Version up
[sdk/emulator/qemu.git] / 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 "qemu/bswap.h"
33 #include "trace.h"
34
35 int qcow2_grow_l1_table(BlockDriverState *bs, uint64_t min_size,
36                         bool exact_size)
37 {
38     BDRVQcow2State *s = bs->opaque;
39     int new_l1_size2, ret, i;
40     uint64_t *new_l1_table;
41     int64_t old_l1_table_offset, old_l1_size;
42     int64_t new_l1_table_offset, new_l1_size;
43     uint8_t data[12];
44
45     if (min_size <= s->l1_size)
46         return 0;
47
48     /* Do a sanity check on min_size before trying to calculate new_l1_size
49      * (this prevents overflows during the while loop for the calculation of
50      * new_l1_size) */
51     if (min_size > INT_MAX / sizeof(uint64_t)) {
52         return -EFBIG;
53     }
54
55     if (exact_size) {
56         new_l1_size = min_size;
57     } else {
58         /* Bump size up to reduce the number of times we have to grow */
59         new_l1_size = s->l1_size;
60         if (new_l1_size == 0) {
61             new_l1_size = 1;
62         }
63         while (min_size > new_l1_size) {
64             new_l1_size = (new_l1_size * 3 + 1) / 2;
65         }
66     }
67
68     QEMU_BUILD_BUG_ON(QCOW_MAX_L1_SIZE > INT_MAX);
69     if (new_l1_size > QCOW_MAX_L1_SIZE / sizeof(uint64_t)) {
70         return -EFBIG;
71     }
72
73 #ifdef DEBUG_ALLOC2
74     fprintf(stderr, "grow l1_table from %d to %" PRId64 "\n",
75             s->l1_size, new_l1_size);
76 #endif
77
78     new_l1_size2 = sizeof(uint64_t) * new_l1_size;
79     new_l1_table = qemu_try_blockalign(bs->file->bs,
80                                        align_offset(new_l1_size2, 512));
81     if (new_l1_table == NULL) {
82         return -ENOMEM;
83     }
84     memset(new_l1_table, 0, align_offset(new_l1_size2, 512));
85
86     if (s->l1_size) {
87         memcpy(new_l1_table, s->l1_table, s->l1_size * sizeof(uint64_t));
88     }
89
90     /* write new table (align to cluster) */
91     BLKDBG_EVENT(bs->file, BLKDBG_L1_GROW_ALLOC_TABLE);
92     new_l1_table_offset = qcow2_alloc_clusters(bs, new_l1_size2);
93     if (new_l1_table_offset < 0) {
94         qemu_vfree(new_l1_table);
95         return new_l1_table_offset;
96     }
97
98     ret = qcow2_cache_flush(bs, s->refcount_block_cache);
99     if (ret < 0) {
100         goto fail;
101     }
102
103     /* the L1 position has not yet been updated, so these clusters must
104      * indeed be completely free */
105     ret = qcow2_pre_write_overlap_check(bs, 0, new_l1_table_offset,
106                                         new_l1_size2);
107     if (ret < 0) {
108         goto fail;
109     }
110
111     BLKDBG_EVENT(bs->file, BLKDBG_L1_GROW_WRITE_TABLE);
112     for(i = 0; i < s->l1_size; i++)
113         new_l1_table[i] = cpu_to_be64(new_l1_table[i]);
114     ret = bdrv_pwrite_sync(bs->file, new_l1_table_offset,
115                            new_l1_table, new_l1_size2);
116     if (ret < 0)
117         goto fail;
118     for(i = 0; i < s->l1_size; i++)
119         new_l1_table[i] = be64_to_cpu(new_l1_table[i]);
120
121     /* set new table */
122     BLKDBG_EVENT(bs->file, BLKDBG_L1_GROW_ACTIVATE_TABLE);
123     stl_be_p(data, new_l1_size);
124     stq_be_p(data + 4, new_l1_table_offset);
125     ret = bdrv_pwrite_sync(bs->file, offsetof(QCowHeader, l1_size),
126                            data, sizeof(data));
127     if (ret < 0) {
128         goto fail;
129     }
130     qemu_vfree(s->l1_table);
131     old_l1_table_offset = s->l1_table_offset;
132     s->l1_table_offset = new_l1_table_offset;
133     s->l1_table = new_l1_table;
134     old_l1_size = s->l1_size;
135     s->l1_size = new_l1_size;
136     qcow2_free_clusters(bs, old_l1_table_offset, old_l1_size * sizeof(uint64_t),
137                         QCOW2_DISCARD_OTHER);
138     return 0;
139  fail:
140     qemu_vfree(new_l1_table);
141     qcow2_free_clusters(bs, new_l1_table_offset, new_l1_size2,
142                         QCOW2_DISCARD_OTHER);
143     return ret;
144 }
145
146 /*
147  * l2_load
148  *
149  * Loads a L2 table into memory. If the table is in the cache, the cache
150  * is used; otherwise the L2 table is loaded from the image file.
151  *
152  * Returns a pointer to the L2 table on success, or NULL if the read from
153  * the image file failed.
154  */
155
156 static int l2_load(BlockDriverState *bs, uint64_t l2_offset,
157     uint64_t **l2_table)
158 {
159     BDRVQcow2State *s = bs->opaque;
160
161     return qcow2_cache_get(bs, s->l2_table_cache, l2_offset,
162                            (void **)l2_table);
163 }
164
165 /*
166  * Writes one sector of the L1 table to the disk (can't update single entries
167  * and we really don't want bdrv_pread to perform a read-modify-write)
168  */
169 #define L1_ENTRIES_PER_SECTOR (512 / 8)
170 int qcow2_write_l1_entry(BlockDriverState *bs, int l1_index)
171 {
172     BDRVQcow2State *s = bs->opaque;
173     uint64_t buf[L1_ENTRIES_PER_SECTOR] = { 0 };
174     int l1_start_index;
175     int i, ret;
176
177     l1_start_index = l1_index & ~(L1_ENTRIES_PER_SECTOR - 1);
178     for (i = 0; i < L1_ENTRIES_PER_SECTOR && l1_start_index + i < s->l1_size;
179          i++)
180     {
181         buf[i] = cpu_to_be64(s->l1_table[l1_start_index + i]);
182     }
183
184     ret = qcow2_pre_write_overlap_check(bs, QCOW2_OL_ACTIVE_L1,
185             s->l1_table_offset + 8 * l1_start_index, sizeof(buf));
186     if (ret < 0) {
187         return ret;
188     }
189
190     BLKDBG_EVENT(bs->file, BLKDBG_L1_UPDATE);
191     ret = bdrv_pwrite_sync(bs->file,
192                            s->l1_table_offset + 8 * l1_start_index,
193                            buf, sizeof(buf));
194     if (ret < 0) {
195         return ret;
196     }
197
198     return 0;
199 }
200
201 /*
202  * l2_allocate
203  *
204  * Allocate a new l2 entry in the file. If l1_index points to an already
205  * used entry in the L2 table (i.e. we are doing a copy on write for the L2
206  * table) copy the contents of the old L2 table into the newly allocated one.
207  * Otherwise the new table is initialized with zeros.
