git.maemo.org Git - qemu/blob - block-vpc.c

   1 /*
   2  * Block driver for Conectix/Microsoft Virtual PC images
   3  *
   4  * Copyright (c) 2005 Alex Beregszaszi
   5  * Copyright (c) 2009 Kevin Wolf <kwolf@suse.de>
   6  *
   7  * Permission is hereby granted, free of charge, to any person obtaining a copy
   8  * of this software and associated documentation files (the "Software"), to deal
   9  * in the Software without restriction, including without limitation the rights
  10  * to use, copy, modify, merge, publish, distribute, sublicense, and/or sell
  11  * copies of the Software, and to permit persons to whom the Software is
  12  * furnished to do so, subject to the following conditions:
  13  *
  14  * The above copyright notice and this permission notice shall be included in
  15  * all copies or substantial portions of the Software.
  16  *
  17  * THE SOFTWARE IS PROVIDED "AS IS", WITHOUT WARRANTY OF ANY KIND, EXPRESS OR
  18  * IMPLIED, INCLUDING BUT NOT LIMITED TO THE WARRANTIES OF MERCHANTABILITY,
  19  * FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE AND NONINFRINGEMENT. IN NO EVENT SHALL
  20  * THE AUTHORS OR COPYRIGHT HOLDERS BE LIABLE FOR ANY CLAIM, DAMAGES OR OTHER
  21  * LIABILITY, WHETHER IN AN ACTION OF CONTRACT, TORT OR OTHERWISE, ARISING FROM,
  22  * OUT OF OR IN CONNECTION WITH THE SOFTWARE OR THE USE OR OTHER DEALINGS IN
  23  * THE SOFTWARE.
  24  */
  25 #include "qemu-common.h"
  26 #include "block_int.h"
  27
  28 /**************************************************************/
  29
  30 #define HEADER_SIZE 512
  31
  32 //#define CACHE
  33
  34 enum vhd_type {
  35     VHD_FIXED           = 2,
  36     VHD_DYNAMIC         = 3,
  37     VHD_DIFFERENCING    = 4,
  38 };
  39
  40 // Seconds since Jan 1, 2000 0:00:00 (UTC)
  41 #define VHD_TIMESTAMP_BASE 946684800
  42
  43 // always big-endian
  44 struct vhd_footer {
  45     char        creator[8]; // "conectix"
  46     uint32_t    features;
  47     uint32_t    version;
  48
  49     // Offset of next header structure, 0xFFFFFFFF if none
  50     uint64_t    data_offset;
  51
  52     // Seconds since Jan 1, 2000 0:00:00 (UTC)
  53     uint32_t    timestamp;
  54
  55     char        creator_app[4]; // "vpc "
  56     uint16_t    major;
  57     uint16_t    minor;
  58     char        creator_os[4]; // "Wi2k"
  59
  60     uint64_t    orig_size;
  61     uint64_t    size;
  62
  63     uint16_t    cyls;
  64     uint8_t     heads;
  65     uint8_t     secs_per_cyl;
  66
  67     uint32_t    type;
  68
  69     // Checksum of the Hard Disk Footer ("one's complement of the sum of all
  70     // the bytes in the footer without the checksum field")
  71     uint32_t    checksum;
  72
  73     // UUID used to identify a parent hard disk (backing file)
  74     uint8_t     uuid[16];
  75
  76     uint8_t     in_saved_state;
  77 };
  78
  79 struct vhd_dyndisk_header {
  80     char        magic[8]; // "cxsparse"
  81
  82     // Offset of next header structure, 0xFFFFFFFF if none
  83     uint64_t    data_offset;
  84
