]> git.proxmox.com Git - mirror_zfs.git/blobdiff - module/zfs/txg.c
Implement memory and CPU hotplug
[mirror_zfs.git] / module / zfs / txg.c
index e3c0e2a134239eb05cd9f4c98c0574f49dfcc670..3efd261550149df55e8bd487a4e7224a7ba3747b 100644 (file)
  * CDDL HEADER END
  */
 /*
- * Copyright 2008 Sun Microsystems, Inc.  All rights reserved.
- * Use is subject to license terms.
+ * Copyright (c) 2005, 2010, Oracle and/or its affiliates. All rights reserved.
+ * Portions Copyright 2011 Martin Matuska
+ * Copyright (c) 2012, 2019 by Delphix. All rights reserved.
  */
 
 #include <sys/zfs_context.h>
 #include <sys/txg_impl.h>
 #include <sys/dmu_impl.h>
+#include <sys/spa_impl.h>
+#include <sys/dmu_tx.h>
 #include <sys/dsl_pool.h>
+#include <sys/dsl_scan.h>
+#include <sys/zil.h>
 #include <sys/callb.h>
+#include <sys/trace_zfs.h>
 
 /*
- * Pool-wide transaction groups.
+ * ZFS Transaction Groups
+ * ----------------------
+ *
+ * ZFS transaction groups are, as the name implies, groups of transactions
+ * that act on persistent state. ZFS asserts consistency at the granularity of
+ * these transaction groups. Each successive transaction group (txg) is
+ * assigned a 64-bit consecutive identifier. There are three active
+ * transaction group states: open, quiescing, or syncing. At any given time,
+ * there may be an active txg associated with each state; each active txg may
+ * either be processing, or blocked waiting to enter the next state. There may
+ * be up to three active txgs, and there is always a txg in the open state
+ * (though it may be blocked waiting to enter the quiescing state). In broad
+ * strokes, transactions -- operations that change in-memory structures -- are
+ * accepted into the txg in the open state, and are completed while the txg is
+ * in the open or quiescing states. The accumulated changes are written to
+ * disk in the syncing state.
+ *
+ * Open
+ *
+ * When a new txg becomes active, it first enters the open state. New
+ * transactions -- updates to in-memory structures -- are assigned to the
+ * currently open txg. There is always a txg in the open state so that ZFS can
+ * accept new changes (though the txg may refuse new changes if it has hit
+ * some limit). ZFS advances the open txg to the next state for a variety of
+ * reasons such as it hitting a time or size threshold, or the execution of an
+ * administrative action that must be completed in the syncing state.
+ *
+ * Quiescing
+ *
+ * After a txg exits the open state, it enters the quiescing state. The
+ * quiescing state is intended to provide a buffer between accepting new
+ * transactions in the open state and writing them out to stable storage in
+ * the syncing state. While quiescing, transactions can continue their
+ * operation without delaying either of the other states. Typically, a txg is
+ * in the quiescing state very briefly since the operations are bounded by
+ * software latencies rather than, say, slower I/O latencies. After all
+ * transactions complete, the txg is ready to enter the next state.
+ *
+ * Syncing
+ *
+ * In the syncing state, the in-memory state built up during the open and (to
+ * a lesser degree) the quiescing states is written to stable storage. The
+ * process of writing out modified data can, in turn modify more data. For
+ * example when we write new blocks, we need to allocate space for them; those
+ * allocations modify metadata (space maps)... which themselves must be
+ * written to stable storage. During the sync state, ZFS iterates, writing out
+ * data until it converges and all in-memory changes have been written out.
+ * The first such pass is the largest as it encompasses all the modified user
+ * data (as opposed to filesystem metadata). Subsequent passes typically have
+ * far less data to write as they consist exclusively of filesystem metadata.
+ *
+ * To ensure convergence, after a certain number of passes ZFS begins
+ * overwriting locations on stable storage that had been allocated earlier in
+ * the syncing state (and subsequently freed). ZFS usually allocates new
+ * blocks to optimize for large, continuous, writes. For the syncing state to
+ * converge however it must complete a pass where no new blocks are allocated
+ * since each allocation requires a modification of persistent metadata.
+ * Further, to hasten convergence, after a prescribed number of passes, ZFS
+ * also defers frees, and stops compressing.
+ *
+ * In addition to writing out user data, we must also execute synctasks during
+ * the syncing context. A synctask is the mechanism by which some
+ * administrative activities work such as creating and destroying snapshots or
+ * datasets. Note that when a synctask is initiated it enters the open txg,
+ * and ZFS then pushes that txg as quickly as possible to completion of the
+ * syncing state in order to reduce the latency of the administrative
+ * activity. To complete the syncing state, ZFS writes out a new uberblock,
+ * the root of the tree of blocks that comprise all state stored on the ZFS
+ * pool. Finally, if there is a quiesced txg waiting, we signal that it can
+ * now transition to the syncing state.
  */
 
-static void txg_sync_thread(dsl_pool_t *dp);
-static void txg_quiesce_thread(dsl_pool_t *dp);
+static void txg_sync_thread(void *arg);
+static void txg_quiesce_thread(void *arg);
 
-int zfs_txg_timeout = 30;      /* max seconds worth of delta per txg */
+int zfs_txg_timeout = 5;       /* max seconds worth of delta per txg */
 
