These changes are the raw update to qemu-2.6.
[kvmfornfv.git] / qemu / block / qcow2-cluster.c
1 /*
2  * Block driver for the QCOW version 2 format
3  *
4  * Copyright (c) 2004-2006 Fabrice Bellard
5  *
6  * Permission is hereby granted, free of charge, to any person obtaining a copy
7  * of this software and associated documentation files (the "Software"), to deal
8  * in the Software without restriction, including without limitation the rights
9  * to use, copy, modify, merge, publish, distribute, sublicense, and/or sell
10  * copies of the Software, and to permit persons to whom the Software is
11  * furnished to do so, subject to the following conditions:
12  *
13  * The above copyright notice and this permission notice shall be included in
14  * all copies or substantial portions of the Software.
15  *
16  * THE SOFTWARE IS PROVIDED "AS IS", WITHOUT WARRANTY OF ANY KIND, EXPRESS OR
17  * IMPLIED, INCLUDING BUT NOT LIMITED TO THE WARRANTIES OF MERCHANTABILITY,
18  * FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE AND NONINFRINGEMENT. IN NO EVENT SHALL
19  * THE AUTHORS OR COPYRIGHT HOLDERS BE LIABLE FOR ANY CLAIM, DAMAGES OR OTHER
20  * LIABILITY, WHETHER IN AN ACTION OF CONTRACT, TORT OR OTHERWISE, ARISING FROM,
21  * OUT OF OR IN CONNECTION WITH THE SOFTWARE OR THE USE OR OTHER DEALINGS IN
22  * THE SOFTWARE.
23  */
24
25 #include "qemu/osdep.h"
26 #include <zlib.h>
27
28 #include "qapi/error.h"
29 #include "qemu-common.h"
30 #include "block/block_int.h"
31 #include "block/qcow2.h"
32 #include "trace.h"
33
34 int qcow2_grow_l1_table(BlockDriverState *bs, uint64_t min_size,
35                         bool exact_size)
36 {
37     BDRVQcow2State *s = bs->opaque;
38     int new_l1_size2, ret, i;
39     uint64_t *new_l1_table;
40     int64_t old_l1_table_offset, old_l1_size;
41     int64_t new_l1_table_offset, new_l1_size;
42     uint8_t data[12];
43
44     if (min_size <= s->l1_size)
45         return 0;
46
47     /* Do a sanity check on min_size before trying to calculate new_l1_size
48      * (this prevents overflows during the while loop for the calculation of
49      * new_l1_size) */
50     if (min_size > INT_MAX / sizeof(uint64_t)) {
51         return -EFBIG;
52     }
53
54     if (exact_size) {
55         new_l1_size = min_size;
56     } else {
57         /* Bump size up to reduce the number of times we have to grow */
58         new_l1_size = s->l1_size;
59         if (new_l1_size == 0) {
60             new_l1_size = 1;
61         }
62         while (min_size > new_l1_size) {
63             new_l1_size = (new_l1_size * 3 + 1) / 2;
64         }
65     }
66
67     if (new_l1_size > INT_MAX / sizeof(uint64_t)) {
68         return -EFBIG;
69     }
70
71 #ifdef DEBUG_ALLOC2
72     fprintf(stderr, "grow l1_table from %d to %" PRId64 "\n",
73             s->l1_size, new_l1_size);
74 #endif
75
76     new_l1_size2 = sizeof(uint64_t) * new_l1_size;
77     new_l1_table = qemu_try_blockalign(bs->file->bs,
78                                        align_offset(new_l1_size2, 512));
79     if (new_l1_table == NULL) {
80         return -ENOMEM;
81     }
82     memset(new_l1_table, 0, align_offset(new_l1_size2, 512));
83
84     memcpy(new_l1_table, s->l1_table, s->l1_size * sizeof(uint64_t));
85
86     /* write new table (align to cluster) */
87     BLKDBG_EVENT(bs->file, BLKDBG_L1_GROW_ALLOC_TABLE);
88     new_l1_table_offset = qcow2_alloc_clusters(bs, new_l1_size2);
89     if (new_l1_table_offset < 0) {
90         qemu_vfree(new_l1_table);
91         return new_l1_table_offset;
92     }
93
94     ret = qcow2_cache_flush(bs, s->refcount_block_cache);
95     if (ret < 0) {
96         goto fail;
97     }
98
99     /* the L1 position has not yet been updated, so these clusters must
100      * indeed be completely free */
101     ret = qcow2_pre_write_overlap_check(bs, 0, new_l1_table_offset,
102                                         new_l1_size2);
103     if (ret < 0) {
104         goto fail;
105     }
106
107     BLKDBG_EVENT(bs->file, BLKDBG_L1_GROW_WRITE_TABLE);
108     for(i = 0; i < s->l1_size; i++)
109         new_l1_table[i] = cpu_to_be64(new_l1_table[i]);
110     ret = bdrv_pwrite_sync(bs->file->bs, new_l1_table_offset,
111                            new_l1_table, new_l1_size2);
112     if (ret < 0)
113         goto fail;
114     for(i = 0; i < s->l1_size; i++)
115         new_l1_table[i] = be64_to_cpu(new_l1_table[i]);
116
117     /* set new table */
118     BLKDBG_EVENT(bs->file, BLKDBG_L1_GROW_ACTIVATE_TABLE);
119     cpu_to_be32w((uint32_t*)data, new_l1_size);
120     stq_be_p(data + 4, new_l1_table_offset);
121     ret = bdrv_pwrite_sync(bs->file->bs, offsetof(QCowHeader, l1_size),
122                            data, sizeof(data));
123     if (ret < 0) {
124         goto fail;
125     }
126     qemu_vfree(s->l1_table);
127     old_l1_table_offset = s->l1_table_offset;
128     s->l1_table_offset = new_l1_table_offset;
129     s->l1_table = new_l1_table;
130     old_l1_size = s->l1_size;
131     s->l1_size = new_l1_size;
132     qcow2_free_clusters(bs, old_l1_table_offset, old_l1_size * sizeof(uint64_t),
133                         QCOW2_DISCARD_OTHER);
134     return 0;
135  fail:
136     qemu_vfree(new_l1_table);
137     qcow2_free_clusters(bs, new_l1_table_offset, new_l1_size2,
138                         QCOW2_DISCARD_OTHER);
139     return ret;
140 }
141
142 /*
143  * l2_load
144  *
145  * Loads a L2 table into memory. If the table is in the cache, the cache
146  * is used; otherwise the L2 table is loaded from the image file.
147  *
148  * Returns a pointer to the L2 table on success, or NULL if the read from
149  * the image file failed.
150  */
151
152 static int l2_load(BlockDriverState *bs, uint64_t l2_offset,
153     uint64_t **l2_table)
154 {
155     BDRVQcow2State *s = bs->opaque;
156     int ret;
157
158     ret = qcow2_cache_get(bs, s->l2_table_cache, l2_offset, (void**) l2_table);
159
160     return ret;
161 }
162
163 /*
164  * Writes one sector of the L1 table to the disk (can't update single entries
165  * and we really don't want bdrv_pread to perform a read-modify-write)
166  */
167 #define L1_ENTRIES_PER_SECTOR (512 / 8)
168 int qcow2_write_l1_entry(BlockDriverState *bs, int l1_index)
169 {
170     BDRVQcow2State *s = bs->opaque;
171     uint64_t buf[L1_ENTRIES_PER_SECTOR] = { 0 };
172     int l1_start_index;
173     int i, ret;
174
175     l1_start_index = l1_index & ~(L1_ENTRIES_PER_SECTOR - 1);
176     for (i = 0; i < L1_ENTRIES_PER_SECTOR && l1_start_index + i < s->l1_size;
177          i++)
178     {
179         buf[i] = cpu_to_be64(s->l1_table[l1_start_index + i]);
180     }
181
182     ret = qcow2_pre_write_overlap_check(bs, QCOW2_OL_ACTIVE_L1,
183             s->l1_table_offset + 8 * l1_start_index, sizeof(buf));
184     if (ret < 0) {
185         return ret;
186     }
187
188     BLKDBG_EVENT(bs->file, BLKDBG_L1_UPDATE);
189     ret = bdrv_pwrite_sync(bs->file->bs,
190                            s->l1_table_offset + 8 * l1_start_index,
191                            buf, sizeof(buf));
192     if (ret < 0) {
193         return ret;
194     }
195
196     return 0;
197 }
198
199 /*
200  * l2_allocate
201  *
202  * Allocate a new l2 entry in the file. If l1_index points to an already
203  * used entry in the L2 table (i.e. we are doing a copy on write for the L2
204  * table) copy the contents of the old L2 table into the newly allocated one.
205  * Otherwise the new table is initialized with zeros.
