include/sys/zap.h

   1 /*
   2  * CDDL HEADER START
   3  *
   4  * The contents of this file are subject to the terms of the
   5  * Common Development and Distribution License (the "License").
   6  * You may not use this file except in compliance with the License.
   7  *
   8  * You can obtain a copy of the license at usr/src/OPENSOLARIS.LICENSE
   9  * or http://www.opensolaris.org/os/licensing.
  10  * See the License for the specific language governing permissions
  11  * and limitations under the License.
  12  *
  13  * When distributing Covered Code, include this CDDL HEADER in each
  14  * file and include the License file at usr/src/OPENSOLARIS.LICENSE.
  15  * If applicable, add the following below this CDDL HEADER, with the
  16  * fields enclosed by brackets "[]" replaced with your own identifying
  17  * information: Portions Copyright [yyyy] [name of copyright owner]
  18  *
  19  * CDDL HEADER END
  20  */
  21
  22 /*
  23  * Copyright (c) 2005, 2010, Oracle and/or its affiliates. All rights reserved.
  24  * Copyright (c) 2012, 2018 by Delphix. All rights reserved.
  25  * Copyright 2017 Nexenta Systems, Inc.
  26  */
  27
  28 #ifndef _SYS_ZAP_H
  29 #define _SYS_ZAP_H
  30
  31 /*
  32  * ZAP - ZFS Attribute Processor
  33  *
  34  * The ZAP is a module which sits on top of the DMU (Data Management
  35  * Unit) and implements a higher-level storage primitive using DMU
  36  * objects.  Its primary consumer is the ZPL (ZFS Posix Layer).
  37  *
  38  * A "zapobj" is a DMU object which the ZAP uses to stores attributes.
  39  * Users should use only zap routines to access a zapobj - they should
  40  * not access the DMU object directly using DMU routines.
  41  *
  42  * The attributes stored in a zapobj are name-value pairs.  The name is
  43  * a zero-terminated string of up to ZAP_MAXNAMELEN bytes (including
  44  * terminating NULL).  The value is an array of integers, which may be
  45  * 1, 2, 4, or 8 bytes long.  The total space used by the array (number
  46  * of integers * integer length) can be up to ZAP_MAXVALUELEN bytes.
  47  * Note that an 8-byte integer value can be used to store the location
  48  * (object number) of another dmu object (which may be itself a zapobj).
  49  * Note that you can use a zero-length attribute to store a single bit
  50  * of information - the attribute is present or not.
  51  *
  52  * The ZAP routines are thread-safe.  However, you must observe the
  53  * DMU's restriction that a transaction may not be operated on
  54  * concurrently.
  55  *
  56  * Any of the routines that return an int may return an I/O error (EIO
  57  * or ECHECKSUM).
  58  *
  59  *
  60  * Implementation / Performance Notes:
  61  *
  62  * The ZAP is intended to operate most efficiently on attributes with
  63  * short (49 bytes or less) names and single 8-byte values, for which
  64  * the microzap will be used.  The ZAP should be efficient enough so
  65  * that the user does not need to cache these attributes.
  66  *
  67  * The ZAP's locking scheme makes its routines thread-safe.  Operations
  68  * on different zapobjs will be processed concurrently.  Operations on
  69  * the same zapobj which only read data will be processed concurrently.
  70  * Operations on the same zapobj which modify data will be processed
  71  * concurrently when there are many attributes in the zapobj (because
  72  * the ZAP uses per-block locking - more than 128 * (number of cpus)
  73  * small attributes will suffice).
  74  */
  75
  76 /*
  77  * We're using zero-terminated byte strings (ie. ASCII or UTF-8 C
  78  * strings) for the names of attributes, rather than a byte string
  79  * bounded by an explicit length.  If some day we want to support names
  80  * in character sets which have embedded zeros (eg. UTF-16, UTF-32),
  81  * we'll have to add routines for using length-bounded strings.
  82  */
  83
  84 #include <sys/dmu.h>
  85
  86 #ifdef  __cplusplus
  87 extern "C" {
  88 #endif
  89
  90 /*
  91  * Specifies matching criteria for ZAP lookups.