 /*
  * Prepare the txg subsystem.
@@ -48,19 +123,23 @@ txg_init(dsl_pool_t *dp, uint64_t txg)
        int c;
        bzero(tx, sizeof (tx_state_t));
 
-       tx->tx_cpu = kmem_zalloc(max_ncpus * sizeof (tx_cpu_t), KM_SLEEP);
+       tx->tx_cpu = vmem_zalloc(max_ncpus * sizeof (tx_cpu_t), KM_SLEEP);
 
        for (c = 0; c < max_ncpus; c++) {
                int i;
 
                mutex_init(&tx->tx_cpu[c].tc_lock, NULL, MUTEX_DEFAULT, NULL);
+               mutex_init(&tx->tx_cpu[c].tc_open_lock, NULL, MUTEX_NOLOCKDEP,
+                   NULL);
                for (i = 0; i < TXG_SIZE; i++) {
                        cv_init(&tx->tx_cpu[c].tc_cv[i], NULL, CV_DEFAULT,
                            NULL);
+                       list_create(&tx->tx_cpu[c].tc_callbacks[i],
+                           sizeof (dmu_tx_callback_t),
+                           offsetof(dmu_tx_callback_t, dcb_node));
                }
        }
 
-       rw_init(&tx->tx_suspend, NULL, RW_DEFAULT, NULL);
        mutex_init(&tx->tx_sync_lock, NULL, MUTEX_DEFAULT, NULL);
 
        cv_init(&tx->tx_sync_more_cv, NULL, CV_DEFAULT, NULL);
@@ -81,9 +160,8 @@ txg_fini(dsl_pool_t *dp)
        tx_state_t *tx = &dp->dp_tx;
        int c;
 
-       ASSERT(tx->tx_threads == 0);
+       ASSERT0(tx->tx_threads);
 
-       rw_destroy(&tx->tx_suspend);
        mutex_destroy(&tx->tx_sync_lock);
 
        cv_destroy(&tx->tx_sync_more_cv);
@@ -95,12 +173,18 @@ txg_fini(dsl_pool_t *dp)
        for (c = 0; c < max_ncpus; c++) {
                int i;
 
+               mutex_destroy(&tx->tx_cpu[c].tc_open_lock);
                mutex_destroy(&tx->tx_cpu[c].tc_lock);
-               for (i = 0; i < TXG_SIZE; i++)
+               for (i = 0; i < TXG_SIZE; i++) {
                        cv_destroy(&tx->tx_cpu[c].tc_cv[i]);
+                       list_destroy(&tx->tx_cpu[c].tc_callbacks[i]);
+               }
        }
 
-       kmem_free(tx->tx_cpu, max_ncpus * sizeof (tx_cpu_t));
+       if (tx->tx_commit_cb_taskq != NULL)
+               taskq_destroy(tx->tx_commit_cb_taskq);
+
+       vmem_free(tx->tx_cpu, max_ncpus * sizeof (tx_cpu_t));
 
        bzero(tx, sizeof (tx_state_t));
 }
@@ -117,20 +201,20 @@ txg_sync_start(dsl_pool_t *dp)
 
        dprintf("pool %p\n", dp);
 
-       ASSERT(tx->tx_threads == 0);
+       ASSERT0(tx->tx_threads);
 
        tx->tx_threads = 2;
 
        tx->tx_quiesce_thread = thread_create(NULL, 0, txg_quiesce_thread,
-           dp, 0, &p0, TS_RUN, minclsyspri);
+           dp, 0, &p0, TS_RUN, defclsyspri);
 
        /*
         * The sync thread can need a larger-than-default stack size on
         * 32-bit x86.  This is due in part to nested pools and
         * scrub_visitbp() recursion.
         */
-       tx->tx_sync_thread = thread_create(NULL, 12<<10, txg_sync_thread,
-           dp, 0, &p0, TS_RUN, minclsyspri);
+       tx->tx_sync_thread = thread_create(NULL, 0, txg_sync_thread,
+           dp, 0, &p0, TS_RUN, defclsyspri);
 
        mutex_exit(&tx->tx_sync_lock);
 }
@@ -154,14 +238,16 @@ txg_thread_exit(tx_state_t *tx, callb_cpr_t *cpr, kthread_t **tpp)
 }
 
 static void
-txg_thread_wait(tx_state_t *tx, callb_cpr_t *cpr, kcondvar_t *cv, uint64_t time)
+txg_thread_wait(tx_state_t *tx, callb_cpr_t *cpr, kcondvar_t *cv, clock_t time)
 {
        CALLB_CPR_SAFE_BEGIN(cpr);
 
-       if (time)
-               (void) cv_timedwait(cv, &tx->tx_sync_lock, lbolt + time);
-       else
-               cv_wait(cv, &tx->tx_sync_lock);
+       if (time) {
+               (void) cv_timedwait_idle(cv, &tx->tx_sync_lock,
+                   ddi_get_lbolt() + time);
+       } else {
+               cv_wait_idle(cv, &tx->tx_sync_lock);
+       }
 
