f94183529c3c605db5c7bfadb9126411043cb4ad
[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     memcpy(new_l1_table, s->l1_table, s->l1_size * sizeof(uint64_t));
87
88     /* write new table (align to cluster) */
89     BLKDBG_EVENT(bs->file, BLKDBG_L1_GROW_ALLOC_TABLE);
90     new_l1_table_offset = qcow2_alloc_clusters(bs, new_l1_size2);
91     if (new_l1_table_offset < 0) {
92         qemu_vfree(new_l1_table);
93         return new_l1_table_offset;
94     }
95
96     ret = qcow2_cache_flush(bs, s->refcount_block_cache);
97     if (ret < 0) {
98         goto fail;
99     }
100
101     /* the L1 position has not yet been updated, so these clusters must
102      * indeed be completely free */
103     ret = qcow2_pre_write_overlap_check(bs, 0, new_l1_table_offset,
104                                         new_l1_size2);
105     if (ret < 0) {
106         goto fail;
107     }
108
109     BLKDBG_EVENT(bs->file, BLKDBG_L1_GROW_WRITE_TABLE);
110     for(i = 0; i < s->l1_size; i++)
111         new_l1_table[i] = cpu_to_be64(new_l1_table[i]);
112     ret = bdrv_pwrite_sync(bs->file, new_l1_table_offset,
113                            new_l1_table, new_l1_size2);
114     if (ret < 0)
115         goto fail;
116     for(i = 0; i < s->l1_size; i++)
117         new_l1_table[i] = be64_to_cpu(new_l1_table[i]);
118
119     /* set new table */
120     BLKDBG_EVENT(bs->file, BLKDBG_L1_GROW_ACTIVATE_TABLE);
121     stl_be_p(data, new_l1_size);
122     stq_be_p(data + 4, new_l1_table_offset);
123     ret = bdrv_pwrite_sync(bs->file, offsetof(QCowHeader, l1_size),
124                            data, sizeof(data));
125     if (ret < 0) {
126         goto fail;
127     }
128     qemu_vfree(s->l1_table);
129     old_l1_table_offset = s->l1_table_offset;
130     s->l1_table_offset = new_l1_table_offset;
131     s->l1_table = new_l1_table;
132     old_l1_size = s->l1_size;
133     s->l1_size = new_l1_size;
134     qcow2_free_clusters(bs, old_l1_table_offset, old_l1_size * sizeof(uint64_t),
135                         QCOW2_DISCARD_OTHER);
136     return 0;
137  fail:
138     qemu_vfree(new_l1_table);
139     qcow2_free_clusters(bs, new_l1_table_offset, new_l1_size2,
140                         QCOW2_DISCARD_OTHER);
141     return ret;
142 }
143
144 /*
145  * l2_load
146  *
147  * Loads a L2 table into memory. If the table is in the cache, the cache
148  * is used; otherwise the L2 table is loaded from the image file.
149  *
150  * Returns a pointer to the L2 table on success, or NULL if the read from
151  * the image file failed.
152  */
153
154 static int l2_load(BlockDriverState *bs, uint64_t l2_offset,
155     uint64_t **l2_table)
156 {
157     BDRVQcow2State *s = bs->opaque;
158
159     return qcow2_cache_get(bs, s->l2_table_cache, l2_offset,
160                            (void **)l2_table);
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,
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 do_perform_cow(BlockDriverState *bs,
393                                        uint64_t src_cluster_offset,
394                                        uint64_t cluster_offset,
395                                        int offset_in_cluster,
396                                        int bytes)
397 {
398     BDRVQcow2State *s = bs->opaque;
399     QEMUIOVector qiov;
400     struct iovec iov;
401     int ret;
402
403     iov.iov_len = bytes;
404     iov.iov_base = qemu_try_blockalign(bs, iov.iov_len);
405     if (iov.iov_base == NULL) {
406         return -ENOMEM;
407     }
408
409     qemu_iovec_init_external(&qiov, &iov, 1);
410
411     BLKDBG_EVENT(bs->file, BLKDBG_COW_READ);
412
413     if (!bs->drv) {
414         ret = -ENOMEDIUM;
415         goto out;
416     }
417
418     /* Call .bdrv_co_readv() directly instead of using the public block-layer
419      * interface.  This avoids double I/O throttling and request tracking,
420      * which can lead to deadlock when block layer copy-on-read is enabled.
421      */
422     ret = bs->drv->bdrv_co_preadv(bs, src_cluster_offset + offset_in_cluster,
423                                   bytes, &qiov, 0);
424     if (ret < 0) {
425         goto out;
426     }
427
428     if (bs->encrypted) {
429         Error *err = NULL;
430         int64_t sector = (cluster_offset + offset_in_cluster)
431                          >> BDRV_SECTOR_BITS;
432         assert(s->cipher);
433         assert((offset_in_cluster & ~BDRV_SECTOR_MASK) == 0);
434         assert((bytes & ~BDRV_SECTOR_MASK) == 0);
435         if (qcow2_encrypt_sectors(s, sector, iov.iov_base, iov.iov_base,
436                                   bytes >> BDRV_SECTOR_BITS, 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 + offset_in_cluster, bytes);
445     if (ret < 0) {
446         goto out;
447     }
448
449     BLKDBG_EVENT(bs->file, BLKDBG_COW_WRITE);
450     ret = bdrv_co_pwritev(bs->file, cluster_offset + offset_in_cluster,
451                           bytes, &qiov, 0);
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 virtual disk, find the cluster type and offset in
467  * the qcow2 file. The offset is stored in *cluster_offset.
468  *
469  * On entry, *bytes is the maximum number of contiguous bytes starting at
470  * offset that we are interested in.
471  *
472  * On exit, *bytes is the number of bytes starting at offset that have the same
473  * cluster type and (if applicable) are stored contiguously in the image file.
474  * Compressed clusters are always returned one by one.
475  *
476  * Returns the cluster type (QCOW2_CLUSTER_*) on success, -errno in error
477  * cases.
