]> wimlib.net Git - wimlib/blobdiff - src/lzms-common.c
LZX, LZMS: Annotate unaligned memory accesses in x86 filtering
[wimlib] / src / lzms-common.c
index dc11857591dfbd19fe9dd526c428b543b884a1c1..95682d53a56490fd382d57b7d779b001e78782b7 100644 (file)
@@ -6,22 +6,20 @@
  */
 
 /*
- * Copyright (C) 2013 Eric Biggers
+ * Copyright (C) 2013, 2014 Eric Biggers
  *
- * This file is part of wimlib, a library for working with WIM files.
+ * This file is free software; you can redistribute it and/or modify it under
+ * the terms of the GNU Lesser General Public License as published by the Free
+ * Software Foundation; either version 3 of the License, or (at your option) any
+ * later version.
  *
- * wimlib is free software; you can redistribute it and/or modify it under the
- * terms of the GNU General Public License as published by the Free
- * Software Foundation; either version 3 of the License, or (at your option)
- * any later version.
- *
- * wimlib is distributed in the hope that it will be useful, but WITHOUT ANY
- * WARRANTY; without even the implied warranty of MERCHANTABILITY or FITNESS FOR
- * A PARTICULAR PURPOSE. See the GNU General Public License for more
+ * This file is distributed in the hope that it will be useful, but WITHOUT
+ * ANY WARRANTY; without even the implied warranty of MERCHANTABILITY or FITNESS
+ * FOR A PARTICULAR PURPOSE. See the GNU Lesser General Public License for more
  * details.
  *
- * You should have received a copy of the GNU General Public License
- * along with wimlib; if not, see http://www.gnu.org/licenses/.
+ * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public License
+ * along with this file; if not, see http://www.gnu.org/licenses/.
  */
 
 #ifdef HAVE_CONFIG_H
 #endif
 
 #include "wimlib/endianness.h"
-#include "wimlib/error.h"
 #include "wimlib/lzms.h"
+#include "wimlib/unaligned.h"
 #include "wimlib/util.h"
 
 #include <pthread.h>
 
-/* A table that maps position slots to their base values.  These are constants
- * computed at runtime by lzms_compute_slot_bases().  */
-u32 lzms_position_slot_base[LZMS_MAX_NUM_OFFSET_SYMS + 1];
+/***************************************************************
+ * Constant tables initialized by lzms_compute_slots():        *
+ ***************************************************************/
+
+/* Table: offset slot => offset slot base value  */
+u32 lzms_offset_slot_base[LZMS_MAX_NUM_OFFSET_SYMS + 1];
 
-/* A table that maps length slots to their base values.  These are constants
- * computed at runtime by lzms_compute_slot_bases().  */
+/* Table: offset slot => number of extra offset bits  */
+u8 lzms_extra_offset_bits[LZMS_MAX_NUM_OFFSET_SYMS];
+
+/* Table: length slot => length slot base value  */
 u32 lzms_length_slot_base[LZMS_NUM_LEN_SYMS + 1];
 
-/* Return the slot for the specified value.  */
+/* Table: length slot => number of extra length bits  */
+u8 lzms_extra_length_bits[LZMS_NUM_LEN_SYMS];
+
 unsigned
 lzms_get_slot(u32 value, const u32 slot_base_tab[], unsigned num_slots)
 {
-       unsigned slot = 0;
-
-       while (slot_base_tab[slot + 1] <= value)
-               slot++;
-
-       return slot;
+       unsigned l = 0;
+       unsigned r = num_slots - 1;
+       for (;;) {
+               LZMS_ASSERT(r >= l);
+               unsigned slot = (l + r) / 2;
+               if (value >= slot_base_tab[slot]) {
+                       if (value < slot_base_tab[slot + 1])
+                               return slot;
+                       else
+                               l = slot + 1;
+               } else {
+                       r = slot - 1;
+               }
+       }
 }
 
