HAMMER 39/Many: Parallel operations optimizations
[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 1.30 2008/04/29 01:10:37 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  * Per-volume storage limit: 52 bits            4096 TB
64  * Per-Zone storage limit: 59 bits              512 KTB (due to blockmap)
65  * Per-filesystem storage limit: 60 bits        1 MTB
66  */
67 #define HAMMER_BUFSIZE          16384
68 #define HAMMER_BUFMASK          (HAMMER_BUFSIZE - 1)
69 #define HAMMER_MAXDATA          (256*1024)
70 #define HAMMER_BUFFER_BITS      14
71
72 #if (1 << HAMMER_BUFFER_BITS) != HAMMER_BUFSIZE
73 #error "HAMMER_BUFFER_BITS BROKEN"
74 #endif
75
76 #define HAMMER_BUFSIZE64        ((u_int64_t)HAMMER_BUFSIZE)
77 #define HAMMER_BUFMASK64        ((u_int64_t)HAMMER_BUFMASK)
78
79 #define HAMMER_OFF_ZONE_MASK    0xF000000000000000ULL /* zone portion */
80 #define HAMMER_OFF_VOL_MASK     0x0FF0000000000000ULL /* volume portion */
81 #define HAMMER_OFF_SHORT_MASK   0x000FFFFFFFFFFFFFULL /* offset portion */
82 #define HAMMER_OFF_LONG_MASK    0x0FFFFFFFFFFFFFFFULL /* offset portion */
83 #define HAMMER_OFF_SHORT_REC_MASK 0x000FFFFFFF000000ULL /* recovery boundary */
84 #define HAMMER_OFF_LONG_REC_MASK 0x0FFFFFFFFF000000ULL /* recovery boundary */
85 #define HAMMER_RECOVERY_BND     0x0000000001000000ULL
86
87 /*
88  * Hammer transction ids are 64 bit unsigned integers and are usually
89  * synchronized with the time of day in nanoseconds.
90  *
91  * Hammer offsets are used for FIFO indexing and embed a cycle counter
92  * and volume number in addition to the offset.  Most offsets are required
93  * to be 64-byte aligned.
94  */
95 typedef u_int64_t hammer_tid_t;
96 typedef u_int64_t hammer_off_t;
97 typedef u_int32_t hammer_seq_t;
98 typedef u_int32_t hammer_crc_t;
99
100 #define HAMMER_MIN_TID          0ULL                    /* unsigned */
101 #define HAMMER_MAX_TID          0xFFFFFFFFFFFFFFFFULL   /* unsigned */
102 #define HAMMER_MIN_KEY          -0x8000000000000000LL   /* signed */
103 #define HAMMER_MAX_KEY          0x7FFFFFFFFFFFFFFFLL    /* signed */
104 #define HAMMER_MIN_OBJID        HAMMER_MIN_KEY          /* signed */
105 #define HAMMER_MAX_OBJID        HAMMER_MAX_KEY          /* signed */
106 #define HAMMER_MIN_RECTYPE      0x0U                    /* unsigned */
107 #define HAMMER_MAX_RECTYPE      0xFFFFU                 /* unsigned */
108 #define HAMMER_MIN_OFFSET       0ULL                    /* unsigned */
109 #define HAMMER_MAX_OFFSET       0xFFFFFFFFFFFFFFFFULL   /* unsigned */
110
111 /*
112  * hammer_off_t has several different encodings.  Note that not all zones
113  * encode a vol_no.
114  *
115  * zone 0 (z,v,o):      reserved (for sanity)
116  * zone 1 (z,v,o):      raw volume relative (offset 0 is the volume header)
117  * zone 2 (z,v,o):      raw buffer relative (offset 0 is the first buffer)
118  * zone 3 (z,o):        undo fifo       - fixed layer2 array in root vol hdr
119  * zone 4 (z,v,o):      freemap         - freemap-backed self-mapping special
120  *                                        cased layering.
