7c479532edfacb487e10fa1142fa302458b73165
[dragonfly.git] / sys / vfs / hammer2 / hammer2_disk.h
1 /*
2  * Copyright (c) 2011-2014 The DragonFly Project.  All rights reserved.
3  *
4  * This code is derived from software contributed to The DragonFly Project
5  * by Matthew Dillon <dillon@dragonflybsd.org>
6  * by Venkatesh Srinivas <vsrinivas@dragonflybsd.org>
7  *
8  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
9  * modification, are permitted provided that the following conditions
10  * are met:
11  *
12  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
13  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
14  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
15  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in
16  *    the documentation and/or other materials provided with the
17  *    distribution.
18  * 3. Neither the name of The DragonFly Project nor the names of its
19  *    contributors may be used to endorse or promote products derived
20  *    from this software without specific, prior written permission.
21  *
22  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE COPYRIGHT HOLDERS AND CONTRIBUTORS
23  * ``AS IS'' AND ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT
24  * LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS
25  * FOR A PARTICULAR PURPOSE ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE
26  * COPYRIGHT HOLDERS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT,
27  * INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING,
28  * BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES;
29  * LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED
30  * AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT LIABILITY,
31  * OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT
32  * OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
33  * SUCH DAMAGE.
34  */
35
36 #ifndef _VFS_HAMMER2_DISK_H_
37 #define _VFS_HAMMER2_DISK_H_
38
39 #ifndef _SYS_UUID_H_
40 #include <sys/uuid.h>
41 #endif
42 #ifndef _SYS_DMSG_H_
43 #include <sys/dmsg.h>
44 #endif
45
46 /*
47  * The structures below represent the on-disk media structures for the HAMMER2
48  * filesystem.  Note that all fields for on-disk structures are naturally
49  * aligned.  The host endian format is typically used - compatibility is
50  * possible if the implementation detects reversed endian and adjusts accesses
51  * accordingly.
52  *
53  * HAMMER2 primarily revolves around the directory topology:  inodes,
54  * directory entries, and block tables.  Block device buffer cache buffers
55  * are always 64KB.  Logical file buffers are typically 16KB.  All data
56  * references utilize 64-bit byte offsets.
57  *
58  * Free block management is handled independently using blocks reserved by
59  * the media topology.
60  */
61
62 /*
63  * The data at the end of a file or directory may be a fragment in order
64  * to optimize storage efficiency.  The minimum fragment size is 1KB.
65  * Since allocations are in powers of 2 fragments must also be sized in
66  * powers of 2 (1024, 2048, ... 65536).
67  *
68  * For the moment the maximum allocation size is HAMMER2_PBUFSIZE (64K),
69  * which is 2^16.  Larger extents may be supported in the future.  Smaller
70  * fragments might be supported in the future (down to 64 bytes is possible),
71  * but probably will not be.
72  *
73  * A full indirect block use supports 512 x 128-byte blockrefs in a 64KB
74  * buffer.  Indirect blocks down to 1KB are supported to keep small
75  * directories small.
76  *
77  * A maximally sized file (2^64-1 bytes) requires ~6 indirect block levels
78  * using 64KB indirect blocks (128 byte refs, 512 or radix 9 per indblk).
79  *
80  *      16(datablk) + 9 + 9 + 9 + 9 + 9 + 9 = ~70.
81  *      16(datablk) + 7 + 9 + 9 + 9 + 9 + 9 = ~68.  (smaller top level indblk)
82  *
83  * The actual depth depends on copies redundancy and whether the filesystem
84  * has chosen to use a smaller indirect block size at the top level or not.
85  */
86 #define HAMMER2_ALLOC_MIN       1024    /* minimum allocation size */
87 #define HAMMER2_RADIX_MIN       10      /* minimum allocation size 2^N */
88 #define HAMMER2_ALLOC_MAX       65536   /* maximum allocation size */
89 #define HAMMER2_RADIX_MAX       16      /* maximum allocation size 2^N */
90 #define HAMMER2_RADIX_KEY       64      /* number of bits in key */
91
92 /*
93  * MINALLOCSIZE         - The minimum allocation size.  This can be smaller
94  *                        or larger than the minimum physical IO size.
95  *
96  *                        NOTE: Should not be larger than 1K since inodes
97  *                              are 1K.
98  *
99  * MINIOSIZE            - The minimum IO size.  This must be less than
100  *                        or equal to HAMMER2_LBUFSIZE.
101  *
102  * HAMMER2_LBUFSIZE     - Nominal buffer size for I/O rollups.
103  *
104  * HAMMER2_PBUFSIZE     - Topological block size used by files for all
105  *                        blocks except the block straddling EOF.
106  *
107  * HAMMER2_SEGSIZE      - Allocation map segment size, typically 2MB
108  *                        (space represented by a level0 bitmap).
109  */
110
111 #define HAMMER2_SEGSIZE         (1 << HAMMER2_FREEMAP_LEVEL0_RADIX)
112 #define HAMMER2_SEGRADIX        HAMMER2_FREEMAP_LEVEL0_RADIX
113
114 #define HAMMER2_PBUFRADIX       16      /* physical buf (1<<16) bytes */
115 #define HAMMER2_PBUFSIZE        65536
116 #define HAMMER2_LBUFRADIX       14      /* logical buf (1<<14) bytes */
117 #define HAMMER2_LBUFSIZE        16384
118
119 /*
120  * Generally speaking we want to use 16K and 64K I/Os
121  */
122 #define HAMMER2_MINIORADIX      HAMMER2_LBUFRADIX
123 #define HAMMER2_MINIOSIZE       HAMMER2_LBUFSIZE
124
125 #define HAMMER2_IND_BYTES_MIN   HAMMER2_LBUFSIZE
126 #define HAMMER2_IND_BYTES_MAX   HAMMER2_PBUFSIZE
127 #define HAMMER2_IND_COUNT_MIN   (HAMMER2_IND_BYTES_MIN / \
128                                  sizeof(hammer2_blockref_t))
129 #define HAMMER2_IND_COUNT_MAX   (HAMMER2_IND_BYTES_MAX / \
130                                  sizeof(hammer2_blockref_t))
131
132 /*
133  * In HAMMER2, arrays of blockrefs are fully set-associative, meaning that
134  * any element can occur at any index and holes can be anywhere.  As a
135  * future optimization we will be able to flag that such arrays are sorted
136  * and thus optimize lookups, but for now we don't.
137  *
138  * Inodes embed either 512 bytes of direct data or an array of 8 blockrefs,
139  * resulting in highly efficient storage for files <= 512 bytes and for files
140  * <= 512KB.  Up to 8 directory entries can be referenced from a directory
141  * without requiring an indirect block.
142  *
143  * Indirect blocks are typically either 4KB (64 blockrefs / ~4MB represented),
144  * or 64KB (1024 blockrefs / ~64MB represented).
145  */
146 #define HAMMER2_SET_RADIX               2       /* radix 2 = 4 entries */
147 #define HAMMER2_SET_COUNT               (1 << HAMMER2_SET_RADIX)
148 #define HAMMER2_EMBEDDED_BYTES          512     /* inode blockset/dd size */
149 #define HAMMER2_EMBEDDED_RADIX          9
150
151 #define HAMMER2_PBUFMASK        (HAMMER2_PBUFSIZE - 1)
152 #define HAMMER2_LBUFMASK        (HAMMER2_LBUFSIZE - 1)
153 #define HAMMER2_SEGMASK         (HAMMER2_SEGSIZE - 1)
154
155 #define HAMMER2_LBUFMASK64      ((hammer2_off_t)HAMMER2_LBUFMASK)
156 #define HAMMER2_PBUFSIZE64      ((hammer2_off_t)HAMMER2_PBUFSIZE)
157 #define HAMMER2_PBUFMASK64      ((hammer2_off_t)HAMMER2_PBUFMASK)
158 #define HAMMER2_SEGSIZE64       ((hammer2_off_t)HAMMER2_SEGSIZE)
159 #define HAMMER2_SEGMASK64       ((hammer2_off_t)HAMMER2_SEGMASK)
160
161 #define HAMMER2_UUID_STRING     "5cbb9ad1-862d-11dc-a94d-01301bb8a9f5"
162
163 /*
164  * A HAMMER2 filesystem is always sized in multiples of 8MB.
