Documentation/filesystems/fiemap.txt

   1 ============
   2 Fiemap Ioctl
   3 ============
   4
   5 The fiemap ioctl is an efficient method for userspace to get file
   6 extent mappings. Instead of block-by-block mapping (such as bmap), fiemap
   7 returns a list of extents.
   8
   9
  10 Request Basics
  11 --------------
  12
  13 A fiemap request is encoded within struct fiemap:
  14
  15 struct fiemap {
  16         __u64   fm_start;        /* logical offset (inclusive) at
  17                                   * which to start mapping (in) */
  18         __u64   fm_length;       /* logical length of mapping which
  19                                   * userspace cares about (in) */
  20         __u32   fm_flags;        /* FIEMAP_FLAG_* flags for request (in/out) */
  21         __u32   fm_mapped_extents; /* number of extents that were
  22                                     * mapped (out) */
  23         __u32   fm_extent_count; /* size of fm_extents array (in) */
  24         __u32   fm_reserved;
  25         struct fiemap_extent fm_extents[0]; /* array of mapped extents (out) */
  26 };
  27
  28
  29 fm_start, and fm_length specify the logical range within the file
  30 which the process would like mappings for. Extents returned mirror
  31 those on disk - that is, the logical offset of the 1st returned extent
  32 may start before fm_start, and the range covered by the last returned
  33 extent may end after fm_length. All offsets and lengths are in bytes.
  34
  35 Certain flags to modify the way in which mappings are looked up can be
  36 set in fm_flags. If the kernel doesn't understand some particular
  37 flags, it will return EBADR and the contents of fm_flags will contain
  38 the set of flags which caused the error. If the kernel is compatible
  39 with all flags passed, the contents of fm_flags will be unmodified.
  40 It is up to userspace to determine whether rejection of a particular
  41 flag is fatal to its operation. This scheme is intended to allow the
  42 fiemap interface to grow in the future but without losing
  43 compatibility with old software.
  44
  45 fm_extent_count specifies the number of elements in the fm_extents[] array
  46 that can be used to return extents.  If fm_extent_count is zero, then the
  47 fm_extents[] array is ignored (no extents will be returned), and the
  48 fm_mapped_extents count will hold the number of extents needed in
  49 fm_extents[] to hold the file's current mapping.  Note that there is
  50 nothing to prevent the file from changing between calls to FIEMAP.
  51
  52 The following flags can be set in fm_flags:
  53
  54 * FIEMAP_FLAG_SYNC
  55 If this flag is set, the kernel will sync the file before mapping extents.
  56
  57 * FIEMAP_FLAG_XATTR
  58 If this flag is set, the extents returned will describe the inodes
  59 extended attribute lookup tree, instead of its data tree.
  60
  61
  62 Extent Mapping
  63 --------------
  64
  65 Extent information is returned within the embedded fm_extents array
  66 which userspace must allocate along with the fiemap structure. The
  67 number of elements in the fiemap_extents[] array should be passed via
  68 fm_extent_count. The number of extents mapped by kernel will be
  69 returned via fm_mapped_extents. If the number of fiemap_extents
  70 allocated is less than would be required to map the requested range,
  71 the maximum number of extents that can be mapped in the fm_extent[]
  72 array will be returned and fm_mapped_extents will be equal to
  73 fm_extent_count. In that case, the last extent in the array will not
  74 complete the requested range and will not have the FIEMAP_EXTENT_LAST
  75 flag set (see the next section on extent flags).
  76
  77 Each extent is described by a single fiemap_extent structure as
  78 returned in fm_extents.
  79
  80 struct fiemap_extent {
  81         __u64   fe_logical;  /* logical offset in bytes for the start of
  82                               * the extent */
  83         __u64   fe_physical; /* physical offset in bytes for the start
  84                               * of the extent */
  85         __u64   fe_length;   /* length in bytes for the extent */
  86         __u64   fe_reserved64[2];
  87         __u32   fe_flags;    /* FIEMAP_EXTENT_* flags for this extent */
  88         __u32   fe_reserved[3];
  89 };
  90
  91 All offsets and lengths are in bytes and mirror those on disk.  It is valid
  92 for an extents logical offset to start before the request or its logical
  93 length to extend past the request.  Unless FIEMAP_EXTENT_NOT_ALIGNED is
  94 returned, fe_logical, fe_physical, and fe_length will be aligned to the
  95 block size of the file system.  With the exception of extents flagged as
  96 FIEMAP_EXTENT_MERGED, adjacent extents will not be merged.
  97
  98 The fe_flags field contains flags which describe the extent returned.
  99 A special flag, FIEMAP_EXTENT_LAST is always set on the last extent in
 100 the file so that the process making fiemap calls can determine when no
 101 more extents are available, without having to call the ioctl again.
 102
 103 Some flags are intentionally vague and will always be set in the
 104 presence of other more specific flags. This way a program looking for
 105 a general property does not have to know all existing and future flags
 106 which imply that property.
 107
 108 For example, if FIEMAP_EXTENT_DATA_INLINE or FIEMAP_EXTENT_DATA_TAIL
 109 are set, FIEMAP_EXTENT_NOT_ALIGNED will also be set. A program looking
 110 for inline or tail-packed data can key on the specific flag. Software
 111 which simply cares not to try operating on non-aligned extents
 112 however, can just key on FIEMAP_EXTENT_NOT_ALIGNED, and not have to
 113 worry about all present and future flags which might imply unaligned
 114 data. Note that the opposite is not true - it would be valid for
 115 FIEMAP_EXTENT_NOT_ALIGNED to appear alone.
 116
 117 * FIEMAP_EXTENT_LAST
 118 This is generally the last extent in the file. A mapping attempt past
 119 this extent may return nothing. Some implementations set this flag to
 120 indicate this extent is the last one in the range queried by the user
 121 (via fiemap->fm_length).
