]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/releng/10.0.git/blob - contrib/xz/src/liblzma/lz/lz_encoder.c
- Copy stable/10 (r259064) to releng/10.0 as part of the
[FreeBSD/releng/10.0.git] / contrib / xz / src / liblzma / lz / lz_encoder.c
1 ///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
2 //
3 /// \file       lz_encoder.c
4 /// \brief      LZ in window
5 ///
6 //  Authors:    Igor Pavlov
7 //              Lasse Collin
8 //
9 //  This file has been put into the public domain.
10 //  You can do whatever you want with this file.
11 //
12 ///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
13
14 #include "lz_encoder.h"
15 #include "lz_encoder_hash.h"
16
17 // See lz_encoder_hash.h. This is a bit hackish but avoids making
18 // endianness a conditional in makefiles.
19 #if defined(WORDS_BIGENDIAN) && !defined(HAVE_SMALL)
20 #       include "lz_encoder_hash_table.h"
21 #endif
22
23
24 struct lzma_coder_s {
25         /// LZ-based encoder e.g. LZMA
26         lzma_lz_encoder lz;
27
28         /// History buffer and match finder
29         lzma_mf mf;
30
31         /// Next coder in the chain
32         lzma_next_coder next;
33 };
34
35
36 /// \brief      Moves the data in the input window to free space for new data
37 ///
38 /// mf->buffer is a sliding input window, which keeps mf->keep_size_before
39 /// bytes of input history available all the time. Now and then we need to
40 /// "slide" the buffer to make space for the new data to the end of the
41 /// buffer. At the same time, data older than keep_size_before is dropped.
42 ///
43 static void
44 move_window(lzma_mf *mf)
45 {
46         // Align the move to a multiple of 16 bytes. Some LZ-based encoders
47         // like LZMA use the lowest bits of mf->read_pos to know the
48         // alignment of the uncompressed data. We also get better speed
49         // for memmove() with aligned buffers.
50         assert(mf->read_pos > mf->keep_size_before);
51         const uint32_t move_offset
52                 = (mf->read_pos - mf->keep_size_before) & ~UINT32_C(15);
53
54         assert(mf->write_pos > move_offset);
55         const size_t move_size = mf->write_pos - move_offset;
56
57         assert(move_offset + move_size <= mf->size);
58
59         memmove(mf->buffer, mf->buffer + move_offset, move_size);
60
61         mf->offset += move_offset;
62         mf->read_pos -= move_offset;
63         mf->read_limit -= move_offset;
64         mf->write_pos -= move_offset;
65
66         return;
67 }
68
69
70 /// \brief      Tries to fill the input window (mf->buffer)
71 ///
72 /// If we are the last encoder in the chain, our input data is in in[].
73 /// Otherwise we call the next filter in the chain to process in[] and
74 /// write its output to mf->buffer.
75 ///
76 /// This function must not be called once it has returned LZMA_STREAM_END.
77 ///
78 static lzma_ret
79 fill_window(lzma_coder *coder, lzma_allocator *allocator, const uint8_t *in,
80                 size_t *in_pos, size_t in_size, lzma_action action)
81 {
82         assert(coder->mf.read_pos <= coder->mf.write_pos);
83
84         // Move the sliding window if needed.
85         if (coder->mf.read_pos >= coder->mf.size - coder->mf.keep_size_after)
86                 move_window(&coder->mf);
87
88         // Maybe this is ugly, but lzma_mf uses uint32_t for most things
89         // (which I find cleanest), but we need size_t here when filling
90         // the history window.
91         size_t write_pos = coder->mf.write_pos;
92         lzma_ret ret;
93         if (coder->next.code == NULL) {
94                 // Not using a filter, simply memcpy() as much as possible.
95                 lzma_bufcpy(in, in_pos, in_size, coder->mf.buffer,
96                                 &write_pos, coder->mf.size);
97
98                 ret = action != LZMA_RUN && *in_pos == in_size
99                                 ? LZMA_STREAM_END : LZMA_OK;
100
101         } else {
102                 ret = coder->next.code(coder->next.coder, allocator,
103                                 in, in_pos, in_size,
104                                 coder->mf.buffer, &write_pos,
105                                 coder->mf.size, action);
106         }
107
108         coder->mf.write_pos = write_pos;
109
110         // If end of stream has been reached or flushing completed, we allow
111         // the encoder to process all the input (that is, read_pos is allowed
112         // to reach write_pos). Otherwise we keep keep_size_after bytes
113         // available as prebuffer.
