Quelle  blockcheck.c   Sprache: C

// SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-only
/*
 * blockcheck.c
 *
 * Checksum and ECC codes for the OCFS2 userspace library.
 *
 * Copyright (C) 2006, 2008 Oracle.  All rights reserved.
 */

#include <linux/kernel.h>
#include <linux/types.h>
#include <linux/crc32.h>
#include <linux/buffer_head.h>
#include <linux/bitops.h>
#include <linux/debugfs.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/fs.h>
#include <asm/byteorder.h>

#include <cluster/masklog.h>

#include "ocfs2.h"

#include "blockcheck.h"


/*
 * We use the following conventions:
 *
 * d = # data bits
 * p = # parity bits
 * c = # total code bits (d + p)
 */


/*
 * Calculate the bit offset in the hamming code buffer based on the bit's
 * offset in the data buffer.  Since the hamming code reserves all
 * power-of-two bits for parity, the data bit number and the code bit
 * number are offset by all the parity bits beforehand.
 *
 * Recall that bit numbers in hamming code are 1-based.  This function
 * takes the 0-based data bit from the caller.
 *
 * An example.  Take bit 1 of the data buffer.  1 is a power of two (2^0),
 * so it's a parity bit.  2 is a power of two (2^1), so it's a parity bit.
 * 3 is not a power of two.  So bit 1 of the data buffer ends up as bit 3
 * in the code buffer.
 *
 * The caller can pass in *p if it wants to keep track of the most recent
 * number of parity bits added.  This allows the function to start the
 * calculation at the last place.
 */
static unsigned int calc_code_bit(unsigned int i, unsigned int *p_cache)
{
 unsigned int b, p = 0;

 /*
 * Data bits are 0-based, but we're talking code bits, which
 * are 1-based.
 */
 b = i + 1;

 /* Use the cache if it is there */
 if (p_cache)
  p = *p_cache;
        b += p;

 /*
 * For every power of two below our bit number, bump our bit.
 *
 * We compare with (b + 1) because we have to compare with what b
 * would be _if_ it were bumped up by the parity bit.  Capice?
 *
 * p is set above.
 */
 for (; (1 << p) < (b + 1); p++)
  b++;

 if (p_cache)
  *p_cache = p;

 return b;
}

/*
 * This is the low level encoder function.  It can be called across
 * multiple hunks just like the crc32 code.  'd' is the number of bits
 * _in_this_hunk_.  nr is the bit offset of this hunk.  So, if you had
 * two 512B buffers, you would do it like so:
 *
 * parity = ocfs2_hamming_encode(0, buf1, 512 * 8, 0);
 * parity = ocfs2_hamming_encode(parity, buf2, 512 * 8, 512 * 8);
 *
 * If you just have one buffer, use ocfs2_hamming_encode_block().
 */
u32 ocfs2_hamming_encode(u32 parity, void *data, unsigned int d, unsigned int nr)
{
 unsigned int i, b, p = 0;

 BUG_ON(!d);

 /*
 * b is the hamming code bit number.  Hamming code specifies a
 * 1-based array, but C uses 0-based.  So 'i' is for C, and 'b' is
 * for the algorithm.
 *
 * The i++ in the for loop is so that the start offset passed
 * to ocfs2_find_next_bit_set() is one greater than the previously
 * found bit.
 */
 for (i = 0; (i = ocfs2_find_next_bit(data, d, i)) < d; i++)
 {
  /*
 * i is the offset in this hunk, nr + i is the total bit
 * offset.
 */
  b = calc_code_bit(nr + i, &p);

  /*
 * Data bits in the resultant code are checked by
 * parity bits that are part of the bit number
 * representation.  Huh?
 *
 * <wikipedia href="https://en.wikipedia.org/wiki/Hamming_code">
 * In other words, the parity bit at position 2^k
 * checks bits in positions having bit k set in
 * their binary representation.  Conversely, for
 * instance, bit 13, i.e. 1101(2), is checked by
 * bits 1000(2) = 8, 0100(2)=4 and 0001(2) = 1.
 * </wikipedia>
 *
 * Note that 'k' is the _code_ bit number.  'b' in
 * our loop.
 */
  parity ^= b;
 }

