fs/battfs.c

   1 /**
   2  * \file
   3  * <!--
   4  * This file is part of BeRTOS.
   5  *
   6  * Bertos is free software; you can redistribute it and/or modify
   7  * it under the terms of the GNU General Public License as published by
   8  * the Free Software Foundation; either version 2 of the License, or
   9  * (at your option) any later version.
  10  *
  11  * This program is distributed in the hope that it will be useful,
  12  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  13  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
  14  * GNU General Public License for more details.
  15  *
  16  * You should have received a copy of the GNU General Public License
  17  * along with this program; if not, write to the Free Software
  18  * Foundation, Inc., 51 Franklin St, Fifth Floor, Boston, MA  02110-1301  USA
  19  *
  20  * As a special exception, you may use this file as part of a free software
  21  * library without restriction.  Specifically, if other files instantiate
  22  * templates or use macros or inline functions from this file, or you compile
  23  * this file and link it with other files to produce an executable, this
  24  * file does not by itself cause the resulting executable to be covered by
  25  * the GNU General Public License.  This exception does not however
  26  * invalidate any other reasons why the executable file might be covered by
  27  * the GNU General Public License.
  28  *
  29  * Copyright 2007 Develer S.r.l. (http://www.develer.com/)
  30  *
  31  * -->
  32  *
  33  * \version $Id:$
  34  *
  35  * \author Francesco Sacchi <batt@develer.com>
  36  *
  37  * \brief BattFS: a filesystem for embedded platforms (implementation).
  38  */
  39
  40 #include "battfs.h"
  41
  42 #include <cfg/debug.h>
  43 #include <cfg/macros.h> /* MIN, MAX */
  44 #include <mware/byteorder.h> /* cpu_to_xx */
  45
  46
  47 #include <string.h> /* memset, memmove */
  48
  49
  50 /**
  51  * Convert from memory representation to disk structure.
  52  * \note filesystem is in little-endian format.
  53  */
  54 INLINE void battfs_to_disk(struct BattFsPageHeader *hdr, uint8_t *buf)
  55 {
  56         STATIC_ASSERT(BATTFS_HEADER_LEN == 13);
  57         buf[0] = hdr->inode;
  58
  59         buf[1] = hdr->seq;
  60
  61         buf[2] = hdr->fill;
  62         buf[3] = hdr->fill >> 8;
  63
  64         buf[4] = hdr->pgoff;
  65         buf[5] = hdr->pgoff >> 8;
  66
  67         /*
  68          * Mark is at least 1 bit longer than page address.
  69          * Needed to take care of wraparonds.
  70          */
  71         buf[6] = hdr->mark;
  72         buf[7] = hdr->mark >> 8;
  73         buf[8] = hdr->mark >> 16;
  74
  75         /*
  76          * This field must be the before the last one!
  77          */
  78         buf[9] = hdr->fcs_free;
  79         buf[10] = hdr->fcs_free >> 8;
  80
  81         /*
  82          * This field must be the last one!
  83          * This is needed because if the page is only partially
  84          * written, we can use this to detect it.
  85          */
  86         buf[11] = hdr->fcs;
  87         buf[12] = hdr->fcs >> 8;
  88 }
  89
  90 /**
  91  * Convert from disk structure to memory representation.
  92  * \note filesystem is in little-endian format.
  93  */
  94 INLINE void disk_to_battfs(uint8_t *buf, struct BattFsPageHeader *hdr)
  95 {
  96         STATIC_ASSERT(BATTFS_HEADER_LEN == 13);
  97         hdr->inode = buf[0];
  98         hdr->seq = buf[1];
  99         hdr->fill = buf[3] << 8 | buf[2];
 100         hdr->pgoff = buf[5] << 8 | buf[4];
 101         hdr->mark = (mark_t)buf[8] << 16 | buf[7] << 8 | buf[6];
 102         hdr->fcs_free = buf[10] << 8 | buf[9];
 103         hdr->fcs = buf[12] << 8 | buf[11];
 104 }
 105
 106 /**
 107  * Compute the fcs of the header.
 108  */
 109 static fcs_t computeFcs(struct BattFsPageHeader *hdr)
 110 {
 111         uint8_t buf[BATTFS_HEADER_LEN];
 112         fcs_t cks;
 113
 114         battfs_to_disk(hdr, buf);
 115         rotating_init(&cks);
 116         /* fcs is at the end of whole header */
 117         rotating_update(buf,BATTFS_HEADER_LEN - sizeof(fcs_t), &cks);
 118         return cks;
 119 }
 120
 121 /**
 122  * Compute the fcs of the header marked as free.