478  */
479 int qcow2_get_cluster_offset(BlockDriverState *bs, uint64_t offset,
480                              unsigned int *bytes, uint64_t *cluster_offset)
481 {
482     BDRVQcow2State *s = bs->opaque;
483     unsigned int l2_index;
484     uint64_t l1_index, l2_offset, *l2_table;
485     int l1_bits, c;
486     unsigned int offset_in_cluster;
487     uint64_t bytes_available, bytes_needed, nb_clusters;
488     int ret;
489
490     offset_in_cluster = offset_into_cluster(s, offset);
491     bytes_needed = (uint64_t) *bytes + offset_in_cluster;
492
493     l1_bits = s->l2_bits + s->cluster_bits;
494
495     /* compute how many bytes there are between the start of the cluster
496      * containing offset and the end of the l1 entry */
497     bytes_available = (1ULL << l1_bits) - (offset & ((1ULL << l1_bits) - 1))
498                     + offset_in_cluster;
499
500     if (bytes_needed > bytes_available) {
501         bytes_needed = bytes_available;
502     }
503
504     *cluster_offset = 0;
505
506     /* seek to the l2 offset in the l1 table */
507
508     l1_index = offset >> l1_bits;
509     if (l1_index >= s->l1_size) {
510         ret = QCOW2_CLUSTER_UNALLOCATED;
511         goto out;
512     }
513
514     l2_offset = s->l1_table[l1_index] & L1E_OFFSET_MASK;
515     if (!l2_offset) {
516         ret = QCOW2_CLUSTER_UNALLOCATED;
517         goto out;
518     }
519
520     if (offset_into_cluster(s, l2_offset)) {
521         qcow2_signal_corruption(bs, true, -1, -1, "L2 table offset %#" PRIx64
522                                 " unaligned (L1 index: %#" PRIx64 ")",
523                                 l2_offset, l1_index);
524         return -EIO;
525     }
526
527     /* load the l2 table in memory */
528
529     ret = l2_load(bs, l2_offset, &l2_table);
530     if (ret < 0) {
531         return ret;
532     }
533
534     /* find the cluster offset for the given disk offset */
535
536     l2_index = (offset >> s->cluster_bits) & (s->l2_size - 1);
537     *cluster_offset = be64_to_cpu(l2_table[l2_index]);
538
539     nb_clusters = size_to_clusters(s, bytes_needed);
540     /* bytes_needed <= *bytes + offset_in_cluster, both of which are unsigned
541      * integers; the minimum cluster size is 512, so this assertion is always
542      * true */
543     assert(nb_clusters <= INT_MAX);
544
545     ret = qcow2_get_cluster_type(*cluster_offset);
546     switch (ret) {
547     case QCOW2_CLUSTER_COMPRESSED:
548         /* Compressed clusters can only be processed one by one */
549         c = 1;
550         *cluster_offset &= L2E_COMPRESSED_OFFSET_SIZE_MASK;
551         break;
552     case QCOW2_CLUSTER_ZERO:
553         if (s->qcow_version < 3) {
554             qcow2_signal_corruption(bs, true, -1, -1, "Zero cluster entry found"
555                                     " in pre-v3 image (L2 offset: %#" PRIx64
556                                     ", L2 index: %#x)", l2_offset, l2_index);
557             ret = -EIO;
558             goto fail;
559         }
560         c = count_contiguous_clusters_by_type(nb_clusters, &l2_table[l2_index],
561                                               QCOW2_CLUSTER_ZERO);
562         *cluster_offset = 0;
563         break;
564     case QCOW2_CLUSTER_UNALLOCATED:
565         /* how many empty clusters ? */
566         c = count_contiguous_clusters_by_type(nb_clusters, &l2_table[l2_index],
567                                               QCOW2_CLUSTER_UNALLOCATED);
568         *cluster_offset = 0;
569         break;
570     case QCOW2_CLUSTER_NORMAL:
571         /* how many allocated clusters ? */
572         c = count_contiguous_clusters(nb_clusters, s->cluster_size,
573                 &l2_table[l2_index], QCOW_OFLAG_ZERO);
574         *cluster_offset &= L2E_OFFSET_MASK;
575         if (offset_into_cluster(s, *cluster_offset)) {
576             qcow2_signal_corruption(bs, true, -1, -1, "Data cluster offset %#"
577                                     PRIx64 " unaligned (L2 offset: %#" PRIx64
578                                     ", L2 index: %#x)", *cluster_offset,
579                                     l2_offset, l2_index);
580             ret = -EIO;
581             goto fail;
582         }
583         break;
584     default:
585         abort();
586     }
587
588     qcow2_cache_put(bs, s->l2_table_cache, (void**) &l2_table);
589
590     bytes_available = (int64_t)c * s->cluster_size;
591
592 out:
593     if (bytes_available > bytes_needed) {
594         bytes_available = bytes_needed;
595     }
596
597     /* bytes_available <= bytes_needed <= *bytes + offset_in_cluster;
598      * subtracting offset_in_cluster will therefore definitely yield something
599      * not exceeding UINT_MAX */
600     assert(bytes_available - offset_in_cluster <= UINT_MAX);
601     *bytes = bytes_available - offset_in_cluster;
602
603     return ret;
604
605 fail:
606     qcow2_cache_put(bs, s->l2_table_cache, (void **)&l2_table);
607     return ret;
608 }
609
610 /*
611  * get_cluster_table
612  *
613  * for a given disk offset, load (and allocate if needed)
614  * the l2 table.
615  *
616  * the l2 table offset in the qcow2 file and the cluster index
617  * in the l2 table are given to the caller.
618  *
619  * Returns 0 on success, -errno in failure case
620  */
621 static int get_cluster_table(BlockDriverState *bs, uint64_t offset,
622                              uint64_t **new_l2_table,
623                              int *new_l2_index)
624 {
625     BDRVQcow2State *s = bs->opaque;
626     unsigned int l2_index;
627     uint64_t l1_index, l2_offset;
628     uint64_t *l2_table = NULL;
629     int ret;
630
631     /* seek to the l2 offset in the l1 table */
632
633     l1_index = offset >> (s->l2_bits + s->cluster_bits);
634     if (l1_index >= s->l1_size) {
635         ret = qcow2_grow_l1_table(bs, l1_index + 1, false);
636         if (ret < 0) {
637             return ret;
638         }
639     }
640
641     assert(l1_index < s->l1_size);
642     l2_offset = s->l1_table[l1_index] & L1E_OFFSET_MASK;
643     if (offset_into_cluster(s, l2_offset)) {
644         qcow2_signal_corruption(bs, true, -1, -1, "L2 table offset %#" PRIx64
645                                 " unaligned (L1 index: %#" PRIx64 ")",
646                                 l2_offset, l1_index);
647         return -EIO;
648     }
649
650     /* seek the l2 table of the given l2 offset */
651
652     if (s->l1_table[l1_index] & QCOW_OFLAG_COPIED) {
653         /* load the l2 table in memory */
654         ret = l2_load(bs, l2_offset, &l2_table);
655         if (ret < 0) {
656             return ret;
657         }
658     } else {
659         /* First allocate a new L2 table (and do COW if needed) */
660         ret = l2_allocate(bs, l1_index, &l2_table);
661         if (ret < 0) {
662             return ret;
663         }
664
665         /* Then decrease the refcount of the old table */
666         if (l2_offset) {
667             qcow2_free_clusters(bs, l2_offset, s->l2_size * sizeof(uint64_t),
668                                 QCOW2_DISCARD_OTHER);
669         }
670     }
671
672     /* find the cluster offset for the given disk offset */
673
674     l2_index = (offset >> s->cluster_bits) & (s->l2_size - 1);
675
676     *new_l2_table = l2_table;
677     *new_l2_index = l2_index;
678
679     return 0;
680 }
681
682 /*
683  * alloc_compressed_cluster_offset
684  *
685  * For a given offset of the disk image, return cluster offset in
686  * qcow2 file.
687  *
688  * If the offset is not found, allocate a new compressed cluster.
689  *
690  * Return the cluster offset if successful,
691  * Return 0, otherwise.
