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Forked from rpms/qemu-kvm 2 years ago
Clone
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From 5f9e1e7be5043bce75d940db098b497d3dd78813 Mon Sep 17 00:00:00 2001
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Message-Id: <5f9e1e7be5043bce75d940db098b497d3dd78813.1418766606.git.jen@redhat.com>
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In-Reply-To: <6f81b4847eb68ebdf54a8f1a771e19d112d74152.1418766606.git.jen@redhat.com>
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References: <6f81b4847eb68ebdf54a8f1a771e19d112d74152.1418766606.git.jen@redhat.com>
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From: Fam Zheng <famz@redhat.com>
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Date: Thu, 4 Dec 2014 00:05:19 -0600
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Subject: [CHANGE 25/31] vmdk: Optimize cluster allocation
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To: rhvirt-patches@redhat.com,
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    jen@redhat.com
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RH-Author: Fam Zheng <famz@redhat.com>
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Message-id: <1417651524-18041-26-git-send-email-famz@redhat.com>
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Patchwork-id: 62698
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O-Subject: [RHEL-7.1 qemu-kvm PATCH v5 25/30] vmdk: Optimize cluster allocation
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Bugzilla: 1002493
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RH-Acked-by: Jeffrey Cody <jcody@redhat.com>
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RH-Acked-by: Markus Armbruster <armbru@redhat.com>
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RH-Acked-by: Max Reitz <mreitz@redhat.com>
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This drops the unnecessary bdrv_truncate() from, and also improves,
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cluster allocation code path.
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Before, when we need a new cluster, get_cluster_offset truncates the
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image to bdrv_getlength() + cluster_size, and returns the offset of
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added area, i.e. the image length before truncating.
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This is not efficient, so it's now rewritten as:
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  - Save the extent file length when opening.
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  - When allocating cluster, use the saved length as cluster offset.
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  - Don't truncate image, because we'll anyway write data there: just
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    write any data at the EOF position, in descending priority:
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    * New user data (cluster allocation happens in a write request).
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    * Filling data in the beginning and/or ending of the new cluster, if
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      not covered by user data: either backing file content (COW), or
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      zero for standalone images.
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One major benifit of this change is, on host mounted NFS images, even
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over a fast network, ftruncate is slow (see the example below). This
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change significantly speeds up cluster allocation. Comparing by
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converting a cirros image (296M) to VMDK on an NFS mount point, over
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1Gbe LAN:
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    $ time qemu-img convert cirros-0.3.1.img /mnt/a.raw -O vmdk
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    Before:
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        real    0m21.796s
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        user    0m0.130s
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        sys     0m0.483s
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    After:
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        real    0m2.017s
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        user    0m0.047s
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        sys     0m0.190s
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We also get rid of unchecked bdrv_getlength() and bdrv_truncate(), and
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get a little more documentation in function comments.
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Tested that this passes qemu-iotests for all VMDK subformats.