206  *
207  */
208
209 static int l2_allocate(BlockDriverState *bs, int l1_index, uint64_t **table)
210 {
211     BDRVQcow2State *s = bs->opaque;
212     uint64_t old_l2_offset;
213     uint64_t *l2_table = NULL;
214     int64_t l2_offset;
215     int ret;
216
217     old_l2_offset = s->l1_table[l1_index];
218
219     trace_qcow2_l2_allocate(bs, l1_index);
220
221     /* allocate a new l2 entry */
222
223     l2_offset = qcow2_alloc_clusters(bs, s->l2_size * sizeof(uint64_t));
224     if (l2_offset < 0) {
225         ret = l2_offset;
226         goto fail;
227     }
228
229     ret = qcow2_cache_flush(bs, s->refcount_block_cache);
230     if (ret < 0) {
231         goto fail;
232     }
233
234     /* allocate a new entry in the l2 cache */
235
236     trace_qcow2_l2_allocate_get_empty(bs, l1_index);
237     ret = qcow2_cache_get_empty(bs, s->l2_table_cache, l2_offset, (void**) table);
238     if (ret < 0) {
239         goto fail;
240     }
241
242     l2_table = *table;
243
244     if ((old_l2_offset & L1E_OFFSET_MASK) == 0) {
245         /* if there was no old l2 table, clear the new table */
246         memset(l2_table, 0, s->l2_size * sizeof(uint64_t));
247     } else {
248         uint64_t* old_table;
249
250         /* if there was an old l2 table, read it from the disk */
251         BLKDBG_EVENT(bs->file, BLKDBG_L2_ALLOC_COW_READ);
252         ret = qcow2_cache_get(bs, s->l2_table_cache,
253             old_l2_offset & L1E_OFFSET_MASK,
254             (void**) &old_table);
255         if (ret < 0) {
256             goto fail;
257         }
258
259         memcpy(l2_table, old_table, s->cluster_size);
260
261         qcow2_cache_put(bs, s->l2_table_cache, (void **) &old_table);
262     }
263
264     /* write the l2 table to the file */
265     BLKDBG_EVENT(bs->file, BLKDBG_L2_ALLOC_WRITE);
266
267     trace_qcow2_l2_allocate_write_l2(bs, l1_index);
268     qcow2_cache_entry_mark_dirty(bs, s->l2_table_cache, l2_table);
269     ret = qcow2_cache_flush(bs, s->l2_table_cache);
270     if (ret < 0) {
271         goto fail;
272     }
273
274     /* update the L1 entry */
275     trace_qcow2_l2_allocate_write_l1(bs, l1_index);
276     s->l1_table[l1_index] = l2_offset | QCOW_OFLAG_COPIED;
277     ret = qcow2_write_l1_entry(bs, l1_index);
278     if (ret < 0) {
279         goto fail;
280     }
281
282     *table = l2_table;
283     trace_qcow2_l2_allocate_done(bs, l1_index, 0);
284     return 0;
285
286 fail:
287     trace_qcow2_l2_allocate_done(bs, l1_index, ret);
288     if (l2_table != NULL) {
289         qcow2_cache_put(bs, s->l2_table_cache, (void**) table);
290     }
291     s->l1_table[l1_index] = old_l2_offset;
292     if (l2_offset > 0) {
293         qcow2_free_clusters(bs, l2_offset, s->l2_size * sizeof(uint64_t),
294                             QCOW2_DISCARD_ALWAYS);
295     }
296     return ret;
297 }
298
299 /*
300  * Checks how many clusters in a given L2 table are contiguous in the image
301  * file. As soon as one of the flags in the bitmask stop_flags changes compared
302  * to the first cluster, the search is stopped and the cluster is not counted
303  * as contiguous. (This allows it, for example, to stop at the first compressed
304  * cluster which may require a different handling)
305  */
306 static int count_contiguous_clusters(int nb_clusters, int cluster_size,
307         uint64_t *l2_table, uint64_t stop_flags)
308 {
309     int i;
310     uint64_t mask = stop_flags | L2E_OFFSET_MASK | QCOW_OFLAG_COMPRESSED;
311     uint64_t first_entry = be64_to_cpu(l2_table[0]);
312     uint64_t offset = first_entry & mask;
313
314     if (!offset)
315         return 0;
316
317     assert(qcow2_get_cluster_type(first_entry) == QCOW2_CLUSTER_NORMAL);
318
319     for (i = 0; i < nb_clusters; i++) {
320         uint64_t l2_entry = be64_to_cpu(l2_table[i]) & mask;
321         if (offset + (uint64_t) i * cluster_size != l2_entry) {
322             break;
323         }
324     }
325
326         return i;
327 }
328
329 static int count_contiguous_clusters_by_type(int nb_clusters,
330                                              uint64_t *l2_table,
331                                              int wanted_type)
332 {
333     int i;
334
335     for (i = 0; i < nb_clusters; i++) {
336         int type = qcow2_get_cluster_type(be64_to_cpu(l2_table[i]));
337
338         if (type != wanted_type) {
339             break;
340         }
341     }
342
343     return i;
344 }
345
346 /* The crypt function is compatible with the linux cryptoloop
347    algorithm for < 4 GB images. NOTE: out_buf == in_buf is
348    supported */
349 int qcow2_encrypt_sectors(BDRVQcow2State *s, int64_t sector_num,
350                           uint8_t *out_buf, const uint8_t *in_buf,
351                           int nb_sectors, bool enc,
352                           Error **errp)
353 {
354     union {
355         uint64_t ll[2];
356         uint8_t b[16];
357     } ivec;
358     int i;
359     int ret;
360
361     for(i = 0; i < nb_sectors; i++) {
362         ivec.ll[0] = cpu_to_le64(sector_num);
363         ivec.ll[1] = 0;
364         if (qcrypto_cipher_setiv(s->cipher,
365                                  ivec.b, G_N_ELEMENTS(ivec.b),
366                                  errp) < 0) {
367             return -1;
368         }
369         if (enc) {
370             ret = qcrypto_cipher_encrypt(s->cipher,
371                                          in_buf,
372                                          out_buf,
373                                          512,
374                                          errp);
375         } else {
376             ret = qcrypto_cipher_decrypt(s->cipher,
377                                          in_buf,
378                                          out_buf,
379                                          512,
380                                          errp);
381         }
382         if (ret < 0) {
383             return -1;
384         }
385         sector_num++;
386         in_buf += 512;
387         out_buf += 512;
388     }
389     return 0;
390 }
391
392 static int coroutine_fn copy_sectors(BlockDriverState *bs,
393                                      uint64_t start_sect,
394                                      uint64_t cluster_offset,
395                                      int n_start, int n_end)
396 {
397     BDRVQcow2State *s = bs->opaque;
398     QEMUIOVector qiov;
399     struct iovec iov;
400     int n, ret;
401
402     n = n_end - n_start;
403     if (n <= 0) {
404         return 0;
405     }
406
407     iov.iov_len = n * BDRV_SECTOR_SIZE;
408     iov.iov_base = qemu_try_blockalign(bs, iov.iov_len);
409     if (iov.iov_base == NULL) {
410         return -ENOMEM;
411     }
412
413     qemu_iovec_init_external(&qiov, &iov, 1);
414
415     BLKDBG_EVENT(bs->file, BLKDBG_COW_READ);
416
417     if (!bs->drv) {
418         ret = -ENOMEDIUM;
419         goto out;
420     }
421
422     /* Call .bdrv_co_readv() directly instead of using the public block-layer
423      * interface.  This avoids double I/O throttling and request tracking,
424      * which can lead to deadlock when block layer copy-on-read is enabled.
425      */
426     ret = bs->drv->bdrv_co_readv(bs, start_sect + n_start, n, &qiov);
427     if (ret < 0) {
428         goto out;
429     }
430
431     if (bs->encrypted) {
432         Error *err = NULL;
433         assert(s->cipher);
434         if (qcow2_encrypt_sectors(s, start_sect + n_start,
435                                   iov.iov_base, iov.iov_base, n,
436                                   true, &err) < 0) {
437             ret = -EIO;
438             error_free(err);
439             goto out;
440         }
441     }
442
443     ret = qcow2_pre_write_overlap_check(bs, 0,
444             cluster_offset + n_start * BDRV_SECTOR_SIZE, n * BDRV_SECTOR_SIZE);
445     if (ret < 0) {
446         goto out;
447     }
448
449     BLKDBG_EVENT(bs->file, BLKDBG_COW_WRITE);
450     ret = bdrv_co_writev(bs->file->bs, (cluster_offset >> 9) + n_start, n,
451                          &qiov);
452     if (ret < 0) {
453         goto out;
454     }
455
456     ret = 0;
457 out:
458     qemu_vfree(iov.iov_base);
459     return ret;
460 }
461
462
463 /*
464  * get_cluster_offset
465  *
466  * For a given offset of the disk image, find the cluster offset in
467  * qcow2 file. The offset is stored in *cluster_offset.
468  *
469  * on entry, *num is the number of contiguous sectors we'd like to
470  * access following offset.
471  *
472  * on exit, *num is the number of contiguous sectors we can read.
473  *
474  * Returns the cluster type (QCOW2_CLUSTER_*) on success, -errno in error
475  * cases.
