Add the rt linux 4.1.3-rt3 as base
[kvmfornfv.git] / kernel / Documentation / scsi / st.txt
1 This file contains brief information about the SCSI tape driver.
2 The driver is currently maintained by Kai Mäkisara (email
3 Kai.Makisara@kolumbus.fi)
4
5 Last modified: Sun Aug 29 18:25:47 2010 by kai.makisara
6
7
8 BASICS
9
10 The driver is generic, i.e., it does not contain any code tailored
11 to any specific tape drive. The tape parameters can be specified with
12 one of the following three methods:
13
14 1. Each user can specify the tape parameters he/she wants to use
15 directly with ioctls. This is administratively a very simple and
16 flexible method and applicable to single-user workstations. However,
17 in a multiuser environment the next user finds the tape parameters in
18 state the previous user left them.
19
20 2. The system manager (root) can define default values for some tape
21 parameters, like block size and density using the MTSETDRVBUFFER ioctl.
22 These parameters can be programmed to come into effect either when a
23 new tape is loaded into the drive or if writing begins at the
24 beginning of the tape. The second method is applicable if the tape
25 drive performs auto-detection of the tape format well (like some
26 QIC-drives). The result is that any tape can be read, writing can be
27 continued using existing format, and the default format is used if
28 the tape is rewritten from the beginning (or a new tape is written
29 for the first time). The first method is applicable if the drive
30 does not perform auto-detection well enough and there is a single
31 "sensible" mode for the device. An example is a DAT drive that is
32 used only in variable block mode (I don't know if this is sensible
33 or not :-).
34
35 The user can override the parameters defined by the system
36 manager. The changes persist until the defaults again come into
37 effect.
38
39 3. By default, up to four modes can be defined and selected using the minor
40 number (bits 5 and 6). The number of modes can be changed by changing
41 ST_NBR_MODE_BITS in st.h. Mode 0 corresponds to the defaults discussed
42 above. Additional modes are dormant until they are defined by the
43 system manager (root). When specification of a new mode is started,
44 the configuration of mode 0 is used to provide a starting point for
45 definition of the new mode.
46
47 Using the modes allows the system manager to give the users choices
48 over some of the buffering parameters not directly accessible to the
49 users (buffered and asynchronous writes). The modes also allow choices
50 between formats in multi-tape operations (the explicitly overridden
51 parameters are reset when a new tape is loaded).
52
53 If more than one mode is used, all modes should contain definitions
54 for the same set of parameters.
55
56 Many Unices contain internal tables that associate different modes to
57 supported devices. The Linux SCSI tape driver does not contain such
58 tables (and will not do that in future). Instead of that, a utility
59 program can be made that fetches the inquiry data sent by the device,
60 scans its database, and sets up the modes using the ioctls. Another
61 alternative is to make a small script that uses mt to set the defaults
62 tailored to the system.
63
64 The driver supports fixed and variable block size (within buffer
65 limits). Both the auto-rewind (minor equals device number) and
66 non-rewind devices (minor is 128 + device number) are implemented.
67
68 In variable block mode, the byte count in write() determines the size
69 of the physical block on tape. When reading, the drive reads the next
70 tape block and returns to the user the data if the read() byte count
71 is at least the block size. Otherwise, error ENOMEM is returned.
72
73 In fixed block mode, the data transfer between the drive and the
74 driver is in multiples of the block size. The write() byte count must
75 be a multiple of the block size. This is not required when reading but
76 may be advisable for portability.
77
78 Support is provided for changing the tape partition and partitioning
79 of the tape with one or two partitions. By default support for
80 partitioned tape is disabled for each driver and it can be enabled
81 with the ioctl MTSETDRVBUFFER.
82
83 By default the driver writes one filemark when the device is closed after
84 writing and the last operation has been a write. Two filemarks can be
85 optionally written. In both cases end of data is signified by
86 returning zero bytes for two consecutive reads.