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Signed-off-by: Fam Zheng <famz@redhat.com>
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Signed-off-by: Stefan Hajnoczi <stefanha@redhat.com>
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(cherry picked from commit c6ac36e14569794b3f3e66f796dea19bc0f0b8d3)
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Signed-off-by: Fam Zheng <famz@redhat.com>
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Signed-off-by: Jeff E. Nelson <jen@redhat.com>
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---
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 block/vmdk.c | 222 +++++++++++++++++++++++++++++++++++++----------------------
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 1 file changed, 140 insertions(+), 82 deletions(-)
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diff --git a/block/vmdk.c b/block/vmdk.c
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index a625e7a..70b616a 100644
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--- a/block/vmdk.c
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+++ b/block/vmdk.c
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@@ -106,6 +106,7 @@ typedef struct VmdkExtent {
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     uint32_t l2_cache_counts[L2_CACHE_SIZE];
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     int64_t cluster_sectors;
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+    int64_t next_cluster_sector;
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     char *type;
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 } VmdkExtent;
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@@ -124,7 +125,6 @@ typedef struct BDRVVmdkState {
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 } BDRVVmdkState;
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 typedef struct VmdkMetaData {
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-    uint32_t offset;
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     unsigned int l1_index;
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     unsigned int l2_index;
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     unsigned int l2_offset;
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@@ -397,6 +397,7 @@ static int vmdk_add_extent(BlockDriverState *bs,
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 {
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     VmdkExtent *extent;
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     BDRVVmdkState *s = bs->opaque;
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+    int64_t length;
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     if (cluster_sectors > 0x200000) {
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         /* 0x200000 * 512Bytes = 1GB for one cluster is unrealistic */
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@@ -412,6 +413,11 @@ static int vmdk_add_extent(BlockDriverState *bs,
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         return -EFBIG;
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     }
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+    length = bdrv_getlength(file);
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+    if (length < 0) {
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+        return length;
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+    }
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+
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     s->extents = g_realloc(s->extents,
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                               (s->num_extents + 1) * sizeof(VmdkExtent));
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     extent = &s->extents[s->num_extents];
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@@ -427,6 +433,8 @@ static int vmdk_add_extent(BlockDriverState *bs,
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     extent->l1_entry_sectors = l2_size * cluster_sectors;
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     extent->l2_size = l2_size;
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     extent->cluster_sectors = flat ? sectors : cluster_sectors;
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+    extent->next_cluster_sector =
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+        ROUND_UP(DIV_ROUND_UP(length, BDRV_SECTOR_SIZE), cluster_sectors);
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     if (s->num_extents > 1) {
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         extent->end_sector = (*(extent - 1)).end_sector + extent->sectors;
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@@ -953,57 +961,97 @@ static int vmdk_refresh_limits(BlockDriverState *bs)
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     return 0;
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 }
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+/**
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+ * get_whole_cluster
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+ *
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+ * Copy backing file's cluster that covers @sector_num, otherwise write zero,
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+ * to the cluster at @cluster_sector_num.
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+ *
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+ * If @skip_start_sector < @skip_end_sector, the relative range
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+ * [@skip_start_sector, @skip_end_sector) is not copied or written, and leave
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+ * it for call to write user data in the request.
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+ */
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 static int get_whole_cluster(BlockDriverState *bs,
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-                VmdkExtent *extent,
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-                uint64_t cluster_offset,
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-                uint64_t offset,
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-                bool allocate)
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+                             VmdkExtent *extent,
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+                             uint64_t cluster_sector_num,
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+                             uint64_t sector_num,
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+                             uint64_t skip_start_sector,
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+                             uint64_t skip_end_sector)
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 {
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     int ret = VMDK_OK;
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-    uint8_t *whole_grain = NULL;
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+    int64_t cluster_bytes;
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+    uint8_t *whole_grain;
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+    /* For COW, align request sector_num to cluster start */
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+    sector_num = QEMU_ALIGN_DOWN(sector_num, extent->cluster_sectors);
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+    cluster_bytes = extent->cluster_sectors << BDRV_SECTOR_BITS;
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+    whole_grain = qemu_blockalign(bs, cluster_bytes);
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+
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+    if (!bs->backing_hd) {
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+        memset(whole_grain, 0,  skip_start_sector << BDRV_SECTOR_BITS);
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+        memset(whole_grain + (skip_end_sector << BDRV_SECTOR_BITS), 0,
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+               cluster_bytes - (skip_end_sector << BDRV_SECTOR_BITS));
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+    }
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+
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+    assert(skip_end_sector <= extent->cluster_sectors);
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     /* we will be here if it's first write on non-exist grain(cluster).
