]> git.proxmox.com Git - mirror_zfs-debian.git/blobdiff - include/sys/metaslab_impl.h
Imported Upstream version 0.6.5.3
[mirror_zfs-debian.git] / include / sys / metaslab_impl.h
index a36baedd442e9243779788fcfeea55fe28f67cf3..88bda071fa739e424aad8518165b3712c686e332 100644 (file)
@@ -24,7 +24,7 @@
  */
 
 /*
- * Copyright (c) 2012 by Delphix. All rights reserved.
+ * Copyright (c) 2011, 2014 by Delphix. All rights reserved.
  */
 
 #ifndef _SYS_METASLAB_IMPL_H
@@ -32,6 +32,7 @@
 
 #include <sys/metaslab.h>
 #include <sys/space_map.h>
+#include <sys/range_tree.h>
 #include <sys/vdev.h>
 #include <sys/txg.h>
 #include <sys/avl.h>
 extern "C" {
 #endif
 
+/*
+ * A metaslab class encompasses a category of allocatable top-level vdevs.
+ * Each top-level vdev is associated with a metaslab group which defines
+ * the allocatable region for that vdev. Examples of these categories include
+ * "normal" for data block allocations (i.e. main pool allocations) or "log"
+ * for allocations designated for intent log devices (i.e. slog devices).
+ * When a block allocation is requested from the SPA it is associated with a
+ * metaslab_class_t, and only top-level vdevs (i.e. metaslab groups) belonging
+ * to the class can be used to satisfy that request. Allocations are done
+ * by traversing the metaslab groups that are linked off of the mc_rotor field.
+ * This rotor points to the next metaslab group where allocations will be
+ * attempted. Allocating a block is a 3 step process -- select the metaslab
+ * group, select the metaslab, and then allocate the block. The metaslab
+ * class defines the low-level block allocator that will be used as the
+ * final step in allocation. These allocators are pluggable allowing each class
+ * to use a block allocator that best suits that class.
+ */
 struct metaslab_class {
        spa_t                   *mc_spa;
        metaslab_group_t        *mc_rotor;
-       space_map_ops_t         *mc_ops;
+       metaslab_ops_t          *mc_ops;
        uint64_t                mc_aliquot;
+       uint64_t                mc_alloc_groups; /* # of allocatable groups */
        uint64_t                mc_alloc;       /* total allocated space */
        uint64_t                mc_deferred;    /* total deferred frees */
        uint64_t                mc_space;       /* total space (alloc + free) */
        uint64_t                mc_dspace;      /* total deflated space */
+       uint64_t                mc_histogram[RANGE_TREE_HISTOGRAM_SIZE];
        kmutex_t                mc_fastwrite_lock;
 };
 
+/*
+ * Metaslab groups encapsulate all the allocatable regions (i.e. metaslabs)
+ * of a top-level vdev. They are linked togther to form a circular linked
+ * list and can belong to only one metaslab class. Metaslab groups may become
+ * ineligible for allocations for a number of reasons such as limited free
+ * space, fragmentation, or going offline. When this happens the allocator will
+ * simply find the next metaslab group in the linked list and attempt
+ * to allocate from that group instead.
+ */
 struct metaslab_group {
        kmutex_t                mg_lock;
        avl_tree_t              mg_metaslab_tree;
        uint64_t                mg_aliquot;
-       uint64_t                mg_bonus_area;
-       uint64_t                mg_alloc_failures;
+       boolean_t               mg_allocatable;         /* can we allocate? */
+       uint64_t                mg_free_capacity;       /* percentage free */
        int64_t                 mg_bias;
        int64_t                 mg_activation_count;
        metaslab_class_t        *mg_class;
        vdev_t                  *mg_vd;
+       taskq_t                 *mg_taskq;
        metaslab_group_t        *mg_prev;
        metaslab_group_t        *mg_next;
+       uint64_t                mg_fragmentation;
+       uint64_t                mg_histogram[RANGE_TREE_HISTOGRAM_SIZE];
 };
 
