65adcb45d8b5b84289814797a600d228b29accaa
[dragonfly.git] / sys / vfs / hammer / hammer_disk.h
1 /*
2  * Copyright (c) 2007 The DragonFly Project.  All rights reserved.
3  * 
4  * This code is derived from software contributed to The DragonFly Project
5  * by Matthew Dillon <dillon@backplane.com>
6  * 
7  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
8  * modification, are permitted provided that the following conditions
9  * are met:
10  * 
11  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
12  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
13  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
14  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in
15  *    the documentation and/or other materials provided with the
16  *    distribution.
17  * 3. Neither the name of The DragonFly Project nor the names of its
18  *    contributors may be used to endorse or promote products derived
19  *    from this software without specific, prior written permission.
20  * 
21  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE COPYRIGHT HOLDERS AND CONTRIBUTORS
22  * ``AS IS'' AND ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT
23  * LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS
24  * FOR A PARTICULAR PURPOSE ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE
25  * COPYRIGHT HOLDERS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT,
26  * INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING,
27  * BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES;
28  * LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED
29  * AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT LIABILITY,
30  * OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT
31  * OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
32  * SUCH DAMAGE.
33  * 
34  * $DragonFly: src/sys/vfs/hammer/hammer_disk.h,v 1.55 2008/11/13 02:18:43 dillon Exp $
35  */
36
37 #ifndef VFS_HAMMER_DISK_H_
38 #define VFS_HAMMER_DISK_H_
39
40 #ifndef _SYS_UUID_H_
41 #include <sys/uuid.h>
42 #endif
43
44 /*
45  * The structures below represent the on-disk format for a HAMMER
46  * filesystem.  Note that all fields for on-disk structures are naturally
47  * aligned.  The host endian format is used - compatibility is possible
48  * if the implementation detects reversed endian and adjusts data accordingly.
49  *
50  * Most of HAMMER revolves around the concept of an object identifier.  An
51  * obj_id is a 64 bit quantity which uniquely identifies a filesystem object
52  * FOR THE ENTIRE LIFE OF THE FILESYSTEM.  This uniqueness allows backups
53  * and mirrors to retain varying amounts of filesystem history by removing
54  * any possibility of conflict through identifier reuse.
55  *
56  * A HAMMER filesystem may span multiple volumes.
57  *
58  * A HAMMER filesystem uses a 16K filesystem buffer size.  All filesystem
59  * I/O is done in multiples of 16K.  Most buffer-sized headers such as those
60  * used by volumes, super-clusters, clusters, and basic filesystem buffers
61  * use fixed-sized A-lists which are heavily dependant on HAMMER_BUFSIZE.
62  *
63  * 64K X-bufs are used for blocks >= a file's 1MB mark.
64  *
65  * Per-volume storage limit: 52 bits            4096 TB
66  * Per-Zone storage limit: 60 bits              1 MTB
67  * Per-filesystem storage limit: 60 bits        1 MTB
68  */
69 #define HAMMER_BUFSIZE          16384
70 #define HAMMER_XBUFSIZE         65536
71 #define HAMMER_XDEMARC          (1024 * 1024)
72 #define HAMMER_BUFMASK          (HAMMER_BUFSIZE - 1)
73 #define HAMMER_XBUFMASK         (HAMMER_XBUFSIZE - 1)
74 #define HAMMER_BUFFER_BITS      14
75
76 #if (1 << HAMMER_BUFFER_BITS) != HAMMER_BUFSIZE
77 #error "HAMMER_BUFFER_BITS BROKEN"
78 #endif
79
80 #define HAMMER_BUFSIZE64        ((u_int64_t)HAMMER_BUFSIZE)
81 #define HAMMER_BUFMASK64        ((u_int64_t)HAMMER_BUFMASK)
82
83 #define HAMMER_XBUFSIZE64       ((u_int64_t)HAMMER_XBUFSIZE)
84 #define HAMMER_XBUFMASK64       ((u_int64_t)HAMMER_XBUFMASK)
85
86 #define HAMMER_OFF_ZONE_MASK    0xF000000000000000ULL /* zone portion */
87 #define HAMMER_OFF_VOL_MASK     0x0FF0000000000000ULL /* volume portion */
88 #define HAMMER_OFF_SHORT_MASK   0x000FFFFFFFFFFFFFULL /* offset portion */
89 #define HAMMER_OFF_LONG_MASK    0x0FFFFFFFFFFFFFFFULL /* offset portion */
90 #define HAMMER_OFF_SHORT_REC_MASK 0x000FFFFFFF000000ULL /* recovery boundary */
91 #define HAMMER_OFF_LONG_REC_MASK 0x0FFFFFFFFF000000ULL /* recovery boundary */
92 #define HAMMER_RECOVERY_BND     0x0000000001000000ULL
93
94 #define HAMMER_OFF_BAD          ((hammer_off_t)-1)
95
96 /*
97  * The current limit of volumes that can make up a HAMMER FS
98  */
99 #define HAMMER_MAX_VOLUMES      256
100
101 /*
102  * Hammer transction ids are 64 bit unsigned integers and are usually
103  * synchronized with the time of day in nanoseconds.
104  *
105  * Hammer offsets are used for FIFO indexing and embed a cycle counter
106  * and volume number in addition to the offset.  Most offsets are required
107  * to be 16 KB aligned.