-
 static void
 lzms_decode_delta_rle_slot_bases(u32 slot_bases[],
-                                const u8 delta_run_lens[], size_t num_run_lens)
+                                u8 extra_bits[],
+                                const u8 delta_run_lens[],
+                                unsigned num_run_lens,
+                                u32 final,
+                                unsigned expected_num_slots)
 {
+       unsigned order = 0;
        u32 delta = 1;
        u32 base = 0;
-       size_t slot = 0;
-       for (size_t i = 0; i < num_run_lens; i++) {
-               u8 run_len = delta_run_lens[i];
+       unsigned slot = 0;
+       for (unsigned i = 0; i < num_run_lens; i++) {
+               unsigned run_len = delta_run_lens[i];
                while (run_len--) {
                        base += delta;
-                       slot_bases[slot++] = base;
+                       if (slot > 0)
+                               extra_bits[slot - 1] = order;
+                       slot_bases[slot] = base;
+                       slot++;
                }
                delta <<= 1;
+               order++;
        }
+       LZMS_ASSERT(slot == expected_num_slots);
+
+       slot_bases[slot] = final;
+       extra_bits[slot - 1] = bsr32(slot_bases[slot] - slot_bases[slot - 1]);
 }
 
-/* Initialize the global position and length slot tables.  */
+/* Initialize the global offset and length slot tables.  */
 static void
-lzms_compute_slot_bases(void)
+lzms_compute_slots(void)
 {
-       /* If an explicit formula that maps LZMS position and length slots to
-        * slot bases exists, then it could be used here.  But until one is
-        * found, the following code fills in the slots using the observation
-        * that the increase from one slot base to the next is an increasing
-        * power of 2.  Therefore, run-length encoding of the delta of adjacent
-        * entries can be used.  */
-       static const u8 position_slot_delta_run_lens[] = {
+       /* If an explicit formula that maps LZMS offset and length slots to slot
+        * bases exists, then it could be used here.  But until one is found,
+        * the following code fills in the slots using the observation that the
+        * increase from one slot base to the next is an increasing power of 2.
+        * Therefore, run-length encoding of the delta of adjacent entries can
+        * be used.  */
+       static const u8 offset_slot_delta_run_lens[] = {
                9,   0,   9,   7,   10,  15,  15,  20,
                20,  30,  33,  40,  42,  45,  60,  73,
                80,  85,  95,  105, 6,
@@ -95,34 +120,30 @@ lzms_compute_slot_bases(void)
                1,
        };
 
-       lzms_decode_delta_rle_slot_bases(lzms_position_slot_base,
-                                        position_slot_delta_run_lens,
-                                        ARRAY_LEN(position_slot_delta_run_lens));
-
-       lzms_position_slot_base[LZMS_MAX_NUM_OFFSET_SYMS] = 0x7fffffff;
+       /* Offset slots  */
+       lzms_decode_delta_rle_slot_bases(lzms_offset_slot_base,
+                                        lzms_extra_offset_bits,
+                                        offset_slot_delta_run_lens,
+                                        ARRAY_LEN(offset_slot_delta_run_lens),
+                                        0x7fffffff,
+                                        LZMS_MAX_NUM_OFFSET_SYMS);
 
+       /* Length slots  */
        lzms_decode_delta_rle_slot_bases(lzms_length_slot_base,
+                                        lzms_extra_length_bits,
                                         length_slot_delta_run_lens,
-                                        ARRAY_LEN(length_slot_delta_run_lens));
-
-       lzms_length_slot_base[LZMS_NUM_LEN_SYMS] = 0x400108ab;
+                                        ARRAY_LEN(length_slot_delta_run_lens),
+                                        0x400108ab,
+                                        LZMS_NUM_LEN_SYMS);
 }
 
