New upstream version 1.2.5
[sven/exfat-utils.git] / libexfat / cluster.c
1 /*
2         cluster.c (03.09.09)
3         exFAT file system implementation library.
4
5         Free exFAT implementation.
6         Copyright (C) 2010-2016  Andrew Nayenko
7
8         This program is free software; you can redistribute it and/or modify
9         it under the terms of the GNU General Public License as published by
10         the Free Software Foundation, either version 2 of the License, or
11         (at your option) any later version.
12
13         This program is distributed in the hope that it will be useful,
14         but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
15         MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
16         GNU General Public License for more details.
17
18         You should have received a copy of the GNU General Public License along
19         with this program; if not, write to the Free Software Foundation, Inc.,
20         51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA.
21 */
22
23 #include "exfat.h"
24 #include <errno.h>
25 #include <string.h>
26 #include <inttypes.h>
27
28 /*
29  * Sector to absolute offset.
30  */
31 static off_t s2o(const struct exfat* ef, off_t sector)
32 {
33         return sector << ef->sb->sector_bits;
34 }
35
36 /*
37  * Cluster to sector.
38  */
39 static off_t c2s(const struct exfat* ef, cluster_t cluster)
40 {
41         if (cluster < EXFAT_FIRST_DATA_CLUSTER)
42                 exfat_bug("invalid cluster number %u", cluster);
43         return le32_to_cpu(ef->sb->cluster_sector_start) +
44                 ((off_t) (cluster - EXFAT_FIRST_DATA_CLUSTER) << ef->sb->spc_bits);
45 }
46
47 /*
48  * Cluster to absolute offset.
49  */
50 off_t exfat_c2o(const struct exfat* ef, cluster_t cluster)
51 {
52         return s2o(ef, c2s(ef, cluster));
53 }
54
55 /*
56  * Sector to cluster.
57  */
58 static cluster_t s2c(const struct exfat* ef, off_t sector)
59 {
60         return ((sector - le32_to_cpu(ef->sb->cluster_sector_start)) >>
61                         ef->sb->spc_bits) + EXFAT_FIRST_DATA_CLUSTER;
62 }
63
64 /*
65  * Size in bytes to size in clusters (rounded upwards).
66  */
67 static uint32_t bytes2clusters(const struct exfat* ef, uint64_t bytes)
68 {
69         uint64_t cluster_size = CLUSTER_SIZE(*ef->sb);
70         return DIV_ROUND_UP(bytes, cluster_size);
71 }
72
73 cluster_t exfat_next_cluster(const struct exfat* ef,
74                 const struct exfat_node* node, cluster_t cluster)
75 {
76         le32_t next;
77         off_t fat_offset;
78
79         if (cluster < EXFAT_FIRST_DATA_CLUSTER)
80                 exfat_bug("bad cluster 0x%x", cluster);
81
82         if (IS_CONTIGUOUS(*node))
83                 return cluster + 1;
84         fat_offset = s2o(ef, le32_to_cpu(ef->sb->fat_sector_start))
85                 + cluster * sizeof(cluster_t);
86         if (exfat_pread(ef->dev, &next, sizeof(next), fat_offset) < 0)
87                 return EXFAT_CLUSTER_BAD; /* the caller should handle this and print
88                                              appropriate error message */
89         return le32_to_cpu(next);
90 }
91
92 cluster_t exfat_advance_cluster(const struct exfat* ef,
93                 struct exfat_node* node, uint32_t count)
94 {
95         uint32_t i;
96
97         if (node->fptr_index > count)
98         {
99                 node->fptr_index = 0;
100                 node->fptr_cluster = node->start_cluster;
101         }
102
103         for (i = node->fptr_index; i < count; i++)
104         {
105                 node->fptr_cluster = exfat_next_cluster(ef, node, node->fptr_cluster);
106                 if (CLUSTER_INVALID(node->fptr_cluster))
107                         break; /* the caller should handle this and print appropriate 
108                                   error message */
109         }
110         node->fptr_index = count;
111         return node->fptr_cluster;
112 }
113
114 static cluster_t find_bit_and_set(bitmap_t* bitmap, size_t start, size_t end)
115 {
116         const size_t start_index = start / sizeof(bitmap_t) / 8;
117         const size_t end_index = DIV_ROUND_UP(end, sizeof(bitmap_t) * 8);
118         size_t i;
119         size_t start_bitindex;
120         size_t end_bitindex;
121         size_t c;
122
123         for (i = start_index; i < end_index; i++)
124         {
125                 if (bitmap[i] == ~((bitmap_t) 0))
126                         continue;
127                 start_bitindex = MAX(i * sizeof(bitmap_t) * 8, start);