  92  * MT_NORMALIZE         Use ZAP normalization flags, which can include both
  93  *                      unicode normalization and case-insensitivity.
  94  * MT_MATCH_CASE        Do case-sensitive lookups even if MT_NORMALIZE is
  95  *                      specified and ZAP normalization flags include
  96  *                      U8_TEXTPREP_TOUPPER.
  97  */
  98 typedef enum matchtype {
  99         MT_NORMALIZE = 1 << 0,
 100         MT_MATCH_CASE = 1 << 1,
 101 } matchtype_t;
 102
 103 typedef enum zap_flags {
 104         /* Use 64-bit hash value (serialized cursors will always use 64-bits) */
 105         ZAP_FLAG_HASH64 = 1 << 0,
 106         /* Key is binary, not string (zap_add_uint64() can be used) */
 107         ZAP_FLAG_UINT64_KEY = 1 << 1,
 108         /*
 109          * First word of key (which must be an array of uint64) is
 110          * already randomly distributed.
 111          */
 112         ZAP_FLAG_PRE_HASHED_KEY = 1 << 2,
 113 } zap_flags_t;
 114
 115 /*
 116  * Create a new zapobj with no attributes and return its object number.
 117  */
 118 uint64_t zap_create(objset_t *ds, dmu_object_type_t ot,
 119     dmu_object_type_t bonustype, int bonuslen, dmu_tx_t *tx);
 120 uint64_t zap_create_dnsize(objset_t *ds, dmu_object_type_t ot,
 121     dmu_object_type_t bonustype, int bonuslen, int dnodesize, dmu_tx_t *tx);
 122 uint64_t zap_create_norm(objset_t *ds, int normflags, dmu_object_type_t ot,
 123     dmu_object_type_t bonustype, int bonuslen, dmu_tx_t *tx);
 124 uint64_t zap_create_norm_dnsize(objset_t *ds, int normflags,
 125     dmu_object_type_t ot, dmu_object_type_t bonustype, int bonuslen,
 126     int dnodesize, dmu_tx_t *tx);
 127 uint64_t zap_create_flags(objset_t *os, int normflags, zap_flags_t flags,
 128     dmu_object_type_t ot, int leaf_blockshift, int indirect_blockshift,
 129     dmu_object_type_t bonustype, int bonuslen, dmu_tx_t *tx);
 130 uint64_t zap_create_flags_dnsize(objset_t *os, int normflags,
 131     zap_flags_t flags, dmu_object_type_t ot, int leaf_blockshift,
 132     int indirect_blockshift, dmu_object_type_t bonustype, int bonuslen,
 133     int dnodesize, dmu_tx_t *tx);
 134 uint64_t zap_create_hold(objset_t *os, int normflags, zap_flags_t flags,
 135     dmu_object_type_t ot, int leaf_blockshift, int indirect_blockshift,
 136     dmu_object_type_t bonustype, int bonuslen, int dnodesize,
 137     dnode_t **allocated_dnode, void *tag, dmu_tx_t *tx);
 138
 139 uint64_t zap_create_link(objset_t *os, dmu_object_type_t ot,
 140     uint64_t parent_obj, const char *name, dmu_tx_t *tx);
 141 uint64_t zap_create_link_dnsize(objset_t *os, dmu_object_type_t ot,
 142     uint64_t parent_obj, const char *name, int dnodesize, dmu_tx_t *tx);
 143
 144 /*
 145  * Initialize an already-allocated object.
 146  */
 147 void mzap_create_impl(dnode_t *dn, int normflags, zap_flags_t flags,
 148     dmu_tx_t *tx);
 149
 150 /*
 151  * Create a new zapobj with no attributes from the given (unallocated)
 152  * object number.