108  */
109 typedef u_int64_t hammer_tid_t;
110 typedef u_int64_t hammer_off_t;
111 typedef u_int32_t hammer_seq_t;
112 typedef u_int32_t hammer_crc_t;
113
114 #define HAMMER_MIN_TID          0ULL                    /* unsigned */
115 #define HAMMER_MAX_TID          0xFFFFFFFFFFFFFFFFULL   /* unsigned */
116 #define HAMMER_MIN_KEY          -0x8000000000000000LL   /* signed */
117 #define HAMMER_MAX_KEY          0x7FFFFFFFFFFFFFFFLL    /* signed */
118 #define HAMMER_MIN_OBJID        HAMMER_MIN_KEY          /* signed */
119 #define HAMMER_MAX_OBJID        HAMMER_MAX_KEY          /* signed */
120 #define HAMMER_MIN_RECTYPE      0x0U                    /* unsigned */
121 #define HAMMER_MAX_RECTYPE      0xFFFFU                 /* unsigned */
122 #define HAMMER_MIN_OFFSET       0ULL                    /* unsigned */
123 #define HAMMER_MAX_OFFSET       0xFFFFFFFFFFFFFFFFULL   /* unsigned */
124
125 /*
126  * hammer_off_t has several different encodings.  Note that not all zones
127  * encode a vol_no.
128  *
129  * zone 0:              reserved for sanity
130  * zone 1 (z,v,o):      raw volume relative (offset 0 is the volume header)
131  * zone 2 (z,v,o):      raw buffer relative (offset 0 is the first buffer)
132  * zone 3 (z,o):        undo fifo       - actually zone-2 address, fixed phys array in vol hdr
133  * zone 4 (z,v,o):      freemap         - only real blockmap
134  * zone 8 (z,v,o):      B-Tree          - actually zone-2 address
135  * zone 9 (z,v,o):      meta            - actually zone-2 address
136  * zone 10 (z,v,o):     large-data      - actually zone-2 address
137  * zone 11 (z,v,o):     small-data      - actually zone-2 address
138  * zone 15:             reserved for sanity
139  *
140  * layer1/layer2 direct map:
141  *      zzzzvvvvvvvvoooo oooooooooooooooo oooooooooooooooo oooooooooooooooo
142  *      ----111111111111 1111112222222222 222222222ooooooo oooooooooooooooo
143  */
144
145 #define HAMMER_ZONE_RAW_VOLUME          0x1000000000000000ULL
146 #define HAMMER_ZONE_RAW_BUFFER          0x2000000000000000ULL
147 #define HAMMER_ZONE_UNDO                0x3000000000000000ULL
148 #define HAMMER_ZONE_FREEMAP             0x4000000000000000ULL
149 #define HAMMER_ZONE_RESERVED05          0x5000000000000000ULL
150 #define HAMMER_ZONE_RESERVED06          0x6000000000000000ULL
151 #define HAMMER_ZONE_RESERVED07          0x7000000000000000ULL
152 #define HAMMER_ZONE_BTREE               0x8000000000000000ULL
153 #define HAMMER_ZONE_META                0x9000000000000000ULL
154 #define HAMMER_ZONE_LARGE_DATA          0xA000000000000000ULL
155 #define HAMMER_ZONE_SMALL_DATA          0xB000000000000000ULL
156 #define HAMMER_ZONE_RESERVED0C          0xC000000000000000ULL
157 #define HAMMER_ZONE_RESERVED0D          0xD000000000000000ULL
158 #define HAMMER_ZONE_RESERVED0E          0xE000000000000000ULL
159 #define HAMMER_ZONE_UNAVAIL             0xF000000000000000ULL
160
161 #define HAMMER_ZONE_RAW_VOLUME_INDEX    1
162 #define HAMMER_ZONE_RAW_BUFFER_INDEX    2
163 #define HAMMER_ZONE_UNDO_INDEX          3
164 #define HAMMER_ZONE_FREEMAP_INDEX       4
165 #define HAMMER_ZONE_BTREE_INDEX         8
166 #define HAMMER_ZONE_META_INDEX          9
167 #define HAMMER_ZONE_LARGE_DATA_INDEX    10
168 #define HAMMER_ZONE_SMALL_DATA_INDEX    11
169 #define HAMMER_ZONE_UNAVAIL_INDEX       15      /* unavailable */
170
171 #define HAMMER_MAX_ZONES                16
172
173 /*
174  * Backend zones that are mapped to zone-2 (except for zone-3)
175  * starts from this index which is 8.
176  */
177 #define HAMMER_ZONE2_MAPPED_INDEX       HAMMER_ZONE_BTREE_INDEX
178
179 #define HAMMER_VOL_ENCODE(vol_no)                       \
180         ((hammer_off_t)((vol_no) & 255) << 52)
181 #define HAMMER_VOL_DECODE(ham_off)                      \
182         (int32_t)(((hammer_off_t)(ham_off) >> 52) & 255)
183 #define HAMMER_ZONE_DECODE(ham_off)                     \
184         (int32_t)(((hammer_off_t)(ham_off) >> 60))
185 #define HAMMER_ZONE_ENCODE(zone, ham_off)               \
186         (((hammer_off_t)(zone) << 60) | (ham_off))
187 #define HAMMER_SHORT_OFF_ENCODE(offset)                 \
188         ((hammer_off_t)(offset) & HAMMER_OFF_SHORT_MASK)
189 #define HAMMER_LONG_OFF_ENCODE(offset)                  \
190         ((hammer_off_t)(offset) & HAMMER_OFF_LONG_MASK)
191
192 #define HAMMER_ENCODE(zone_base, vol_no, offset)        \
193         ((zone_base) |                                  \
194         HAMMER_VOL_ENCODE(vol_no) |                     \
195         HAMMER_SHORT_OFF_ENCODE(offset))
196
197 #define HAMMER_ENCODE_RAW_VOLUME(vol_no, offset)        \
198         (HAMMER_ZONE_RAW_VOLUME |                       \
199         HAMMER_VOL_ENCODE(vol_no) |                     \
200         HAMMER_SHORT_OFF_ENCODE(offset))
201
202 #define HAMMER_ENCODE_RAW_BUFFER(vol_no, offset)        \
203         (HAMMER_ZONE_RAW_BUFFER |                       \
204         HAMMER_VOL_ENCODE(vol_no) |                     \
205         HAMMER_SHORT_OFF_ENCODE(offset))
206
207 #define HAMMER_ENCODE_FREEMAP(vol_no, offset)           \
208         (HAMMER_ZONE_FREEMAP |                          \
209         HAMMER_VOL_ENCODE(vol_no) |                     \
210         HAMMER_SHORT_OFF_ENCODE(offset))
211
212 /*
213  * Translate a zone address to zone-2 address.
