]> git.proxmox.com Git - mirror_zfs.git/blobdiff - module/zfs/zthr.c
Fix typo/etc in module/zfs/zfs_ctldir.c
[mirror_zfs.git] / module / zfs / zthr.c
index dc0f6d98349597daf489578c919c21d223dffafc..532e8ce0f8a257ab0cb5ff6df88c8b30ef796511 100644 (file)
@@ -14,7 +14,7 @@
  */
 
 /*
- * Copyright (c) 2017 by Delphix. All rights reserved.
+ * Copyright (c) 2017, 2019 by Delphix. All rights reserved.
  */
 
 /*
@@ -28,7 +28,7 @@
  *
  * 1] The operation needs to run over multiple txgs.
  * 2] There is be a single point of reference in memory or on disk that
- *    indicates whether the operation should run/is running or is
+ *    indicates whether the operation should run/is running or has
  *    stopped.
  *
  * If the operation satisfies the above then the following rules guarantee
  * 3] When the zthr is done, it changes the indicator to stopped, allowing
  *    a new cycle to start.
  *
+ * Besides being awakened by other threads, a zthr can be configured
+ * during creation to wakeup on its own after a specified interval
+ * [see zthr_create_timer()].
+ *
+ * Note: ZTHR threads are NOT a replacement for generic threads! Please
+ * ensure that they fit your use-case well before using them.
+ *
  * == ZTHR creation
  *
  * Every zthr needs three inputs to start running:
  * 2] A user-defined ZTHR function (func) which the zthr executes when
  *    it is not sleeping. The function should adhere to the following
  *    signature type:
- *    int func_name(void *args, zthr_t *t);
+ *    void func_name(void *args, zthr_t *t);
  *
  * 3] A void args pointer that will be passed to checkfunc and func
  *    implicitly by the infrastructure.
  *
  * The reason why the above API needs two different functions,
  * instead of one that both checks and does the work, has to do with
- * the zthr's internal lock (zthr_lock) and the allowed cancellation
- * windows. We want to hold the zthr_lock while running checkfunc
- * but not while running func. This way the zthr can be cancelled
- * while doing work and not while checking for work.
+ * the zthr's internal state lock (zthr_state_lock) and the allowed
+ * cancellation windows. We want to hold the zthr_state_lock while
+ * running checkfunc but not while running func. This way the zthr
+ * can be cancelled while doing work and not while checking for work.
  *
  * To start a zthr:
  *     zthr_t *zthr_pointer = zthr_create(checkfunc, func, args);
+ * or
+ *     zthr_t *zthr_pointer = zthr_create_timer(checkfunc, func,
+ *         args, max_sleep);
  *
  * After that you should be able to wakeup, cancel, and resume the
- * zthr from another thread using zthr_pointer.
+ * zthr from another thread using the zthr_pointer.
  *
  * NOTE: ZTHR threads could potentially wake up spuriously and the
  * user should take this into account when writing a checkfunc.
  * [see ZTHR state transitions]
  *
- * == ZTHR cancellation
+ * == ZTHR wakeup
+ *
+ * ZTHR wakeup should be used when new work is added for the zthr. The
+ * sleeping zthr will wakeup, see that it has more work to complete
+ * and proceed. This can be invoked from open or syncing context.
+ *
+ * To wakeup a zthr:
+ *     zthr_wakeup(zthr_t *t)
+ *
+ * == ZTHR cancellation and resumption
  *
  * ZTHR threads must be cancelled when their SPA is being exported
  * or when they need to be paused so they don't interfere with other
  * To resume it:
  *     zthr_resume(zthr_pointer);
  *
+ * ZTHR cancel and resume should be invoked in open context during the
+ * lifecycle of the pool as it is imported, exported or destroyed.
+ *
  * A zthr will implicitly check if it has received a cancellation
- * signal every time func returns and everytime it wakes up [see ZTHR
- * state transitions below].
+ * signal every time func returns and every time it wakes up [see
+ * ZTHR state transitions below].
  *
  * At times, waiting for the zthr's func to finish its job may take
  * time. This may be very time-consuming for some operations that
  *     while (!work_done && !zthr_iscancelled(t)) {
  *         ... <do more work> ...
  *     }
- *     return (0);
  * }
  *
- * == ZTHR exit
- *
- * For the rare cases where the zthr wants to stop running voluntarily
- * while running its ZTHR function (func), we provide zthr_exit().
- * When a zthr has voluntarily stopped running, it can be resumed with
- * zthr_resume(), just like it would if it was cancelled by some other
- * thread.
- *
  * == ZTHR cleanup
  *
  * Cancelling a zthr doesn't clean up its metadata (internal locks,
  *      v
  *   zthr stopped running
  *
+ * == Implementation of ZTHR requests
+ *
+ * ZTHR cancel and resume are requests on a zthr to change its
+ * internal state. These requests are serialized using the
+ * zthr_request_lock, while changes in its internal state are
+ * protected by the zthr_state_lock. A request will first acquire
+ * the zthr_request_lock and then immediately acquire the
+ * zthr_state_lock. We do this so that incoming requests are
+ * serialized using the request lock, while still allowing us
+ * to use the state lock for thread communication via zthr_cv.
+ *
+ * ZTHR wakeup broadcasts to zthr_cv, causing sleeping threads
+ * to wakeup. It acquires the zthr_state_lock but not the
+ * zthr_request_lock, so that a wakeup on a zthr in the middle
+ * of being cancelled will not block.
  */
 