  85     // Offset of the Block Allocation Table (BAT)
  86     uint64_t    table_offset;
  87
  88     uint32_t    version;
  89     uint32_t    max_table_entries; // 32bit/entry
  90
  91     // 2 MB by default, must be a power of two
  92     uint32_t    block_size;
  93
  94     uint32_t    checksum;
  95     uint8_t     parent_uuid[16];
  96     uint32_t    parent_timestamp;
  97     uint32_t    reserved;
  98
  99     // Backing file name (in UTF-16)
 100     uint8_t     parent_name[512];
 101
 102     struct {
 103         uint32_t    platform;
 104         uint32_t    data_space;
 105         uint32_t    data_length;
 106         uint32_t    reserved;
 107         uint64_t    data_offset;
 108     } parent_locator[8];
 109 };
 110
 111 typedef struct BDRVVPCState {
 112     BlockDriverState *hd;
 113
 114     uint8_t footer_buf[HEADER_SIZE];
 115     uint64_t free_data_block_offset;
 116     int max_table_entries;
 117     uint32_t *pagetable;
 118     uint64_t bat_offset;
 119     uint64_t last_bitmap_offset;
 120
 121     uint32_t block_size;
 122     uint32_t bitmap_size;
 123
 124 #ifdef CACHE
 125     uint8_t *pageentry_u8;
 126     uint32_t *pageentry_u32;
 127     uint16_t *pageentry_u16;
 128
 129     uint64_t last_bitmap;
 130 #endif
 131 } BDRVVPCState;
 132
 133 static uint32_t vpc_checksum(uint8_t* buf, size_t size)
 134 {
 135     uint32_t res = 0;
 136     int i;
 137
 138     for (i = 0; i < size; i++)
 139         res += buf[i];
 140
 141     return ~res;
 142 }
 143
 144
 145 static int vpc_probe(const uint8_t *buf, int buf_size, const char *filename)
 146 {
 147     if (buf_size >= 8 && !strncmp((char *)buf, "conectix", 8))
 148         return 100;
 149     return 0;
 150 }
 151
 152 static int vpc_open(BlockDriverState *bs, const char *filename, int flags)
 153 {
 154     BDRVVPCState *s = bs->opaque;
 155     int ret, i;
 156     struct vhd_footer* footer;
 157     struct vhd_dyndisk_header* dyndisk_header;
 158     uint8_t buf[HEADER_SIZE];
 159     uint32_t checksum;
 160
 161     ret = bdrv_file_open(&s->hd, filename, flags);
 162     if (ret < 0)
 163         return ret;
 164
 165     if (bdrv_pread(s->hd, 0, s->footer_buf, HEADER_SIZE) != HEADER_SIZE)
 166         goto fail;
 167
 168     footer = (struct vhd_footer*) s->footer_buf;
 169     if (strncmp(footer->creator, "conectix", 8))
 170         goto fail;
 171
 172     checksum = be32_to_cpu(footer->checksum);
 173     footer->checksum = 0;
 174     if (vpc_checksum(s->footer_buf, HEADER_SIZE) != checksum)
 175         fprintf(stderr, "block-vpc: The header checksum of '%s' is "
 176             "incorrect.\n", filename);
 177
 178     // The visible size of a image in Virtual PC depends on the geometry
 179     // rather than on the size stored in the footer (the size in the footer
 180     // is too large usually)
 181     bs->total_sectors = (int64_t)
 182         be16_to_cpu(footer->cyls) * footer->heads * footer->secs_per_cyl;
 183
 184     if (bdrv_pread(s->hd, be64_to_cpu(footer->data_offset), buf, HEADER_SIZE)
 185             != HEADER_SIZE)