214  */
215 #define hammer_xlate_to_zone2(offset) \
216         (((offset) & ~HAMMER_OFF_ZONE_MASK) | HAMMER_ZONE_RAW_BUFFER)
217
218 /*
219  * Big-Block backing store
220  *
221  * A blockmap is a two-level map which translates a blockmap-backed zone
222  * offset into a raw zone 2 offset.  The layer 1 handles 18 bits and the
223  * layer 2 handles 19 bits.  The 8M big-block size is 23 bits so two
224  * layers gives us 18+19+23 = 60 bits of address space.
225  *
226  * When using hinting for a blockmap lookup, the hint is lost when the
227  * scan leaves the HINTBLOCK, which is typically several BIGBLOCK's.
228  * HINTBLOCK is a heuristic.
229  */
230 #define HAMMER_HINTBLOCK_SIZE           (HAMMER_BIGBLOCK_SIZE * 4)
231 #define HAMMER_HINTBLOCK_MASK64         ((u_int64_t)HAMMER_HINTBLOCK_SIZE - 1)
232 #define HAMMER_BIGBLOCK_SIZE            (8192 * 1024)
233 #define HAMMER_BIGBLOCK_OVERFILL        (6144 * 1024)
234 #define HAMMER_BIGBLOCK_SIZE64          ((u_int64_t)HAMMER_BIGBLOCK_SIZE)
235 #define HAMMER_BIGBLOCK_MASK            (HAMMER_BIGBLOCK_SIZE - 1)
236 #define HAMMER_BIGBLOCK_MASK64          ((u_int64_t)HAMMER_BIGBLOCK_SIZE - 1)
237 #define HAMMER_BIGBLOCK_BITS            23
238 #if (1 << HAMMER_BIGBLOCK_BITS) != HAMMER_BIGBLOCK_SIZE
239 #error "HAMMER_BIGBLOCK_BITS BROKEN"
240 #endif
241
242 #define HAMMER_BUFFERS_PER_BIGBLOCK                     \
243         (HAMMER_BIGBLOCK_SIZE / HAMMER_BUFSIZE)
244 #define HAMMER_BUFFERS_PER_BIGBLOCK_MASK                \
245         (HAMMER_BUFFERS_PER_BIGBLOCK - 1)
246 #define HAMMER_BUFFERS_PER_BIGBLOCK_MASK64              \
247         ((hammer_off_t)HAMMER_BUFFERS_PER_BIGBLOCK_MASK)
248
249 /*
250  * Maximum number of mirrors operating in master mode (multi-master
251  * clustering and mirroring).
252  */
253 #define HAMMER_MAX_MASTERS              16
254
255 /*
256  * The blockmap is somewhat of a degenerate structure.  HAMMER only actually
257  * uses it in its original incarnation to implement the freemap.
258  *
259  * zone:1       raw volume (no blockmap)
260  * zone:2       raw buffer (no blockmap)
261  * zone:3       undomap    (direct layer2 array in volume header)
262  * zone:4       freemap    (the only real blockmap)
263  * zone:8-15    zone id used to classify big-block only, address is actually
264  *              a zone-2 address.
265  */
266 struct hammer_blockmap {
267         hammer_off_t    phys_offset;    /* zone-2 physical offset */
268         hammer_off_t    first_offset;   /* zone-X logical offset (zone 3) */
269         hammer_off_t    next_offset;    /* zone-X logical offset */
270         hammer_off_t    alloc_offset;   /* zone-X logical offset */
271         u_int32_t       reserved01;
272         hammer_crc_t    entry_crc;
273 };
274
275 typedef struct hammer_blockmap *hammer_blockmap_t;
276
277 #define HAMMER_BLOCKMAP_CRCSIZE \
278         offsetof(struct hammer_blockmap, entry_crc)
279
280 /*
281  * The blockmap is a 2-layer entity made up of big-blocks.  The first layer
282  * contains 262144 32-byte entries (18 bits), the second layer contains
283  * 524288 16-byte entries (19 bits), representing 8MB (23 bit) blockmaps.
284  * 18+19+23 = 60 bits.  The top four bits are the zone id.
285  *
286  * Currently only the freemap utilizes both layers in all their glory.
287  * All primary data/meta-data zones actually encode a zone-2 address
288  * requiring no real blockmap translation.
289  *
290  * The freemap uses the upper 8 bits of layer-1 to identify the volume,
291  * thus any space allocated via the freemap can be directly translated
292  * to a zone:2 (or zone:8-15) address.
293  *
294  * zone-X blockmap offset: [zone:4][layer1:18][layer2:19][big-block:23]
295  */
296 struct hammer_blockmap_layer1 {
297         hammer_off_t    blocks_free;    /* big-blocks free */
298         hammer_off_t    phys_offset;    /* UNAVAIL or zone-2 */
299         hammer_off_t    reserved01;
300         hammer_crc_t    layer2_crc;     /* xor'd crc's of HAMMER_BLOCKSIZE */
301                                         /* (not yet used) */
302         hammer_crc_t    layer1_crc;     /* MUST BE LAST FIELD OF STRUCTURE*/
303 };
304
305 typedef struct hammer_blockmap_layer1 *hammer_blockmap_layer1_t;
306
307 #define HAMMER_LAYER1_CRCSIZE   \
308         offsetof(struct hammer_blockmap_layer1, layer1_crc)
309
310 /*
311  * layer2 entry for 8MB big-block.
312  *
313  * NOTE: bytes_free is signed and can legally go negative if/when data
314  *       de-dup occurs.  This field will never go higher than
315  *       HAMMER_BIGBLOCK_SIZE.  If exactly HAMMER_BIGBLOCK_SIZE
316  *       the big-block is completely free.