 #include <sys/zfs_context.h>
 #include <sys/zthr.h>
 
-void
-zthr_exit(zthr_t *t, int rc)
-{
-       ASSERT3P(t->zthr_thread, ==, curthread);
-       mutex_enter(&t->zthr_lock);
-       t->zthr_thread = NULL;
-       t->zthr_rc = rc;
-       cv_broadcast(&t->zthr_cv);
-       mutex_exit(&t->zthr_lock);
-       thread_exit();
-}
+struct zthr {
+       /* running thread doing the work */
+       kthread_t       *zthr_thread;
+
+       /* lock protecting internal data & invariants */
+       kmutex_t        zthr_state_lock;
+
+       /* mutex that serializes external requests */
+       kmutex_t        zthr_request_lock;
+
+       /* notification mechanism for requests */
+       kcondvar_t      zthr_cv;
+
+       /* flag set to true if we are canceling the zthr */
+       boolean_t       zthr_cancel;
+
+       /*
+        * maximum amount of time that the zthr is spent sleeping;
+        * if this is 0, the thread doesn't wake up until it gets
+        * signaled.
+        */
+       hrtime_t        zthr_wait_time;
+
+       /* consumer-provided callbacks & data */
+       zthr_checkfunc_t        *zthr_checkfunc;
+       zthr_func_t     *zthr_func;
+       void            *zthr_arg;
+};
 
 static void
 zthr_procedure(void *arg)
 {
        zthr_t *t = arg;
-       int rc = 0;
 
-       mutex_enter(&t->zthr_lock);
+       mutex_enter(&t->zthr_state_lock);
+       ASSERT3P(t->zthr_thread, ==, curthread);
+
        while (!t->zthr_cancel) {
                if (t->zthr_checkfunc(t->zthr_arg, t)) {
-                       mutex_exit(&t->zthr_lock);
-                       rc = t->zthr_func(t->zthr_arg, t);
-                       mutex_enter(&t->zthr_lock);
+                       mutex_exit(&t->zthr_state_lock);
+                       t->zthr_func(t->zthr_arg, t);
+                       mutex_enter(&t->zthr_state_lock);
                } else {
-                       /* go to sleep */
-                       cv_wait_sig(&t->zthr_cv, &t->zthr_lock);
+                       /*
+                        * cv_wait_sig() is used instead of cv_wait() in
+                        * order to prevent this process from incorrectly
+                        * contributing to the system load average when idle.
+                        */
+                       if (t->zthr_wait_time == 0) {
+                               cv_wait_sig(&t->zthr_cv, &t->zthr_state_lock);
+                       } else {
+                               (void) cv_timedwait_sig_hires(&t->zthr_cv,
+                                   &t->zthr_state_lock, t->zthr_wait_time,
+                                   MSEC2NSEC(1), 0);
+                       }
                }
        }
-       mutex_exit(&t->zthr_lock);
 
-       zthr_exit(t, rc);
+       /*
+        * Clear out the kernel thread metadata and notify the
+        * zthr_cancel() thread that we've stopped running.
+        */
+       t->zthr_thread = NULL;
+       t->zthr_cancel = B_FALSE;
+       cv_broadcast(&t->zthr_cv);
+
+       mutex_exit(&t->zthr_state_lock);
+       thread_exit();
 }
 