692  *
693  */
694
695 uint64_t qcow2_alloc_compressed_cluster_offset(BlockDriverState *bs,
696                                                uint64_t offset,
697                                                int compressed_size)
698 {
699     BDRVQcow2State *s = bs->opaque;
700     int l2_index, ret;
701     uint64_t *l2_table;
702     int64_t cluster_offset;
703     int nb_csectors;
704
705     ret = get_cluster_table(bs, offset, &l2_table, &l2_index);
706     if (ret < 0) {
707         return 0;
708     }
709
710     /* Compression can't overwrite anything. Fail if the cluster was already
711      * allocated. */
712     cluster_offset = be64_to_cpu(l2_table[l2_index]);
713     if (cluster_offset & L2E_OFFSET_MASK) {
714         qcow2_cache_put(bs, s->l2_table_cache, (void**) &l2_table);
715         return 0;
716     }
717
718     cluster_offset = qcow2_alloc_bytes(bs, compressed_size);
719     if (cluster_offset < 0) {
720         qcow2_cache_put(bs, s->l2_table_cache, (void**) &l2_table);
721         return 0;
722     }
723
724     nb_csectors = ((cluster_offset + compressed_size - 1) >> 9) -
725                   (cluster_offset >> 9);
726
727     cluster_offset |= QCOW_OFLAG_COMPRESSED |
728                       ((uint64_t)nb_csectors << s->csize_shift);
729
730     /* update L2 table */
731
732     /* compressed clusters never have the copied flag */
733
734     BLKDBG_EVENT(bs->file, BLKDBG_L2_UPDATE_COMPRESSED);
735     qcow2_cache_entry_mark_dirty(bs, s->l2_table_cache, l2_table);
736     l2_table[l2_index] = cpu_to_be64(cluster_offset);
737     qcow2_cache_put(bs, s->l2_table_cache, (void **) &l2_table);
738
739     return cluster_offset;
740 }
741
742 static int perform_cow(BlockDriverState *bs, QCowL2Meta *m, Qcow2COWRegion *r)
743 {
744     BDRVQcow2State *s = bs->opaque;
745     int ret;
746
747     if (r->nb_bytes == 0) {
748         return 0;
749     }
750
751     qemu_co_mutex_unlock(&s->lock);
752     ret = do_perform_cow(bs, m->offset, m->alloc_offset, r->offset, r->nb_bytes);
753     qemu_co_mutex_lock(&s->lock);
754
755     if (ret < 0) {
756         return ret;
757     }
758
759     /*
760      * Before we update the L2 table to actually point to the new cluster, we
761      * need to be sure that the refcounts have been increased and COW was
762      * handled.
763      */
764     qcow2_cache_depends_on_flush(s->l2_table_cache);
765
766     return 0;
767 }
768
769 int qcow2_alloc_cluster_link_l2(BlockDriverState *bs, QCowL2Meta *m)
770 {
771     BDRVQcow2State *s = bs->opaque;
772     int i, j = 0, l2_index, ret;
773     uint64_t *old_cluster, *l2_table;
774     uint64_t cluster_offset = m->alloc_offset;
775
776     trace_qcow2_cluster_link_l2(qemu_coroutine_self(), m->nb_clusters);
777     assert(m->nb_clusters > 0);
778
779     old_cluster = g_try_new(uint64_t, m->nb_clusters);
780     if (old_cluster == NULL) {
781         ret = -ENOMEM;
782         goto err;
783     }
784
785     /* copy content of unmodified sectors */
786     ret = perform_cow(bs, m, &m->cow_start);
787     if (ret < 0) {
788         goto err;
789     }
790
791     ret = perform_cow(bs, m, &m->cow_end);
792     if (ret < 0) {
793         goto err;
794     }
795
796     /* Update L2 table. */
797     if (s->use_lazy_refcounts) {
798         qcow2_mark_dirty(bs);
799     }
800     if (qcow2_need_accurate_refcounts(s)) {
801         qcow2_cache_set_dependency(bs, s->l2_table_cache,
802                                    s->refcount_block_cache);
803     }
804
805     ret = get_cluster_table(bs, m->offset, &l2_table, &l2_index);
806     if (ret < 0) {
807         goto err;
808     }
809     qcow2_cache_entry_mark_dirty(bs, s->l2_table_cache, l2_table);
810
811     assert(l2_index + m->nb_clusters <= s->l2_size);
812     for (i = 0; i < m->nb_clusters; i++) {
813         /* if two concurrent writes happen to the same unallocated cluster
814          * each write allocates separate cluster and writes data concurrently.
815          * The first one to complete updates l2 table with pointer to its
816          * cluster the second one has to do RMW (which is done above by
817          * perform_cow()), update l2 table with its cluster pointer and free
818          * old cluster. This is what this loop does */
819         if (l2_table[l2_index + i] != 0) {
820             old_cluster[j++] = l2_table[l2_index + i];
821         }
822
823         l2_table[l2_index + i] = cpu_to_be64((cluster_offset +
824                     (i << s->cluster_bits)) | QCOW_OFLAG_COPIED);
825      }
826
827
828     qcow2_cache_put(bs, s->l2_table_cache, (void **) &l2_table);
829
830     /*
831      * If this was a COW, we need to decrease the refcount of the old cluster.
832      *
833      * Don't discard clusters that reach a refcount of 0 (e.g. compressed
834      * clusters), the next write will reuse them anyway.
835      */
836     if (j != 0) {
837         for (i = 0; i < j; i++) {
838             qcow2_free_any_clusters(bs, be64_to_cpu(old_cluster[i]), 1,
839                                     QCOW2_DISCARD_NEVER);
840         }
841     }
842
843     ret = 0;
844 err:
845     g_free(old_cluster);
846     return ret;
847  }
848
849 /*
850  * Returns the number of contiguous clusters that can be used for an allocating
851  * write, but require COW to be performed (this includes yet unallocated space,
852  * which must copy from the backing file)
853  */
854 static int count_cow_clusters(BDRVQcow2State *s, int nb_clusters,
855     uint64_t *l2_table, int l2_index)
856 {
857     int i;
858
859     for (i = 0; i < nb_clusters; i++) {
860         uint64_t l2_entry = be64_to_cpu(l2_table[l2_index + i]);
861         int cluster_type = qcow2_get_cluster_type(l2_entry);
862
863         switch(cluster_type) {
864         case QCOW2_CLUSTER_NORMAL:
865             if (l2_entry & QCOW_OFLAG_COPIED) {
866                 goto out;
867             }
868             break;
869         case QCOW2_CLUSTER_UNALLOCATED:
870         case QCOW2_CLUSTER_COMPRESSED:
871         case QCOW2_CLUSTER_ZERO:
872             break;
873         default:
874             abort();
875         }
876     }
877
878 out:
879     assert(i <= nb_clusters);
880     return i;
881 }
882
883 /*
884  * Check if there already is an AIO write request in flight which allocates
885  * the same cluster. In this case we need to wait until the previous
886  * request has completed and updated the L2 table accordingly.
887  *
888  * Returns:
889  *   0       if there was no dependency. *cur_bytes indicates the number of
890  *           bytes from guest_offset that can be read before the next
891  *           dependency must be processed (or the request is complete)
892  *
893  *   -EAGAIN if we had to wait for another request, previously gathered
894  *           information on cluster allocation may be invalid now. The caller
895  *           must start over anyway, so consider *cur_bytes undefined.