317  */
318 struct hammer_blockmap_layer2 {
319         u_int8_t        zone;           /* typed allocation zone */
320         u_int8_t        unused01;
321         u_int16_t       unused02;
322         u_int32_t       append_off;     /* allocatable space index */
323         int32_t         bytes_free;     /* bytes free within this big-block */
324         hammer_crc_t    entry_crc;
325 };
326
327 typedef struct hammer_blockmap_layer2 *hammer_blockmap_layer2_t;
328
329 #define HAMMER_LAYER2_CRCSIZE   \
330         offsetof(struct hammer_blockmap_layer2, entry_crc)
331
332 #define HAMMER_BLOCKMAP_FREE    0ULL
333 #define HAMMER_BLOCKMAP_UNAVAIL ((hammer_off_t)-1LL)
334
335 #define HAMMER_BLOCKMAP_RADIX1  /* 262144 (18) */       \
336         (HAMMER_BIGBLOCK_SIZE / sizeof(struct hammer_blockmap_layer1))
337 #define HAMMER_BLOCKMAP_RADIX2  /* 524288 (19) */       \
338         (HAMMER_BIGBLOCK_SIZE / sizeof(struct hammer_blockmap_layer2))
339
340 #define HAMMER_BLOCKMAP_RADIX1_PERBUFFER        \
341         (HAMMER_BLOCKMAP_RADIX1 / (HAMMER_BIGBLOCK_SIZE / HAMMER_BUFSIZE))
342 #define HAMMER_BLOCKMAP_RADIX2_PERBUFFER        \
343         (HAMMER_BLOCKMAP_RADIX2 / (HAMMER_BIGBLOCK_SIZE / HAMMER_BUFSIZE))
344
345 #define HAMMER_BLOCKMAP_LAYER1  /* 18+19+23 - 1EB */            \
346         (HAMMER_BLOCKMAP_RADIX1 * HAMMER_BLOCKMAP_LAYER2)
347 #define HAMMER_BLOCKMAP_LAYER2  /* 19+23 - 4TB */               \
348         (HAMMER_BLOCKMAP_RADIX2 * HAMMER_BIGBLOCK_SIZE64)
349
350 #define HAMMER_BLOCKMAP_LAYER1_MASK     (HAMMER_BLOCKMAP_LAYER1 - 1)
351 #define HAMMER_BLOCKMAP_LAYER2_MASK     (HAMMER_BLOCKMAP_LAYER2 - 1)
352
353 /*
354  * byte offset within layer1 or layer2 big-block for the entry representing
355  * a zone-2 physical offset. 
356  */
357 #define HAMMER_BLOCKMAP_LAYER1_OFFSET(zone2_offset)     \
358         (((zone2_offset) & HAMMER_BLOCKMAP_LAYER1_MASK) /       \
359          HAMMER_BLOCKMAP_LAYER2 * sizeof(struct hammer_blockmap_layer1))
360
361 #define HAMMER_BLOCKMAP_LAYER2_OFFSET(zone2_offset)     \
362         (((zone2_offset) & HAMMER_BLOCKMAP_LAYER2_MASK) /       \
363         HAMMER_BIGBLOCK_SIZE64 * sizeof(struct hammer_blockmap_layer2))
364
365 /*
366  * HAMMER UNDO parameters.  The UNDO fifo is mapped directly in the volume
367  * header with an array of layer2 structures.  A maximum of (128x8MB) = 1GB
368  * may be reserved.  The size of the undo fifo is usually set a newfs time
369  * but can be adjusted if the filesystem is taken offline.
370  */
371 #define HAMMER_UNDO_LAYER2      128     /* max layer2 undo mapping entries */
372
373 /*
374  * All on-disk HAMMER structures which make up elements of the UNDO FIFO
375  * contain a hammer_fifo_head and hammer_fifo_tail structure.  This structure
376  * contains all the information required to validate the fifo element
377  * and to scan the fifo in either direction.  The head is typically embedded
378  * in higher level hammer on-disk structures while the tail is typically
379  * out-of-band.  hdr_size is the size of the whole mess, including the tail.
380  *
381  * All undo structures are guaranteed to not cross a 16K filesystem
382  * buffer boundary.  Most undo structures are fairly small.  Data spaces
383  * are not immediately reused by HAMMER so file data is not usually recorded
384  * as part of an UNDO.
385  *
386  * PAD elements are allowed to take up only 8 bytes of space as a special
387  * case, containing only hdr_signature, hdr_type, and hdr_size fields,
388  * and with the tail overloaded onto the head structure for 8 bytes total.
389  *
390  * Every undo record has a sequence number.  This number is unrelated to
391  * transaction ids and instead collects the undo transactions associated
392  * with a single atomic operation.  A larger transactional operation, such
393  * as a remove(), may consist of several smaller atomic operations
394  * representing raw meta-data operations.
395  *
396  *                              HAMMER VERSION 4 CHANGES
397  *
398  * In HAMMER version 4 the undo structure alignment is reduced from 16384
399  * to 512 bytes in order to ensure that each 512 byte sector begins with
400  * a header.  The reserved01 field in the header is now a 32 bit sequence
401  * number.  This allows the recovery code to detect missing sectors
402  * without relying on the 32-bit crc and to definitively identify the current
403  * undo sequence space without having to rely on information from the volume
404  * header.  In addition, new REDO entries in the undo space are used to
405  * record write, write/extend, and transaction id updates.
406  *
407  * The grand result is:
408  *
409  * (1) The volume header no longer needs to be synchronized for most
410  *     flush and fsync operations.
411  *
412  * (2) Most fsync operations need only lay down REDO records
413  *
414  * (3) Data overwrite for nohistory operations covered by REDO records
415  *     can be supported (instead of rolling a new block allocation),
416  *     by rolling UNDO for the prior contents of the data.
417  *
418  *                              HAMMER VERSION 5 CHANGES
419  *
420  * Hammer version 5 contains a minor adjustment making layer2's bytes_free
421  * field signed, allowing dedup to push it into the negative domain.