114         if (ret == LZMA_STREAM_END) {
115                 assert(*in_pos == in_size);
116                 ret = LZMA_OK;
117                 coder->mf.action = action;
118                 coder->mf.read_limit = coder->mf.write_pos;
119
120         } else if (coder->mf.write_pos > coder->mf.keep_size_after) {
121                 // This needs to be done conditionally, because if we got
122                 // only little new input, there may be too little input
123                 // to do any encoding yet.
124                 coder->mf.read_limit = coder->mf.write_pos
125                                 - coder->mf.keep_size_after;
126         }
127
128         // Restart the match finder after finished LZMA_SYNC_FLUSH.
129         if (coder->mf.pending > 0
130                         && coder->mf.read_pos < coder->mf.read_limit) {
131                 // Match finder may update coder->pending and expects it to
132                 // start from zero, so use a temporary variable.
133                 const size_t pending = coder->mf.pending;
134                 coder->mf.pending = 0;
135
136                 // Rewind read_pos so that the match finder can hash
137                 // the pending bytes.
138                 assert(coder->mf.read_pos >= pending);
139                 coder->mf.read_pos -= pending;
140
141                 // Call the skip function directly instead of using
142                 // mf_skip(), since we don't want to touch mf->read_ahead.
143                 coder->mf.skip(&coder->mf, pending);
144         }
145
146         return ret;
147 }
148
149
150 static lzma_ret
151 lz_encode(lzma_coder *coder, lzma_allocator *allocator,
152                 const uint8_t *restrict in, size_t *restrict in_pos,
153                 size_t in_size,
154                 uint8_t *restrict out, size_t *restrict out_pos,
155                 size_t out_size, lzma_action action)
156 {
157         while (*out_pos < out_size
158                         && (*in_pos < in_size || action != LZMA_RUN)) {
159                 // Read more data to coder->mf.buffer if needed.
160                 if (coder->mf.action == LZMA_RUN && coder->mf.read_pos
161                                 >= coder->mf.read_limit)
162                         return_if_error(fill_window(coder, allocator,
163                                         in, in_pos, in_size, action));
164
165                 // Encode
166                 const lzma_ret ret = coder->lz.code(coder->lz.coder,
167                                 &coder->mf, out, out_pos, out_size);
168                 if (ret != LZMA_OK) {
169                         // Setting this to LZMA_RUN for cases when we are
170                         // flushing. It doesn't matter when finishing or if
171                         // an error occurred.
172                         coder->mf.action = LZMA_RUN;
173                         return ret;
174                 }
175         }
176
177         return LZMA_OK;
178 }
179
180
181 static bool
182 lz_encoder_prepare(lzma_mf *mf, lzma_allocator *allocator,
183                 const lzma_lz_options *lz_options)
184 {
185         // For now, the dictionary size is limited to 1.5 GiB. This may grow
186         // in the future if needed, but it needs a little more work than just
187         // changing this check.
188         if (lz_options->dict_size < LZMA_DICT_SIZE_MIN
189                         || lz_options->dict_size
190                                 > (UINT32_C(1) << 30) + (UINT32_C(1) << 29)
191                         || lz_options->nice_len > lz_options->match_len_max)
192                 return true;
193
194         mf->keep_size_before = lz_options->before_size + lz_options->dict_size;
195
196         mf->keep_size_after = lz_options->after_size
197                         + lz_options->match_len_max;
198
199         // To avoid constant memmove()s, allocate some extra space. Since
200         // memmove()s become more expensive when the size of the buffer
201         // increases, we reserve more space when a large dictionary is
202         // used to make the memmove() calls rarer.
203         //
204         // This works with dictionaries up to about 3 GiB. If bigger
205         // dictionary is wanted, some extra work is needed:
206         //   - Several variables in lzma_mf have to be changed from uint32_t
207         //     to size_t.
208         //   - Memory usage calculation needs something too, e.g. use uint64_t
209         //     for mf->size.
210         uint32_t reserve = lz_options->dict_size / 2;
211         if (reserve > (UINT32_C(1) << 30))
212                 reserve /= 2;
213
214         reserve += (lz_options->before_size + lz_options->match_len_max
215                         + lz_options->after_size) / 2 + (UINT32_C(1) << 19);
216
217         const uint32_t old_size = mf->size;
218         mf->size = mf->keep_size_before + reserve + mf->keep_size_after;
219
220         // Deallocate the old history buffer if it exists but has different
221         // size than what is needed now.