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      * try to read from parent image, if exist */
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-    if (bs->backing_hd) {
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-        whole_grain =
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-            qemu_blockalign(bs, extent->cluster_sectors << BDRV_SECTOR_BITS);
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-        if (!vmdk_is_cid_valid(bs)) {
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-            ret = VMDK_ERROR;
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-            goto exit;
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-        }
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+    if (bs->backing_hd && !vmdk_is_cid_valid(bs)) {
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+        ret = VMDK_ERROR;
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+        goto exit;
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+    }
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-        /* floor offset to cluster */
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-        offset -= offset % (extent->cluster_sectors * 512);
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-        ret = bdrv_read(bs->backing_hd, offset >> 9, whole_grain,
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-                extent->cluster_sectors);
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+    /* Read backing data before skip range */
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+    if (skip_start_sector > 0) {
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+        if (bs->backing_hd) {
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+            ret = bdrv_read(bs->backing_hd, sector_num,
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+                            whole_grain, skip_start_sector);
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+            if (ret < 0) {
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+                ret = VMDK_ERROR;
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+                goto exit;
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+            }
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+        }
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+        ret = bdrv_write(extent->file, cluster_sector_num, whole_grain,
9ae3a8
+                         skip_start_sector);
9ae3a8
         if (ret < 0) {
9ae3a8
             ret = VMDK_ERROR;
9ae3a8
             goto exit;
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         }
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-
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-        /* Write grain only into the active image */
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-        ret = bdrv_write(extent->file, cluster_offset, whole_grain,
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-                extent->cluster_sectors);
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+    }
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+    /* Read backing data after skip range */
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+    if (skip_end_sector < extent->cluster_sectors) {
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+        if (bs->backing_hd) {
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+            ret = bdrv_read(bs->backing_hd, sector_num + skip_end_sector,
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+                            whole_grain + (skip_end_sector << BDRV_SECTOR_BITS),
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+                            extent->cluster_sectors - skip_end_sector);
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+            if (ret < 0) {
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+                ret = VMDK_ERROR;
9ae3a8
+                goto exit;
9ae3a8
+            }
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+        }
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+        ret = bdrv_write(extent->file, cluster_sector_num + skip_end_sector,
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+                         whole_grain + (skip_end_sector << BDRV_SECTOR_BITS),
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+                         extent->cluster_sectors - skip_end_sector);
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         if (ret < 0) {
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             ret = VMDK_ERROR;
9ae3a8
             goto exit;
9ae3a8
         }
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     }
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+
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 exit:
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     qemu_vfree(whole_grain);
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     return ret;
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 }
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-static int vmdk_L2update(VmdkExtent *extent, VmdkMetaData *m_data)
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+static int vmdk_L2update(VmdkExtent *extent, VmdkMetaData *m_data,
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+                         uint32_t offset)
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 {
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-    uint32_t offset;
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-    QEMU_BUILD_BUG_ON(sizeof(offset) != sizeof(m_data->offset));
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-    offset = cpu_to_le32(m_data->offset);
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+    offset = cpu_to_le32(offset);
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     /* update L2 table */
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     if (bdrv_pwrite_sync(
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                 extent->file,
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                 ((int64_t)m_data->l2_offset * 512)
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-                    + (m_data->l2_index * sizeof(m_data->offset)),
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+                    + (m_data->l2_index * sizeof(offset)),
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                 &offset, sizeof(offset)) < 0) {
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         return VMDK_ERROR;
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     }
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@@ -1013,7 +1061,7 @@ static int vmdk_L2update(VmdkExtent *extent, VmdkMetaData *m_data)
9ae3a8
         if (bdrv_pwrite_sync(
9ae3a8
                     extent->file,
9ae3a8
                     ((int64_t)m_data->l2_offset * 512)
9ae3a8
-                        + (m_data->l2_index * sizeof(m_data->offset)),
9ae3a8
+                        + (m_data->l2_index * sizeof(offset)),
9ae3a8
                     &offset, sizeof(offset)) < 0) {
9ae3a8
             return VMDK_ERROR;
9ae3a8
         }
9ae3a8
@@ -1025,17 +1073,41 @@ static int vmdk_L2update(VmdkExtent *extent, VmdkMetaData *m_data)
9ae3a8
     return VMDK_OK;
9ae3a8
 }
9ae3a8
 
9ae3a8
+/**
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+ * get_cluster_offset
9ae3a8
+ *
9ae3a8
+ * Look up cluster offset in extent file by sector number, and store in
9ae3a8
+ * @cluster_offset.
9ae3a8
+ *
9ae3a8
+ * For flat extents, the start offset as parsed from the description file is
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+ * returned.