422  */
423 #define HAMMER_HEAD_ONDISK_SIZE         32
424 #define HAMMER_HEAD_ALIGN               8
425 #define HAMMER_HEAD_ALIGN_MASK          (HAMMER_HEAD_ALIGN - 1)
426 #define HAMMER_TAIL_ONDISK_SIZE         8
427 #define HAMMER_HEAD_DOALIGN(bytes)      \
428         (((bytes) + HAMMER_HEAD_ALIGN_MASK) & ~HAMMER_HEAD_ALIGN_MASK)
429
430 #define HAMMER_UNDO_ALIGN               512
431 #define HAMMER_UNDO_ALIGN64             ((u_int64_t)512)
432 #define HAMMER_UNDO_MASK                (HAMMER_UNDO_ALIGN - 1)
433 #define HAMMER_UNDO_MASK64              (HAMMER_UNDO_ALIGN64 - 1)
434
435 struct hammer_fifo_head {
436         u_int16_t hdr_signature;
437         u_int16_t hdr_type;
438         u_int32_t hdr_size;     /* Aligned size of the whole mess */
439         u_int32_t hdr_seq;      /* Sequence number */
440         hammer_crc_t hdr_crc;   /* XOR crc up to field w/ crc after field */
441 };
442
443 #define HAMMER_FIFO_HEAD_CRCOFF offsetof(struct hammer_fifo_head, hdr_crc)
444
445 struct hammer_fifo_tail {
446         u_int16_t tail_signature;
447         u_int16_t tail_type;
448         u_int32_t tail_size;    /* aligned size of the whole mess */
449 };
450
451 typedef struct hammer_fifo_head *hammer_fifo_head_t;
452 typedef struct hammer_fifo_tail *hammer_fifo_tail_t;
453
454 /*
455  * Fifo header types.
456  */
457 #define HAMMER_HEAD_TYPE_PAD    (0x0040U|HAMMER_HEAD_FLAG_FREE)
458 #define HAMMER_HEAD_TYPE_DUMMY  0x0041U         /* dummy entry w/seqno */
459 #define HAMMER_HEAD_TYPE_42     0x0042U
460 #define HAMMER_HEAD_TYPE_UNDO   0x0043U         /* random UNDO information */
461 #define HAMMER_HEAD_TYPE_REDO   0x0044U         /* data REDO / fast fsync */
462 #define HAMMER_HEAD_TYPE_45     0x0045U
463
464 #define HAMMER_HEAD_FLAG_FREE   0x8000U         /* Indicates object freed */
465
466 #define HAMMER_HEAD_SIGNATURE   0xC84EU
467 #define HAMMER_TAIL_SIGNATURE   0xC74FU
468
469 /*
470  * Misc FIFO structures.
471  *
472  * UNDO - Raw meta-data media updates.
473  */
474 struct hammer_fifo_undo {
475         struct hammer_fifo_head head;
476         hammer_off_t            undo_offset;    /* zone-1,2 offset */
477         int32_t                 undo_data_bytes;
478         int32_t                 undo_reserved01;
479         /* followed by data */
480 };
481
482 /*
483  * REDO (HAMMER version 4+) - Logical file writes/truncates.
484  *
485  * REDOs contain information which will be duplicated in a later meta-data
486  * update, allowing fast write()+fsync() operations.  REDOs can be ignored
487  * without harming filesystem integrity but must be processed if fsync()
488  * semantics are desired.
489  *
490  * Unlike UNDOs which are processed backwards within the recovery span,
491  * REDOs must be processed forwards starting further back (starting outside
492  * the recovery span).
493  *
494  *      WRITE   - Write logical file (with payload).  Executed both
495  *                out-of-span and in-span.  Out-of-span WRITEs may be
496  *                filtered out by TERMs.
497  *
498  *      TRUNC   - Truncate logical file (no payload).  Executed both
499  *                out-of-span and in-span.  Out-of-span WRITEs may be
500  *                filtered out by TERMs.
501  *
502  *      TERM_*  - Indicates meta-data was committed (if out-of-span) or
503  *                will be rolled-back (in-span).  Any out-of-span TERMs
504  *                matching earlier WRITEs remove those WRITEs from
505  *                consideration as they might conflict with a later data
506  *                commit (which is not being rolled-back).
507  *
508  *      SYNC    - The earliest in-span SYNC (the last one when scanning
509  *                backwards) tells the recovery code how far out-of-span
510  *                it must go to run REDOs.
511  *
512  * NOTE: WRITEs do not always have matching TERMs even under
513  *       perfect conditions because truncations might remove the
514  *       buffers from consideration.  I/O problems can also remove
515  *       buffers from consideration.
516  *
517  *       TRUNCSs do not always have matching TERMs because several
518  *       truncations may be aggregated together into a single TERM.
519  */
520 struct hammer_fifo_redo {
521         struct hammer_fifo_head head;
522         int64_t                 redo_objid;     /* file being written */
523         hammer_off_t            redo_offset;    /* logical offset in file */
524         int32_t                 redo_data_bytes;
525         u_int32_t               redo_flags;
526         u_int32_t               redo_localization;
527         u_int32_t               redo_reserved;
528         u_int64_t               redo_mtime;     /* set mtime */
529 };
530
531 #define HAMMER_REDO_WRITE       0x00000001
532 #define HAMMER_REDO_TRUNC       0x00000002
533 #define HAMMER_REDO_TERM_WRITE  0x00000004
534 #define HAMMER_REDO_TERM_TRUNC  0x00000008
535 #define HAMMER_REDO_SYNC        0x00000010
536
537 union hammer_fifo_any {
538         struct hammer_fifo_head head;
539         struct hammer_fifo_undo undo;
540         struct hammer_fifo_redo redo;
541 };
542
543 typedef struct hammer_fifo_redo *hammer_fifo_redo_t;
544 typedef struct hammer_fifo_undo *hammer_fifo_undo_t;
545 typedef union hammer_fifo_any *hammer_fifo_any_t;
546
547 /*
548  * Volume header types
549  */
550 #define HAMMER_FSBUF_VOLUME     0xC8414D4DC5523031ULL   /* HAMMER01 */
551 #define HAMMER_FSBUF_VOLUME_REV 0x313052C54D4D41C8ULL   /* (reverse endian) */
552
553 /*
554  * The B-Tree structures need hammer_fsbuf_head.
