Merge branch 'vendor/BINUTILS225'
[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.
60  *
61  * 64K X-bufs are used for blocks >= a file's 1MB mark.
62  *
63  * Per-volume storage limit: 52 bits            4096 TB
64  * Per-Zone storage limit: 60 bits              1 MTB
65  * Per-filesystem storage limit: 60 bits        1 MTB
66  */
67 #define HAMMER_BUFSIZE          16384
68 #define HAMMER_XBUFSIZE         65536
69 #define HAMMER_HBUFSIZE         (HAMMER_BUFSIZE / 2)
70 #define HAMMER_XDEMARC          (1024 * 1024)
71 #define HAMMER_BUFMASK          (HAMMER_BUFSIZE - 1)
72 #define HAMMER_XBUFMASK         (HAMMER_XBUFSIZE - 1)
73
74 #define HAMMER_BUFSIZE64        ((u_int64_t)HAMMER_BUFSIZE)
75 #define HAMMER_BUFMASK64        ((u_int64_t)HAMMER_BUFMASK)
76
77 #define HAMMER_XBUFSIZE64       ((u_int64_t)HAMMER_XBUFSIZE)
78 #define HAMMER_XBUFMASK64       ((u_int64_t)HAMMER_XBUFMASK)
79
80 #define HAMMER_OFF_ZONE_MASK    0xF000000000000000ULL /* zone portion */
81 #define HAMMER_OFF_VOL_MASK     0x0FF0000000000000ULL /* volume portion */
82 #define HAMMER_OFF_SHORT_MASK   0x000FFFFFFFFFFFFFULL /* offset portion */
83 #define HAMMER_OFF_LONG_MASK    0x0FFFFFFFFFFFFFFFULL /* offset portion */
84
85 #define HAMMER_OFF_BAD          ((hammer_off_t)-1)
86
87 /*
88  * The current limit of volumes that can make up a HAMMER FS
89  */
90 #define HAMMER_MAX_VOLUMES      256
91
92 /*
93  * Hammer transaction ids are 64 bit unsigned integers and are usually
94  * synchronized with the time of day in nanoseconds.
95  *
96  * Hammer offsets are used for FIFO indexing and embed a cycle counter
97  * and volume number in addition to the offset.  Most offsets are required
98  * to be 16 KB aligned.
99  */
100 typedef u_int64_t hammer_tid_t;
101 typedef u_int64_t hammer_off_t;
102 typedef u_int32_t hammer_crc_t;
103
104 #define HAMMER_MIN_TID          0ULL                    /* unsigned */
105 #define HAMMER_MAX_TID          0xFFFFFFFFFFFFFFFFULL   /* unsigned */
106 #define HAMMER_MIN_KEY          -0x8000000000000000LL   /* signed */
107 #define HAMMER_MAX_KEY          0x7FFFFFFFFFFFFFFFLL    /* signed */
108 #define HAMMER_MIN_OBJID        HAMMER_MIN_KEY          /* signed */
109 #define HAMMER_MAX_OBJID        HAMMER_MAX_KEY          /* signed */
110 #define HAMMER_MIN_RECTYPE      0x0U                    /* unsigned */
111 #define HAMMER_MAX_RECTYPE      0xFFFFU                 /* unsigned */
112 #define HAMMER_MIN_OFFSET       0ULL                    /* unsigned */
113 #define HAMMER_MAX_OFFSET       0xFFFFFFFFFFFFFFFFULL   /* unsigned */
114
115 /*
116  * hammer_off_t has several different encodings.  Note that not all zones
117  * encode a vol_no.
118  *
119  * zone 0:              reserved for sanity
120  * zone 1 (z,v,o):      raw volume relative (offset 0 is the volume header)
121  * zone 2 (z,v,o):      raw buffer relative (offset 0 is the first buffer)
122  * zone 3 (z,o):        undo fifo       - actually zone-2 address, fixed phys array in vol hdr
123  * zone 4 (z,v,o):      freemap         - only real blockmap
124  * zone 8 (z,v,o):      B-Tree          - actually zone-2 address
125  * zone 9 (z,v,o):      meta            - actually zone-2 address
126  * zone 10 (z,v,o):     large-data      - actually zone-2 address
127  * zone 11 (z,v,o):     small-data      - actually zone-2 address
128  * zone 15:             reserved for sanity
129  *
130  * layer1/layer2 direct map:
131  *      zzzzvvvvvvvvoooo oooooooooooooooo oooooooooooooooo oooooooooooooooo
132  *      ----111111111111 1111112222222222 222222222ooooooo oooooooooooooooo
133  */
134
135 #define HAMMER_ZONE_RAW_VOLUME          0x1000000000000000ULL
136 #define HAMMER_ZONE_RAW_BUFFER          0x2000000000000000ULL
137 #define HAMMER_ZONE_UNDO                0x3000000000000000ULL
138 #define HAMMER_ZONE_FREEMAP             0x4000000000000000ULL
139 #define HAMMER_ZONE_RESERVED05          0x5000000000000000ULL
140 #define HAMMER_ZONE_RESERVED06          0x6000000000000000ULL
141 #define HAMMER_ZONE_RESERVED07          0x7000000000000000ULL
142 #define HAMMER_ZONE_BTREE               0x8000000000000000ULL
143 #define HAMMER_ZONE_META                0x9000000000000000ULL
144 #define HAMMER_ZONE_LARGE_DATA          0xA000000000000000ULL
145 #define HAMMER_ZONE_SMALL_DATA          0xB000000000000000ULL
146 #define HAMMER_ZONE_RESERVED0C          0xC000000000000000ULL
147 #define HAMMER_ZONE_RESERVED0D          0xD000000000000000ULL
148 #define HAMMER_ZONE_RESERVED0E          0xE000000000000000ULL
149 #define HAMMER_ZONE_UNAVAIL             0xF000000000000000ULL
150
151 #define HAMMER_ZONE_RAW_VOLUME_INDEX    1
152 #define HAMMER_ZONE_RAW_BUFFER_INDEX    2
153 #define HAMMER_ZONE_UNDO_INDEX          3
154 #define HAMMER_ZONE_FREEMAP_INDEX       4
155 #define HAMMER_ZONE_BTREE_INDEX         8
156 #define HAMMER_ZONE_META_INDEX          9
157 #define HAMMER_ZONE_LARGE_DATA_INDEX    10
158 #define HAMMER_ZONE_SMALL_DATA_INDEX    11
159 #define HAMMER_ZONE_UNAVAIL_INDEX       15      /* unavailable */
160
161 #define HAMMER_MAX_ZONES                16
162
163 /*
164  * Backend zones that are mapped to zone-2 (except for zone-3)
165  * starts from this index which is 8.