208  *
209  */
210
211 static int l2_allocate(BlockDriverState *bs, int l1_index, uint64_t **table)
212 {
213     BDRVQcow2State *s = bs->opaque;
214     uint64_t old_l2_offset;
215     uint64_t *l2_table = NULL;
216     int64_t l2_offset;
217     int ret;
218
219     old_l2_offset = s->l1_table[l1_index];
220
221     trace_qcow2_l2_allocate(bs, l1_index);
222
223     /* allocate a new l2 entry */
224
225     l2_offset = qcow2_alloc_clusters(bs, s->l2_size * sizeof(uint64_t));
226     if (l2_offset < 0) {
227         ret = l2_offset;
228         goto fail;
229     }
230
231     ret = qcow2_cache_flush(bs, s->refcount_block_cache);
232     if (ret < 0) {
233         goto fail;
234     }
235
236     /* allocate a new entry in the l2 cache */
237
238     trace_qcow2_l2_allocate_get_empty(bs, l1_index);
239     ret = qcow2_cache_get_empty(bs, s->l2_table_cache, l2_offset, (void**) table);
240     if (ret < 0) {
241         goto fail;
242     }
243
244     l2_table = *table;
245
246     if ((old_l2_offset & L1E_OFFSET_MASK) == 0) {
247         /* if there was no old l2 table, clear the new table */
248         memset(l2_table, 0, s->l2_size * sizeof(uint64_t));
249     } else {
250         uint64_t* old_table;
251
252         /* if there was an old l2 table, read it from the disk */
253         BLKDBG_EVENT(bs->file, BLKDBG_L2_ALLOC_COW_READ);
254         ret = qcow2_cache_get(bs, s->l2_table_cache,
255             old_l2_offset & L1E_OFFSET_MASK,
256             (void**) &old_table);
257         if (ret < 0) {
258             goto fail;
259         }
260
261         memcpy(l2_table, old_table, s->cluster_size);
262
263         qcow2_cache_put(bs, s->l2_table_cache, (void **) &old_table);
264     }
265
266     /* write the l2 table to the file */
267     BLKDBG_EVENT(bs->file, BLKDBG_L2_ALLOC_WRITE);
268
269     trace_qcow2_l2_allocate_write_l2(bs, l1_index);
270     qcow2_cache_entry_mark_dirty(bs, s->l2_table_cache, l2_table);
271     ret = qcow2_cache_flush(bs, s->l2_table_cache);
272     if (ret < 0) {
273         goto fail;
274     }
275
276     /* update the L1 entry */
277     trace_qcow2_l2_allocate_write_l1(bs, l1_index);
278     s->l1_table[l1_index] = l2_offset | QCOW_OFLAG_COPIED;
279     ret = qcow2_write_l1_entry(bs, l1_index);
280     if (ret < 0) {
281         goto fail;
282     }
283
284     *table = l2_table;
285     trace_qcow2_l2_allocate_done(bs, l1_index, 0);
286     return 0;
287
288 fail:
289     trace_qcow2_l2_allocate_done(bs, l1_index, ret);
290     if (l2_table != NULL) {
291         qcow2_cache_put(bs, s->l2_table_cache, (void**) table);
292     }
293     s->l1_table[l1_index] = old_l2_offset;
294     if (l2_offset > 0) {
295         qcow2_free_clusters(bs, l2_offset, s->l2_size * sizeof(uint64_t),
296                             QCOW2_DISCARD_ALWAYS);
297     }
298     return ret;
299 }
300
301 /*
302  * Checks how many clusters in a given L2 table are contiguous in the image
303  * file. As soon as one of the flags in the bitmask stop_flags changes compared
304  * to the first cluster, the search is stopped and the cluster is not counted
305  * as contiguous. (This allows it, for example, to stop at the first compressed
306  * cluster which may require a different handling)
307  */
308 static int count_contiguous_clusters(int nb_clusters, int cluster_size,
309         uint64_t *l2_table, uint64_t stop_flags)
310 {
311     int i;
312     uint64_t mask = stop_flags | L2E_OFFSET_MASK | QCOW_OFLAG_COMPRESSED;
313     uint64_t first_entry = be64_to_cpu(l2_table[0]);
314     uint64_t offset = first_entry & mask;
315
316     if (!offset)
317         return 0;
318
319     assert(qcow2_get_cluster_type(first_entry) == QCOW2_CLUSTER_NORMAL);
320
321     for (i = 0; i < nb_clusters; i++) {
322         uint64_t l2_entry = be64_to_cpu(l2_table[i]) & mask;
323         if (offset + (uint64_t) i * cluster_size != l2_entry) {
324             break;
325         }
326     }
327
328         return i;
329 }
330
331 static int count_contiguous_clusters_by_type(int nb_clusters,
332                                              uint64_t *l2_table,
333                                              int wanted_type)
334 {
335     int i;
336
337     for (i = 0; i < nb_clusters; i++) {
338         int type = qcow2_get_cluster_type(be64_to_cpu(l2_table[i]));
339
340         if (type != wanted_type) {
341             break;
342         }
343     }
344
345     return i;
346 }
347
348 /* The crypt function is compatible with the linux cryptoloop
349    algorithm for < 4 GB images. NOTE: out_buf == in_buf is
350    supported */
351 int qcow2_encrypt_sectors(BDRVQcow2State *s, int64_t sector_num,
352                           uint8_t *out_buf, const uint8_t *in_buf,
353                           int nb_sectors, bool enc,
354                           Error **errp)
355 {
356     union {
357         uint64_t ll[2];
358         uint8_t b[16];
359     } ivec;
360     int i;
361     int ret;
362
363     for(i = 0; i < nb_sectors; i++) {
364         ivec.ll[0] = cpu_to_le64(sector_num);
365         ivec.ll[1] = 0;
366         if (qcrypto_cipher_setiv(s->cipher,
367                                  ivec.b, G_N_ELEMENTS(ivec.b),
368                                  errp) < 0) {
369             return -1;
370         }
371         if (enc) {
372             ret = qcrypto_cipher_encrypt(s->cipher,
373                                          in_buf,
374                                          out_buf,
375                                          512,
376                                          errp);
377         } else {
378             ret = qcrypto_cipher_decrypt(s->cipher,
379                                          in_buf,
380                                          out_buf,
381                                          512,
382                                          errp);
383         }
384         if (ret < 0) {
385             return -1;
386         }
387         sector_num++;
388         in_buf += 512;
389         out_buf += 512;
390     }
391     return 0;
392 }
393
394 static int coroutine_fn do_perform_cow(BlockDriverState *bs,
395                                        uint64_t src_cluster_offset,
396                                        uint64_t cluster_offset,
397                                        int offset_in_cluster,
398                                        int bytes)
399 {
400     BDRVQcow2State *s = bs->opaque;
401     QEMUIOVector qiov;
402     struct iovec iov;
403     int ret;
404
405     iov.iov_len = bytes;
406     iov.iov_base = qemu_try_blockalign(bs, iov.iov_len);
407     if (iov.iov_base == NULL) {
408         return -ENOMEM;
409     }
410
411     qemu_iovec_init_external(&qiov, &iov, 1);
412
413     BLKDBG_EVENT(bs->file, BLKDBG_COW_READ);
414
415     if (!bs->drv) {
416         ret = -ENOMEDIUM;
417         goto out;
418     }
419
420     /* Call .bdrv_co_readv() directly instead of using the public block-layer
421      * interface.  This avoids double I/O throttling and request tracking,
422      * which can lead to deadlock when block layer copy-on-read is enabled.
423      */
424     ret = bs->drv->bdrv_co_preadv(bs, src_cluster_offset + offset_in_cluster,
425                                   bytes, &qiov, 0);
426     if (ret < 0) {
427         goto out;
428     }
429
430     if (bs->encrypted) {
431         Error *err = NULL;
432         int64_t sector = (src_cluster_offset + offset_in_cluster)
433                          >> BDRV_SECTOR_BITS;
434         assert(s->cipher);
435         assert((offset_in_cluster & ~BDRV_SECTOR_MASK) == 0);
436         assert((bytes & ~BDRV_SECTOR_MASK) == 0);
437         if (qcow2_encrypt_sectors(s, sector, iov.iov_base, iov.iov_base,
438                                   bytes >> BDRV_SECTOR_BITS, true, &err) < 0) {
439             ret = -EIO;
440             error_free(err);
441             goto out;
442         }
443     }
444
445     ret = qcow2_pre_write_overlap_check(bs, 0,
446             cluster_offset + offset_in_cluster, bytes);
447     if (ret < 0) {
448         goto out;
449     }
450
451     BLKDBG_EVENT(bs->file, BLKDBG_COW_WRITE);
452     ret = bdrv_co_pwritev(bs->file, cluster_offset + offset_in_cluster,
453                           bytes, &qiov, 0);
454     if (ret < 0) {
455         goto out;
456     }
457
458     ret = 0;
459 out:
460     qemu_vfree(iov.iov_base);
461     return ret;
462 }
463
464
465 /*
466  * get_cluster_offset
467  *
468  * For a given offset of the virtual disk, find the cluster type and offset in
469  * the qcow2 file. The offset is stored in *cluster_offset.
470  *
471  * On entry, *bytes is the maximum number of contiguous bytes starting at
472  * offset that we are interested in.
473  *
474  * On exit, *bytes is the number of bytes starting at offset that have the same
475  * cluster type and (if applicable) are stored contiguously in the image file.
476  * Compressed clusters are always returned one by one.
477  *
478  * Returns the cluster type (QCOW2_CLUSTER_*) on success, -errno in error
479  * cases.