555  */
556 #include "hammer_btree.h"
557
558 /*
559  * HAMMER Volume header
560  *
561  * A HAMMER filesystem is built from any number of block devices,  Each block
562  * device contains a volume header followed by however many buffers fit
563  * into the volume.
564  *
565  * One of the volumes making up a HAMMER filesystem is the master, the
566  * rest are slaves.  It does not have to be volume #0.
567  *
568  * The volume header takes up an entire 16K filesystem buffer and may
569  * represent up to 64KTB (65536 TB) of space.
570  *
571  * Special field notes:
572  *
573  *      vol_bot_beg - offset of boot area (mem_beg - bot_beg bytes)
574  *      vol_mem_beg - offset of memory log (clu_beg - mem_beg bytes)
575  *      vol_buf_beg - offset of the first buffer.
576  *
577  *      The memory log area allows a kernel to cache new records and data
578  *      in memory without allocating space in the actual filesystem to hold
579  *      the records and data.  In the event that a filesystem becomes full,
580  *      any records remaining in memory can be flushed to the memory log
581  *      area.  This allows the kernel to immediately return success.
582  */
583
584 #define HAMMER_BOOT_MINBYTES            (32*1024)
585 #define HAMMER_BOOT_NOMBYTES            (64LL*1024*1024)
586 #define HAMMER_BOOT_MAXBYTES            (256LL*1024*1024)
587
588 #define HAMMER_MEM_MINBYTES             (256*1024)
589 #define HAMMER_MEM_NOMBYTES             (1LL*1024*1024*1024)
590 #define HAMMER_MEM_MAXBYTES             (64LL*1024*1024*1024)
591
592 struct hammer_volume_ondisk {
593         u_int64_t vol_signature;/* Signature */
594
595         int64_t vol_bot_beg;    /* byte offset of boot area or 0 */
596         int64_t vol_mem_beg;    /* byte offset of memory log or 0 */
597         int64_t vol_buf_beg;    /* byte offset of first buffer in volume */
598         int64_t vol_buf_end;    /* byte offset of volume EOF (on buf bndry) */
599         int64_t vol_locked;     /* reserved clusters are >= this offset */
600
601         uuid_t    vol_fsid;     /* identify filesystem */
602         uuid_t    vol_fstype;   /* identify filesystem type */
603         char      vol_name[64]; /* Name of volume */
604
605         int32_t vol_no;         /* volume number within filesystem */
606         int32_t vol_count;      /* number of volumes making up FS */
607
608         u_int32_t vol_version;  /* version control information */
609         hammer_crc_t vol_crc;   /* header crc */
610         u_int32_t vol_flags;    /* volume flags */
611         u_int32_t vol_rootvol;  /* which volume is the root volume? */
612
613         int32_t vol_reserved04;
614         int32_t vol_reserved05;
615         u_int32_t vol_reserved06;
616         u_int32_t vol_reserved07;
617
618         int32_t vol_blocksize;          /* for statfs only */
619         int32_t vol_reserved08;
620         int64_t vol_nblocks;            /* total allocatable hammer bufs */
621
622         /*
623          * These fields are initialized and space is reserved in every
624          * volume making up a HAMMER filesytem, but only the master volume
625          * contains valid data.
626          */
627         int64_t vol0_stat_bigblocks;    /* total big-blocks when fs is empty */
628         int64_t vol0_stat_freebigblocks;/* number of free big-blocks */
629         int64_t vol0_stat_bytes;        /* for statfs only */
630         int64_t vol0_stat_inodes;       /* for statfs only */
631         int64_t vol0_stat_records;      /* total records in filesystem */
632         hammer_off_t vol0_btree_root;   /* B-Tree root */
633         hammer_tid_t vol0_next_tid;     /* highest partially synchronized TID */
634         hammer_off_t vol0_unused03;
635
636         /*
637          * Blockmaps for zones.  Not all zones use a blockmap.  Note that
638          * the entire root blockmap is cached in the hammer_mount structure.
639          */
640         struct hammer_blockmap  vol0_blockmap[HAMMER_MAX_ZONES];
641
642         /*
643          * Array of zone-2 addresses for undo FIFO.
644          */
645         hammer_off_t            vol0_undo_array[HAMMER_UNDO_LAYER2];
646
647 };
648
649 typedef struct hammer_volume_ondisk *hammer_volume_ondisk_t;
650
651 #define HAMMER_VOLF_VALID               0x0001  /* valid entry */
652 #define HAMMER_VOLF_OPEN                0x0002  /* volume is open */
653 #define HAMMER_VOLF_NEEDFLUSH           0x0004  /* volume needs flush */
654
655 #define HAMMER_VOL_CRCSIZE1     \
656         offsetof(struct hammer_volume_ondisk, vol_crc)
657 #define HAMMER_VOL_CRCSIZE2     \
658         (sizeof(struct hammer_volume_ondisk) - HAMMER_VOL_CRCSIZE1 -    \
659          sizeof(hammer_crc_t))
660
661 #define HAMMER_VOL_VERSION_MIN          1       /* minimum supported version */
662 #define HAMMER_VOL_VERSION_DEFAULT      6       /* newfs default version */
663 #define HAMMER_VOL_VERSION_WIP          7       /* version >= this is WIP */
664 #define HAMMER_VOL_VERSION_MAX          6       /* maximum supported version */
665
666 #define HAMMER_VOL_VERSION_ONE          1
667 #define HAMMER_VOL_VERSION_TWO          2       /* new dirent layout (2.3+) */
668 #define HAMMER_VOL_VERSION_THREE        3       /* new snapshot layout (2.5+) */
669 #define HAMMER_VOL_VERSION_FOUR         4       /* new undo/flush (2.5+) */
670 #define HAMMER_VOL_VERSION_FIVE         5       /* dedup (2.9+) */
671 #define HAMMER_VOL_VERSION_SIX          6       /* DIRHASH_ALG1 */
672
673 /*
674  * Record types are fairly straightforward.  The B-Tree includes the record
675  * type in its index sort.