 /* While the data buffer was treated as little endian, the
 * return value is in host endian. */
 return parity;
}

u32 ocfs2_hamming_encode_block(void *data, unsigned int blocksize)
{
 return ocfs2_hamming_encode(0, data, blocksize * 8, 0);
}

/*
 * Like ocfs2_hamming_encode(), this can handle hunks.  nr is the bit
 * offset of the current hunk.  If bit to be fixed is not part of the
 * current hunk, this does nothing.
 *
 * If you only have one hunk, use ocfs2_hamming_fix_block().
 */
void ocfs2_hamming_fix(void *data, unsigned int d, unsigned int nr,
         unsigned int fix)
{
 unsigned int i, b;

 BUG_ON(!d);

 /*
 * If the bit to fix has an hweight of 1, it's a parity bit.  One
 * busted parity bit is its own error.  Nothing to do here.
 */
 if (hweight32(fix) == 1)
  return;

 /*
 * nr + d is the bit right past the data hunk we're looking at.
 * If fix after that, nothing to do
 */
 if (fix >= calc_code_bit(nr + d, NULL))
  return;

 /*
 * nr is the offset in the data hunk we're starting at.  Let's
 * start b at the offset in the code buffer.  See hamming_encode()
 * for a more detailed description of 'b'.
 */
 b = calc_code_bit(nr, NULL);
 /* If the fix is before this hunk, nothing to do */
 if (fix < b)
  return;

 for (i = 0; i < d; i++, b++)
 {
  /* Skip past parity bits */
  while (hweight32(b) == 1)
   b++;

  /*
 * i is the offset in this data hunk.
 * nr + i is the offset in the total data buffer.
 * b is the offset in the total code buffer.
 *
 * Thus, when b == fix, bit i in the current hunk needs
 * fixing.
 */
  if (b == fix)
  {
   if (ocfs2_test_bit(i, data))
    ocfs2_clear_bit(i, data);
   else
    ocfs2_set_bit(i, data);
   break;
  }
 }
}

void ocfs2_hamming_fix_block(void *data, unsigned int blocksize,
        unsigned int fix)
{
 ocfs2_hamming_fix(data, blocksize * 8, 0, fix);
}


/*
 * Debugfs handling.
 */

#ifdef CONFIG_DEBUG_FS

static int blockcheck_u64_get(void *data, u64 *val)
{
 *val = *(u64 *)data;
 return 0;
}
DEFINE_DEBUGFS_ATTRIBUTE(blockcheck_fops, blockcheck_u64_get, NULL, "%llu\n");

static void ocfs2_blockcheck_debug_remove(struct ocfs2_blockcheck_stats *stats)
{
 if (stats) {
  debugfs_remove_recursive(stats->b_debug_dir);
  stats->b_debug_dir = NULL;
 }
}

static void ocfs2_blockcheck_debug_install(struct ocfs2_blockcheck_stats *stats,
        struct dentry *parent)
{
 struct dentry *dir;

 dir = debugfs_create_dir("blockcheck", parent);
 stats->b_debug_dir = dir;

 debugfs_create_file("blocks_checked", S_IFREG | S_IRUSR, dir,
       &stats->b_check_count, &blockcheck_fops);

 debugfs_create_file("checksums_failed", S_IFREG | S_IRUSR, dir,
       &stats->b_failure_count, &blockcheck_fops);

 debugfs_create_file("ecc_recoveries", S_IFREG | S_IRUSR, dir,
       &stats->b_recover_count, &blockcheck_fops);

