Refactor battfs_init in 2 separate functions; add some docs.
[bertos.git] / fs / battfs.c
index 2cd1ef660e52c8a3faebd40eb7d176b5a1a62726..dfffa6de1e6b8b83de7b449f1df9af3a7472da54 100644 (file)
 #include <mware/byteorder.h> /* cpu_to_xx */
 
 
-#include <string.h> /* memset */
+#include <string.h> /* memset, memmove */
+
 
 /**
- * Convert from cpu endianess to filesystem endianness.
+ * Convert from memory representation to disk structure.
  * \note filesystem is in little-endian format.
  */
-INLINE void cpu_to_battfs(struct BattFsPageHeader *hdr)
+INLINE void battfs_to_disk(struct BattFsPageHeader *hdr, uint8_t *buf)
 {
-       STATIC_ASSERT(sizeof(hdr->inode) == 1);
-       STATIC_ASSERT(sizeof(hdr->seq) == 1);
+       STATIC_ASSERT(BATTFS_HEADER_LEN == 12);
+       buf[0] = hdr->inode;
 
-       STATIC_ASSERT(sizeof(hdr->mark) == 2);
-       hdr->mark = cpu_to_le16(hdr->mark);
+       buf[1] = hdr->fill;
+       buf[2] = hdr->fill >> 8;
 
-       STATIC_ASSERT(sizeof(hdr->fill) == 2);
-       hdr->fill = cpu_to_le16(hdr->fill);
+       buf[3] = hdr->pgoff;
+       buf[4] = hdr->pgoff >> 8;
 
-       STATIC_ASSERT(sizeof(hdr->pgoff) == 2);
-       hdr->pgoff = cpu_to_le16(hdr->pgoff);
+       /*
+        * Mark is at least 1 bit longer than page address.
+        * Needed to take care of wraparonds.
+        */
+       buf[5] = hdr->mark;
+       buf[6] = hdr->mark >> 8;
 
-       STATIC_ASSERT(sizeof(hdr->fcs) == 2);
-       hdr->fcs = cpu_to_le16(hdr->fcs);
+       /*
+        * First bit used by mark, last 2 bits used by seq.
+        * Since only 2 pages with the same inode and pgoff
+        * can exist at the same time, 2 bit for seq are enough.
+        */
+       buf[7] = ((hdr->mark >> 16) & 0x01) | (hdr->seq << 6);
 
-       STATIC_ASSERT(sizeof(hdr->rfu) == 2);
-       hdr->rfu = cpu_to_le16(hdr->rfu);
-}
+       /*
+        * This field must be the before the last one!
+        */
+       buf[8] = hdr->fcs_free;
+       buf[9] = hdr->fcs_free >> 8;
 
+       /*
+        * This field must be the last one!
+        * This is needed because if the page is only partially
+        * written, we can use this to detect it.
+        */
+       buf[10] = hdr->fcs;
+       buf[11] = hdr->fcs >> 8;
+}
 
 /**
- * Convert from filesystem endianness to cpu endianess.
+ * Convert from disk structure to memory representation.
  * \note filesystem is in little-endian format.
  */
-INLINE void battfs_to_cpu(struct BattFsPageHeader *hdr)
+INLINE void disk_to_battfs(uint8_t *buf, struct BattFsPageHeader *hdr)
 {
-       STATIC_ASSERT(sizeof(hdr->inode) == 1);
-       STATIC_ASSERT(sizeof(hdr->seq) == 1);
-
-       STATIC_ASSERT(sizeof(hdr->mark) == 2);
-       hdr->mark = le16_to_cpu(hdr->mark);
-
-       STATIC_ASSERT(sizeof(hdr->fill) == 2);
-       hdr->fill = le16_to_cpu(hdr->fill);
-
-       STATIC_ASSERT(sizeof(hdr->pgoff) == 2);
-       hdr->pgoff = le16_to_cpu(hdr->pgoff);
+       STATIC_ASSERT(BATTFS_HEADER_LEN == 12);
+       hdr->inode = buf[0];
+       hdr->fill = buf[2] << 8 | buf[1];
+       hdr->pgoff = buf[4] << 8 | buf[3];
+       hdr->mark = (mark_t)(buf[7] & 0x01) << 16 | buf[6] << 8 | buf[5];
+       hdr->seq = buf[7] >> 6;
+       hdr->fcs_free = buf[9] << 8 | buf[8];
+       hdr->fcs = buf[11] << 8 | buf[10];
+}
 