121  *
122  * zone 8 (z,o):        B-Tree          - blkmap-backed
123  * zone 9 (z,o):        Record          - blkmap-backed
124  * zone 10 (z,o):       Large-data      - blkmap-backed
125  */
126
127 #define HAMMER_ZONE_RAW_VOLUME          0x1000000000000000ULL
128 #define HAMMER_ZONE_RAW_BUFFER          0x2000000000000000ULL
129 #define HAMMER_ZONE_UNDO                0x3000000000000000ULL
130 #define HAMMER_ZONE_FREEMAP             0x4000000000000000ULL
131 #define HAMMER_ZONE_RESERVED05          0x5000000000000000ULL
132 #define HAMMER_ZONE_RESERVED06          0x6000000000000000ULL
133 #define HAMMER_ZONE_RESERVED07          0x7000000000000000ULL
134 #define HAMMER_ZONE_BTREE               0x8000000000000000ULL
135 #define HAMMER_ZONE_RECORD              0x9000000000000000ULL
136 #define HAMMER_ZONE_LARGE_DATA          0xA000000000000000ULL
137 #define HAMMER_ZONE_SMALL_DATA          0xB000000000000000ULL
138 #define HAMMER_ZONE_RESERVED0C          0xC000000000000000ULL
139 #define HAMMER_ZONE_RESERVED0D          0xD000000000000000ULL
140 #define HAMMER_ZONE_RESERVED0E          0xE000000000000000ULL
141 #define HAMMER_ZONE_RESERVED0F          0xF000000000000000ULL
142
143 #define HAMMER_ZONE_RAW_VOLUME_INDEX    1
144 #define HAMMER_ZONE_RAW_BUFFER_INDEX    2
145 #define HAMMER_ZONE_UNDO_INDEX          3
146 #define HAMMER_ZONE_FREEMAP_INDEX       4
147 #define HAMMER_ZONE_BTREE_INDEX         8
148 #define HAMMER_ZONE_RECORD_INDEX        9
149 #define HAMMER_ZONE_LARGE_DATA_INDEX    10
150 #define HAMMER_ZONE_SMALL_DATA_INDEX    11
151
152 /*
153  * Per-zone size limitation.  This just makes the iterator easier
154  * to deal with by preventing an iterator overflow.
155  */
156 #define HAMMER_ZONE_LIMIT               \
157         (0x1000000000000000ULL - HAMMER_BLOCKMAP_LAYER2 * 2)
158
159 #define HAMMER_MAX_ZONES                16
160
161 #define HAMMER_VOL_ENCODE(vol_no)                       \
162         ((hammer_off_t)((vol_no) & 255) << 52)
163 #define HAMMER_VOL_DECODE(ham_off)                      \
164         (int32_t)(((hammer_off_t)(ham_off) >> 52) & 255)
165 #define HAMMER_ZONE_DECODE(ham_off)                     \
166         (int32_t)(((hammer_off_t)(ham_off) >> 60))
167 #define HAMMER_ZONE_ENCODE(zone, ham_off)               \
168         (((hammer_off_t)(zone) << 60) | (ham_off))
169 #define HAMMER_SHORT_OFF_ENCODE(offset)                 \
170         ((hammer_off_t)(offset) & HAMMER_OFF_SHORT_MASK)
171 #define HAMMER_LONG_OFF_ENCODE(offset)                  \
172         ((hammer_off_t)(offset) & HAMMER_OFF_LONG_MASK)
173
174 #define HAMMER_ENCODE_RAW_VOLUME(vol_no, offset)        \
175         (HAMMER_ZONE_RAW_VOLUME |                       \
176         HAMMER_VOL_ENCODE(vol_no) |                     \
177         HAMMER_SHORT_OFF_ENCODE(offset))
178
179 #define HAMMER_ENCODE_RAW_BUFFER(vol_no, offset)        \
180         (HAMMER_ZONE_RAW_BUFFER |                       \
181         HAMMER_VOL_ENCODE(vol_no) |                     \
182         HAMMER_SHORT_OFF_ENCODE(offset))
183
184 #define HAMMER_ENCODE_FREEMAP(vol_no, offset)           \
185         (HAMMER_ZONE_FREEMAP |                          \
186         HAMMER_VOL_ENCODE(vol_no) |                     \
187         HAMMER_SHORT_OFF_ENCODE(offset))
188
189 /*
190  * Large-Block backing store
191  *
192  * A blockmap is a two-level map which translates a blockmap-backed zone
193  * offset into a raw zone 2 offset.  Each layer handles 18 bits.  The 8M
194  * large-block size is 23 bits so two layers gives us 23+18+18 = 59 bits
195  * of address space.