222         if (mf->buffer != NULL && old_size != mf->size) {
223                 lzma_free(mf->buffer, allocator);
224                 mf->buffer = NULL;
225         }
226
227         // Match finder options
228         mf->match_len_max = lz_options->match_len_max;
229         mf->nice_len = lz_options->nice_len;
230
231         // cyclic_size has to stay smaller than 2 Gi. Note that this doesn't
232         // mean limiting dictionary size to less than 2 GiB. With a match
233         // finder that uses multibyte resolution (hashes start at e.g. every
234         // fourth byte), cyclic_size would stay below 2 Gi even when
235         // dictionary size is greater than 2 GiB.
236         //
237         // It would be possible to allow cyclic_size >= 2 Gi, but then we
238         // would need to be careful to use 64-bit types in various places
239         // (size_t could do since we would need bigger than 32-bit address
240         // space anyway). It would also require either zeroing a multigigabyte
241         // buffer at initialization (waste of time and RAM) or allow
242         // normalization in lz_encoder_mf.c to access uninitialized
243         // memory to keep the code simpler. The current way is simple and
244         // still allows pretty big dictionaries, so I don't expect these
245         // limits to change.
246         mf->cyclic_size = lz_options->dict_size + 1;
247
248         // Validate the match finder ID and setup the function pointers.
249         switch (lz_options->match_finder) {
250 #ifdef HAVE_MF_HC3
251         case LZMA_MF_HC3:
252                 mf->find = &lzma_mf_hc3_find;
253                 mf->skip = &lzma_mf_hc3_skip;
254                 break;
255 #endif
256 #ifdef HAVE_MF_HC4
257         case LZMA_MF_HC4:
258                 mf->find = &lzma_mf_hc4_find;
259                 mf->skip = &lzma_mf_hc4_skip;
260                 break;
261 #endif
262 #ifdef HAVE_MF_BT2
263         case LZMA_MF_BT2:
264                 mf->find = &lzma_mf_bt2_find;
265                 mf->skip = &lzma_mf_bt2_skip;
266                 break;
267 #endif
268 #ifdef HAVE_MF_BT3
269         case LZMA_MF_BT3:
270                 mf->find = &lzma_mf_bt3_find;
271                 mf->skip = &lzma_mf_bt3_skip;
272                 break;
273 #endif
274 #ifdef HAVE_MF_BT4
275         case LZMA_MF_BT4:
276                 mf->find = &lzma_mf_bt4_find;
277                 mf->skip = &lzma_mf_bt4_skip;
278                 break;
279 #endif
280
281         default:
282                 return true;
283         }
284
285         // Calculate the sizes of mf->hash and mf->son and check that
286         // nice_len is big enough for the selected match finder.
287         const uint32_t hash_bytes = lz_options->match_finder & 0x0F;
288         if (hash_bytes > mf->nice_len)
289                 return true;
290
291         const bool is_bt = (lz_options->match_finder & 0x10) != 0;
292         uint32_t hs;
293
294         if (hash_bytes == 2) {
295                 hs = 0xFFFF;
296         } else {
297                 // Round dictionary size up to the next 2^n - 1 so it can
298                 // be used as a hash mask.
299                 hs = lz_options->dict_size - 1;
300                 hs |= hs >> 1;
301                 hs |= hs >> 2;
302                 hs |= hs >> 4;
303                 hs |= hs >> 8;
304                 hs >>= 1;
305                 hs |= 0xFFFF;
306
307                 if (hs > (UINT32_C(1) << 24)) {
308                         if (hash_bytes == 3)
309                                 hs = (UINT32_C(1) << 24) - 1;
310                         else
311                                 hs >>= 1;
312                 }
313         }
314
315         mf->hash_mask = hs;
316
317         ++hs;
318         if (hash_bytes > 2)
319                 hs += HASH_2_SIZE;
320         if (hash_bytes > 3)
321                 hs += HASH_3_SIZE;
322 /*
323         No match finder uses this at the moment.
324         if (mf->hash_bytes > 4)
325                 hs += HASH_4_SIZE;
326 */
327
328         // If the above code calculating hs is modified, make sure that
329         // this assertion stays valid (UINT32_MAX / 5 is not strictly the
330         // exact limit). If it doesn't, you need to calculate that
331         // hash_size_sum + sons_count cannot overflow.