476  */
477 int qcow2_get_cluster_offset(BlockDriverState *bs, uint64_t offset,
478     int *num, uint64_t *cluster_offset)
479 {
480     BDRVQcow2State *s = bs->opaque;
481     unsigned int l2_index;
482     uint64_t l1_index, l2_offset, *l2_table;
483     int l1_bits, c;
484     unsigned int index_in_cluster, nb_clusters;
485     uint64_t nb_available, nb_needed;
486     int ret;
487
488     index_in_cluster = (offset >> 9) & (s->cluster_sectors - 1);
489     nb_needed = *num + index_in_cluster;
490
491     l1_bits = s->l2_bits + s->cluster_bits;
492
493     /* compute how many bytes there are between the offset and
494      * the end of the l1 entry
495      */
496
497     nb_available = (1ULL << l1_bits) - (offset & ((1ULL << l1_bits) - 1));
498
499     /* compute the number of available sectors */
500
501     nb_available = (nb_available >> 9) + index_in_cluster;
502
503     if (nb_needed > nb_available) {
504         nb_needed = nb_available;
505     }
506     assert(nb_needed <= INT_MAX);
507
508     *cluster_offset = 0;
509
510     /* seek to the l2 offset in the l1 table */
511
512     l1_index = offset >> l1_bits;
513     if (l1_index >= s->l1_size) {
514         ret = QCOW2_CLUSTER_UNALLOCATED;
515         goto out;
516     }
517
518     l2_offset = s->l1_table[l1_index] & L1E_OFFSET_MASK;
519     if (!l2_offset) {
520         ret = QCOW2_CLUSTER_UNALLOCATED;
521         goto out;
522     }
523
524     if (offset_into_cluster(s, l2_offset)) {
525         qcow2_signal_corruption(bs, true, -1, -1, "L2 table offset %#" PRIx64
526                                 " unaligned (L1 index: %#" PRIx64 ")",
527                                 l2_offset, l1_index);
528         return -EIO;
529     }
530
531     /* load the l2 table in memory */
532
533     ret = l2_load(bs, l2_offset, &l2_table);
534     if (ret < 0) {
535         return ret;
536     }
537
538     /* find the cluster offset for the given disk offset */
539
540     l2_index = (offset >> s->cluster_bits) & (s->l2_size - 1);
541     *cluster_offset = be64_to_cpu(l2_table[l2_index]);
542
543     /* nb_needed <= INT_MAX, thus nb_clusters <= INT_MAX, too */
544     nb_clusters = size_to_clusters(s, nb_needed << 9);
545
546     ret = qcow2_get_cluster_type(*cluster_offset);
547     switch (ret) {
548     case QCOW2_CLUSTER_COMPRESSED:
549         /* Compressed clusters can only be processed one by one */
550         c = 1;
551         *cluster_offset &= L2E_COMPRESSED_OFFSET_SIZE_MASK;
552         break;
553     case QCOW2_CLUSTER_ZERO:
554         if (s->qcow_version < 3) {
555             qcow2_signal_corruption(bs, true, -1, -1, "Zero cluster entry found"
556                                     " in pre-v3 image (L2 offset: %#" PRIx64
557                                     ", L2 index: %#x)", l2_offset, l2_index);
558             ret = -EIO;
559             goto fail;
560         }
561         c = count_contiguous_clusters_by_type(nb_clusters, &l2_table[l2_index],
562                                               QCOW2_CLUSTER_ZERO);
563         *cluster_offset = 0;
564         break;
565     case QCOW2_CLUSTER_UNALLOCATED:
566         /* how many empty clusters ? */
567         c = count_contiguous_clusters_by_type(nb_clusters, &l2_table[l2_index],
568                                               QCOW2_CLUSTER_UNALLOCATED);
569         *cluster_offset = 0;
570         break;
571     case QCOW2_CLUSTER_NORMAL:
572         /* how many allocated clusters ? */
573         c = count_contiguous_clusters(nb_clusters, s->cluster_size,
574                 &l2_table[l2_index], QCOW_OFLAG_ZERO);
575         *cluster_offset &= L2E_OFFSET_MASK;
576         if (offset_into_cluster(s, *cluster_offset)) {
577             qcow2_signal_corruption(bs, true, -1, -1, "Data cluster offset %#"
578                                     PRIx64 " unaligned (L2 offset: %#" PRIx64
579                                     ", L2 index: %#x)", *cluster_offset,
580                                     l2_offset, l2_index);
581             ret = -EIO;
582             goto fail;
583         }
584         break;
585     default:
586         abort();
587     }
588
589     qcow2_cache_put(bs, s->l2_table_cache, (void**) &l2_table);
590
591     nb_available = (c * s->cluster_sectors);
592
593 out:
594     if (nb_available > nb_needed)
595         nb_available = nb_needed;
596
597     *num = nb_available - index_in_cluster;
598
599     return ret;
600
601 fail:
602     qcow2_cache_put(bs, s->l2_table_cache, (void **)&l2_table);
603     return ret;
604 }
605
606 /*
607  * get_cluster_table
608  *
609  * for a given disk offset, load (and allocate if needed)
610  * the l2 table.
611  *
612  * the l2 table offset in the qcow2 file and the cluster index
613  * in the l2 table are given to the caller.
614  *
615  * Returns 0 on success, -errno in failure case
616  */
617 static int get_cluster_table(BlockDriverState *bs, uint64_t offset,
618                              uint64_t **new_l2_table,
619                              int *new_l2_index)
620 {
621     BDRVQcow2State *s = bs->opaque;
622     unsigned int l2_index;
623     uint64_t l1_index, l2_offset;
624     uint64_t *l2_table = NULL;
625     int ret;
626
627     /* seek to the l2 offset in the l1 table */
628
629     l1_index = offset >> (s->l2_bits + s->cluster_bits);
630     if (l1_index >= s->l1_size) {
631         ret = qcow2_grow_l1_table(bs, l1_index + 1, false);
632         if (ret < 0) {
633             return ret;
634         }
635     }
636
637     assert(l1_index < s->l1_size);
638     l2_offset = s->l1_table[l1_index] & L1E_OFFSET_MASK;
639     if (offset_into_cluster(s, l2_offset)) {
640         qcow2_signal_corruption(bs, true, -1, -1, "L2 table offset %#" PRIx64
641                                 " unaligned (L1 index: %#" PRIx64 ")",
642                                 l2_offset, l1_index);
643         return -EIO;
644     }
645
646     /* seek the l2 table of the given l2 offset */
647
648     if (s->l1_table[l1_index] & QCOW_OFLAG_COPIED) {
649         /* load the l2 table in memory */
650         ret = l2_load(bs, l2_offset, &l2_table);
651         if (ret < 0) {
652             return ret;
653         }
654     } else {
655         /* First allocate a new L2 table (and do COW if needed) */
656         ret = l2_allocate(bs, l1_index, &l2_table);
657         if (ret < 0) {
658             return ret;
659         }
660
661         /* Then decrease the refcount of the old table */
662         if (l2_offset) {
663             qcow2_free_clusters(bs, l2_offset, s->l2_size * sizeof(uint64_t),
664                                 QCOW2_DISCARD_OTHER);
665         }
666     }
667
668     /* find the cluster offset for the given disk offset */
669
670     l2_index = (offset >> s->cluster_bits) & (s->l2_size - 1);
671
672     *new_l2_table = l2_table;
673     *new_l2_index = l2_index;
674
675     return 0;
676 }
677
678 /*
679  * alloc_compressed_cluster_offset
680  *
681  * For a given offset of the disk image, return cluster offset in
682  * qcow2 file.
683  *
684  * If the offset is not found, allocate a new compressed cluster.
685  *
686  * Return the cluster offset if successful,
687  * Return 0, otherwise.