896  */
897 static int handle_dependencies(BlockDriverState *bs, uint64_t guest_offset,
898     uint64_t *cur_bytes, QCowL2Meta **m)
899 {
900     BDRVQcow2State *s = bs->opaque;
901     QCowL2Meta *old_alloc;
902     uint64_t bytes = *cur_bytes;
903
904     QLIST_FOREACH(old_alloc, &s->cluster_allocs, next_in_flight) {
905
906         uint64_t start = guest_offset;
907         uint64_t end = start + bytes;
908         uint64_t old_start = l2meta_cow_start(old_alloc);
909         uint64_t old_end = l2meta_cow_end(old_alloc);
910
911         if (end <= old_start || start >= old_end) {
912             /* No intersection */
913         } else {
914             if (start < old_start) {
915                 /* Stop at the start of a running allocation */
916                 bytes = old_start - start;
917             } else {
918                 bytes = 0;
919             }
920
921             /* Stop if already an l2meta exists. After yielding, it wouldn't
922              * be valid any more, so we'd have to clean up the old L2Metas
923              * and deal with requests depending on them before starting to
924              * gather new ones. Not worth the trouble. */
925             if (bytes == 0 && *m) {
926                 *cur_bytes = 0;
927                 return 0;
928             }
929
930             if (bytes == 0) {
931                 /* Wait for the dependency to complete. We need to recheck
932                  * the free/allocated clusters when we continue. */
933                 qemu_co_mutex_unlock(&s->lock);
934                 qemu_co_queue_wait(&old_alloc->dependent_requests);
935                 qemu_co_mutex_lock(&s->lock);
936                 return -EAGAIN;
937             }
938         }
939     }
940
941     /* Make sure that existing clusters and new allocations are only used up to
942      * the next dependency if we shortened the request above */
943     *cur_bytes = bytes;
944
945     return 0;
946 }
947
948 /*
949  * Checks how many already allocated clusters that don't require a copy on
950  * write there are at the given guest_offset (up to *bytes). If
951  * *host_offset is not zero, only physically contiguous clusters beginning at
952  * this host offset are counted.
953  *
954  * Note that guest_offset may not be cluster aligned. In this case, the
955  * returned *host_offset points to exact byte referenced by guest_offset and
956  * therefore isn't cluster aligned as well.
957  *
958  * Returns:
959  *   0:     if no allocated clusters are available at the given offset.
960  *          *bytes is normally unchanged. It is set to 0 if the cluster
961  *          is allocated and doesn't need COW, but doesn't have the right
962  *          physical offset.
963  *
964  *   1:     if allocated clusters that don't require a COW are available at
965  *          the requested offset. *bytes may have decreased and describes
966  *          the length of the area that can be written to.
967  *
968  *  -errno: in error cases
969  */
970 static int handle_copied(BlockDriverState *bs, uint64_t guest_offset,
971     uint64_t *host_offset, uint64_t *bytes, QCowL2Meta **m)
972 {
973     BDRVQcow2State *s = bs->opaque;
974     int l2_index;
975     uint64_t cluster_offset;
976     uint64_t *l2_table;
977     uint64_t nb_clusters;
978     unsigned int keep_clusters;
979     int ret;
980
981     trace_qcow2_handle_copied(qemu_coroutine_self(), guest_offset, *host_offset,
982                               *bytes);
983
984     assert(*host_offset == 0 ||    offset_into_cluster(s, guest_offset)
985                                 == offset_into_cluster(s, *host_offset));
986
987     /*
988      * Calculate the number of clusters to look for. We stop at L2 table
989      * boundaries to keep things simple.
990      */
991     nb_clusters =
992         size_to_clusters(s, offset_into_cluster(s, guest_offset) + *bytes);
993
994     l2_index = offset_to_l2_index(s, guest_offset);
995     nb_clusters = MIN(nb_clusters, s->l2_size - l2_index);
996     assert(nb_clusters <= INT_MAX);
997
998     /* Find L2 entry for the first involved cluster */
999     ret = get_cluster_table(bs, guest_offset, &l2_table, &l2_index);
1000     if (ret < 0) {
1001         return ret;
1002     }
1003
1004     cluster_offset = be64_to_cpu(l2_table[l2_index]);
1005
1006     /* Check how many clusters are already allocated and don't need COW */
1007     if (qcow2_get_cluster_type(cluster_offset) == QCOW2_CLUSTER_NORMAL
1008         && (cluster_offset & QCOW_OFLAG_COPIED))
1009     {
1010         /* If a specific host_offset is required, check it */
1011         bool offset_matches =
1012             (cluster_offset & L2E_OFFSET_MASK) == *host_offset;
1013
1014         if (offset_into_cluster(s, cluster_offset & L2E_OFFSET_MASK)) {
1015             qcow2_signal_corruption(bs, true, -1, -1, "Data cluster offset "
1016                                     "%#llx unaligned (guest offset: %#" PRIx64
1017                                     ")", cluster_offset & L2E_OFFSET_MASK,
1018                                     guest_offset);
1019             ret = -EIO;
1020             goto out;
1021         }
1022
1023         if (*host_offset != 0 && !offset_matches) {
1024             *bytes = 0;
1025             ret = 0;
1026             goto out;
1027         }
1028
1029         /* We keep all QCOW_OFLAG_COPIED clusters */
1030         keep_clusters =
1031             count_contiguous_clusters(nb_clusters, s->cluster_size,
1032                                       &l2_table[l2_index],
1033                                       QCOW_OFLAG_COPIED | QCOW_OFLAG_ZERO);
1034         assert(keep_clusters <= nb_clusters);
1035
1036         *bytes = MIN(*bytes,
1037                  keep_clusters * s->cluster_size
1038                  - offset_into_cluster(s, guest_offset));
1039
1040         ret = 1;
1041     } else {
1042         ret = 0;
1043     }
1044
1045     /* Cleanup */
1046 out:
1047     qcow2_cache_put(bs, s->l2_table_cache, (void **) &l2_table);
1048
1049     /* Only return a host offset if we actually made progress. Otherwise we
1050      * would make requirements for handle_alloc() that it can't fulfill */
1051     if (ret > 0) {
1052         *host_offset = (cluster_offset & L2E_OFFSET_MASK)
1053                      + offset_into_cluster(s, guest_offset);
1054     }
1055
1056     return ret;
1057 }
1058
1059 /*
1060  * Allocates new clusters for the given guest_offset.
1061  *
1062  * At most *nb_clusters are allocated, and on return *nb_clusters is updated to
1063  * contain the number of clusters that have been allocated and are contiguous
1064  * in the image file.
1065  *
1066  * If *host_offset is non-zero, it specifies the offset in the image file at
1067  * which the new clusters must start. *nb_clusters can be 0 on return in this
1068  * case if the cluster at host_offset is already in use. If *host_offset is
1069  * zero, the clusters can be allocated anywhere in the image file.
1070  *
1071  * *host_offset is updated to contain the offset into the image file at which
1072  * the first allocated cluster starts.
1073  *
1074  * Return 0 on success and -errno in error cases. -EAGAIN means that the
1075  * function has been waiting for another request and the allocation must be
1076  * restarted, but the whole request should not be failed.
1077  */
1078 static int do_alloc_cluster_offset(BlockDriverState *bs, uint64_t guest_offset,
1079                                    uint64_t *host_offset, uint64_t *nb_clusters)
1080 {
1081     BDRVQcow2State *s = bs->opaque;
1082
1083     trace_qcow2_do_alloc_clusters_offset(qemu_coroutine_self(), guest_offset,
1084                                          *host_offset, *nb_clusters);
1085
1086     /* Allocate new clusters */
1087     trace_qcow2_cluster_alloc_phys(qemu_coroutine_self());
1088     if (*host_offset == 0) {
1089         int64_t cluster_offset =
1090             qcow2_alloc_clusters(bs, *nb_clusters * s->cluster_size);
1091         if (cluster_offset < 0) {
1092             return cluster_offset;
1093         }
1094         *host_offset = cluster_offset;
1095         return 0;
1096     } else {
1097         int64_t ret = qcow2_alloc_clusters_at(bs, *host_offset, *nb_clusters);
1098         if (ret < 0) {
1099             return ret;
1100         }
1101         *nb_clusters = ret;
1102         return 0;
1103     }
1104 }
1105
1106 /*
1107  * Allocates new clusters for an area that either is yet unallocated or needs a
1108  * copy on write. If *host_offset is non-zero, clusters are only allocated if
1109  * the new allocation can match the specified host offset.
