wimlib.net Git - wimlib/blob - src/lzx-common.c

   1 /*
   2  * lzx-common.c - Common data for LZX compression and decompression.
   3  */
   4
   5 /*
   6  * Copyright (C) 2012, 2013 Eric Biggers
   7  *
   8  * This file is free software; you can redistribute it and/or modify it under
   9  * the terms of the GNU Lesser General Public License as published by the Free
  10  * Software Foundation; either version 3 of the License, or (at your option) any
  11  * later version.
  12  *
  13  * This file is distributed in the hope that it will be useful, but WITHOUT
  14  * ANY WARRANTY; without even the implied warranty of MERCHANTABILITY or FITNESS
  15  * FOR A PARTICULAR PURPOSE. See the GNU Lesser General Public License for more
  16  * details.
  17  *
  18  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public License
  19  * along with this file; if not, see http://www.gnu.org/licenses/.
  20  */
  21
  22 #ifdef HAVE_CONFIG_H
  23 #  include "config.h"
  24 #endif
  25
  26 #include "wimlib/endianness.h"
  27 #include "wimlib/lzx.h"
  28 #include "wimlib/unaligned.h"
  29 #include "wimlib/util.h"
  30
  31 #ifdef __SSE2__
  32 #  include <emmintrin.h>
  33 #endif
  34
  35 /* Mapping: offset slot => first match offset that uses that offset slot.
  36  */
  37 const u32 lzx_offset_slot_base[LZX_MAX_OFFSET_SLOTS] = {
  38         0      , 1      , 2      , 3      , 4      ,    /* 0  --- 4  */
  39         6      , 8      , 12     , 16     , 24     ,    /* 5  --- 9  */
  40         32     , 48     , 64     , 96     , 128    ,    /* 10 --- 14 */
  41         192    , 256    , 384    , 512    , 768    ,    /* 15 --- 19 */
  42         1024   , 1536   , 2048   , 3072   , 4096   ,    /* 20 --- 24 */
  43         6144   , 8192   , 12288  , 16384  , 24576  ,    /* 25 --- 29 */
  44         32768  , 49152  , 65536  , 98304  , 131072 ,    /* 30 --- 34 */
  45         196608 , 262144 , 393216 , 524288 , 655360 ,    /* 35 --- 39 */
  46         786432 , 917504 , 1048576, 1179648, 1310720,    /* 40 --- 44 */
  47         1441792, 1572864, 1703936, 1835008, 1966080,    /* 45 --- 49 */
  48         2097152                                         /* 50        */
  49 };
  50
  51 /* Mapping: offset slot => how many extra bits must be read and added to the
  52  * corresponding offset slot base to decode the match offset.  */
  53 const u8 lzx_extra_offset_bits[LZX_MAX_OFFSET_SLOTS] = {
  54         0 , 0 , 0 , 0 , 1 ,
  55         1 , 2 , 2 , 3 , 3 ,
  56         4 , 4 , 5 , 5 , 6 ,
  57         6 , 7 , 7 , 8 , 8 ,
  58         9 , 9 , 10, 10, 11,
  59         11, 12, 12, 13, 13,
  60         14, 14, 15, 15, 16,
  61         16, 17, 17, 17, 17,
  62         17, 17, 17, 17, 17,
  63         17, 17, 17, 17, 17,
  64         17
  65 };
  66
  67 /* Round the specified compression block size (not LZX block size) up to the
  68  * next valid LZX window size, and return its order (log2).  Or, if the block
  69  * size is 0 or greater than the largest valid LZX window size, return 0.  */
  70 unsigned
  71 lzx_get_window_order(size_t max_block_size)
  72 {
  73         unsigned order;
  74
  75         if (max_block_size == 0 || max_block_size > LZX_MAX_WINDOW_SIZE)
  76                 return 0;
  77
  78         order = bsr32(max_block_size);
  79
  80         if (((u32)1 << order) != max_block_size)
  81                 order++;
  82
  83         return max(order, LZX_MIN_WINDOW_ORDER);
  84 }
  85
  86 /* Given a valid LZX window order, return the number of symbols that will exist
  87  * in the main Huffman code.  */
  88 unsigned
  89 lzx_get_num_main_syms(unsigned window_order)
  90 {
  91         u32 window_size = (u32)1 << window_order;
  92
  93         /* NOTE: the calculation *should* be as follows:
  94          *
  95          * u32 max_offset = window_size - LZX_MIN_MATCH_LEN;
  96          * u32 max_adjusted_offset = max_offset + LZX_OFFSET_OFFSET;
  97          * u32 num_offset_slots = 1 + lzx_get_offset_slot_raw(max_adjusted_offset);
  98          *
  99          * However since LZX_MIN_MATCH_LEN == LZX_OFFSET_OFFSET, we would get
 100          * max_adjusted_offset == window_size, which would bump the number of
 101          * offset slots up by 1 since every valid LZX window size is equal to a
 102          * offset slot base value.  The format doesn't do this, and instead
 103          * disallows matches with minimum length and maximum offset.  This sets
 104          * max_adjusted_offset = window_size - 1, so instead we must calculate:
 105          *
 106          * num_offset_slots = 1 + lzx_get_offset_slot_raw(window_size - 1);
 107          *
 108          * ... which is the same as
 109          *
 110          * num_offset_slots = lzx_get_offset_slot_raw(window_size);
 111          *
 112          * ... since every valid window size is equal to an offset base value.