332         assert(hs < UINT32_MAX / 5);
333
334         const uint32_t old_count = mf->hash_size_sum + mf->sons_count;
335         mf->hash_size_sum = hs;
336         mf->sons_count = mf->cyclic_size;
337         if (is_bt)
338                 mf->sons_count *= 2;
339
340         const uint32_t new_count = mf->hash_size_sum + mf->sons_count;
341
342         // Deallocate the old hash array if it exists and has different size
343         // than what is needed now.
344         if (old_count != new_count) {
345                 lzma_free(mf->hash, allocator);
346                 mf->hash = NULL;
347         }
348
349         // Maximum number of match finder cycles
350         mf->depth = lz_options->depth;
351         if (mf->depth == 0) {
352                 if (is_bt)
353                         mf->depth = 16 + mf->nice_len / 2;
354                 else
355                         mf->depth = 4 + mf->nice_len / 4;
356         }
357
358         return false;
359 }
360
361
362 static bool
363 lz_encoder_init(lzma_mf *mf, lzma_allocator *allocator,
364                 const lzma_lz_options *lz_options)
365 {
366         // Allocate the history buffer.
367         if (mf->buffer == NULL) {
368                 mf->buffer = lzma_alloc(mf->size, allocator);
369                 if (mf->buffer == NULL)
370                         return true;
371         }
372
373         // Use cyclic_size as initial mf->offset. This allows
374         // avoiding a few branches in the match finders. The downside is
375         // that match finder needs to be normalized more often, which may
376         // hurt performance with huge dictionaries.
377         mf->offset = mf->cyclic_size;
378         mf->read_pos = 0;
379         mf->read_ahead = 0;
380         mf->read_limit = 0;
381         mf->write_pos = 0;
382         mf->pending = 0;
383
384         // Allocate match finder's hash array.
385         const size_t alloc_count = mf->hash_size_sum + mf->sons_count;
386
387 #if UINT32_MAX >= SIZE_MAX / 4
388         // Check for integer overflow. (Huge dictionaries are not
389         // possible on 32-bit CPU.)
390         if (alloc_count > SIZE_MAX / sizeof(uint32_t))
391                 return true;
392 #endif
393
394         if (mf->hash == NULL) {
395                 mf->hash = lzma_alloc(alloc_count * sizeof(uint32_t),
396                                 allocator);
397                 if (mf->hash == NULL)
398                         return true;
399         }
400
401         mf->son = mf->hash + mf->hash_size_sum;
402         mf->cyclic_pos = 0;
403
404         // Initialize the hash table. Since EMPTY_HASH_VALUE is zero, we
405         // can use memset().
406 /*
407         for (uint32_t i = 0; i < hash_size_sum; ++i)
408                 mf->hash[i] = EMPTY_HASH_VALUE;
409 */
410         memzero(mf->hash, (size_t)(mf->hash_size_sum) * sizeof(uint32_t));
411
412         // We don't need to initialize mf->son, but not doing that will
413         // make Valgrind complain in normalization (see normalize() in
414         // lz_encoder_mf.c).
415         //
416         // Skipping this initialization is *very* good when big dictionary is
417         // used but only small amount of data gets actually compressed: most
418         // of the mf->hash won't get actually allocated by the kernel, so
419         // we avoid wasting RAM and improve initialization speed a lot.
420         //memzero(mf->son, (size_t)(mf->sons_count) * sizeof(uint32_t));
421
422         // Handle preset dictionary.
423         if (lz_options->preset_dict != NULL
424                         && lz_options->preset_dict_size > 0) {
425                 // If the preset dictionary is bigger than the actual
426                 // dictionary, use only the tail.
427                 mf->write_pos = my_min(lz_options->preset_dict_size, mf->size);
428                 memcpy(mf->buffer, lz_options->preset_dict
429                                 + lz_options->preset_dict_size - mf->write_pos,
430                                 mf->write_pos);
431                 mf->action = LZMA_SYNC_FLUSH;
432                 mf->skip(mf, mf->write_pos);
433         }
434
435         mf->action = LZMA_RUN;
436
437         return false;
438 }
439
440
441 extern uint64_t
442 lzma_lz_encoder_memusage(const lzma_lz_options *lz_options)
443 {
444         // Old buffers must not exist when calling lz_encoder_prepare().
445         lzma_mf mf = {
446                 .buffer = NULL,
447                 .hash = NULL,
448                 .hash_size_sum = 0,
449                 .sons_count = 0,
450         };
451
452         // Setup the size information into mf.