-/* Initialize the global position length slot tables if not done so already.  */
+/* Initialize the global offset and length slot tables if not already done.  */
 void
-lzms_init_slot_bases(void)
+lzms_init_slots(void)
 {
-       static pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
-       static bool already_computed = false;
-
-       if (unlikely(!already_computed)) {
-               pthread_mutex_lock(&mutex);
-               if (!already_computed) {
-                       lzms_compute_slot_bases();
-                       already_computed = true;
-               }
-               pthread_mutex_unlock(&mutex);
-       }
+       static pthread_once_t once = PTHREAD_ONCE_INIT;
+
+       pthread_once(&once, lzms_compute_slots);
 }
 
 static s32
@@ -137,20 +158,20 @@ lzms_maybe_do_x86_translation(u8 data[restrict], s32 i, s32 num_op_bytes,
                if (i - *closest_target_usage_p <= max_trans_offset) {
                        LZMS_DEBUG("Undid x86 translation at position %d "
                                   "(opcode 0x%02x)", i, data[i]);
-                       le32 *p32 = (le32*)&data[i + num_op_bytes];
-                       u32 n = le32_to_cpu(*p32);
-                       *p32 = cpu_to_le32(n - i);
+                       void *p32 = &data[i + num_op_bytes];
+                       u32 n = le32_to_cpu(load_le32_unaligned(p32));
+                       store_le32_unaligned(cpu_to_le32(n - i), p32);
                }
-               pos = i + le16_to_cpu(*(const le16*)&data[i + num_op_bytes]);
+               pos = i + le16_to_cpu(load_le16_unaligned(&data[i + num_op_bytes]));
        } else {
-               pos = i + le16_to_cpu(*(const le16*)&data[i + num_op_bytes]);
+               pos = i + le16_to_cpu(load_le16_unaligned(&data[i + num_op_bytes]));
 
                if (i - *closest_target_usage_p <= max_trans_offset) {
                        LZMS_DEBUG("Did x86 translation at position %d "
                                   "(opcode 0x%02x)", i, data[i]);
-                       le32 *p32 = (le32*)&data[i + num_op_bytes];
-                       u32 n = le32_to_cpu(*p32);
-                       *p32 = cpu_to_le32(n + i);
+                       void *p32 = &data[i + num_op_bytes];
+                       u32 n = le32_to_cpu(load_le32_unaligned(p32));
+                       store_le32_unaligned(cpu_to_le32(n + i), p32);
                }
        }
 
@@ -164,9 +185,8 @@ lzms_maybe_do_x86_translation(u8 data[restrict], s32 i, s32 num_op_bytes,
        return i + 1;
 }
 
-static s32
-lzms_may_x86_translate(const u8 p[restrict],
-                      s32 *restrict max_offset_ret)
+static inline s32
+lzms_may_x86_translate(const u8 p[restrict], s32 *restrict max_offset_ret)
 {
        /* Switch on first byte of the opcode, assuming it is really an x86
         * instruction.  */
@@ -227,40 +247,76 @@ lzms_may_x86_translate(const u8 p[restrict],
  * Translate relative addresses embedded in x86 instructions into absolute
  * addresses (@undo == %false), or undo this translation (@undo == %true).
  *
- * @last_target_usages is a temporary array of length >= 65536.
+ * Absolute addresses are usually more compressible by LZ factorization.
+ *
+ * @last_target_usages must be a temporary array of length >= 65536.
  */
 void
-lzms_x86_filter(u8 data[restrict],
-               s32 size,
-               s32 last_target_usages[restrict],
-               bool undo)
+lzms_x86_filter(u8 data[restrict], s32 size,
+               s32 last_target_usages[restrict], bool undo)
 {
+       /*
+        * Note: this filter runs unconditionally and uses a custom algorithm to
+        * detect data regions that probably contain x86 code.
+        *
+        * 'closest_target_usage' tracks the most recent position that has a
+        * good chance of being an x86 instruction.  When the filter detects a
+        * likely x86 instruction, it updates this variable and considers the
+        * next 1023 bytes of data as valid for x86 translations.
+        *
+        * If part of the data does not, in fact, contain x86 machine code, then
+        * 'closest_target_usage' will, very likely, eventually fall more than
+        * 1023 bytes behind the current position.  This results in x86
+        * translations being disabled until the next likely x86 instruction is
+        * detected.
+        *
+        * Translations on relative call (e8 opcode) instructions are slightly
+        * more restricted.  They require that the most recent likely x86
+        * instruction was in the last 511 bytes, rather than the last 1023
+        * bytes.
+        *
+        * To identify "likely x86 instructions", the algorithm attempts to
+        * track the position of the most recent potential relative-addressing
+        * instruction that referenced each possible memory address.  If it
+        * finds two references to the same memory address within a 65535 byte
+        * window, the second reference is flagged as a likely x86 instruction.
+        * Since the instructions considered for translation necessarily use
+        * relative addressing, the algorithm does a tentative translation into
+        * absolute addresses.  In addition, so that memory addresses can be
+        * looked up in an array of reasonable size (in this code,
+        * 'last_target_usages'), only the low-order 2 bytes of each address are
+        * considered significant.
+        */
+
        s32 closest_target_usage = -LZMS_X86_MAX_TRANSLATION_OFFSET - 1;
 