 /*
- * Each metaslab maintains an in-core free map (ms_map) that contains the
- * current list of free segments. As blocks are allocated, the allocated
- * segment is removed from the ms_map and added to a per txg allocation map.
- * As blocks are freed, they are added to the per txg free map. These per
- * txg maps allow us to process all allocations and frees in syncing context
- * where it is safe to update the on-disk space maps.
+ * This value defines the number of elements in the ms_lbas array. The value
+ * of 64 was chosen as it covers all power of 2 buckets up to UINT64_MAX.
+ * This is the equivalent of highbit(UINT64_MAX).
+ */
+#define        MAX_LBAS        64
+
+/*
+ * Each metaslab maintains a set of in-core trees to track metaslab operations.
+ * The in-core free tree (ms_tree) contains the current list of free segments.
+ * As blocks are allocated, the allocated segment are removed from the ms_tree
+ * and added to a per txg allocation tree (ms_alloctree). As blocks are freed,
+ * they are added to the per txg free tree (ms_freetree). These per txg
+ * trees allow us to process all allocations and frees in syncing context
+ * where it is safe to update the on-disk space maps. One additional in-core
+ * tree is maintained to track deferred frees (ms_defertree). Once a block
+ * is freed it will move from the ms_freetree to the ms_defertree. A deferred
+ * free means that a block has been freed but cannot be used by the pool
+ * until TXG_DEFER_SIZE transactions groups later. For example, a block
+ * that is freed in txg 50 will not be available for reallocation until
+ * txg 52 (50 + TXG_DEFER_SIZE).  This provides a safety net for uberblock
+ * rollback. A pool could be safely rolled back TXG_DEFERS_SIZE
+ * transactions groups and ensure that no block has been reallocated.
+ *
+ * The simplified transition diagram looks like this:
  *
- * Each metaslab's free space is tracked in a space map object in the MOS,
+ *
+ *      ALLOCATE
+ *         |
+ *         V
+ *    free segment (ms_tree) --------> ms_alloctree ----> (write to space map)
+ *         ^
+ *         |
+ *         |                           ms_freetree <--- FREE
+ *         |                                 |
+ *         |                                 |
+ *         |                                 |
+ *         +----------- ms_defertree <-------+---------> (write to space map)
+ *
+ *
+ * Each metaslab's space is tracked in a single space map in the MOS,
  * which is only updated in syncing context. Each time we sync a txg,
- * we append the allocs and frees from that txg to the space map object.
- * When the txg is done syncing, metaslab_sync_done() updates ms_smo
- * to ms_smo_syncing. Everything in ms_smo is always safe to allocate.
+ * we append the allocs and frees from that txg to the space map.
+ * The pool space is only updated once all metaslabs have finished syncing.
  *
- * To load the in-core free map we read the space map object from disk.
+ * To load the in-core free tree we read the space map from disk.
  * This object contains a series of alloc and free records that are
  * combined to make up the list of all free segments in this metaslab. These
- * segments are represented in-core by the ms_map and are stored in an
+ * segments are represented in-core by the ms_tree and are stored in an
  * AVL tree.
  *
- * As the space map objects grows (as a result of the appends) it will
- * eventually become space-inefficient. When the space map object is
- * zfs_condense_pct/100 times the size of the minimal on-disk representation,
- * we rewrite it in its minimized form.
+ * As the space map grows (as a result of the appends) it will
+ * eventually become space-inefficient. When the metaslab's in-core free tree
+ * is zfs_condense_pct/100 times the size of the minimal on-disk
+ * representation, we rewrite it in its minimized form. If a metaslab
+ * needs to condense then we must set the ms_condensing flag to ensure
+ * that allocations are not performed on the metaslab that is being written.
  */
 struct metaslab {
-       kmutex_t        ms_lock;        /* metaslab lock                */
-       space_map_obj_t ms_smo;         /* synced space map object      */
-       space_map_obj_t ms_smo_syncing; /* syncing space map object     */
-       space_map_t     *ms_allocmap[TXG_SIZE]; /* allocated this txg   */
-       space_map_t     *ms_freemap[TXG_SIZE];  /* freed this txg       */
-       space_map_t     *ms_defermap[TXG_DEFER_SIZE];   /* deferred frees */
-       space_map_t     *ms_map;        /* in-core free space map       */
+       kmutex_t        ms_lock;
+       kcondvar_t      ms_load_cv;
+       space_map_t     *ms_sm;
+       metaslab_ops_t  *ms_ops;
+       uint64_t        ms_id;
+       uint64_t        ms_start;
+       uint64_t        ms_size;
+       uint64_t        ms_fragmentation;
+
+       range_tree_t    *ms_alloctree[TXG_SIZE];
+       range_tree_t    *ms_freetree[TXG_SIZE];
+       range_tree_t    *ms_defertree[TXG_DEFER_SIZE];
+       range_tree_t    *ms_tree;
+
+       boolean_t       ms_condensing;  /* condensing? */
+       boolean_t       ms_condense_wanted;
+       boolean_t       ms_loaded;
+       boolean_t       ms_loading;
+
        int64_t         ms_deferspace;  /* sum of ms_defermap[] space   */
        uint64_t        ms_weight;      /* weight vs. others in group   */
+       uint64_t        ms_access_txg;
+
+       /*
+        * The metaslab block allocators can optionally use a size-ordered
+        * range tree and/or an array of LBAs. Not all allocators use
+        * this functionality. The ms_size_tree should always contain the
+        * same number of segments as the ms_tree. The only difference
+        * is that the ms_size_tree is ordered by segment sizes.
+        */
+       avl_tree_t      ms_size_tree;
+       uint64_t        ms_lbas[MAX_LBAS];
+
        metaslab_group_t *ms_group;     /* metaslab group               */
        avl_node_t      ms_group_node;  /* node in metaslab group tree  */
        txg_node_t      ms_txg_node;    /* per-txg dirty metaslab links */