1110  *
1111  * Note that guest_offset may not be cluster aligned. In this case, the
1112  * returned *host_offset points to exact byte referenced by guest_offset and
1113  * therefore isn't cluster aligned as well.
1114  *
1115  * Returns:
1116  *   0:     if no clusters could be allocated. *bytes is set to 0,
1117  *          *host_offset is left unchanged.
1118  *
1119  *   1:     if new clusters were allocated. *bytes may be decreased if the
1120  *          new allocation doesn't cover all of the requested area.
1121  *          *host_offset is updated to contain the host offset of the first
1122  *          newly allocated cluster.
1123  *
1124  *  -errno: in error cases
1125  */
1126 static int handle_alloc(BlockDriverState *bs, uint64_t guest_offset,
1127     uint64_t *host_offset, uint64_t *bytes, QCowL2Meta **m)
1128 {
1129     BDRVQcow2State *s = bs->opaque;
1130     int l2_index;
1131     uint64_t *l2_table;
1132     uint64_t entry;
1133     uint64_t nb_clusters;
1134     int ret;
1135
1136     uint64_t alloc_cluster_offset;
1137
1138     trace_qcow2_handle_alloc(qemu_coroutine_self(), guest_offset, *host_offset,
1139                              *bytes);
1140     assert(*bytes > 0);
1141
1142     /*
1143      * Calculate the number of clusters to look for. We stop at L2 table
1144      * boundaries to keep things simple.
1145      */
1146     nb_clusters =
1147         size_to_clusters(s, offset_into_cluster(s, guest_offset) + *bytes);
1148
1149     l2_index = offset_to_l2_index(s, guest_offset);
1150     nb_clusters = MIN(nb_clusters, s->l2_size - l2_index);
1151     assert(nb_clusters <= INT_MAX);
1152
1153     /* Find L2 entry for the first involved cluster */
1154     ret = get_cluster_table(bs, guest_offset, &l2_table, &l2_index);
1155     if (ret < 0) {
1156         return ret;
1157     }
1158
1159     entry = be64_to_cpu(l2_table[l2_index]);
1160
1161     /* For the moment, overwrite compressed clusters one by one */
1162     if (entry & QCOW_OFLAG_COMPRESSED) {
1163         nb_clusters = 1;
1164     } else {
1165         nb_clusters = count_cow_clusters(s, nb_clusters, l2_table, l2_index);
1166     }
1167
1168     /* This function is only called when there were no non-COW clusters, so if
1169      * we can't find any unallocated or COW clusters either, something is
1170      * wrong with our code. */
1171     assert(nb_clusters > 0);
1172
1173     qcow2_cache_put(bs, s->l2_table_cache, (void **) &l2_table);
1174
1175     /* Allocate, if necessary at a given offset in the image file */
1176     alloc_cluster_offset = start_of_cluster(s, *host_offset);
1177     ret = do_alloc_cluster_offset(bs, guest_offset, &alloc_cluster_offset,
1178                                   &nb_clusters);
1179     if (ret < 0) {
1180         goto fail;
1181     }
1182
1183     /* Can't extend contiguous allocation */
1184     if (nb_clusters == 0) {
1185         *bytes = 0;
1186         return 0;
1187     }
1188
1189     /* !*host_offset would overwrite the image header and is reserved for "no
1190      * host offset preferred". If 0 was a valid host offset, it'd trigger the
1191      * following overlap check; do that now to avoid having an invalid value in
1192      * *host_offset. */
1193     if (!alloc_cluster_offset) {
1194         ret = qcow2_pre_write_overlap_check(bs, 0, alloc_cluster_offset,
1195                                             nb_clusters * s->cluster_size);
1196         assert(ret < 0);
1197         goto fail;
1198     }
1199
1200     /*
1201      * Save info needed for meta data update.
1202      *
1203      * requested_bytes: Number of bytes from the start of the first
1204      * newly allocated cluster to the end of the (possibly shortened
1205      * before) write request.
1206      *
1207      * avail_bytes: Number of bytes from the start of the first
1208      * newly allocated to the end of the last newly allocated cluster.
1209      *
1210      * nb_bytes: The number of bytes from the start of the first
1211      * newly allocated cluster to the end of the area that the write
1212      * request actually writes to (excluding COW at the end)
1213      */
1214     uint64_t requested_bytes = *bytes + offset_into_cluster(s, guest_offset);
1215     int avail_bytes = MIN(INT_MAX, nb_clusters << s->cluster_bits);
1216     int nb_bytes = MIN(requested_bytes, avail_bytes);
1217     QCowL2Meta *old_m = *m;
1218
1219     *m = g_malloc0(sizeof(**m));
1220
1221     **m = (QCowL2Meta) {
1222         .next           = old_m,
1223
1224         .alloc_offset   = alloc_cluster_offset,
1225         .offset         = start_of_cluster(s, guest_offset),
1226         .nb_clusters    = nb_clusters,
1227
1228         .cow_start = {
1229             .offset     = 0,
1230             .nb_bytes   = offset_into_cluster(s, guest_offset),
1231         },
1232         .cow_end = {
1233             .offset     = nb_bytes,
1234             .nb_bytes   = avail_bytes - nb_bytes,
1235         },
1236     };
1237     qemu_co_queue_init(&(*m)->dependent_requests);
1238     QLIST_INSERT_HEAD(&s->cluster_allocs, *m, next_in_flight);
1239
1240     *host_offset = alloc_cluster_offset + offset_into_cluster(s, guest_offset);
1241     *bytes = MIN(*bytes, nb_bytes - offset_into_cluster(s, guest_offset));
1242     assert(*bytes != 0);
1243
1244     return 1;
1245
1246 fail:
1247     if (*m && (*m)->nb_clusters > 0) {
1248         QLIST_REMOVE(*m, next_in_flight);
1249     }
1250     return ret;
1251 }
1252
1253 /*
1254  * alloc_cluster_offset
1255  *
1256  * For a given offset on the virtual disk, find the cluster offset in qcow2
1257  * file. If the offset is not found, allocate a new cluster.
1258  *
1259  * If the cluster was already allocated, m->nb_clusters is set to 0 and
1260  * other fields in m are meaningless.
1261  *
1262  * If the cluster is newly allocated, m->nb_clusters is set to the number of
1263  * contiguous clusters that have been allocated. In this case, the other
1264  * fields of m are valid and contain information about the first allocated
1265  * cluster.
1266  *
1267  * If the request conflicts with another write request in flight, the coroutine
1268  * is queued and will be reentered when the dependency has completed.
1269  *
1270  * Return 0 on success and -errno in error cases
1271  */
1272 int qcow2_alloc_cluster_offset(BlockDriverState *bs, uint64_t offset,
1273                                unsigned int *bytes, uint64_t *host_offset,
1274                                QCowL2Meta **m)
1275 {
1276     BDRVQcow2State *s = bs->opaque;
1277     uint64_t start, remaining;
1278     uint64_t cluster_offset;
1279     uint64_t cur_bytes;
1280     int ret;
1281
1282     trace_qcow2_alloc_clusters_offset(qemu_coroutine_self(), offset, *bytes);
1283
1284 again:
1285     start = offset;
1286     remaining = *bytes;
1287     cluster_offset = 0;
1288     *host_offset = 0;
1289     cur_bytes = 0;
1290     *m = NULL;
1291
1292     while (true) {
1293
1294         if (!*host_offset) {
1295             *host_offset = start_of_cluster(s, cluster_offset);
1296         }
1297
1298         assert(remaining >= cur_bytes);
1299
1300         start           += cur_bytes;
1301         remaining       -= cur_bytes;
1302         cluster_offset  += cur_bytes;
1303
1304         if (remaining == 0) {
1305             break;
1306         }
1307
1308         cur_bytes = remaining;
1309
1310         /*
1311          * Now start gathering as many contiguous clusters as possible:
1312          *
1313          * 1. Check for overlaps with in-flight allocations
1314          *
1315          *      a) Overlap not in the first cluster -> shorten this request and
1316          *         let the caller handle the rest in its next loop iteration.