196  */
197 #define HAMMER_LARGEBLOCK_SIZE          (8192 * 1024)
198 #define HAMMER_LARGEBLOCK_SIZE64        ((u_int64_t)HAMMER_LARGEBLOCK_SIZE)
199 #define HAMMER_LARGEBLOCK_MASK          (HAMMER_LARGEBLOCK_SIZE - 1)
200 #define HAMMER_LARGEBLOCK_MASK64        ((u_int64_t)HAMMER_LARGEBLOCK_SIZE - 1)
201 #define HAMMER_LARGEBLOCK_BITS          23
202 #if (1 << HAMMER_LARGEBLOCK_BITS) != HAMMER_LARGEBLOCK_SIZE
203 #error "HAMMER_LARGEBLOCK_BITS BROKEN"
204 #endif
205
206 #define HAMMER_BUFFERS_PER_LARGEBLOCK                   \
207         (HAMMER_LARGEBLOCK_SIZE / HAMMER_BUFSIZE)
208 #define HAMMER_BUFFERS_PER_LARGEBLOCK_MASK              \
209         (HAMMER_BUFFERS_PER_LARGEBLOCK - 1)
210 #define HAMMER_BUFFERS_PER_LARGEBLOCK_MASK64            \
211         ((hammer_off_t)HAMMER_BUFFERS_PER_LARGEBLOCK_MASK)
212
213 /*
214  * Every blockmap has this root structure in the root volume header.
215  *
216  * NOTE: zone 3 (the undo FIFO) does not use phys_offset.  first and next
217  * offsets represent the FIFO.
218  */
219 struct hammer_blockmap {
220         hammer_off_t    phys_offset;    /* zone-2 physical offset */
221         hammer_off_t    first_offset;   /* zone-X logical offset (zone 3) */
222         hammer_off_t    next_offset;    /* zone-X logical offset */
223         hammer_off_t    alloc_offset;   /* zone-X logical offset */
224         hammer_crc_t    entry_crc;
225         u_int32_t       reserved01;
226 };
227
228 typedef struct hammer_blockmap *hammer_blockmap_t;
229
230 /*
231  * The blockmap is a 2-layer entity made up of big-blocks.  The first layer
232  * contains 262144 32-byte entries (18 bits), the second layer contains
233  * 524288 16-byte entries (19 bits), representing 8MB (23 bit) blockmaps.
234  * 18+19+23 = 60 bits.  The top four bits are the zone id.
235  *
236  * Layer 2 encodes the physical bigblock mapping for a blockmap.  The freemap
237  * uses this field to encode the virtual blockmap offset that allocated the
238  * physical block.
239  *
240  * NOTE:  The freemap maps the vol_no in the upper 8 bits of layer1.