 186         goto fail;
 187
 188     dyndisk_header = (struct vhd_dyndisk_header*) buf;
 189
 190     if (strncmp(dyndisk_header->magic, "cxsparse", 8))
 191         goto fail;
 192
 193
 194     s->block_size = be32_to_cpu(dyndisk_header->block_size);
 195     s->bitmap_size = ((s->block_size / (8 * 512)) + 511) & ~511;
 196
 197     s->max_table_entries = be32_to_cpu(dyndisk_header->max_table_entries);
 198     s->pagetable = qemu_malloc(s->max_table_entries * 4);
 199     if (!s->pagetable)
 200         goto fail;
 201
 202     s->bat_offset = be64_to_cpu(dyndisk_header->table_offset);
 203     if (bdrv_pread(s->hd, s->bat_offset, s->pagetable,
 204             s->max_table_entries * 4) != s->max_table_entries * 4)
 205             goto fail;
 206
 207     s->free_data_block_offset =
 208         (s->bat_offset + (s->max_table_entries * 4) + 511) & ~511;
 209
 210     for (i = 0; i < s->max_table_entries; i++) {
 211         be32_to_cpus(&s->pagetable[i]);
 212         if (s->pagetable[i] != 0xFFFFFFFF) {
 213             int64_t next = (512 * (int64_t) s->pagetable[i]) +
 214                 s->bitmap_size + s->block_size;
 215
 216             if (next> s->free_data_block_offset)
 217                 s->free_data_block_offset = next;
 218         }
 219     }
 220
 221     s->last_bitmap_offset = (int64_t) -1;
 222
 223 #ifdef CACHE
 224     s->pageentry_u8 = qemu_malloc(512);
 225     if (!s->pageentry_u8)
 226         goto fail;
 227     s->pageentry_u32 = s->pageentry_u8;
 228     s->pageentry_u16 = s->pageentry_u8;
 229     s->last_pagetable = -1;
 230 #endif
 231
 232     return 0;
 233  fail:
 234     bdrv_delete(s->hd);
 235     return -1;
 236 }
 237
 238 /*
 239  * Returns the absolute byte offset of the given sector in the image file.
 240  * If the sector is not allocated, -1 is returned instead.
 241  *
 242  * The parameter write must be 1 if the offset will be used for a write
 243  * operation (the block bitmaps is updated then), 0 otherwise.
 244  */
 245 static inline int64_t get_sector_offset(BlockDriverState *bs,
 246     int64_t sector_num, int write)
 247 {
 248     BDRVVPCState *s = bs->opaque;
 249     uint64_t offset = sector_num * 512;
 250     uint64_t bitmap_offset, block_offset;
 251     uint32_t pagetable_index, pageentry_index;
 252
 253     pagetable_index = offset / s->block_size;
 254     pageentry_index = (offset % s->block_size) / 512;
 255
 256     if (pagetable_index >= s->max_table_entries || s->pagetable[pagetable_index] == 0xffffffff)
 257         return -1; // not allocated
 258
 259     bitmap_offset = 512 * (uint64_t) s->pagetable[pagetable_index];
 260     block_offset = bitmap_offset + s->bitmap_size + (512 * pageentry_index);
 261
 262     // We must ensure that we don't write to any sectors which are marked as
 263     // unused in the bitmap. We get away with setting all bits in the block
 264     // bitmap each time we write to a new block. This might cause Virtual PC to
 265     // miss sparse read optimization, but it's not a problem in terms of
 266     // correctness.