688  *
689  */
690
691 uint64_t qcow2_alloc_compressed_cluster_offset(BlockDriverState *bs,
692                                                uint64_t offset,
693                                                int compressed_size)
694 {
695     BDRVQcow2State *s = bs->opaque;
696     int l2_index, ret;
697     uint64_t *l2_table;
698     int64_t cluster_offset;
699     int nb_csectors;
700
701     ret = get_cluster_table(bs, offset, &l2_table, &l2_index);
702     if (ret < 0) {
703         return 0;
704     }
705
706     /* Compression can't overwrite anything. Fail if the cluster was already
707      * allocated. */
708     cluster_offset = be64_to_cpu(l2_table[l2_index]);
709     if (cluster_offset & L2E_OFFSET_MASK) {
710         qcow2_cache_put(bs, s->l2_table_cache, (void**) &l2_table);
711         return 0;
712     }
713
714     cluster_offset = qcow2_alloc_bytes(bs, compressed_size);
715     if (cluster_offset < 0) {
716         qcow2_cache_put(bs, s->l2_table_cache, (void**) &l2_table);
717         return 0;
718     }
719
720     nb_csectors = ((cluster_offset + compressed_size - 1) >> 9) -
721                   (cluster_offset >> 9);
722
723     cluster_offset |= QCOW_OFLAG_COMPRESSED |
724                       ((uint64_t)nb_csectors << s->csize_shift);
725
726     /* update L2 table */
727
728     /* compressed clusters never have the copied flag */
729
730     BLKDBG_EVENT(bs->file, BLKDBG_L2_UPDATE_COMPRESSED);
731     qcow2_cache_entry_mark_dirty(bs, s->l2_table_cache, l2_table);
732     l2_table[l2_index] = cpu_to_be64(cluster_offset);
733     qcow2_cache_put(bs, s->l2_table_cache, (void **) &l2_table);
734
735     return cluster_offset;
736 }
737
738 static int perform_cow(BlockDriverState *bs, QCowL2Meta *m, Qcow2COWRegion *r)
739 {
740     BDRVQcow2State *s = bs->opaque;
741     int ret;
742
743     if (r->nb_sectors == 0) {
744         return 0;
745     }
746
747     qemu_co_mutex_unlock(&s->lock);
748     ret = copy_sectors(bs, m->offset / BDRV_SECTOR_SIZE, m->alloc_offset,
749                        r->offset / BDRV_SECTOR_SIZE,
750                        r->offset / BDRV_SECTOR_SIZE + r->nb_sectors);
751     qemu_co_mutex_lock(&s->lock);
752
753     if (ret < 0) {
754         return ret;
755     }
756
757     /*
758      * Before we update the L2 table to actually point to the new cluster, we
759      * need to be sure that the refcounts have been increased and COW was
760      * handled.
761      */
762     qcow2_cache_depends_on_flush(s->l2_table_cache);
763
764     return 0;
765 }
766
767 int qcow2_alloc_cluster_link_l2(BlockDriverState *bs, QCowL2Meta *m)
768 {
769     BDRVQcow2State *s = bs->opaque;
770     int i, j = 0, l2_index, ret;
771     uint64_t *old_cluster, *l2_table;
772     uint64_t cluster_offset = m->alloc_offset;
773
774     trace_qcow2_cluster_link_l2(qemu_coroutine_self(), m->nb_clusters);
775     assert(m->nb_clusters > 0);
776
777     old_cluster = g_try_new(uint64_t, m->nb_clusters);
778     if (old_cluster == NULL) {
779         ret = -ENOMEM;
780         goto err;
781     }
782
783     /* copy content of unmodified sectors */
784     ret = perform_cow(bs, m, &m->cow_start);
785     if (ret < 0) {
786         goto err;
787     }
788
789     ret = perform_cow(bs, m, &m->cow_end);
790     if (ret < 0) {
791         goto err;
792     }
793
794     /* Update L2 table. */
795     if (s->use_lazy_refcounts) {
796         qcow2_mark_dirty(bs);
797     }
798     if (qcow2_need_accurate_refcounts(s)) {
799         qcow2_cache_set_dependency(bs, s->l2_table_cache,
800                                    s->refcount_block_cache);
801     }
802
803     ret = get_cluster_table(bs, m->offset, &l2_table, &l2_index);
804     if (ret < 0) {
805         goto err;
806     }
807     qcow2_cache_entry_mark_dirty(bs, s->l2_table_cache, l2_table);
808
809     assert(l2_index + m->nb_clusters <= s->l2_size);
810     for (i = 0; i < m->nb_clusters; i++) {
811         /* if two concurrent writes happen to the same unallocated cluster
812          * each write allocates separate cluster and writes data concurrently.
813          * The first one to complete updates l2 table with pointer to its
814          * cluster the second one has to do RMW (which is done above by
815          * copy_sectors()), update l2 table with its cluster pointer and free
816          * old cluster. This is what this loop does */
817         if(l2_table[l2_index + i] != 0)
818             old_cluster[j++] = l2_table[l2_index + i];
819
820         l2_table[l2_index + i] = cpu_to_be64((cluster_offset +
821                     (i << s->cluster_bits)) | QCOW_OFLAG_COPIED);
822      }
823
824
825     qcow2_cache_put(bs, s->l2_table_cache, (void **) &l2_table);
826
827     /*
828      * If this was a COW, we need to decrease the refcount of the old cluster.
829      *
830      * Don't discard clusters that reach a refcount of 0 (e.g. compressed
831      * clusters), the next write will reuse them anyway.
832      */
833     if (j != 0) {
834         for (i = 0; i < j; i++) {
835             qcow2_free_any_clusters(bs, be64_to_cpu(old_cluster[i]), 1,
836                                     QCOW2_DISCARD_NEVER);
837         }
838     }
839
840     ret = 0;
841 err:
842     g_free(old_cluster);
843     return ret;
844  }
845
846 /*
847  * Returns the number of contiguous clusters that can be used for an allocating
848  * write, but require COW to be performed (this includes yet unallocated space,
849  * which must copy from the backing file)
850  */
851 static int count_cow_clusters(BDRVQcow2State *s, int nb_clusters,
852     uint64_t *l2_table, int l2_index)
853 {
854     int i;
855
856     for (i = 0; i < nb_clusters; i++) {
857         uint64_t l2_entry = be64_to_cpu(l2_table[l2_index + i]);
858         int cluster_type = qcow2_get_cluster_type(l2_entry);
859
860         switch(cluster_type) {
861         case QCOW2_CLUSTER_NORMAL:
862             if (l2_entry & QCOW_OFLAG_COPIED) {
863                 goto out;
864             }
865             break;
866         case QCOW2_CLUSTER_UNALLOCATED:
867         case QCOW2_CLUSTER_COMPRESSED:
868         case QCOW2_CLUSTER_ZERO:
869             break;
870         default:
871             abort();
872         }
873     }
874
875 out:
876     assert(i <= nb_clusters);
877     return i;
878 }
879
880 /*
881  * Check if there already is an AIO write request in flight which allocates
882  * the same cluster. In this case we need to wait until the previous
883  * request has completed and updated the L2 table accordingly.
884  *
885  * Returns:
886  *   0       if there was no dependency. *cur_bytes indicates the number of
887  *           bytes from guest_offset that can be read before the next
888  *           dependency must be processed (or the request is complete)
889  *
890  *   -EAGAIN if we had to wait for another request, previously gathered
891  *           information on cluster allocation may be invalid now. The caller
892  *           must start over anyway, so consider *cur_bytes undefined.
893  */
894 static int handle_dependencies(BlockDriverState *bs, uint64_t guest_offset,
895     uint64_t *cur_bytes, QCowL2Meta **m)
896 {
897     BDRVQcow2State *s = bs->opaque;
898     QCowL2Meta *old_alloc;
899     uint64_t bytes = *cur_bytes;
900
901     QLIST_FOREACH(old_alloc, &s->cluster_allocs, next_in_flight) {
902
903         uint64_t start = guest_offset;
904         uint64_t end = start + bytes;
905         uint64_t old_start = l2meta_cow_start(old_alloc);
906         uint64_t old_end = l2meta_cow_end(old_alloc);
907
908         if (end <= old_start || start >= old_end) {
909             /* No intersection */
910         } else {
911             if (start < old_start) {
912                 /* Stop at the start of a running allocation */
913                 bytes = old_start - start;
914             } else {
915                 bytes = 0;
916             }
917
918             /* Stop if already an l2meta exists. After yielding, it wouldn't
919              * be valid any more, so we'd have to clean up the old L2Metas
920              * and deal with requests depending on them before starting to
921              * gather new ones. Not worth the trouble. */
922             if (bytes == 0 && *m) {
923                 *cur_bytes = 0;
924                 return 0;
925             }
926
927             if (bytes == 0) {
928                 /* Wait for the dependency to complete. We need to recheck
929                  * the free/allocated clusters when we continue. */
930                 qemu_co_mutex_unlock(&s->lock);
931                 qemu_co_queue_wait(&old_alloc->dependent_requests);
932                 qemu_co_mutex_lock(&s->lock);
933                 return -EAGAIN;
934             }
935         }
936     }
937
938     /* Make sure that existing clusters and new allocations are only used up to
939      * the next dependency if we shortened the request above */
940     *cur_bytes = bytes;
941
942     return 0;
943 }
944
945 /*
946  * Checks how many already allocated clusters that don't require a copy on
947  * write there are at the given guest_offset (up to *bytes). If
948  * *host_offset is not zero, only physically contiguous clusters beginning at
949  * this host offset are counted.
950  *
951  * Note that guest_offset may not be cluster aligned. In this case, the
952  * returned *host_offset points to exact byte referenced by guest_offset and
953  * therefore isn't cluster aligned as well.
954  *
955  * Returns:
956  *   0:     if no allocated clusters are available at the given offset.
957  *          *bytes is normally unchanged. It is set to 0 if the cluster
958  *          is allocated and doesn't need COW, but doesn't have the right
959  *          physical offset.
960  *
961  *   1:     if allocated clusters that don't require a COW are available at
962  *          the requested offset. *bytes may have decreased and describes
963  *          the length of the area that can be written to.