165  *
166  * A 4MB segment is reserved at the beginning of each 2GB zone.  This segment
167  * contains the volume header (or backup volume header), the free block
168  * table, and possibly other information in the future.
169  *
170  * 4MB = 64 x 64K blocks.  Each 4MB segment is broken down as follows:
171  *
172  *      +-----------------------+
173  *      |       Volume Hdr      | block 0       volume header & alternates
174  *      +-----------------------+               (first four zones only)
175  *      |   FreeBlk Section A   | block 1-4
176  *      +-----------------------+
177  *      |   FreeBlk Section B   | block 5-8
178  *      +-----------------------+
179  *      |   FreeBlk Section C   | block 9-12
180  *      +-----------------------+
181  *      |   FreeBlk Section D   | block 13-16
182  *      +-----------------------+
183  *      |                       | block 17...63
184  *      |       reserved        |
185  *      |                       |
186  *      +-----------------------+
187  *
188  * The first few 2GB zones contain volume headers and volume header backups.
189  * After that the volume header block# is reserved for future use.  Similarly,
190  * there are many blocks related to various Freemap levels which are not
191  * used in every segment and those are also reserved for future use.
192  *
193  *                      Freemap (see the FREEMAP document)
194  *
195  * The freemap utilizes blocks #1-16 in 8 sets of 4 blocks.  Each block in
196  * a set represents a level of depth in the freemap topology.  Eight sets
197  * exist to prevent live updates from disturbing the state of the freemap
198  * were a crash/reboot to occur.  That is, a live update is not committed
199  * until the update's flush reaches the volume root.  There are FOUR volume
200  * roots representing the last four synchronization points, so the freemap
201  * must be consistent no matter which volume root is chosen by the mount
202  * code.
203  *
204  * Each freemap set is 4 x 64K blocks and represents the 2GB, 2TB, 2PB,
205  * and 2EB indirect map.  The volume header itself has a set of 8 freemap
206  * blockrefs representing another 3 bits, giving us a total 64 bits of
207  * representable address space.
208  *
209  * The Level 0 64KB block represents 2GB of storage represented by
210  * (64 x struct hammer2_bmap_data).  Each structure represents 2MB of storage
211  * and has a 256 bit bitmap, using 2 bits to represent a 16KB chunk of
212  * storage.  These 2 bits represent the following states:
213  *
214  *      00      Free
215  *      01      (reserved) (Possibly partially allocated)
216  *      10      Possibly free
217  *      11      Allocated
218  *
219  * One important thing to note here is that the freemap resolution is 16KB,
220  * but the minimum storage allocation size is 1KB.  The hammer2 vfs keeps
221  * track of sub-allocations in memory, which means that on a unmount or reboot
222  * the entire 16KB of a partially allocated block will be considered fully
223  * allocated.  It is possible for fragmentation to build up over time, but
224  * defragmentation is fairly easy to accomplish since all modifications
225  * allocate a new block.
226  *
227  * The Second thing to note is that due to the way snapshots and inode
228  * replication works, deleting a file cannot immediately free the related
229  * space.  Furthermore, deletions often do not bother to traverse the
230  * block subhierarchy being deleted.  And to go even further, whole
231  * sub-directory trees can be deleted simply by deleting the directory inode
232  * at the top.  So even though we have a symbol to represent a 'possibly free'
233  * block (binary 10), only the bulk free scanning code can actually use it.
234  * Normal 'rm's or other deletions do not.
235  *
236  * WARNING!  ZONE_SEG and VOLUME_ALIGN must be a multiple of 1<<LEVEL0_RADIX
237  *           (i.e. a multiple of 2MB).  VOLUME_ALIGN must be >= ZONE_SEG.
238  *
239  * In Summary:
240  *
241  * (1) Modifications to freemap blocks 'allocate' a new copy (aka use a block
242  *     from the next set).  The new copy is reused until a flush occurs at
243  *     which point the next modification will then rotate to the next set.
244  *
245  * (2) A total of 10 freemap sets is required.
246  *
247  *     - 8 sets - 2 sets per volume header backup x 4 volume header backups
248  *     - 2 sets used as backing store for the bulk freemap scan.
249  *     - The freemap recovery scan which runs on-mount just uses the inactive
250  *       set for whichever volume header was selected by the mount code.
251  *
252  */
253 #define HAMMER2_VOLUME_ALIGN            (8 * 1024 * 1024)
254 #define HAMMER2_VOLUME_ALIGN64          ((hammer2_off_t)HAMMER2_VOLUME_ALIGN)
255 #define HAMMER2_VOLUME_ALIGNMASK        (HAMMER2_VOLUME_ALIGN - 1)
256 #define HAMMER2_VOLUME_ALIGNMASK64     ((hammer2_off_t)HAMMER2_VOLUME_ALIGNMASK)
257
258 #define HAMMER2_NEWFS_ALIGN             (HAMMER2_VOLUME_ALIGN)
259 #define HAMMER2_NEWFS_ALIGN64           ((hammer2_off_t)HAMMER2_VOLUME_ALIGN)
260 #define HAMMER2_NEWFS_ALIGNMASK         (HAMMER2_VOLUME_ALIGN - 1)
261 #define HAMMER2_NEWFS_ALIGNMASK64       ((hammer2_off_t)HAMMER2_NEWFS_ALIGNMASK)
262
263 #define HAMMER2_ZONE_BYTES64            (2LLU * 1024 * 1024 * 1024)
264 #define HAMMER2_ZONE_MASK64             (HAMMER2_ZONE_BYTES64 - 1)
265 #define HAMMER2_ZONE_SEG                (4 * 1024 * 1024)
266 #define HAMMER2_ZONE_SEG64              ((hammer2_off_t)HAMMER2_ZONE_SEG)
267 #define HAMMER2_ZONE_BLOCKS_SEG         (HAMMER2_ZONE_SEG / HAMMER2_PBUFSIZE)
268
269 #define HAMMER2_ZONE_FREEMAP_INC        5       /* 5 deep */
270
271 #define HAMMER2_ZONE_VOLHDR             0       /* volume header or backup */
272 #define HAMMER2_ZONE_FREEMAP_00         1       /* normal freemap rotation */
273 #define HAMMER2_ZONE_FREEMAP_01         6       /* normal freemap rotation */
274 #define HAMMER2_ZONE_FREEMAP_02         11      /* normal freemap rotation */
275 #define HAMMER2_ZONE_FREEMAP_03         16      /* normal freemap rotation */
276 #define HAMMER2_ZONE_FREEMAP_04         21      /* normal freemap rotation */
277 #define HAMMER2_ZONE_FREEMAP_05         26      /* normal freemap rotation */
278 #define HAMMER2_ZONE_FREEMAP_06         31      /* normal freemap rotation */
279 #define HAMMER2_ZONE_FREEMAP_07         36      /* normal freemap rotation */
280 #define HAMMER2_ZONE_FREEMAP_END        41      /* (non-inclusive) */
281
282 #define HAMMER2_ZONE_UNUSED41           41
283 #define HAMMER2_ZONE_UNUSED42           42
284 #define HAMMER2_ZONE_UNUSED43           43
285 #define HAMMER2_ZONE_UNUSED44           44
286 #define HAMMER2_ZONE_UNUSED45           45
287 #define HAMMER2_ZONE_UNUSED46           46
288 #define HAMMER2_ZONE_UNUSED47           47
289 #define HAMMER2_ZONE_UNUSED48           48
290 #define HAMMER2_ZONE_UNUSED49           49
291 #define HAMMER2_ZONE_UNUSED50           50
292 #define HAMMER2_ZONE_UNUSED51           51
293 #define HAMMER2_ZONE_UNUSED52           52
294 #define HAMMER2_ZONE_UNUSED53           53
295 #define HAMMER2_ZONE_UNUSED54           54
296 #define HAMMER2_ZONE_UNUSED55           55
297 #define HAMMER2_ZONE_UNUSED56           56
298 #define HAMMER2_ZONE_UNUSED57           57
299 #define HAMMER2_ZONE_UNUSED58           58
300 #define HAMMER2_ZONE_UNUSED59           59
301 #define HAMMER2_ZONE_UNUSED60           60
302 #define HAMMER2_ZONE_UNUSED61           61
303 #define HAMMER2_ZONE_UNUSED62           62
304 #define HAMMER2_ZONE_UNUSED63           63
305 #define HAMMER2_ZONE_END                64      /* non-inclusive */
306
307 #define HAMMER2_NFREEMAPS               8       /* FREEMAP_00 - FREEMAP_07 */
308
309                                                 /* relative to FREEMAP_x */
310 #define HAMMER2_ZONEFM_LEVEL1           0       /* 1GB leafmap */
311 #define HAMMER2_ZONEFM_LEVEL2           1       /* 256GB indmap */
312 #define HAMMER2_ZONEFM_LEVEL3           2       /* 64TB indmap */
313 #define HAMMER2_ZONEFM_LEVEL4           3       /* 16PB indmap */
314 #define HAMMER2_ZONEFM_LEVEL5           4       /* 4EB indmap */
315 /* LEVEL6 is a set of 4 blockrefs in the volume header 16EB */
316
317 /*
318  * Freemap radix.  Assumes a set-count of 4, 128-byte blockrefs,
319  * 32KB indirect block for freemap (LEVELN_PSIZE below).