}
#else
static inline void ocfs2_blockcheck_debug_install(struct ocfs2_blockcheck_stats *stats,
        struct dentry *parent)
{
}

static inline void ocfs2_blockcheck_debug_remove(struct ocfs2_blockcheck_stats *stats)
{
}
#endif  /* CONFIG_DEBUG_FS */

/* Always-called wrappers for starting and stopping the debugfs files */
void ocfs2_blockcheck_stats_debugfs_install(struct ocfs2_blockcheck_stats *stats,
         struct dentry *parent)
{
 ocfs2_blockcheck_debug_install(stats, parent);
}

void ocfs2_blockcheck_stats_debugfs_remove(struct ocfs2_blockcheck_stats *stats)
{
 ocfs2_blockcheck_debug_remove(stats);
}

static void ocfs2_blockcheck_inc_check(struct ocfs2_blockcheck_stats *stats)
{
 u64 new_count;

 if (!stats)
  return;

 spin_lock(&stats->b_lock);
 stats->b_check_count++;
 new_count = stats->b_check_count;
 spin_unlock(&stats->b_lock);

 if (!new_count)
  mlog(ML_NOTICE, "Block check count has wrapped\n");
}

static void ocfs2_blockcheck_inc_failure(struct ocfs2_blockcheck_stats *stats)
{
 u64 new_count;

 if (!stats)
  return;

 spin_lock(&stats->b_lock);
 stats->b_failure_count++;
 new_count = stats->b_failure_count;
 spin_unlock(&stats->b_lock);

 if (!new_count)
  mlog(ML_NOTICE, "Checksum failure count has wrapped\n");
}

static void ocfs2_blockcheck_inc_recover(struct ocfs2_blockcheck_stats *stats)
{
 u64 new_count;

 if (!stats)
  return;

 spin_lock(&stats->b_lock);
 stats->b_recover_count++;
 new_count = stats->b_recover_count;
 spin_unlock(&stats->b_lock);

 if (!new_count)
  mlog(ML_NOTICE, "ECC recovery count has wrapped\n");
}



/*
 * These are the low-level APIs for using the ocfs2_block_check structure.
 */

/*
 * This function generates check information for a block.
 * data is the block to be checked.  bc is a pointer to the
 * ocfs2_block_check structure describing the crc32 and the ecc.
 *
 * bc should be a pointer inside data, as the function will
 * take care of zeroing it before calculating the check information.  If
 * bc does not point inside data, the caller must make sure any inline
 * ocfs2_block_check structures are zeroed.
 *
 * The data buffer must be in on-disk endian (little endian for ocfs2).
 * bc will be filled with little-endian values and will be ready to go to
 * disk.
 */
void ocfs2_block_check_compute(void *data, size_t blocksize,
          struct ocfs2_block_check *bc)
{
 u32 crc;
 u32 ecc;

 memset(bc, 0, sizeof(struct ocfs2_block_check));

 crc = crc32_le(~0, data, blocksize);
 ecc = ocfs2_hamming_encode_block(data, blocksize);

 /*
 * No ecc'd ocfs2 structure is larger than 4K, so ecc will be no
 * larger than 16 bits.
 */
 BUG_ON(ecc > USHRT_MAX);

 bc->bc_crc32e = cpu_to_le32(crc);
 bc->bc_ecc = cpu_to_le16((u16)ecc);
}

/*
 * This function validates existing check information.  Like _compute,
 * the function will take care of zeroing bc before calculating check codes.
 * If bc is not a pointer inside data, the caller must have zeroed any
 * inline ocfs2_block_check structures.
 *
 * Again, the data passed in should be the on-disk endian.
 */
int ocfs2_block_check_validate(void *data, size_t blocksize,
          struct ocfs2_block_check *bc,
          struct ocfs2_blockcheck_stats *stats)
{
 int rc = 0;
 u32 bc_crc32e;
 u16 bc_ecc;
 u32 crc, ecc;

 ocfs2_blockcheck_inc_check(stats);

 bc_crc32e = le32_to_cpu(bc->bc_crc32e);
 bc_ecc = le16_to_cpu(bc->bc_ecc);

 memset(bc, 0, sizeof(struct ocfs2_block_check));