964  *
965  *  -errno: in error cases
966  */
967 static int handle_copied(BlockDriverState *bs, uint64_t guest_offset,
968     uint64_t *host_offset, uint64_t *bytes, QCowL2Meta **m)
969 {
970     BDRVQcow2State *s = bs->opaque;
971     int l2_index;
972     uint64_t cluster_offset;
973     uint64_t *l2_table;
974     uint64_t nb_clusters;
975     unsigned int keep_clusters;
976     int ret;
977
978     trace_qcow2_handle_copied(qemu_coroutine_self(), guest_offset, *host_offset,
979                               *bytes);
980
981     assert(*host_offset == 0 ||    offset_into_cluster(s, guest_offset)
982                                 == offset_into_cluster(s, *host_offset));
983
984     /*
985      * Calculate the number of clusters to look for. We stop at L2 table
986      * boundaries to keep things simple.
987      */
988     nb_clusters =
989         size_to_clusters(s, offset_into_cluster(s, guest_offset) + *bytes);
990
991     l2_index = offset_to_l2_index(s, guest_offset);
992     nb_clusters = MIN(nb_clusters, s->l2_size - l2_index);
993     assert(nb_clusters <= INT_MAX);
994
995     /* Find L2 entry for the first involved cluster */
996     ret = get_cluster_table(bs, guest_offset, &l2_table, &l2_index);
997     if (ret < 0) {
998         return ret;
999     }
1000
1001     cluster_offset = be64_to_cpu(l2_table[l2_index]);
1002
1003     /* Check how many clusters are already allocated and don't need COW */
1004     if (qcow2_get_cluster_type(cluster_offset) == QCOW2_CLUSTER_NORMAL
1005         && (cluster_offset & QCOW_OFLAG_COPIED))
1006     {
1007         /* If a specific host_offset is required, check it */
1008         bool offset_matches =
1009             (cluster_offset & L2E_OFFSET_MASK) == *host_offset;
1010
1011         if (offset_into_cluster(s, cluster_offset & L2E_OFFSET_MASK)) {
1012             qcow2_signal_corruption(bs, true, -1, -1, "Data cluster offset "
1013                                     "%#llx unaligned (guest offset: %#" PRIx64
1014                                     ")", cluster_offset & L2E_OFFSET_MASK,
1015                                     guest_offset);
1016             ret = -EIO;
1017             goto out;
1018         }
1019
1020         if (*host_offset != 0 && !offset_matches) {
1021             *bytes = 0;
1022             ret = 0;
1023             goto out;
1024         }
1025
1026         /* We keep all QCOW_OFLAG_COPIED clusters */
1027         keep_clusters =
1028             count_contiguous_clusters(nb_clusters, s->cluster_size,
1029                                       &l2_table[l2_index],
1030                                       QCOW_OFLAG_COPIED | QCOW_OFLAG_ZERO);
1031         assert(keep_clusters <= nb_clusters);
1032
1033         *bytes = MIN(*bytes,
1034                  keep_clusters * s->cluster_size
1035                  - offset_into_cluster(s, guest_offset));
1036
1037         ret = 1;
1038     } else {
1039         ret = 0;
1040     }
1041
1042     /* Cleanup */
1043 out:
1044     qcow2_cache_put(bs, s->l2_table_cache, (void **) &l2_table);
1045
1046     /* Only return a host offset if we actually made progress. Otherwise we
1047      * would make requirements for handle_alloc() that it can't fulfill */
1048     if (ret > 0) {
1049         *host_offset = (cluster_offset & L2E_OFFSET_MASK)
1050                      + offset_into_cluster(s, guest_offset);
1051     }
1052
1053     return ret;
1054 }
1055
1056 /*
1057  * Allocates new clusters for the given guest_offset.
1058  *
1059  * At most *nb_clusters are allocated, and on return *nb_clusters is updated to
1060  * contain the number of clusters that have been allocated and are contiguous
1061  * in the image file.
1062  *
1063  * If *host_offset is non-zero, it specifies the offset in the image file at
1064  * which the new clusters must start. *nb_clusters can be 0 on return in this
1065  * case if the cluster at host_offset is already in use. If *host_offset is
1066  * zero, the clusters can be allocated anywhere in the image file.
1067  *
1068  * *host_offset is updated to contain the offset into the image file at which
1069  * the first allocated cluster starts.
1070  *
1071  * Return 0 on success and -errno in error cases. -EAGAIN means that the
1072  * function has been waiting for another request and the allocation must be
1073  * restarted, but the whole request should not be failed.
1074  */
1075 static int do_alloc_cluster_offset(BlockDriverState *bs, uint64_t guest_offset,
1076                                    uint64_t *host_offset, uint64_t *nb_clusters)
1077 {
1078     BDRVQcow2State *s = bs->opaque;
1079
1080     trace_qcow2_do_alloc_clusters_offset(qemu_coroutine_self(), guest_offset,
1081                                          *host_offset, *nb_clusters);
1082
1083     /* Allocate new clusters */
1084     trace_qcow2_cluster_alloc_phys(qemu_coroutine_self());
1085     if (*host_offset == 0) {
1086         int64_t cluster_offset =
1087             qcow2_alloc_clusters(bs, *nb_clusters * s->cluster_size);
1088         if (cluster_offset < 0) {
1089             return cluster_offset;
1090         }
1091         *host_offset = cluster_offset;
1092         return 0;
1093     } else {
1094         int64_t ret = qcow2_alloc_clusters_at(bs, *host_offset, *nb_clusters);
1095         if (ret < 0) {
1096             return ret;
1097         }
1098         *nb_clusters = ret;
1099         return 0;
1100     }
1101 }
1102
1103 /*
1104  * Allocates new clusters for an area that either is yet unallocated or needs a
1105  * copy on write. If *host_offset is non-zero, clusters are only allocated if
1106  * the new allocation can match the specified host offset.
1107  *
1108  * Note that guest_offset may not be cluster aligned. In this case, the
1109  * returned *host_offset points to exact byte referenced by guest_offset and
1110  * therefore isn't cluster aligned as well.
1111  *
1112  * Returns:
1113  *   0:     if no clusters could be allocated. *bytes is set to 0,
1114  *          *host_offset is left unchanged.
1115  *
1116  *   1:     if new clusters were allocated. *bytes may be decreased if the
1117  *          new allocation doesn't cover all of the requested area.
1118  *          *host_offset is updated to contain the host offset of the first
1119  *          newly allocated cluster.
1120  *
1121  *  -errno: in error cases
1122  */
1123 static int handle_alloc(BlockDriverState *bs, uint64_t guest_offset,
1124     uint64_t *host_offset, uint64_t *bytes, QCowL2Meta **m)
1125 {
1126     BDRVQcow2State *s = bs->opaque;
1127     int l2_index;
1128     uint64_t *l2_table;
1129     uint64_t entry;
1130     uint64_t nb_clusters;
1131     int ret;
1132
1133     uint64_t alloc_cluster_offset;
1134
1135     trace_qcow2_handle_alloc(qemu_coroutine_self(), guest_offset, *host_offset,
1136                              *bytes);
1137     assert(*bytes > 0);
1138
1139     /*
1140      * Calculate the number of clusters to look for. We stop at L2 table
1141      * boundaries to keep things simple.
1142      */
1143     nb_clusters =
1144         size_to_clusters(s, offset_into_cluster(s, guest_offset) + *bytes);
1145
1146     l2_index = offset_to_l2_index(s, guest_offset);
1147     nb_clusters = MIN(nb_clusters, s->l2_size - l2_index);
1148     assert(nb_clusters <= INT_MAX);
1149
1150     /* Find L2 entry for the first involved cluster */
1151     ret = get_cluster_table(bs, guest_offset, &l2_table, &l2_index);
1152     if (ret < 0) {
1153         return ret;
1154     }
1155
1156     entry = be64_to_cpu(l2_table[l2_index]);
1157
1158     /* For the moment, overwrite compressed clusters one by one */
1159     if (entry & QCOW_OFLAG_COMPRESSED) {
1160         nb_clusters = 1;
1161     } else {
1162         nb_clusters = count_cow_clusters(s, nb_clusters, l2_table, l2_index);
1163     }
1164
1165     /* This function is only called when there were no non-COW clusters, so if
1166      * we can't find any unallocated or COW clusters either, something is
1167      * wrong with our code. */
1168     assert(nb_clusters > 0);
1169
1170     qcow2_cache_put(bs, s->l2_table_cache, (void **) &l2_table);
1171
1172     /* Allocate, if necessary at a given offset in the image file */
1173     alloc_cluster_offset = start_of_cluster(s, *host_offset);
1174     ret = do_alloc_cluster_offset(bs, guest_offset, &alloc_cluster_offset,
1175                                   &nb_clusters);
1176     if (ret < 0) {
1177         goto fail;
1178     }
1179
1180     /* Can't extend contiguous allocation */
1181     if (nb_clusters == 0) {
1182         *bytes = 0;
1183         return 0;
1184     }
1185
1186     /* !*host_offset would overwrite the image header and is reserved for "no
1187      * host offset preferred". If 0 was a valid host offset, it'd trigger the
1188      * following overlap check; do that now to avoid having an invalid value in
1189      * *host_offset. */
1190     if (!alloc_cluster_offset) {
1191         ret = qcow2_pre_write_overlap_check(bs, 0, alloc_cluster_offset,
1192                                             nb_clusters * s->cluster_size);
1193         assert(ret < 0);
1194         goto fail;
1195     }
1196
1197     /*
1198      * Save info needed for meta data update.