320  *
321  * Leaf entry represents 4MB of storage broken down into a 512-bit
322  * bitmap, 2-bits per entry.  So course bitmap item represents 16KB.
323  */
324 #if HAMMER2_SET_COUNT != 4
325 #error "hammer2_disk.h - freemap assumes SET_COUNT is 4"
326 #endif
327 #define HAMMER2_FREEMAP_LEVEL6_RADIX    64      /* 16EB (end) */
328 #define HAMMER2_FREEMAP_LEVEL5_RADIX    62      /* 4EB */
329 #define HAMMER2_FREEMAP_LEVEL4_RADIX    54      /* 16PB */
330 #define HAMMER2_FREEMAP_LEVEL3_RADIX    46      /* 64TB */
331 #define HAMMER2_FREEMAP_LEVEL2_RADIX    38      /* 256GB */
332 #define HAMMER2_FREEMAP_LEVEL1_RADIX    30      /* 1GB */
333 #define HAMMER2_FREEMAP_LEVEL0_RADIX    22      /* 4MB (128by in l-1 leaf) */
334
335 #define HAMMER2_FREEMAP_LEVELN_PSIZE    32768   /* physical bytes */
336
337 #define HAMMER2_FREEMAP_LEVEL5_SIZE     ((hammer2_off_t)1 <<            \
338                                          HAMMER2_FREEMAP_LEVEL5_RADIX)
339 #define HAMMER2_FREEMAP_LEVEL4_SIZE     ((hammer2_off_t)1 <<            \
340                                          HAMMER2_FREEMAP_LEVEL4_RADIX)
341 #define HAMMER2_FREEMAP_LEVEL3_SIZE     ((hammer2_off_t)1 <<            \
342                                          HAMMER2_FREEMAP_LEVEL3_RADIX)
343 #define HAMMER2_FREEMAP_LEVEL2_SIZE     ((hammer2_off_t)1 <<            \
344                                          HAMMER2_FREEMAP_LEVEL2_RADIX)
345 #define HAMMER2_FREEMAP_LEVEL1_SIZE     ((hammer2_off_t)1 <<            \
346                                          HAMMER2_FREEMAP_LEVEL1_RADIX)
347 #define HAMMER2_FREEMAP_LEVEL0_SIZE     ((hammer2_off_t)1 <<            \
348                                          HAMMER2_FREEMAP_LEVEL0_RADIX)
349
350 #define HAMMER2_FREEMAP_LEVEL5_MASK     (HAMMER2_FREEMAP_LEVEL5_SIZE - 1)
351 #define HAMMER2_FREEMAP_LEVEL4_MASK     (HAMMER2_FREEMAP_LEVEL4_SIZE - 1)
352 #define HAMMER2_FREEMAP_LEVEL3_MASK     (HAMMER2_FREEMAP_LEVEL3_SIZE - 1)
353 #define HAMMER2_FREEMAP_LEVEL2_MASK     (HAMMER2_FREEMAP_LEVEL2_SIZE - 1)
354 #define HAMMER2_FREEMAP_LEVEL1_MASK     (HAMMER2_FREEMAP_LEVEL1_SIZE - 1)
355 #define HAMMER2_FREEMAP_LEVEL0_MASK     (HAMMER2_FREEMAP_LEVEL0_SIZE - 1)
356
357 #define HAMMER2_FREEMAP_COUNT           (int)(HAMMER2_FREEMAP_LEVELN_PSIZE / \
358                                          sizeof(hammer2_bmap_data_t))
359
360 /*
361  * 16KB bitmap granularity (x2 bits per entry).
362  */
363 #define HAMMER2_FREEMAP_BLOCK_RADIX     14
364 #define HAMMER2_FREEMAP_BLOCK_SIZE      (1 << HAMMER2_FREEMAP_BLOCK_RADIX)
365 #define HAMMER2_FREEMAP_BLOCK_MASK      (HAMMER2_FREEMAP_BLOCK_SIZE - 1)
366
367 /*
368  * bitmap[] structure.  2 bits per HAMMER2_FREEMAP_BLOCK_SIZE.
369  *
370  * 8 x 64-bit elements, 2 bits per block.
371  * 32 blocks (radix 5) per element.
372  * representing INDEX_SIZE bytes worth of storage per element.
373  */
374
375 typedef uint64_t                        hammer2_bitmap_t;
376
377 #define HAMMER2_BMAP_ALLONES            ((hammer2_bitmap_t)-1)
378 #define HAMMER2_BMAP_ELEMENTS           8
379 #define HAMMER2_BMAP_BITS_PER_ELEMENT   64
380 #define HAMMER2_BMAP_INDEX_RADIX        5       /* 32 blocks per element */
381 #define HAMMER2_BMAP_BLOCKS_PER_ELEMENT (1 << HAMMER2_BMAP_INDEX_RADIX)
382
383 #define HAMMER2_BMAP_INDEX_SIZE         (HAMMER2_FREEMAP_BLOCK_SIZE * \
384                                          HAMMER2_BMAP_BLOCKS_PER_ELEMENT)
385 #define HAMMER2_BMAP_INDEX_MASK         (HAMMER2_BMAP_INDEX_SIZE - 1)
386
387 /*
388  * Two linear areas can be reserved after the initial 2MB segment in the base
389  * zone (the one starting at offset 0).  These areas are NOT managed by the
390  * block allocator and do not fall under HAMMER2 crc checking rules based
391  * at the volume header (but can be self-CRCd internally, depending).
392  */
393 #define HAMMER2_BOOT_MIN_BYTES          HAMMER2_VOLUME_ALIGN
394 #define HAMMER2_BOOT_NOM_BYTES          (64*1024*1024)
395 #define HAMMER2_BOOT_MAX_BYTES          (256*1024*1024)
396
397 #define HAMMER2_REDO_MIN_BYTES          HAMMER2_VOLUME_ALIGN
398 #define HAMMER2_REDO_NOM_BYTES          (256*1024*1024)
399 #define HAMMER2_REDO_MAX_BYTES          (1024*1024*1024)
400
401 /*
402  * Most HAMMER2 types are implemented as unsigned 64-bit integers.
403  * Transaction ids are monotonic.
404  *
405  * We utilize 32-bit iSCSI CRCs.
406  */
407 typedef uint64_t hammer2_tid_t;
408 typedef uint64_t hammer2_off_t;
409 typedef uint64_t hammer2_key_t;
410 typedef uint32_t hammer2_crc32_t;
411
412 /*
413  * Miscellanious ranges (all are unsigned).
414  */
415 #define HAMMER2_TID_MIN         1ULL
416 #define HAMMER2_TID_MAX         0xFFFFFFFFFFFFFFFFULL
417 #define HAMMER2_KEY_MIN         0ULL
418 #define HAMMER2_KEY_MAX         0xFFFFFFFFFFFFFFFFULL
419 #define HAMMER2_OFFSET_MIN      0ULL
420 #define HAMMER2_OFFSET_MAX      0xFFFFFFFFFFFFFFFFULL
421
422 /*
423  * HAMMER2 data offset special cases and masking.
424  *
425  * All HAMMER2 data offsets have to be broken down into a 64K buffer base
426  * offset (HAMMER2_OFF_MASK_HI) and a 64K buffer index (HAMMER2_OFF_MASK_LO).
427  *
428  * Indexes into physical buffers are always 64-byte aligned.  The low 6 bits
429  * of the data offset field specifies how large the data chunk being pointed
430  * to as a power of 2.  The theoretical minimum radix is thus 6 (The space
431  * needed in the low bits of the data offset field).  However, the practical
432  * minimum allocation chunk size is 1KB (a radix of 10), so HAMMER2 sets
433  * HAMMER2_RADIX_MIN to 10.  The maximum radix is currently 16 (64KB), but
434  * we fully intend to support larger extents in the future.