128                 end_bitindex = MIN((i + 1) * sizeof(bitmap_t) * 8, end);
129                 for (c = start_bitindex; c < end_bitindex; c++)
130                         if (BMAP_GET(bitmap, c) == 0)
131                         {
132                                 BMAP_SET(bitmap, c);
133                                 return c + EXFAT_FIRST_DATA_CLUSTER;
134                         }
135         }
136         return EXFAT_CLUSTER_END;
137 }
138
139 static int flush_nodes(struct exfat* ef, struct exfat_node* node)
140 {
141         struct exfat_node* p;
142
143         for (p = node->child; p != NULL; p = p->next)
144         {
145                 int rc = flush_nodes(ef, p);
146                 if (rc != 0)
147                         return rc;
148         }
149         return exfat_flush_node(ef, node);
150 }
151
152 int exfat_flush_nodes(struct exfat* ef)
153 {
154         return flush_nodes(ef, ef->root);
155 }
156
157 int exfat_flush(struct exfat* ef)
158 {
159         if (ef->cmap.dirty)
160         {
161                 if (exfat_pwrite(ef->dev, ef->cmap.chunk,
162                                 BMAP_SIZE(ef->cmap.chunk_size),
163                                 exfat_c2o(ef, ef->cmap.start_cluster)) < 0)
164                 {
165                         exfat_error("failed to write clusters bitmap");
166                         return -EIO;
167                 }
168                 ef->cmap.dirty = false;
169         }
170
171         return 0;
172 }
173
174 static bool set_next_cluster(const struct exfat* ef, bool contiguous,
175                 cluster_t current, cluster_t next)
176 {
177         off_t fat_offset;
178         le32_t next_le32;
179
180         if (contiguous)
181                 return true;
182         fat_offset = s2o(ef, le32_to_cpu(ef->sb->fat_sector_start))
183                 + current * sizeof(cluster_t);
184         next_le32 = cpu_to_le32(next);
185         if (exfat_pwrite(ef->dev, &next_le32, sizeof(next_le32), fat_offset) < 0)
186         {
187                 exfat_error("failed to write the next cluster %#x after %#x", next,
188                                 current);
189                 return false;
190         }
191         return true;
192 }
193
194 static cluster_t allocate_cluster(struct exfat* ef, cluster_t hint)
195 {
196         cluster_t cluster;
197
198         hint -= EXFAT_FIRST_DATA_CLUSTER;
199         if (hint >= ef->cmap.chunk_size)
200                 hint = 0;
201
202         cluster = find_bit_and_set(ef->cmap.chunk, hint, ef->cmap.chunk_size);
203         if (cluster == EXFAT_CLUSTER_END)
204                 cluster = find_bit_and_set(ef->cmap.chunk, 0, hint);
205         if (cluster == EXFAT_CLUSTER_END)
206         {
207                 exfat_error("no free space left");
208                 return EXFAT_CLUSTER_END;
209         }
210
211         ef->cmap.dirty = true;
212         return cluster;
213 }
214
215 static void free_cluster(struct exfat* ef, cluster_t cluster)
216 {
217         if (CLUSTER_INVALID(cluster))
218                 exfat_bug("freeing invalid cluster 0x%x", cluster);
219         if (cluster - EXFAT_FIRST_DATA_CLUSTER >= ef->cmap.size)
220                 exfat_bug("freeing non-existing cluster 0x%x (0x%x)", cluster,
221                                 ef->cmap.size);
222
223         BMAP_CLR(ef->cmap.chunk, cluster - EXFAT_FIRST_DATA_CLUSTER);
224         ef->cmap.dirty = true;
225 }
226
227 static bool make_noncontiguous(const struct exfat* ef, cluster_t first,
228                 cluster_t last)
229 {
230         cluster_t c;
231
232         for (c = first; c < last; c++)
233                 if (!set_next_cluster(ef, false, c, c + 1))
234                         return false;
235         return true;
236 }
237
238 static int shrink_file(struct exfat* ef, struct exfat_node* node,
239                 uint32_t current, uint32_t difference);
240
241 static int grow_file(struct exfat* ef, struct exfat_node* node,
242                 uint32_t current, uint32_t difference)
243 {
244         cluster_t previous;
245         cluster_t next;
246         uint32_t allocated = 0;
247
248         if (difference == 0)
249                 exfat_bug("zero clusters count passed");
250
251         if (node->start_cluster != EXFAT_CLUSTER_FREE)
252         {
253                 /* get the last cluster of the file */
254                 previous = exfat_advance_cluster(ef, node, current - 1);
255                 if (CLUSTER_INVALID(previous))
256                 {
