gdb - Local mods (compile)
[dragonfly.git] / contrib / xz / src / liblzma / lz / lz_encoder.c
1 ///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
2 //
3 /// \file       lz_encoder.c
4 /// \brief      LZ in window
5 ///
6 //  Authors:    Igor Pavlov
7 //              Lasse Collin
8 //
9 //  This file has been put into the public domain.
10 //  You can do whatever you want with this file.
11 //
12 ///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
13
14 #include "lz_encoder.h"
15 #include "lz_encoder_hash.h"
16
17 // See lz_encoder_hash.h. This is a bit hackish but avoids making
18 // endianness a conditional in makefiles.
19 #if defined(WORDS_BIGENDIAN) && !defined(HAVE_SMALL)
20 #       include "lz_encoder_hash_table.h"
21 #endif
22
23 #include "memcmplen.h"
24
25
26 struct lzma_coder_s {
27         /// LZ-based encoder e.g. LZMA
28         lzma_lz_encoder lz;
29
30         /// History buffer and match finder
31         lzma_mf mf;
32
33         /// Next coder in the chain
34         lzma_next_coder next;
35 };
36
37
38 /// \brief      Moves the data in the input window to free space for new data
39 ///
40 /// mf->buffer is a sliding input window, which keeps mf->keep_size_before
41 /// bytes of input history available all the time. Now and then we need to
42 /// "slide" the buffer to make space for the new data to the end of the
43 /// buffer. At the same time, data older than keep_size_before is dropped.
44 ///
45 static void
46 move_window(lzma_mf *mf)
47 {
48         // Align the move to a multiple of 16 bytes. Some LZ-based encoders
49         // like LZMA use the lowest bits of mf->read_pos to know the
50         // alignment of the uncompressed data. We also get better speed
51         // for memmove() with aligned buffers.
52         assert(mf->read_pos > mf->keep_size_before);
53         const uint32_t move_offset
54                 = (mf->read_pos - mf->keep_size_before) & ~UINT32_C(15);
55
56         assert(mf->write_pos > move_offset);
57         const size_t move_size = mf->write_pos - move_offset;
58
59         assert(move_offset + move_size <= mf->size);
60
61         memmove(mf->buffer, mf->buffer + move_offset, move_size);
62
63         mf->offset += move_offset;
64         mf->read_pos -= move_offset;
65         mf->read_limit -= move_offset;
66         mf->write_pos -= move_offset;
67
68         return;
69 }
70
71
72 /// \brief      Tries to fill the input window (mf->buffer)
73 ///
74 /// If we are the last encoder in the chain, our input data is in in[].
75 /// Otherwise we call the next filter in the chain to process in[] and
76 /// write its output to mf->buffer.
77 ///
78 /// This function must not be called once it has returned LZMA_STREAM_END.
79 ///
80 static lzma_ret
81 fill_window(lzma_coder *coder, const lzma_allocator *allocator,
82                 const uint8_t *in, size_t *in_pos, size_t in_size,
83                 lzma_action action)
84 {
85         assert(coder->mf.read_pos <= coder->mf.write_pos);
86
87         // Move the sliding window if needed.
88         if (coder->mf.read_pos >= coder->mf.size - coder->mf.keep_size_after)
89                 move_window(&coder->mf);
90
91         // Maybe this is ugly, but lzma_mf uses uint32_t for most things
92         // (which I find cleanest), but we need size_t here when filling
93         // the history window.
94         size_t write_pos = coder->mf.write_pos;
95         lzma_ret ret;
96         if (coder->next.code == NULL) {
97                 // Not using a filter, simply memcpy() as much as possible.
98                 lzma_bufcpy(in, in_pos, in_size, coder->mf.buffer,
99                                 &write_pos, coder->mf.size);
100
101                 ret = action != LZMA_RUN && *in_pos == in_size
102                                 ? LZMA_STREAM_END : LZMA_OK;
103
104         } else {
105                 ret = coder->next.code(coder->next.coder, allocator,
106                                 in, in_pos, in_size,
107                                 coder->mf.buffer, &write_pos,
108                                 coder->mf.size, action);
109         }
110
111         coder->mf.write_pos = write_pos;
112
113         // Silence Valgrind. lzma_memcmplen() can read extra bytes
114         // and Valgrind will give warnings if those bytes are uninitialized
115         // because Valgrind cannot see that the values of the uninitialized
116         // bytes are eventually ignored.
117         memzero(coder->mf.buffer + write_pos, LZMA_MEMCMPLEN_EXTRA);
118
119         // If end of stream has been reached or flushing completed, we allow
120         // the encoder to process all the input (that is, read_pos is allowed
121         // to reach write_pos). Otherwise we keep keep_size_after bytes
122         // available as prebuffer.