435  */
436 #define HAMMER2_OFF_BAD         ((hammer2_off_t)-1)
437 #define HAMMER2_OFF_MASK        0xFFFFFFFFFFFFFFC0ULL
438 #define HAMMER2_OFF_MASK_LO     (HAMMER2_OFF_MASK & HAMMER2_PBUFMASK64)
439 #define HAMMER2_OFF_MASK_HI     (~HAMMER2_PBUFMASK64)
440 #define HAMMER2_OFF_MASK_RADIX  0x000000000000003FULL
441 #define HAMMER2_MAX_COPIES      6
442
443 /*
444  * HAMMER2 directory support and pre-defined keys
445  */
446 #define HAMMER2_DIRHASH_VISIBLE 0x8000000000000000ULL
447 #define HAMMER2_DIRHASH_USERMSK 0x7FFFFFFFFFFFFFFFULL
448 #define HAMMER2_DIRHASH_LOMASK  0x0000000000007FFFULL
449 #define HAMMER2_DIRHASH_HIMASK  0xFFFFFFFFFFFF0000ULL
450 #define HAMMER2_DIRHASH_FORCED  0x0000000000008000ULL   /* bit forced on */
451
452 #define HAMMER2_SROOT_KEY       0x0000000000000000ULL   /* volume to sroot */
453 #define HAMMER2_BOOT_KEY        0xd9b36ce135528000ULL   /* sroot to BOOT PFS */
454
455 /************************************************************************
456  *                              DMSG SUPPORT                            *
457  ************************************************************************
458  * LNK_VOLCONF
459  *
460  * All HAMMER2 directories directly under the super-root on your local
461  * media can be mounted separately, even if they share the same physical
462  * device.
463  *
464  * When you do a HAMMER2 mount you are effectively tying into a HAMMER2
465  * cluster via local media.  The local media does not have to participate
466  * in the cluster, other than to provide the hammer2_volconf[] array and
467  * root inode for the mount.
468  *
469  * This is important: The mount device path you specify serves to bootstrap
470  * your entry into the cluster, but your mount will make active connections
471  * to ALL copy elements in the hammer2_volconf[] array which match the
472  * PFSID of the directory in the super-root that you specified.  The local
473  * media path does not have to be mentioned in this array but becomes part
474  * of the cluster based on its type and access rights.  ALL ELEMENTS ARE
475  * TREATED ACCORDING TO TYPE NO MATTER WHICH ONE YOU MOUNT FROM.
476  *
477  * The actual cluster may be far larger than the elements you list in the
478  * hammer2_volconf[] array.  You list only the elements you wish to
479  * directly connect to and you are able to access the rest of the cluster
480  * indirectly through those connections.
481  *
482  * WARNING!  This structure must be exactly 128 bytes long for its config
483  *           array to fit in the volume header.
484  */
485 struct hammer2_volconf {
486         uint8_t copyid;         /* 00    copyid 0-255 (must match slot) */
487         uint8_t inprog;         /* 01    operation in progress, or 0 */
488         uint8_t chain_to;       /* 02    operation chaining to, or 0 */
489         uint8_t chain_from;     /* 03    operation chaining from, or 0 */
490         uint16_t flags;         /* 04-05 flags field */
491         uint8_t error;          /* 06    last operational error */
492         uint8_t priority;       /* 07    priority and round-robin flag */
493         uint8_t remote_pfs_type;/* 08    probed direct remote PFS type */
494         uint8_t reserved08[23]; /* 09-1F */
495         uuid_t  pfs_clid;       /* 20-2F copy target must match this uuid */
496         uint8_t label[16];      /* 30-3F import/export label */
497         uint8_t path[64];       /* 40-7F target specification string or key */
498 } __packed;
499
500 typedef struct hammer2_volconf hammer2_volconf_t;
501
502 #define DMSG_VOLF_ENABLED       0x0001
503 #define DMSG_VOLF_INPROG        0x0002
504 #define DMSG_VOLF_CONN_RR       0x80    /* round-robin at same priority */
505 #define DMSG_VOLF_CONN_EF       0x40    /* media errors flagged */
506 #define DMSG_VOLF_CONN_PRI      0x0F    /* select priority 0-15 (15=best) */
507
508 struct dmsg_lnk_hammer2_volconf {
509         dmsg_hdr_t              head;
510         hammer2_volconf_t       copy;   /* copy spec */
511         int32_t                 index;
512         int32_t                 unused01;
513         uuid_t                  mediaid;
514         int64_t                 reserved02[32];
515 } __packed;
516
517 typedef struct dmsg_lnk_hammer2_volconf dmsg_lnk_hammer2_volconf_t;
518
519 #define DMSG_LNK_HAMMER2_VOLCONF DMSG_LNK(DMSG_LNK_CMD_HAMMER2_VOLCONF, \
520                                           dmsg_lnk_hammer2_volconf)
521
522 #define H2_LNK_VOLCONF(msg)     ((dmsg_lnk_hammer2_volconf_t *)(msg)->any.buf)
523
524 /*
525  * The media block reference structure.  This forms the core of the HAMMER2
526  * media topology recursion.  This 128-byte data structure is embedded in the
527  * volume header, in inodes (which are also directory entries), and in
528  * indirect blocks.
529  *
530  * A blockref references a single media item, which typically can be a
531  * directory entry (aka inode), indirect block, or data block.
532  *
533  * The primary feature a blockref represents is the ability to validate
534  * the entire tree underneath it via its check code.  Any modification to
535  * anything propagates up the blockref tree all the way to the root, replacing
536  * the related blocks.  Propagations can shortcut to the volume root to
537  * implement the 'fast syncing' feature but this only delays the eventual
538  * propagation.
539  *
540  * The check code can be a simple 32-bit iscsi code, a 64-bit crc,
541  * or as complex as a 192 bit cryptographic hash.  192 bits is the maximum
542  * supported check code size, which is not sufficient for unverified dedup
543  * UNLESS one doesn't mind once-in-a-blue-moon data corruption (such as when
544  * farming web data).  HAMMER2 has an unverified dedup feature for just this
545  * purpose.
546  *
547  * --
548  *
549  * NOTE: The range of keys represented by the blockref is (key) to
550  *       ((key) + (1LL << keybits) - 1).  HAMMER2 usually populates
551  *       blocks bottom-up, inserting a new root when radix expansion
552  *       is required.
553  *
554  * --
555  *                              FUTURE BLOCKREF EXPANSION
556  *
557  * In order to implement a 256-bit content addressable index we want to
558  * have a 256-bit key which essentially represents the cryptographic hash.
559  * (so, 64-bit key + 192-bit crypto-hash or 256-bit key-is-the-hash +
560  * 32-bit consistency check for indirect block layers).
561  *
562  * THIS IS POSSIBLE in a 64-byte blockref structure.  Of course, any number
563  * of bits can be represented by sizing the blockref.  For the purposes of
564  * HAMMER2 though my limit is 256 bits.  Not only that, but it will be an
565  * optimal construction because H2 already uses a variably-sized radix to
566  * pack the blockrefs at each level.  A 256-bit mechanic would allow us
567  * to implement a content-addressable index.
568  */
569 struct hammer2_blockref {               /* MUST BE EXACTLY 64 BYTES */
570         uint8_t         type;           /* type of underlying item */
571         uint8_t         methods;        /* check method & compression method */
572         uint8_t         copyid;         /* specify which copy this is */
573         uint8_t         keybits;        /* #of keybits masked off 0=leaf */
574         uint8_t         vradix;         /* virtual data/meta-data size */
575         uint8_t         flags;          /* blockref flags */
576         uint8_t         reserved06;
577         uint8_t         reserved07;
578         hammer2_key_t   key;            /* key specification */
579         hammer2_tid_t   mirror_tid;     /* media flush topology & freemap */
580         hammer2_tid_t   modify_tid;     /* cluster level change / flush */
581         hammer2_off_t   data_off;       /* low 6 bits is phys size (radix)*/
582         hammer2_key_t   data_count;     /* statistics aggregation */
583         hammer2_key_t   inode_count;    /* statistics aggregation */
584         hammer2_key_t   reserved38;
585         union {                         /* check info */
586                 char    buf[64];
587                 struct {
588                         uint32_t value;
589                         uint32_t reserved[15];
590                 } iscsi32;
591                 struct {
592                         uint64_t value;
593                         uint64_t reserved[7];
594                 } crc64;
595                 struct {
596                         char data[24];
597                         char reserved[40];
598                 } sha192;
599                 struct {
600                         char data[32];
601                         char reserved[32];
602                 } sha256;
603                 struct {
604                         char data[64];
605                 } sha512;
606
607                 /*
608                  * Freemap hints are embedded in addition to the icrc32.