 267     if (write && (s->last_bitmap_offset != bitmap_offset)) {
 268         uint8_t bitmap[s->bitmap_size];
 269
 270         s->last_bitmap_offset = bitmap_offset;
 271         memset(bitmap, 0xff, s->bitmap_size);
 272         bdrv_pwrite(s->hd, bitmap_offset, bitmap, s->bitmap_size);
 273     }
 274
 275 //    printf("sector: %" PRIx64 ", index: %x, offset: %x, bioff: %" PRIx64 ", bloff: %" PRIx64 "\n",
 276 //      sector_num, pagetable_index, pageentry_index,
 277 //      bitmap_offset, block_offset);
 278
 279 // disabled by reason
 280 #if 0
 281 #ifdef CACHE
 282     if (bitmap_offset != s->last_bitmap)
 283     {
 284         lseek(s->fd, bitmap_offset, SEEK_SET);
 285
 286         s->last_bitmap = bitmap_offset;
 287
 288         // Scary! Bitmap is stored as big endian 32bit entries,
 289         // while we used to look it up byte by byte
 290         read(s->fd, s->pageentry_u8, 512);
 291         for (i = 0; i < 128; i++)
 292             be32_to_cpus(&s->pageentry_u32[i]);
 293     }
 294
 295     if ((s->pageentry_u8[pageentry_index / 8] >> (pageentry_index % 8)) & 1)
 296         return -1;
 297 #else
 298     lseek(s->fd, bitmap_offset + (pageentry_index / 8), SEEK_SET);
 299
 300     read(s->fd, &bitmap_entry, 1);
 301
 302     if ((bitmap_entry >> (pageentry_index % 8)) & 1)
 303         return -1; // not allocated
 304 #endif
 305 #endif
 306
 307     return block_offset;
 308 }
 309
 310 /*
 311  * Writes the footer to the end of the image file. This is needed when the
 312  * file grows as it overwrites the old footer
 313  *
 314  * Returns 0 on success and < 0 on error
 315  */
 316 static int rewrite_footer(BlockDriverState* bs)
 317 {
 318     int ret;
 319     BDRVVPCState *s = bs->opaque;
 320     int64_t offset = s->free_data_block_offset;
 321
 322     ret = bdrv_pwrite(s->hd, offset, s->footer_buf, HEADER_SIZE);
 323     if (ret < 0)
 324         return ret;
 325
 326     return 0;
 327 }
 328
 329 /*
 330  * Allocates a new block. This involves writing a new footer and updating
 331  * the Block Allocation Table to use the space at the old end of the image
 332  * file (overwriting the old footer)
 333  *
 334  * Returns the sectors' offset in the image file on success and < 0 on error
 335  */
 336 static int64_t alloc_block(BlockDriverState* bs, int64_t sector_num)
 337 {
 338     BDRVVPCState *s = bs->opaque;
 339     int64_t bat_offset;
 340     uint32_t index, bat_value;
 341     int ret;
 342     uint8_t bitmap[s->bitmap_size];
 343
 344     // Check if sector_num is valid
 345     if ((sector_num < 0) || (sector_num > bs->total_sectors))
 346         return -1;
 347
 348     // Write entry into in-memory BAT
 349     index = (sector_num * 512) / s->block_size;
 350     if (s->pagetable[index] != 0xFFFFFFFF)
 351         return -1;
 352
 353     s->pagetable[index] = s->free_data_block_offset / 512;
 354
 355     // Initialize the block's bitmap
 356     memset(bitmap, 0xff, s->bitmap_size);
 357     bdrv_pwrite(s->hd, s->free_data_block_offset, bitmap, s->bitmap_size);
 358
 359     // Write new footer (the old one will be overwritten)
 360     s->free_data_block_offset += s->block_size + s->bitmap_size;
 361     ret = rewrite_footer(bs);
 362     if (ret < 0)
 363         goto fail;
 364
 365     // Write BAT entry to disk
 366     bat_offset = s->bat_offset + (4 * index);
 367     bat_value = be32_to_cpu(s->pagetable[index]);
 368     ret = bdrv_pwrite(s->hd, bat_offset, &bat_value, 4);
 369     if (ret < 0)
 370         goto fail;
 371
 372     return get_sector_offset(bs, sector_num, 0);