 123  */
 124 static fcs_t computeFcsFree(struct BattFsPageHeader *hdr)
 125 {
 126         uint8_t buf[BATTFS_HEADER_LEN];
 127         fcs_t cks;
 128
 129         battfs_to_disk(hdr, buf);
 130         rotating_init(&cks);
 131         /* fcs_free is just before fcs of whole header */
 132         rotating_update(buf,BATTFS_HEADER_LEN - 2 * sizeof(fcs_t), &cks);
 133         return cks;
 134 }
 135
 136
 137 /**
 138  * Read header of page \a page.
 139  * \return true on success, false otherwise.
 140  * \note \a hdr is dirtyed even on errors.
 141  */
 142 static bool battfs_readHeader(struct BattFsSuper *disk, pgcnt_t page, struct BattFsPageHeader *hdr)
 143 {
 144         uint8_t buf[BATTFS_HEADER_LEN];
 145         /*
 146          * Read header from disk.
 147          * Header is actually a footer, and so
 148          * resides at page end.
 149          */
 150         if (disk->read(disk, page, disk->page_size - BATTFS_HEADER_LEN - 1, buf, BATTFS_HEADER_LEN)
 151             != BATTFS_HEADER_LEN)
 152         {
 153                 TRACEMSG("Error: page[%d]\n", page);
 154                 return false;
 155         }
 156
 157         /* Fill header */
 158         disk_to_battfs(buf, hdr);
 159
 160         return true;
 161 }
 162
 163 /**
 164  * Count the number of pages from
 165  * inode 0 to \a inode in \a filelen_table.
 166  */
 167 static pgcnt_t countPages(pgoff_t *filelen_table, inode_t inode)
 168 {
 169         pgcnt_t cnt = 0;
 170
 171         for (inode_t i = 0; i < inode; i++)
 172                 cnt += filelen_table[i];
 173
 174         return cnt;
 175 }
 176
 177 /**
 178  * Move all pages in page allocation array from \a src to \a src + \a offset.
 179  * The number of pages moved is page_count - MAX(dst, src).
 180  */
 181 static void movePages(struct BattFsSuper *disk, pgcnt_t src, int offset)
 182 {
 183         pgcnt_t dst = src + offset;
 184         memmove(&disk->page_array[dst], &disk->page_array[src], disk->page_count - MAX(dst, src) * sizeof(pgcnt_t));
 185
 186         if (offset < 0)
 187         {
 188                 /* Fill empty space in array with sentinel */
 189                 for (pgcnt_t page = disk->page_count + offset; page < disk->page_count; page++)
 190                         disk->page_array[page] = PAGE_UNSET_SENTINEL;
 191         }
 192 }
 193
 194 /**
 195  * Insert \a page into page allocation array of \a disk, using \a filelen_table and
 196  * \a free_number to compute position.
 197  */
 198 static void insertFreePage(struct BattFsSuper *disk, pgoff_t *filelen_table, mark_t mark, pgcnt_t page)
 199 {
 200         ASSERT(mark >= disk->free_start);
 201         ASSERT(mark < disk->free_next);
 202
 203         pgcnt_t free_pos = countPages(filelen_table, BATTFS_MAX_FILES - 1);
 204         free_pos += mark - disk->free_start;
 205         TRACEMSG("mark:%d, page:%d, free_start:%d, free_next:%d, free_pos:%d\n",
 206                 mark, page, disk->free_start, disk->free_next, free_pos);
 207
 208         ASSERT(disk->page_array[free_pos] == PAGE_UNSET_SENTINEL);
 209         disk->page_array[free_pos] = page;
 210 }
 211
 212 /**
 213  * Mark \a page of \a disk as free.
 214  * \note free_next of \a disk is used as \a page free marker
 215  * and is increased by 1.
 216  */
 217 static bool battfs_markFree(struct BattFsSuper *disk, struct BattFsPageHeader *hdr, pgcnt_t page)
 218 {
 219         uint8_t buf[BATTFS_HEADER_LEN];
 220
 221         hdr->mark = disk->free_next;
 222         hdr->fcs_free = computeFcsFree(hdr);
 223         battfs_to_disk(hdr, buf);
 224
 225         if (!disk->write(disk, page, disk->page_size - BATTFS_HEADER_LEN - 1, buf, BATTFS_HEADER_LEN))
 226         {
 227                 TRACEMSG("error marking page [%d]\n", page);
 228                 return false;
 229         }
 230         else
 231         {
 232                 disk->free_next++;
 233                 return true;
 234         }
 235 }
 236
 237
 238 /**
 239  * Initialize and mount disk described by
 240  * \a d.