609                  *
610                  * bigmask - Radixes available for allocation (0-31).
611                  *           Heuristical (may be permissive but not
612                  *           restrictive).  Typically only radix values
613                  *           10-16 are used (i.e. (1<<10) through (1<<16)).
614                  *
615                  * avail   - Total available space remaining, in bytes
616                  */
617                 struct {
618                         uint32_t icrc32;
619                         uint32_t bigmask;       /* available radixes */
620                         uint64_t avail;         /* total available bytes */
621                         char reserved[48];
622                 } freemap;
623         } check;
624 } __packed;
625
626 typedef struct hammer2_blockref hammer2_blockref_t;
627
628 #define HAMMER2_BLOCKREF_BYTES          128     /* blockref struct in bytes */
629
630 /*
631  * On-media and off-media blockref types.
632  *
633  * types >= 128 are pseudo values that should never be present on-media.
634  */
635 #define HAMMER2_BREF_TYPE_EMPTY         0
636 #define HAMMER2_BREF_TYPE_INODE         1
637 #define HAMMER2_BREF_TYPE_INDIRECT      2
638 #define HAMMER2_BREF_TYPE_DATA          3
639 #define HAMMER2_BREF_TYPE_UNUSED04      4
640 #define HAMMER2_BREF_TYPE_FREEMAP_NODE  5
641 #define HAMMER2_BREF_TYPE_FREEMAP_LEAF  6
642 #define HAMMER2_BREF_TYPE_FREEMAP       254     /* pseudo-type */
643 #define HAMMER2_BREF_TYPE_VOLUME        255     /* pseudo-type */
644
645 #define HAMMER2_BREF_FLAG_PFSROOT       0x01    /* see also related opflag */
646 #define HAMMER2_BREF_FLAG_ZERO          0x02
647
648 /*
649  * Encode/decode check mode and compression mode for
650  * bref.methods.  The compression level is not encoded in
651  * bref.methods.
652  */
653 #define HAMMER2_ENC_CHECK(n)            (((n) & 15) << 4)
654 #define HAMMER2_DEC_CHECK(n)            (((n) >> 4) & 15)
655 #define HAMMER2_ENC_COMP(n)             ((n) & 15)
656 #define HAMMER2_DEC_COMP(n)             ((n) & 15)
657
658 #define HAMMER2_CHECK_NONE              0
659 #define HAMMER2_CHECK_DISABLED          1
660 #define HAMMER2_CHECK_ISCSI32           2
661 #define HAMMER2_CHECK_CRC64             3
662 #define HAMMER2_CHECK_SHA192            4
663 #define HAMMER2_CHECK_FREEMAP           5
664
665 /* user-specifiable check modes only */
666 #define HAMMER2_CHECK_STRINGS           { "none", "disabled", "crc32", \
667                                           "crc64", "sha192" }
668 #define HAMMER2_CHECK_STRINGS_COUNT     5
669
670 /*
671  * Encode/decode check or compression algorithm request in
672  * ipdata->meta.check_algo and ipdata->meta.comp_algo.
673  */
674 #define HAMMER2_ENC_ALGO(n)             (n)
675 #define HAMMER2_DEC_ALGO(n)             ((n) & 15)
676 #define HAMMER2_ENC_LEVEL(n)            ((n) << 4)
677 #define HAMMER2_DEC_LEVEL(n)            (((n) >> 4) & 15)
678
679 #define HAMMER2_COMP_NONE               0
680 #define HAMMER2_COMP_AUTOZERO           1
681 #define HAMMER2_COMP_LZ4                2
682 #define HAMMER2_COMP_ZLIB               3
683
684 #define HAMMER2_COMP_NEWFS_DEFAULT      HAMMER2_COMP_LZ4
685 #define HAMMER2_COMP_STRINGS            { "none", "autozero", "lz4", "zlib" }
686 #define HAMMER2_COMP_STRINGS_COUNT      4
687
688
689 /*
690  * HAMMER2 block references are collected into sets of 4 blockrefs.  These
691  * sets are fully associative, meaning the elements making up a set are
692  * not sorted in any way and may contain duplicate entries, holes, or
693  * entries which shortcut multiple levels of indirection.  Sets are used
694  * in various ways:
695  *
696  * (1) When redundancy is desired a set may contain several duplicate
697  *     entries pointing to different copies of the same data.  Up to 4 copies
698  *     are supported.
699  *
700  * (2) The blockrefs in a set can shortcut multiple levels of indirections
701  *     within the bounds imposed by the parent of set.
702  *
703  * When a set fills up another level of indirection is inserted, moving
704  * some or all of the set's contents into indirect blocks placed under the
705  * set.  This is a top-down approach in that indirect blocks are not created
706  * until the set actually becomes full (that is, the entries in the set can
707  * shortcut the indirect blocks when the set is not full).  Depending on how
708  * things are filled multiple indirect blocks will eventually be created.
709  *
710  * Indirect blocks are typically 4KB (64 entres) or 64KB (1024 entries) and
711  * are also treated as fully set-associative.
712  */
713 struct hammer2_blockset {
714         hammer2_blockref_t      blockref[HAMMER2_SET_COUNT];
715 };
716
717 typedef struct hammer2_blockset hammer2_blockset_t;
718
719 /*
720  * Catch programmer snafus
721  */
722 #if (1 << HAMMER2_SET_RADIX) != HAMMER2_SET_COUNT
723 #error "hammer2 direct radix is incorrect"
724 #endif
725 #if (1 << HAMMER2_PBUFRADIX) != HAMMER2_PBUFSIZE
726 #error "HAMMER2_PBUFRADIX and HAMMER2_PBUFSIZE are inconsistent"
727 #endif
728 #if (1 << HAMMER2_RADIX_MIN) != HAMMER2_ALLOC_MIN
729 #error "HAMMER2_RADIX_MIN and HAMMER2_ALLOC_MIN are inconsistent"
730 #endif
731
732 /*
733  * hammer2_bmap_data - A freemap entry in the LEVEL1 block.
734  *
735  * Each 128-byte entry contains the bitmap and meta-data required to manage
736  * a LEVEL0 (128KB) block of storage.  The storage is managed in 128 x 1KB
737  * chunks.
738  *
739  * A smaller allocation granularity is supported via a linear iterator and/or
740  * must otherwise be tracked in ram.
741  *
742  * (data structure must be 128 bytes exactly)
743  *
744  * linear  - A BYTE linear allocation offset used for sub-16KB allocations
745  *           only.  May contain values between 0 and 2MB.  Must be ignored
746  *           if 16KB-aligned (i.e. force bitmap scan), otherwise may be
747  *           used to sub-allocate within the 16KB block (which is already
748  *           marked as allocated in the bitmap).
749  *
750  *           Sub-allocations need only be 1KB-aligned and do not have to be
751  *           size-aligned, and 16KB or larger allocations do not update this
752  *           field, resulting in pretty good packing.
753  *
754  *           Please note that file data granularity may be limited by
755  *           other issues such as buffer cache direct-mapping and the
756  *           desire to support sector sizes up to 16KB (so H2 only issues
757  *           I/O's in multiples of 16KB anyway).
758  *
759  * class   - Clustering class.  Cleared to 0 only if the entire leaf becomes
760  *           free.  Used to cluster device buffers so all elements must have
761  *           the same device block size, but may mix logical sizes.
762  *
763  *           Typically integrated with the blockref type in the upper 8 bits
764  *           to localize inodes and indrect blocks, improving bulk free scans
765  *           and directory scans.