1317          *
1318          *      b) Real overlaps of two requests. Yield and restart the search
1319          *         for contiguous clusters (the situation could have changed
1320          *         while we were sleeping)
1321          *
1322          *      c) TODO: Request starts in the same cluster as the in-flight
1323          *         allocation ends. Shorten the COW of the in-fight allocation,
1324          *         set cluster_offset to write to the same cluster and set up
1325          *         the right synchronisation between the in-flight request and
1326          *         the new one.
1327          */
1328         ret = handle_dependencies(bs, start, &cur_bytes, m);
1329         if (ret == -EAGAIN) {
1330             /* Currently handle_dependencies() doesn't yield if we already had
1331              * an allocation. If it did, we would have to clean up the L2Meta
1332              * structs before starting over. */
1333             assert(*m == NULL);
1334             goto again;
1335         } else if (ret < 0) {
1336             return ret;
1337         } else if (cur_bytes == 0) {
1338             break;
1339         } else {
1340             /* handle_dependencies() may have decreased cur_bytes (shortened
1341              * the allocations below) so that the next dependency is processed
1342              * correctly during the next loop iteration. */
1343         }
1344
1345         /*
1346          * 2. Count contiguous COPIED clusters.
1347          */
1348         ret = handle_copied(bs, start, &cluster_offset, &cur_bytes, m);
1349         if (ret < 0) {
1350             return ret;
1351         } else if (ret) {
1352             continue;
1353         } else if (cur_bytes == 0) {
1354             break;
1355         }
1356
1357         /*
1358          * 3. If the request still hasn't completed, allocate new clusters,
1359          *    considering any cluster_offset of steps 1c or 2.
1360          */
1361         ret = handle_alloc(bs, start, &cluster_offset, &cur_bytes, m);
1362         if (ret < 0) {
1363             return ret;
1364         } else if (ret) {
1365             continue;
1366         } else {
1367             assert(cur_bytes == 0);
1368             break;
1369         }
1370     }
1371
1372     *bytes -= remaining;
1373     assert(*bytes > 0);
1374     assert(*host_offset != 0);
1375
1376     return 0;
1377 }
1378
1379 static int decompress_buffer(uint8_t *out_buf, int out_buf_size,
1380                              const uint8_t *buf, int buf_size)
1381 {
1382     z_stream strm1, *strm = &strm1;
1383     int ret, out_len;
1384
1385     memset(strm, 0, sizeof(*strm));
1386
1387     strm->next_in = (uint8_t *)buf;
1388     strm->avail_in = buf_size;
1389     strm->next_out = out_buf;
1390     strm->avail_out = out_buf_size;
1391
1392     ret = inflateInit2(strm, -12);
1393     if (ret != Z_OK)
1394         return -1;
1395     ret = inflate(strm, Z_FINISH);
1396     out_len = strm->next_out - out_buf;
1397     if ((ret != Z_STREAM_END && ret != Z_BUF_ERROR) ||
1398         out_len != out_buf_size) {
1399         inflateEnd(strm);
1400         return -1;
1401     }
1402     inflateEnd(strm);
1403     return 0;
1404 }
1405
1406 int qcow2_decompress_cluster(BlockDriverState *bs, uint64_t cluster_offset)
1407 {
1408     BDRVQcow2State *s = bs->opaque;
1409     int ret, csize, nb_csectors, sector_offset;
1410     uint64_t coffset;
1411
1412     coffset = cluster_offset & s->cluster_offset_mask;
1413     if (s->cluster_cache_offset != coffset) {
1414         nb_csectors = ((cluster_offset >> s->csize_shift) & s->csize_mask) + 1;
1415         sector_offset = coffset & 511;
1416         csize = nb_csectors * 512 - sector_offset;
1417         BLKDBG_EVENT(bs->file, BLKDBG_READ_COMPRESSED);
1418         ret = bdrv_read(bs->file, coffset >> 9, s->cluster_data,
1419                         nb_csectors);
1420         if (ret < 0) {
1421             return ret;
1422         }
1423         if (decompress_buffer(s->cluster_cache, s->cluster_size,
1424                               s->cluster_data + sector_offset, csize) < 0) {
1425             return -EIO;
1426         }
1427         s->cluster_cache_offset = coffset;
1428     }
1429     return 0;
1430 }
1431
1432 /*
1433  * This discards as many clusters of nb_clusters as possible at once (i.e.
1434  * all clusters in the same L2 table) and returns the number of discarded
1435  * clusters.
1436  */
1437 static int discard_single_l2(BlockDriverState *bs, uint64_t offset,
1438                              uint64_t nb_clusters, enum qcow2_discard_type type,
1439                              bool full_discard)
1440 {
1441     BDRVQcow2State *s = bs->opaque;
1442     uint64_t *l2_table;
1443     int l2_index;
1444     int ret;
1445     int i;
1446
1447     ret = get_cluster_table(bs, offset, &l2_table, &l2_index);
1448     if (ret < 0) {
1449         return ret;
1450     }
1451
1452     /* Limit nb_clusters to one L2 table */
1453     nb_clusters = MIN(nb_clusters, s->l2_size - l2_index);
1454     assert(nb_clusters <= INT_MAX);
1455
1456     for (i = 0; i < nb_clusters; i++) {
1457         uint64_t old_l2_entry;
1458
1459         old_l2_entry = be64_to_cpu(l2_table[l2_index + i]);
1460
1461         /*
1462          * If full_discard is false, make sure that a discarded area reads back
1463          * as zeroes for v3 images (we cannot do it for v2 without actually
1464          * writing a zero-filled buffer). We can skip the operation if the
1465          * cluster is already marked as zero, or if it's unallocated and we
1466          * don't have a backing file.
1467          *
1468          * TODO We might want to use bdrv_get_block_status(bs) here, but we're
1469          * holding s->lock, so that doesn't work today.
1470          *
1471          * If full_discard is true, the sector should not read back as zeroes,
1472          * but rather fall through to the backing file.
