree;
260 	else
261 		zio->io_vdev_tree = &vq->vq_write_tree;
262 
263 	mutex_enter(&vq->vq_lock);
264 
265 	zio->io_deadline = (lbolt64 >> zfs_vdev_time_shift) + zio->io_priority;
266 
267 	vdev_queue_io_add(vq, zio);
268 
269 	nio = vdev_queue_io_to_issue(vq, zfs_vdev_min_pending);
270 
271 	mutex_exit(&vq->vq_lock);
272 
273 	if (nio == NULL)
274 		return (NULL);
275 
276 	if (nio->io_done == vdev_queue_agg_io_done) {
277 		zio_nowait(nio);
278 		return (NULL);
279 	}
280 
281 	return (nio);
282 }
283 
284 void
285 vdev_queue_io_done(zio_t *zio)
286 {
287 	vdev_queue_t *vq = &zio->io_vd->vdev_queue;
288 
289 	mutex_enter(&vq->vq_lock);
290 
291 	avl_remove(&vq->vq_pending_tree, zio);
292 
293 	for (int i = 0; i < zfs_vdev_ramp_rate; i++) {
294 		zio_t *nio = vdev_queue_io_to_issue(vq, zfs_vdev_max_pending);
295 		if (nio == NULL)
296 			break;
297 		mutex_exit(&vq->vq_lock);
298 		if (nio->io_done == vdev_queue_agg_io_done) {
299 			zio_nowait(nio);
300 		} else {
301 			zio_vdev_io_reissue(nio);
302 			zio_execute(nio);
303 		}
304 		mutex_enter(&vq->vq_lock);
305 	}
306 
307 	mutex_exit(&vq->vq_lock);
308 }
309