-       STATIC_ASSERT(sizeof(hdr->fcs) == 2);
-       hdr->fcs = le16_to_cpu(hdr->fcs);
+/**
+ * Compute the fcs of the header.
+ */
+static fcs_t computeFcs(struct BattFsPageHeader *hdr)
+{
+       uint8_t buf[BATTFS_HEADER_LEN];
+       fcs_t cks;
+
+       battfs_to_disk(hdr, buf);
+       rotating_init(&cks);
+       /* fcs is at the end of whole header */
+       rotating_update(buf, BATTFS_HEADER_LEN - sizeof(fcs_t), &cks);
+       return cks;
+}
 
-       STATIC_ASSERT(sizeof(hdr->rfu) == 2);
-       hdr->rfu = le16_to_cpu(hdr->rfu);
+/**
+ * Compute the fcs of the header marked as free.
+ */
+static fcs_t computeFcsFree(struct BattFsPageHeader *hdr)
+{
+       uint8_t buf[BATTFS_HEADER_LEN];
+       fcs_t cks;
+
+       battfs_to_disk(hdr, buf);
+       rotating_init(&cks);
+       /* fcs_free is just before fcs of whole header */
+       rotating_update(buf, BATTFS_HEADER_LEN - 2 * sizeof(fcs_t), &cks);
+       return cks;
 }
 
 
@@ -105,99 +145,419 @@ INLINE void battfs_to_cpu(struct BattFsPageHeader *hdr)
  */
 static bool battfs_readHeader(struct BattFsSuper *disk, pgcnt_t page, struct BattFsPageHeader *hdr)
 {
+       uint8_t buf[BATTFS_HEADER_LEN];
        /*
         * Read header from disk.
-        * header is actually a footer, and so
+        * Header is actually a footer, and so
         * resides at page end.
         */
-       if (disk->read(disk, page, disk->page_size - sizeof(BattFsPageHeader), hdr, sizeof(BattFsPageHeader))
-           != sizeof(BattFsPageHeader))
+       if (disk->read(disk, page, disk->page_size - BATTFS_HEADER_LEN - 1, buf, BATTFS_HEADER_LEN)
+           != BATTFS_HEADER_LEN)
        {
                TRACEMSG("Error: page[%d]\n", page);
                return false;
        }
 
-       /* Fix endianess */
-       battfs_to_cpu(hdr);
+       /* Fill header */
+       disk_to_battfs(buf, hdr);
 
-       ASSERT(hdr->fill <= disk->page_size - sizeof(BattFsPageHeader));
        return true;
 }
 
 /**
- * Initialize and mount disk described by
- * \a d.
- * \return false on errors, true otherwise.
+ * Count the number of pages from
+ * inode 0 to \a inode in \a filelen_table.
  */
-bool battfs_init(struct BattFsSuper *disk)
+static pgcnt_t countPages(pgoff_t *filelen_table, inode_t inode)
 {
-       BattFsPageHeader hdr;
-       rotating_t cks;
-       pgoff_t filelen_table[BATTFS_MAX_FILES];
+       pgcnt_t cnt = 0;
 
-       /* Init disk device */
-       if (!disk->open(disk))
+       for (inode_t i = 0; i < inode; i++)
+               cnt += filelen_table[i];
+
+       return cnt;
+}
+
+/**
+ * Move all pages in page allocation array from \a src to \a src + \a offset.
+ * The number of pages moved is page_count - MAX(dst, src).
+ */
+static void movePages(struct BattFsSuper *disk, pgcnt_t src, int offset)
+{
+       pgcnt_t dst = src + offset;
+       memmove(&disk->page_array[dst], &disk->page_array[src], disk->page_count - MAX(dst, src) * sizeof(pgcnt_t));
+       
+       if (offset < 0)
        {
-               TRACEMSG("Open error\n");
+               /* Fill empty space in array with sentinel */
+               for (pgcnt_t page = disk->page_count + offset; page < disk->page_count; page++)
+                       disk->page_array[page] = PAGE_UNSET_SENTINEL;
+       }
+}
+
+/**
+ * Insert \a page into page allocation array of \a disk,
+ * using  \a mark to compute position.
+ */
+static void insertFreePage(struct BattFsSuper *disk, mark_t mark, pgcnt_t page)
+{
+       ASSERT(mark - disk->free_start < disk->free_next - disk->free_start);
+
+       pgcnt_t free_pos = disk->page_count - disk->free_next + mark;
+       ASSERT(free_pos < disk->page_count);
+
+       TRACEMSG("mark:%u, page:%u, free_start:%u, free_next:%u, free_pos:%u\n",
+               mark, page, disk->free_start, disk->free_next, free_pos);
+
+       ASSERT(disk->page_array[free_pos] == PAGE_UNSET_SENTINEL);
+       disk->page_array[free_pos] = page;
+}
+
+/**
+ * Mark \a page of \a disk as free.
+ * \note free_next of \a disk is used as \a page free marker
+ * and is increased by 1.
+ */
+static bool battfs_markFree(struct BattFsSuper *disk, struct BattFsPageHeader *hdr, pgcnt_t page)
+{
+       uint8_t buf[BATTFS_HEADER_LEN];
+
+       hdr->mark = disk->free_next;
+       hdr->fcs_free = computeFcsFree(hdr);
+       battfs_to_disk(hdr, buf);
+
+       if (!disk->write(disk, page, disk->page_size - BATTFS_HEADER_LEN - 1, buf, BATTFS_HEADER_LEN))
+       {
+               TRACEMSG("error marking page [%d]\n", page);
                return false;
        }
+       else
+       {
+               disk->free_next++;
+               return true;
+       }
+}
 