 241  * \return false on errors, true otherwise.
 242  */
 243 bool battfs_init(struct BattFsSuper *disk)
 244 {
 245         BattFsPageHeader hdr;
 246         pgoff_t filelen_table[BATTFS_MAX_FILES];
 247         mark_t minl, maxl, minh, maxh;
 248
 249         /* Sanity check */
 250         ASSERT(disk->open);
 251
 252         /* Init disk device */
 253         if (!disk->open(disk))
 254         {
 255                 TRACEMSG("open error\n");
 256                 return false;
 257         }
 258
 259         /* Disk open must set all of these */
 260         ASSERT(disk->read);
 261         ASSERT(disk->write);
 262         ASSERT(disk->erase);
 263         ASSERT(disk->close);
 264         ASSERT(disk->page_size);
 265         ASSERT(disk->page_count);
 266         ASSERT(disk->page_count < PAGE_UNSET_SENTINEL - 1);
 267         ASSERT(disk->page_array);
 268
 269         memset(filelen_table, 0, BATTFS_MAX_FILES * sizeof(pgoff_t));
 270
 271         /* Initialize min and max counters to keep trace od free blocks */
 272         minl = MAX_PAGE_ADDR;
 273         maxl = 0;
 274         minh = MAX_PAGE_ADDR | MARK_HALF_SIZE;
 275         maxh = 0 | MARK_HALF_SIZE;
 276
 277         disk->free_bytes = 0;
 278         disk->disk_size = (disk_size_t)(disk->page_size - BATTFS_HEADER_LEN) * disk->page_count;
 279
 280         /* Count the number of disk page per file */
 281         for (pgcnt_t page = 0; page < disk->page_count; page++)
 282         {
 283                 if (!battfs_readHeader(disk, page, &hdr))
 284                         return false;
 285
 286                 /* Check header FCS */
 287                 if (hdr.fcs == computeFcs(&hdr))
 288                 {
 289                         ASSERT(hdr.mark == MARK_PAGE_VALID);
 290                         ASSERT(hdr.fcs_free == FCS_FREE_VALID);
 291                         ASSERT(hdr.fill <= disk->page_size - BATTFS_HEADER_LEN);
 292
 293                         /* Page is valid and is owned by a file */
 294                         filelen_table[hdr.inode]++;
 295
 296                         /* Keep trace of free space */
 297                         disk->free_bytes += disk->page_size - BATTFS_HEADER_LEN - hdr.fill;
 298                 }
 299                 else
 300                 {
 301                         /* Increase free space */
 302                         disk->free_bytes += disk->page_size - BATTFS_HEADER_LEN;
 303
 304                         /* Check if page is marked free */
 305                         if (hdr.fcs_free == computeFcsFree(&hdr))
 306                         {
 307                                 /*
 308                                  * This page is a valid and marked free page.
 309                                  * Update min and max free page markers.
 310                                  */
 311                                 if (hdr.mark < MARK_HALF_SIZE)
 312                                 {
 313                                         minl = MIN(minl, hdr.mark);
 314                                         maxl = MAX(maxl, hdr.mark);
 315                                 }
 316                                 else
 317                                 {
 318                                         minh = MIN(minh, hdr.mark);
 319                                         maxl = MAX(maxl, hdr.mark);
 320                                 }
 321                         }
 322                         else
 323                                 TRACEMSG("page [%d] invalid, keeping as free\n", page);
 324                 }
 325         }
 326
 327         /* Once here, we have filelen_table filled with file lengths */
 328
 329         /* Fill page array with sentinel */
 330         for (pgcnt_t page = 0; page < disk->page_count; page++)
 331                 disk->page_array[page] = PAGE_UNSET_SENTINEL;
 332
 333         /* Determine free_start & free_next */
 334         if (maxl >= minl)
 335         {
 336                 if (maxh >= minh)
 337                 {
 338                         if (maxl == minh - 1)
 339                         {
 340                                 disk->free_start = minl;
 341                                 disk->free_next = maxh;
 342                         }
 343                         else
 344                         {
 345                                 ASSERT(minl == 0);
 346                                 ASSERT(maxh == (MAX_PAGE_ADDR | MARK_HALF_SIZE));
 347
 348                                 disk->free_start = minh;
 349                                 disk->free_next = maxl;
 350                         }
 351                 }
 352                 else
 353                 {
 354                         disk->free_start = minl;
 355                         disk->free_next = maxl;
 356                 }
 357         }
 358         else if (maxh >= minh)
 359         {
 360                 disk->free_start = minh;
 361                 disk->free_next = maxh;
 362         }
 363         else
 364         {
 365                 TRACEMSG("No valid marked free block found\n");
 366                 disk->free_start = 0;