 153  */
 154 int zap_create_claim(objset_t *ds, uint64_t obj, dmu_object_type_t ot,
 155     dmu_object_type_t bonustype, int bonuslen, dmu_tx_t *tx);
 156 int zap_create_claim_dnsize(objset_t *ds, uint64_t obj, dmu_object_type_t ot,
 157     dmu_object_type_t bonustype, int bonuslen, int dnodesize, dmu_tx_t *tx);
 158 int zap_create_claim_norm(objset_t *ds, uint64_t obj,
 159     int normflags, dmu_object_type_t ot,
 160     dmu_object_type_t bonustype, int bonuslen, dmu_tx_t *tx);
 161 int zap_create_claim_norm_dnsize(objset_t *ds, uint64_t obj,
 162     int normflags, dmu_object_type_t ot,
 163     dmu_object_type_t bonustype, int bonuslen, int dnodesize, dmu_tx_t *tx);
 164
 165 /*
 166  * The zapobj passed in must be a valid ZAP object for all of the
 167  * following routines.
 168  */
 169
 170 /*
 171  * Destroy this zapobj and all its attributes.
 172  *
 173  * Frees the object number using dmu_object_free.
 174  */
 175 int zap_destroy(objset_t *ds, uint64_t zapobj, dmu_tx_t *tx);
 176
 177 /*
 178  * Manipulate attributes.
 179  *
 180  * 'integer_size' is in bytes, and must be 1, 2, 4, or 8.
 181  */
 182
 183 /*
 184  * Retrieve the contents of the attribute with the given name.
 185  *
 186  * If the requested attribute does not exist, the call will fail and
 187  * return ENOENT.
 188  *
 189  * If 'integer_size' is smaller than the attribute's integer size, the
 190  * call will fail and return EINVAL.
 191  *
 192  * If 'integer_size' is equal to or larger than the attribute's integer
 193  * size, the call will succeed and return 0.
 194  *
 195  * When converting to a larger integer size, the integers will be treated as
 196  * unsigned (ie. no sign-extension will be performed).
 197  *
 198  * 'num_integers' is the length (in integers) of 'buf'.
 199  *
 200  * If the attribute is longer than the buffer, as many integers as will
 201  * fit will be transferred to 'buf'.  If the entire attribute was not
 202  * transferred, the call will return EOVERFLOW.
 203  */
 204 int zap_lookup(objset_t *ds, uint64_t zapobj, const char *name,
 205     uint64_t integer_size, uint64_t num_integers, void *buf);
 206
 207 /*
 208  * If rn_len is nonzero, realname will be set to the name of the found
 209  * entry (which may be different from the requested name if matchtype is
 210  * not MT_EXACT).
 211  *
 212  * If normalization_conflictp is not NULL, it will be set if there is
 213  * another name with the same case/unicode normalized form.
 214  */
 215 int zap_lookup_norm(objset_t *ds, uint64_t zapobj, const char *name,
 216     uint64_t integer_size, uint64_t num_integers, void *buf,
 217     matchtype_t mt, char *realname, int rn_len,
 218     boolean_t *normalization_conflictp);
 219 int zap_lookup_uint64(objset_t *os, uint64_t zapobj, const uint64_t *key,
 220     int key_numints, uint64_t integer_size, uint64_t num_integers, void *buf);
 221 int zap_contains(objset_t *ds, uint64_t zapobj, const char *name);
 222 int zap_prefetch(objset_t *os, uint64_t zapobj, const char *name);
 223 int zap_prefetch_uint64(objset_t *os, uint64_t zapobj, const uint64_t *key,
 224     int key_numints);
 225
 226 int zap_lookup_by_dnode(dnode_t *dn, const char *name,
 227     uint64_t integer_size, uint64_t num_integers, void *buf);
 228 int zap_lookup_norm_by_dnode(dnode_t *dn, const char *name,
 229     uint64_t integer_size, uint64_t num_integers, void *buf,
 230     matchtype_t mt, char *realname, int rn_len,
 231     boolean_t *ncp);
 232
 233 int zap_count_write_by_dnode(dnode_t *dn, const char *name,
 234     int add, zfs_refcount_t *towrite, zfs_refcount_t *tooverwrite);
 235
 236 /*
 237  * Create an attribute with the given name and value.
 238  *
 239  * If an attribute with the given name already exists, the call will
 240  * fail and return EEXIST.