 122
 123 * FIEMAP_EXTENT_UNKNOWN
 124 The location of this extent is currently unknown. This may indicate
 125 the data is stored on an inaccessible volume or that no storage has
 126 been allocated for the file yet.
 127
 128 * FIEMAP_EXTENT_DELALLOC
 129   - This will also set FIEMAP_EXTENT_UNKNOWN.
 130 Delayed allocation - while there is data for this extent, its
 131 physical location has not been allocated yet.
 132
 133 * FIEMAP_EXTENT_ENCODED
 134 This extent does not consist of plain filesystem blocks but is
 135 encoded (e.g. encrypted or compressed).  Reading the data in this
 136 extent via I/O to the block device will have undefined results.
 137
 138 Note that it is *always* undefined to try to update the data
 139 in-place by writing to the indicated location without the
 140 assistance of the filesystem, or to access the data using the
 141 information returned by the FIEMAP interface while the filesystem
 142 is mounted.  In other words, user applications may only read the
 143 extent data via I/O to the block device while the filesystem is
 144 unmounted, and then only if the FIEMAP_EXTENT_ENCODED flag is
 145 clear; user applications must not try reading or writing to the
 146 filesystem via the block device under any other circumstances.
 147
 148 * FIEMAP_EXTENT_DATA_ENCRYPTED
 149   - This will also set FIEMAP_EXTENT_ENCODED
 150 The data in this extent has been encrypted by the file system.
 151
 152 * FIEMAP_EXTENT_NOT_ALIGNED
 153 Extent offsets and length are not guaranteed to be block aligned.
 154
 155 * FIEMAP_EXTENT_DATA_INLINE
 156   This will also set FIEMAP_EXTENT_NOT_ALIGNED
 157 Data is located within a meta data block.
 158
 159 * FIEMAP_EXTENT_DATA_TAIL
 160   This will also set FIEMAP_EXTENT_NOT_ALIGNED
 161 Data is packed into a block with data from other files.
 162
 163 * FIEMAP_EXTENT_UNWRITTEN
 164 Unwritten extent - the extent is allocated but its data has not been
 165 initialized.  This indicates the extent's data will be all zero if read
 166 through the filesystem but the contents are undefined if read directly from
 167 the device.
 168
 169 * FIEMAP_EXTENT_MERGED
 170 This will be set when a file does not support extents, i.e., it uses a block
 171 based addressing scheme.  Since returning an extent for each block back to
 172 userspace would be highly inefficient, the kernel will try to merge most
 173 adjacent blocks into 'extents'.
 174
 175
 176 VFS -> File System Implementation
 177 ---------------------------------
 178
 179 File systems wishing to support fiemap must implement a ->fiemap callback on
 180 their inode_operations structure. The fs ->fiemap call is responsible for
 181 defining its set of supported fiemap flags, and calling a helper function on
 182 each discovered extent:
 183
 184 struct inode_operations {
 185        ...
 186
 187        int (*fiemap)(struct inode *, struct fiemap_extent_info *, u64 start,
 188                      u64 len);
 189
 190 ->fiemap is passed struct fiemap_extent_info which describes the
 191 fiemap request:
 192
 193 struct fiemap_extent_info {
 194         unsigned int fi_flags;          /* Flags as passed from user */
 195         unsigned int fi_extents_mapped; /* Number of mapped extents */
 196         unsigned int fi_extents_max;    /* Size of fiemap_extent array */
 197         struct fiemap_extent *fi_extents_start; /* Start of fiemap_extent array */
 198 };
 199
 200 It is intended that the file system should not need to access any of this
 201 structure directly. Filesystem handlers should be tolerant to signals and return
 202 EINTR once fatal signal received.
 203
 204
 205 Flag checking should be done at the beginning of the ->fiemap callback via the
 206 fiemap_check_flags() helper:
 207
 208 int fiemap_check_flags(struct fiemap_extent_info *fieinfo, u32 fs_flags);
 209
 210 The struct fieinfo should be passed in as received from ioctl_fiemap(). The
 211 set of fiemap flags which the fs understands should be passed via fs_flags. If
 212 fiemap_check_flags finds invalid user flags, it will place the bad values in
 213 fieinfo->fi_flags and return -EBADR. If the file system gets -EBADR, from
 214 fiemap_check_flags(), it should immediately exit, returning that error back to
 215 ioctl_fiemap().
 216
 217
 218 For each extent in the request range, the file system should call
 219 the helper function, fiemap_fill_next_extent():
 220
 221 int fiemap_fill_next_extent(struct fiemap_extent_info *info, u64 logical,
 222                             u64 phys, u64 len, u32 flags, u32 dev);
 223
 224 fiemap_fill_next_extent() will use the passed values to populate the
 225 next free extent in the fm_extents array. 'General' extent flags will
 226 automatically be set from specific flags on behalf of the calling file
 227 system so that the userspace API is not broken.
 228
 229 fiemap_fill_next_extent() returns 0 on success, and 1 when the
 230 user-supplied fm_extents array is full. If an error is encountered
 231 while copying the extent to user memory, -EFAULT will be returned.