87
88 Writing filemarks without the immediate bit set in the SCSI command block acts
89 as a synchronization point, i.e., all remaining data form the drive buffers is
90 written to tape before the command returns. This makes sure that write errors
91 are caught at that point, but this takes time. In some applications, several
92 consecutive files must be written fast. The MTWEOFI operation can be used to
93 write the filemarks without flushing the drive buffer. Writing filemark at
94 close() is always flushing the drive buffers. However, if the previous
95 operation is MTWEOFI, close() does not write a filemark. This can be used if
96 the program wants to close/open the tape device between files and wants to
97 skip waiting.
98
99 If rewind, offline, bsf, or seek is done and previous tape operation was
100 write, a filemark is written before moving tape.
101
102 The compile options are defined in the file linux/drivers/scsi/st_options.h.
103
104 4. If the open option O_NONBLOCK is used, open succeeds even if the
105 drive is not ready. If O_NONBLOCK is not used, the driver waits for
106 the drive to become ready. If this does not happen in ST_BLOCK_SECONDS
107 seconds, open fails with the errno value EIO. With O_NONBLOCK the
108 device can be opened for writing even if there is a write protected
109 tape in the drive (commands trying to write something return error if
110 attempted).
111
112
113 MINOR NUMBERS
114
115 The tape driver currently supports up to 2^17 drives if 4 modes for
116 each drive are used.
117
118 The minor numbers consist of the following bit fields:
119
120 dev_upper non-rew mode dev-lower
121   20 -  8     7    6 5  4      0
122 The non-rewind bit is always bit 7 (the uppermost bit in the lowermost
123 byte). The bits defining the mode are below the non-rewind bit. The
124 remaining bits define the tape device number. This numbering is
125 backward compatible with the numbering used when the minor number was
126 only 8 bits wide.
127
128
129 SYSFS SUPPORT
130
131 The driver creates the directory /sys/class/scsi_tape and populates it with
132 directories corresponding to the existing tape devices. There are autorewind
133 and non-rewind entries for each mode. The names are stxy and nstxy, where x
134 is the tape number and y a character corresponding to the mode (none, l, m,
135 a). For example, the directories for the first tape device are (assuming four
136 modes): st0  nst0  st0l  nst0l  st0m  nst0m  st0a  nst0a.
137
138 Each directory contains the entries: default_blksize  default_compression
139 default_density  defined  dev  device  driver. The file 'defined' contains 1
140 if the mode is defined and zero if not defined. The files 'default_*' contain
141 the defaults set by the user. The value -1 means the default is not set. The
142 file 'dev' contains the device numbers corresponding to this device. The links
143 'device' and 'driver' point to the SCSI device and driver entries.
144
145 Each directory also contains the entry 'options' which shows the currently
146 enabled driver and mode options. The value in the file is a bit mask where the
147 bit definitions are the same as those used with MTSETDRVBUFFER in setting the
148 options.
149
150 A link named 'tape' is made from the SCSI device directory to the class
151 directory corresponding to the mode 0 auto-rewind device (e.g., st0). 
152
153
154 BSD AND SYS V SEMANTICS
155
156 The user can choose between these two behaviours of the tape driver by
157 defining the value of the symbol ST_SYSV. The semantics differ when a
158 file being read is closed. The BSD semantics leaves the tape where it
159 currently is whereas the SYS V semantics moves the tape past the next
160 filemark unless the filemark has just been crossed.
161
162 The default is BSD semantics.
163
164
165 BUFFERING
166
167 The driver tries to do transfers directly to/from user space. If this
168 is not possible, a driver buffer allocated at run-time is used. If
169 direct i/o is not possible for the whole transfer, the driver buffer
170 is used (i.e., bounce buffers for individual pages are not
171 used). Direct i/o can be impossible because of several reasons, e.g.:
172 - one or more pages are at addresses not reachable by the HBA
173 - the number of pages in the transfer exceeds the number of
174   scatter/gather segments permitted by the HBA
175 - one or more pages can't be locked into memory (should not happen in
176   any reasonable situation)
177
178 The size of the driver buffers is always at least one tape block. In fixed
179 block mode, the minimum buffer size is defined (in 1024 byte units) by
180 ST_FIXED_BUFFER_BLOCKS. With small block size this allows buffering of
181 several blocks and using one SCSI read or write to transfer all of the
182 blocks. Buffering of data across write calls in fixed block mode is
183 allowed if ST_BUFFER_WRITES is non-zero and direct i/o is not used.