480  */
481 int qcow2_get_cluster_offset(BlockDriverState *bs, uint64_t offset,
482                              unsigned int *bytes, uint64_t *cluster_offset)
483 {
484     BDRVQcow2State *s = bs->opaque;
485     unsigned int l2_index;
486     uint64_t l1_index, l2_offset, *l2_table;
487     int l1_bits, c;
488     unsigned int offset_in_cluster;
489     uint64_t bytes_available, bytes_needed, nb_clusters;
490     int ret;
491
492     offset_in_cluster = offset_into_cluster(s, offset);
493     bytes_needed = (uint64_t) *bytes + offset_in_cluster;
494
495     l1_bits = s->l2_bits + s->cluster_bits;
496
497     /* compute how many bytes there are between the start of the cluster
498      * containing offset and the end of the l1 entry */
499     bytes_available = (1ULL << l1_bits) - (offset & ((1ULL << l1_bits) - 1))
500                     + offset_in_cluster;
501
502     if (bytes_needed > bytes_available) {
503         bytes_needed = bytes_available;
504     }
505
506     *cluster_offset = 0;
507
508     /* seek to the l2 offset in the l1 table */
509
510     l1_index = offset >> l1_bits;
511     if (l1_index >= s->l1_size) {
512         ret = QCOW2_CLUSTER_UNALLOCATED;
513         goto out;
514     }
515
516     l2_offset = s->l1_table[l1_index] & L1E_OFFSET_MASK;
517     if (!l2_offset) {
518         ret = QCOW2_CLUSTER_UNALLOCATED;
519         goto out;
520     }
521
522     if (offset_into_cluster(s, l2_offset)) {
523         qcow2_signal_corruption(bs, true, -1, -1, "L2 table offset %#" PRIx64
524                                 " unaligned (L1 index: %#" PRIx64 ")",
525                                 l2_offset, l1_index);
526         return -EIO;
527     }
528
529     /* load the l2 table in memory */
530
531     ret = l2_load(bs, l2_offset, &l2_table);
532     if (ret < 0) {
533         return ret;
534     }
535
536     /* find the cluster offset for the given disk offset */
537
538     l2_index = (offset >> s->cluster_bits) & (s->l2_size - 1);
539     *cluster_offset = be64_to_cpu(l2_table[l2_index]);
540
541     nb_clusters = size_to_clusters(s, bytes_needed);
542     /* bytes_needed <= *bytes + offset_in_cluster, both of which are unsigned
543      * integers; the minimum cluster size is 512, so this assertion is always
544      * true */
545     assert(nb_clusters <= INT_MAX);
546
547     ret = qcow2_get_cluster_type(*cluster_offset);
548     switch (ret) {
549     case QCOW2_CLUSTER_COMPRESSED:
550         /* Compressed clusters can only be processed one by one */
551         c = 1;
552         *cluster_offset &= L2E_COMPRESSED_OFFSET_SIZE_MASK;
553         break;
554     case QCOW2_CLUSTER_ZERO:
555         if (s->qcow_version < 3) {
556             qcow2_signal_corruption(bs, true, -1, -1, "Zero cluster entry found"
557                                     " in pre-v3 image (L2 offset: %#" PRIx64
558                                     ", L2 index: %#x)", l2_offset, l2_index);
559             ret = -EIO;
560             goto fail;
561         }
562         c = count_contiguous_clusters_by_type(nb_clusters, &l2_table[l2_index],
563                                               QCOW2_CLUSTER_ZERO);
564         *cluster_offset = 0;
565         break;
566     case QCOW2_CLUSTER_UNALLOCATED:
567         /* how many empty clusters ? */
568         c = count_contiguous_clusters_by_type(nb_clusters, &l2_table[l2_index],
569                                               QCOW2_CLUSTER_UNALLOCATED);
570         *cluster_offset = 0;
571         break;
572     case QCOW2_CLUSTER_NORMAL:
573         /* how many allocated clusters ? */
574         c = count_contiguous_clusters(nb_clusters, s->cluster_size,
575                 &l2_table[l2_index], QCOW_OFLAG_ZERO);
576         *cluster_offset &= L2E_OFFSET_MASK;
577         if (offset_into_cluster(s, *cluster_offset)) {
578             qcow2_signal_corruption(bs, true, -1, -1, "Data cluster offset %#"
579                                     PRIx64 " unaligned (L2 offset: %#" PRIx64
580                                     ", L2 index: %#x)", *cluster_offset,
581                                     l2_offset, l2_index);
582             ret = -EIO;
583             goto fail;
584         }
585         break;
586     default:
587         abort();
588     }
589
590     qcow2_cache_put(bs, s->l2_table_cache, (void**) &l2_table);
591
592     bytes_available = (int64_t)c * s->cluster_size;
593
594 out:
595     if (bytes_available > bytes_needed) {
596         bytes_available = bytes_needed;
597     }
598
599     /* bytes_available <= bytes_needed <= *bytes + offset_in_cluster;
600      * subtracting offset_in_cluster will therefore definitely yield something
601      * not exceeding UINT_MAX */
602     assert(bytes_available - offset_in_cluster <= UINT_MAX);
603     *bytes = bytes_available - offset_in_cluster;
604
605     return ret;
606
607 fail:
608     qcow2_cache_put(bs, s->l2_table_cache, (void **)&l2_table);
609     return ret;
610 }
611
612 /*
613  * get_cluster_table
614  *
615  * for a given disk offset, load (and allocate if needed)
616  * the l2 table.
617  *
618  * the l2 table offset in the qcow2 file and the cluster index
619  * in the l2 table are given to the caller.
620  *
621  * Returns 0 on success, -errno in failure case
622  */
623 static int get_cluster_table(BlockDriverState *bs, uint64_t offset,
624                              uint64_t **new_l2_table,
625                              int *new_l2_index)
626 {
627     BDRVQcow2State *s = bs->opaque;
628     unsigned int l2_index;
629     uint64_t l1_index, l2_offset;
630     uint64_t *l2_table = NULL;
631     int ret;
632
633     /* seek to the l2 offset in the l1 table */
634
635     l1_index = offset >> (s->l2_bits + s->cluster_bits);
636     if (l1_index >= s->l1_size) {
637         ret = qcow2_grow_l1_table(bs, l1_index + 1, false);
638         if (ret < 0) {
639             return ret;
640         }
641     }
642
643     assert(l1_index < s->l1_size);
644     l2_offset = s->l1_table[l1_index] & L1E_OFFSET_MASK;
645     if (offset_into_cluster(s, l2_offset)) {
646         qcow2_signal_corruption(bs, true, -1, -1, "L2 table offset %#" PRIx64
647                                 " unaligned (L1 index: %#" PRIx64 ")",
648                                 l2_offset, l1_index);
649         return -EIO;
650     }
651
652     /* seek the l2 table of the given l2 offset */
653
654     if (s->l1_table[l1_index] & QCOW_OFLAG_COPIED) {
655         /* load the l2 table in memory */
656         ret = l2_load(bs, l2_offset, &l2_table);
657         if (ret < 0) {
658             return ret;
659         }
660     } else {
661         /* First allocate a new L2 table (and do COW if needed) */
662         ret = l2_allocate(bs, l1_index, &l2_table);
663         if (ret < 0) {
664             return ret;
665         }
666
667         /* Then decrease the refcount of the old table */
668         if (l2_offset) {
669             qcow2_free_clusters(bs, l2_offset, s->l2_size * sizeof(uint64_t),
670                                 QCOW2_DISCARD_OTHER);
671         }
672     }
673
674     /* find the cluster offset for the given disk offset */
675
676     l2_index = (offset >> s->cluster_bits) & (s->l2_size - 1);
677
678     *new_l2_table = l2_table;
679     *new_l2_index = l2_index;
680
681     return 0;
682 }
683
684 /*
685  * alloc_compressed_cluster_offset
686  *
687  * For a given offset of the disk image, return cluster offset in
688  * qcow2 file.
689  *
690  * If the offset is not found, allocate a new compressed cluster.
691  *
692  * Return the cluster offset if successful,
693  * Return 0, otherwise.
694  *
695  */
696
697 uint64_t qcow2_alloc_compressed_cluster_offset(BlockDriverState *bs,
698                                                uint64_t offset,
699                                                int compressed_size)
700 {
701     BDRVQcow2State *s = bs->opaque;
702     int l2_index, ret;
703     uint64_t *l2_table;
704     int64_t cluster_offset;
705     int nb_csectors;
706
707     ret = get_cluster_table(bs, offset, &l2_table, &l2_index);
708     if (ret < 0) {
709         return 0;
710     }
711
712     /* Compression can't overwrite anything. Fail if the cluster was already
713      * allocated. */
714     cluster_offset = be64_to_cpu(l2_table[l2_index]);
715     if (cluster_offset & L2E_OFFSET_MASK) {
716         qcow2_cache_put(bs, s->l2_table_cache, (void**) &l2_table);
717         return 0;
718     }
719
720     cluster_offset = qcow2_alloc_bytes(bs, compressed_size);
721     if (cluster_offset < 0) {
722         qcow2_cache_put(bs, s->l2_table_cache, (void**) &l2_table);
723         return 0;
724     }
725
726     nb_csectors = ((cluster_offset + compressed_size - 1) >> 9) -
727                   (cluster_offset >> 9);
728
729     cluster_offset |= QCOW_OFLAG_COMPRESSED |
730                       ((uint64_t)nb_csectors << s->csize_shift);
731
732     /* update L2 table */
733
734     /* compressed clusters never have the copied flag */
735
736     BLKDBG_EVENT(bs->file, BLKDBG_L2_UPDATE_COMPRESSED);
737     qcow2_cache_entry_mark_dirty(bs, s->l2_table_cache, l2_table);
738     l2_table[l2_index] = cpu_to_be64(cluster_offset);
739     qcow2_cache_put(bs, s->l2_table_cache, (void **) &l2_table);
740
741     return cluster_offset;
742 }
743
744 static int perform_cow(BlockDriverState *bs, QCowL2Meta *m, Qcow2COWRegion *r)
745 {
746     BDRVQcow2State *s = bs->opaque;
747     int ret;
748
749     if (r->nb_bytes == 0) {
750         return 0;
751     }
752
753     qemu_co_mutex_unlock(&s->lock);
754     ret = do_perform_cow(bs, m->offset, m->alloc_offset, r->offset, r->nb_bytes);
755     qemu_co_mutex_lock(&s->lock);
756
757     if (ret < 0) {
758         return ret;
759     }
760
761     /*
762      * Before we update the L2 table to actually point to the new cluster, we
763      * need to be sure that the refcounts have been increased and COW was
764      * handled.