123         if (ret == LZMA_STREAM_END) {
124                 assert(*in_pos == in_size);
125                 ret = LZMA_OK;
126                 coder->mf.action = action;
127                 coder->mf.read_limit = coder->mf.write_pos;
128
129         } else if (coder->mf.write_pos > coder->mf.keep_size_after) {
130                 // This needs to be done conditionally, because if we got
131                 // only little new input, there may be too little input
132                 // to do any encoding yet.
133                 coder->mf.read_limit = coder->mf.write_pos
134                                 - coder->mf.keep_size_after;
135         }
136
137         // Restart the match finder after finished LZMA_SYNC_FLUSH.
138         if (coder->mf.pending > 0
139                         && coder->mf.read_pos < coder->mf.read_limit) {
140                 // Match finder may update coder->pending and expects it to
141                 // start from zero, so use a temporary variable.
142                 const uint32_t pending = coder->mf.pending;
143                 coder->mf.pending = 0;
144
145                 // Rewind read_pos so that the match finder can hash
146                 // the pending bytes.
147                 assert(coder->mf.read_pos >= pending);
148                 coder->mf.read_pos -= pending;
149
150                 // Call the skip function directly instead of using
151                 // mf_skip(), since we don't want to touch mf->read_ahead.
152                 coder->mf.skip(&coder->mf, pending);
153         }
154
155         return ret;
156 }
157
158
159 static lzma_ret
160 lz_encode(lzma_coder *coder, const lzma_allocator *allocator,
161                 const uint8_t *restrict in, size_t *restrict in_pos,
162                 size_t in_size,
163                 uint8_t *restrict out, size_t *restrict out_pos,
164                 size_t out_size, lzma_action action)
165 {
166         while (*out_pos < out_size
167                         && (*in_pos < in_size || action != LZMA_RUN)) {
168                 // Read more data to coder->mf.buffer if needed.
169                 if (coder->mf.action == LZMA_RUN && coder->mf.read_pos
170                                 >= coder->mf.read_limit)
171                         return_if_error(fill_window(coder, allocator,
172                                         in, in_pos, in_size, action));
173
174                 // Encode
175                 const lzma_ret ret = coder->lz.code(coder->lz.coder,
176                                 &coder->mf, out, out_pos, out_size);
177                 if (ret != LZMA_OK) {
178                         // Setting this to LZMA_RUN for cases when we are
179                         // flushing. It doesn't matter when finishing or if
180                         // an error occurred.
181                         coder->mf.action = LZMA_RUN;
182                         return ret;
183                 }
184         }
185
186         return LZMA_OK;
187 }
188
189
190 static bool
191 lz_encoder_prepare(lzma_mf *mf, const lzma_allocator *allocator,
192                 const lzma_lz_options *lz_options)
193 {
194         // For now, the dictionary size is limited to 1.5 GiB. This may grow
195         // in the future if needed, but it needs a little more work than just
196         // changing this check.
197         if (lz_options->dict_size < LZMA_DICT_SIZE_MIN
198                         || lz_options->dict_size
199                                 > (UINT32_C(1) << 30) + (UINT32_C(1) << 29)
200                         || lz_options->nice_len > lz_options->match_len_max)
201                 return true;
202
203         mf->keep_size_before = lz_options->before_size + lz_options->dict_size;
204
205         mf->keep_size_after = lz_options->after_size
206                         + lz_options->match_len_max;
207
208         // To avoid constant memmove()s, allocate some extra space. Since
209         // memmove()s become more expensive when the size of the buffer
210         // increases, we reserve more space when a large dictionary is
211         // used to make the memmove() calls rarer.
212         //
213         // This works with dictionaries up to about 3 GiB. If bigger
214         // dictionary is wanted, some extra work is needed:
215         //   - Several variables in lzma_mf have to be changed from uint32_t
216         //     to size_t.
217         //   - Memory usage calculation needs something too, e.g. use uint64_t
218         //     for mf->size.
219         uint32_t reserve = lz_options->dict_size / 2;
220         if (reserve > (UINT32_C(1) << 30))
221                 reserve /= 2;
222
223         reserve += (lz_options->before_size + lz_options->match_len_max
224                         + lz_options->after_size) / 2 + (UINT32_C(1) << 19);
225
226         const uint32_t old_size = mf->size;
227         mf->size = mf->keep_size_before + reserve + mf->keep_size_after;
228
229         // Deallocate the old history buffer if it exists but has different
230         // size than what is needed now.