        CALLB_CPR_SAFE_END(cpr, &tx->tx_sync_lock);
 }
@@ -178,15 +264,19 @@ txg_sync_stop(dsl_pool_t *dp)
        /*
         * Finish off any work in progress.
         */
-       ASSERT(tx->tx_threads == 2);
-       txg_wait_synced(dp, 0);
+       ASSERT3U(tx->tx_threads, ==, 2);
+
+       /*
+        * We need to ensure that we've vacated the deferred metaslab trees.
+        */
+       txg_wait_synced(dp, tx->tx_open_txg + TXG_DEFER_SIZE);
 
        /*
         * Wake all sync threads and wait for them to die.
         */
        mutex_enter(&tx->tx_sync_lock);
 
-       ASSERT(tx->tx_threads == 2);
+       ASSERT3U(tx->tx_threads, ==, 2);
 
        tx->tx_exiting = 1;
 
@@ -206,13 +296,23 @@ uint64_t
 txg_hold_open(dsl_pool_t *dp, txg_handle_t *th)
 {
        tx_state_t *tx = &dp->dp_tx;
-       tx_cpu_t *tc = &tx->tx_cpu[CPU_SEQID];
+       tx_cpu_t *tc;
        uint64_t txg;
 
-       mutex_enter(&tc->tc_lock);
+       /*
+        * It appears the processor id is simply used as a "random"
+        * number to index into the array, and there isn't any other
+        * significance to the chosen tx_cpu. Because.. Why not use
+        * the current cpu to index into the array?
+        */
+       tc = &tx->tx_cpu[CPU_SEQID_UNSTABLE];
 
+       mutex_enter(&tc->tc_open_lock);
        txg = tx->tx_open_txg;
+
+       mutex_enter(&tc->tc_lock);
        tc->tc_count[txg & TXG_MASK]++;
+       mutex_exit(&tc->tc_lock);
 
        th->th_cpu = tc;
        th->th_txg = txg;
@@ -225,6 +325,18 @@ txg_rele_to_quiesce(txg_handle_t *th)
 {
        tx_cpu_t *tc = th->th_cpu;
 
+       ASSERT(!MUTEX_HELD(&tc->tc_lock));
+       mutex_exit(&tc->tc_open_lock);
+}
+
+void
+txg_register_callbacks(txg_handle_t *th, list_t *tx_callbacks)
+{
+       tx_cpu_t *tc = th->th_cpu;
+       int g = th->th_txg & TXG_MASK;
+
+       mutex_enter(&tc->tc_lock);
+       list_move_tail(&tc->tc_callbacks[g], tx_callbacks);
        mutex_exit(&tc->tc_lock);
 }
 
@@ -243,28 +355,42 @@ txg_rele_to_sync(txg_handle_t *th)
        th->th_cpu = NULL;      /* defensive */
 }
 
+/*
+ * Blocks until all transactions in the group are committed.
+ *
+ * On return, the transaction group has reached a stable state in which it can
+ * then be passed off to the syncing context.
+ */
 static void
 txg_quiesce(dsl_pool_t *dp, uint64_t txg)
 {
        tx_state_t *tx = &dp->dp_tx;
+       uint64_t tx_open_time;
        int g = txg & TXG_MASK;
        int c;
 
        /*
-        * Grab all tx_cpu locks so nobody else can get into this txg.
+        * Grab all tc_open_locks so nobody else can get into this txg.
         */
        for (c = 0; c < max_ncpus; c++)
-               mutex_enter(&tx->tx_cpu[c].tc_lock);
+               mutex_enter(&tx->tx_cpu[c].tc_open_lock);
 
        ASSERT(txg == tx->tx_open_txg);
        tx->tx_open_txg++;
+       tx->tx_open_time = tx_open_time = gethrtime();
+
+       DTRACE_PROBE2(txg__quiescing, dsl_pool_t *, dp, uint64_t, txg);
+       DTRACE_PROBE2(txg__opened, dsl_pool_t *, dp, uint64_t, tx->tx_open_txg);
 
        /*
         * Now that we've incremented tx_open_txg, we can let threads
         * enter the next transaction group.
         */
        for (c = 0; c < max_ncpus; c++)
-               mutex_exit(&tx->tx_cpu[c].tc_lock);
+               mutex_exit(&tx->tx_cpu[c].tc_open_lock);
+
+       spa_txg_history_set(dp->dp_spa, txg, TXG_STATE_OPEN, tx_open_time);
+       spa_txg_history_add(dp->dp_spa, txg + 1, tx_open_time);
 