 /* Fast path - if the crc32 validates, we're good to go */
 crc = crc32_le(~0, data, blocksize);
 if (crc == bc_crc32e)
  goto out;

 ocfs2_blockcheck_inc_failure(stats);
 mlog(ML_ERROR,
      "CRC32 failed: stored: 0x%x, computed 0x%x. Applying ECC.\n",
      (unsigned int)bc_crc32e, (unsigned int)crc);

 /* Ok, try ECC fixups */
 ecc = ocfs2_hamming_encode_block(data, blocksize);
 ocfs2_hamming_fix_block(data, blocksize, ecc ^ bc_ecc);

 /* And check the crc32 again */
 crc = crc32_le(~0, data, blocksize);
 if (crc == bc_crc32e) {
  ocfs2_blockcheck_inc_recover(stats);
  goto out;
 }

 mlog(ML_ERROR, "Fixed CRC32 failed: stored: 0x%x, computed 0x%x\n",
      (unsigned int)bc_crc32e, (unsigned int)crc);

 rc = -EIO;

out:
 bc->bc_crc32e = cpu_to_le32(bc_crc32e);
 bc->bc_ecc = cpu_to_le16(bc_ecc);

 return rc;
}

/*
 * This function generates check information for a list of buffer_heads.
 * bhs is the blocks to be checked.  bc is a pointer to the
 * ocfs2_block_check structure describing the crc32 and the ecc.
 *
 * bc should be a pointer inside data, as the function will
 * take care of zeroing it before calculating the check information.  If
 * bc does not point inside data, the caller must make sure any inline
 * ocfs2_block_check structures are zeroed.
 *
 * The data buffer must be in on-disk endian (little endian for ocfs2).
 * bc will be filled with little-endian values and will be ready to go to
 * disk.
 */
void ocfs2_block_check_compute_bhs(struct buffer_head **bhs, int nr,
       struct ocfs2_block_check *bc)
{
 int i;
 u32 crc, ecc;

 BUG_ON(nr < 0);

 if (!nr)
  return;

 memset(bc, 0, sizeof(struct ocfs2_block_check));

 for (i = 0, crc = ~0, ecc = 0; i < nr; i++) {
  crc = crc32_le(crc, bhs[i]->b_data, bhs[i]->b_size);
  /*
 * The number of bits in a buffer is obviously b_size*8.
 * The offset of this buffer is b_size*i, so the bit offset
 * of this buffer is b_size*8*i.
 */
  ecc = (u16)ocfs2_hamming_encode(ecc, bhs[i]->b_data,
      bhs[i]->b_size * 8,
      bhs[i]->b_size * 8 * i);
 }

 /*
 * No ecc'd ocfs2 structure is larger than 4K, so ecc will be no
 * larger than 16 bits.
 */
 BUG_ON(ecc > USHRT_MAX);

 bc->bc_crc32e = cpu_to_le32(crc);
 bc->bc_ecc = cpu_to_le16((u16)ecc);
}

/*
 * This function validates existing check information on a list of
 * buffer_heads.  Like _compute_bhs, the function will take care of
 * zeroing bc before calculating check codes.  If bc is not a pointer
 * inside data, the caller must have zeroed any inline
 * ocfs2_block_check structures.
 *
 * Again, the data passed in should be the on-disk endian.
 */
int ocfs2_block_check_validate_bhs(struct buffer_head **bhs, int nr,
       struct ocfs2_block_check *bc,
       struct ocfs2_blockcheck_stats *stats)
{
 int i, rc = 0;
 u32 bc_crc32e;
 u16 bc_ecc;
 u32 crc, ecc, fix;