166  */
167 #define HAMMER_ZONE2_MAPPED_INDEX       HAMMER_ZONE_BTREE_INDEX
168
169 #define HAMMER_ZONE_ENCODE(zone, ham_off)               \
170         (((hammer_off_t)(zone) << 60) | (ham_off))
171 #define HAMMER_ZONE_DECODE(ham_off)                     \
172         (int32_t)(((hammer_off_t)(ham_off) >> 60))
173
174 #define HAMMER_VOL_ENCODE(vol_no)                       \
175         ((hammer_off_t)((vol_no) & 255) << 52)
176 #define HAMMER_VOL_DECODE(ham_off)                      \
177         (int32_t)(((hammer_off_t)(ham_off) >> 52) & 255)
178
179 #define HAMMER_OFF_SHORT_ENCODE(offset)                 \
180         ((hammer_off_t)(offset) & HAMMER_OFF_SHORT_MASK)
181 #define HAMMER_OFF_LONG_ENCODE(offset)                  \
182         ((hammer_off_t)(offset) & HAMMER_OFF_LONG_MASK)
183
184 #define HAMMER_ENCODE(zone, vol_no, offset)             \
185         (((hammer_off_t)(zone) << 60) |                 \
186         HAMMER_VOL_ENCODE(vol_no) |                     \
187         HAMMER_OFF_SHORT_ENCODE(offset))
188 #define HAMMER_ENCODE_RAW_VOLUME(vol_no, offset)        \
189         HAMMER_ENCODE(HAMMER_ZONE_RAW_VOLUME_INDEX, vol_no, offset)
190 #define HAMMER_ENCODE_RAW_BUFFER(vol_no, offset)        \
191         HAMMER_ENCODE(HAMMER_ZONE_RAW_BUFFER_INDEX, vol_no, offset)
192 #define HAMMER_ENCODE_FREEMAP(vol_no, offset)           \
193         HAMMER_ENCODE(HAMMER_ZONE_FREEMAP_INDEX, vol_no, offset)
194
195 /*
196  * Translate a zone address to zone-X address.
197  */
198 #define hammer_xlate_to_zoneX(zone, offset)             \
199         HAMMER_ZONE_ENCODE((zone), (offset) & ~HAMMER_OFF_ZONE_MASK)
200 #define hammer_xlate_to_zone2(offset)                   \
201         hammer_xlate_to_zoneX(HAMMER_ZONE_RAW_BUFFER_INDEX, (offset))
202
203 #define hammer_data_zone(data_len)                      \
204         (((data_len) >= HAMMER_BUFSIZE) ?               \
205          HAMMER_ZONE_LARGE_DATA :                       \
206          HAMMER_ZONE_SMALL_DATA)
207 #define hammer_data_zone_index(data_len)                \
208         (((data_len) >= HAMMER_BUFSIZE) ?               \
209          HAMMER_ZONE_LARGE_DATA_INDEX :                 \
210          HAMMER_ZONE_SMALL_DATA_INDEX)
211
212 /*
213  * Big-Block backing store
214  *
215  * A blockmap is a two-level map which translates a blockmap-backed zone
216  * offset into a raw zone 2 offset.  The layer 1 handles 18 bits and the
217  * layer 2 handles 19 bits.  The 8M big-block size is 23 bits so two
218  * layers gives us 18+19+23 = 60 bits of address space.
219  *
220  * When using hinting for a blockmap lookup, the hint is lost when the
221  * scan leaves the HINTBLOCK, which is typically several BIGBLOCK's.
222  * HINTBLOCK is a heuristic.