        /*
         * Quiesce the transaction group by waiting for everyone to txg_exit().
@@ -276,37 +402,139 @@ txg_quiesce(dsl_pool_t *dp, uint64_t txg)
                        cv_wait(&tc->tc_cv[g], &tc->tc_lock);
                mutex_exit(&tc->tc_lock);
        }
+
+       spa_txg_history_set(dp->dp_spa, txg, TXG_STATE_QUIESCED, gethrtime());
+}
+
+static void
+txg_do_callbacks(list_t *cb_list)
+{
+       dmu_tx_do_callbacks(cb_list, 0);
+
+       list_destroy(cb_list);
+
+       kmem_free(cb_list, sizeof (list_t));
+}
+
+/*
+ * Dispatch the commit callbacks registered on this txg to worker threads.
+ *
+ * If no callbacks are registered for a given TXG, nothing happens.
+ * This function creates a taskq for the associated pool, if needed.
+ */
+static void
+txg_dispatch_callbacks(dsl_pool_t *dp, uint64_t txg)
+{
+       int c;
+       tx_state_t *tx = &dp->dp_tx;
+       list_t *cb_list;
+
+       for (c = 0; c < max_ncpus; c++) {
+               tx_cpu_t *tc = &tx->tx_cpu[c];
+               /*
+                * No need to lock tx_cpu_t at this point, since this can
+                * only be called once a txg has been synced.
+                */
+
+               int g = txg & TXG_MASK;
+
+               if (list_is_empty(&tc->tc_callbacks[g]))
+                       continue;
+
+               if (tx->tx_commit_cb_taskq == NULL) {
+                       /*
+                        * Commit callback taskq hasn't been created yet.
+                        */
+                       tx->tx_commit_cb_taskq = taskq_create("tx_commit_cb",
+                           100, defclsyspri, boot_ncpus, boot_ncpus * 2,
+                           TASKQ_PREPOPULATE | TASKQ_DYNAMIC |
+                           TASKQ_THREADS_CPU_PCT);
+               }
+
+               cb_list = kmem_alloc(sizeof (list_t), KM_SLEEP);
+               list_create(cb_list, sizeof (dmu_tx_callback_t),
+                   offsetof(dmu_tx_callback_t, dcb_node));
+
+               list_move_tail(cb_list, &tc->tc_callbacks[g]);
+
+               (void) taskq_dispatch(tx->tx_commit_cb_taskq, (task_func_t *)
+                   txg_do_callbacks, cb_list, TQ_SLEEP);
+       }
+}
+
+/*
+ * Wait for pending commit callbacks of already-synced transactions to finish
+ * processing.
+ * Calling this function from within a commit callback will deadlock.
+ */
+void
+txg_wait_callbacks(dsl_pool_t *dp)
+{
+       tx_state_t *tx = &dp->dp_tx;
+
+       if (tx->tx_commit_cb_taskq != NULL)
+               taskq_wait_outstanding(tx->tx_commit_cb_taskq, 0);
+}
+
+static boolean_t
+txg_is_syncing(dsl_pool_t *dp)
+{
+       tx_state_t *tx = &dp->dp_tx;
+       ASSERT(MUTEX_HELD(&tx->tx_sync_lock));
+       return (tx->tx_syncing_txg != 0);
+}
+
+static boolean_t
+txg_is_quiescing(dsl_pool_t *dp)
+{
+       tx_state_t *tx = &dp->dp_tx;
+       ASSERT(MUTEX_HELD(&tx->tx_sync_lock));
+       return (tx->tx_quiescing_txg != 0);
+}
+
+static boolean_t
+txg_has_quiesced_to_sync(dsl_pool_t *dp)
+{
+       tx_state_t *tx = &dp->dp_tx;
+       ASSERT(MUTEX_HELD(&tx->tx_sync_lock));
+       return (tx->tx_quiesced_txg != 0);
 }
 
 static void
-txg_sync_thread(dsl_pool_t *dp)
+txg_sync_thread(void *arg)
 {
+       dsl_pool_t *dp = arg;
+       spa_t *spa = dp->dp_spa;
        tx_state_t *tx = &dp->dp_tx;
        callb_cpr_t cpr;
-       uint64_t start, delta;
+       clock_t start, delta;
 
+       (void) spl_fstrans_mark();
        txg_thread_enter(tx, &cpr);
 
        start = delta = 0;
        for (;;) {
-               uint64_t timer, timeout = zfs_txg_timeout * hz;
+               clock_t timeout = zfs_txg_timeout * hz;
+               clock_t timer;
                uint64_t txg;
+               uint64_t dirty_min_bytes =
+                   zfs_dirty_data_max * zfs_dirty_data_sync_percent / 100;
 
                /*
-                * We sync when we're scrubbing, there's someone waiting
+                * We sync when we're scanning, there's someone waiting
                 * on us, or the quiesce thread has handed off a txg to
                 * us, or we have reached our timeout.
                 */
                timer = (delta >= timeout ? 0 : timeout - delta);
-               while ((dp->dp_scrub_func == SCRUB_FUNC_NONE ||
-                   spa_shutting_down(dp->dp_spa)) &&
+               while (!dsl_scan_active(dp->dp_scan) &&
                    !tx->tx_exiting && timer > 0 &&
                    tx->tx_synced_txg >= tx->tx_sync_txg_waiting &&
-                   tx->tx_quiesced_txg == 0) {
+                   !txg_has_quiesced_to_sync(dp) &&
+                   dp->dp_dirty_total < dirty_min_bytes) {
                        dprintf("waiting; tx_synced=%llu waiting=%llu dp=%p\n",
                            tx->tx_synced_txg, tx->tx_sync_txg_waiting, dp);
                        txg_thread_wait(tx, &cpr, &tx->tx_sync_more_cv, timer);
-                       delta = lbolt - start;
+                       delta = ddi_get_lbolt() - start;
                        timer = (delta > timeout ? 0 : timeout - delta);
                }
 
@@ -314,7 +542,7 @@ txg_sync_thread(dsl_pool_t *dp)
                 * Wait until the quiesce thread hands off a txg to us,
                 * prompting it to do so if necessary.
                 */
-               while (!tx->tx_exiting && tx->tx_quiesced_txg == 0) {
+               while (!tx->tx_exiting && !txg_has_quiesced_to_sync(dp)) {
                        if (tx->tx_quiesce_txg_waiting < tx->tx_open_txg+1)
                                tx->tx_quiesce_txg_waiting = tx->tx_open_txg+1;
                        cv_broadcast(&tx->tx_quiesce_more_cv);
@@ -324,39 +552,45 @@ txg_sync_thread(dsl_pool_t *dp)
                if (tx->tx_exiting)
                        txg_thread_exit(tx, &cpr, &tx->tx_sync_thread);
 