1199      *
1200      * requested_sectors: Number of sectors from the start of the first
1201      * newly allocated cluster to the end of the (possibly shortened
1202      * before) write request.
1203      *
1204      * avail_sectors: Number of sectors from the start of the first
1205      * newly allocated to the end of the last newly allocated cluster.
1206      *
1207      * nb_sectors: The number of sectors from the start of the first
1208      * newly allocated cluster to the end of the area that the write
1209      * request actually writes to (excluding COW at the end)
1210      */
1211     int requested_sectors =
1212         (*bytes + offset_into_cluster(s, guest_offset))
1213         >> BDRV_SECTOR_BITS;
1214     int avail_sectors = nb_clusters
1215                         << (s->cluster_bits - BDRV_SECTOR_BITS);
1216     int alloc_n_start = offset_into_cluster(s, guest_offset)
1217                         >> BDRV_SECTOR_BITS;
1218     int nb_sectors = MIN(requested_sectors, avail_sectors);
1219     QCowL2Meta *old_m = *m;
1220
1221     *m = g_malloc0(sizeof(**m));
1222
1223     **m = (QCowL2Meta) {
1224         .next           = old_m,
1225
1226         .alloc_offset   = alloc_cluster_offset,
1227         .offset         = start_of_cluster(s, guest_offset),
1228         .nb_clusters    = nb_clusters,
1229         .nb_available   = nb_sectors,
1230
1231         .cow_start = {
1232             .offset     = 0,
1233             .nb_sectors = alloc_n_start,
1234         },
1235         .cow_end = {
1236             .offset     = nb_sectors * BDRV_SECTOR_SIZE,
1237             .nb_sectors = avail_sectors - nb_sectors,
1238         },
1239     };
1240     qemu_co_queue_init(&(*m)->dependent_requests);
1241     QLIST_INSERT_HEAD(&s->cluster_allocs, *m, next_in_flight);
1242
1243     *host_offset = alloc_cluster_offset + offset_into_cluster(s, guest_offset);
1244     *bytes = MIN(*bytes, (nb_sectors * BDRV_SECTOR_SIZE)
1245                          - offset_into_cluster(s, guest_offset));
1246     assert(*bytes != 0);
1247
1248     return 1;
1249
1250 fail:
1251     if (*m && (*m)->nb_clusters > 0) {
1252         QLIST_REMOVE(*m, next_in_flight);
1253     }
1254     return ret;
1255 }
1256
1257 /*
1258  * alloc_cluster_offset
1259  *
1260  * For a given offset on the virtual disk, find the cluster offset in qcow2
1261  * file. If the offset is not found, allocate a new cluster.
1262  *
1263  * If the cluster was already allocated, m->nb_clusters is set to 0 and
1264  * other fields in m are meaningless.
1265  *
1266  * If the cluster is newly allocated, m->nb_clusters is set to the number of
1267  * contiguous clusters that have been allocated. In this case, the other
1268  * fields of m are valid and contain information about the first allocated
1269  * cluster.
1270  *
1271  * If the request conflicts with another write request in flight, the coroutine
1272  * is queued and will be reentered when the dependency has completed.
1273  *
1274  * Return 0 on success and -errno in error cases
1275  */
1276 int qcow2_alloc_cluster_offset(BlockDriverState *bs, uint64_t offset,
1277     int *num, uint64_t *host_offset, QCowL2Meta **m)
1278 {
1279     BDRVQcow2State *s = bs->opaque;
1280     uint64_t start, remaining;
1281     uint64_t cluster_offset;
1282     uint64_t cur_bytes;
1283     int ret;
1284
1285     trace_qcow2_alloc_clusters_offset(qemu_coroutine_self(), offset, *num);
1286
1287     assert((offset & ~BDRV_SECTOR_MASK) == 0);
1288
1289 again:
1290     start = offset;
1291     remaining = (uint64_t)*num << BDRV_SECTOR_BITS;
1292     cluster_offset = 0;
1293     *host_offset = 0;
1294     cur_bytes = 0;
1295     *m = NULL;
1296
1297     while (true) {
1298
1299         if (!*host_offset) {
1300             *host_offset = start_of_cluster(s, cluster_offset);
1301         }
1302
1303         assert(remaining >= cur_bytes);
1304
1305         start           += cur_bytes;
1306         remaining       -= cur_bytes;
1307         cluster_offset  += cur_bytes;
1308
1309         if (remaining == 0) {
1310             break;
1311         }
1312
1313         cur_bytes = remaining;
1314
1315         /*
1316          * Now start gathering as many contiguous clusters as possible:
1317          *
1318          * 1. Check for overlaps with in-flight allocations
1319          *
1320          *      a) Overlap not in the first cluster -> shorten this request and
1321          *         let the caller handle the rest in its next loop iteration.
1322          *
1323          *      b) Real overlaps of two requests. Yield and restart the search
1324          *         for contiguous clusters (the situation could have changed
1325          *         while we were sleeping)
1326          *
1327          *      c) TODO: Request starts in the same cluster as the in-flight
1328          *         allocation ends. Shorten the COW of the in-fight allocation,
1329          *         set cluster_offset to write to the same cluster and set up
1330          *         the right synchronisation between the in-flight request and
1331          *         the new one.
1332          */
1333         ret = handle_dependencies(bs, start, &cur_bytes, m);
1334         if (ret == -EAGAIN) {
1335             /* Currently handle_dependencies() doesn't yield if we already had
1336              * an allocation. If it did, we would have to clean up the L2Meta
1337              * structs before starting over. */
1338             assert(*m == NULL);
1339             goto again;
1340         } else if (ret < 0) {
1341             return ret;
1342         } else if (cur_bytes == 0) {
1343             break;
1344         } else {
1345             /* handle_dependencies() may have decreased cur_bytes (shortened
1346              * the allocations below) so that the next dependency is processed
1347              * correctly during the next loop iteration. */
1348         }
1349
1350         /*
1351          * 2. Count contiguous COPIED clusters.
1352          */
1353         ret = handle_copied(bs, start, &cluster_offset, &cur_bytes, m);
1354         if (ret < 0) {
1355             return ret;
1356         } else if (ret) {
1357             continue;
1358         } else if (cur_bytes == 0) {
1359             break;
1360         }
1361
1362         /*
1363          * 3. If the request still hasn't completed, allocate new clusters,
1364          *    considering any cluster_offset of steps 1c or 2.
1365          */
1366         ret = handle_alloc(bs, start, &cluster_offset, &cur_bytes, m);
1367         if (ret < 0) {
1368             return ret;
1369         } else if (ret) {
1370             continue;
1371         } else {
1372             assert(cur_bytes == 0);
1373             break;
1374         }
1375     }
1376
1377     *num -= remaining >> BDRV_SECTOR_BITS;
1378     assert(*num > 0);
1379     assert(*host_offset != 0);
1380
1381     return 0;
1382 }
1383
1384 static int decompress_buffer(uint8_t *out_buf, int out_buf_size,
1385                              const uint8_t *buf, int buf_size)
1386 {
1387     z_stream strm1, *strm = &strm1;
1388     int ret, out_len;
1389
1390     memset(strm, 0, sizeof(*strm));
1391
1392     strm->next_in = (uint8_t *)buf;
1393     strm->avail_in = buf_size;
1394     strm->next_out = out_buf;
1395     strm->avail_out = out_buf_size;
1396
1397     ret = inflateInit2(strm, -12);
1398     if (ret != Z_OK)
1399         return -1;
1400     ret = inflate(strm, Z_FINISH);
1401     out_len = strm->next_out - out_buf;
1402     if ((ret != Z_STREAM_END && ret != Z_BUF_ERROR) ||
1403         out_len != out_buf_size) {
1404         inflateEnd(strm);
1405         return -1;
1406     }
1407     inflateEnd(strm);
1408     return 0;
1409 }
1410
1411 int qcow2_decompress_cluster(BlockDriverState *bs, uint64_t cluster_offset)
1412 {
1413     BDRVQcow2State *s = bs->opaque;
1414     int ret, csize, nb_csectors, sector_offset;
1415     uint64_t coffset;
1416
1417     coffset = cluster_offset & s->cluster_offset_mask;
1418     if (s->cluster_cache_offset != coffset) {
1419         nb_csectors = ((cluster_offset >> s->csize_shift) & s->csize_mask) + 1;
1420         sector_offset = coffset & 511;
1421         csize = nb_csectors * 512 - sector_offset;
1422         BLKDBG_EVENT(bs->file, BLKDBG_READ_COMPRESSED);
1423         ret = bdrv_read(bs->file->bs, coffset >> 9, s->cluster_data,
1424                         nb_csectors);
1425         if (ret < 0) {
1426             return ret;
1427         }
1428         if (decompress_buffer(s->cluster_cache, s->cluster_size,
1429                               s->cluster_data + sector_offset, csize) < 0) {
1430             return -EIO;
1431         }
1432         s->cluster_cache_offset = coffset;
1433     }
1434     return 0;
1435 }
1436
1437 /*
1438  * This discards as many clusters of nb_clusters as possible at once (i.e.
