Sachverhalt:
A. Das Bezirksgericht Zürich stellte am 15. Dezember 2008 unter anderem fest, dass X._ am 14. Oktober 2008 in Zürich einem Drogenkonsumenten 0,8 g Kokain für 80 Franken verkauft hatte. Es bestrafte ihn wegen Vergehens gegen Art. 19 Ziff. 1 Abs. 4 BetmG sowie mehrfacher Übertretung von Art. 19a Ziff. 1 BetmG mit 6 Monaten Freiheitsstrafe (wovon 62 Tage durch Haft erstanden waren) und 200 Franken Busse. Es schob den Vollzug der Freiheitsstrafe auf und setzte eine Probezeit von vier Jahren fest.
B. In ihrer Berufung beantragte die Staatsanwaltschaft eine 15-monatige Freiheitsstrafe und ihren unbedingten Vollzug.
Das Obergericht des Kantons Zürich sprach am 27. August 2009 eine Freiheitsstrafe von 10 Monaten aus (wovon 62 Tage durch Haft erstanden waren) und schob den Vollzug nicht auf. Im Übrigen stellte es die Rechtskraft des bezirksgerichtlichen Urteils fest.
C. X._ erhebt Beschwerde in Strafsachen und beantragt, das obergerichtliche Urteil aufzuheben (Ziff. 1, 2 und 3 des Dispositivs). Er sei mit 6 Monaten Freiheitsstrafe [bedingt], unter Anrechnung von 62 Hafttagen, und mit 200 Franken Busse zu bestrafen. Es sei ihm die unentgeltliche Rechtspflege zu gewähren, zumindest einstweilen der Kostenvorschuss zu erlassen.
Erwägungen:
1. 1.1 Der Beschwerdeführer wurde vom Bezirksgericht für die Übertretung von Art. 19a BetmG mit 200 Franken gebüsst. Die Busse trat unangefochten in Rechtskraft. Auf den die Busse betreffenden Antrag ist nicht einzutreten.
1.2 Das Bundesgericht prüft die Verletzung von Grundrechten nur insofern, als eine solche Rüge in der Beschwerde präzise vorgebracht und begründet worden ist (Art. 106 Abs. 2 BGG). Es gilt eine qualifizierte Rügepflicht im Sinne der früheren Vorschrift von Art. 90 Abs. 1 lit. b aOG (BGE 134 I 83 E. 3.2; 133 IV 286 E. 1.4). Diesen Begründungsanforderungen genügt die behauptete Verletzung von Art. 8 und 9 BV nicht. Darauf ist nicht einzutreten. Im Übrigen sind Willkürverbot und Gleichbehandlungsgebot im Strafzumessungsrecht konkretisiert.
2. Der Beschwerdeführer rügt, die Vorinstanz habe eine unvertretbar harte Strafe ausgefällt und damit Art. 47 StGB verletzt.
2.1 Die Vorinstanz führt aus, es sei erschreckend, mit welcher Uneinsicht und absoluten Gleichgültigkeit sich der Beschwerdeführer immer wieder strafbar mache. Seit seiner Heirat mit einer Schweizer Bürgerin im August 2005 sei er im Raum Zürich als "Kügelidealer" aktiv und habe innert weniger als zweieinhalb Jahren acht einschlägige Verurteilungen erwirkt. Eine derartige Geringschätzung des Gesetzes suche Seinesgleichen.
Einschlägig bestraft worden sei er bei vergleichbarer Tatschwere zunächst zweimal mit 60 Tagen Gefängnis (das erste Mal bedingt, dann unbedingt), sodann mit 90 Tagen Gefängnis und das vierte Mal am 17. November 2006 mit 5 Monaten Gefängnis. Anschliessend sei er unverständlich milde mit 15 Tagen Freiheitsstrafe (Strafbefehl vom 6. März 2008), dann mit 90 Tagessätzen Geldstrafe und bei der siebten Verurteilung mit 84 Stunden gemeinnütziger Arbeit (21 Tagen Freiheitsstrafe entsprechend) bestraft worden.
Die neue Strafe für den vierten Rückfall seit dem Urteil vom November 2006 müsse deutlich über den damals ausgesprochenen 5 Monaten liegen. Angemessen erschienen 12 Monate Freiheitsstrafe. Reue und Einsicht zeige er keine, ausser der wenig glaubhaften Beteuerung, es sei das letzte Mal gewesen. Wegen des Nachtatverhaltens sei die Freiheitsstrafe auf 10 Monate festzusetzen.