9ae3a8
+ *
9ae3a8
+ * For sparse extents, look up in L1, L2 table. If allocate is true, return an
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+ * offset for a new cluster and update L2 cache. If there is a backing file,
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+ * COW is done before returning; otherwise, zeroes are written to the allocated
9ae3a8
+ * cluster. Both COW and zero writing skips the sector range
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+ * [@skip_start_sector, @skip_end_sector) passed in by caller, because caller
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+ * has new data to write there.
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+ *
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+ * Returns: VMDK_OK if cluster exists and mapped in the image.
9ae3a8
+ *          VMDK_UNALLOC if cluster is not mapped and @allocate is false.
9ae3a8
+ *          VMDK_ERROR if failed.
9ae3a8
+ */
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 static int get_cluster_offset(BlockDriverState *bs,
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-                                    VmdkExtent *extent,
9ae3a8
-                                    VmdkMetaData *m_data,
9ae3a8
-                                    uint64_t offset,
9ae3a8
-                                    int allocate,
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-                                    uint64_t *cluster_offset)
9ae3a8
+                              VmdkExtent *extent,
9ae3a8
+                              VmdkMetaData *m_data,
9ae3a8
+                              uint64_t offset,
9ae3a8
+                              bool allocate,
9ae3a8
+                              uint64_t *cluster_offset,
9ae3a8
+                              uint64_t skip_start_sector,
9ae3a8
+                              uint64_t skip_end_sector)
9ae3a8
 {
9ae3a8
     unsigned int l1_index, l2_offset, l2_index;
9ae3a8
     int min_index, i, j;
9ae3a8
     uint32_t min_count, *l2_table;
9ae3a8
     bool zeroed = false;
9ae3a8
+    int64_t ret;
9ae3a8
+    int32_t cluster_sector;
9ae3a8
 
9ae3a8
     if (m_data) {
9ae3a8
         m_data->valid = 0;
9ae3a8
@@ -1089,52 +1161,41 @@ static int get_cluster_offset(BlockDriverState *bs,
9ae3a8
     extent->l2_cache_counts[min_index] = 1;
9ae3a8
  found:
9ae3a8
     l2_index = ((offset >> 9) / extent->cluster_sectors) % extent->l2_size;
9ae3a8
-    *cluster_offset = le32_to_cpu(l2_table[l2_index]);
9ae3a8
+    cluster_sector = le32_to_cpu(l2_table[l2_index]);
9ae3a8
 
9ae3a8
     if (m_data) {
9ae3a8
         m_data->valid = 1;
9ae3a8
         m_data->l1_index = l1_index;
9ae3a8
         m_data->l2_index = l2_index;
9ae3a8
-        m_data->offset = *cluster_offset;
9ae3a8
         m_data->l2_offset = l2_offset;
9ae3a8
         m_data->l2_cache_entry = &l2_table[l2_index];
9ae3a8
     }
9ae3a8
-    if (extent->has_zero_grain && *cluster_offset == VMDK_GTE_ZEROED) {
9ae3a8
+    if (extent->has_zero_grain && cluster_sector == VMDK_GTE_ZEROED) {
9ae3a8
         zeroed = true;
9ae3a8
     }
9ae3a8
 
9ae3a8
-    if (!*cluster_offset || zeroed) {
9ae3a8
+    if (!cluster_sector || zeroed) {
9ae3a8
         if (!allocate) {
9ae3a8
             return zeroed ? VMDK_ZEROED : VMDK_UNALLOC;
9ae3a8
         }
9ae3a8
 
9ae3a8
-        /* Avoid the L2 tables update for the images that have snapshots. */
9ae3a8
-        *cluster_offset = bdrv_getlength(extent->file);
9ae3a8
-        if (!extent->compressed) {
9ae3a8
-            bdrv_truncate(
9ae3a8
-                extent->file,
9ae3a8
-                *cluster_offset + (extent->cluster_sectors << 9)
9ae3a8
-            );
9ae3a8
-        }
9ae3a8
-
9ae3a8
-        *cluster_offset >>= 9;
9ae3a8
-        l2_table[l2_index] = cpu_to_le32(*cluster_offset);
9ae3a8
+        cluster_sector = extent->next_cluster_sector;
9ae3a8
+        extent->next_cluster_sector += extent->cluster_sectors;
9ae3a8
 
9ae3a8
         /* First of all we write grain itself, to avoid race condition
9ae3a8
          * that may to corrupt the image.