766  *
767  * bitmap  - Two bits per 16KB allocation block arranged in arrays of
768  *           32-bit elements, 256x2 bits representing ~4MB worth of media
769  *           storage.  Bit patterns are as follows:
770  *
771  *           00 Unallocated
772  *           01 (reserved)
773  *           10 Possibly free
774  *           11 Allocated
775  */
776 struct hammer2_bmap_data {
777         int32_t linear;         /* 00 linear sub-granular allocation offset */
778         uint16_t class;         /* 04-05 clustering class ((type<<8)|radix) */
779         uint8_t reserved06;     /* 06 */
780         uint8_t reserved07;     /* 07 */
781         uint32_t reserved08;    /* 08 */
782         uint32_t reserved0C;    /* 0C */
783         uint32_t reserved10;    /* 10 */
784         uint32_t reserved14;    /* 14 */
785         uint32_t reserved18;    /* 18 */
786         uint32_t avail;         /* 1C */
787         uint32_t reserved20[8]; /* 20-3F 256 bits manages 128K/1KB/2-bits */
788                                 /* 40-7F 512 bits manages 4MB of storage */
789         hammer2_bitmap_t bitmapq[HAMMER2_BMAP_ELEMENTS];
790 } __packed;
791
792 typedef struct hammer2_bmap_data hammer2_bmap_data_t;
793
794 /*
795  * In HAMMER2 inodes ARE directory entries, with a special exception for
796  * hardlinks.  The inode number is stored in the inode rather than being
797  * based on the location of the inode (since the location moves every time
798  * the inode or anything underneath the inode is modified).
799  *
800  * The inode is 1024 bytes, made up of 256 bytes of meta-data, 256 bytes
801  * for the filename, and 512 bytes worth of direct file data OR an embedded
802  * blockset.  The in-memory hammer2_inode structure contains only the mostly-
803  * node-independent meta-data portion (some flags are node-specific and will
804  * not be synchronized).  The rest of the inode is node-specific and chain I/O
805  * is required to obtain it.
806  *
807  * Directories represent one inode per blockref.  Inodes are not laid out
808  * as a file but instead are represented by the related blockrefs.  The
809  * blockrefs, in turn, are indexed by the 64-bit directory hash key.  Remember
810  * that blocksets are fully associative, so a certain degree efficiency is
811  * achieved just from that.
812  *
813  * Up to 512 bytes of direct data can be embedded in an inode, and since
814  * inodes are essentially directory entries this also means that small data
815  * files end up simply being laid out linearly in the directory, resulting
816  * in fewer seeks and highly optimal access.
817  *
818  * The compression mode can be changed at any time in the inode and is
819  * recorded on a blockref-by-blockref basis.
820  *
821  * Hardlinks are supported via the inode map.  Essentially the way a hardlink
822  * works is that all individual directory entries representing the same file
823  * are special cased and specify the same inode number.  The actual file
824  * is placed in the nearest parent directory that is parent to all instances
825  * of the hardlink.  If all hardlinks to a file are in the same directory
826  * the actual file will also be placed in that directory.  This file uses
827  * the inode number as the directory entry key and is invisible to normal
828  * directory scans.  Real directory entry keys are differentiated from the
829  * inode number key via bit 63.  Access to the hardlink silently looks up
830  * the real file and forwards all operations to that file.  Removal of the
831  * last hardlink also removes the real file.
832  *
833  * (attr_tid) is only updated when the inode's specific attributes or regular
834  * file size has changed, and affects path lookups and stat.  (attr_tid)
835  * represents a special cache coherency lock under the inode.  The inode
836  * blockref's modify_tid will always cover it.
837  *
838  * (dirent_tid) is only updated when an entry under a directory inode has
839  * been created, deleted, renamed, or had its attributes change, and affects
840  * directory lookups and scans.  (dirent_tid) represents another special cache
841  * coherency lock under the inode.  The inode blockref's modify_tid will
842  * always cover it.
843  */
844 #define HAMMER2_INODE_BYTES             1024    /* (asserted by code) */
845 #define HAMMER2_INODE_MAXNAME           256     /* maximum name in bytes */
846 #define HAMMER2_INODE_VERSION_ONE       1
847
848 #define HAMMER2_INODE_HIDDENDIR         16      /* special inode */
849 #define HAMMER2_INODE_START             1024    /* dynamically allocated */
850
851 struct hammer2_inode_meta {
852         uint16_t        version;        /* 0000 inode data version */
853         uint8_t         reserved02;     /* 0002 */
854         uint8_t         pfs_subtype;    /* 0003 pfs sub-type */
855
856         /*
857          * core inode attributes, inode type, misc flags
858          */
859         uint32_t        uflags;         /* 0004 chflags */
860         uint32_t        rmajor;         /* 0008 available for device nodes */
861         uint32_t        rminor;         /* 000C available for device nodes */
862         uint64_t        ctime;          /* 0010 inode change time */
863         uint64_t        mtime;          /* 0018 modified time */
864         uint64_t        atime;          /* 0020 access time (unsupported) */
865         uint64_t        btime;          /* 0028 birth time */
866         uuid_t          uid;            /* 0030 uid / degenerate unix uid */
867         uuid_t          gid;            /* 0040 gid / degenerate unix gid */
868
869         uint8_t         type;           /* 0050 object type */
870         uint8_t         op_flags;       /* 0051 operational flags */
871         uint16_t        cap_flags;      /* 0052 capability flags */
872         uint32_t        mode;           /* 0054 unix modes (typ low 16 bits) */
873
874         /*
875          * inode size, identification, localized recursive configuration
876          * for compression and backup copies.
877          */
878         hammer2_tid_t   inum;           /* 0058 inode number */
879         hammer2_off_t   size;           /* 0060 size of file */
880         uint64_t        nlinks;         /* 0068 hard links (typ only dirs) */
881         hammer2_tid_t   iparent;        /* 0070 parent inum (recovery only) */
882         hammer2_key_t   name_key;       /* 0078 full filename key */
883         uint16_t        name_len;       /* 0080 filename length */
884         uint8_t         ncopies;        /* 0082 ncopies to local media */
885         uint8_t         comp_algo;      /* 0083 compression request & algo */
886
887         /*
888          * These fields are currently only applicable to PFSROOTs.
889          *
890          * NOTE: We can't use {volume_data->fsid, pfs_clid} to uniquely
891          *       identify an instance of a PFS in the cluster because
892          *       a mount may contain more than one copy of the PFS as
893          *       a separate node.  {pfs_clid, pfs_fsid} must be used for
894          *       registration in the cluster.
895          */
896         uint8_t         target_type;    /* 0084 hardlink target type */
897         uint8_t         check_algo;     /* 0085 check code request & algo */
898         uint8_t         pfs_nmasters;   /* 0086 (if PFSROOT) if multi-master */
899         uint8_t         pfs_type;       /* 0087 (if PFSROOT) node type */
900         uint64_t        pfs_inum;       /* 0088 (if PFSROOT) inum allocator */
901         uuid_t          pfs_clid;       /* 0090 (if PFSROOT) cluster uuid */
902         uuid_t          pfs_fsid;       /* 00A0 (if PFSROOT) unique uuid */
903
904         /*
905          * Quotas and aggregate sub-tree inode and data counters.  Note that
906          * quotas are not replicated downward, they are explicitly set by
907          * the sysop and in-memory structures keep track of inheritence.
908          */
909         hammer2_key_t   data_quota;     /* 00B0 subtree quota in bytes */
910         hammer2_key_t   unusedB8;       /* 00B8 subtree byte count */
911         hammer2_key_t   inode_quota;    /* 00C0 subtree quota inode count */
912         hammer2_key_t   unusedC8;       /* 00C8 subtree inode count */
913         hammer2_tid_t   attr_tid;       /* 00D0 attributes changed */
914         hammer2_tid_t   dirent_tid;     /* 00D8 directory/attr changed */
915
916         /*
917          * Tracks (possibly degenerate) free areas covering all sub-tree
918          * allocations under inode, not counting the inode itself.
919          * 0/0 indicates empty entry.  fully set-associative.