1473          */
1474         switch (qcow2_get_cluster_type(old_l2_entry)) {
1475             case QCOW2_CLUSTER_UNALLOCATED:
1476                 if (full_discard || !bs->backing) {
1477                     continue;
1478                 }
1479                 break;
1480
1481             case QCOW2_CLUSTER_ZERO:
1482                 if (!full_discard) {
1483                     continue;
1484                 }
1485                 break;
1486
1487             case QCOW2_CLUSTER_NORMAL:
1488             case QCOW2_CLUSTER_COMPRESSED:
1489                 break;
1490
1491             default:
1492                 abort();
1493         }
1494
1495         /* First remove L2 entries */
1496         qcow2_cache_entry_mark_dirty(bs, s->l2_table_cache, l2_table);
1497         if (!full_discard && s->qcow_version >= 3) {
1498             l2_table[l2_index + i] = cpu_to_be64(QCOW_OFLAG_ZERO);
1499         } else {
1500             l2_table[l2_index + i] = cpu_to_be64(0);
1501         }
1502
1503         /* Then decrease the refcount */
1504         qcow2_free_any_clusters(bs, old_l2_entry, 1, type);
1505     }
1506
1507     qcow2_cache_put(bs, s->l2_table_cache, (void **) &l2_table);
1508
1509     return nb_clusters;
1510 }
1511
1512 int qcow2_discard_clusters(BlockDriverState *bs, uint64_t offset,
1513     int nb_sectors, enum qcow2_discard_type type, bool full_discard)
1514 {
1515     BDRVQcow2State *s = bs->opaque;
1516     uint64_t end_offset;
1517     uint64_t nb_clusters;
1518     int ret;
1519
1520     end_offset = offset + (nb_sectors << BDRV_SECTOR_BITS);
1521
1522     /* Round start up and end down */
1523     offset = align_offset(offset, s->cluster_size);
1524     end_offset = start_of_cluster(s, end_offset);
1525
1526     if (offset > end_offset) {
1527         return 0;
1528     }
1529
1530     nb_clusters = size_to_clusters(s, end_offset - offset);
1531
1532     s->cache_discards = true;
1533
1534     /* Each L2 table is handled by its own loop iteration */
1535     while (nb_clusters > 0) {
1536         ret = discard_single_l2(bs, offset, nb_clusters, type, full_discard);
1537         if (ret < 0) {
1538             goto fail;
1539         }
1540
1541         nb_clusters -= ret;
1542         offset += (ret * s->cluster_size);
1543     }
1544
1545     ret = 0;
1546 fail:
1547     s->cache_discards = false;
1548     qcow2_process_discards(bs, ret);
1549
1550     return ret;
1551 }
1552
1553 /*
1554  * This zeroes as many clusters of nb_clusters as possible at once (i.e.
1555  * all clusters in the same L2 table) and returns the number of zeroed
1556  * clusters.
1557  */
1558 static int zero_single_l2(BlockDriverState *bs, uint64_t offset,
1559                           uint64_t nb_clusters)
1560 {
1561     BDRVQcow2State *s = bs->opaque;
1562     uint64_t *l2_table;
1563     int l2_index;
1564     int ret;
1565     int i;
1566
1567     ret = get_cluster_table(bs, offset, &l2_table, &l2_index);
1568     if (ret < 0) {
1569         return ret;
1570     }
1571
1572     /* Limit nb_clusters to one L2 table */
1573     nb_clusters = MIN(nb_clusters, s->l2_size - l2_index);
1574     assert(nb_clusters <= INT_MAX);
1575
1576     for (i = 0; i < nb_clusters; i++) {
1577         uint64_t old_offset;
1578
1579         old_offset = be64_to_cpu(l2_table[l2_index + i]);
1580
1581         /* Update L2 entries */
1582         qcow2_cache_entry_mark_dirty(bs, s->l2_table_cache, l2_table);
1583         if (old_offset & QCOW_OFLAG_COMPRESSED) {
1584             l2_table[l2_index + i] = cpu_to_be64(QCOW_OFLAG_ZERO);
1585             qcow2_free_any_clusters(bs, old_offset, 1, QCOW2_DISCARD_REQUEST);
1586         } else {
1587             l2_table[l2_index + i] |= cpu_to_be64(QCOW_OFLAG_ZERO);
1588         }
1589     }
1590
1591     qcow2_cache_put(bs, s->l2_table_cache, (void **) &l2_table);
1592
1593     return nb_clusters;
1594 }
1595
1596 int qcow2_zero_clusters(BlockDriverState *bs, uint64_t offset, int nb_sectors)
1597 {
1598     BDRVQcow2State *s = bs->opaque;
1599     uint64_t nb_clusters;
1600     int ret;
1601
1602     /* The zero flag is only supported by version 3 and newer */
1603     if (s->qcow_version < 3) {
1604         return -ENOTSUP;
1605     }
1606
1607     /* Each L2 table is handled by its own loop iteration */
1608     nb_clusters = size_to_clusters(s, nb_sectors << BDRV_SECTOR_BITS);
1609
1610     s->cache_discards = true;
1611
1612     while (nb_clusters > 0) {
1613         ret = zero_single_l2(bs, offset, nb_clusters);
1614         if (ret < 0) {
1615             goto fail;
1616         }
1617
1618         nb_clusters -= ret;
1619         offset += (ret * s->cluster_size);
1620     }
1621
1622     ret = 0;
1623 fail:
1624     s->cache_discards = false;
1625     qcow2_process_discards(bs, ret);
1626
1627     return ret;
1628 }
1629
1630 /*
1631  * Expands all zero clusters in a specific L1 table (or deallocates them, for
1632  * non-backed non-pre-allocated zero clusters).
1633  *
1634  * l1_entries and *visited_l1_entries are used to keep track of progress for
1635  * status_cb(). l1_entries contains the total number of L1 entries and
1636  * *visited_l1_entries counts all visited L1 entries.
1637  */
1638 static int expand_zero_clusters_in_l1(BlockDriverState *bs, uint64_t *l1_table,
1639                                       int l1_size, int64_t *visited_l1_entries,
1640                                       int64_t l1_entries,
1641                                       BlockDriverAmendStatusCB *status_cb,
1642                                       void *cb_opaque)
1643 {
1644     BDRVQcow2State *s = bs->opaque;
1645     bool is_active_l1 = (l1_table == s->l1_table);
1646     uint64_t *l2_table = NULL;
1647     int ret;
1648     int i, j;
1649
1650     if (!is_active_l1) {
1651         /* inactive L2 tables require a buffer to be stored in when loading
1652          * them from disk */
1653         l2_table = qemu_try_blockalign(bs->file->bs, s->cluster_size);
1654         if (l2_table == NULL) {
1655             return -ENOMEM;
1656         }
1657     }
1658
1659     for (i = 0; i < l1_size; i++) {
1660         uint64_t l2_offset = l1_table[i] & L1E_OFFSET_MASK;
1661         bool l2_dirty = false;
1662         uint64_t l2_refcount;
1663
1664         if (!l2_offset) {
1665             /* unallocated */
1666             (*visited_l1_entries)++;
1667             if (status_cb) {
1668                 status_cb(bs, *visited_l1_entries, l1_entries, cb_opaque);
1669             }
1670             continue;
1671         }
1672
1673         if (offset_into_cluster(s, l2_offset)) {
1674             qcow2_signal_corruption(bs, true, -1, -1, "L2 table offset %#"
1675                                     PRIx64 " unaligned (L1 index: %#x)",
1676                                     l2_offset, i);
1677             ret = -EIO;
1678             goto fail;
1679         }
1680
1681         if (is_active_l1) {
1682             /* get active L2 tables from cache */
1683             ret = qcow2_cache_get(bs, s->l2_table_cache, l2_offset,
1684                     (void **)&l2_table);
1685         } else {
1686             /* load inactive L2 tables from disk */
1687             ret = bdrv_read(bs->file, l2_offset / BDRV_SECTOR_SIZE,
1688                             (void *)l2_table, s->cluster_sectors);
1689         }
1690         if (ret < 0) {
1691             goto fail;
1692         }
1693
1694         ret = qcow2_get_refcount(bs, l2_offset >> s->cluster_bits,
1695                                  &l2_refcount);
1696         if (ret < 0) {
1697             goto fail;
1698         }
1699
1700         for (j = 0; j < s->l2_size; j++) {