9ae3a8
          * This problem may occur because of insufficient space on host disk
9ae3a8
          * or inappropriate VM shutdown.
9ae3a8
          */
9ae3a8
-        if (get_whole_cluster(
9ae3a8
-                bs, extent, *cluster_offset, offset, allocate) == -1) {
9ae3a8
-            return VMDK_ERROR;
9ae3a8
-        }
9ae3a8
-
9ae3a8
-        if (m_data) {
9ae3a8
-            m_data->offset = *cluster_offset;
9ae3a8
+        ret = get_whole_cluster(bs, extent,
9ae3a8
+                                cluster_sector,
9ae3a8
+                                offset >> BDRV_SECTOR_BITS,
9ae3a8
+                                skip_start_sector, skip_end_sector);
9ae3a8
+        if (ret) {
9ae3a8
+            return ret;
9ae3a8
         }
9ae3a8
     }
9ae3a8
-    *cluster_offset <<= 9;
9ae3a8
+    *cluster_offset = cluster_sector << BDRV_SECTOR_BITS;
9ae3a8
     return VMDK_OK;
9ae3a8
 }
9ae3a8
 
9ae3a8
@@ -1169,7 +1230,8 @@ static int64_t coroutine_fn vmdk_co_get_block_status(BlockDriverState *bs,
9ae3a8
     }
9ae3a8
     qemu_co_mutex_lock(&s->lock);
9ae3a8
     ret = get_cluster_offset(bs, extent, NULL,
9ae3a8
-                            sector_num * 512, 0, &offset);
9ae3a8
+                             sector_num * 512, false, &offset,
9ae3a8
+                             0, 0);
9ae3a8
     qemu_co_mutex_unlock(&s->lock);
9ae3a8
 
9ae3a8
     switch (ret) {
9ae3a8
@@ -1322,9 +1384,9 @@ static int vmdk_read(BlockDriverState *bs, int64_t sector_num,
9ae3a8
         if (!extent) {
9ae3a8
             return -EIO;
9ae3a8
         }
9ae3a8
-        ret = get_cluster_offset(
9ae3a8
-                            bs, extent, NULL,
9ae3a8
-                            sector_num << 9, 0, &cluster_offset);
9ae3a8
+        ret = get_cluster_offset(bs, extent, NULL,
9ae3a8
+                                 sector_num << 9, false, &cluster_offset,
9ae3a8
+                                 0, 0);
9ae3a8
         extent_begin_sector = extent->end_sector - extent->sectors;
9ae3a8
         extent_relative_sector_num = sector_num - extent_begin_sector;
9ae3a8
         index_in_cluster = extent_relative_sector_num % extent->cluster_sectors;
9ae3a8
@@ -1405,12 +1467,17 @@ static int vmdk_write(BlockDriverState *bs, int64_t sector_num,
9ae3a8
         if (!extent) {
9ae3a8
             return -EIO;
9ae3a8
         }
9ae3a8
-        ret = get_cluster_offset(
9ae3a8
-                                bs,
9ae3a8
-                                extent,
9ae3a8
-                                &m_data,
9ae3a8
-                                sector_num << 9, !extent->compressed,
9ae3a8
-                                &cluster_offset);
9ae3a8
+        extent_begin_sector = extent->end_sector - extent->sectors;
9ae3a8
+        extent_relative_sector_num = sector_num - extent_begin_sector;
9ae3a8
+        index_in_cluster = extent_relative_sector_num % extent->cluster_sectors;
9ae3a8
+        n = extent->cluster_sectors - index_in_cluster;
9ae3a8
+        if (n > nb_sectors) {
9ae3a8
+            n = nb_sectors;
9ae3a8
+        }
9ae3a8
+        ret = get_cluster_offset(bs, extent, &m_data, sector_num << 9,
9ae3a8
+                                 !(extent->compressed || zeroed),
9ae3a8
+                                 &cluster_offset,
9ae3a8
+                                 index_in_cluster, index_in_cluster + n);