1439  * all clusters in the same L2 table) and returns the number of discarded
1440  * clusters.
1441  */
1442 static int discard_single_l2(BlockDriverState *bs, uint64_t offset,
1443                              uint64_t nb_clusters, enum qcow2_discard_type type,
1444                              bool full_discard)
1445 {
1446     BDRVQcow2State *s = bs->opaque;
1447     uint64_t *l2_table;
1448     int l2_index;
1449     int ret;
1450     int i;
1451
1452     ret = get_cluster_table(bs, offset, &l2_table, &l2_index);
1453     if (ret < 0) {
1454         return ret;
1455     }
1456
1457     /* Limit nb_clusters to one L2 table */
1458     nb_clusters = MIN(nb_clusters, s->l2_size - l2_index);
1459     assert(nb_clusters <= INT_MAX);
1460
1461     for (i = 0; i < nb_clusters; i++) {
1462         uint64_t old_l2_entry;
1463
1464         old_l2_entry = be64_to_cpu(l2_table[l2_index + i]);
1465
1466         /*
1467          * If full_discard is false, make sure that a discarded area reads back
1468          * as zeroes for v3 images (we cannot do it for v2 without actually
1469          * writing a zero-filled buffer). We can skip the operation if the
1470          * cluster is already marked as zero, or if it's unallocated and we
1471          * don't have a backing file.
1472          *
1473          * TODO We might want to use bdrv_get_block_status(bs) here, but we're
1474          * holding s->lock, so that doesn't work today.
1475          *
1476          * If full_discard is true, the sector should not read back as zeroes,
1477          * but rather fall through to the backing file.
1478          */
1479         switch (qcow2_get_cluster_type(old_l2_entry)) {
1480             case QCOW2_CLUSTER_UNALLOCATED:
1481                 if (full_discard || !bs->backing) {
1482                     continue;
1483                 }
1484                 break;
1485
1486             case QCOW2_CLUSTER_ZERO:
1487                 if (!full_discard) {
1488                     continue;
1489                 }
1490                 break;
1491
1492             case QCOW2_CLUSTER_NORMAL:
1493             case QCOW2_CLUSTER_COMPRESSED:
1494                 break;
1495
1496             default:
1497                 abort();
1498         }
1499
1500         /* First remove L2 entries */
1501         qcow2_cache_entry_mark_dirty(bs, s->l2_table_cache, l2_table);
1502         if (!full_discard && s->qcow_version >= 3) {
1503             l2_table[l2_index + i] = cpu_to_be64(QCOW_OFLAG_ZERO);
1504         } else {
1505             l2_table[l2_index + i] = cpu_to_be64(0);
1506         }
1507
1508         /* Then decrease the refcount */
1509         qcow2_free_any_clusters(bs, old_l2_entry, 1, type);
1510     }
1511
1512     qcow2_cache_put(bs, s->l2_table_cache, (void **) &l2_table);
1513
1514     return nb_clusters;
1515 }
1516
1517 int qcow2_discard_clusters(BlockDriverState *bs, uint64_t offset,
1518     int nb_sectors, enum qcow2_discard_type type, bool full_discard)
1519 {
1520     BDRVQcow2State *s = bs->opaque;
1521     uint64_t end_offset;
1522     uint64_t nb_clusters;
1523     int ret;
1524
1525     end_offset = offset + (nb_sectors << BDRV_SECTOR_BITS);
1526
1527     /* Round start up and end down */
1528     offset = align_offset(offset, s->cluster_size);
1529     end_offset = start_of_cluster(s, end_offset);
1530
1531     if (offset > end_offset) {
1532         return 0;
1533     }
1534
1535     nb_clusters = size_to_clusters(s, end_offset - offset);
1536
1537     s->cache_discards = true;
1538
1539     /* Each L2 table is handled by its own loop iteration */
1540     while (nb_clusters > 0) {
1541         ret = discard_single_l2(bs, offset, nb_clusters, type, full_discard);
1542         if (ret < 0) {
1543             goto fail;
1544         }
1545
1546         nb_clusters -= ret;
1547         offset += (ret * s->cluster_size);
1548     }
1549
1550     ret = 0;
1551 fail:
1552     s->cache_discards = false;
1553     qcow2_process_discards(bs, ret);
1554
1555     return ret;
1556 }
1557
1558 /*
1559  * This zeroes as many clusters of nb_clusters as possible at once (i.e.
1560  * all clusters in the same L2 table) and returns the number of zeroed
1561  * clusters.
1562  */
1563 static int zero_single_l2(BlockDriverState *bs, uint64_t offset,
1564                           uint64_t nb_clusters)
1565 {
1566     BDRVQcow2State *s = bs->opaque;
1567     uint64_t *l2_table;
1568     int l2_index;
1569     int ret;
1570     int i;
1571
1572     ret = get_cluster_table(bs, offset, &l2_table, &l2_index);
1573     if (ret < 0) {
1574         return ret;
1575     }
1576
1577     /* Limit nb_clusters to one L2 table */
1578     nb_clusters = MIN(nb_clusters, s->l2_size - l2_index);
1579     assert(nb_clusters <= INT_MAX);
1580
1581     for (i = 0; i < nb_clusters; i++) {
1582         uint64_t old_offset;
1583
1584         old_offset = be64_to_cpu(l2_table[l2_index + i]);
1585
1586         /* Update L2 entries */
1587         qcow2_cache_entry_mark_dirty(bs, s->l2_table_cache, l2_table);
1588         if (old_offset & QCOW_OFLAG_COMPRESSED) {
1589             l2_table[l2_index + i] = cpu_to_be64(QCOW_OFLAG_ZERO);
1590             qcow2_free_any_clusters(bs, old_offset, 1, QCOW2_DISCARD_REQUEST);
1591         } else {
1592             l2_table[l2_index + i] |= cpu_to_be64(QCOW_OFLAG_ZERO);
1593         }
1594     }
1595
1596     qcow2_cache_put(bs, s->l2_table_cache, (void **) &l2_table);
1597
1598     return nb_clusters;
1599 }
1600
1601 int qcow2_zero_clusters(BlockDriverState *bs, uint64_t offset, int nb_sectors)
1602 {
1603     BDRVQcow2State *s = bs->opaque;
1604     uint64_t nb_clusters;
1605     int ret;
1606
1607     /* The zero flag is only supported by version 3 and newer */
1608     if (s->qcow_version < 3) {
1609         return -ENOTSUP;
1610     }
1611
1612     /* Each L2 table is handled by its own loop iteration */
1613     nb_clusters = size_to_clusters(s, nb_sectors << BDRV_SECTOR_BITS);
1614
1615     s->cache_discards = true;
1616
1617     while (nb_clusters > 0) {
1618         ret = zero_single_l2(bs, offset, nb_clusters);
1619         if (ret < 0) {
1620             goto fail;
1621         }
1622
1623         nb_clusters -= ret;
1624         offset += (ret * s->cluster_size);
1625     }
1626
1627     ret = 0;
1628 fail:
1629     s->cache_discards = false;
1630     qcow2_process_discards(bs, ret);
1631
1632     return ret;
1633 }
1634
1635 /*
1636  * Expands all zero clusters in a specific L1 table (or deallocates them, for
1637  * non-backed non-pre-allocated zero clusters).
1638  *
1639  * l1_entries and *visited_l1_entries are used to keep track of progress for
1640  * status_cb(). l1_entries contains the total number of L1 entries and
1641  * *visited_l1_entries counts all visited L1 entries.