-               rw_enter(&tx->tx_suspend, RW_WRITER);
-
                /*
                 * Consume the quiesced txg which has been handed off to
                 * us.  This may cause the quiescing thread to now be
                 * able to quiesce another txg, so we must signal it.
                 */
+               ASSERT(tx->tx_quiesced_txg != 0);
                txg = tx->tx_quiesced_txg;
                tx->tx_quiesced_txg = 0;
                tx->tx_syncing_txg = txg;
+               DTRACE_PROBE2(txg__syncing, dsl_pool_t *, dp, uint64_t, txg);
                cv_broadcast(&tx->tx_quiesce_more_cv);
-               rw_exit(&tx->tx_suspend);
 
                dprintf("txg=%llu quiesce_txg=%llu sync_txg=%llu\n",
                    txg, tx->tx_quiesce_txg_waiting, tx->tx_sync_txg_waiting);
                mutex_exit(&tx->tx_sync_lock);
 
-               start = lbolt;
-               spa_sync(dp->dp_spa, txg);
-               delta = lbolt - start;
+               txg_stat_t *ts = spa_txg_history_init_io(spa, txg, dp);
+               start = ddi_get_lbolt();
+               spa_sync(spa, txg);
+               delta = ddi_get_lbolt() - start;
+               spa_txg_history_fini_io(spa, ts);
 
                mutex_enter(&tx->tx_sync_lock);
-               rw_enter(&tx->tx_suspend, RW_WRITER);
                tx->tx_synced_txg = txg;
                tx->tx_syncing_txg = 0;
-               rw_exit(&tx->tx_suspend);
+               DTRACE_PROBE2(txg__synced, dsl_pool_t *, dp, uint64_t, txg);
                cv_broadcast(&tx->tx_sync_done_cv);
+
+               /*
+                * Dispatch commit callbacks to worker threads.
+                */
+               txg_dispatch_callbacks(dp, txg);
        }
 }
 
 static void
-txg_quiesce_thread(dsl_pool_t *dp)
+txg_quiesce_thread(void *arg)
 {
+       dsl_pool_t *dp = arg;
        tx_state_t *tx = &dp->dp_tx;
        callb_cpr_t cpr;
 
@@ -374,7 +608,7 @@ txg_quiesce_thread(dsl_pool_t *dp)
                 */
                while (!tx->tx_exiting &&
                    (tx->tx_open_txg >= tx->tx_quiesce_txg_waiting ||
-                   tx->tx_quiesced_txg != 0))
+                   txg_has_quiesced_to_sync(dp)))
                        txg_thread_wait(tx, &cpr, &tx->tx_quiesce_more_cv, 0);
 
                if (tx->tx_exiting)
@@ -384,6 +618,8 @@ txg_quiesce_thread(dsl_pool_t *dp)
                dprintf("txg=%llu quiesce_txg=%llu sync_txg=%llu\n",
                    txg, tx->tx_quiesce_txg_waiting,
                    tx->tx_sync_txg_waiting);
+               tx->tx_quiescing_txg = txg;
+
                mutex_exit(&tx->tx_sync_lock);
                txg_quiesce(dp, txg);
                mutex_enter(&tx->tx_sync_lock);
@@ -392,24 +628,26 @@ txg_quiesce_thread(dsl_pool_t *dp)
                 * Hand this txg off to the sync thread.
                 */
                dprintf("quiesce done, handing off txg %llu\n", txg);
+               tx->tx_quiescing_txg = 0;
                tx->tx_quiesced_txg = txg;
+               DTRACE_PROBE2(txg__quiesced, dsl_pool_t *, dp, uint64_t, txg);
                cv_broadcast(&tx->tx_sync_more_cv);
                cv_broadcast(&tx->tx_quiesce_done_cv);
        }
 }
 
 /*
- * Delay this thread by 'ticks' if we are still in the open transaction
- * group and there is already a waiting txg quiesing or quiesced.  Abort
- * the delay if this txg stalls or enters the quiesing state.
+ * Delay this thread by delay nanoseconds if we are still in the open
+ * transaction group and there is already a waiting txg quiescing or quiesced.
+ * Abort the delay if this txg stalls or enters the quiescing state.
  */
 void
-txg_delay(dsl_pool_t *dp, uint64_t txg, int ticks)
+txg_delay(dsl_pool_t *dp, uint64_t txg, hrtime_t delay, hrtime_t resolution)
 {
        tx_state_t *tx = &dp->dp_tx;
-       int timeout = lbolt + ticks;
+       hrtime_t start = gethrtime();
 
-       /* don't delay if this txg could transition to quiesing immediately */
+       /* don't delay if this txg could transition to quiescing immediately */
        if (tx->tx_open_txg > txg ||
            tx->tx_syncing_txg == txg-1 || tx->tx_synced_txg == txg-1)
                return;
@@ -420,53 +658,128 @@ txg_delay(dsl_pool_t *dp, uint64_t txg, int ticks)
                return;
        }
 