231         if (mf->buffer != NULL && old_size != mf->size) {
232                 lzma_free(mf->buffer, allocator);
233                 mf->buffer = NULL;
234         }
235
236         // Match finder options
237         mf->match_len_max = lz_options->match_len_max;
238         mf->nice_len = lz_options->nice_len;
239
240         // cyclic_size has to stay smaller than 2 Gi. Note that this doesn't
241         // mean limiting dictionary size to less than 2 GiB. With a match
242         // finder that uses multibyte resolution (hashes start at e.g. every
243         // fourth byte), cyclic_size would stay below 2 Gi even when
244         // dictionary size is greater than 2 GiB.
245         //
246         // It would be possible to allow cyclic_size >= 2 Gi, but then we
247         // would need to be careful to use 64-bit types in various places
248         // (size_t could do since we would need bigger than 32-bit address
249         // space anyway). It would also require either zeroing a multigigabyte
250         // buffer at initialization (waste of time and RAM) or allow
251         // normalization in lz_encoder_mf.c to access uninitialized
252         // memory to keep the code simpler. The current way is simple and
253         // still allows pretty big dictionaries, so I don't expect these
254         // limits to change.
255         mf->cyclic_size = lz_options->dict_size + 1;
256
257         // Validate the match finder ID and setup the function pointers.
258         switch (lz_options->match_finder) {
259 #ifdef HAVE_MF_HC3
260         case LZMA_MF_HC3:
261                 mf->find = &lzma_mf_hc3_find;
262                 mf->skip = &lzma_mf_hc3_skip;
263                 break;
264 #endif
265 #ifdef HAVE_MF_HC4
266         case LZMA_MF_HC4:
267                 mf->find = &lzma_mf_hc4_find;
268                 mf->skip = &lzma_mf_hc4_skip;
269                 break;
270 #endif
271 #ifdef HAVE_MF_BT2
272         case LZMA_MF_BT2:
273                 mf->find = &lzma_mf_bt2_find;
274                 mf->skip = &lzma_mf_bt2_skip;
275                 break;
276 #endif
277 #ifdef HAVE_MF_BT3
278         case LZMA_MF_BT3:
279                 mf->find = &lzma_mf_bt3_find;
280                 mf->skip = &lzma_mf_bt3_skip;
281                 break;
282 #endif
283 #ifdef HAVE_MF_BT4
284         case LZMA_MF_BT4:
285                 mf->find = &lzma_mf_bt4_find;
286                 mf->skip = &lzma_mf_bt4_skip;
287                 break;
288 #endif
289
290         default:
291                 return true;
292         }
293
294         // Calculate the sizes of mf->hash and mf->son and check that
295         // nice_len is big enough for the selected match finder.
296         const uint32_t hash_bytes = lz_options->match_finder & 0x0F;
297         if (hash_bytes > mf->nice_len)
298                 return true;
299
300         const bool is_bt = (lz_options->match_finder & 0x10) != 0;
301         uint32_t hs;
302
303         if (hash_bytes == 2) {
304                 hs = 0xFFFF;
305         } else {
306                 // Round dictionary size up to the next 2^n - 1 so it can
307                 // be used as a hash mask.
308                 hs = lz_options->dict_size - 1;
309                 hs |= hs >> 1;
310                 hs |= hs >> 2;
311                 hs |= hs >> 4;
312                 hs |= hs >> 8;
313                 hs >>= 1;
314                 hs |= 0xFFFF;
315
316                 if (hs > (UINT32_C(1) << 24)) {
317                         if (hash_bytes == 3)
318                                 hs = (UINT32_C(1) << 24) - 1;
319                         else
320                                 hs >>= 1;
321                 }
322         }
323
324         mf->hash_mask = hs;
325
326         ++hs;
327         if (hash_bytes > 2)
328                 hs += HASH_2_SIZE;
329         if (hash_bytes > 3)
330                 hs += HASH_3_SIZE;
331 /*
332         No match finder uses this at the moment.
333         if (mf->hash_bytes > 4)
334                 hs += HASH_4_SIZE;
335 */
336
337         const uint32_t old_hash_count = mf->hash_count;
338         const uint32_t old_sons_count = mf->sons_count;
339         mf->hash_count = hs;
340         mf->sons_count = mf->cyclic_size;
341         if (is_bt)
342                 mf->sons_count *= 2;
343
344         // Deallocate the old hash array if it exists and has different size
345         // than what is needed now.