223  */
224 #define HAMMER_HINTBLOCK_SIZE           (HAMMER_BIGBLOCK_SIZE * 4)
225 #define HAMMER_HINTBLOCK_MASK64         ((u_int64_t)HAMMER_HINTBLOCK_SIZE - 1)
226 #define HAMMER_BIGBLOCK_SIZE            (8192 * 1024)
227 #define HAMMER_BIGBLOCK_OVERFILL        (6144 * 1024)
228 #define HAMMER_BIGBLOCK_SIZE64          ((u_int64_t)HAMMER_BIGBLOCK_SIZE)
229 #define HAMMER_BIGBLOCK_MASK            (HAMMER_BIGBLOCK_SIZE - 1)
230 #define HAMMER_BIGBLOCK_MASK64          ((u_int64_t)HAMMER_BIGBLOCK_SIZE - 1)
231 #define HAMMER_BIGBLOCK_BITS            23
232 #if (1 << HAMMER_BIGBLOCK_BITS) != HAMMER_BIGBLOCK_SIZE
233 #error "HAMMER_BIGBLOCK_BITS BROKEN"
234 #endif
235
236 #define HAMMER_BUFFERS_PER_BIGBLOCK                     \
237         (HAMMER_BIGBLOCK_SIZE / HAMMER_BUFSIZE)
238 #define HAMMER_BUFFERS_PER_BIGBLOCK_MASK                \
239         (HAMMER_BUFFERS_PER_BIGBLOCK - 1)
240 #define HAMMER_BUFFERS_PER_BIGBLOCK_MASK64              \
241         ((hammer_off_t)HAMMER_BUFFERS_PER_BIGBLOCK_MASK)
242
243 /*
244  * Maximum number of mirrors operating in master mode (multi-master
245  * clustering and mirroring). Note that HAMMER1 does not support
246  * multi-master clustering as of 2015.
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 freemap.
253  *
254  * zone:1       raw volume (no blockmap)
255  * zone:2       raw buffer (no blockmap)
256  * zone:3       undomap    (direct layer2 array in volume header)
257  * zone:4       freemap    (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][big-block: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 big-block.
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 big-block */
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_UNAVAIL ((hammer_off_t)-1LL)
328
329 #define HAMMER_BLOCKMAP_RADIX1  /* 262144 (18) */       \
330         (HAMMER_BIGBLOCK_SIZE / sizeof(struct hammer_blockmap_layer1))
331 #define HAMMER_BLOCKMAP_RADIX2  /* 524288 (19) */       \
332         (HAMMER_BIGBLOCK_SIZE / sizeof(struct hammer_blockmap_layer2))
333
334 #define HAMMER_BLOCKMAP_RADIX1_PERBUFFER        \
335         (HAMMER_BLOCKMAP_RADIX1 / HAMMER_BUFFERS_PER_BIGBLOCK)
336 #define HAMMER_BLOCKMAP_RADIX2_PERBUFFER        \
337         (HAMMER_BLOCKMAP_RADIX2 / HAMMER_BUFFERS_PER_BIGBLOCK)
338
339 #define HAMMER_BLOCKMAP_LAYER1  /* 18+19+23 - 1EB */            \
340         (HAMMER_BLOCKMAP_RADIX1 * HAMMER_BLOCKMAP_LAYER2)
341 #define HAMMER_BLOCKMAP_LAYER2  /* 19+23 - 4TB */               \
342         (HAMMER_BLOCKMAP_RADIX2 * HAMMER_BIGBLOCK_SIZE64)
343
344 #define HAMMER_BLOCKMAP_LAYER1_MASK     (HAMMER_BLOCKMAP_LAYER1 - 1)
345 #define HAMMER_BLOCKMAP_LAYER2_MASK     (HAMMER_BLOCKMAP_LAYER2 - 1)
346
347 /*
348  * Index within layer1 or layer2 big-block for the entry representing
349  * a zone-2 physical offset.
350  */
351 #define HAMMER_BLOCKMAP_LAYER1_INDEX(zone2_offset)              \
352         (((zone2_offset) & HAMMER_BLOCKMAP_LAYER1_MASK) /       \
353          HAMMER_BLOCKMAP_LAYER2)
354
355 #define HAMMER_BLOCKMAP_LAYER2_INDEX(zone2_offset)              \
356         (((zone2_offset) & HAMMER_BLOCKMAP_LAYER2_MASK) /       \
357         HAMMER_BIGBLOCK_SIZE64)
358
359 /*
360  * Byte offset within layer1 or layer2 big-block for the entry representing
361  * a zone-2 physical offset.  Multiply the index by sizeof(blockmap_layer).
362  */
363 #define HAMMER_BLOCKMAP_LAYER1_OFFSET(zone2_offset)             \
364         (HAMMER_BLOCKMAP_LAYER1_INDEX(zone2_offset) *           \
365          sizeof(struct hammer_blockmap_layer1))
366
367 #define HAMMER_BLOCKMAP_LAYER2_OFFSET(zone2_offset)             \
368         (HAMMER_BLOCKMAP_LAYER2_INDEX(zone2_offset) *           \
369          sizeof(struct hammer_blockmap_layer2))
370
371 /*
372  * HAMMER UNDO parameters.  The UNDO fifo is mapped directly in the volume
373  * header with an array of layer2 structures.  A maximum of (128x8MB) = 1GB
374  * may be reserved.  The size of the undo fifo is usually set a newfs time
375  * but can be adjusted if the filesystem is taken offline.