184 Buffer allocation uses chunks of memory having sizes 2^n * (page
185 size). Because of this the actual buffer size may be larger than the
186 minimum allowable buffer size.
187
188 NOTE that if direct i/o is used, the small writes are not buffered. This may
189 cause a surprise when moving from 2.4. There small writes (e.g., tar without
190 -b option) may have had good throughput but this is not true any more with
191 2.6. Direct i/o can be turned off to solve this problem but a better solution
192 is to use bigger write() byte counts (e.g., tar -b 64).
193
194 Asynchronous writing. Writing the buffer contents to the tape is
195 started and the write call returns immediately. The status is checked
196 at the next tape operation. Asynchronous writes are not done with
197 direct i/o and not in fixed block mode.
198
199 Buffered writes and asynchronous writes may in some rare cases cause
200 problems in multivolume operations if there is not enough space on the
201 tape after the early-warning mark to flush the driver buffer.
202
203 Read ahead for fixed block mode (ST_READ_AHEAD). Filling the buffer is
204 attempted even if the user does not want to get all of the data at
205 this read command. Should be disabled for those drives that don't like
206 a filemark to truncate a read request or that don't like backspacing.
207
208 Scatter/gather buffers (buffers that consist of chunks non-contiguous
209 in the physical memory) are used if contiguous buffers can't be
210 allocated. To support all SCSI adapters (including those not
211 supporting scatter/gather), buffer allocation is using the following
212 three kinds of chunks:
213 1. The initial segment that is used for all SCSI adapters including
214 those not supporting scatter/gather. The size of this buffer will be
215 (PAGE_SIZE << ST_FIRST_ORDER) bytes if the system can give a chunk of
216 this size (and it is not larger than the buffer size specified by
217 ST_BUFFER_BLOCKS). If this size is not available, the driver halves
218 the size and tries again until the size of one page. The default
219 settings in st_options.h make the driver to try to allocate all of the
220 buffer as one chunk.
221 2. The scatter/gather segments to fill the specified buffer size are
222 allocated so that as many segments as possible are used but the number
223 of segments does not exceed ST_FIRST_SG.
224 3. The remaining segments between ST_MAX_SG (or the module parameter
225 max_sg_segs) and the number of segments used in phases 1 and 2
226 are used to extend the buffer at run-time if this is necessary. The
227 number of scatter/gather segments allowed for the SCSI adapter is not
228 exceeded if it is smaller than the maximum number of scatter/gather
229 segments specified. If the maximum number allowed for the SCSI adapter
230 is smaller than the number of segments used in phases 1 and 2,
231 extending the buffer will always fail.
232
233
234 EOM BEHAVIOUR WHEN WRITING
235
236 When the end of medium early warning is encountered, the current write
237 is finished and the number of bytes is returned. The next write
238 returns -1 and errno is set to ENOSPC. To enable writing a trailer,
239 the next write is allowed to proceed and, if successful, the number of
240 bytes is returned. After this, -1 and the number of bytes are
241 alternately returned until the physical end of medium (or some other
242 error) is encountered.
243
244
245 MODULE PARAMETERS
246
247 The buffer size, write threshold, and the maximum number of allocated buffers
248 are configurable when the driver is loaded as a module. The keywords are:
249
250 buffer_kbs=xxx             the buffer size for fixed block mode is set
251                            to xxx kilobytes
252 write_threshold_kbs=xxx    the write threshold in kilobytes set to xxx
253 max_sg_segs=xxx            the maximum number of scatter/gather
254                            segments
255 try_direct_io=x            try direct transfer between user buffer and
256                            tape drive if this is non-zero
257
258 Note that if the buffer size is changed but the write threshold is not
259 set, the write threshold is set to the new buffer size - 2 kB.
260
261
262 BOOT TIME CONFIGURATION
263
264 If the driver is compiled into the kernel, the same parameters can be
265 also set using, e.g., the LILO command line. The preferred syntax is
266 to use the same keyword used when loading as module but prepended
267 with 'st.'. For instance, to set the maximum number of scatter/gather
268 segments, the parameter 'st.max_sg_segs=xx' should be used (xx is the
269 number of scatter/gather segments).