241  *
242  * zone-4 blockmap offset: [z:4][layer1:18][layer2:19][bigblock:23]
243  */
244 struct hammer_blockmap_layer1 {
245         hammer_off_t    blocks_free;    /* big-blocks free */
246         hammer_off_t    phys_offset;    /* UNAVAIL or zone-2 */
247         hammer_crc_t    layer1_crc;     /* crc of this entry */
248         hammer_crc_t    layer2_crc;     /* xor'd crc's of HAMMER_BLOCKSIZE */
249         hammer_off_t    reserved01;
250 };
251
252 struct hammer_blockmap_layer2 {
253         hammer_crc_t    entry_crc;
254         u_int32_t       bytes_free;     /* bytes free within this bigblock */
255         union {
256                 hammer_off_t    owner;          /* used by freemap */
257                 hammer_off_t    phys_offset;    /* used by blockmap */
258         } u;
259 };
260
261 #define HAMMER_BLOCKMAP_FREE    0ULL
262 #define HAMMER_BLOCKMAP_UNAVAIL ((hammer_off_t)-1LL)
263
264 #define HAMMER_BLOCKMAP_RADIX1  /* 262144 (18) */       \
265         (HAMMER_LARGEBLOCK_SIZE / sizeof(struct hammer_blockmap_layer1))
266 #define HAMMER_BLOCKMAP_RADIX2  /* 524288 (19) */       \
267         (HAMMER_LARGEBLOCK_SIZE / sizeof(struct hammer_blockmap_layer2))
268
269 #define HAMMER_BLOCKMAP_RADIX1_PERBUFFER        \
270         (HAMMER_BLOCKMAP_RADIX1 / (HAMMER_LARGEBLOCK_SIZE / HAMMER_BUFSIZE))
271 #define HAMMER_BLOCKMAP_RADIX2_PERBUFFER        \
272         (HAMMER_BLOCKMAP_RADIX2 / (HAMMER_LARGEBLOCK_SIZE / HAMMER_BUFSIZE))
273
274 #define HAMMER_BLOCKMAP_LAYER1  /* 18+19+23 */          \
275         (HAMMER_BLOCKMAP_RADIX1 * HAMMER_BLOCKMAP_LAYER2)
276 #define HAMMER_BLOCKMAP_LAYER2  /* 19+23 */             \
277         (HAMMER_BLOCKMAP_RADIX2 * HAMMER_LARGEBLOCK_SIZE64)
278
279 #define HAMMER_BLOCKMAP_LAYER1_MASK     (HAMMER_BLOCKMAP_LAYER1 - 1)
280 #define HAMMER_BLOCKMAP_LAYER2_MASK     (HAMMER_BLOCKMAP_LAYER2 - 1)
281
282 /*
283  * byte offset within layer1 or layer2 big-block for the entry representing
284  * a zone-2 physical offset. 
285  */
286 #define HAMMER_BLOCKMAP_LAYER1_OFFSET(zone2_offset)     \
287         (((zone2_offset) & HAMMER_BLOCKMAP_LAYER1_MASK) /       \
288          HAMMER_BLOCKMAP_LAYER2 * sizeof(struct hammer_blockmap_layer1))
289
290 #define HAMMER_BLOCKMAP_LAYER2_OFFSET(zone2_offset)     \
291         (((zone2_offset) & HAMMER_BLOCKMAP_LAYER2_MASK) /       \
292         HAMMER_LARGEBLOCK_SIZE64 * sizeof(struct hammer_blockmap_layer2))
293
294 /*
295  * HAMMER UNDO parameters.  The UNDO fifo is mapped directly in the volume
296  * header with an array of layer2 structures.  A maximum of (64x8MB) = 512MB
297  * may be reserved.  The size of the undo fifo is usually set a newfs time
298  * but can be adjusted if the filesystem is taken offline.
299  */
300
301 #define HAMMER_UNDO_LAYER2      64      /* max layer2 undo mapping entries */
302
303 /*
304  * All on-disk HAMMER structures which make up elements of the UNDO FIFO
305  * contain a hammer_fifo_head and hammer_fifo_tail structure.  This structure
306  * contains all the information required to validate the fifo element
307  * and to scan the fifo in either direction.  The head is typically embedded
308  * in higher level hammer on-disk structures while the tail is typically
309  * out-of-band.  hdr_size is the size of the whole mess, including the tail.
310  *
311  * All undo structures are guaranteed to not cross a 16K filesystem
312  * buffer boundary.  Most undo structures are fairly small.  Data spaces
313  * are not immediately reused by HAMMER so file data is not usually recorded
314  * as part of an UNDO.
315  *
316  * PAD elements are allowed to take up only 8 bytes of space as a special
317  * case, containing only hdr_signature, hdr_type, and hdr_size fields,
318  * and with the tail overloaded onto the head structure for 8 bytes total.
319  *
320  * Every undo record has a sequence number.  This number is unrelated to
321  * transaction ids and instead collects the undo transactions associated
322  * with a single atomic operation.  A larger transactional operation, such
323  * as a remove(), may consist of several smaller atomic operations
324  * representing raw meta-data operations.