 zthr_t *
 zthr_create(zthr_checkfunc_t *checkfunc, zthr_func_t *func, void *arg)
+{
+       return (zthr_create_timer(checkfunc, func, arg, (hrtime_t)0));
+}
+
+/*
+ * Create a zthr with specified maximum sleep time.  If the time
+ * in sleeping state exceeds max_sleep, a wakeup(do the check and
+ * start working if required) will be triggered.
+ */
+zthr_t *
+zthr_create_timer(zthr_checkfunc_t *checkfunc, zthr_func_t *func,
+    void *arg, hrtime_t max_sleep)
 {
        zthr_t *t = kmem_zalloc(sizeof (*t), KM_SLEEP);
-       mutex_init(&t->zthr_lock, NULL, MUTEX_DEFAULT, NULL);
+       mutex_init(&t->zthr_state_lock, NULL, MUTEX_DEFAULT, NULL);
+       mutex_init(&t->zthr_request_lock, NULL, MUTEX_DEFAULT, NULL);
        cv_init(&t->zthr_cv, NULL, CV_DEFAULT, NULL);
 
-       mutex_enter(&t->zthr_lock);
+       mutex_enter(&t->zthr_state_lock);
        t->zthr_checkfunc = checkfunc;
        t->zthr_func = func;
        t->zthr_arg = arg;
+       t->zthr_wait_time = max_sleep;
 
        t->zthr_thread = thread_create(NULL, 0, zthr_procedure, t,
            0, &p0, TS_RUN, minclsyspri);
-       mutex_exit(&t->zthr_lock);
+       mutex_exit(&t->zthr_state_lock);
 
        return (t);
 }
@@ -219,73 +297,132 @@ zthr_create(zthr_checkfunc_t *checkfunc, zthr_func_t *func, void *arg)
 void
 zthr_destroy(zthr_t *t)
 {
+       ASSERT(!MUTEX_HELD(&t->zthr_state_lock));
+       ASSERT(!MUTEX_HELD(&t->zthr_request_lock));
        VERIFY3P(t->zthr_thread, ==, NULL);
-       mutex_destroy(&t->zthr_lock);
+       mutex_destroy(&t->zthr_request_lock);
+       mutex_destroy(&t->zthr_state_lock);
        cv_destroy(&t->zthr_cv);
        kmem_free(t, sizeof (*t));
 }
 
 /*
- * Note: If the zthr is not sleeping and misses the wakeup
- * (e.g it is running its ZTHR function), it will check if
- * there is work to do before going to sleep using its checker
- * function [see ZTHR state transition in ZTHR block comment].
- * Thus, missing the wakeup still yields the expected behavior.
+ * Wake up the zthr if it is sleeping. If the thread has been cancelled
+ * or is in the process of being cancelled, this is a no-op.
  */
 void
 zthr_wakeup(zthr_t *t)
 {
-       ASSERT3P(t->zthr_thread, !=, NULL);
+       mutex_enter(&t->zthr_state_lock);
 
-       mutex_enter(&t->zthr_lock);
+       /*
+        * There are 5 states that we can find the zthr when issuing
+        * this broadcast:
+        *
+        * [1] The common case of the thread being asleep, at which
+        *     point the broadcast will wake it up.
+        * [2] The thread has been cancelled. Waking up a cancelled
+        *     thread is a no-op. Any work that is still left to be
+        *     done should be handled the next time the thread is
+        *     resumed.
+        * [3] The thread is doing work and is already up, so this
+        *     is basically a no-op.
+        * [4] The thread was just created/resumed, in which case the
+        *     behavior is similar to [3].
+        * [5] The thread is in the middle of being cancelled, which
+        *     will be a no-op.
+        */
        cv_broadcast(&t->zthr_cv);
-       mutex_exit(&t->zthr_lock);
+
+       mutex_exit(&t->zthr_state_lock);
 }
 
 /*
- * Note: If the zthr is not running (e.g. has been cancelled
- * already), this is a no-op.
+ * Sends a cancel request to the zthr and blocks until the zthr is
+ * cancelled. If the zthr is not running (e.g. has been cancelled
+ * already), this is a no-op. Note that this function should not be
+ * called from syncing context as it could deadlock with the zthr_func.
  */
-int
+void
 zthr_cancel(zthr_t *t)
 {
-       int rc = 0;
+       mutex_enter(&t->zthr_request_lock);
+       mutex_enter(&t->zthr_state_lock);
 
-       mutex_enter(&t->zthr_lock);
+       /*
+        * Since we are holding the zthr_state_lock at this point
+        * we can find the state in one of the following 4 states:
+        *
+        * [1] The thread has already been cancelled, therefore
+        *     there is nothing for us to do.
+        * [2] The thread is sleeping, so we broadcast the CV first
+        *     to wake it up and then we set the flag and we are
+        *     waiting for it to exit.
+        * [3] The thread is doing work, in which case we just set
+        *     the flag and wait for it to finish.
+        * [4] The thread was just created/resumed, in which case
+        *     the behavior is similar to [3].
+        *
+        * Since requests are serialized, by the time that we get
+        * control back we expect that the zthr is cancelled and
+        * not running anymore.
+        */
+       if (t->zthr_thread != NULL) {
+               t->zthr_cancel = B_TRUE;
 