765      */
766     qcow2_cache_depends_on_flush(s->l2_table_cache);
767
768     return 0;
769 }
770
771 int qcow2_alloc_cluster_link_l2(BlockDriverState *bs, QCowL2Meta *m)
772 {
773     BDRVQcow2State *s = bs->opaque;
774     int i, j = 0, l2_index, ret;
775     uint64_t *old_cluster, *l2_table;
776     uint64_t cluster_offset = m->alloc_offset;
777
778     trace_qcow2_cluster_link_l2(qemu_coroutine_self(), m->nb_clusters);
779     assert(m->nb_clusters > 0);
780
781     old_cluster = g_try_new(uint64_t, m->nb_clusters);
782     if (old_cluster == NULL) {
783         ret = -ENOMEM;
784         goto err;
785     }
786
787     /* copy content of unmodified sectors */
788     ret = perform_cow(bs, m, &m->cow_start);
789     if (ret < 0) {
790         goto err;
791     }
792
793     ret = perform_cow(bs, m, &m->cow_end);
794     if (ret < 0) {
795         goto err;
796     }
797
798     /* Update L2 table. */
799     if (s->use_lazy_refcounts) {
800         qcow2_mark_dirty(bs);
801     }
802     if (qcow2_need_accurate_refcounts(s)) {
803         qcow2_cache_set_dependency(bs, s->l2_table_cache,
804                                    s->refcount_block_cache);
805     }
806
807     ret = get_cluster_table(bs, m->offset, &l2_table, &l2_index);
808     if (ret < 0) {
809         goto err;
810     }
811     qcow2_cache_entry_mark_dirty(bs, s->l2_table_cache, l2_table);
812
813     assert(l2_index + m->nb_clusters <= s->l2_size);
814     for (i = 0; i < m->nb_clusters; i++) {
815         /* if two concurrent writes happen to the same unallocated cluster
816          * each write allocates separate cluster and writes data concurrently.
817          * The first one to complete updates l2 table with pointer to its
818          * cluster the second one has to do RMW (which is done above by
819          * perform_cow()), update l2 table with its cluster pointer and free
820          * old cluster. This is what this loop does */
821         if (l2_table[l2_index + i] != 0) {
822             old_cluster[j++] = l2_table[l2_index + i];
823         }
824
825         l2_table[l2_index + i] = cpu_to_be64((cluster_offset +
826                     (i << s->cluster_bits)) | QCOW_OFLAG_COPIED);
827      }
828
829
830     qcow2_cache_put(bs, s->l2_table_cache, (void **) &l2_table);
831
832     /*
833      * If this was a COW, we need to decrease the refcount of the old cluster.
834      *
835      * Don't discard clusters that reach a refcount of 0 (e.g. compressed
836      * clusters), the next write will reuse them anyway.
837      */
838     if (j != 0) {
839         for (i = 0; i < j; i++) {
840             qcow2_free_any_clusters(bs, be64_to_cpu(old_cluster[i]), 1,
841                                     QCOW2_DISCARD_NEVER);
842         }
843     }
844
845     ret = 0;
846 err:
847     g_free(old_cluster);
848     return ret;
849  }
850
851 /*
852  * Returns the number of contiguous clusters that can be used for an allocating
853  * write, but require COW to be performed (this includes yet unallocated space,
854  * which must copy from the backing file)
855  */
856 static int count_cow_clusters(BDRVQcow2State *s, int nb_clusters,
857     uint64_t *l2_table, int l2_index)
858 {
859     int i;
860
861     for (i = 0; i < nb_clusters; i++) {
862         uint64_t l2_entry = be64_to_cpu(l2_table[l2_index + i]);
863         int cluster_type = qcow2_get_cluster_type(l2_entry);
864
865         switch(cluster_type) {
866         case QCOW2_CLUSTER_NORMAL:
867             if (l2_entry & QCOW_OFLAG_COPIED) {
868                 goto out;
869             }
870             break;
871         case QCOW2_CLUSTER_UNALLOCATED:
872         case QCOW2_CLUSTER_COMPRESSED:
873         case QCOW2_CLUSTER_ZERO:
874             break;
875         default:
876             abort();
877         }
878     }
879
880 out:
881     assert(i <= nb_clusters);
882     return i;
883 }
884
885 /*
886  * Check if there already is an AIO write request in flight which allocates
887  * the same cluster. In this case we need to wait until the previous
888  * request has completed and updated the L2 table accordingly.
889  *
890  * Returns:
891  *   0       if there was no dependency. *cur_bytes indicates the number of
892  *           bytes from guest_offset that can be read before the next
893  *           dependency must be processed (or the request is complete)
894  *
895  *   -EAGAIN if we had to wait for another request, previously gathered
896  *           information on cluster allocation may be invalid now. The caller
897  *           must start over anyway, so consider *cur_bytes undefined.
898  */
899 static int handle_dependencies(BlockDriverState *bs, uint64_t guest_offset,
900     uint64_t *cur_bytes, QCowL2Meta **m)
901 {
902     BDRVQcow2State *s = bs->opaque;
903     QCowL2Meta *old_alloc;
904     uint64_t bytes = *cur_bytes;
905
906     QLIST_FOREACH(old_alloc, &s->cluster_allocs, next_in_flight) {
907
908         uint64_t start = guest_offset;
909         uint64_t end = start + bytes;
910         uint64_t old_start = l2meta_cow_start(old_alloc);
911         uint64_t old_end = l2meta_cow_end(old_alloc);
912
913         if (end <= old_start || start >= old_end) {
914             /* No intersection */
915         } else {
916             if (start < old_start) {
917                 /* Stop at the start of a running allocation */
918                 bytes = old_start - start;
919             } else {
920                 bytes = 0;
921             }
922
923             /* Stop if already an l2meta exists. After yielding, it wouldn't
924              * be valid any more, so we'd have to clean up the old L2Metas
925              * and deal with requests depending on them before starting to
926              * gather new ones. Not worth the trouble. */
927             if (bytes == 0 && *m) {
928                 *cur_bytes = 0;
929                 return 0;
930             }
931
932             if (bytes == 0) {
933                 /* Wait for the dependency to complete. We need to recheck
934                  * the free/allocated clusters when we continue. */
935                 qemu_co_mutex_unlock(&s->lock);
936                 qemu_co_queue_wait(&old_alloc->dependent_requests);
937                 qemu_co_mutex_lock(&s->lock);
938                 return -EAGAIN;
939             }
940         }
941     }
942
943     /* Make sure that existing clusters and new allocations are only used up to
944      * the next dependency if we shortened the request above */
945     *cur_bytes = bytes;
946
947     return 0;
948 }
949
950 /*
951  * Checks how many already allocated clusters that don't require a copy on
952  * write there are at the given guest_offset (up to *bytes). If
953  * *host_offset is not zero, only physically contiguous clusters beginning at
954  * this host offset are counted.
955  *
956  * Note that guest_offset may not be cluster aligned. In this case, the
957  * returned *host_offset points to exact byte referenced by guest_offset and
958  * therefore isn't cluster aligned as well.
959  *
960  * Returns:
961  *   0:     if no allocated clusters are available at the given offset.
962  *          *bytes is normally unchanged. It is set to 0 if the cluster
963  *          is allocated and doesn't need COW, but doesn't have the right
964  *          physical offset.
965  *
966  *   1:     if allocated clusters that don't require a COW are available at
967  *          the requested offset. *bytes may have decreased and describes
968  *          the length of the area that can be written to.