376  */
377 #define HAMMER_UNDO_LAYER2      128     /* max layer2 undo mapping entries */
378
379 /*
380  * All on-disk HAMMER structures which make up elements of the UNDO FIFO
381  * contain a hammer_fifo_head and hammer_fifo_tail structure.  This structure
382  * contains all the information required to validate the fifo element
383  * and to scan the fifo in either direction.  The head is typically embedded
384  * in higher level hammer on-disk structures while the tail is typically
385  * out-of-band.  hdr_size is the size of the whole mess, including the tail.
386  *
387  * All undo structures are guaranteed to not cross a 16K filesystem
388  * buffer boundary.  Most undo structures are fairly small.  Data spaces
389  * are not immediately reused by HAMMER so file data is not usually recorded
390  * as part of an UNDO.
391  *
392  * PAD elements are allowed to take up only 8 bytes of space as a special
393  * case, containing only hdr_signature, hdr_type, and hdr_size fields,
394  * and with the tail overloaded onto the head structure for 8 bytes total.
395  *
396  * Every undo record has a sequence number.  This number is unrelated to
397  * transaction ids and instead collects the undo transactions associated
398  * with a single atomic operation.  A larger transactional operation, such
399  * as a remove(), may consist of several smaller atomic operations
400  * representing raw meta-data operations.
401  *
402  *                              HAMMER VERSION 4 CHANGES
403  *
404  * In HAMMER version 4 the undo structure alignment is reduced from 16384
405  * to 512 bytes in order to ensure that each 512 byte sector begins with
406  * a header.  The reserved01 field in the header is now a 32 bit sequence
407  * number.  This allows the recovery code to detect missing sectors
408  * without relying on the 32-bit crc and to definitively identify the current
409  * undo sequence space without having to rely on information from the volume
410  * header.  In addition, new REDO entries in the undo space are used to
411  * record write, write/extend, and transaction id updates.
412  *
413  * The grand result is:
414  *
415  * (1) The volume header no longer needs to be synchronized for most
416  *     flush and fsync operations.
417  *
418  * (2) Most fsync operations need only lay down REDO records
419  *
420  * (3) Data overwrite for nohistory operations covered by REDO records
421  *     can be supported (instead of rolling a new block allocation),
422  *     by rolling UNDO for the prior contents of the data.
423  *
424  *                              HAMMER VERSION 5 CHANGES
425  *
426  * Hammer version 5 contains a minor adjustment making layer2's bytes_free
427  * field signed, allowing dedup to push it into the negative domain.
428  */
429 #define HAMMER_HEAD_ALIGN               8
430 #define HAMMER_HEAD_ALIGN_MASK          (HAMMER_HEAD_ALIGN - 1)
431 #define HAMMER_HEAD_DOALIGN(bytes)      \
432         (((bytes) + HAMMER_HEAD_ALIGN_MASK) & ~HAMMER_HEAD_ALIGN_MASK)
433
434 #define HAMMER_UNDO_ALIGN               512
435 #define HAMMER_UNDO_ALIGN64             ((u_int64_t)512)
436 #define HAMMER_UNDO_MASK                (HAMMER_UNDO_ALIGN - 1)
437 #define HAMMER_UNDO_MASK64              (HAMMER_UNDO_ALIGN64 - 1)
438
439 struct hammer_fifo_head {
440         u_int16_t hdr_signature;
441         u_int16_t hdr_type;
442         u_int32_t hdr_size;     /* Aligned size of the whole mess */
443         u_int32_t hdr_seq;      /* Sequence number */
444         hammer_crc_t hdr_crc;   /* XOR crc up to field w/ crc after field */
445 };
446
447 #define HAMMER_FIFO_HEAD_CRCOFF offsetof(struct hammer_fifo_head, hdr_crc)
448
449 struct hammer_fifo_tail {
450         u_int16_t tail_signature;
451         u_int16_t tail_type;
452         u_int32_t tail_size;    /* aligned size of the whole mess */
453 };
454
455 typedef struct hammer_fifo_head *hammer_fifo_head_t;
456 typedef struct hammer_fifo_tail *hammer_fifo_tail_t;
457
458 /*
459  * Fifo header types.
460  */
461 #define HAMMER_HEAD_TYPE_PAD    (0x0040U|HAMMER_HEAD_FLAG_FREE)
462 #define HAMMER_HEAD_TYPE_DUMMY  0x0041U         /* dummy entry w/seqno */
463 #define HAMMER_HEAD_TYPE_42     0x0042U
464 #define HAMMER_HEAD_TYPE_UNDO   0x0043U         /* random UNDO information */
465 #define HAMMER_HEAD_TYPE_REDO   0x0044U         /* data REDO / fast fsync */
466 #define HAMMER_HEAD_TYPE_45     0x0045U
467
468 #define HAMMER_HEAD_FLAG_FREE   0x8000U         /* Indicates object freed */
469
470 #define HAMMER_HEAD_SIGNATURE   0xC84EU
471 #define HAMMER_TAIL_SIGNATURE   0xC74FU
472
473 /*
474  * Misc FIFO structures.
475  *
476  * UNDO - Raw meta-data media updates.
477  */
478 struct hammer_fifo_undo {
479         struct hammer_fifo_head head;
480         hammer_off_t            undo_offset;    /* zone-1,2 offset */
481         int32_t                 undo_data_bytes;
482         int32_t                 undo_reserved01;
483         /* followed by data */
484 };
485
486 /*
487  * REDO (HAMMER version 4+) - Logical file writes/truncates.