-       /* broadcast in case the zthr is sleeping */
-       cv_broadcast(&t->zthr_cv);
+               /* broadcast in case the zthr is sleeping */
+               cv_broadcast(&t->zthr_cv);
 
-       t->zthr_cancel = B_TRUE;
-       while (t->zthr_thread != NULL)
-               cv_wait(&t->zthr_cv, &t->zthr_lock);
-       t->zthr_cancel = B_FALSE;
-       rc = t->zthr_rc;
-       mutex_exit(&t->zthr_lock);
+               while (t->zthr_thread != NULL)
+                       cv_wait(&t->zthr_cv, &t->zthr_state_lock);
 
-       return (rc);
+               ASSERT(!t->zthr_cancel);
+       }
+
+       mutex_exit(&t->zthr_state_lock);
+       mutex_exit(&t->zthr_request_lock);
 }
 
+/*
+ * Sends a resume request to the supplied zthr. If the zthr is already
+ * running this is a no-op. Note that this function should not be
+ * called from syncing context as it could deadlock with the zthr_func.
+ */
 void
 zthr_resume(zthr_t *t)
 {
-       ASSERT3P(t->zthr_thread, ==, NULL);
-
-       mutex_enter(&t->zthr_lock);
+       mutex_enter(&t->zthr_request_lock);
+       mutex_enter(&t->zthr_state_lock);
 
        ASSERT3P(&t->zthr_checkfunc, !=, NULL);
        ASSERT3P(&t->zthr_func, !=, NULL);
        ASSERT(!t->zthr_cancel);
 
-       t->zthr_thread = thread_create(NULL, 0, zthr_procedure, t,
-           0, &p0, TS_RUN, minclsyspri);
+       /*
+        * There are 4 states that we find the zthr in at this point
+        * given the locks that we hold:
+        *
+        * [1] The zthr was cancelled, so we spawn a new thread for
+        *     the zthr (common case).
+        * [2] The zthr is running at which point this is a no-op.
+        * [3] The zthr is sleeping at which point this is a no-op.
+        * [4] The zthr was just spawned at which point this is a
+        *     no-op.
+        */
+       if (t->zthr_thread == NULL) {
+               t->zthr_thread = thread_create(NULL, 0, zthr_procedure, t,
+                   0, &p0, TS_RUN, minclsyspri);
+       }
 
-       mutex_exit(&t->zthr_lock);
+       mutex_exit(&t->zthr_state_lock);
+       mutex_exit(&t->zthr_request_lock);
 }
 
 /*
  * This function is intended to be used by the zthr itself
- * to check if another thread has signal it to stop running.
+ * (specifically the zthr_func callback provided) to check
+ * if another thread has signaled it to stop running before
+ * doing some expensive operation.
  *
  * returns TRUE if we are in the middle of trying to cancel
  *     this thread.
@@ -295,25 +432,22 @@ zthr_resume(zthr_t *t)
 boolean_t
 zthr_iscancelled(zthr_t *t)
 {
-       boolean_t cancelled;
-
        ASSERT3P(t->zthr_thread, ==, curthread);
 
-       mutex_enter(&t->zthr_lock);
-       cancelled = t->zthr_cancel;
-       mutex_exit(&t->zthr_lock);
-
+       /*
+        * The majority of the functions here grab zthr_request_lock
+        * first and then zthr_state_lock. This function only grabs
+        * the zthr_state_lock. That is because this function should
+        * only be called from the zthr_func to check if someone has
+        * issued a zthr_cancel() on the thread. If there is a zthr_cancel()
+        * happening concurrently, attempting to grab the request lock
+        * here would result in a deadlock.
+        *
+        * By grabbing only the zthr_state_lock this function is allowed
+        * to run concurrently with a zthr_cancel() request.
+        */
+       mutex_enter(&t->zthr_state_lock);
+       boolean_t cancelled = t->zthr_cancel;
+       mutex_exit(&t->zthr_state_lock);
        return (cancelled);
 }
-
-boolean_t
-zthr_isrunning(zthr_t *t)
-{
-       boolean_t running;
-
-       mutex_enter(&t->zthr_lock);
-       running = (t->zthr_thread != NULL);
-       mutex_exit(&t->zthr_lock);
-
-       return (running);
-}