 BUG_ON(nr < 0);

 if (!nr)
  return 0;

 ocfs2_blockcheck_inc_check(stats);

 bc_crc32e = le32_to_cpu(bc->bc_crc32e);
 bc_ecc = le16_to_cpu(bc->bc_ecc);

 memset(bc, 0, sizeof(struct ocfs2_block_check));

 /* Fast path - if the crc32 validates, we're good to go */
 for (i = 0, crc = ~0; i < nr; i++)
  crc = crc32_le(crc, bhs[i]->b_data, bhs[i]->b_size);
 if (crc == bc_crc32e)
  goto out;

 ocfs2_blockcheck_inc_failure(stats);
 mlog(ML_ERROR,
      "CRC32 failed: stored: %u, computed %u. Applying ECC.\n",
      (unsigned int)bc_crc32e, (unsigned int)crc);

 /* Ok, try ECC fixups */
 for (i = 0, ecc = 0; i < nr; i++) {
  /*
 * The number of bits in a buffer is obviously b_size*8.
 * The offset of this buffer is b_size*i, so the bit offset
 * of this buffer is b_size*8*i.
 */
  ecc = (u16)ocfs2_hamming_encode(ecc, bhs[i]->b_data,
      bhs[i]->b_size * 8,
      bhs[i]->b_size * 8 * i);
 }
 fix = ecc ^ bc_ecc;
 for (i = 0; i < nr; i++) {
  /*
 * Try the fix against each buffer.  It will only affect
 * one of them.
 */
  ocfs2_hamming_fix(bhs[i]->b_data, bhs[i]->b_size * 8,
      bhs[i]->b_size * 8 * i, fix);
 }

 /* And check the crc32 again */
 for (i = 0, crc = ~0; i < nr; i++)
  crc = crc32_le(crc, bhs[i]->b_data, bhs[i]->b_size);
 if (crc == bc_crc32e) {
  ocfs2_blockcheck_inc_recover(stats);
  goto out;
 }

 mlog(ML_ERROR, "Fixed CRC32 failed: stored: %u, computed %u\n",
      (unsigned int)bc_crc32e, (unsigned int)crc);

 rc = -EIO;

out:
 bc->bc_crc32e = cpu_to_le32(bc_crc32e);
 bc->bc_ecc = cpu_to_le16(bc_ecc);

 return rc;
}

/*
 * These are the main API.  They check the superblock flag before
 * calling the underlying operations.
 *
 * They expect the buffer(s) to be in disk format.
 */
void ocfs2_compute_meta_ecc(struct super_block *sb, void *data,
       struct ocfs2_block_check *bc)
{
 if (ocfs2_meta_ecc(OCFS2_SB(sb)))
  ocfs2_block_check_compute(data, sb->s_blocksize, bc);
}

int ocfs2_validate_meta_ecc(struct super_block *sb, void *data,
       struct ocfs2_block_check *bc)
{
 int rc = 0;
 struct ocfs2_super *osb = OCFS2_SB(sb);

 if (ocfs2_meta_ecc(osb))
  rc = ocfs2_block_check_validate(data, sb->s_blocksize, bc,
      &osb->osb_ecc_stats);

 return rc;
}

void ocfs2_compute_meta_ecc_bhs(struct super_block *sb,
    struct buffer_head **bhs, int nr,
    struct ocfs2_block_check *bc)
{
 if (ocfs2_meta_ecc(OCFS2_SB(sb)))
  ocfs2_block_check_compute_bhs(bhs, nr, bc);
}

int ocfs2_validate_meta_ecc_bhs(struct super_block *sb,
    struct buffer_head **bhs, int nr,
    struct ocfs2_block_check *bc)
{
 int rc = 0;
 struct ocfs2_super *osb = OCFS2_SB(sb);

 if (ocfs2_meta_ecc(osb))
  rc = ocfs2_block_check_validate_bhs(bhs, nr, bc,
          &osb->osb_ecc_stats);

 return rc;
}