969  *
970  *  -errno: in error cases
971  */
972 static int handle_copied(BlockDriverState *bs, uint64_t guest_offset,
973     uint64_t *host_offset, uint64_t *bytes, QCowL2Meta **m)
974 {
975     BDRVQcow2State *s = bs->opaque;
976     int l2_index;
977     uint64_t cluster_offset;
978     uint64_t *l2_table;
979     uint64_t nb_clusters;
980     unsigned int keep_clusters;
981     int ret;
982
983     trace_qcow2_handle_copied(qemu_coroutine_self(), guest_offset, *host_offset,
984                               *bytes);
985
986     assert(*host_offset == 0 ||    offset_into_cluster(s, guest_offset)
987                                 == offset_into_cluster(s, *host_offset));
988
989     /*
990      * Calculate the number of clusters to look for. We stop at L2 table
991      * boundaries to keep things simple.
992      */
993     nb_clusters =
994         size_to_clusters(s, offset_into_cluster(s, guest_offset) + *bytes);
995
996     l2_index = offset_to_l2_index(s, guest_offset);
997     nb_clusters = MIN(nb_clusters, s->l2_size - l2_index);
998     assert(nb_clusters <= INT_MAX);
999
1000     /* Find L2 entry for the first involved cluster */
1001     ret = get_cluster_table(bs, guest_offset, &l2_table, &l2_index);
1002     if (ret < 0) {
1003         return ret;
1004     }
1005
1006     cluster_offset = be64_to_cpu(l2_table[l2_index]);
1007
1008     /* Check how many clusters are already allocated and don't need COW */
1009     if (qcow2_get_cluster_type(cluster_offset) == QCOW2_CLUSTER_NORMAL
1010         && (cluster_offset & QCOW_OFLAG_COPIED))
1011     {
1012         /* If a specific host_offset is required, check it */
1013         bool offset_matches =
1014             (cluster_offset & L2E_OFFSET_MASK) == *host_offset;
1015
1016         if (offset_into_cluster(s, cluster_offset & L2E_OFFSET_MASK)) {
1017             qcow2_signal_corruption(bs, true, -1, -1, "Data cluster offset "
1018                                     "%#llx unaligned (guest offset: %#" PRIx64
1019                                     ")", cluster_offset & L2E_OFFSET_MASK,
1020                                     guest_offset);
1021             ret = -EIO;
1022             goto out;
1023         }
1024
1025         if (*host_offset != 0 && !offset_matches) {
1026             *bytes = 0;
1027             ret = 0;
1028             goto out;
1029         }
1030
1031         /* We keep all QCOW_OFLAG_COPIED clusters */
1032         keep_clusters =
1033             count_contiguous_clusters(nb_clusters, s->cluster_size,
1034                                       &l2_table[l2_index],
1035                                       QCOW_OFLAG_COPIED | QCOW_OFLAG_ZERO);
1036         assert(keep_clusters <= nb_clusters);
1037
1038         *bytes = MIN(*bytes,
1039                  keep_clusters * s->cluster_size
1040                  - offset_into_cluster(s, guest_offset));
1041
1042         ret = 1;
1043     } else {
1044         ret = 0;
1045     }
1046
1047     /* Cleanup */
1048 out:
1049     qcow2_cache_put(bs, s->l2_table_cache, (void **) &l2_table);
1050
1051     /* Only return a host offset if we actually made progress. Otherwise we
1052      * would make requirements for handle_alloc() that it can't fulfill */
1053     if (ret > 0) {
1054         *host_offset = (cluster_offset & L2E_OFFSET_MASK)
1055                      + offset_into_cluster(s, guest_offset);
1056     }
1057
1058     return ret;
1059 }
1060
1061 /*
1062  * Allocates new clusters for the given guest_offset.
1063  *
1064  * At most *nb_clusters are allocated, and on return *nb_clusters is updated to
1065  * contain the number of clusters that have been allocated and are contiguous
1066  * in the image file.
1067  *
1068  * If *host_offset is non-zero, it specifies the offset in the image file at
1069  * which the new clusters must start. *nb_clusters can be 0 on return in this
1070  * case if the cluster at host_offset is already in use. If *host_offset is
1071  * zero, the clusters can be allocated anywhere in the image file.
1072  *
1073  * *host_offset is updated to contain the offset into the image file at which
1074  * the first allocated cluster starts.
1075  *
1076  * Return 0 on success and -errno in error cases. -EAGAIN means that the
1077  * function has been waiting for another request and the allocation must be
1078  * restarted, but the whole request should not be failed.
1079  */
1080 static int do_alloc_cluster_offset(BlockDriverState *bs, uint64_t guest_offset,
1081                                    uint64_t *host_offset, uint64_t *nb_clusters)
1082 {
1083     BDRVQcow2State *s = bs->opaque;
1084
1085     trace_qcow2_do_alloc_clusters_offset(qemu_coroutine_self(), guest_offset,
1086                                          *host_offset, *nb_clusters);
1087
1088     /* Allocate new clusters */
1089     trace_qcow2_cluster_alloc_phys(qemu_coroutine_self());
1090     if (*host_offset == 0) {
1091         int64_t cluster_offset =
1092             qcow2_alloc_clusters(bs, *nb_clusters * s->cluster_size);
1093         if (cluster_offset < 0) {
1094             return cluster_offset;
1095         }
1096         *host_offset = cluster_offset;
1097         return 0;
1098     } else {
1099         int64_t ret = qcow2_alloc_clusters_at(bs, *host_offset, *nb_clusters);
1100         if (ret < 0) {
1101             return ret;
1102         }
1103         *nb_clusters = ret;
1104         return 0;
1105     }
1106 }
1107
1108 /*
1109  * Allocates new clusters for an area that either is yet unallocated or needs a
1110  * copy on write. If *host_offset is non-zero, clusters are only allocated if
1111  * the new allocation can match the specified host offset.
1112  *
1113  * Note that guest_offset may not be cluster aligned. In this case, the
1114  * returned *host_offset points to exact byte referenced by guest_offset and
1115  * therefore isn't cluster aligned as well.
1116  *
1117  * Returns:
1118  *   0:     if no clusters could be allocated. *bytes is set to 0,
1119  *          *host_offset is left unchanged.
1120  *
1121  *   1:     if new clusters were allocated. *bytes may be decreased if the
1122  *          new allocation doesn't cover all of the requested area.
1123  *          *host_offset is updated to contain the host offset of the first
1124  *          newly allocated cluster.
1125  *
1126  *  -errno: in error cases
1127  */
1128 static int handle_alloc(BlockDriverState *bs, uint64_t guest_offset,
1129     uint64_t *host_offset, uint64_t *bytes, QCowL2Meta **m)
1130 {
1131     BDRVQcow2State *s = bs->opaque;
1132     int l2_index;
1133     uint64_t *l2_table;
1134     uint64_t entry;
1135     uint64_t nb_clusters;
1136     int ret;
1137
1138     uint64_t alloc_cluster_offset;
1139
1140     trace_qcow2_handle_alloc(qemu_coroutine_self(), guest_offset, *host_offset,
1141                              *bytes);
1142     assert(*bytes > 0);
1143
1144     /*
1145      * Calculate the number of clusters to look for. We stop at L2 table
1146      * boundaries to keep things simple.
1147      */
1148     nb_clusters =
1149         size_to_clusters(s, offset_into_cluster(s, guest_offset) + *bytes);
1150
1151     l2_index = offset_to_l2_index(s, guest_offset);
1152     nb_clusters = MIN(nb_clusters, s->l2_size - l2_index);
1153     assert(nb_clusters <= INT_MAX);
1154
1155     /* Find L2 entry for the first involved cluster */
1156     ret = get_cluster_table(bs, guest_offset, &l2_table, &l2_index);
1157     if (ret < 0) {
1158         return ret;
1159     }
1160
1161     entry = be64_to_cpu(l2_table[l2_index]);
1162
1163     /* For the moment, overwrite compressed clusters one by one */
1164     if (entry & QCOW_OFLAG_COMPRESSED) {
1165         nb_clusters = 1;
1166     } else {
1167         nb_clusters = count_cow_clusters(s, nb_clusters, l2_table, l2_index);
1168     }
1169
1170     /* This function is only called when there were no non-COW clusters, so if
1171      * we can't find any unallocated or COW clusters either, something is
1172      * wrong with our code. */
1173     assert(nb_clusters > 0);
1174
1175     qcow2_cache_put(bs, s->l2_table_cache, (void **) &l2_table);
1176
1177     /* Allocate, if necessary at a given offset in the image file */
1178     alloc_cluster_offset = start_of_cluster(s, *host_offset);
1179     ret = do_alloc_cluster_offset(bs, guest_offset, &alloc_cluster_offset,
1180                                   &nb_clusters);
1181     if (ret < 0) {
1182         goto fail;
1183     }
1184
1185     /* Can't extend contiguous allocation */
1186     if (nb_clusters == 0) {
1187         *bytes = 0;
1188         return 0;
1189     }
1190
1191     /* !*host_offset would overwrite the image header and is reserved for "no
1192      * host offset preferred". If 0 was a valid host offset, it'd trigger the
1193      * following overlap check; do that now to avoid having an invalid value in
1194      * *host_offset. */
1195     if (!alloc_cluster_offset) {
1196         ret = qcow2_pre_write_overlap_check(bs, 0, alloc_cluster_offset,
1197                                             nb_clusters * s->cluster_size);
1198         assert(ret < 0);
1199         goto fail;
1200     }
1201
1202     /*
1203      * Save info needed for meta data update.