9ae3a8
         if (extent->compressed) {
9ae3a8
             if (ret == VMDK_OK) {
9ae3a8
                 /* Refuse write to allocated cluster for streamOptimized */
9ae3a8
@@ -1419,24 +1486,13 @@ static int vmdk_write(BlockDriverState *bs, int64_t sector_num,
9ae3a8
                 return -EIO;
9ae3a8
             } else {
9ae3a8
                 /* allocate */
9ae3a8
-                ret = get_cluster_offset(
9ae3a8
-                                        bs,
9ae3a8
-                                        extent,
9ae3a8
-                                        &m_data,
9ae3a8
-                                        sector_num << 9, 1,
9ae3a8
-                                        &cluster_offset);
9ae3a8
+                ret = get_cluster_offset(bs, extent, &m_data, sector_num << 9,
9ae3a8
+                                         true, &cluster_offset, 0, 0);
9ae3a8
             }
9ae3a8
         }
9ae3a8
         if (ret == VMDK_ERROR) {
9ae3a8
             return -EINVAL;
9ae3a8
         }
9ae3a8
-        extent_begin_sector = extent->end_sector - extent->sectors;
9ae3a8
-        extent_relative_sector_num = sector_num - extent_begin_sector;
9ae3a8
-        index_in_cluster = extent_relative_sector_num % extent->cluster_sectors;
9ae3a8
-        n = extent->cluster_sectors - index_in_cluster;
9ae3a8
-        if (n > nb_sectors) {
9ae3a8
-            n = nb_sectors;
9ae3a8
-        }
9ae3a8
         if (zeroed) {
9ae3a8
             /* Do zeroed write, buf is ignored */
9ae3a8
             if (extent->has_zero_grain &&
9ae3a8
@@ -1444,9 +1500,9 @@ static int vmdk_write(BlockDriverState *bs, int64_t sector_num,
9ae3a8
                     n >= extent->cluster_sectors) {
9ae3a8
                 n = extent->cluster_sectors;
9ae3a8
                 if (!zero_dry_run) {
9ae3a8
-                    m_data.offset = VMDK_GTE_ZEROED;
9ae3a8
                     /* update L2 tables */
9ae3a8
-                    if (vmdk_L2update(extent, &m_data) != VMDK_OK) {
9ae3a8
+                    if (vmdk_L2update(extent, &m_data, VMDK_GTE_ZEROED)
9ae3a8
+                            != VMDK_OK) {
9ae3a8
                         return -EIO;
9ae3a8
                     }
9ae3a8
                 }
9ae3a8
@@ -1462,7 +1518,9 @@ static int vmdk_write(BlockDriverState *bs, int64_t sector_num,
9ae3a8
             }
9ae3a8
             if (m_data.valid) {
9ae3a8
                 /* update L2 tables */
9ae3a8
-                if (vmdk_L2update(extent, &m_data) != VMDK_OK) {
9ae3a8
+                if (vmdk_L2update(extent, &m_data,
9ae3a8
+                                  cluster_offset >> BDRV_SECTOR_BITS)
9ae3a8
+                        != VMDK_OK) {
9ae3a8
                     return -EIO;
9ae3a8
                 }
9ae3a8
             }
9ae3a8
@@ -2020,7 +2078,7 @@ static int vmdk_check(BlockDriverState *bs, BdrvCheckResult *result,
9ae3a8
         }
9ae3a8
         ret = get_cluster_offset(bs, extent, NULL,
9ae3a8
                                  sector_num << BDRV_SECTOR_BITS,
9ae3a8
-                                 0, &cluster_offset);
9ae3a8
+                                 false, &cluster_offset, 0, 0);
9ae3a8
         if (ret == VMDK_ERROR) {
9ae3a8
             fprintf(stderr,
9ae3a8
                     "ERROR: could not get cluster_offset for sector %"
9ae3a8
-- 
9ae3a8
2.1.0
9ae3a8