-       memset(filelen_table, 0, BATTFS_MAX_FILES * sizeof(pgoff_t));
+/**
+ * Determine free_start and free_next blocks for \a disk
+ * using \a minl, \a maxl, \a minh, \a maxh.
+ *
+ * Mark_t is a type that has at least 1 bit more than
+ * pgaddr_t. So all free blocks can be numbered unsing
+ * at most half numbers of an mark_t type.
+ * The free blocks algorith increments by 1 the disk->free_next
+ * every time a page becomes free. So the free block sequence is
+ * guaranteed to be countiguous.
+ * Only wrap arounds may happen, but due to half size sequence limitation,
+ * there are only 4 possible situations:
+ *
+ * \verbatim
+ *    |------lower half------|-------upper half-------|
+ *
+ * 1) |------minl*****maxl---|------------------------|
+ * 2) |------minl********maxl|minh******maxh----------|
+ * 3) |----------------------|----minh*******maxh-----|
+ * 4) |minl******maxl--------|------------minh****maxh|
+ * \endverbatim
+ *
+ * Situations 1 and 3 are easy to detect, while 2 and 4 require more care.
+ */
+static void findFreeStartNext(struct BattFsSuper *disk, mark_t minl, mark_t maxl, mark_t minh, mark_t maxh)
+{
+       /* Determine free_start & free_next */
+       if (maxl >= minl)
+       {
+               /* Valid interval found in lower half */
+               if (maxh >= minh)
+               {
+                       /* Valid interval also found in upper half */
+                       if (maxl == minh - 1)
+                       {
+                               /* Interval starts in lower half and end in upper */
+                               disk->free_start = minl;
+                               disk->free_next = maxh;
+                       }
+                       else
+                       {
+                               /* Interval starts in upper half and end in lower */
+                               ASSERT(minl == 0);
+                               ASSERT(maxh == (MAX_PAGE_ADDR | MARK_HALF_SIZE));
 
-       /* Initialize min free sequence number to max value */
-       disk->min_free = MARK_PAGE_VALID;
-       /* Initialize max free sequence number to min value */
-       disk->max_free = 0;
+                               disk->free_start = minh;
+                               disk->free_next = maxl;
+                       }
+               }
+               else
+               {
+                       /*
+                        * Upper interval is invalid.
+                        * Use lower values.
+                        */
+                       
+                       disk->free_start = minl;
+                       disk->free_next = maxl;
+               }
+       }
+       else if (maxh >= minh)
+       {
+               /*
+                * Lower interval is invalid.
+                * Use upper values.
+                */
+               disk->free_start = minh;
+               disk->free_next = maxh;
+       }
+       else
+       {
+               /*
+                * No valid interval found.
+                * Hopefully the disk is brand new.
+                */
+               TRACEMSG("No valid marked free block found, new disk?\n");
+               disk->free_start = 0;
+               disk->free_next = -1; //to be incremented ahead
+       }
 
-       disk->free_bytes = 0;
-       disk->disk_size = (disk_size_t)(disk->page_size - sizeof(BattFsPageHeader)) * disk->page_count;
+       /* free_next should contain the first usable address */
+       disk->free_next++;
+
+       TRACEMSG("Free markers:\n minl %u\n maxl %u\n minh %u\n maxh %u\n free_start %u\n free_next %u\n",
+               minl, maxl, minh, maxh, disk->free_start, disk->free_next);
+}
 