488  *
489  * REDOs contain information which will be duplicated in a later meta-data
490  * update, allowing fast write()+fsync() operations.  REDOs can be ignored
491  * without harming filesystem integrity but must be processed if fsync()
492  * semantics are desired.
493  *
494  * Unlike UNDOs which are processed backwards within the recovery span,
495  * REDOs must be processed forwards starting further back (starting outside
496  * the recovery span).
497  *
498  *      WRITE   - Write logical file (with payload).  Executed both
499  *                out-of-span and in-span.  Out-of-span WRITEs may be
500  *                filtered out by TERMs.
501  *
502  *      TRUNC   - Truncate logical file (no payload).  Executed both
503  *                out-of-span and in-span.  Out-of-span WRITEs may be
504  *                filtered out by TERMs.
505  *
506  *      TERM_*  - Indicates meta-data was committed (if out-of-span) or
507  *                will be rolled-back (in-span).  Any out-of-span TERMs
508  *                matching earlier WRITEs remove those WRITEs from
509  *                consideration as they might conflict with a later data
510  *                commit (which is not being rolled-back).
511  *
512  *      SYNC    - The earliest in-span SYNC (the last one when scanning
513  *                backwards) tells the recovery code how far out-of-span
514  *                it must go to run REDOs.
515  *
516  * NOTE: WRITEs do not always have matching TERMs even under
517  *       perfect conditions because truncations might remove the
518  *       buffers from consideration.  I/O problems can also remove
519  *       buffers from consideration.
520  *
521  *       TRUNCSs do not always have matching TERMs because several
522  *       truncations may be aggregated together into a single TERM.
523  */
524 struct hammer_fifo_redo {
525         struct hammer_fifo_head head;
526         int64_t                 redo_objid;     /* file being written */
527         hammer_off_t            redo_offset;    /* logical offset in file */
528         int32_t                 redo_data_bytes;
529         u_int32_t               redo_flags;
530         u_int32_t               redo_localization;
531         u_int32_t               redo_reserved;
532         u_int64_t               redo_mtime;     /* set mtime */
533 };
534
535 #define HAMMER_REDO_WRITE       0x00000001
536 #define HAMMER_REDO_TRUNC       0x00000002
537 #define HAMMER_REDO_TERM_WRITE  0x00000004
538 #define HAMMER_REDO_TERM_TRUNC  0x00000008
539 #define HAMMER_REDO_SYNC        0x00000010
540
541 union hammer_fifo_any {
542         struct hammer_fifo_head head;
543         struct hammer_fifo_undo undo;
544         struct hammer_fifo_redo redo;
545 };
546
547 typedef struct hammer_fifo_redo *hammer_fifo_redo_t;
548 typedef struct hammer_fifo_undo *hammer_fifo_undo_t;
549 typedef union hammer_fifo_any *hammer_fifo_any_t;
550
551 /*
552  * Volume header types
553  */
554 #define HAMMER_FSBUF_VOLUME     0xC8414D4DC5523031ULL   /* HAMMER01 */
555 #define HAMMER_FSBUF_VOLUME_REV 0x313052C54D4D41C8ULL   /* (reverse endian) */
556
557 /*
558  * HAMMER Volume header
559  *
560  * A HAMMER filesystem is built from any number of block devices,  Each block
561  * device contains a volume header followed by however many buffers fit
562  * into the volume.
563  *
564  * One of the volumes making up a HAMMER filesystem is the master, the
565  * rest are slaves.  It does not have to be volume #0.
566  *
567  * The volume header takes up an entire 16K filesystem buffer and may
568  * represent up to 64KTB (65536 TB) of space.
569  *
570  * Special field notes:
571  *
572  *      vol_bot_beg - offset of boot area (mem_beg - bot_beg bytes)
573  *      vol_mem_beg - offset of memory log (clu_beg - mem_beg bytes)
574  *      vol_buf_beg - offset of the first buffer.
575  *
576  *      The memory log area allows a kernel to cache new records and data
577  *      in memory without allocating space in the actual filesystem to hold
578  *      the records and data.  In the event that a filesystem becomes full,
579  *      any records remaining in memory can be flushed to the memory log
580  *      area.  This allows the kernel to immediately return success.
581  */
582
583 #define HAMMER_BOOT_MINBYTES            (32*1024)
584 #define HAMMER_BOOT_NOMBYTES            (64LL*1024*1024)
585 #define HAMMER_BOOT_MAXBYTES            (256LL*1024*1024)
586
587 #define HAMMER_MEM_MINBYTES             (256*1024)
588 #define HAMMER_MEM_NOMBYTES             (1LL*1024*1024*1024)
589 #define HAMMER_MEM_MAXBYTES             (64LL*1024*1024*1024)
590
591 struct hammer_volume_ondisk {
592         u_int64_t vol_signature;/* Signature */
593
594         int64_t vol_bot_beg;    /* byte offset of boot area or 0 */
595         int64_t vol_mem_beg;    /* byte offset of memory log or 0 */
596         int64_t vol_buf_beg;    /* byte offset of first buffer in volume */
597         int64_t vol_buf_end;    /* byte offset of volume EOF (on buf bndry) */
598         int64_t vol_locked;     /* not used */
599
600         uuid_t    vol_fsid;     /* identify filesystem */
601         uuid_t    vol_fstype;   /* identify filesystem type */
602         char      vol_name[64]; /* filesystem label */
603
604         int32_t vol_no;         /* volume number within filesystem */
605         int32_t vol_count;      /* number of volumes making up FS */
606
607         u_int32_t vol_version;  /* version control information */
608         hammer_crc_t vol_crc;   /* header crc */
609         u_int32_t vol_flags;    /* volume flags */
610         u_int32_t vol_rootvol;  /* which volume is the root volume? */
611
612         int32_t vol_reserved04;
613         int32_t vol_reserved05;
614         u_int32_t vol_reserved06;
615         u_int32_t vol_reserved07;
616
617         int32_t vol_blocksize;          /* for statfs only */
618         int32_t vol_reserved08;
619         int64_t vol_nblocks;            /* total allocatable hammer bufs */
620
621         /*
622          * These fields are initialized and space is reserved in every
623          * volume making up a HAMMER filesytem, but only the master volume
624          * contains valid data.  Note that vol0_stat_bigblocks does not
625          * include big-blocks for freemap and undomap initially allocated
626          * by newfs_hammer.