-       while (lbolt < timeout &&
-           tx->tx_syncing_txg < txg-1 && !txg_stalled(dp))
-               (void) cv_timedwait(&tx->tx_quiesce_more_cv, &tx->tx_sync_lock,
-                   timeout);
+       while (gethrtime() - start < delay &&
+           tx->tx_syncing_txg < txg-1 && !txg_stalled(dp)) {
+               (void) cv_timedwait_hires(&tx->tx_quiesce_more_cv,
+                   &tx->tx_sync_lock, delay, resolution, 0);
+       }
+
+       DMU_TX_STAT_BUMP(dmu_tx_delay);
 
        mutex_exit(&tx->tx_sync_lock);
 }
 
-void
-txg_wait_synced(dsl_pool_t *dp, uint64_t txg)
+static boolean_t
+txg_wait_synced_impl(dsl_pool_t *dp, uint64_t txg, boolean_t wait_sig)
 {
        tx_state_t *tx = &dp->dp_tx;
 
+       ASSERT(!dsl_pool_config_held(dp));
+
        mutex_enter(&tx->tx_sync_lock);
-       ASSERT(tx->tx_threads == 2);
+       ASSERT3U(tx->tx_threads, ==, 2);
        if (txg == 0)
-               txg = tx->tx_open_txg;
+               txg = tx->tx_open_txg + TXG_DEFER_SIZE;
        if (tx->tx_sync_txg_waiting < txg)
                tx->tx_sync_txg_waiting = txg;
        dprintf("txg=%llu quiesce_txg=%llu sync_txg=%llu\n",
            txg, tx->tx_quiesce_txg_waiting, tx->tx_sync_txg_waiting);
        while (tx->tx_synced_txg < txg) {
                dprintf("broadcasting sync more "
-                   "tx_synced=%llu waiting=%llu dp=%p\n",
+                   "tx_synced=%llu waiting=%llu dp=%px\n",
                    tx->tx_synced_txg, tx->tx_sync_txg_waiting, dp);
                cv_broadcast(&tx->tx_sync_more_cv);
-               cv_wait(&tx->tx_sync_done_cv, &tx->tx_sync_lock);
+               if (wait_sig) {
+                       /*
+                        * Condition wait here but stop if the thread receives a
+                        * signal. The caller may call txg_wait_synced*() again
+                        * to resume waiting for this txg.
+                        */
+                       if (cv_wait_io_sig(&tx->tx_sync_done_cv,
+                           &tx->tx_sync_lock) == 0) {
+                               mutex_exit(&tx->tx_sync_lock);
+                               return (B_TRUE);
+                       }
+               } else {
+                       cv_wait_io(&tx->tx_sync_done_cv, &tx->tx_sync_lock);
+               }
        }
        mutex_exit(&tx->tx_sync_lock);
+       return (B_FALSE);
+}
+
+void
+txg_wait_synced(dsl_pool_t *dp, uint64_t txg)
+{
+       VERIFY0(txg_wait_synced_impl(dp, txg, B_FALSE));
+}
+
+/*
+ * Similar to a txg_wait_synced but it can be interrupted from a signal.
+ * Returns B_TRUE if the thread was signaled while waiting.
+ */
+boolean_t
+txg_wait_synced_sig(dsl_pool_t *dp, uint64_t txg)
+{
+       return (txg_wait_synced_impl(dp, txg, B_TRUE));
 }
 
+/*
+ * Wait for the specified open transaction group.  Set should_quiesce
+ * when the current open txg should be quiesced immediately.
+ */
 void
-txg_wait_open(dsl_pool_t *dp, uint64_t txg)
+txg_wait_open(dsl_pool_t *dp, uint64_t txg, boolean_t should_quiesce)
 {
        tx_state_t *tx = &dp->dp_tx;
 
+       ASSERT(!dsl_pool_config_held(dp));
+
        mutex_enter(&tx->tx_sync_lock);
-       ASSERT(tx->tx_threads == 2);
+       ASSERT3U(tx->tx_threads, ==, 2);
        if (txg == 0)
                txg = tx->tx_open_txg + 1;
-       if (tx->tx_quiesce_txg_waiting < txg)
+       if (tx->tx_quiesce_txg_waiting < txg && should_quiesce)
                tx->tx_quiesce_txg_waiting = txg;
        dprintf("txg=%llu quiesce_txg=%llu sync_txg=%llu\n",
            txg, tx->tx_quiesce_txg_waiting, tx->tx_sync_txg_waiting);
        while (tx->tx_open_txg < txg) {
                cv_broadcast(&tx->tx_quiesce_more_cv);
-               cv_wait(&tx->tx_quiesce_done_cv, &tx->tx_sync_lock);
+               /*
+                * Callers setting should_quiesce will use cv_wait_io() and
+                * be accounted for as iowait time.  Otherwise, the caller is
+                * understood to be idle and cv_wait_sig() is used to prevent
+                * incorrectly inflating the system load average.
+                */
+               if (should_quiesce == B_TRUE) {
+                       cv_wait_io(&tx->tx_quiesce_done_cv, &tx->tx_sync_lock);
+               } else {
+                       cv_wait_idle(&tx->tx_quiesce_done_cv,
+                           &tx->tx_sync_lock);
+               }
+       }
+       mutex_exit(&tx->tx_sync_lock);
+}
+
+/*
+ * If there isn't a txg syncing or in the pipeline, push another txg through
+ * the pipeline by quiescing the open txg.
+ */
+void
+txg_kick(dsl_pool_t *dp)
+{
+       tx_state_t *tx = &dp->dp_tx;
+
+       ASSERT(!dsl_pool_config_held(dp));
+
+       mutex_enter(&tx->tx_sync_lock);
+       if (!txg_is_syncing(dp) &&
+           !txg_is_quiescing(dp) &&
+           tx->tx_quiesce_txg_waiting <= tx->tx_open_txg &&
+           tx->tx_sync_txg_waiting <= tx->tx_synced_txg &&
+           tx->tx_quiesced_txg <= tx->tx_synced_txg) {
+               tx->tx_quiesce_txg_waiting = tx->tx_open_txg + 1;
+               cv_broadcast(&tx->tx_quiesce_more_cv);
        }
        mutex_exit(&tx->tx_sync_lock);
 }
@@ -487,75 +800,143 @@ txg_sync_waiting(dsl_pool_t *dp)
            tx->tx_quiesced_txg != 0);
 }
 