1701             uint64_t l2_entry = be64_to_cpu(l2_table[j]);
1702             int64_t offset = l2_entry & L2E_OFFSET_MASK;
1703             int cluster_type = qcow2_get_cluster_type(l2_entry);
1704             bool preallocated = offset != 0;
1705
1706             if (cluster_type != QCOW2_CLUSTER_ZERO) {
1707                 continue;
1708             }
1709
1710             if (!preallocated) {
1711                 if (!bs->backing) {
1712                     /* not backed; therefore we can simply deallocate the
1713                      * cluster */
1714                     l2_table[j] = 0;
1715                     l2_dirty = true;
1716                     continue;
1717                 }
1718
1719                 offset = qcow2_alloc_clusters(bs, s->cluster_size);
1720                 if (offset < 0) {
1721                     ret = offset;
1722                     goto fail;
1723                 }
1724
1725                 if (l2_refcount > 1) {
1726                     /* For shared L2 tables, set the refcount accordingly (it is
1727                      * already 1 and needs to be l2_refcount) */
1728                     ret = qcow2_update_cluster_refcount(bs,
1729                             offset >> s->cluster_bits,
1730                             refcount_diff(1, l2_refcount), false,
1731                             QCOW2_DISCARD_OTHER);
1732                     if (ret < 0) {
1733                         qcow2_free_clusters(bs, offset, s->cluster_size,
1734                                             QCOW2_DISCARD_OTHER);
1735                         goto fail;
1736                     }
1737                 }
1738             }
1739
1740             if (offset_into_cluster(s, offset)) {
1741                 qcow2_signal_corruption(bs, true, -1, -1, "Data cluster offset "
1742                                         "%#" PRIx64 " unaligned (L2 offset: %#"
1743                                         PRIx64 ", L2 index: %#x)", offset,
1744                                         l2_offset, j);
1745                 if (!preallocated) {
1746                     qcow2_free_clusters(bs, offset, s->cluster_size,
1747                                         QCOW2_DISCARD_ALWAYS);
1748                 }
1749                 ret = -EIO;
1750                 goto fail;
1751             }
1752
1753             ret = qcow2_pre_write_overlap_check(bs, 0, offset, s->cluster_size);
1754             if (ret < 0) {
1755                 if (!preallocated) {
1756                     qcow2_free_clusters(bs, offset, s->cluster_size,
1757                                         QCOW2_DISCARD_ALWAYS);
1758                 }
1759                 goto fail;
1760             }
1761
1762             ret = bdrv_pwrite_zeroes(bs->file, offset, s->cluster_size, 0);
1763             if (ret < 0) {
1764                 if (!preallocated) {
1765                     qcow2_free_clusters(bs, offset, s->cluster_size,
1766                                         QCOW2_DISCARD_ALWAYS);
1767                 }
1768                 goto fail;
1769             }
1770
1771             if (l2_refcount == 1) {
1772                 l2_table[j] = cpu_to_be64(offset | QCOW_OFLAG_COPIED);
1773             } else {
1774                 l2_table[j] = cpu_to_be64(offset);
1775             }
1776             l2_dirty = true;
1777         }
1778
1779         if (is_active_l1) {
1780             if (l2_dirty) {
1781                 qcow2_cache_entry_mark_dirty(bs, s->l2_table_cache, l2_table);
1782                 qcow2_cache_depends_on_flush(s->l2_table_cache);
1783             }
1784             qcow2_cache_put(bs, s->l2_table_cache, (void **) &l2_table);
1785         } else {
1786             if (l2_dirty) {
1787                 ret = qcow2_pre_write_overlap_check(bs,
1788                         QCOW2_OL_INACTIVE_L2 | QCOW2_OL_ACTIVE_L2, l2_offset,
1789                         s->cluster_size);
1790                 if (ret < 0) {
1791                     goto fail;
1792                 }
1793
1794                 ret = bdrv_write(bs->file, l2_offset / BDRV_SECTOR_SIZE,
1795                                  (void *)l2_table, s->cluster_sectors);
1796                 if (ret < 0) {
1797                     goto fail;
1798                 }
1799             }
1800         }
1801
1802         (*visited_l1_entries)++;
1803         if (status_cb) {
1804             status_cb(bs, *visited_l1_entries, l1_entries, cb_opaque);
1805         }
1806     }
1807
1808     ret = 0;
1809
1810 fail:
1811     if (l2_table) {
1812         if (!is_active_l1) {
1813             qemu_vfree(l2_table);
1814         } else {
1815             qcow2_cache_put(bs, s->l2_table_cache, (void **) &l2_table);
1816         }
1817     }
1818     return ret;
1819 }
1820
1821 /*
1822  * For backed images, expands all zero clusters on the image. For non-backed
1823  * images, deallocates all non-pre-allocated zero clusters (and claims the
1824  * allocation for pre-allocated ones). This is important for downgrading to a
1825  * qcow2 version which doesn't yet support metadata zero clusters.
1826  */
1827 int qcow2_expand_zero_clusters(BlockDriverState *bs,
1828                                BlockDriverAmendStatusCB *status_cb,
1829                                void *cb_opaque)
1830 {
1831     BDRVQcow2State *s = bs->opaque;
1832     uint64_t *l1_table = NULL;
1833     int64_t l1_entries = 0, visited_l1_entries = 0;
1834     int ret;
1835     int i, j;
1836
1837     if (status_cb) {
1838         l1_entries = s->l1_size;
1839         for (i = 0; i < s->nb_snapshots; i++) {
1840             l1_entries += s->snapshots[i].l1_size;
1841         }
1842     }
1843
1844     ret = expand_zero_clusters_in_l1(bs, s->l1_table, s->l1_size,
1845                                      &visited_l1_entries, l1_entries,
1846                                      status_cb, cb_opaque);
1847     if (ret < 0) {
1848         goto fail;
1849     }
1850
1851     /* Inactive L1 tables may point to active L2 tables - therefore it is
1852      * necessary to flush the L2 table cache before trying to access the L2
1853      * tables pointed to by inactive L1 entries (else we might try to expand
1854      * zero clusters that have already been expanded); furthermore, it is also
1855      * necessary to empty the L2 table cache, since it may contain tables which
1856      * are now going to be modified directly on disk, bypassing the cache.
1857      * qcow2_cache_empty() does both for us. */
1858     ret = qcow2_cache_empty(bs, s->l2_table_cache);
1859     if (ret < 0) {
1860         goto fail;
1861     }
1862
1863     for (i = 0; i < s->nb_snapshots; i++) {
1864         int l1_sectors = DIV_ROUND_UP(s->snapshots[i].l1_size *
1865                                       sizeof(uint64_t), BDRV_SECTOR_SIZE);
1866
1867         l1_table = g_realloc(l1_table, l1_sectors * BDRV_SECTOR_SIZE);
1868
1869         ret = bdrv_read(bs->file,
1870                         s->snapshots[i].l1_table_offset / BDRV_SECTOR_SIZE,
1871                         (void *)l1_table, l1_sectors);
1872         if (ret < 0) {
1873             goto fail;
1874         }
1875
1876         for (j = 0; j < s->snapshots[i].l1_size; j++) {
1877             be64_to_cpus(&l1_table[j]);
1878         }
1879
1880         ret = expand_zero_clusters_in_l1(bs, l1_table, s->snapshots[i].l1_size,
1881                                          &visited_l1_entries, l1_entries,
1882                                          status_cb, cb_opaque);
1883         if (ret < 0) {
1884             goto fail;
1885         }
1886     }
1887
1888     ret = 0;
1889
1890 fail:
1891     g_free(l1_table);
1892     return ret;
1893 }