 113          */
 114         unsigned num_offset_slots = lzx_get_offset_slot_raw(window_size);
 115
 116         /* Now calculate the number of main symbols as LZX_NUM_CHARS literal
 117          * symbols, plus 8 symbols per offset slot (since there are 8 possible
 118          * length headers, and we need all (offset slot, length header)
 119          * combinations).  */
 120         return LZX_NUM_CHARS + (num_offset_slots << 3);
 121 }
 122
 123 static void
 124 do_translate_target(void *target, s32 input_pos)
 125 {
 126         s32 abs_offset, rel_offset;
 127
 128         rel_offset = le32_to_cpu(load_le32_unaligned(target));
 129         if (rel_offset >= -input_pos && rel_offset < LZX_WIM_MAGIC_FILESIZE) {
 130                 if (rel_offset < LZX_WIM_MAGIC_FILESIZE - input_pos) {
 131                         /* "good translation" */
 132                         abs_offset = rel_offset + input_pos;
 133                 } else {
 134                         /* "compensating translation" */
 135                         abs_offset = rel_offset - LZX_WIM_MAGIC_FILESIZE;
 136                 }
 137                 store_le32_unaligned(cpu_to_le32(abs_offset), target);
 138         }
 139 }
 140
 141 static void
 142 undo_translate_target(void *target, s32 input_pos)
 143 {
 144         s32 abs_offset, rel_offset;
 145
 146         abs_offset = le32_to_cpu(load_le32_unaligned(target));
 147         if (abs_offset >= 0) {
 148                 if (abs_offset < LZX_WIM_MAGIC_FILESIZE) {
 149                         /* "good translation" */
 150                         rel_offset = abs_offset - input_pos;
 151
 152                         store_le32_unaligned(cpu_to_le32(rel_offset), target);
 153                 }
 154         } else {
 155                 if (abs_offset >= -input_pos) {
 156                         /* "compensating translation" */
 157                         rel_offset = abs_offset + LZX_WIM_MAGIC_FILESIZE;
 158
 159                         store_le32_unaligned(cpu_to_le32(rel_offset), target);
 160                 }
 161         }
 162 }
 163
 164 /*
 165  * Do or undo the 'E8' preprocessing used in LZX.  Before compression, the
 166  * uncompressed data is preprocessed by changing the targets of x86 CALL
 167  * instructions from relative offsets to absolute offsets.  After decompression,
 168  * the translation is undone by changing the targets of x86 CALL instructions
 169  * from absolute offsets to relative offsets.
 170  *
 171  * Note that despite its intent, E8 preprocessing can be done on any data even
 172  * if it is not actually x86 machine code.  In fact, E8 preprocessing appears to
 173  * always be used in LZX-compressed resources in WIM files; there is no bit to
 174  * indicate whether it is used or not, unlike in the LZX compressed format as
 175  * used in cabinet files, where a bit is reserved for that purpose.
 176  *
 177  * E8 preprocessing is disabled in the last 6 bytes of the uncompressed data,
 178  * which really means the 5-byte call instruction cannot start in the last 10
 179  * bytes of the uncompressed data.  This is one of the errors in the LZX
 180  * documentation.
 181  *
 182  * E8 preprocessing does not appear to be disabled after the 32768th chunk of a
 183  * WIM resource, which apparently is another difference from the LZX compression
 184  * used in cabinet files.
 185  *
 186  * E8 processing is supposed to take the file size as a parameter, as it is used
 187  * in calculating the translated jump targets.  But in WIM files, this file size
 188  * is always the same (LZX_WIM_MAGIC_FILESIZE == 12000000).