920          *
921          * (not yet implemented)
922          */
923         uint64_t        decrypt_check;  /* 00E0 decryption validator */
924         hammer2_off_t   reservedE0[3];  /* 00E8/F0/F8 */
925 } __packed;
926
927 typedef struct hammer2_inode_meta hammer2_inode_meta_t;
928
929 struct hammer2_inode_data {
930         hammer2_inode_meta_t    meta;   /* 0000-00FF */
931         unsigned char   filename[HAMMER2_INODE_MAXNAME];
932                                         /* 0100-01FF (256 char, unterminated) */
933         union {                         /* 0200-03FF (64x8 = 512 bytes) */
934                 struct hammer2_blockset blockset;
935                 char data[HAMMER2_EMBEDDED_BYTES];
936         } u;
937 } __packed;
938
939 typedef struct hammer2_inode_data hammer2_inode_data_t;
940
941 #define HAMMER2_OPFLAG_DIRECTDATA       0x01
942 #define HAMMER2_OPFLAG_PFSROOT          0x02    /* (see also bref flag) */
943 #define HAMMER2_OPFLAG_COPYIDS          0x04    /* copyids override parent */
944
945 #define HAMMER2_OBJTYPE_UNKNOWN         0
946 #define HAMMER2_OBJTYPE_DIRECTORY       1
947 #define HAMMER2_OBJTYPE_REGFILE         2
948 #define HAMMER2_OBJTYPE_FIFO            4
949 #define HAMMER2_OBJTYPE_CDEV            5
950 #define HAMMER2_OBJTYPE_BDEV            6
951 #define HAMMER2_OBJTYPE_SOFTLINK        7
952 #define HAMMER2_OBJTYPE_HARDLINK        8       /* dummy entry for hardlink */
953 #define HAMMER2_OBJTYPE_SOCKET          9
954 #define HAMMER2_OBJTYPE_WHITEOUT        10
955
956 #define HAMMER2_COPYID_NONE             0
957 #define HAMMER2_COPYID_LOCAL            ((uint8_t)-1)
958
959 #define HAMMER2_COPYID_COUNT            256
960
961 /*
962  * PFS types identify the role of a PFS within a cluster.  The PFS types
963  * is stored on media and in LNK_SPAN messages and used in other places.
964  *
965  * The low 4 bits specify the current active type while the high 4 bits
966  * specify the transition target if the PFS is being upgraded or downgraded,
967  * If the upper 4 bits are not zero it may effect how a PFS is used during
968  * the transition.
969  *
970  * Generally speaking, downgrading a MASTER to a SLAVE cannot complete until
971  * at least all MASTERs have updated their pfs_nmasters field.  And upgrading
972  * a SLAVE to a MASTER cannot complete until the new prospective master has
973  * been fully synchronized (though theoretically full synchronization is
974  * not required if a (new) quorum of other masters are fully synchronized).
975  *
976  * It generally does not matter which PFS element you actually mount, you
977  * are mounting 'the cluster'.  So, for example, a network mount will mount
978  * a DUMMY PFS type on a memory filesystem.  However, there are two exceptions.
979  * In order to gain the benefits of a SOFT_MASTER or SOFT_SLAVE, those PFSs
980  * must be directly mounted.
981  */
982 #define HAMMER2_PFSTYPE_NONE            0x00
983 #define HAMMER2_PFSTYPE_CACHE           0x01
984 #define HAMMER2_PFSTYPE_UNUSED02        0x02
985 #define HAMMER2_PFSTYPE_SLAVE           0x03
986 #define HAMMER2_PFSTYPE_SOFT_SLAVE      0x04
987 #define HAMMER2_PFSTYPE_SOFT_MASTER     0x05
988 #define HAMMER2_PFSTYPE_MASTER          0x06
989 #define HAMMER2_PFSTYPE_UNUSED07        0x07
990 #define HAMMER2_PFSTYPE_SUPROOT         0x08
991 #define HAMMER2_PFSTYPE_DUMMY           0x09
992 #define HAMMER2_PFSTYPE_MAX             16
993
994 #define HAMMER2_PFSTRAN_NONE            0x00    /* no transition in progress */
995 #define HAMMER2_PFSTRAN_CACHE           0x10
996 #define HAMMER2_PFSTRAN_UNMUSED20       0x20
997 #define HAMMER2_PFSTRAN_SLAVE           0x30
998 #define HAMMER2_PFSTRAN_SOFT_SLAVE      0x40
999 #define HAMMER2_PFSTRAN_SOFT_MASTER     0x50
1000 #define HAMMER2_PFSTRAN_MASTER          0x60
1001 #define HAMMER2_PFSTRAN_UNUSED70        0x70
1002 #define HAMMER2_PFSTRAN_SUPROOT         0x80
1003 #define HAMMER2_PFSTRAN_DUMMY           0x90
1004
1005 #define HAMMER2_PFS_DEC(n)              ((n) & 0x0F)
1006 #define HAMMER2_PFS_DEC_TRANSITION(n)   (((n) >> 4) & 0x0F)
1007 #define HAMMER2_PFS_ENC_TRANSITION(n)   (((n) & 0x0F) << 4)
1008
1009 #define HAMMER2_PFSSUBTYPE_NONE         0
1010 #define HAMMER2_PFSSUBTYPE_SNAPSHOT     1       /* manual/managed snapshot */
1011 #define HAMMER2_PFSSUBTYPE_AUTOSNAP     2       /* automatic snapshot */
1012
1013 /*
1014  * PFS mode of operation is a bitmask.  This is typically not stored
1015  * on-media, but defined here because the field may be used in dmsgs.
1016  */
1017 #define HAMMER2_PFSMODE_QUORUM          0x01
1018 #define HAMMER2_PFSMODE_RW              0x02
1019
1020 /*
1021  *                              Allocation Table
1022  *
1023  */
1024
1025
1026 /*
1027  * Flags (8 bits) - blockref, for freemap only
1028  *
1029  * Note that the minimum chunk size is 1KB so we could theoretically have
1030  * 10 bits here, but we might have some future extension that allows a
1031  * chunk size down to 256 bytes and if so we will need bits 8 and 9.
1032  */
1033 #define HAMMER2_AVF_SELMASK             0x03    /* select group */
1034 #define HAMMER2_AVF_ALL_ALLOC           0x04    /* indicate all allocated */
1035 #define HAMMER2_AVF_ALL_FREE            0x08    /* indicate all free */
1036 #define HAMMER2_AVF_RESERVED10          0x10
1037 #define HAMMER2_AVF_RESERVED20          0x20
1038 #define HAMMER2_AVF_RESERVED40          0x40
1039 #define HAMMER2_AVF_RESERVED80          0x80
1040 #define HAMMER2_AVF_AVMASK32            ((uint32_t)0xFFFFFF00LU)
1041 #define HAMMER2_AVF_AVMASK64            ((uint64_t)0xFFFFFFFFFFFFFF00LLU)
1042
1043 #define HAMMER2_AV_SELECT_A             0x00
1044 #define HAMMER2_AV_SELECT_B             0x01
1045 #define HAMMER2_AV_SELECT_C             0x02
1046 #define HAMMER2_AV_SELECT_D             0x03
1047
1048 /*
1049  * The volume header eats a 64K block.  There is currently an issue where
1050  * we want to try to fit all nominal filesystem updates in a 512-byte section
1051  * but it may be a lost cause due to the need for a blockset.
1052  *
1053  * All information is stored in host byte order.  The volume header's magic
1054  * number may be checked to determine the byte order.  If you wish to mount
1055  * between machines w/ different endian modes you'll need filesystem code
1056  * which acts on the media data consistently (either all one way or all the
1057  * other).  Our code currently does not do that.
1058  *
1059  * A read-write mount may have to recover missing allocations by doing an
1060  * incremental mirror scan looking for modifications made after alloc_tid.
1061  * If alloc_tid == last_tid then no recovery operation is needed.  Recovery
1062  * operations are usually very, very fast.
1063  *
1064  * Read-only mounts do not need to do any recovery, access to the filesystem
1065  * topology is always consistent after a crash (is always consistent, period).
1066  * However, there may be shortcutted blockref updates present from deep in
1067  * the tree which are stored in the volumeh eader and must be tracked on
1068  * the fly.
1069  *
1070  * NOTE: The copyinfo[] array contains the configuration for both the
1071  *       cluster connections and any local media copies.  The volume
1072  *       header will be replicated for each local media copy.
1073  *
1074  *       The mount command may specify multiple medias or just one and
1075  *       allow HAMMER2 to pick up the others when it checks the copyinfo[]
1076  *       array on mount.
1077  *
1078  * NOTE: root_blockref points to the super-root directory, not the root
1079  *       directory.  The root directory will be a subdirectory under the
1080  *       super-root.
1081  *
1082  *       The super-root directory contains all root directories and all
1083  *       snapshots (readonly or writable).  It is possible to do a
1084  *       null-mount of the super-root using special path constructions
1085  *       relative to your mounted root.