2.2 Gemäss Art. 47 Abs. 1 StGB misst das Gericht die Strafe nach dem Verschulden des Täters zu. Es berücksichtigt das Vorleben und die persönlichen Verhältnisse sowie die Wirkung der Strafe auf das Leben des Täters. Das Vorleben und insbesondere die Vorstrafen haben einen zentralen Stellenwert bei der Strafzumessung (BGE 135 IV 87 E. 2.3). Vorliegend geht der Strafrahmen von Geldstrafe bis zu drei Jahren Freiheitsstrafe (Art. 19 Ziff. 1 Abs. 9 BetmG).
Die Vorinstanz verkennt nicht, dass die objektive Tatschwere der zu beurteilenden Einzeltat die Höhe der Freiheitsstrafe nicht zu rechtfertigen vermöchte. Zutreffend gewichtet sie aber die Renitenz, den erneut manifestierten unveränderten Tatwillen und die zahlreichen einschlägigen Vorstrafen erheblich straferhöhend (vgl. BGE 121 IV 49 E. 2d/cc S. 62; GÜNTER STRATENWERTH, Schweizerisches Strafrecht, Allgemeiner Teil II, 2. Auflage, Bern 2006, S. 193). Der Beschwerdeführer treibt mit seiner kalkulierten "Kügelidealerei" sein Spiel mit Polizei und Strafjustiz. Er nimmt sie nicht ernst. Strafverfahren beeindrucken ihn nicht im Geringsten. Unbekümmert delinquierte er weiter. Das Strafmass liegt im vorinstanzlichen Ermessen (BGE 134 IV 17 E. 2.1).
3. Der Beschwerdeführer rügt, Art. 42 Abs. 1 StGB sei verletzt, denn die Vorinstanz habe eine unbedingte Strafe ausgesprochen, obschon von Gesetzes wegen eine gute Prognose zu vermuten sei und ihm auch eine gute Prognose gestellt werden könne.
Gemäss Art 42 Abs. 1 StGB schiebt das Gericht den Vollzug auf, wenn eine unbedingte Strafe nicht notwendig erscheint, um den Täter von der Begehung weiterer Verbrechen oder Vergehen abzuhalten. In subjektiver Hinsicht relevantes Prognosekriterium ist insbesondere die strafrechtliche Vorbelastung (ausführlich BGE 134 IV 1 E. 4.2.1). Für den bedingten Vollzug genügt das Fehlen einer ungünstigen Prognose, d.h. die Abwesenheit der Befürchtung, der Täter werde sich nicht bewähren (BGE 134 IV 1 E. 4.2.2). Bereits in der bisherigen Praxis spielte die kriminelle Vorbelastung die grösste Rolle bei der Prognose künftigen Legalverhaltens (STRATENWERTH, a.a.O., S. 133). Allerdings schliessen einschlägige Vorstrafen den bedingten Vollzug nicht notwendigerweise aus (ROLAND M. SCHNEIDER/ROY GARRÉ, Strafrecht I, Basler Kommentar, 2. Auflage, Basel 2007, Art. 42 N 59). Es ist eine Gesamtwürdigung vorzunehmen.
Die Voraussetzungen für den bedingten Vollzug der Freiheitsstrafe sind offenkundig nicht gegeben (oben E. 2.2 a.E.).
4. Die Beschwerde ist abzuweisen, soweit darauf einzutreten ist. Das Gesuch um unentgeltliche Rechtspflege ist abzuweisen. Eine Bedürftigkeit ist nicht nachgewiesen (Art. 64 Abs. 1 BGG; BGE 125 IV 161 E. 4a). Dem Beschwerdeführer sind die Kosten aufzuerlegen (Art. 66 Abs. 1 BGG).
Demnach erkennt das Bundesgericht:
1. Die Beschwerde wird abgewiesen, soweit darauf einzutreten ist.
2. Das Gesuch um unentgeltliche Rechtspflege wird abgewiesen.
3. Die Gerichtskosten von Fr. 2'000.-- werden dem Beschwerdeführer auferlegt.
4. Dieses Urteil wird den Parteien und dem Obergericht des Kantons Zürich, I. Strafkammer, schriftlich mitgeteilt.
Lausanne, 14. Januar 2010
Im Namen der Strafrechtlichen Abteilung
des Schweizerischen Bundesgerichts
Der Präsident: Der Gerichtsschreiber:
Favre Briw