676  */
677 #define HAMMER_RECTYPE_UNKNOWN          0
678 #define HAMMER_RECTYPE_LOWEST           1       /* lowest record type avail */
679 #define HAMMER_RECTYPE_INODE            1       /* inode in obj_id space */
680 #define HAMMER_RECTYPE_UNUSED02         2
681 #define HAMMER_RECTYPE_UNUSED03         3
682 #define HAMMER_RECTYPE_DATA             0x0010
683 #define HAMMER_RECTYPE_DIRENTRY         0x0011
684 #define HAMMER_RECTYPE_DB               0x0012
685 #define HAMMER_RECTYPE_EXT              0x0013  /* ext attributes */
686 #define HAMMER_RECTYPE_FIX              0x0014  /* fixed attribute */
687 #define HAMMER_RECTYPE_PFS              0x0015  /* PFS management */
688 #define HAMMER_RECTYPE_SNAPSHOT         0x0016  /* Snapshot management */
689 #define HAMMER_RECTYPE_CONFIG           0x0017  /* hammer cleanup config */
690 #define HAMMER_RECTYPE_MOVED            0x8000  /* special recovery flag */
691 #define HAMMER_RECTYPE_MAX              0xFFFF
692
693 #define HAMMER_RECTYPE_ENTRY_START      (HAMMER_RECTYPE_INODE + 1)
694 #define HAMMER_RECTYPE_CLEAN_START      HAMMER_RECTYPE_EXT
695
696 #define HAMMER_FIXKEY_SYMLINK           1
697
698 #define HAMMER_OBJTYPE_UNKNOWN          0       /* never exists on-disk as unknown */
699 #define HAMMER_OBJTYPE_DIRECTORY        1
700 #define HAMMER_OBJTYPE_REGFILE          2
701 #define HAMMER_OBJTYPE_DBFILE           3
702 #define HAMMER_OBJTYPE_FIFO             4
703 #define HAMMER_OBJTYPE_CDEV             5
704 #define HAMMER_OBJTYPE_BDEV             6
705 #define HAMMER_OBJTYPE_SOFTLINK         7
706 #define HAMMER_OBJTYPE_PSEUDOFS         8       /* pseudo filesystem obj */
707 #define HAMMER_OBJTYPE_SOCKET           9
708
709 /*
710  * HAMMER inode attribute data
711  *
712  * The data reference for a HAMMER inode points to this structure.  Any
713  * modifications to the contents of this structure will result in a
714  * replacement operation.
715  *
716  * parent_obj_id is only valid for directories (which cannot be hard-linked),
717  * and specifies the parent directory obj_id.  This field will also be set
718  * for non-directory inodes as a recovery aid, but can wind up holding
719  * stale information.  However, since object id's are not reused, the worse
720  * that happens is that the recovery code is unable to use it.
721  *
722  * NOTE: Future note on directory hardlinks.  We can implement a record type
723  * which allows us to point to multiple parent directories.
724  */
725 struct hammer_inode_data {
726         u_int16_t version;      /* inode data version */
727         u_int16_t mode;         /* basic unix permissions */
728         u_int32_t uflags;       /* chflags */
729         u_int32_t rmajor;       /* used by device nodes */
730         u_int32_t rminor;       /* used by device nodes */
731         u_int64_t ctime;
732         int64_t parent_obj_id;  /* parent directory obj_id */
733         uuid_t    uid;
734         uuid_t    gid;
735
736         u_int8_t  obj_type;
737         u_int8_t  cap_flags;    /* capability support flags (extension) */
738         u_int16_t reserved02;
739         u_int32_t reserved03;   /* RESERVED FOR POSSIBLE FUTURE BIRTHTIME */
740         u_int64_t nlinks;       /* hard links */
741         u_int64_t size;         /* filesystem object size */
742         union {
743                 struct {
744                         char    reserved06[16];
745                         u_int32_t parent_obj_localization;
746                         u_int32_t integrity_crc;
747                 } obj;
748                 char    symlink[24];    /* HAMMER_INODE_BASESYMLEN */
749         } ext;
750         u_int64_t mtime;        /* mtime must be second-to-last */
751         u_int64_t atime;        /* atime must be last */
752 };
753
754 /*
755  * Neither mtime nor atime upates are CRCd by the B-Tree element.
756  * mtime updates have UNDO, atime updates do not.
757  */
758 #define HAMMER_ITIMES_BASE(ino_data)    (&(ino_data)->mtime)
759 #define HAMMER_ITIMES_BYTES             (sizeof(u_int64_t) * 2)
760
761 #define HAMMER_INODE_CRCSIZE    \
762         offsetof(struct hammer_inode_data, mtime)
763
764 #define HAMMER_INODE_DATA_VERSION       1
765 #define HAMMER_OBJID_ROOT               1       /* root inodes # */
766 #define HAMMER_INODE_BASESYMLEN         24      /* see ext.symlink */
767
768 /*
769  * Capability & implementation flags.
770  *
771  * DIR_LOCAL_INO - Use inode B-Tree localization for directory entries.
772  */
773 #define HAMMER_INODE_CAP_DIRHASH_MASK   0x03    /* directory: hash algorithm */
774 #define HAMMER_INODE_CAP_DIRHASH_ALG0   0x00
775 #define HAMMER_INODE_CAP_DIRHASH_ALG1   0x01
776 #define HAMMER_INODE_CAP_DIRHASH_ALG2   0x02
777 #define HAMMER_INODE_CAP_DIRHASH_ALG3   0x03
778 #define HAMMER_INODE_CAP_DIR_LOCAL_INO  0x04    /* use inode localization */
779
780 /*
781  * A HAMMER directory entry associates a HAMMER filesystem object with a
782  * namespace.  It is possible to hook into a pseudo-filesystem (with its
783  * own inode numbering space) in the filesystem by setting the high
784  * 16 bits of the localization field.  The low 16 bits must be 0 and
785  * are reserved for future use.