-       /* Count the number of disk page per files */
+/**
+ * Count number of pages per file on \a disk.
+ * This information is registered in \a filelen_table.
+ * Array index represent file inode, while value contained
+ * is the number of pages used by that file.
+ *
+ * \return true if ok, false on disk read errors.
+ * \note The whole disk is scanned once.
+ */
+static bool countDiskFilePages(struct BattFsSuper *disk, pgoff_t *filelen_table)
+{
+       BattFsPageHeader hdr;
+       mark_t minl, maxl, minh, maxh;
+
+       /* Initialize min and max counters to keep trace od free blocks */
+       minl = MAX_PAGE_ADDR;
+       maxl = 0;
+       minh = MAX_PAGE_ADDR | MARK_HALF_SIZE;
+       maxh = 0 | MARK_HALF_SIZE;
+
+
+       /* Count the number of disk page per file */
        for (pgcnt_t page = 0; page < disk->page_count; page++)
        {
                if (!battfs_readHeader(disk, page, &hdr))
                        return false;
 
                /* Check header FCS */
-               rotating_init(&cks);
-               rotating_update(&hdr, sizeof(BattFsPageHeader) - sizeof(rotating_t), &cks);
-               if (cks == hdr.fcs)
+               if (hdr.fcs == computeFcs(&hdr))
                {
-                       /* Page is valid */
+                       ASSERT(hdr.mark == MARK_PAGE_VALID);
+                       ASSERT(hdr.fcs_free == FCS_FREE_VALID);
+                       ASSERT(hdr.fill <= disk->page_size - BATTFS_HEADER_LEN);
+
+                       /* Page is valid and is owned by a file */
                        filelen_table[hdr.inode]++;
 
                        /* Keep trace of free space */
-                       disk->free_bytes += disk->page_size - sizeof(BattFsPageHeader) - hdr.fill;
+                       disk->free_bytes += disk->page_size - BATTFS_HEADER_LEN - hdr.fill;
                }
                else
                {
-                       /* Check if putting mark to MARK_PAGE_VALID makes fcs correct */
-                       mark_t old_mark = hdr.mark;
-                       hdr.mark = MARK_PAGE_VALID;
-                       rotating_init(&cks);
-                       rotating_update(&hdr, sizeof(BattFsPageHeader) - sizeof(rotating_t), &cks);
-                       if (cks == hdr.fcs)
+                       /* Increase free space */
+                       disk->free_bytes += disk->page_size - BATTFS_HEADER_LEN;
+                       
+                       /* Check if page is marked free */
+                       if (hdr.fcs_free == computeFcsFree(&hdr))
                        {
                                /*
-                                * This page is a valid free page.
-                                * Update min and max free page sequence numbers.
+                                * This page is a valid and marked free page.
+                                * Update min and max free page markers.
                                 */
-                               disk->min_free = MIN(disk->min_free, old_mark);
-                               disk->max_free = MAX(disk->max_free, old_mark);
+                               if (hdr.mark < MARK_HALF_SIZE)
+                               {
+                                       minl = MIN(minl, hdr.mark);
+                                       maxl = MAX(maxl, hdr.mark);
+                               }
+                               else
+                               {
+                                       minh = MIN(minh, hdr.mark);
+                                       maxh = MAX(maxh, hdr.mark);
+                               }
                        }
                        else
-                               TRACEMSG("Page [%d] invalid, keeping as free\n", page);
+                               TRACEMSG("page [%d] invalid, keeping as free\n", page);
+               }
+       }
+       findFreeStartNext(disk, minl, maxl, minh, maxh);
+       return true;
+}
 