257                         exfat_error("invalid cluster 0x%x while growing", previous);
258                         return -EIO;
259                 }
260         }
261         else
262         {
263                 if (node->fptr_index != 0)
264                         exfat_bug("non-zero pointer index (%u)", node->fptr_index);
265                 /* file does not have clusters (i.e. is empty), allocate
266                    the first one for it */
267                 previous = allocate_cluster(ef, 0);
268                 if (CLUSTER_INVALID(previous))
269                         return -ENOSPC;
270                 node->fptr_cluster = node->start_cluster = previous;
271                 allocated = 1;
272                 /* file consists of only one cluster, so it's contiguous */
273                 node->flags |= EXFAT_ATTRIB_CONTIGUOUS;
274         }
275
276         while (allocated < difference)
277         {
278                 next = allocate_cluster(ef, previous + 1);
279                 if (CLUSTER_INVALID(next))
280                 {
281                         if (allocated != 0)
282                                 shrink_file(ef, node, current + allocated, allocated);
283                         return -ENOSPC;
284                 }
285                 if (next != previous - 1 && IS_CONTIGUOUS(*node))
286                 {
287                         /* it's a pity, but we are not able to keep the file contiguous
288                            anymore */
289                         if (!make_noncontiguous(ef, node->start_cluster, previous))
290                                 return -EIO;
291                         node->flags &= ~EXFAT_ATTRIB_CONTIGUOUS;
292                         node->flags |= EXFAT_ATTRIB_DIRTY;
293                 }
294                 if (!set_next_cluster(ef, IS_CONTIGUOUS(*node), previous, next))
295                         return -EIO;
296                 previous = next;
297                 allocated++;
298         }
299
300         if (!set_next_cluster(ef, IS_CONTIGUOUS(*node), previous,
301                         EXFAT_CLUSTER_END))
302                 return -EIO;
303         return 0;
304 }
305
306 static int shrink_file(struct exfat* ef, struct exfat_node* node,
307                 uint32_t current, uint32_t difference)
308 {
309         cluster_t previous;
310         cluster_t next;
311
312         if (difference == 0)
313                 exfat_bug("zero difference passed");
314         if (node->start_cluster == EXFAT_CLUSTER_FREE)
315                 exfat_bug("unable to shrink empty file (%u clusters)", current);
316         if (current < difference)
317                 exfat_bug("file underflow (%u < %u)", current, difference);
318
319         /* crop the file */
320         if (current > difference)
321         {
322                 cluster_t last = exfat_advance_cluster(ef, node,
323                                 current - difference - 1);
324                 if (CLUSTER_INVALID(last))
325                 {
326                         exfat_error("invalid cluster 0x%x while shrinking", last);
327                         return -EIO;
328                 }
329                 previous = exfat_next_cluster(ef, node, last);
330                 if (!set_next_cluster(ef, IS_CONTIGUOUS(*node), last,
331                                 EXFAT_CLUSTER_END))
332                         return -EIO;
333         }
334         else
335         {
336                 previous = node->start_cluster;
337                 node->start_cluster = EXFAT_CLUSTER_FREE;
338                 node->flags |= EXFAT_ATTRIB_DIRTY;
339         }
340         node->fptr_index = 0;
341         node->fptr_cluster = node->start_cluster;
342
343         /* free remaining clusters */
344         while (difference--)
345         {
346                 if (CLUSTER_INVALID(previous))
347                 {
348                         exfat_error("invalid cluster 0x%x while freeing after shrink",
349                                         previous);
350                         return -EIO;
351                 }
352                 next = exfat_next_cluster(ef, node, previous);
353                 if (!set_next_cluster(ef, IS_CONTIGUOUS(*node), previous,
354                                 EXFAT_CLUSTER_FREE))
355                         return -EIO;
356                 free_cluster(ef, previous);
357                 previous = next;
358         }
359         return 0;
360 }
361
362 static bool erase_raw(struct exfat* ef, size_t size, off_t offset)
363 {