346         if (old_hash_count != mf->hash_count
347                         || old_sons_count != mf->sons_count) {
348                 lzma_free(mf->hash, allocator);
349                 mf->hash = NULL;
350
351                 lzma_free(mf->son, allocator);
352                 mf->son = NULL;
353         }
354
355         // Maximum number of match finder cycles
356         mf->depth = lz_options->depth;
357         if (mf->depth == 0) {
358                 if (is_bt)
359                         mf->depth = 16 + mf->nice_len / 2;
360                 else
361                         mf->depth = 4 + mf->nice_len / 4;
362         }
363
364         return false;
365 }
366
367
368 static bool
369 lz_encoder_init(lzma_mf *mf, const lzma_allocator *allocator,
370                 const lzma_lz_options *lz_options)
371 {
372         // Allocate the history buffer.
373         if (mf->buffer == NULL) {
374                 // lzma_memcmplen() is used for the dictionary buffer
375                 // so we need to allocate a few extra bytes to prevent
376                 // it from reading past the end of the buffer.
377                 mf->buffer = lzma_alloc(mf->size + LZMA_MEMCMPLEN_EXTRA,
378                                 allocator);
379                 if (mf->buffer == NULL)
380                         return true;
381
382                 // Keep Valgrind happy with lzma_memcmplen() and initialize
383                 // the extra bytes whose value may get read but which will
384                 // effectively get ignored.
385                 memzero(mf->buffer + mf->size, LZMA_MEMCMPLEN_EXTRA);
386         }
387
388         // Use cyclic_size as initial mf->offset. This allows
389         // avoiding a few branches in the match finders. The downside is
390         // that match finder needs to be normalized more often, which may
391         // hurt performance with huge dictionaries.
392         mf->offset = mf->cyclic_size;
393         mf->read_pos = 0;
394         mf->read_ahead = 0;
395         mf->read_limit = 0;
396         mf->write_pos = 0;
397         mf->pending = 0;
398
399 #if UINT32_MAX >= SIZE_MAX / 4
400         // Check for integer overflow. (Huge dictionaries are not
401         // possible on 32-bit CPU.)
402         if (mf->hash_count > SIZE_MAX / sizeof(uint32_t)
403                         || mf->sons_count > SIZE_MAX / sizeof(uint32_t))
404                 return true;
405 #endif
406
407         // Allocate and initialize the hash table. Since EMPTY_HASH_VALUE
408         // is zero, we can use lzma_alloc_zero() or memzero() for mf->hash.
409         //
410         // We don't need to initialize mf->son, but not doing that may
411         // make Valgrind complain in normalization (see normalize() in
412         // lz_encoder_mf.c). Skipping the initialization is *very* good
413         // when big dictionary is used but only small amount of data gets
414         // actually compressed: most of the mf->son won't get actually
415         // allocated by the kernel, so we avoid wasting RAM and improve
416         // initialization speed a lot.
417         if (mf->hash == NULL) {
418                 mf->hash = lzma_alloc_zero(mf->hash_count * sizeof(uint32_t),
419                                 allocator);
420                 mf->son = lzma_alloc(mf->sons_count * sizeof(uint32_t),
421                                 allocator);
422
423                 if (mf->hash == NULL || mf->son == NULL) {
424                         lzma_free(mf->hash, allocator);
425                         mf->hash = NULL;
426
427                         lzma_free(mf->son, allocator);
428                         mf->son = NULL;
429
430                         return true;
431                 }
432         } else {
433 /*
434                 for (uint32_t i = 0; i < mf->hash_count; ++i)
435                         mf->hash[i] = EMPTY_HASH_VALUE;
436 */
437                 memzero(mf->hash, mf->hash_count * sizeof(uint32_t));
438         }
439
440         mf->cyclic_pos = 0;
441
442         // Handle preset dictionary.
443         if (lz_options->preset_dict != NULL
444                         && lz_options->preset_dict_size > 0) {
445                 // If the preset dictionary is bigger than the actual
446                 // dictionary, use only the tail.
447                 mf->write_pos = my_min(lz_options->preset_dict_size, mf->size);
448                 memcpy(mf->buffer, lz_options->preset_dict
449                                 + lz_options->preset_dict_size - mf->write_pos,
450                                 mf->write_pos);
451                 mf->action = LZMA_SYNC_FLUSH;
452                 mf->skip(mf, mf->write_pos);
453         }
454
455         mf->action = LZMA_RUN;
456
457         return false;
458 }
459
460
461 extern uint64_t
462 lzma_lz_encoder_memusage(const lzma_lz_options *lz_options)
463 {
464         // Old buffers must not exist when calling lz_encoder_prepare().
465         lzma_mf mf = {
466                 .buffer = NULL,
467                 .hash = NULL,
468                 .son = NULL,
469                 .hash_count = 0,
470                 .sons_count = 0,
471         };
472
473         // Setup the size information into mf.