627          */
628         int64_t vol0_stat_bigblocks;    /* total big-blocks when fs is empty */
629         int64_t vol0_stat_freebigblocks;/* number of free big-blocks */
630         int64_t vol0_stat_bytes;        /* for statfs only */
631         int64_t vol0_stat_inodes;       /* for statfs only */
632         int64_t vol0_stat_records;      /* total records in filesystem */
633         hammer_off_t vol0_btree_root;   /* B-Tree root */
634         hammer_tid_t vol0_next_tid;     /* highest partially synchronized TID */
635         hammer_off_t vol0_unused03;
636
637         /*
638          * Blockmaps for zones.  Not all zones use a blockmap.  Note that
639          * the entire root blockmap is cached in the hammer_mount structure.
640          */
641         struct hammer_blockmap  vol0_blockmap[HAMMER_MAX_ZONES];
642
643         /*
644          * Array of zone-2 addresses for undo FIFO.
645          */
646         hammer_off_t            vol0_undo_array[HAMMER_UNDO_LAYER2];
647 };
648
649 typedef struct hammer_volume_ondisk *hammer_volume_ondisk_t;
650
651 #define HAMMER_VOLF_VALID               0x0001  /* valid entry */
652 #define HAMMER_VOLF_OPEN                0x0002  /* volume is open */
653 #define HAMMER_VOLF_NEEDFLUSH           0x0004  /* volume needs flush */
654
655 #define HAMMER_VOL_CRCSIZE1     \
656         offsetof(struct hammer_volume_ondisk, vol_crc)
657 #define HAMMER_VOL_CRCSIZE2     \
658         (sizeof(struct hammer_volume_ondisk) - HAMMER_VOL_CRCSIZE1 -    \
659          sizeof(hammer_crc_t))
660
661 #define HAMMER_VOL_VERSION_MIN          1       /* minimum supported version */
662 #define HAMMER_VOL_VERSION_DEFAULT      6       /* newfs default version */
663 #define HAMMER_VOL_VERSION_WIP          7       /* version >= this is WIP */
664 #define HAMMER_VOL_VERSION_MAX          6       /* maximum supported version */
665
666 #define HAMMER_VOL_VERSION_ONE          1
667 #define HAMMER_VOL_VERSION_TWO          2       /* new dirent layout (2.3+) */
668 #define HAMMER_VOL_VERSION_THREE        3       /* new snapshot layout (2.5+) */
669 #define HAMMER_VOL_VERSION_FOUR         4       /* new undo/flush (2.5+) */
670 #define HAMMER_VOL_VERSION_FIVE         5       /* dedup (2.9+) */
671 #define HAMMER_VOL_VERSION_SIX          6       /* DIRHASH_ALG1 */
672
673 /*
674  * Record types are fairly straightforward.  The B-Tree includes the record
675  * type in its index sort.
676  */
677 #define HAMMER_RECTYPE_UNKNOWN          0
678 #define HAMMER_RECTYPE_LOWEST           1       /* lowest record type avail */
679 #define HAMMER_RECTYPE_INODE            1       /* inode in obj_id space */
680 #define HAMMER_RECTYPE_UNUSED02         2
681 #define HAMMER_RECTYPE_UNUSED03         3
682 #define HAMMER_RECTYPE_DATA             0x0010
683 #define HAMMER_RECTYPE_DIRENTRY         0x0011
684 #define HAMMER_RECTYPE_DB               0x0012
685 #define HAMMER_RECTYPE_EXT              0x0013  /* ext attributes */
686 #define HAMMER_RECTYPE_FIX              0x0014  /* fixed attribute */
687 #define HAMMER_RECTYPE_PFS              0x0015  /* PFS management */
688 #define HAMMER_RECTYPE_SNAPSHOT         0x0016  /* Snapshot management */
689 #define HAMMER_RECTYPE_CONFIG           0x0017  /* hammer cleanup config */
690 #define HAMMER_RECTYPE_MAX              0xFFFF
691
692 #define HAMMER_RECTYPE_ENTRY_START      (HAMMER_RECTYPE_INODE + 1)
693 #define HAMMER_RECTYPE_CLEAN_START      HAMMER_RECTYPE_EXT
694
695 #define HAMMER_FIXKEY_SYMLINK           1
696
697 #define HAMMER_OBJTYPE_UNKNOWN          0       /* never exists on-disk as unknown */
698 #define HAMMER_OBJTYPE_DIRECTORY        1
699 #define HAMMER_OBJTYPE_REGFILE          2
700 #define HAMMER_OBJTYPE_DBFILE           3
701 #define HAMMER_OBJTYPE_FIFO             4
702 #define HAMMER_OBJTYPE_CDEV             5
703 #define HAMMER_OBJTYPE_BDEV             6
704 #define HAMMER_OBJTYPE_SOFTLINK         7
705 #define HAMMER_OBJTYPE_PSEUDOFS         8       /* pseudo filesystem obj */
706 #define HAMMER_OBJTYPE_SOCKET           9
707
708 /*
709  * HAMMER inode attribute data
710  *
711  * The data reference for a HAMMER inode points to this structure.  Any
712  * modifications to the contents of this structure will result in a
713  * replacement operation.