 373
 374 fail:
 375     s->free_data_block_offset -= (s->block_size + s->bitmap_size);
 376     return -1;
 377 }
 378
 379 static int vpc_read(BlockDriverState *bs, int64_t sector_num,
 380                     uint8_t *buf, int nb_sectors)
 381 {
 382     BDRVVPCState *s = bs->opaque;
 383     int ret;
 384     int64_t offset;
 385
 386     while (nb_sectors > 0) {
 387         offset = get_sector_offset(bs, sector_num, 0);
 388
 389         if (offset == -1) {
 390             memset(buf, 0, 512);
 391         } else {
 392             ret = bdrv_pread(s->hd, offset, buf, 512);
 393             if (ret != 512)
 394                 return -1;
 395         }
 396
 397         nb_sectors--;
 398         sector_num++;
 399         buf += 512;
 400     }
 401     return 0;
 402 }
 403
 404 static int vpc_write(BlockDriverState *bs, int64_t sector_num,
 405     const uint8_t *buf, int nb_sectors)
 406 {
 407     BDRVVPCState *s = bs->opaque;
 408     int64_t offset;
 409     int ret;
 410
 411     while (nb_sectors > 0) {
 412         offset = get_sector_offset(bs, sector_num, 1);
 413
 414         if (offset == -1) {
 415             offset = alloc_block(bs, sector_num);
 416             if (offset < 0)
 417                 return -1;
 418         }
 419
 420         ret = bdrv_pwrite(s->hd, offset, buf, 512);
 421         if (ret != 512)
 422             return -1;
 423
 424         nb_sectors--;
 425         sector_num++;
 426         buf += 512;
 427     }
 428
 429     return 0;
 430 }
 431
 432
 433 /*
 434  * Calculates the number of cylinders, heads and sectors per cylinder
 435  * based on a given number of sectors. This is the algorithm described
 436  * in the VHD specification.
 437  *
 438  * Note that the geometry doesn't always exactly match total_sectors but
 439  * may round it down.
 440  */
 441 static void calculate_geometry(int64_t total_sectors, uint16_t* cyls,
 442     uint8_t* heads, uint8_t* secs_per_cyl)
 443 {
 444     uint32_t cyls_times_heads;
 445
 446     if (total_sectors > 65535 * 16 * 255)
 447         total_sectors = 65535 * 16 * 255;
 448
 449     if (total_sectors > 65535 * 16 * 63) {
 450         *secs_per_cyl = 255;
 451         *heads = 16;
 452         cyls_times_heads = total_sectors / *secs_per_cyl;
 453     } else {
 454         *secs_per_cyl = 17;
 455         cyls_times_heads = total_sectors / *secs_per_cyl;
 456         *heads = (cyls_times_heads + 1023) / 1024;
 457
 458         if (*heads < 4)
 459             *heads = 4;
 460
 461         if (cyls_times_heads >= (*heads * 1024) || *heads > 16) {
 462             *secs_per_cyl = 31;
 463             *heads = 16;
 464             cyls_times_heads = total_sectors / *secs_per_cyl;
 465         }
 466
 467         if (cyls_times_heads >= (*heads * 1024)) {
 468             *secs_per_cyl = 63;
 469             *heads = 16;
 470             cyls_times_heads = total_sectors / *secs_per_cyl;
 471         }
 472     }
 473
 474     // Note: Rounding up deviates from the Virtual PC behaviour
 475     // However, we need this to avoid truncating images in qemu-img convert
 476     *cyls = (cyls_times_heads + *heads - 1) / *heads;
 477 }
 478
 479 static int vpc_create(const char *filename, int64_t total_sectors,
 480     const char *backing_file, int flags)
 481 {
 482     uint8_t buf[1024];
 483     struct vhd_footer* footer = (struct vhd_footer*) buf;
 484     struct vhd_dyndisk_header* dyndisk_header =
 485         (struct vhd_dyndisk_header*) buf;
 486     int fd, i;
 487     uint16_t cyls;
 488     uint8_t heads;
