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 (bytes + cluster_size - 1) / 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 }