+/*
+ * Verify that this txg is active (open, quiescing, syncing).  Non-active
+ * txg's should not be manipulated.
+ */
+#ifdef ZFS_DEBUG
 void
-txg_suspend(dsl_pool_t *dp)
-{
-       tx_state_t *tx = &dp->dp_tx;
-       /* XXX some code paths suspend when they are already suspended! */
-       rw_enter(&tx->tx_suspend, RW_READER);
-}
-
-void
-txg_resume(dsl_pool_t *dp)
+txg_verify(spa_t *spa, uint64_t txg)
 {
-       tx_state_t *tx = &dp->dp_tx;
-       rw_exit(&tx->tx_suspend);
+       dsl_pool_t *dp __maybe_unused = spa_get_dsl(spa);
+       if (txg <= TXG_INITIAL || txg == ZILTEST_TXG)
+               return;
+       ASSERT3U(txg, <=, dp->dp_tx.tx_open_txg);
+       ASSERT3U(txg, >=, dp->dp_tx.tx_synced_txg);
+       ASSERT3U(txg, >=, dp->dp_tx.tx_open_txg - TXG_CONCURRENT_STATES);
 }
+#endif
 
 /*
  * Per-txg object lists.
  */
 void
-txg_list_create(txg_list_t *tl, size_t offset)
+txg_list_create(txg_list_t *tl, spa_t *spa, size_t offset)
 {
        int t;
 
        mutex_init(&tl->tl_lock, NULL, MUTEX_DEFAULT, NULL);
 
        tl->tl_offset = offset;
+       tl->tl_spa = spa;
 
        for (t = 0; t < TXG_SIZE; t++)
                tl->tl_head[t] = NULL;
 }
 
+static boolean_t
+txg_list_empty_impl(txg_list_t *tl, uint64_t txg)
+{
+       ASSERT(MUTEX_HELD(&tl->tl_lock));
+       TXG_VERIFY(tl->tl_spa, txg);
+       return (tl->tl_head[txg & TXG_MASK] == NULL);
+}
+
+boolean_t
+txg_list_empty(txg_list_t *tl, uint64_t txg)
+{
+       mutex_enter(&tl->tl_lock);
+       boolean_t ret = txg_list_empty_impl(tl, txg);
+       mutex_exit(&tl->tl_lock);
+
+       return (ret);
+}
+
 void
 txg_list_destroy(txg_list_t *tl)
 {
        int t;
 
+       mutex_enter(&tl->tl_lock);
        for (t = 0; t < TXG_SIZE; t++)
-               ASSERT(txg_list_empty(tl, t));
+               ASSERT(txg_list_empty_impl(tl, t));
+       mutex_exit(&tl->tl_lock);
 
        mutex_destroy(&tl->tl_lock);
 }
 
-int
-txg_list_empty(txg_list_t *tl, uint64_t txg)
+/*
+ * Returns true if all txg lists are empty.
+ *
+ * Warning: this is inherently racy (an item could be added immediately
+ * after this function returns).
+ */
+boolean_t
+txg_all_lists_empty(txg_list_t *tl)
 {
-       return (tl->tl_head[txg & TXG_MASK] == NULL);
+       mutex_enter(&tl->tl_lock);
+       for (int i = 0; i < TXG_SIZE; i++) {
+               if (!txg_list_empty_impl(tl, i)) {
+                       mutex_exit(&tl->tl_lock);
+                       return (B_FALSE);
+               }
+       }
+       mutex_exit(&tl->tl_lock);
+       return (B_TRUE);
 }
 
 /*
- * Add an entry to the list.
- * Returns 0 if it's a new entry, 1 if it's already there.
+ * Add an entry to the list (unless it's already on the list).
+ * Returns B_TRUE if it was actually added.
  */
-int
+boolean_t
 txg_list_add(txg_list_t *tl, void *p, uint64_t txg)
 {
        int t = txg & TXG_MASK;
        txg_node_t *tn = (txg_node_t *)((char *)p + tl->tl_offset);
-       int already_on_list;
+       boolean_t add;
 