 241  */
 242 int zap_add(objset_t *ds, uint64_t zapobj, const char *key,
 243     int integer_size, uint64_t num_integers,
 244     const void *val, dmu_tx_t *tx);
 245 int zap_add_by_dnode(dnode_t *dn, const char *key,
 246     int integer_size, uint64_t num_integers,
 247     const void *val, dmu_tx_t *tx);
 248 int zap_add_uint64(objset_t *ds, uint64_t zapobj, const uint64_t *key,
 249     int key_numints, int integer_size, uint64_t num_integers,
 250     const void *val, dmu_tx_t *tx);
 251
 252 /*
 253  * Set the attribute with the given name to the given value.  If an
 254  * attribute with the given name does not exist, it will be created.  If
 255  * an attribute with the given name already exists, the previous value
 256  * will be overwritten.  The integer_size may be different from the
 257  * existing attribute's integer size, in which case the attribute's
 258  * integer size will be updated to the new value.
 259  */
 260 int zap_update(objset_t *ds, uint64_t zapobj, const char *name,
 261     int integer_size, uint64_t num_integers, const void *val, dmu_tx_t *tx);
 262 int zap_update_uint64(objset_t *os, uint64_t zapobj, const uint64_t *key,
 263     int key_numints,
 264     int integer_size, uint64_t num_integers, const void *val, dmu_tx_t *tx);
 265
 266 /*
 267  * Get the length (in integers) and the integer size of the specified
 268  * attribute.
 269  *
 270  * If the requested attribute does not exist, the call will fail and
 271  * return ENOENT.
 272  */
 273 int zap_length(objset_t *ds, uint64_t zapobj, const char *name,
 274     uint64_t *integer_size, uint64_t *num_integers);
 275 int zap_length_uint64(objset_t *os, uint64_t zapobj, const uint64_t *key,
 276     int key_numints, uint64_t *integer_size, uint64_t *num_integers);
 277
 278 /*
 279  * Remove the specified attribute.
 280  *
 281  * If the specified attribute does not exist, the call will fail and
 282  * return ENOENT.
 283  */
 284 int zap_remove(objset_t *ds, uint64_t zapobj, const char *name, dmu_tx_t *tx);
 285 int zap_remove_norm(objset_t *ds, uint64_t zapobj, const char *name,
 286     matchtype_t mt, dmu_tx_t *tx);
 287 int zap_remove_by_dnode(dnode_t *dn, const char *name, dmu_tx_t *tx);
 288 int zap_remove_uint64(objset_t *os, uint64_t zapobj, const uint64_t *key,
 289     int key_numints, dmu_tx_t *tx);
 290
 291 /*
 292  * Returns (in *count) the number of attributes in the specified zap
 293  * object.
 294  */
 295 int zap_count(objset_t *ds, uint64_t zapobj, uint64_t *count);
 296
 297 /*
 298  * Returns (in name) the name of the entry whose (value & mask)
 299  * (za_first_integer) is value, or ENOENT if not found.  The string
 300  * pointed to by name must be at least 256 bytes long.  If mask==0, the
 301  * match must be exact (ie, same as mask=-1ULL).
 302  */
 303 int zap_value_search(objset_t *os, uint64_t zapobj,
 304     uint64_t value, uint64_t mask, char *name);
 305
 306 /*
 307  * Transfer all the entries from fromobj into intoobj.  Only works on
 308  * int_size=8 num_integers=1 values.  Fails if there are any duplicated
 309  * entries.
 310  */
 311 int zap_join(objset_t *os, uint64_t fromobj, uint64_t intoobj, dmu_tx_t *tx);
 312
 313 /* Same as zap_join, but set the values to 'value'. */
 314 int zap_join_key(objset_t *os, uint64_t fromobj, uint64_t intoobj,
 315     uint64_t value, dmu_tx_t *tx);
 316
 317 /* Same as zap_join, but add together any duplicated entries. */
 318 int zap_join_increment(objset_t *os, uint64_t fromobj, uint64_t intoobj,
 319     dmu_tx_t *tx);
 320
 321 /*
 322  * Manipulate entries where the name + value are the "same" (the name is
 323  * a stringified version of the value).