325  */
326 #define HAMMER_HEAD_ONDISK_SIZE         32
327 #define HAMMER_HEAD_ALIGN               8
328 #define HAMMER_HEAD_ALIGN_MASK          (HAMMER_HEAD_ALIGN - 1)
329 #define HAMMER_TAIL_ONDISK_SIZE         8
330
331 struct hammer_fifo_head {
332         u_int16_t hdr_signature;
333         u_int16_t hdr_type;
334         u_int32_t hdr_size;     /* aligned size of the whole mess */
335         u_int32_t reserved01;   /* (0) reserved for future use */
336         hammer_crc_t hdr_crc;
337 };
338
339 struct hammer_fifo_tail {
340         u_int16_t tail_signature;
341         u_int16_t tail_type;
342         u_int32_t tail_size;    /* aligned size of the whole mess */
343 };
344
345 typedef struct hammer_fifo_head *hammer_fifo_head_t;
346 typedef struct hammer_fifo_tail *hammer_fifo_tail_t;
347
348 /*
349  * Fifo header types.
350  */
351 #define HAMMER_HEAD_TYPE_PAD    (0x0040U|HAMMER_HEAD_FLAG_FREE)
352 #define HAMMER_HEAD_TYPE_VOL    0x0041U         /* Volume (dummy header) */
353 #define HAMMER_HEAD_TYPE_BTREE  0x0042U         /* B-Tree node */
354 #define HAMMER_HEAD_TYPE_UNDO   0x0043U         /* random UNDO information */
355 #define HAMMER_HEAD_TYPE_DELETE 0x0044U         /* record deletion */
356 #define HAMMER_HEAD_TYPE_RECORD 0x0045U         /* Filesystem record */
357
358 #define HAMMER_HEAD_FLAG_FREE   0x8000U         /* Indicates object freed */
359
360 #define HAMMER_HEAD_SIGNATURE   0xC84EU
361 #define HAMMER_TAIL_SIGNATURE   0xC74FU
362
363 #define HAMMER_HEAD_SEQ_BEG     0x80000000U
364 #define HAMMER_HEAD_SEQ_END     0x40000000U
365 #define HAMMER_HEAD_SEQ_MASK    0x3FFFFFFFU
366
367 /*
368  * Misc FIFO structures.
369  */
370 struct hammer_fifo_undo {
371         struct hammer_fifo_head head;
372         hammer_off_t            undo_offset;    /* zone-1 offset */
373         int32_t                 undo_data_bytes;
374         int32_t                 undo_reserved01;
375         /* followed by data */
376 };
377
378 typedef struct hammer_fifo_undo *hammer_fifo_undo_t;
379
380 struct hammer_fifo_buf_commit {
381         hammer_off_t            undo_offset;
382 };
383
384 /*
385  * Volume header types
386  */
387 #define HAMMER_FSBUF_VOLUME     0xC8414D4DC5523031ULL   /* HAMMER01 */
388 #define HAMMER_FSBUF_VOLUME_REV 0x313052C54D4D41C8ULL   /* (reverse endian) */
389
390 /*
391  * The B-Tree structures need hammer_fsbuf_head.
392  */
393 #include "hammer_btree.h"
394
395 /*
396  * HAMMER Volume header
397  *
398  * A HAMMER filesystem is built from any number of block devices,  Each block
399  * device contains a volume header followed by however many buffers fit
400  * into the volume.
401  *
402  * One of the volumes making up a HAMMER filesystem is the master, the
403  * rest are slaves.  It does not have to be volume #0.
404  *
405  * The volume header takes up an entire 16K filesystem buffer and may
406  * represent up to 64KTB (65536 TB) of space.
407  *
408  * Special field notes:
409  *
410  *      vol_bot_beg - offset of boot area (mem_beg - bot_beg bytes)
411  *      vol_mem_beg - offset of memory log (clu_beg - mem_beg bytes)
412  *      vol_buf_beg - offset of the first buffer.
413  *
414  *      The memory log area allows a kernel to cache new records and data
415  *      in memory without allocating space in the actual filesystem to hold
416  *      the records and data.  In the event that a filesystem becomes full,
417  *      any records remaining in memory can be flushed to the memory log
418  *      area.  This allows the kernel to immediately return success.