1204      *
1205      * requested_bytes: Number of bytes from the start of the first
1206      * newly allocated cluster to the end of the (possibly shortened
1207      * before) write request.
1208      *
1209      * avail_bytes: Number of bytes from the start of the first
1210      * newly allocated to the end of the last newly allocated cluster.
1211      *
1212      * nb_bytes: The number of bytes from the start of the first
1213      * newly allocated cluster to the end of the area that the write
1214      * request actually writes to (excluding COW at the end)
1215      */
1216     uint64_t requested_bytes = *bytes + offset_into_cluster(s, guest_offset);
1217     int avail_bytes = MIN(INT_MAX, nb_clusters << s->cluster_bits);
1218     int nb_bytes = MIN(requested_bytes, avail_bytes);
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
1230         .cow_start = {
1231             .offset     = 0,
1232             .nb_bytes   = offset_into_cluster(s, guest_offset),
1233         },
1234         .cow_end = {
1235             .offset     = nb_bytes,
1236             .nb_bytes   = avail_bytes - nb_bytes,
1237         },
1238     };
1239     qemu_co_queue_init(&(*m)->dependent_requests);
1240     QLIST_INSERT_HEAD(&s->cluster_allocs, *m, next_in_flight);
1241
1242     *host_offset = alloc_cluster_offset + offset_into_cluster(s, guest_offset);
1243     *bytes = MIN(*bytes, nb_bytes - offset_into_cluster(s, guest_offset));
1244     assert(*bytes != 0);
1245
1246     return 1;
1247
1248 fail:
1249     if (*m && (*m)->nb_clusters > 0) {
1250         QLIST_REMOVE(*m, next_in_flight);
1251     }
1252     return ret;
1253 }
1254
1255 /*
1256  * alloc_cluster_offset
1257  *
1258  * For a given offset on the virtual disk, find the cluster offset in qcow2
1259  * file. If the offset is not found, allocate a new cluster.
1260  *
1261  * If the cluster was already allocated, m->nb_clusters is set to 0 and
1262  * other fields in m are meaningless.
1263  *
1264  * If the cluster is newly allocated, m->nb_clusters is set to the number of
1265  * contiguous clusters that have been allocated. In this case, the other
1266  * fields of m are valid and contain information about the first allocated
1267  * cluster.
1268  *
1269  * If the request conflicts with another write request in flight, the coroutine
1270  * is queued and will be reentered when the dependency has completed.
1271  *
1272  * Return 0 on success and -errno in error cases
1273  */
1274 int qcow2_alloc_cluster_offset(BlockDriverState *bs, uint64_t offset,
1275                                unsigned int *bytes, uint64_t *host_offset,
1276                                QCowL2Meta **m)
1277 {
1278     BDRVQcow2State *s = bs->opaque;
1279     uint64_t start, remaining;
1280     uint64_t cluster_offset;
1281     uint64_t cur_bytes;
1282     int ret;
1283
1284     trace_qcow2_alloc_clusters_offset(qemu_coroutine_self(), offset, *bytes);
1285
1286 again:
1287     start = offset;
1288     remaining = *bytes;
1289     cluster_offset = 0;
1290     *host_offset = 0;
1291     cur_bytes = 0;
1292     *m = NULL;
1293
1294     while (true) {
1295
1296         if (!*host_offset) {
1297             *host_offset = start_of_cluster(s, cluster_offset);
1298         }
1299
1300         assert(remaining >= cur_bytes);
1301
1302         start           += cur_bytes;
1303         remaining       -= cur_bytes;
1304         cluster_offset  += cur_bytes;
1305
1306         if (remaining == 0) {
1307             break;
1308         }
1309
1310         cur_bytes = remaining;
1311
1312         /*
1313          * Now start gathering as many contiguous clusters as possible:
1314          *
1315          * 1. Check for overlaps with in-flight allocations
1316          *
1317          *      a) Overlap not in the first cluster -> shorten this request and
1318          *         let the caller handle the rest in its next loop iteration.
1319          *
1320          *      b) Real overlaps of two requests. Yield and restart the search
1321          *         for contiguous clusters (the situation could have changed
1322          *         while we were sleeping)
1323          *
1324          *      c) TODO: Request starts in the same cluster as the in-flight
1325          *         allocation ends. Shorten the COW of the in-fight allocation,
1326          *         set cluster_offset to write to the same cluster and set up
1327          *         the right synchronisation between the in-flight request and
1328          *         the new one.
1329          */
1330         ret = handle_dependencies(bs, start, &cur_bytes, m);
1331         if (ret == -EAGAIN) {
1332             /* Currently handle_dependencies() doesn't yield if we already had
1333              * an allocation. If it did, we would have to clean up the L2Meta
1334              * structs before starting over. */
1335             assert(*m == NULL);
1336             goto again;
1337         } else if (ret < 0) {
1338             return ret;
1339         } else if (cur_bytes == 0) {
1340             break;
1341         } else {
1342             /* handle_dependencies() may have decreased cur_bytes (shortened
1343              * the allocations below) so that the next dependency is processed
1344              * correctly during the next loop iteration. */
1345         }
1346
1347         /*
1348          * 2. Count contiguous COPIED clusters.
1349          */
1350         ret = handle_copied(bs, start, &cluster_offset, &cur_bytes, m);
1351         if (ret < 0) {
1352             return ret;
1353         } else if (ret) {
1354             continue;
1355         } else if (cur_bytes == 0) {
1356             break;
1357         }
1358
1359         /*
1360          * 3. If the request still hasn't completed, allocate new clusters,
1361          *    considering any cluster_offset of steps 1c or 2.
1362          */
1363         ret = handle_alloc(bs, start, &cluster_offset, &cur_bytes, m);
1364         if (ret < 0) {
1365             return ret;
1366         } else if (ret) {
1367             continue;
1368         } else {
1369             assert(cur_bytes == 0);
1370             break;
1371         }
1372     }
1373
1374     *bytes -= remaining;
1375     assert(*bytes > 0);
1376     assert(*host_offset != 0);
1377
1378     return 0;
1379 }
1380
1381 static int decompress_buffer(uint8_t *out_buf, int out_buf_size,
1382                              const uint8_t *buf, int buf_size)
1383 {
1384     z_stream strm1, *strm = &strm1;
1385     int ret, out_len;
1386
1387     memset(strm, 0, sizeof(*strm));
1388
1389     strm->next_in = (uint8_t *)buf;
1390     strm->avail_in = buf_size;
1391     strm->next_out = out_buf;
1392     strm->avail_out = out_buf_size;
1393
1394     ret = inflateInit2(strm, -12);
1395     if (ret != Z_OK)
1396         return -1;
1397     ret = inflate(strm, Z_FINISH);
1398     out_len = strm->next_out - out_buf;
1399     if ((ret != Z_STREAM_END && ret != Z_BUF_ERROR) ||
1400         out_len != out_buf_size) {
1401         inflateEnd(strm);
1402         return -1;
1403     }
1404     inflateEnd(strm);
1405     return 0;
1406 }
1407
1408 int qcow2_decompress_cluster(BlockDriverState *bs, uint64_t cluster_offset)
1409 {
1410     BDRVQcow2State *s = bs->opaque;
1411     int ret, csize, nb_csectors, sector_offset;
1412     uint64_t coffset;
1413
1414     coffset = cluster_offset & s->cluster_offset_mask;
1415     if (s->cluster_cache_offset != coffset) {
1416         nb_csectors = ((cluster_offset >> s->csize_shift) & s->csize_mask) + 1;
1417         sector_offset = coffset & 511;
1418         csize = nb_csectors * 512 - sector_offset;
1419         BLKDBG_EVENT(bs->file, BLKDBG_READ_COMPRESSED);
1420         ret = bdrv_read(bs->file, coffset >> 9, s->cluster_data,
1421                         nb_csectors);
1422         if (ret < 0) {
1423             return ret;
1424         }
1425         if (decompress_buffer(s->cluster_cache, s->cluster_size,
1426                               s->cluster_data + sector_offset, csize) < 0) {
1427             return -EIO;
1428         }
1429         s->cluster_cache_offset = coffset;
1430     }
1431     return 0;
1432 }
1433
1434 /*
1435  * This discards as many clusters of nb_clusters as possible at once (i.e.
1436  * all clusters in the same L2 table) and returns the number of discarded
1437  * clusters.