 189  */
 190 static
 191 #ifndef __SSE2__
 192 inline  /* Although inlining the 'process_target' function still speeds up the
 193            SSE2 case, it bloats the binary more.  */
 194 #endif
 195 void
 196 lzx_e8_filter(u8 *data, u32 size, void (*process_target)(void *, s32))
 197 {
 198 #ifdef __SSE2__
 199         /* SSE2 vectorized implementation for x86_64.  This speeds up LZX
 200          * decompression by about 5-8% overall.  (Usually --- the performance
 201          * actually regresses slightly in the degenerate case that the data
 202          * consists entirely of 0xe8 bytes.  Also, this optimization affects
 203          * compression as well, but the percentage improvement is less because
 204          * LZX compression is much slower than LZX decompression. ) */
 205         __m128i *p128 = (__m128i *)data;
 206         u32 valid_mask = 0xFFFFFFFF;
 207
 208         if (size >= 32 && (uintptr_t)data % 16 == 0) {
 209                 __m128i * const end128 = p128 + size / 16 - 1;
 210
 211                 /* Create a vector of all 0xe8 bytes  */
 212                 const __m128i e8_bytes = _mm_set1_epi8(0xe8);
 213
 214                 /* Iterate through the 16-byte vectors in the input.  */
 215                 do {
 216                         /* Compare the current 16-byte vector with the vector of
 217                          * all 0xe8 bytes.  This produces 0xff where the byte is
 218                          * 0xe8 and 0x00 where it is not.  */
 219                         __m128i cmpresult = _mm_cmpeq_epi8(*p128, e8_bytes);
 220
 221                         /* Map the comparison results into a single 16-bit
 222                          * number.  It will contain a 1 bit when the
 223                          * corresponding byte in the current 16-byte vector is
 224                          * an e8 byte.  Note: the low-order bit corresponds to
 225                          * the first (lowest address) byte.  */
 226                         u32 e8_mask = _mm_movemask_epi8(cmpresult);
 227
 228                         if (!e8_mask) {
 229                                 /* If e8_mask is 0, then none of these 16 bytes
 230                                  * have value 0xe8.  No e8 translation is
 231                                  * needed, and there is no restriction that
 232                                  * carries over to the next 16 bytes.  */
 233                                 valid_mask = 0xFFFFFFFF;
 234                         } else {
 235                                 /* At least one byte has value 0xe8.
 236                                  *
 237                                  * The AND with valid_mask accounts for the fact
 238                                  * that we can't start an e8 translation that
 239                                  * overlaps the previous one.  */
 240                                 while ((e8_mask &= valid_mask)) {
 241
 242                                         /* Count the number of trailing zeroes
 243                                          * in e8_mask.  This will produce the
 244                                          * index of the byte, within the 16, at
 245                                          * which the next e8 translation should
 246                                          * be done.  */
 247                                         u32 bit = __builtin_ctz(e8_mask);
 248
 249                                         /* Do (or undo) the e8 translation.  */
 250                                         u8 *p8 = (u8 *)p128 + bit;
 251                                         (*process_target)(p8 + 1,
 252                                                           p8 - data);
 253
 254                                         /* Don't start an e8 translation in the
 255                                          * next 4 bytes.  */
 256                                         valid_mask &= ~((u32)0x1F << bit);
 257                                 }
 258                                 /* Moving on to the next vector.  Shift and set
 259                                  * valid_mask accordingly.  */
 260                                 valid_mask >>= 16;
 261                                 valid_mask |= 0xFFFF0000;
 262                         }
 263                 } while (++p128 < end128);
 264         }
 265
 266         u8 *p8 = (u8 *)p128;
 267         while (!(valid_mask & 1)) {
 268                 p8++;
 269                 valid_mask >>= 1;
 270         }
 271 #else /* __SSE2__  */
 272         u8 *p8 = data;
 273 #endif /* !__SSE2__  */
 274
 275         if (size > 10) {
 276                 /* Finish any bytes that weren't processed by the vectorized
 277                  * implementation.  */
 278                 u8 *p8_end = data + size - 10;
 279                 do {
 280                         if (*p8 == 0xe8) {
 281                                 (*process_target)(p8 + 1, p8 - data);
 282                                 p8 += 5;
 283                         } else {
 284                                 p8++;
 285                         }
 286                 } while (p8 < p8_end);
 287         }
 288 }
 289
 290 void
 291 lzx_do_e8_preprocessing(u8 *data, u32 size)
 292 {
 293         lzx_e8_filter(data, size, do_translate_target);
 294 }
 295
 296 void
 297 lzx_undo_e8_preprocessing(u8 *data, u32 size)
 298 {
 299         lzx_e8_filter(data, size, undo_translate_target);
 300 }