419  */
420
421 #define HAMMER_BOOT_MINBYTES            (32*1024)
422 #define HAMMER_BOOT_NOMBYTES            (64LL*1024*1024)
423 #define HAMMER_BOOT_MAXBYTES            (256LL*1024*1024)
424
425 #define HAMMER_MEM_MINBYTES             (256*1024)
426 #define HAMMER_MEM_NOMBYTES             (1LL*1024*1024*1024)
427 #define HAMMER_MEM_MAXBYTES             (64LL*1024*1024*1024)
428
429 struct hammer_volume_ondisk {
430         u_int64_t vol_signature;/* Signature */
431
432         int64_t vol_bot_beg;    /* byte offset of boot area or 0 */
433         int64_t vol_mem_beg;    /* byte offset of memory log or 0 */
434         int64_t vol_buf_beg;    /* byte offset of first buffer in volume */
435         int64_t vol_buf_end;    /* byte offset of volume EOF (on buf bndry) */
436         int64_t vol_locked;     /* reserved clusters are >= this offset */
437
438         uuid_t    vol_fsid;     /* identify filesystem */
439         uuid_t    vol_fstype;   /* identify filesystem type */
440         char      vol_name[64]; /* Name of volume */
441
442         int32_t vol_no;         /* volume number within filesystem */
443         int32_t vol_count;      /* number of volumes making up FS */
444
445         u_int32_t vol_version;  /* version control information */
446         u_int32_t vol_reserved01;
447         u_int32_t vol_flags;    /* volume flags */
448         u_int32_t vol_rootvol;  /* which volume is the root volume? */
449
450         int32_t vol_reserved04;
451         int32_t vol_reserved05;
452         u_int32_t vol_reserved06;
453         u_int32_t vol_reserved07;
454
455         int32_t vol_blocksize;          /* for statfs only */
456         int32_t vol_reserved08;
457         int64_t vol_nblocks;            /* total allocatable hammer bufs */
458
459         /*
460          * These fields are initialized and space is reserved in every
461          * volume making up a HAMMER filesytem, but only the master volume
462          * contains valid data.
463          */
464         int64_t vol0_stat_bigblocks;    /* total bigblocks when fs is empty */
465         int64_t vol0_stat_freebigblocks;/* number of free bigblocks */
466         int64_t vol0_stat_bytes;        /* for statfs only */
467         int64_t vol0_stat_inodes;       /* for statfs only */
468         int64_t vol0_stat_records;      /* total records in filesystem */
469         hammer_off_t vol0_btree_root;   /* B-Tree root */
470         hammer_tid_t vol0_next_tid;     /* highest synchronized TID */
471         hammer_off_t vol0_zone_limit;   /* limit the zone size */
472
473         /*
474          * Blockmaps for zones.  Not all zones use a blockmap.  Note that
475          * the entire root blockmap is cached in the hammer_mount structure.
476          */
477         struct hammer_blockmap  vol0_blockmap[HAMMER_MAX_ZONES];
478
479         /*
480          * Layer-2 array for undo fifo
481          */
482         struct hammer_blockmap_layer2 vol0_undo_array[HAMMER_UNDO_LAYER2];
483
484 };
485
486 typedef struct hammer_volume_ondisk *hammer_volume_ondisk_t;
487
488 #define HAMMER_VOLF_VALID               0x0001  /* valid entry */
489 #define HAMMER_VOLF_OPEN                0x0002  /* volume is open */
490
491 /*
492  * All HAMMER records have a common 64-byte base and a 32 byte extension,
493  * plus a possible data reference.  The data reference can be in-band or
494  * out-of-band.
495  */
496
497 #define HAMMER_RECORD_SIZE              (64+32)
498
499 struct hammer_base_record {
500         u_int32_t       signature;      /* record signature */
501         hammer_crc_t    data_crc;       /* data crc */
502         struct hammer_base_elm base;    /* 40 byte base element */
503         hammer_off_t    data_off;       /* in-band or out-of-band */
504         int32_t         data_len;       /* size of data in bytes */
505         u_int32_t       reserved02;
506 };
507
508 /*
509  * Record types are fairly straightforward.  The B-Tree includes the record
510  * type in its index sort.