1642  */
1643 static int expand_zero_clusters_in_l1(BlockDriverState *bs, uint64_t *l1_table,
1644                                       int l1_size, int64_t *visited_l1_entries,
1645                                       int64_t l1_entries,
1646                                       BlockDriverAmendStatusCB *status_cb,
1647                                       void *cb_opaque)
1648 {
1649     BDRVQcow2State *s = bs->opaque;
1650     bool is_active_l1 = (l1_table == s->l1_table);
1651     uint64_t *l2_table = NULL;
1652     int ret;
1653     int i, j;
1654
1655     if (!is_active_l1) {
1656         /* inactive L2 tables require a buffer to be stored in when loading
1657          * them from disk */
1658         l2_table = qemu_try_blockalign(bs->file->bs, s->cluster_size);
1659         if (l2_table == NULL) {
1660             return -ENOMEM;
1661         }
1662     }
1663
1664     for (i = 0; i < l1_size; i++) {
1665         uint64_t l2_offset = l1_table[i] & L1E_OFFSET_MASK;
1666         bool l2_dirty = false;
1667         uint64_t l2_refcount;
1668
1669         if (!l2_offset) {
1670             /* unallocated */
1671             (*visited_l1_entries)++;
1672             if (status_cb) {
1673                 status_cb(bs, *visited_l1_entries, l1_entries, cb_opaque);
1674             }
1675             continue;
1676         }
1677
1678         if (offset_into_cluster(s, l2_offset)) {
1679             qcow2_signal_corruption(bs, true, -1, -1, "L2 table offset %#"
1680                                     PRIx64 " unaligned (L1 index: %#x)",
1681                                     l2_offset, i);
1682             ret = -EIO;
1683             goto fail;
1684         }
1685
1686         if (is_active_l1) {
1687             /* get active L2 tables from cache */
1688             ret = qcow2_cache_get(bs, s->l2_table_cache, l2_offset,
1689                     (void **)&l2_table);
1690         } else {
1691             /* load inactive L2 tables from disk */
1692             ret = bdrv_read(bs->file->bs, l2_offset / BDRV_SECTOR_SIZE,
1693                             (void *)l2_table, s->cluster_sectors);
1694         }
1695         if (ret < 0) {
1696             goto fail;
1697         }
1698
1699         ret = qcow2_get_refcount(bs, l2_offset >> s->cluster_bits,
1700                                  &l2_refcount);
1701         if (ret < 0) {
1702             goto fail;
1703         }
1704
1705         for (j = 0; j < s->l2_size; j++) {
1706             uint64_t l2_entry = be64_to_cpu(l2_table[j]);
1707             int64_t offset = l2_entry & L2E_OFFSET_MASK;
1708             int cluster_type = qcow2_get_cluster_type(l2_entry);
1709             bool preallocated = offset != 0;
1710
1711             if (cluster_type != QCOW2_CLUSTER_ZERO) {
1712                 continue;
1713             }
1714
1715             if (!preallocated) {
1716                 if (!bs->backing) {
1717                     /* not backed; therefore we can simply deallocate the
1718                      * cluster */
1719                     l2_table[j] = 0;
1720                     l2_dirty = true;
1721                     continue;
1722                 }
1723
1724                 offset = qcow2_alloc_clusters(bs, s->cluster_size);
1725                 if (offset < 0) {
1726                     ret = offset;
1727                     goto fail;
1728                 }
1729
1730                 if (l2_refcount > 1) {
1731                     /* For shared L2 tables, set the refcount accordingly (it is
1732                      * already 1 and needs to be l2_refcount) */
1733                     ret = qcow2_update_cluster_refcount(bs,
1734                             offset >> s->cluster_bits,
1735                             refcount_diff(1, l2_refcount), false,
1736                             QCOW2_DISCARD_OTHER);
1737                     if (ret < 0) {
1738                         qcow2_free_clusters(bs, offset, s->cluster_size,
1739                                             QCOW2_DISCARD_OTHER);
1740                         goto fail;
1741                     }
1742                 }
1743             }
1744
1745             if (offset_into_cluster(s, offset)) {
1746                 qcow2_signal_corruption(bs, true, -1, -1, "Data cluster offset "
1747                                         "%#" PRIx64 " unaligned (L2 offset: %#"
1748                                         PRIx64 ", L2 index: %#x)", offset,
1749                                         l2_offset, j);
1750                 if (!preallocated) {
1751                     qcow2_free_clusters(bs, offset, s->cluster_size,
1752                                         QCOW2_DISCARD_ALWAYS);
1753                 }
1754                 ret = -EIO;
1755                 goto fail;
1756             }
1757
1758             ret = qcow2_pre_write_overlap_check(bs, 0, offset, s->cluster_size);
1759             if (ret < 0) {
1760                 if (!preallocated) {
1761                     qcow2_free_clusters(bs, offset, s->cluster_size,
1762                                         QCOW2_DISCARD_ALWAYS);
1763                 }
1764                 goto fail;
1765             }
1766
1767             ret = bdrv_write_zeroes(bs->file->bs, offset / BDRV_SECTOR_SIZE,
1768                                     s->cluster_sectors, 0);
1769             if (ret < 0) {
1770                 if (!preallocated) {
1771                     qcow2_free_clusters(bs, offset, s->cluster_size,
1772                                         QCOW2_DISCARD_ALWAYS);
1773                 }
1774                 goto fail;
1775             }
1776
1777             if (l2_refcount == 1) {
1778                 l2_table[j] = cpu_to_be64(offset | QCOW_OFLAG_COPIED);
1779             } else {
1780                 l2_table[j] = cpu_to_be64(offset);
1781             }
1782             l2_dirty = true;
1783         }
1784
1785         if (is_active_l1) {
1786             if (l2_dirty) {
1787                 qcow2_cache_entry_mark_dirty(bs, s->l2_table_cache, l2_table);
1788                 qcow2_cache_depends_on_flush(s->l2_table_cache);
1789             }
1790             qcow2_cache_put(bs, s->l2_table_cache, (void **) &l2_table);
1791         } else {
1792             if (l2_dirty) {
1793                 ret = qcow2_pre_write_overlap_check(bs,
1794                         QCOW2_OL_INACTIVE_L2 | QCOW2_OL_ACTIVE_L2, l2_offset,
1795                         s->cluster_size);
1796                 if (ret < 0) {
1797                     goto fail;
1798                 }
1799
1800                 ret = bdrv_write(bs->file->bs, l2_offset / BDRV_SECTOR_SIZE,
1801                                  (void *)l2_table, s->cluster_sectors);
1802                 if (ret < 0) {
1803                     goto fail;
1804                 }
1805             }
1806         }
1807
1808         (*visited_l1_entries)++;
1809         if (status_cb) {
1810             status_cb(bs, *visited_l1_entries, l1_entries, cb_opaque);
1811         }
1812     }
1813
1814     ret = 0;
1815
1816 fail:
1817     if (l2_table) {
1818         if (!is_active_l1) {
1819             qemu_vfree(l2_table);
1820         } else {
1821             qcow2_cache_put(bs, s->l2_table_cache, (void **) &l2_table);
1822         }
1823     }
1824     return ret;
1825 }
1826
1827 /*
1828  * For backed images, expands all zero clusters on the image. For non-backed
1829  * images, deallocates all non-pre-allocated zero clusters (and claims the
1830  * allocation for pre-allocated ones). This is important for downgrading to a
1831  * qcow2 version which doesn't yet support metadata zero clusters.
1832  */
1833 int qcow2_expand_zero_clusters(BlockDriverState *bs,
1834                                BlockDriverAmendStatusCB *status_cb,
1835                                void *cb_opaque)
1836 {
1837     BDRVQcow2State *s = bs->opaque;
1838     uint64_t *l1_table = NULL;
1839     int64_t l1_entries = 0, visited_l1_entries = 0;
1840     int ret;
1841     int i, j;
1842
1843     if (status_cb) {
1844         l1_entries = s->l1_size;
1845         for (i = 0; i < s->nb_snapshots; i++) {
1846             l1_entries += s->snapshots[i].l1_size;
1847         }
1848     }
1849
1850     ret = expand_zero_clusters_in_l1(bs, s->l1_table, s->l1_size,
1851                                      &visited_l1_entries, l1_entries,
1852                                      status_cb, cb_opaque);
1853     if (ret < 0) {
1854         goto fail;
1855     }
1856
1857     /* Inactive L1 tables may point to active L2 tables - therefore it is
1858      * necessary to flush the L2 table cache before trying to access the L2
1859      * tables pointed to by inactive L1 entries (else we might try to expand
1860      * zero clusters that have already been expanded); furthermore, it is also
1861      * necessary to empty the L2 table cache, since it may contain tables which
1862      * are now going to be modified directly on disk, bypassing the cache.
1863      * qcow2_cache_empty() does both for us. */
1864     ret = qcow2_cache_empty(bs, s->l2_table_cache);
1865     if (ret < 0) {
1866         goto fail;
1867     }
1868
1869     for (i = 0; i < s->nb_snapshots; i++) {
1870         int l1_sectors = (s->snapshots[i].l1_size * sizeof(uint64_t) +
1871                 BDRV_SECTOR_SIZE - 1) / BDRV_SECTOR_SIZE;
1872
1873         l1_table = g_realloc(l1_table, l1_sectors * BDRV_SECTOR_SIZE);
1874
1875         ret = bdrv_read(bs->file->bs,
1876                         s->snapshots[i].l1_table_offset / BDRV_SECTOR_SIZE,
1877                         (void *)l1_table, l1_sectors);
1878         if (ret < 0) {
1879             goto fail;
1880         }
1881
1882         for (j = 0; j < s->snapshots[i].l1_size; j++) {
1883             be64_to_cpus(&l1_table[j]);
1884         }
1885
1886         ret = expand_zero_clusters_in_l1(bs, l1_table, s->snapshots[i].l1_size,
1887                                          &visited_l1_entries, l1_entries,
1888                                          status_cb, cb_opaque);
1889         if (ret < 0) {
1890             goto fail;
1891         }
1892     }
1893
1894     ret = 0;
1895
1896 fail:
1897     g_free(l1_table);
1898     return ret;
1899 }