1438  */
1439 static int discard_single_l2(BlockDriverState *bs, uint64_t offset,
1440                              uint64_t nb_clusters, enum qcow2_discard_type type,
1441                              bool full_discard)
1442 {
1443     BDRVQcow2State *s = bs->opaque;
1444     uint64_t *l2_table;
1445     int l2_index;
1446     int ret;
1447     int i;
1448
1449     ret = get_cluster_table(bs, offset, &l2_table, &l2_index);
1450     if (ret < 0) {
1451         return ret;
1452     }
1453
1454     /* Limit nb_clusters to one L2 table */
1455     nb_clusters = MIN(nb_clusters, s->l2_size - l2_index);
1456     assert(nb_clusters <= INT_MAX);
1457
1458     for (i = 0; i < nb_clusters; i++) {
1459         uint64_t old_l2_entry;
1460
1461         old_l2_entry = be64_to_cpu(l2_table[l2_index + i]);
1462
1463         /*
1464          * If full_discard is false, make sure that a discarded area reads back
1465          * as zeroes for v3 images (we cannot do it for v2 without actually
1466          * writing a zero-filled buffer). We can skip the operation if the
1467          * cluster is already marked as zero, or if it's unallocated and we
1468          * don't have a backing file.
1469          *
1470          * TODO We might want to use bdrv_get_block_status(bs) here, but we're
1471          * holding s->lock, so that doesn't work today.
1472          *
1473          * If full_discard is true, the sector should not read back as zeroes,
1474          * but rather fall through to the backing file.
1475          */
1476         switch (qcow2_get_cluster_type(old_l2_entry)) {
1477             case QCOW2_CLUSTER_UNALLOCATED:
1478                 if (full_discard || !bs->backing) {
1479                     continue;
1480                 }
1481                 break;
1482
1483             case QCOW2_CLUSTER_ZERO:
1484                 if (!full_discard) {
1485                     continue;
1486                 }
1487                 break;
1488
1489             case QCOW2_CLUSTER_NORMAL:
1490             case QCOW2_CLUSTER_COMPRESSED:
1491                 break;
1492
1493             default:
1494                 abort();
1495         }
1496
1497         /* First remove L2 entries */
1498         qcow2_cache_entry_mark_dirty(bs, s->l2_table_cache, l2_table);
1499         if (!full_discard && s->qcow_version >= 3) {
1500             l2_table[l2_index + i] = cpu_to_be64(QCOW_OFLAG_ZERO);
1501         } else {
1502             l2_table[l2_index + i] = cpu_to_be64(0);
1503         }
1504
1505         /* Then decrease the refcount */
1506         qcow2_free_any_clusters(bs, old_l2_entry, 1, type);
1507     }
1508
1509     qcow2_cache_put(bs, s->l2_table_cache, (void **) &l2_table);
1510
1511     return nb_clusters;
1512 }
1513
1514 int qcow2_discard_clusters(BlockDriverState *bs, uint64_t offset,
1515     int nb_sectors, enum qcow2_discard_type type, bool full_discard)
1516 {
1517     BDRVQcow2State *s = bs->opaque;
1518     uint64_t end_offset;
1519     uint64_t nb_clusters;
1520     int ret;
1521
1522     end_offset = offset + (nb_sectors << BDRV_SECTOR_BITS);
1523
1524     /* Round start up and end down */
1525     offset = align_offset(offset, s->cluster_size);
1526     end_offset = start_of_cluster(s, end_offset);
1527
1528     if (offset > end_offset) {
1529         return 0;
1530     }
1531
1532     nb_clusters = size_to_clusters(s, end_offset - offset);
1533
1534     s->cache_discards = true;
1535
1536     /* Each L2 table is handled by its own loop iteration */
1537     while (nb_clusters > 0) {
1538         ret = discard_single_l2(bs, offset, nb_clusters, type, full_discard);
1539         if (ret < 0) {
1540             goto fail;
1541         }
1542
1543         nb_clusters -= ret;
1544         offset += (ret * s->cluster_size);
1545     }
1546
1547     ret = 0;
1548 fail:
1549     s->cache_discards = false;
1550     qcow2_process_discards(bs, ret);
1551
1552     return ret;
1553 }
1554
1555 /*
1556  * This zeroes as many clusters of nb_clusters as possible at once (i.e.
1557  * all clusters in the same L2 table) and returns the number of zeroed
1558  * clusters.
1559  */
1560 static int zero_single_l2(BlockDriverState *bs, uint64_t offset,
1561                           uint64_t nb_clusters, int flags)
1562 {
1563     BDRVQcow2State *s = bs->opaque;
1564     uint64_t *l2_table;
1565     int l2_index;
1566     int ret;
1567     int i;
1568
1569     ret = get_cluster_table(bs, offset, &l2_table, &l2_index);
1570     if (ret < 0) {
1571         return ret;
1572     }
1573
1574     /* Limit nb_clusters to one L2 table */
1575     nb_clusters = MIN(nb_clusters, s->l2_size - l2_index);
1576     assert(nb_clusters <= INT_MAX);
1577
1578     for (i = 0; i < nb_clusters; i++) {
1579         uint64_t old_offset;
1580
1581         old_offset = be64_to_cpu(l2_table[l2_index + i]);
1582
1583         /* Update L2 entries */
1584         qcow2_cache_entry_mark_dirty(bs, s->l2_table_cache, l2_table);
1585         if (old_offset & QCOW_OFLAG_COMPRESSED || flags & BDRV_REQ_MAY_UNMAP) {
1586             l2_table[l2_index + i] = cpu_to_be64(QCOW_OFLAG_ZERO);
1587             qcow2_free_any_clusters(bs, old_offset, 1, QCOW2_DISCARD_REQUEST);
1588         } else {
1589             l2_table[l2_index + i] |= cpu_to_be64(QCOW_OFLAG_ZERO);
1590         }
1591     }
1592
1593     qcow2_cache_put(bs, s->l2_table_cache, (void **) &l2_table);
1594
1595     return nb_clusters;
1596 }
1597
1598 int qcow2_zero_clusters(BlockDriverState *bs, uint64_t offset, int nb_sectors,
1599                         int flags)
1600 {
1601     BDRVQcow2State *s = bs->opaque;
1602     uint64_t nb_clusters;
1603     int ret;
1604
1605     /* The zero flag is only supported by version 3 and newer */
1606     if (s->qcow_version < 3) {
1607         return -ENOTSUP;
1608     }
1609
1610     /* Each L2 table is handled by its own loop iteration */
1611     nb_clusters = size_to_clusters(s, nb_sectors << BDRV_SECTOR_BITS);
1612
1613     s->cache_discards = true;
1614
1615     while (nb_clusters > 0) {
1616         ret = zero_single_l2(bs, offset, nb_clusters, flags);
1617         if (ret < 0) {
1618             goto fail;
1619         }
1620
1621         nb_clusters -= ret;
1622         offset += (ret * s->cluster_size);
1623     }
1624
1625     ret = 0;
1626 fail:
1627     s->cache_discards = false;
1628     qcow2_process_discards(bs, ret);
1629
1630     return ret;
1631 }
1632
1633 /*
1634  * Expands all zero clusters in a specific L1 table (or deallocates them, for
1635  * non-backed non-pre-allocated zero clusters).
1636  *
1637  * l1_entries and *visited_l1_entries are used to keep track of progress for
1638  * status_cb(). l1_entries contains the total number of L1 entries and
1639  * *visited_l1_entries counts all visited L1 entries.
