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