1086  *
1087  * NOTE: HAMMER2 allows any subdirectory tree to be managed as if it were
1088  *       a PFS, including mirroring and storage quota operations, and this is
1089  *       prefered over creating discrete PFSs in the super-root.  Instead
1090  *       the super-root is most typically used to create writable snapshots,
1091  *       alternative roots, and so forth.  The super-root is also used by
1092  *       the automatic snapshotting mechanism.
1093  */
1094 #define HAMMER2_VOLUME_ID_HBO   0x48414d3205172011LLU
1095 #define HAMMER2_VOLUME_ID_ABO   0x11201705324d4148LLU
1096
1097 struct hammer2_volume_data {
1098         /*
1099          * sector #0 - 512 bytes
1100          */
1101         uint64_t        magic;                  /* 0000 Signature */
1102         hammer2_off_t   boot_beg;               /* 0008 Boot area (future) */
1103         hammer2_off_t   boot_end;               /* 0010 (size = end - beg) */
1104         hammer2_off_t   aux_beg;                /* 0018 Aux area (future) */
1105         hammer2_off_t   aux_end;                /* 0020 (size = end - beg) */
1106         hammer2_off_t   volu_size;              /* 0028 Volume size, bytes */
1107
1108         uint32_t        version;                /* 0030 */
1109         uint32_t        flags;                  /* 0034 */
1110         uint8_t         copyid;                 /* 0038 copyid of phys vol */
1111         uint8_t         freemap_version;        /* 0039 freemap algorithm */
1112         uint8_t         peer_type;              /* 003A HAMMER2_PEER_xxx */
1113         uint8_t         reserved003B;           /* 003B */
1114         uint32_t        reserved003C;           /* 003C */
1115
1116         uuid_t          fsid;                   /* 0040 */
1117         uuid_t          fstype;                 /* 0050 */
1118
1119         /*
1120          * allocator_size is precalculated at newfs time and does not include
1121          * reserved blocks, boot, or redo areas.
1122          *
1123          * Initial non-reserved-area allocations do not use the freemap
1124          * but instead adjust alloc_iterator.  Dynamic allocations take
1125          * over starting at (allocator_beg).  This makes newfs_hammer2's
1126          * job a lot easier and can also serve as a testing jig.
1127          */
1128         hammer2_off_t   allocator_size;         /* 0060 Total data space */
1129         hammer2_off_t   allocator_free;         /* 0068 Free space */
1130         hammer2_off_t   allocator_beg;          /* 0070 Initial allocations */
1131
1132         /*
1133          * mirror_tid reflects the highest committed change for this
1134          * block device regardless of whether it is to the super-root
1135          * or to a PFS or whatever.
1136          *
1137          * freemap_tid reflects the highest committed freemap change for
1138          * this block device.
1139          */
1140         hammer2_tid_t   mirror_tid;             /* 0078 committed tid (vol) */
1141         hammer2_tid_t   reserved0080;           /* 0080 */
1142         hammer2_tid_t   reserved0088;           /* 0088 */
1143         hammer2_tid_t   freemap_tid;            /* 0090 committed tid (fmap) */
1144         hammer2_tid_t   bulkfree_tid;           /* 0098 bulkfree incremental */
1145         hammer2_tid_t   reserved00A0[5];        /* 00A0-00C7 */
1146
1147         /*
1148          * Copyids are allocated dynamically from the copyexists bitmap.
1149          * An id from the active copies set (up to 8, see copyinfo later on)
1150          * may still exist after the copy set has been removed from the
1151          * volume header and its bit will remain active in the bitmap and
1152          * cannot be reused until it is 100% removed from the hierarchy.
1153          */
1154         uint32_t        copyexists[8];          /* 00C8-00E7 copy exists bmap */
1155         char            reserved0140[248];      /* 00E8-01DF */
1156
1157         /*
1158          * 32 bit CRC array at the end of the first 512 byte sector.
1159          *
1160          * icrc_sects[7] - First 512-4 bytes of volume header (including all
1161          *                 the other icrc's except this one).
1162          *
1163          * icrc_sects[6] - Sector 1 (512 bytes) of volume header, which is
1164          *                 the blockset for the root.
1165          *
1166          * icrc_sects[5] - Sector 2
1167          * icrc_sects[4] - Sector 3
1168          * icrc_sects[3] - Sector 4 (the freemap blockset)
1169          */
1170         hammer2_crc32_t icrc_sects[8];          /* 01E0-01FF */
1171
1172         /*
1173          * sector #1 - 512 bytes
1174          *
1175          * The entire sector is used by a blockset.
1176          */
1177         hammer2_blockset_t sroot_blockset;      /* 0200-03FF Superroot dir */
1178
1179         /*
1180          * sector #2-7
1181          */
1182         char    sector2[512];                   /* 0400-05FF reserved */
1183         char    sector3[512];                   /* 0600-07FF reserved */
1184         hammer2_blockset_t freemap_blockset;    /* 0800-09FF freemap  */
1185         char    sector5[512];                   /* 0A00-0BFF reserved */
1186         char    sector6[512];                   /* 0C00-0DFF reserved */
1187         char    sector7[512];                   /* 0E00-0FFF reserved */
1188
1189         /*
1190          * sector #8-71 - 32768 bytes
1191          *
1192          * Contains the configuration for up to 256 copyinfo targets.  These
1193          * specify local and remote copies operating as masters or slaves.
1194          * copyid's 0 and 255 are reserved (0 indicates an empty slot and 255
1195          * indicates the local media).
1196          *
1197          * Each inode contains a set of up to 8 copyids, either inherited
1198          * from its parent or explicitly specified in the inode, which
1199          * indexes into this array.
1200          */
1201                                                 /* 1000-8FFF copyinfo config */
1202         hammer2_volconf_t copyinfo[HAMMER2_COPYID_COUNT];
1203
1204         /*
1205          * Remaining sections are reserved for future use.
1206          */
1207         char            reserved0400[0x6FFC];   /* 9000-FFFB reserved */
1208
1209         /*
1210          * icrc on entire volume header
1211          */
1212         hammer2_crc32_t icrc_volheader;         /* FFFC-FFFF full volume icrc*/
1213 } __packed;
1214
1215 typedef struct hammer2_volume_data hammer2_volume_data_t;
1216
1217 /*
1218  * Various parts of the volume header have their own iCRCs.
1219  *
1220  * The first 512 bytes has its own iCRC stored at the end of the 512 bytes
1221  * and not included the icrc calculation.
1222  *
1223  * The second 512 bytes also has its own iCRC but it is stored in the first
1224  * 512 bytes so it covers the entire second 512 bytes.
1225  *
1226  * The whole volume block (64KB) has an iCRC covering all but the last 4 bytes,
1227  * which is where the iCRC for the whole volume is stored.  This is currently
1228  * a catch-all for anything not individually iCRCd.
1229  */
1230 #define HAMMER2_VOL_ICRC_SECT0          7
1231 #define HAMMER2_VOL_ICRC_SECT1          6
1232
1233 #define HAMMER2_VOLUME_BYTES            65536
1234
1235 #define HAMMER2_VOLUME_ICRC0_OFF        0
1236 #define HAMMER2_VOLUME_ICRC1_OFF        512
1237 #define HAMMER2_VOLUME_ICRCVH_OFF       0
1238
1239 #define HAMMER2_VOLUME_ICRC0_SIZE       (512 - 4)
1240 #define HAMMER2_VOLUME_ICRC1_SIZE       (512)
1241 #define HAMMER2_VOLUME_ICRCVH_SIZE      (65536 - 4)
1242
1243 #define HAMMER2_VOL_VERSION_MIN         1
1244 #define HAMMER2_VOL_VERSION_DEFAULT     1
1245 #define HAMMER2_VOL_VERSION_WIP         2
1246
1247 #define HAMMER2_NUM_VOLHDRS             4
1248
1249 union hammer2_media_data {
1250         hammer2_volume_data_t   voldata;
1251         hammer2_inode_data_t    ipdata;
1252         hammer2_blockref_t      npdata[HAMMER2_IND_COUNT_MAX];
1253         hammer2_bmap_data_t     bmdata[HAMMER2_FREEMAP_COUNT];
1254         char                    buf[HAMMER2_PBUFSIZE];
1255 } __packed;
1256
1257 typedef union hammer2_media_data hammer2_media_data_t;
1258
1259 #endif /* !_VFS_HAMMER2_DISK_H_ */