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