714  *
715  * parent_obj_id is only valid for directories (which cannot be hard-linked),
716  * and specifies the parent directory obj_id.  This field will also be set
717  * for non-directory inodes as a recovery aid, but can wind up holding
718  * stale information.  However, since object id's are not reused, the worse
719  * that happens is that the recovery code is unable to use it.
720  *
721  * NOTE: Future note on directory hardlinks.  We can implement a record type
722  * which allows us to point to multiple parent directories.
723  */
724 struct hammer_inode_data {
725         u_int16_t version;      /* inode data version */
726         u_int16_t mode;         /* basic unix permissions */
727         u_int32_t uflags;       /* chflags */
728         u_int32_t rmajor;       /* used by device nodes */
729         u_int32_t rminor;       /* used by device nodes */
730         u_int64_t ctime;
731         int64_t parent_obj_id;  /* parent directory obj_id */
732         uuid_t    uid;
733         uuid_t    gid;
734
735         u_int8_t  obj_type;
736         u_int8_t  cap_flags;    /* capability support flags (extension) */
737         u_int16_t reserved02;
738         u_int32_t reserved03;   /* RESERVED FOR POSSIBLE FUTURE BIRTHTIME */
739         u_int64_t nlinks;       /* hard links */
740         u_int64_t size;         /* filesystem object size */
741         union {
742                 struct {
743                         char    reserved06[16];
744                         u_int32_t parent_obj_localization;
745                         u_int32_t integrity_crc;
746                 } obj;
747                 char    symlink[24];    /* HAMMER_INODE_BASESYMLEN */
748         } ext;
749         u_int64_t mtime;        /* mtime must be second-to-last */
750         u_int64_t atime;        /* atime must be last */
751 };
752
753 /*
754  * Neither mtime nor atime upates are CRCd by the B-Tree element.
755  * mtime updates have UNDO, atime updates do not.
756  */
757 #define HAMMER_ITIMES_BASE(ino_data)    (&(ino_data)->mtime)
758 #define HAMMER_ITIMES_BYTES             (sizeof(u_int64_t) * 2)
759
760 #define HAMMER_INODE_CRCSIZE    \
761         offsetof(struct hammer_inode_data, mtime)
762
763 #define HAMMER_INODE_DATA_VERSION       1
764 #define HAMMER_OBJID_ROOT               1       /* root inodes # */
765 #define HAMMER_INODE_BASESYMLEN         24      /* see ext.symlink */
766
767 /*
768  * Capability & implementation flags.
769  *
770  * HAMMER_INODE_CAP_DIR_LOCAL_INO - Use inode B-Tree localization
771  * for directory entries.  Also see HAMMER_DIR_INODE_LOCALIZATION().
772  */
773 #define HAMMER_INODE_CAP_DIRHASH_MASK   0x03    /* directory: hash algorithm */
774 #define HAMMER_INODE_CAP_DIRHASH_ALG0   0x00
775 #define HAMMER_INODE_CAP_DIRHASH_ALG1   0x01
776 #define HAMMER_INODE_CAP_DIRHASH_ALG2   0x02
777 #define HAMMER_INODE_CAP_DIRHASH_ALG3   0x03
778 #define HAMMER_INODE_CAP_DIR_LOCAL_INO  0x04    /* use inode localization */
779
780 /*
781  * A HAMMER directory entry associates a HAMMER filesystem object with a
782  * namespace.  It is possible to hook into a pseudo-filesystem (with its
783  * own inode numbering space) in the filesystem by setting the high
784  * 16 bits of the localization field.  The low 16 bits must be 0 and
785  * are reserved for future use.
786  *
787  * Directory entries are indexed with a 128 bit namekey rather then an
788  * offset.  A portion of the namekey is an iterator/randomizer to deal
789  * with collisions.
790  *
791  * NOTE: leaf.base.obj_type from the related B-Tree leaf entry holds
792  * the filesystem object type of obj_id, e.g. a den_type equivalent.
793  * It is not stored in hammer_entry_data.
794  *
795  * NOTE: name field / the filename data reference is NOT terminated with \0.
796  */
797 struct hammer_entry_data {
798         int64_t obj_id;                 /* object being referenced */
799         u_int32_t localization;         /* identify pseudo-filesystem */
800         u_int32_t reserved02;
801         char    name[16];               /* name (extended) */
802 };
803
804 #define HAMMER_ENTRY_NAME_OFF   offsetof(struct hammer_entry_data, name[0])
805 #define HAMMER_ENTRY_SIZE(nlen) offsetof(struct hammer_entry_data, name[nlen])
806
807 /*
808  * Symlink data which does not fit in the inode is stored in a separate
809  * FIX type record.