+       TXG_VERIFY(tl->tl_spa, txg);
        mutex_enter(&tl->tl_lock);
-       already_on_list = tn->tn_member[t];
-       if (!already_on_list) {
+       add = (tn->tn_member[t] == 0);
+       if (add) {
                tn->tn_member[t] = 1;
                tn->tn_next[t] = tl->tl_head[t];
                tl->tl_head[t] = tn;
        }
        mutex_exit(&tl->tl_lock);
 
-       return (already_on_list);
+       return (add);
+}
+
+/*
+ * Add an entry to the end of the list, unless it's already on the list.
+ * (walks list to find end)
+ * Returns B_TRUE if it was actually added.
+ */
+boolean_t
+txg_list_add_tail(txg_list_t *tl, void *p, uint64_t txg)
+{
+       int t = txg & TXG_MASK;
+       txg_node_t *tn = (txg_node_t *)((char *)p + tl->tl_offset);
+       boolean_t add;
+
+       TXG_VERIFY(tl->tl_spa, txg);
+       mutex_enter(&tl->tl_lock);
+       add = (tn->tn_member[t] == 0);
+       if (add) {
+               txg_node_t **tp;
+
+               for (tp = &tl->tl_head[t]; *tp != NULL; tp = &(*tp)->tn_next[t])
+                       continue;
+
+               tn->tn_member[t] = 1;
+               tn->tn_next[t] = NULL;
+               *tp = tn;
+       }
+       mutex_exit(&tl->tl_lock);
+
+       return (add);
 }
 
 /*
@@ -568,8 +949,11 @@ txg_list_remove(txg_list_t *tl, uint64_t txg)
        txg_node_t *tn;
        void *p = NULL;
 
+       TXG_VERIFY(tl->tl_spa, txg);
        mutex_enter(&tl->tl_lock);
        if ((tn = tl->tl_head[t]) != NULL) {
+               ASSERT(tn->tn_member[t]);
+               ASSERT(tn->tn_next[t] == NULL || tn->tn_next[t]->tn_member[t]);
                p = (char *)tn - tl->tl_offset;
                tl->tl_head[t] = tn->tn_next[t];
                tn->tn_next[t] = NULL;
@@ -589,6 +973,7 @@ txg_list_remove_this(txg_list_t *tl, void *p, uint64_t txg)
        int t = txg & TXG_MASK;
        txg_node_t *tn, **tp;
 
+       TXG_VERIFY(tl->tl_spa, txg);
        mutex_enter(&tl->tl_lock);
 
        for (tp = &tl->tl_head[t]; (tn = *tp) != NULL; tp = &tn->tn_next[t]) {
@@ -606,24 +991,30 @@ txg_list_remove_this(txg_list_t *tl, void *p, uint64_t txg)
        return (NULL);
 }
 
-int
+boolean_t
 txg_list_member(txg_list_t *tl, void *p, uint64_t txg)
 {
        int t = txg & TXG_MASK;
        txg_node_t *tn = (txg_node_t *)((char *)p + tl->tl_offset);
 
-       return (tn->tn_member[t]);
+       TXG_VERIFY(tl->tl_spa, txg);
+       return (tn->tn_member[t] != 0);
 }
 
 /*
- * Walk a txg list -- only safe if you know it's not changing.
+ * Walk a txg list
  */
 void *
 txg_list_head(txg_list_t *tl, uint64_t txg)
 {
        int t = txg & TXG_MASK;
-       txg_node_t *tn = tl->tl_head[t];
+       txg_node_t *tn;
 
+       mutex_enter(&tl->tl_lock);
+       tn = tl->tl_head[t];
+       mutex_exit(&tl->tl_lock);
+
+       TXG_VERIFY(tl->tl_spa, txg);
        return (tn == NULL ? NULL : (char *)tn - tl->tl_offset);
 }
 
@@ -633,7 +1024,31 @@ txg_list_next(txg_list_t *tl, void *p, uint64_t txg)
        int t = txg & TXG_MASK;
        txg_node_t *tn = (txg_node_t *)((char *)p + tl->tl_offset);
 
+       TXG_VERIFY(tl->tl_spa, txg);
+
+       mutex_enter(&tl->tl_lock);
        tn = tn->tn_next[t];
+       mutex_exit(&tl->tl_lock);
 
        return (tn == NULL ? NULL : (char *)tn - tl->tl_offset);
 }
+
+EXPORT_SYMBOL(txg_init);
+EXPORT_SYMBOL(txg_fini);
+EXPORT_SYMBOL(txg_sync_start);
+EXPORT_SYMBOL(txg_sync_stop);
+EXPORT_SYMBOL(txg_hold_open);
+EXPORT_SYMBOL(txg_rele_to_quiesce);
+EXPORT_SYMBOL(txg_rele_to_sync);
+EXPORT_SYMBOL(txg_register_callbacks);
+EXPORT_SYMBOL(txg_delay);
+EXPORT_SYMBOL(txg_wait_synced);
+EXPORT_SYMBOL(txg_wait_open);
+EXPORT_SYMBOL(txg_wait_callbacks);
+EXPORT_SYMBOL(txg_stalled);
+EXPORT_SYMBOL(txg_sync_waiting);
+
+/* BEGIN CSTYLED */
+ZFS_MODULE_PARAM(zfs_txg, zfs_txg_, timeout, INT, ZMOD_RW,
+       "Max seconds worth of delta per txg");
+/* END CSTYLED */