270
271 For compatibility, the old syntax from early 2.5 and 2.4 kernel
272 versions is supported. The same keywords can be used as when loading
273 the driver as module. If several parameters are set, the keyword-value
274 pairs are separated with a comma (no spaces allowed). A colon can be
275 used instead of the equal mark. The definition is prepended by the
276 string st=. Here is an example:
277
278         st=buffer_kbs:64,write_threshold_kbs:60
279
280 The following syntax used by the old kernel versions is also supported:
281
282            st=aa[,bb[,dd]]
283
284 where
285   aa is the buffer size for fixed block mode in 1024 byte units
286   bb is the write threshold in 1024 byte units
287   dd is the maximum number of scatter/gather segments
288
289
290 IOCTLS
291
292 The tape is positioned and the drive parameters are set with ioctls
293 defined in mtio.h The tape control program 'mt' uses these ioctls. Try
294 to find an mt that supports all of the Linux SCSI tape ioctls and
295 opens the device for writing if the tape contents will be modified
296 (look for a package mt-st* from the Linux ftp sites; the GNU mt does
297 not open for writing for, e.g., erase).
298
299 The supported ioctls are:
300
301 The following use the structure mtop:
302
303 MTFSF   Space forward over count filemarks. Tape positioned after filemark.
304 MTFSFM  As above but tape positioned before filemark.
305 MTBSF   Space backward over count filemarks. Tape positioned before
306         filemark.
307 MTBSFM  As above but ape positioned after filemark.
308 MTFSR   Space forward over count records.
309 MTBSR   Space backward over count records.
310 MTFSS   Space forward over count setmarks.
311 MTBSS   Space backward over count setmarks.
312 MTWEOF  Write count filemarks.
313 MTWEOFI Write count filemarks with immediate bit set (i.e., does not
314         wait until data is on tape)
315 MTWSM   Write count setmarks.
316 MTREW   Rewind tape.
317 MTOFFL  Set device off line (often rewind plus eject).
318 MTNOP   Do nothing except flush the buffers.
319 MTRETEN Re-tension tape.
320 MTEOM   Space to end of recorded data.
321 MTERASE Erase tape. If the argument is zero, the short erase command
322         is used. The long erase command is used with all other values
323         of the argument.
324 MTSEEK  Seek to tape block count. Uses Tandberg-compatible seek (QFA)
325         for SCSI-1 drives and SCSI-2 seek for SCSI-2 drives. The file and
326         block numbers in the status are not valid after a seek.
327 MTSETBLK Set the drive block size. Setting to zero sets the drive into
328         variable block mode (if applicable).
329 MTSETDENSITY Sets the drive density code to arg. See drive
330         documentation for available codes.
331 MTLOCK and MTUNLOCK Explicitly lock/unlock the tape drive door.
332 MTLOAD and MTUNLOAD Explicitly load and unload the tape. If the
333         command argument x is between MT_ST_HPLOADER_OFFSET + 1 and
334         MT_ST_HPLOADER_OFFSET + 6, the number x is used sent to the
335         drive with the command and it selects the tape slot to use of
336         HP C1553A changer.
337 MTCOMPRESSION Sets compressing or uncompressing drive mode using the
338         SCSI mode page 15. Note that some drives other methods for
339         control of compression. Some drives (like the Exabytes) use
340         density codes for compression control. Some drives use another
341         mode page but this page has not been implemented in the
342         driver. Some drives without compression capability will accept
343         any compression mode without error.
344 MTSETPART Moves the tape to the partition given by the argument at the
345         next tape operation. The block at which the tape is positioned
346         is the block where the tape was previously positioned in the
347         new active partition unless the next tape operation is
348         MTSEEK. In this case the tape is moved directly to the block
349         specified by MTSEEK. MTSETPART is inactive unless
350         MT_ST_CAN_PARTITIONS set.
351 MTMKPART Formats the tape with one partition (argument zero) or two
352         partitions (the argument gives in megabytes the size of
353         partition 1 that is physically the first partition of the
354         tape). The drive has to support partitions with size specified
355         by the initiator. Inactive unless MT_ST_CAN_PARTITIONS set.
356 MTSETDRVBUFFER
357         Is used for several purposes. The command is obtained from count
358         with mask MT_SET_OPTIONS, the low order bits are used as argument.