511  *
512  * In particular please note that it is possible to create a pseudo-
513  * filesystem within a HAMMER filesystem by creating a special object
514  * type within a directory.  Pseudo-filesystems are used as replication
515  * targets and even though they are built within a HAMMER filesystem they
516  * get their own obj_id space (and thus can serve as a replication target)
517  * and look like a mount point to the system.
518  *
519  * Inter-cluster records are special-cased in the B-Tree.  These records
520  * are referenced from a B-Tree INTERNAL node, NOT A LEAF.  This means
521  * that the element in the B-Tree node is actually a boundary element whos
522  * base element fields, including rec_type, reflect the boundary, NOT
523  * the inter-cluster record type.
524  *
525  * HAMMER_RECTYPE_CLUSTER - only set in the actual inter-cluster record,
526  * not set in the left or right boundary elements around the inter-cluster
527  * reference of an internal node in the B-Tree (because doing so would
528  * interfere with the boundary tests).
529  *
530  * NOTE: hammer_ip_delete_range_all() deletes all record types greater
531  * then HAMMER_RECTYPE_INODE.
532  */
533 #define HAMMER_RECTYPE_UNKNOWN          0
534 #define HAMMER_RECTYPE_LOWEST           1       /* lowest record type avail */
535 #define HAMMER_RECTYPE_INODE            1       /* inode in obj_id space */
536 #define HAMMER_RECTYPE_PSEUDO_INODE     2       /* pseudo filesysem */
537 #define HAMMER_RECTYPE_CLUSTER          3       /* inter-cluster reference */
538 #define HAMMER_RECTYPE_DATA             0x0010
539 #define HAMMER_RECTYPE_DIRENTRY         0x0011
540 #define HAMMER_RECTYPE_DB               0x0012
541 #define HAMMER_RECTYPE_EXT              0x0013  /* ext attributes */
542 #define HAMMER_RECTYPE_FIX              0x0014  /* fixed attribute */
543 #define HAMMER_RECTYPE_MOVED            0x8000  /* special recovery flag */
544
545 #define HAMMER_FIXKEY_SYMLINK           1
546
547 #define HAMMER_OBJTYPE_UNKNOWN          0       /* (never exists on-disk) */
548 #define HAMMER_OBJTYPE_DIRECTORY        1
549 #define HAMMER_OBJTYPE_REGFILE          2
550 #define HAMMER_OBJTYPE_DBFILE           3
551 #define HAMMER_OBJTYPE_FIFO             4
552 #define HAMMER_OBJTYPE_CDEV             5
553 #define HAMMER_OBJTYPE_BDEV             6
554 #define HAMMER_OBJTYPE_SOFTLINK         7
555 #define HAMMER_OBJTYPE_PSEUDOFS         8       /* pseudo filesystem obj */
556
557 /*
558  * A HAMMER inode record.
559  *
560  * This forms the basis for a filesystem object.  obj_id is the inode number,
561  * key1 represents the pseudo filesystem id for security partitioning
562  * (preventing cross-links and/or restricting a NFS export and specifying the
563  * security policy), and key2 represents the data retention policy id.
564  *
565  * Inode numbers are 64 bit quantities which uniquely identify a filesystem
566  * object for the ENTIRE life of the filesystem, even after the object has
567  * been deleted.  For all intents and purposes inode numbers are simply 
568  * allocated by incrementing a sequence space.
569  *
570  * There is an important distinction between the data stored in the inode
571  * record and the record's data reference.  The record references a
572  * hammer_inode_data structure but the filesystem object size and hard link
573  * count is stored in the inode record itself.  This allows multiple inodes
574  * to share the same hammer_inode_data structure.  This is possible because
575  * any modifications will lay out new data.  The HAMMER implementation need
576  * not use the data-sharing ability when laying down new records.
577  *
578  * A HAMMER inode is subject to the same historical storage requirements
579  * as any other record.  In particular any change in filesystem or hard link
580  * count will lay down a new inode record when the filesystem is synced to
581  * disk.  This can lead to a lot of junk records which get cleaned up by
582  * the data retention policy.