        for (s32 i = 0; i < 65536; i++)
                last_target_usages[i] = -LZMS_X86_MAX_GOOD_TARGET_OFFSET - 1;
 
-       for (s32 i = 0; i < size - 11; ) {
+       for (s32 i = 1; i < size - 16; ) {
                s32 max_trans_offset;
                s32 n;
 
                n = lzms_may_x86_translate(data + i, &max_trans_offset);
+
                if (max_trans_offset) {
+                       /* Recognized opcode.  */
                        i = lzms_maybe_do_x86_translation(data, i, n,
                                                          &closest_target_usage,
                                                          last_target_usages,
                                                          max_trans_offset,
                                                          undo);
                } else {
+                       /* Not a recognized opcode.  */
                        i += n;
                }
        }
 }
 
-static void
+void
 lzms_init_lz_lru_queues(struct lzms_lz_lru_queues *lz)
 {
-        /* Recent offsets for LZ matches  */
+       /* Recent offsets for LZ matches  */
        for (u32 i = 0; i < LZMS_NUM_RECENT_OFFSETS + 1; i++)
                lz->recent_offsets[i] = i + 1;
 
@@ -268,10 +324,10 @@ lzms_init_lz_lru_queues(struct lzms_lz_lru_queues *lz)
        lz->upcoming_offset = 0;
 }
 
-static void
+void
 lzms_init_delta_lru_queues(struct lzms_delta_lru_queues *delta)
 {
-        /* Recent offsets and powers for LZ matches  */
+       /* Recent offsets and powers for LZ matches  */
        for (u32 i = 0; i < LZMS_NUM_RECENT_OFFSETS + 1; i++) {
                delta->recent_offsets[i] = i + 1;
                delta->recent_powers[i] = 0;
@@ -286,12 +342,12 @@ lzms_init_delta_lru_queues(struct lzms_delta_lru_queues *delta)
 void
 lzms_init_lru_queues(struct lzms_lru_queues *lru)
 {
-        lzms_init_lz_lru_queues(&lru->lz);
-        lzms_init_delta_lru_queues(&lru->delta);
+       lzms_init_lz_lru_queues(&lru->lz);
+       lzms_init_delta_lru_queues(&lru->delta);
 }
 
-static void
-lzms_update_lz_lru_queues(struct lzms_lz_lru_queues *lz)
+void
+lzms_update_lz_lru_queue(struct lzms_lz_lru_queues *lz)
 {
        if (lz->prev_offset != 0) {
                for (int i = LZMS_NUM_RECENT_OFFSETS - 1; i >= 0; i--)
@@ -301,7 +357,7 @@ lzms_update_lz_lru_queues(struct lzms_lz_lru_queues *lz)
        lz->prev_offset = lz->upcoming_offset;
 }
 
-static void
+void
 lzms_update_delta_lru_queues(struct lzms_delta_lru_queues *delta)
 {
        if (delta->prev_offset != 0) {
@@ -320,6 +376,6 @@ lzms_update_delta_lru_queues(struct lzms_delta_lru_queues *delta)
 void
 lzms_update_lru_queues(struct lzms_lru_queues *lru)
 {
-        lzms_update_lz_lru_queues(&lru->lz);
-        lzms_update_delta_lru_queues(&lru->delta);
+       lzms_update_lz_lru_queue(&lru->lz);
+       lzms_update_delta_lru_queues(&lru->delta);
 }