810  */
811 struct hammer_symlink_data {
812         char    name[16];               /* name (extended) */
813 };
814
815 #define HAMMER_SYMLINK_NAME_OFF offsetof(struct hammer_symlink_data, name[0])
816
817 /*
818  * The root inode for the primary filesystem and root inode for any
819  * pseudo-fs may be tagged with an optional data structure using
820  * HAMMER_RECTYPE_PFS and localization id.  This structure allows
821  * the node to be used as a mirroring master or slave.
822  *
823  * When operating as a slave CD's into the node automatically become read-only
824  * and as-of sync_end_tid.
825  *
826  * When operating as a master the read PFSD info sets sync_end_tid to
827  * the most recently flushed TID.
828  *
829  * sync_low_tid is not yet used but will represent the highest pruning
830  * end-point, after which full history is available.
831  *
832  * We need to pack this structure making it equally sized on both 32-bit and
833  * 64-bit machines as it is part of struct hammer_ioc_mrecord_pfs which is
834  * send over the wire in hammer mirror operations. Only on 64-bit machines
835  * the size of this struct differ when packed or not. This leads us to the
836  * situation where old 64-bit systems (using the non-packed structure),
837  * which were never able to mirror to/from 32-bit systems, are now no longer
838  * able to mirror to/from newer 64-bit systems (using the packed structure).
839  */
840 struct hammer_pseudofs_data {
841         hammer_tid_t    sync_low_tid;   /* full history beyond this point */
842         hammer_tid_t    sync_beg_tid;   /* earliest tid w/ full history avail */
843         hammer_tid_t    sync_end_tid;   /* current synchronizatoin point */
844         u_int64_t       sync_beg_ts;    /* real-time of last completed sync */
845         u_int64_t       sync_end_ts;    /* initiation of current sync cycle */
846         uuid_t          shared_uuid;    /* shared uuid (match required) */
847         uuid_t          unique_uuid;    /* unique uuid of this master/slave */
848         int32_t         reserved01;     /* reserved for future master_id */
849         int32_t         mirror_flags;   /* misc flags */
850         char            label[64];      /* filesystem space label */
851         char            snapshots[64];  /* softlink dir for pruning */
852         int16_t         prune_time;     /* how long to spend pruning */
853         int16_t         prune_freq;     /* how often we prune */
854         int16_t         reblock_time;   /* how long to spend reblocking */
855         int16_t         reblock_freq;   /* how often we reblock */
856         int32_t         snapshot_freq;  /* how often we create a snapshot */
857         int32_t         prune_min;      /* do not prune recent history */
858         int32_t         prune_max;      /* do not retain history beyond here */
859         int32_t         reserved[16];
860 } __packed;
861
862 typedef struct hammer_pseudofs_data *hammer_pseudofs_data_t;
863
864 #define HAMMER_PFSD_SLAVE       0x00000001
865 #define HAMMER_PFSD_DELETED     0x80000000
866
867 /*
868  * Snapshot meta-data { Objid = HAMMER_OBJID_ROOT, Key = tid, rectype = SNAPSHOT }.
869  *
870  * Snapshot records replace the old <fs>/snapshots/<softlink> methodology.  Snapshot
871  * records are mirrored but may be independantly managed once they are laid down on
872  * a slave.
873  *
874  * NOTE: The b-tree key is signed, the tid is not, so callers must still sort the
875  *       results.
876  *
877  * NOTE: Reserved fields must be zero (as usual)
878  */
879 struct hammer_snapshot_data {
880         hammer_tid_t    tid;            /* the snapshot TID itself (== key) */
881         u_int64_t       ts;             /* real-time when snapshot was made */
882         u_int64_t       reserved01;
883         u_int64_t       reserved02;
884         char            label[64];      /* user-supplied description */
885         u_int64_t       reserved03[4];
886 };
887
888 /*
889  * Config meta-data { ObjId = HAMMER_OBJID_ROOT, Key = 0, rectype = CONFIG }.
890  *
891  * Used to store the hammer cleanup config.  This data is not mirrored.
892  */
893 struct hammer_config_data {
894         char            text[1024];
895 };
896
897 /*
898  * Rollup various structures embedded as record data
899  */
900 union hammer_data_ondisk {
901         struct hammer_entry_data entry;
902         struct hammer_inode_data inode;
903         struct hammer_symlink_data symlink;
904         struct hammer_pseudofs_data pfsd;
905         struct hammer_snapshot_data snap;
906         struct hammer_config_data config;
907 };
908
909 typedef union hammer_data_ondisk *hammer_data_ondisk_t;
910
911 /*
912  * Ondisk layout of B-Tree related structures
913  */
914 #include "hammer_btree.h"
915
916 #define HAMMER_DIR_INODE_LOCALIZATION(ino_data)                         \
917         (((ino_data)->cap_flags & HAMMER_INODE_CAP_DIR_LOCAL_INO) ?     \
918          HAMMER_LOCALIZE_INODE :                                        \
919          HAMMER_LOCALIZE_MISC)
920
921 #endif /* !VFS_HAMMER_DISK_H_ */