359         This command is only allowed for the superuser (root). The
360         subcommands are:
361         0
362            The drive buffer option is set to the argument. Zero means
363            no buffering.
364         MT_ST_BOOLEANS
365            Sets the buffering options. The bits are the new states
366            (enabled/disabled) the following options (in the
367            parenthesis is specified whether the option is global or
368            can be specified differently for each mode):
369              MT_ST_BUFFER_WRITES write buffering (mode)
370              MT_ST_ASYNC_WRITES asynchronous writes (mode)
371              MT_ST_READ_AHEAD  read ahead (mode)
372              MT_ST_TWO_FM writing of two filemarks (global)
373              MT_ST_FAST_EOM using the SCSI spacing to EOD (global)
374              MT_ST_AUTO_LOCK automatic locking of the drive door (global)
375              MT_ST_DEF_WRITES the defaults are meant only for writes (mode)
376              MT_ST_CAN_BSR backspacing over more than one records can
377                 be used for repositioning the tape (global)
378              MT_ST_NO_BLKLIMS the driver does not ask the block limits
379                 from the drive (block size can be changed only to
380                 variable) (global)
381              MT_ST_CAN_PARTITIONS enables support for partitioned
382                 tapes (global)
383              MT_ST_SCSI2LOGICAL the logical block number is used in
384                 the MTSEEK and MTIOCPOS for SCSI-2 drives instead of
385                 the device dependent address. It is recommended to set
386                 this flag unless there are tapes using the device
387                 dependent (from the old times) (global)
388              MT_ST_SYSV sets the SYSV semantics (mode)
389              MT_ST_NOWAIT enables immediate mode (i.e., don't wait for
390                 the command to finish) for some commands (e.g., rewind)
391              MT_ST_NOWAIT_EOF enables immediate filemark mode (i.e. when
392                 writing a filemark, don't wait for it to complete). Please
393                 see the BASICS note about MTWEOFI with respect to the
394                 possible dangers of writing immediate filemarks.
395              MT_ST_SILI enables setting the SILI bit in SCSI commands when
396                 reading in variable block mode to enhance performance when
397                 reading blocks shorter than the byte count; set this only
398                 if you are sure that the drive supports SILI and the HBA
399                 correctly returns transfer residuals
400              MT_ST_DEBUGGING debugging (global; debugging must be
401                 compiled into the driver)
402         MT_ST_SETBOOLEANS
403         MT_ST_CLEARBOOLEANS
404            Sets or clears the option bits.
405         MT_ST_WRITE_THRESHOLD
406            Sets the write threshold for this device to kilobytes
407            specified by the lowest bits.
408         MT_ST_DEF_BLKSIZE
409            Defines the default block size set automatically. Value
410            0xffffff means that the default is not used any more.
411         MT_ST_DEF_DENSITY
412         MT_ST_DEF_DRVBUFFER
413            Used to set or clear the density (8 bits), and drive buffer
414            state (3 bits). If the value is MT_ST_CLEAR_DEFAULT
415            (0xfffff) the default will not be used any more. Otherwise
416            the lowermost bits of the value contain the new value of
417            the parameter.
418         MT_ST_DEF_COMPRESSION
419            The compression default will not be used if the value of
420            the lowermost byte is 0xff. Otherwise the lowermost bit
421            contains the new default. If the bits 8-15 are set to a
422            non-zero number, and this number is not 0xff, the number is
423            used as the compression algorithm. The value
424            MT_ST_CLEAR_DEFAULT can be used to clear the compression
425            default.
426         MT_ST_SET_TIMEOUT
427            Set the normal timeout in seconds for this device. The
428            default is 900 seconds (15 minutes). The timeout should be
429            long enough for the retries done by the device while
430            reading/writing.
431         MT_ST_SET_LONG_TIMEOUT
432            Set the long timeout that is used for operations that are
433            known to take a long time. The default is 14000 seconds
434            (3.9 hours). For erase this value is further multiplied by
435            eight.