583  *
584  * The ino_atime and ino_mtime fields are a special case.  Modifications to
585  * these fields do NOT lay down a new record by default, though the values
586  * are effectively frozen for snapshots which access historical versions
587  * of the inode record due to other operations.  This means that atime will
588  * not necessarily be accurate in snapshots, backups, or mirrors.  mtime
589  * will be accurate in backups and mirrors since it can be regenerated from
590  * the mirroring stream.
591  *
592  * Because nlinks is historically retained the hardlink count will be
593  * accurate when accessing a HAMMER filesystem snapshot.
594  */
595 struct hammer_inode_record {
596         struct hammer_base_record base;
597         u_int64_t ino_atime;    /* last access time (not historical) */
598         u_int64_t ino_mtime;    /* last modified time (not historical) */
599         u_int64_t ino_size;     /* filesystem object size */
600         u_int64_t ino_nlinks;   /* hard links */
601 };
602
603 /*
604  * Data records specify the entire contents of a regular file object,
605  * including attributes.  Small amounts of data can theoretically be
606  * embedded in the record itself but the use of this ability verses using
607  * an out-of-band data reference depends on the implementation.
608  */
609 struct hammer_data_record {
610         struct hammer_base_record base;
611         char    data[32];
612 };
613
614 /*
615  * A directory entry specifies the HAMMER filesystem object id, a copy of
616  * the file type, and file name (either embedded or as out-of-band data).
617  * If the file name is short enough to fit into den_name[] (including a
618  * terminating nul) then it will be embedded in the record, otherwise it
619  * is stored out-of-band.  The base record's data reference always points
620  * to the nul-terminated filename regardless.
621  *
622  * Directory entries are indexed with a 128 bit namekey rather then an
623  * offset.  A portion of the namekey is an iterator or randomizer to deal
624  * with collisions.
625  *
626  * NOTE: base.base.obj_type holds the filesystem object type of obj_id,
627  *       e.g. a den_type equivalent.
628  *
629  * NOTE: den_name / the filename data reference is NOT terminated with \0.
630  *
631  */
632 struct hammer_entry_record {
633         struct hammer_base_record base;
634         u_int64_t obj_id;               /* object being referenced */
635         u_int64_t reserved01;
636         char    name[16];
637 };
638
639 /*
640  * Hammer rollup record
641  */
642 union hammer_record_ondisk {
643         struct hammer_base_record       base;
644         struct hammer_inode_record      inode;
645         struct hammer_data_record       data;
646         struct hammer_entry_record      entry;
647 };
648
649 typedef union hammer_record_ondisk *hammer_record_ondisk_t;
650
651 /*
652  * HAMMER UNIX Attribute data
653  *
654  * The data reference in a HAMMER inode record points to this structure.  Any
655  * modifications to the contents of this structure will result in a record
656  * replacement operation.
657  *
658  * short_data_off allows a small amount of data to be embedded in the
659  * hammer_inode_data structure.  HAMMER typically uses this to represent
660  * up to 64 bytes of data, or to hold symlinks.  Remember that allocations
661  * are in powers of 2 so 64, 192, 448, or 960 bytes of embedded data is
662  * support (64+64, 64+192, 64+448 64+960).
663  *
664  * parent_obj_id is only valid for directories (which cannot be hard-linked),
665  * and specifies the parent directory obj_id.  This field will also be set
666  * for non-directory inodes as a recovery aid, but can wind up specifying
667  * stale information.  However, since object id's are not reused, the worse
668  * that happens is that the recovery code is unable to use it.
669  */
670 struct hammer_inode_data {
671         u_int16_t version;      /* inode data version */
672         u_int16_t mode;         /* basic unix permissions */
673         u_int32_t uflags;       /* chflags */
674         u_int32_t rmajor;       /* used by device nodes */
675         u_int32_t rminor;       /* used by device nodes */
676         u_int64_t ctime;
677         u_int64_t parent_obj_id;/* parent directory obj_id */
678         uuid_t  uid;
679         uuid_t  gid;
680         /* XXX device, softlink extension */
681 };
682
683 #define HAMMER_INODE_DATA_VERSION       1
684
685 #define HAMMER_OBJID_ROOT               1
686
687 /*
688  * Rollup various structures embedded as record data
689  */
690 union hammer_data_ondisk {
691         struct hammer_inode_data inode;
692 };
693
694 #endif