-                       /* Increase free space */
-                       filelen_table[BATTFS_FREE_INODE]++;
-                       disk->free_bytes += disk->page_size - sizeof(BattFsPageHeader);
+/**
+ * Fill page allocation array of \a disk
+ * using file lenghts in \a filelen_table.
+ *
+ * The page allocation array is an array containings all files info.
+ * Is ordered by file, and within each file is ordered by page offset
+ * inside file.
+ * e.g. : at page array[0] you will find page address of the first page
+ * of the first file (if present).
+ * Free blocks are allocated after the last file starting from invalid ones
+ * and continuing with the marked free ones.
+ *
+ * \return true if ok, false on disk read errors.
+ * \note The whole disk is scanned once.
+ */
+static bool fillPageArray(struct BattFsSuper *disk, pgoff_t *filelen_table)
+{
+       BattFsPageHeader hdr;
+       /* Fill page allocation array */
+       for (pgcnt_t page = 0; page < disk->page_count; page++)
+       {
+               if (!battfs_readHeader(disk, page, &hdr))
+                       return false;
+
+               /* Check header FCS */
+               if (hdr.fcs == computeFcs(&hdr))
+               {
+                       /* Page is valid and is owned by a file */
+                       ASSERT(hdr.mark == MARK_PAGE_VALID);
+                       ASSERT(hdr.fcs_free == FCS_FREE_VALID);
+
+                       /* Compute array position */
+                       pgcnt_t array_pos = countPages(filelen_table, hdr.inode);
+                       array_pos += hdr.pgoff;
+
+                       /* Check if position is already used by another page of the same file */
+                       if (LIKELY(disk->page_array[array_pos] == PAGE_UNSET_SENTINEL))
+                               disk->page_array[array_pos] = page;
+                       else
+                       {
+                               BattFsPageHeader hdr_old;
+                               
+                               if (!battfs_readHeader(disk, disk->page_array[array_pos], &hdr_old))
+                                       return false;
+
+                               /* Check header FCS */
+                               ASSERT(hdr_old.fcs == computeFcs(&hdr_old));
+
+                               /* Only the very same page with a different seq number can be here */
+                               ASSERT(hdr.inode == hdr_old.inode);
+                               ASSERT(hdr.pgoff == hdr_old.pgoff);
+                               ASSERT(hdr.mark == hdr_old.mark);
+                               ASSERT(hdr.fcs_free == hdr_old.fcs_free);
+                               ASSERT(hdr.seq != hdr_old.seq);
+
+                               pgcnt_t new_page, old_page;
+                               fill_t old_fill;
+
+                               /* Fancy check to handle seq wraparound (2 bits only) */
+                               if (((hdr.seq - hdr_old.seq) & 0x03) < 2)
+                               {
+                                       /* Current header is newer than the previuos one */
+                                       old_page = disk->page_array[array_pos];
+                                       new_page = page;
+                                       old_fill = hdr_old.fill;
+                               }
+                               else
+                               {
+                                       /* Previous header is newer than the current one */
+                                       old_page = page;
+                                       new_page = disk->page_array[array_pos];
+                                       old_fill = hdr.fill;
+                               }
+
+                               /* Set new page */
+                               disk->page_array[array_pos] = new_page;
+
+                               /* Add free space */
+                               disk->free_bytes += old_fill;
+
+                               /* Shift all array one position to the left, overwriting duplicate page */
+                               array_pos -= hdr.pgoff;
+                               array_pos += filelen_table[hdr.inode];
+                               movePages(disk, array_pos, -1);
+                               
+                               /* Decrease file page count */
+                               filelen_table[hdr.inode]--;
+
+                               /* Add old page to free pages pool */
+                               if (!battfs_markFree(disk, &hdr, old_page))
+                                       return false;
+
+                               insertFreePage(disk, hdr.mark, old_page);
+                       }
+               }
+               else
+               {
+                       /* Check if page is free */
+                       if (hdr.fcs_free != computeFcsFree(&hdr))
+                               /* Page is not a valid marked page, insert at list beginning */
+                               hdr.mark = --disk->free_start;
+
+                       insertFreePage(disk, hdr.mark, page);
                }
        }
+       return true;
+}
+
+/**
+ * Initialize and mount disk described by
+ * \a disk.
+ * \return false on errors, true otherwise.
+ */
+bool battfs_init(struct BattFsSuper *disk)
+{
+       pgoff_t filelen_table[BATTFS_MAX_FILES];
+
+       /* Sanity check */
+       ASSERT(disk->open);
+
+       /* Init disk device */
+       if (!disk->open(disk))
+       {
+               TRACEMSG("open error\n");
+               return false;
+       }
+
+       /* Disk open must set all of these */
+       ASSERT(disk->read);
+       ASSERT(disk->write);
+       ASSERT(disk->erase);
+       ASSERT(disk->close);
+       ASSERT(disk->page_size);
+       ASSERT(disk->page_count);
+       ASSERT(disk->page_count < PAGE_UNSET_SENTINEL - 1);
+       ASSERT(disk->page_array);
+
+       memset(filelen_table, 0, BATTFS_MAX_FILES * sizeof(pgoff_t));
+
+       disk->free_bytes = 0;
+       disk->disk_size = (disk_size_t)(disk->page_size - BATTFS_HEADER_LEN) * disk->page_count;
+
+       /* Count pages per file */
+       if (!countDiskFilePages(disk, filelen_table))
+       {
+               TRACEMSG("error counting file pages\n");
+               return false;
+       }
 
        /* Once here, we have filelen_table filled with file lengths */
-       #warning Complete me!
 
-       
+       /* Fill page array with sentinel */
+       for (pgcnt_t page = 0; page < disk->page_count; page++)
+               disk->page_array[page] = PAGE_UNSET_SENTINEL;
+
+       /* Fill page allocation array using filelen_table */
+       if (!fillPageArray(disk, filelen_table))
+       {
+               TRACEMSG("error filling page array\n");
+               return false;
+       }
+
        return true;    
 }