1640  */
1641 static int expand_zero_clusters_in_l1(BlockDriverState *bs, uint64_t *l1_table,
1642                                       int l1_size, int64_t *visited_l1_entries,
1643                                       int64_t l1_entries,
1644                                       BlockDriverAmendStatusCB *status_cb,
1645                                       void *cb_opaque)
1646 {
1647     BDRVQcow2State *s = bs->opaque;
1648     bool is_active_l1 = (l1_table == s->l1_table);
1649     uint64_t *l2_table = NULL;
1650     int ret;
1651     int i, j;
1652
1653     if (!is_active_l1) {
1654         /* inactive L2 tables require a buffer to be stored in when loading
1655          * them from disk */
1656         l2_table = qemu_try_blockalign(bs->file->bs, s->cluster_size);
1657         if (l2_table == NULL) {
1658             return -ENOMEM;
1659         }
1660     }
1661
1662     for (i = 0; i < l1_size; i++) {
1663         uint64_t l2_offset = l1_table[i] & L1E_OFFSET_MASK;
1664         bool l2_dirty = false;
1665         uint64_t l2_refcount;
1666
1667         if (!l2_offset) {
1668             /* unallocated */
1669             (*visited_l1_entries)++;
1670             if (status_cb) {
1671                 status_cb(bs, *visited_l1_entries, l1_entries, cb_opaque);
1672             }
1673             continue;
1674         }
1675
1676         if (offset_into_cluster(s, l2_offset)) {
1677             qcow2_signal_corruption(bs, true, -1, -1, "L2 table offset %#"
1678                                     PRIx64 " unaligned (L1 index: %#x)",
1679                                     l2_offset, i);
1680             ret = -EIO;
1681             goto fail;
1682         }
1683
1684         if (is_active_l1) {
1685             /* get active L2 tables from cache */
1686             ret = qcow2_cache_get(bs, s->l2_table_cache, l2_offset,
1687                     (void **)&l2_table);
1688         } else {
1689             /* load inactive L2 tables from disk */
1690             ret = bdrv_read(bs->file, l2_offset / BDRV_SECTOR_SIZE,
1691                             (void *)l2_table, s->cluster_sectors);
1692         }
1693         if (ret < 0) {
1694             goto fail;
1695         }
1696
1697         ret = qcow2_get_refcount(bs, l2_offset >> s->cluster_bits,
1698                                  &l2_refcount);
1699         if (ret < 0) {
1700             goto fail;
1701         }
1702
1703         for (j = 0; j < s->l2_size; j++) {
1704             uint64_t l2_entry = be64_to_cpu(l2_table[j]);
1705             int64_t offset = l2_entry & L2E_OFFSET_MASK;
1706             int cluster_type = qcow2_get_cluster_type(l2_entry);
1707             bool preallocated = offset != 0;
1708
1709             if (cluster_type != QCOW2_CLUSTER_ZERO) {
1710                 continue;
1711             }
1712
1713             if (!preallocated) {
1714                 if (!bs->backing) {
1715                     /* not backed; therefore we can simply deallocate the
1716                      * cluster */
1717                     l2_table[j] = 0;
1718                     l2_dirty = true;
1719                     continue;
1720                 }
1721
1722                 offset = qcow2_alloc_clusters(bs, s->cluster_size);
1723                 if (offset < 0) {
1724                     ret = offset;
1725                     goto fail;
1726                 }
1727
1728                 if (l2_refcount > 1) {
1729                     /* For shared L2 tables, set the refcount accordingly (it is
1730                      * already 1 and needs to be l2_refcount) */
1731                     ret = qcow2_update_cluster_refcount(bs,
1732                             offset >> s->cluster_bits,
1733                             refcount_diff(1, l2_refcount), false,
1734                             QCOW2_DISCARD_OTHER);
1735                     if (ret < 0) {
1736                         qcow2_free_clusters(bs, offset, s->cluster_size,
1737                                             QCOW2_DISCARD_OTHER);
1738                         goto fail;
1739                     }
1740                 }
1741             }
1742
1743             if (offset_into_cluster(s, offset)) {
1744                 qcow2_signal_corruption(bs, true, -1, -1, "Data cluster offset "
1745                                         "%#" PRIx64 " unaligned (L2 offset: %#"
1746                                         PRIx64 ", L2 index: %#x)", offset,
1747                                         l2_offset, j);
1748                 if (!preallocated) {
1749                     qcow2_free_clusters(bs, offset, s->cluster_size,
1750                                         QCOW2_DISCARD_ALWAYS);
1751                 }
1752                 ret = -EIO;
1753                 goto fail;
1754             }
1755
1756             ret = qcow2_pre_write_overlap_check(bs, 0, offset, s->cluster_size);
1757             if (ret < 0) {
1758                 if (!preallocated) {
1759                     qcow2_free_clusters(bs, offset, s->cluster_size,
1760                                         QCOW2_DISCARD_ALWAYS);
1761                 }
1762                 goto fail;
1763             }
1764
1765             ret = bdrv_pwrite_zeroes(bs->file, offset, s->cluster_size, 0);
1766             if (ret < 0) {
1767                 if (!preallocated) {
1768                     qcow2_free_clusters(bs, offset, s->cluster_size,
1769                                         QCOW2_DISCARD_ALWAYS);
1770                 }
1771                 goto fail;
1772             }
1773
1774             if (l2_refcount == 1) {
1775                 l2_table[j] = cpu_to_be64(offset | QCOW_OFLAG_COPIED);
1776             } else {
1777                 l2_table[j] = cpu_to_be64(offset);
1778             }
1779             l2_dirty = true;
1780         }
1781
1782         if (is_active_l1) {
1783             if (l2_dirty) {
1784                 qcow2_cache_entry_mark_dirty(bs, s->l2_table_cache, l2_table);
1785                 qcow2_cache_depends_on_flush(s->l2_table_cache);
1786             }
1787             qcow2_cache_put(bs, s->l2_table_cache, (void **) &l2_table);
1788         } else {
1789             if (l2_dirty) {
1790                 ret = qcow2_pre_write_overlap_check(bs,
1791                         QCOW2_OL_INACTIVE_L2 | QCOW2_OL_ACTIVE_L2, l2_offset,
1792                         s->cluster_size);
1793                 if (ret < 0) {
1794                     goto fail;
1795                 }
1796
1797                 ret = bdrv_write(bs->file, l2_offset / BDRV_SECTOR_SIZE,
1798                                  (void *)l2_table, s->cluster_sectors);
1799                 if (ret < 0) {
1800                     goto fail;
1801                 }
1802             }
1803         }
1804
1805         (*visited_l1_entries)++;
1806         if (status_cb) {
1807             status_cb(bs, *visited_l1_entries, l1_entries, cb_opaque);
1808         }
1809     }
1810
1811     ret = 0;
1812
1813 fail:
1814     if (l2_table) {
1815         if (!is_active_l1) {
1816             qemu_vfree(l2_table);
1817         } else {
1818             qcow2_cache_put(bs, s->l2_table_cache, (void **) &l2_table);
1819         }
1820     }
1821     return ret;
1822 }
1823
1824 /*
1825  * For backed images, expands all zero clusters on the image. For non-backed
1826  * images, deallocates all non-pre-allocated zero clusters (and claims the
1827  * allocation for pre-allocated ones). This is important for downgrading to a
1828  * qcow2 version which doesn't yet support metadata zero clusters.
1829  */
1830 int qcow2_expand_zero_clusters(BlockDriverState *bs,
1831                                BlockDriverAmendStatusCB *status_cb,
1832                                void *cb_opaque)
1833 {
1834     BDRVQcow2State *s = bs->opaque;
1835     uint64_t *l1_table = NULL;
1836     int64_t l1_entries = 0, visited_l1_entries = 0;
1837     int ret;
1838     int i, j;
1839
1840     if (status_cb) {
1841         l1_entries = s->l1_size;
1842         for (i = 0; i < s->nb_snapshots; i++) {
1843             l1_entries += s->snapshots[i].l1_size;
1844         }
1845     }
1846
1847     ret = expand_zero_clusters_in_l1(bs, s->l1_table, s->l1_size,
1848                                      &visited_l1_entries, l1_entries,
1849                                      status_cb, cb_opaque);
1850     if (ret < 0) {
1851         goto fail;
1852     }
1853
1854     /* Inactive L1 tables may point to active L2 tables - therefore it is
1855      * necessary to flush the L2 table cache before trying to access the L2
1856      * tables pointed to by inactive L1 entries (else we might try to expand
1857      * zero clusters that have already been expanded); furthermore, it is also
1858      * necessary to empty the L2 table cache, since it may contain tables which
1859      * are now going to be modified directly on disk, bypassing the cache.
1860      * qcow2_cache_empty() does both for us. */
1861     ret = qcow2_cache_empty(bs, s->l2_table_cache);
1862     if (ret < 0) {
1863         goto fail;
1864     }
1865
1866     for (i = 0; i < s->nb_snapshots; i++) {
1867         int l1_sectors = DIV_ROUND_UP(s->snapshots[i].l1_size *
1868                                       sizeof(uint64_t), BDRV_SECTOR_SIZE);
1869
1870         l1_table = g_realloc(l1_table, l1_sectors * BDRV_SECTOR_SIZE);
1871
1872         ret = bdrv_read(bs->file,
1873                         s->snapshots[i].l1_table_offset / BDRV_SECTOR_SIZE,
1874                         (void *)l1_table, l1_sectors);
1875         if (ret < 0) {
1876             goto fail;
1877         }
1878
1879         for (j = 0; j < s->snapshots[i].l1_size; j++) {
1880             be64_to_cpus(&l1_table[j]);
1881         }
1882
1883         ret = expand_zero_clusters_in_l1(bs, l1_table, s->snapshots[i].l1_size,
1884                                          &visited_l1_entries, l1_entries,
1885                                          status_cb, cb_opaque);
1886         if (ret < 0) {
1887             goto fail;
1888         }
1889     }
1890
1891     ret = 0;
1892
1893 fail:
1894     g_free(l1_table);
1895     return ret;
1896 }