453         if (lz_encoder_prepare(&mf, NULL, lz_options))
454                 return UINT64_MAX;
455
456         // Calculate the memory usage.
457         return (uint64_t)(mf.hash_size_sum + mf.sons_count)
458                                 * sizeof(uint32_t)
459                         + (uint64_t)(mf.size) + sizeof(lzma_coder);
460 }
461
462
463 static void
464 lz_encoder_end(lzma_coder *coder, lzma_allocator *allocator)
465 {
466         lzma_next_end(&coder->next, allocator);
467
468         lzma_free(coder->mf.hash, allocator);
469         lzma_free(coder->mf.buffer, allocator);
470
471         if (coder->lz.end != NULL)
472                 coder->lz.end(coder->lz.coder, allocator);
473         else
474                 lzma_free(coder->lz.coder, allocator);
475
476         lzma_free(coder, allocator);
477         return;
478 }
479
480
481 static lzma_ret
482 lz_encoder_update(lzma_coder *coder, lzma_allocator *allocator,
483                 const lzma_filter *filters_null lzma_attribute((__unused__)),
484                 const lzma_filter *reversed_filters)
485 {
486         if (coder->lz.options_update == NULL)
487                 return LZMA_PROG_ERROR;
488
489         return_if_error(coder->lz.options_update(
490                         coder->lz.coder, reversed_filters));
491
492         return lzma_next_filter_update(
493                         &coder->next, allocator, reversed_filters + 1);
494 }
495
496
497 extern lzma_ret
498 lzma_lz_encoder_init(lzma_next_coder *next, lzma_allocator *allocator,
499                 const lzma_filter_info *filters,
500                 lzma_ret (*lz_init)(lzma_lz_encoder *lz,
501                         lzma_allocator *allocator, const void *options,
502                         lzma_lz_options *lz_options))
503 {
504 #ifdef HAVE_SMALL
505         // We need that the CRC32 table has been initialized.
506         lzma_crc32_init();
507 #endif
508
509         // Allocate and initialize the base data structure.
510         if (next->coder == NULL) {
511                 next->coder = lzma_alloc(sizeof(lzma_coder), allocator);
512                 if (next->coder == NULL)
513                         return LZMA_MEM_ERROR;
514
515                 next->code = &lz_encode;
516                 next->end = &lz_encoder_end;
517                 next->update = &lz_encoder_update;
518
519                 next->coder->lz.coder = NULL;
520                 next->coder->lz.code = NULL;
521                 next->coder->lz.end = NULL;
522
523                 next->coder->mf.buffer = NULL;
524                 next->coder->mf.hash = NULL;
525                 next->coder->mf.hash_size_sum = 0;
526                 next->coder->mf.sons_count = 0;
527
528                 next->coder->next = LZMA_NEXT_CODER_INIT;
529         }
530
531         // Initialize the LZ-based encoder.
532         lzma_lz_options lz_options;
533         return_if_error(lz_init(&next->coder->lz, allocator,
534                         filters[0].options, &lz_options));
535
536         // Setup the size information into next->coder->mf and deallocate
537         // old buffers if they have wrong size.
538         if (lz_encoder_prepare(&next->coder->mf, allocator, &lz_options))
539                 return LZMA_OPTIONS_ERROR;
540
541         // Allocate new buffers if needed, and do the rest of
542         // the initialization.
543         if (lz_encoder_init(&next->coder->mf, allocator, &lz_options))
544                 return LZMA_MEM_ERROR;
545
546         // Initialize the next filter in the chain, if any.
547         return lzma_next_filter_init(&next->coder->next, allocator,
548                         filters + 1);
549 }
550
551
552 extern LZMA_API(lzma_bool)
553 lzma_mf_is_supported(lzma_match_finder mf)
554 {
555         bool ret = false;
556
557 #ifdef HAVE_MF_HC3
558         if (mf == LZMA_MF_HC3)
559                 ret = true;
560 #endif
561
562 #ifdef HAVE_MF_HC4
563         if (mf == LZMA_MF_HC4)
564                 ret = true;
565 #endif
566
567 #ifdef HAVE_MF_BT2
568         if (mf == LZMA_MF_BT2)
569                 ret = true;
570 #endif
571
572 #ifdef HAVE_MF_BT3
573         if (mf == LZMA_MF_BT3)
574                 ret = true;
575 #endif
576
577 #ifdef HAVE_MF_BT4
578         if (mf == LZMA_MF_BT4)
579                 ret = true;
580 #endif
581
582         return ret;
583 }