 324  */
 325 int zap_add_int(objset_t *os, uint64_t obj, uint64_t value, dmu_tx_t *tx);
 326 int zap_remove_int(objset_t *os, uint64_t obj, uint64_t value, dmu_tx_t *tx);
 327 int zap_lookup_int(objset_t *os, uint64_t obj, uint64_t value);
 328 int zap_increment_int(objset_t *os, uint64_t obj, uint64_t key, int64_t delta,
 329     dmu_tx_t *tx);
 330
 331 /* Here the key is an int and the value is a different int. */
 332 int zap_add_int_key(objset_t *os, uint64_t obj,
 333     uint64_t key, uint64_t value, dmu_tx_t *tx);
 334 int zap_update_int_key(objset_t *os, uint64_t obj,
 335     uint64_t key, uint64_t value, dmu_tx_t *tx);
 336 int zap_lookup_int_key(objset_t *os, uint64_t obj,
 337     uint64_t key, uint64_t *valuep);
 338
 339 int zap_increment(objset_t *os, uint64_t obj, const char *name, int64_t delta,
 340     dmu_tx_t *tx);
 341
 342 struct zap;
 343 struct zap_leaf;
 344 typedef struct zap_cursor {
 345         /* This structure is opaque! */
 346         objset_t *zc_objset;
 347         struct zap *zc_zap;
 348         struct zap_leaf *zc_leaf;
 349         uint64_t zc_zapobj;
 350         uint64_t zc_serialized;
 351         uint64_t zc_hash;
 352         uint32_t zc_cd;
 353         boolean_t zc_prefetch;
 354 } zap_cursor_t;
 355
 356 typedef struct {
 357         int za_integer_length;
 358         /*
 359          * za_normalization_conflict will be set if there are additional
 360          * entries with this normalized form (eg, "foo" and "Foo").
 361          */
 362         boolean_t za_normalization_conflict;
 363         uint64_t za_num_integers;
 364         uint64_t za_first_integer;      /* no sign extension for <8byte ints */
 365         char za_name[ZAP_MAXNAMELEN];
 366 } zap_attribute_t;
 367
 368 /*
 369  * The interface for listing all the attributes of a zapobj can be
 370  * thought of as cursor moving down a list of the attributes one by
 371  * one.  The cookie returned by the zap_cursor_serialize routine is
 372  * persistent across system calls (and across reboot, even).
 373  */
 374
 375 /*
 376  * Initialize a zap cursor, pointing to the "first" attribute of the
 377  * zapobj.  You must _fini the cursor when you are done with it.
 378  */
 379 void zap_cursor_init(zap_cursor_t *zc, objset_t *os, uint64_t zapobj);
 380 void zap_cursor_init_noprefetch(zap_cursor_t *zc, objset_t *os,
 381     uint64_t zapobj);
 382 void zap_cursor_fini(zap_cursor_t *zc);
 383
 384 /*
 385  * Get the attribute currently pointed to by the cursor.  Returns
 386  * ENOENT if at the end of the attributes.
 387  */
 388 int zap_cursor_retrieve(zap_cursor_t *zc, zap_attribute_t *za);
 389
 390 /*
 391  * Advance the cursor to the next attribute.
 392  */
 393 void zap_cursor_advance(zap_cursor_t *zc);
 394
 395 /*
 396  * Get a persistent cookie pointing to the current position of the zap
 397  * cursor.  The low 4 bits in the cookie are always zero, and thus can
 398  * be used as to differentiate a serialized cookie from a different type
 399  * of value.  The cookie will be less than 2^32 as long as there are
 400  * fewer than 2^22 (4.2 million) entries in the zap object.
 401  */
 402 uint64_t zap_cursor_serialize(zap_cursor_t *zc);
 403
 404 /*
 405  * Initialize a zap cursor pointing to the position recorded by
 406  * zap_cursor_serialize (in the "serialized" argument).  You can also
 407  * use a "serialized" argument of 0 to start at the beginning of the
 408  * zapobj (ie.  zap_cursor_init_serialized(..., 0) is equivalent to
 409  * zap_cursor_init(...).)
 410  */
 411 void zap_cursor_init_serialized(zap_cursor_t *zc, objset_t *ds,
 412     uint64_t zapobj, uint64_t serialized);
 413
 414
 415 #define ZAP_HISTOGRAM_SIZE 10
 416
 417 typedef struct zap_stats {
 418         /*
 419          * Size of the pointer table (in number of entries).