786  *
787  * Directory entries are indexed with a 128 bit namekey rather then an
788  * offset.  A portion of the namekey is an iterator/randomizer to deal
789  * with collisions.
790  *
791  * NOTE: leaf.base.obj_type from the related B-Tree leaf entry holds
792  * the filesystem object type of obj_id, e.g. a den_type equivalent.
793  * It is not stored in hammer_entry_data.
794  *
795  * NOTE: name field / the filename data reference is NOT terminated with \0.
796  */
797 struct hammer_entry_data {
798         int64_t obj_id;                 /* object being referenced */
799         u_int32_t localization;         /* identify pseudo-filesystem */
800         u_int32_t reserved02;
801         char    name[16];               /* name (extended) */
802 };
803
804 #define HAMMER_ENTRY_NAME_OFF   offsetof(struct hammer_entry_data, name[0])
805 #define HAMMER_ENTRY_SIZE(nlen) offsetof(struct hammer_entry_data, name[nlen])
806
807 /*
808  * Symlink data which does not fit in the inode is stored in a separte
809  * FIX type record.
810  */
811 struct hammer_symlink_data {
812         char    name[16];               /* name (extended) */
813 };
814
815 #define HAMMER_SYMLINK_NAME_OFF offsetof(struct hammer_symlink_data, name[0])
816
817 /*
818  * The root inode for the primary filesystem and root inode for any
819  * pseudo-fs may be tagged with an optional data structure using
820  * HAMMER_RECTYPE_PFS and localization id.  This structure allows
821  * the node to be used as a mirroring master or slave.
822  *
823  * When operating as a slave CD's into the node automatically become read-only
824  * and as-of sync_end_tid.
825  *
826  * When operating as a master the read PFSD info sets sync_end_tid to
827  * the most recently flushed TID.
828  *
829  * sync_low_tid is not yet used but will represent the highest pruning
830  * end-point, after which full history is available.
831  *
832  * We need to pack this structure making it equally sized on both 32-bit and
833  * 64-bit machines as it is part of struct hammer_ioc_mrecord_pfs which is
834  * send over the wire in hammer mirror operations. Only on 64-bit machines
835  * the size of this struct differ when packed or not. This leads us to the
836  * situation where old 64-bit systems (using the non-packed structure),
837  * which were never able to mirror to/from 32-bit systems, are now no longer
838  * able to mirror to/from newer 64-bit systems (using the packed structure).
839  */
840 struct hammer_pseudofs_data {
841         hammer_tid_t    sync_low_tid;   /* full history beyond this point */
842         hammer_tid_t    sync_beg_tid;   /* earliest tid w/ full history avail */
843         hammer_tid_t    sync_end_tid;   /* current synchronizatoin point */
844         u_int64_t       sync_beg_ts;    /* real-time of last completed sync */
845         u_int64_t       sync_end_ts;    /* initiation of current sync cycle */
846         uuid_t          shared_uuid;    /* shared uuid (match required) */
847         uuid_t          unique_uuid;    /* unique uuid of this master/slave */
848         int32_t         reserved01;     /* reserved for future master_id */
849         int32_t         mirror_flags;   /* misc flags */
850         char            label[64];      /* filesystem space label */
851         char            snapshots[64];  /* softlink dir for pruning */
852         int16_t         prune_time;     /* how long to spend pruning */
853         int16_t         prune_freq;     /* how often we prune */
854         int16_t         reblock_time;   /* how long to spend reblocking */
855         int16_t         reblock_freq;   /* how often we reblock */
856         int32_t         snapshot_freq;  /* how often we create a snapshot */
857         int32_t         prune_min;      /* do not prune recent history */
858         int32_t         prune_max;      /* do not retain history beyond here */
859         int32_t         reserved[16];
860 } __packed;
861
862 typedef struct hammer_pseudofs_data *hammer_pseudofs_data_t;
863
864 #define HAMMER_PFSD_SLAVE       0x00000001
865 #define HAMMER_PFSD_DELETED     0x80000000
866
867 /*
868  * Snapshot meta-data { Objid = HAMMER_OBJID_ROOT, Key = tid, rectype = SNAPSHOT }.
869  *
870  * Snapshot records replace the old <fs>/snapshots/<softlink> methodology.  Snapshot
871  * records are mirrored but may be independantly managed once they are laid down on
872  * a slave.
873  *
874  * NOTE: The b-tree key is signed, the tid is not, so callers must still sort the
875  *       results.
876  *
877  * NOTE: Reserved fields must be zero (as usual)
878  */
879 struct hammer_snapshot_data {
880         hammer_tid_t    tid;            /* the snapshot TID itself (== key) */
881         u_int64_t       ts;             /* real-time when snapshot was made */
882         u_int64_t       reserved01;
883         u_int64_t       reserved02;
884         char            label[64];      /* user-supplied description */
885         u_int64_t       reserved03[4];
886 };
887
888 /*
889  * Config meta-data { ObjId = HAMMER_OBJID_ROOT, Key = 0, rectype = CONFIG }.
890  *
891  * Used to store the hammer cleanup config.  This data is not mirrored.
892  */
893 struct hammer_config_data {
894         char            text[1024];
895 };
896
897 /*
898  * Rollup various structures embedded as record data
899  */
900 union hammer_data_ondisk {
901         struct hammer_entry_data entry;
902         struct hammer_inode_data inode;
903         struct hammer_symlink_data symlink;
904         struct hammer_pseudofs_data pfsd;
905         struct hammer_snapshot_data snap;
906         struct hammer_config_data config;
907 };
908
909 typedef union hammer_data_ondisk *hammer_data_ondisk_t;
910
911 #endif