 367                 disk->free_next = -1;
 368         }
 369
 370         /* free_next should contain the first usable address */
 371         disk->free_next++;
 372
 373         TRACEMSG("Free markers:\n minl %u\n maxl %u\n minh %u\n maxh %u\n free_start %u\n free_next %u\n",
 374                 minl, maxl, minh, maxh, disk->free_start, disk->free_next);
 375
 376
 377         /* Fill page allocation array */
 378         for (pgcnt_t page = 0; page < disk->page_count; page++)
 379         {
 380                 if (!battfs_readHeader(disk, page, &hdr))
 381                         return false;
 382
 383                 /* Check header FCS */
 384                 if (hdr.fcs == computeFcs(&hdr))
 385                 {
 386                         /* Page is valid and is owned by a file */
 387                         ASSERT(hdr.mark == MARK_PAGE_VALID);
 388                         ASSERT(hdr.fcs_free == FCS_FREE_VALID);
 389
 390                         /* Compute array position */
 391                         pgcnt_t array_pos = countPages(filelen_table, hdr.inode);
 392                         array_pos += hdr.pgoff;
 393
 394                         /* Check if position is already used by another page of the same file */
 395                         if (LIKELY(disk->page_array[array_pos] == PAGE_UNSET_SENTINEL))
 396                                 disk->page_array[array_pos] = page;
 397                         else
 398                         {
 399                                 BattFsPageHeader hdr_old;
 400
 401                                 if (!battfs_readHeader(disk, disk->page_array[array_pos], &hdr_old))
 402                                         return false;
 403
 404                                 /* Check header FCS */
 405                                 ASSERT(hdr_old.fcs == computeFcs(&hdr_old));
 406
 407                                 /* Only the very same page with a different seq number can be here */
 408                                 ASSERT(hdr.inode == hdr_old.inode);
 409                                 ASSERT(hdr.pgoff == hdr_old.pgoff);
 410                                 ASSERT(hdr.mark == hdr_old.mark);
 411                                 ASSERT(hdr.fcs_free == hdr_old.fcs_free);
 412                                 ASSERT(hdr.seq != hdr_old.seq);
 413
 414                                 pgcnt_t new_page, old_page;
 415                                 fill_t old_fill;
 416
 417                                 /* Fancy check to handle seq wraparound */
 418                                 #define HALF_SEQ (1 << ((sizeof(seq_t) * CPU_BITS_PER_CHAR) - 1))
 419                                 if ((hdr.seq - hdr_old.seq) < HALF_SEQ)
 420                                 {
 421                                         /* Current header is newer than the previuos one */
 422                                         old_page = disk->page_array[array_pos];
 423                                         new_page = page;
 424                                         old_fill = hdr_old.fill;
 425                                 }
 426                                 else
 427                                 {
 428                                         /* Previous header is newer than the current one */
 429                                         old_page = page;
 430                                         new_page = disk->page_array[array_pos];
 431                                         old_fill = hdr.fill;
 432                                 }
 433
 434                                 /* Set new page */
 435                                 disk->page_array[array_pos] = new_page;
 436
 437                                 /* Add free space */
 438                                 disk->free_bytes += old_fill;
 439
 440                                 /* Shift all array one position to the left, overwriting duplicate page */
 441                                 array_pos -= hdr.pgoff;
 442                                 array_pos += filelen_table[hdr.inode];
 443                                 movePages(disk, array_pos, -1);
 444
 445                                 /* Decrease file page count */
 446                                 filelen_table[hdr.inode]--;
 447
 448                                 /* Add old page to free pages pool */
 449                                 if (!battfs_markFree(disk, &hdr, old_page))
 450                                         return false;
 451
 452                                 insertFreePage(disk, filelen_table, hdr.mark, old_page);
 453                         }
 454                 }
 455                 else
 456                 {
 457                         /* Check if page is free */
 458                         if (hdr.fcs_free != computeFcsFree(&hdr))
 459                                 /* Page is not a valid marked page, insert at the end of list */
 460                                 hdr.mark = disk->free_next++;
 461
 462                         insertFreePage(disk, filelen_table, hdr.mark, page);
 463                 }
 464         }
 465
 466         #warning Test me!
 467         return true;
 468 }
 469
 470