 420          * This is always a power of 2, or zero if it's a microzap.
 421          * In general, it should be considerably greater than zs_num_leafs.
 422          */
 423         uint64_t zs_ptrtbl_len;
 424
 425         uint64_t zs_blocksize;          /* size of zap blocks */
 426
 427         /*
 428          * The number of blocks used.  Note that some blocks may be
 429          * wasted because old ptrtbl's and large name/value blocks are
 430          * not reused.  (Although their space is reclaimed, we don't
 431          * reuse those offsets in the object.)
 432          */
 433         uint64_t zs_num_blocks;
 434
 435         /*
 436          * Pointer table values from zap_ptrtbl in the zap_phys_t
 437          */
 438         uint64_t zs_ptrtbl_nextblk;       /* next (larger) copy start block */
 439         uint64_t zs_ptrtbl_blks_copied;   /* number source blocks copied */
 440         uint64_t zs_ptrtbl_zt_blk;        /* starting block number */
 441         uint64_t zs_ptrtbl_zt_numblks;    /* number of blocks */
 442         uint64_t zs_ptrtbl_zt_shift;      /* bits to index it */
 443
 444         /*
 445          * Values of the other members of the zap_phys_t
 446          */
 447         uint64_t zs_block_type;         /* ZBT_HEADER */
 448         uint64_t zs_magic;              /* ZAP_MAGIC */
 449         uint64_t zs_num_leafs;          /* The number of leaf blocks */
 450         uint64_t zs_num_entries;        /* The number of zap entries */
 451         uint64_t zs_salt;               /* salt to stir into hash function */
 452
 453         /*
 454          * Histograms.  For all histograms, the last index
 455          * (ZAP_HISTOGRAM_SIZE-1) includes any values which are greater
 456          * than what can be represented.  For example
 457          * zs_leafs_with_n5_entries[ZAP_HISTOGRAM_SIZE-1] is the number
 458          * of leafs with more than 45 entries.
 459          */
 460
 461         /*
 462          * zs_leafs_with_n_pointers[n] is the number of leafs with
 463          * 2^n pointers to it.
 464          */
 465         uint64_t zs_leafs_with_2n_pointers[ZAP_HISTOGRAM_SIZE];
 466
 467         /*
 468          * zs_leafs_with_n_entries[n] is the number of leafs with
 469          * [n*5, (n+1)*5) entries.  In the current implementation, there
 470          * can be at most 55 entries in any block, but there may be
 471          * fewer if the name or value is large, or the block is not
 472          * completely full.
 473          */
 474         uint64_t zs_blocks_with_n5_entries[ZAP_HISTOGRAM_SIZE];
 475
 476         /*
 477          * zs_leafs_n_tenths_full[n] is the number of leafs whose
 478          * fullness is in the range [n/10, (n+1)/10).
 479          */
 480         uint64_t zs_blocks_n_tenths_full[ZAP_HISTOGRAM_SIZE];
 481
 482         /*
 483          * zs_entries_using_n_chunks[n] is the number of entries which
 484          * consume n 24-byte chunks.  (Note, large names/values only use
 485          * one chunk, but contribute to zs_num_blocks_large.)
 486          */
 487         uint64_t zs_entries_using_n_chunks[ZAP_HISTOGRAM_SIZE];
 488
 489         /*
 490          * zs_buckets_with_n_entries[n] is the number of buckets (each
 491          * leaf has 64 buckets) with n entries.
 492          * zs_buckets_with_n_entries[1] should be very close to
 493          * zs_num_entries.
 494          */
 495         uint64_t zs_buckets_with_n_entries[ZAP_HISTOGRAM_SIZE];
 496 } zap_stats_t;
 497
 498 /*
 499  * Get statistics about a ZAP object.  Note: you need to be aware of the
 500  * internal implementation of the ZAP to correctly interpret some of the
 501  * statistics.  This interface shouldn't be relied on unless you really
 502  * know what you're doing.
 503  */
 504 int zap_get_stats(objset_t *ds, uint64_t zapobj, zap_stats_t *zs);
 505
 506 #ifdef  __cplusplus
 507 }
 508 #endif
 509
 510 #endif  /* _SYS_ZAP_H */