 489     uint8_t secs_per_cyl;
 490     size_t block_size, num_bat_entries;
 491
 492     if (backing_file != NULL)
 493         return -ENOTSUP;
 494
 495     fd = open(filename, O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC | O_BINARY, 0644);
 496     if (fd < 0)
 497         return -EIO;
 498
 499     // Calculate matching total_size and geometry
 500     calculate_geometry(total_sectors, &cyls, &heads, &secs_per_cyl);
 501     total_sectors = (int64_t) cyls * heads * secs_per_cyl;
 502
 503     // Prepare the Hard Disk Footer
 504     memset(buf, 0, 1024);
 505
 506     strncpy(footer->creator, "conectix", 8);
 507     // TODO Check if "qemu" creator_app is ok for VPC
 508     strncpy(footer->creator_app, "qemu", 4);
 509     strncpy(footer->creator_os, "Wi2k", 4);
 510
 511     footer->features = be32_to_cpu(0x02);
 512     footer->version = be32_to_cpu(0x00010000);
 513     footer->data_offset = be64_to_cpu(HEADER_SIZE);
 514     footer->timestamp = be32_to_cpu(time(NULL) - VHD_TIMESTAMP_BASE);
 515
 516     // Version of Virtual PC 2007
 517     footer->major = be16_to_cpu(0x0005);
 518     footer->minor =be16_to_cpu(0x0003);
 519
 520     footer->orig_size = be64_to_cpu(total_sectors * 512);
 521     footer->size = be64_to_cpu(total_sectors * 512);
 522
 523     footer->cyls = be16_to_cpu(cyls);
 524     footer->heads = heads;
 525     footer->secs_per_cyl = secs_per_cyl;
 526
 527     footer->type = be32_to_cpu(VHD_DYNAMIC);
 528
 529     // TODO uuid is missing
 530
 531     footer->checksum = be32_to_cpu(vpc_checksum(buf, HEADER_SIZE));
 532
 533     // Write the footer (twice: at the beginning and at the end)
 534     block_size = 0x200000;
 535     num_bat_entries = (total_sectors + block_size / 512) / (block_size / 512);
 536
 537     if (write(fd, buf, HEADER_SIZE) != HEADER_SIZE)
 538         return -EIO;
 539
 540     if (lseek(fd, 1536 + ((num_bat_entries * 4 + 511) & ~511), SEEK_SET) < 0)
 541         return -EIO;
 542     if (write(fd, buf, HEADER_SIZE) != HEADER_SIZE)
 543         return -EIO;
 544
 545     // Write the initial BAT
 546     if (lseek(fd, 3 * 512, SEEK_SET) < 0)
 547         return -EIO;
 548
 549     memset(buf, 0xFF, 512);
 550     for (i = 0; i < (num_bat_entries * 4 + 511) / 512; i++)
 551         if (write(fd, buf, 512) != 512)
 552             return -EIO;
 553
 554
 555     // Prepare the Dynamic Disk Header
 556     memset(buf, 0, 1024);
 557
 558     strncpy(dyndisk_header->magic, "cxsparse", 8);
 559
 560     dyndisk_header->data_offset = be64_to_cpu(0xFFFFFFFF);
 561     dyndisk_header->table_offset = be64_to_cpu(3 * 512);
 562     dyndisk_header->version = be32_to_cpu(0x00010000);
 563     dyndisk_header->block_size = be32_to_cpu(block_size);
 564     dyndisk_header->max_table_entries = be32_to_cpu(num_bat_entries);
 565
 566     dyndisk_header->checksum = be32_to_cpu(vpc_checksum(buf, 1024));
 567
 568     // Write the header
 569     if (lseek(fd, 512, SEEK_SET) < 0)
 570         return -EIO;
 571     if (write(fd, buf, 1024) != 1024)
 572         return -EIO;
 573
 574     close(fd);
 575     return 0;
 576 }
 577
 578 static void vpc_close(BlockDriverState *bs)
 579 {
 580     BDRVVPCState *s = bs->opaque;
 581     qemu_free(s->pagetable);
 582 #ifdef CACHE
 583     qemu_free(s->pageentry_u8);
 584 #endif
 585     bdrv_delete(s->hd);
 586 }
 587
 588 BlockDriver bdrv_vpc = {
 589     "vpc",
 590     sizeof(BDRVVPCState),
 591     vpc_probe,
 592     vpc_open,
 593     vpc_read,
 594     vpc_write,
 595     vpc_close,
 596     vpc_create,
 597 };