436         MT_ST_SET_CLN
437            Set the cleaning request interpretation parameters using
438            the lowest 24 bits of the argument. The driver can set the
439            generic status bit GMT_CLN if a cleaning request bit pattern
440            is found from the extended sense data. Many drives set one or
441            more bits in the extended sense data when the drive needs
442            cleaning. The bits are device-dependent. The driver is
443            given the number of the sense data byte (the lowest eight
444            bits of the argument; must be >= 18 (values 1 - 17
445            reserved) and <= the maximum requested sense data sixe), 
446            a mask to select the relevant bits (the bits 9-16), and the
447            bit pattern (bits 17-23). If the bit pattern is zero, one
448            or more bits under the mask indicate cleaning request. If
449            the pattern is non-zero, the pattern must match the masked
450            sense data byte.
451
452            (The cleaning bit is set if the additional sense code and
453            qualifier 00h 17h are seen regardless of the setting of
454            MT_ST_SET_CLN.)
455
456 The following ioctl uses the structure mtpos:
457 MTIOCPOS Reads the current position from the drive. Uses
458         Tandberg-compatible QFA for SCSI-1 drives and the SCSI-2
459         command for the SCSI-2 drives.
460
461 The following ioctl uses the structure mtget to return the status:
462 MTIOCGET Returns some status information.
463         The file number and block number within file are returned. The
464         block is -1 when it can't be determined (e.g., after MTBSF).
465         The drive type is either MTISSCSI1 or MTISSCSI2.
466         The number of recovered errors since the previous status call
467         is stored in the lower word of the field mt_erreg.
468         The current block size and the density code are stored in the field
469         mt_dsreg (shifts for the subfields are MT_ST_BLKSIZE_SHIFT and
470         MT_ST_DENSITY_SHIFT).
471         The GMT_xxx status bits reflect the drive status. GMT_DR_OPEN
472         is set if there is no tape in the drive. GMT_EOD means either
473         end of recorded data or end of tape. GMT_EOT means end of tape.
474
475
476 MISCELLANEOUS COMPILE OPTIONS
477
478 The recovered write errors are considered fatal if ST_RECOVERED_WRITE_FATAL
479 is defined.
480
481 The maximum number of tape devices is determined by the define
482 ST_MAX_TAPES. If more tapes are detected at driver initialization, the
483 maximum is adjusted accordingly.
484
485 Immediate return from tape positioning SCSI commands can be enabled by
486 defining ST_NOWAIT. If this is defined, the user should take care that
487 the next tape operation is not started before the previous one has
488 finished. The drives and SCSI adapters should handle this condition
489 gracefully, but some drive/adapter combinations are known to hang the
490 SCSI bus in this case.
491
492 The MTEOM command is by default implemented as spacing over 32767
493 filemarks. With this method the file number in the status is
494 correct. The user can request using direct spacing to EOD by setting
495 ST_FAST_EOM 1 (or using the MT_ST_OPTIONS ioctl). In this case the file
496 number will be invalid.
497
498 When using read ahead or buffered writes the position within the file
499 may not be correct after the file is closed (correct position may
500 require backspacing over more than one record). The correct position
501 within file can be obtained if ST_IN_FILE_POS is defined at compile
502 time or the MT_ST_CAN_BSR bit is set for the drive with an ioctl.
503 (The driver always backs over a filemark crossed by read ahead if the
504 user does not request data that far.)
505
506
507 DEBUGGING HINTS
508
509 Debugging code is now compiled in by default but debugging is turned off
510 with the kernel module parameter debug_flag defaulting to 0.  Debugging
511 can still be switched on and off with an ioctl.  To enable debug at
512 module load time add debug_flag=1 to the module load options, the
513 debugging output is not voluminous.
514
515 If the tape seems to hang, I would be very interested to hear where
516 the driver is waiting. With the command 'ps -l' you can see the state
517 of the process using the tape. If the state is D, the process is
518 waiting for something. The field WCHAN tells where the driver is
519 waiting. If you have the current System.map in the correct place (in
520 /boot for the procps I use) or have updated /etc/psdatabase (for kmem
521 ps), ps writes the function name in the WCHAN field. If not, you have
522 to look up the function from System.map.
523
524 Note also that the timeouts are very long compared to most other
525 drivers. This means that the Linux driver may appear hung although the
526 real reason is that the tape firmware has got confused.