364         if (exfat_pwrite(ef->dev, ef->zero_cluster, size, offset) < 0)
365         {
366                 exfat_error("failed to erase %zu bytes at %"PRId64, size, offset);
367                 return false;
368         }
369         return true;
370 }
371
372 static int erase_range(struct exfat* ef, struct exfat_node* node,
373                 uint64_t begin, uint64_t end)
374 {
375         uint64_t cluster_boundary;
376         cluster_t cluster;
377
378         if (begin >= end)
379                 return 0;
380
381         cluster_boundary = (begin | (CLUSTER_SIZE(*ef->sb) - 1)) + 1;
382         cluster = exfat_advance_cluster(ef, node,
383                         begin / CLUSTER_SIZE(*ef->sb));
384         if (CLUSTER_INVALID(cluster))
385         {
386                 exfat_error("invalid cluster 0x%x while erasing", cluster);
387                 return -EIO;
388         }
389         /* erase from the beginning to the closest cluster boundary */
390         if (!erase_raw(ef, MIN(cluster_boundary, end) - begin,
391                         exfat_c2o(ef, cluster) + begin % CLUSTER_SIZE(*ef->sb)))
392                 return -EIO;
393         /* erase whole clusters */
394         while (cluster_boundary < end)
395         {
396                 cluster = exfat_next_cluster(ef, node, cluster);
397                 /* the cluster cannot be invalid because we have just allocated it */
398                 if (CLUSTER_INVALID(cluster))
399                         exfat_bug("invalid cluster 0x%x after allocation", cluster);
400                 if (!erase_raw(ef, CLUSTER_SIZE(*ef->sb), exfat_c2o(ef, cluster)))
401                         return -EIO;
402                 cluster_boundary += CLUSTER_SIZE(*ef->sb);
403         }
404         return 0;
405 }
406
407 int exfat_truncate(struct exfat* ef, struct exfat_node* node, uint64_t size,
408                 bool erase)
409 {
410         uint32_t c1 = bytes2clusters(ef, node->size);
411         uint32_t c2 = bytes2clusters(ef, size);
412         int rc = 0;
413
414         if (node->references == 0 && node->parent)
415                 exfat_bug("no references, node changes can be lost");
416
417         if (node->size == size)
418                 return 0;
419
420         if (c1 < c2)
421                 rc = grow_file(ef, node, c1, c2 - c1);
422         else if (c1 > c2)
423                 rc = shrink_file(ef, node, c1, c1 - c2);
424
425         if (rc != 0)
426                 return rc;
427
428         if (erase)
429         {
430                 rc = erase_range(ef, node, node->size, size);
431                 if (rc != 0)
432                         return rc;
433         }
434
435         exfat_update_mtime(node);
436         node->size = size;
437         node->flags |= EXFAT_ATTRIB_DIRTY;
438         return 0;
439 }
440
441 uint32_t exfat_count_free_clusters(const struct exfat* ef)
442 {
443         uint32_t free_clusters = 0;
444         uint32_t i;
445
446         for (i = 0; i < ef->cmap.size; i++)
447                 if (BMAP_GET(ef->cmap.chunk, i) == 0)
448                         free_clusters++;
449         return free_clusters;
450 }
451
452 static int find_used_clusters(const struct exfat* ef,
453                 cluster_t* a, cluster_t* b)
454 {
455         const cluster_t end = le32_to_cpu(ef->sb->cluster_count);
456
457         /* find first used cluster */
458         for (*a = *b + 1; *a < end; (*a)++)
459                 if (BMAP_GET(ef->cmap.chunk, *a - EXFAT_FIRST_DATA_CLUSTER))
460                         break;
461         if (*a >= end)
462                 return 1;
463
464         /* find last contiguous used cluster */
465         for (*b = *a; *b < end; (*b)++)
466                 if (BMAP_GET(ef->cmap.chunk, *b - EXFAT_FIRST_DATA_CLUSTER) == 0)
467                 {
468                         (*b)--;
469                         break;
470                 }
471
472         return 0;
473 }
474
475 int exfat_find_used_sectors(const struct exfat* ef, off_t* a, off_t* b)
476 {
477         cluster_t ca, cb;
478
479         if (*a == 0 && *b == 0)
480                 ca = cb = EXFAT_FIRST_DATA_CLUSTER - 1;
481         else
482         {
483                 ca = s2c(ef, *a);
484                 cb = s2c(ef, *b);
485         }
486         if (find_used_clusters(ef, &ca, &cb) != 0)
487                 return 1;
488         if (*a != 0 || *b != 0)
489                 *a = c2s(ef, ca);
490         *b = c2s(ef, cb) + (CLUSTER_SIZE(*ef->sb) - 1) / SECTOR_SIZE(*ef->sb);
491         return 0;
492 }