474         if (lz_encoder_prepare(&mf, NULL, lz_options))
475                 return UINT64_MAX;
476
477         // Calculate the memory usage.
478         return ((uint64_t)(mf.hash_count) + mf.sons_count) * sizeof(uint32_t)
479                         + mf.size + sizeof(lzma_coder);
480 }
481
482
483 static void
484 lz_encoder_end(lzma_coder *coder, const lzma_allocator *allocator)
485 {
486         lzma_next_end(&coder->next, allocator);
487
488         lzma_free(coder->mf.son, allocator);
489         lzma_free(coder->mf.hash, allocator);
490         lzma_free(coder->mf.buffer, allocator);
491
492         if (coder->lz.end != NULL)
493                 coder->lz.end(coder->lz.coder, allocator);
494         else
495                 lzma_free(coder->lz.coder, allocator);
496
497         lzma_free(coder, allocator);
498         return;
499 }
500
501
502 static lzma_ret
503 lz_encoder_update(lzma_coder *coder, const lzma_allocator *allocator,
504                 const lzma_filter *filters_null lzma_attribute((__unused__)),
505                 const lzma_filter *reversed_filters)
506 {
507         if (coder->lz.options_update == NULL)
508                 return LZMA_PROG_ERROR;
509
510         return_if_error(coder->lz.options_update(
511                         coder->lz.coder, reversed_filters));
512
513         return lzma_next_filter_update(
514                         &coder->next, allocator, reversed_filters + 1);
515 }
516
517
518 extern lzma_ret
519 lzma_lz_encoder_init(lzma_next_coder *next, const lzma_allocator *allocator,
520                 const lzma_filter_info *filters,
521                 lzma_ret (*lz_init)(lzma_lz_encoder *lz,
522                         const lzma_allocator *allocator, const void *options,
523                         lzma_lz_options *lz_options))
524 {
525 #ifdef HAVE_SMALL
526         // We need that the CRC32 table has been initialized.
527         lzma_crc32_init();
528 #endif
529
530         // Allocate and initialize the base data structure.
531         if (next->coder == NULL) {
532                 next->coder = lzma_alloc(sizeof(lzma_coder), allocator);
533                 if (next->coder == NULL)
534                         return LZMA_MEM_ERROR;
535
536                 next->code = &lz_encode;
537                 next->end = &lz_encoder_end;
538                 next->update = &lz_encoder_update;
539
540                 next->coder->lz.coder = NULL;
541                 next->coder->lz.code = NULL;
542                 next->coder->lz.end = NULL;
543
544                 next->coder->mf.buffer = NULL;
545                 next->coder->mf.hash = NULL;
546                 next->coder->mf.son = NULL;
547                 next->coder->mf.hash_count = 0;
548                 next->coder->mf.sons_count = 0;
549
550                 next->coder->next = LZMA_NEXT_CODER_INIT;
551         }
552
553         // Initialize the LZ-based encoder.
554         lzma_lz_options lz_options;
555         return_if_error(lz_init(&next->coder->lz, allocator,
556                         filters[0].options, &lz_options));
557
558         // Setup the size information into next->coder->mf and deallocate
559         // old buffers if they have wrong size.
560         if (lz_encoder_prepare(&next->coder->mf, allocator, &lz_options))
561                 return LZMA_OPTIONS_ERROR;
562
563         // Allocate new buffers if needed, and do the rest of
564         // the initialization.
565         if (lz_encoder_init(&next->coder->mf, allocator, &lz_options))
566                 return LZMA_MEM_ERROR;
567
568         // Initialize the next filter in the chain, if any.
569         return lzma_next_filter_init(&next->coder->next, allocator,
570                         filters + 1);
571 }
572
573
574 extern LZMA_API(lzma_bool)
575 lzma_mf_is_supported(lzma_match_finder mf)
576 {
577         bool ret = false;
578
579 #ifdef HAVE_MF_HC3
580         if (mf == LZMA_MF_HC3)
581                 ret = true;
582 #endif
583
584 #ifdef HAVE_MF_HC4
585         if (mf == LZMA_MF_HC4)
586                 ret = true;
587 #endif
588
589 #ifdef HAVE_MF_BT2
590         if (mf == LZMA_MF_BT2)
591                 ret = true;
592 #endif
593
594 #ifdef HAVE_MF_BT3
595         if (mf == LZMA_MF_BT3)
596                 ret = true;
597 #endif
598
599 #ifdef HAVE_MF_BT4
600         if (mf == LZMA_MF_BT4)
601                 ret = true;
602 #endif
603
604         return ret;
605 }