]> git.proxmox.com Git - qemu.git/blobdiff - block/qcow2-cluster.c
Merge branch 'linux-user-for-upstream' of git://git.linaro.org/people/rikuvoipio...
[qemu.git] / block / qcow2-cluster.c
index 07a2e936fdcd7197d4ea2c100bacf738ca3952b7..c71470a3db24e4af6e2d8edeb9cb9a50380d93d8 100644 (file)
@@ -25,8 +25,9 @@
 #include <zlib.h>
 
 #include "qemu-common.h"
-#include "block_int.h"
+#include "block/block_int.h"
 #include "block/qcow2.h"
+#include "trace.h"
 
 int qcow2_grow_l1_table(BlockDriverState *bs, int min_size, bool exact_size)
 {
@@ -170,6 +171,8 @@ static int l2_allocate(BlockDriverState *bs, int l1_index, uint64_t **table)
 
     old_l2_offset = s->l1_table[l1_index];
 
+    trace_qcow2_l2_allocate(bs, l1_index);
+
     /* allocate a new l2 entry */
 
     l2_offset = qcow2_alloc_clusters(bs, s->l2_size * sizeof(uint64_t));
@@ -184,6 +187,7 @@ static int l2_allocate(BlockDriverState *bs, int l1_index, uint64_t **table)
 
     /* allocate a new entry in the l2 cache */
 
+    trace_qcow2_l2_allocate_get_empty(bs, l1_index);
     ret = qcow2_cache_get_empty(bs, s->l2_table_cache, l2_offset, (void**) table);
     if (ret < 0) {
         return ret;
@@ -191,7 +195,7 @@ static int l2_allocate(BlockDriverState *bs, int l1_index, uint64_t **table)
 
     l2_table = *table;
 
-    if (old_l2_offset == 0) {
+    if ((old_l2_offset & L1E_OFFSET_MASK) == 0) {
         /* if there was no old l2 table, clear the new table */
         memset(l2_table, 0, s->l2_size * sizeof(uint64_t));
     } else {
@@ -199,7 +203,8 @@ static int l2_allocate(BlockDriverState *bs, int l1_index, uint64_t **table)
 
         /* if there was an old l2 table, read it from the disk */
         BLKDBG_EVENT(bs->file, BLKDBG_L2_ALLOC_COW_READ);
-        ret = qcow2_cache_get(bs, s->l2_table_cache, old_l2_offset,
+        ret = qcow2_cache_get(bs, s->l2_table_cache,
+            old_l2_offset & L1E_OFFSET_MASK,
             (void**) &old_table);
         if (ret < 0) {
             goto fail;
@@ -216,6 +221,7 @@ static int l2_allocate(BlockDriverState *bs, int l1_index, uint64_t **table)
     /* write the l2 table to the file */
     BLKDBG_EVENT(bs->file, BLKDBG_L2_ALLOC_WRITE);
 
+    trace_qcow2_l2_allocate_write_l2(bs, l1_index);
     qcow2_cache_entry_mark_dirty(s->l2_table_cache, l2_table);
     ret = qcow2_cache_flush(bs, s->l2_table_cache);
     if (ret < 0) {
@@ -223,6 +229,7 @@ static int l2_allocate(BlockDriverState *bs, int l1_index, uint64_t **table)
     }
 
     /* update the L1 entry */
+    trace_qcow2_l2_allocate_write_l1(bs, l1_index);
     s->l1_table[l1_index] = l2_offset | QCOW_OFLAG_COPIED;
     ret = write_l1_entry(bs, l1_index);
     if (ret < 0) {
@@ -230,36 +237,54 @@ static int l2_allocate(BlockDriverState *bs, int l1_index, uint64_t **table)
     }
 
     *table = l2_table;
+    trace_qcow2_l2_allocate_done(bs, l1_index, 0);
     return 0;
 
 fail:
+    trace_qcow2_l2_allocate_done(bs, l1_index, ret);
     qcow2_cache_put(bs, s->l2_table_cache, (void**) table);
     s->l1_table[l1_index] = old_l2_offset;
     return ret;
 }
 
+/*
+ * Checks how many clusters in a given L2 table are contiguous in the image
+ * file. As soon as one of the flags in the bitmask stop_flags changes compared
+ * to the first cluster, the search is stopped and the cluster is not counted
+ * as contiguous. (This allows it, for example, to stop at the first compressed
+ * cluster which may require a different handling)
+ */
 static int count_contiguous_clusters(uint64_t nb_clusters, int cluster_size,
-        uint64_t *l2_table, uint64_t start, uint64_t mask)
+        uint64_t *l2_table, uint64_t start, uint64_t stop_flags)
 {
     int i;
-    uint64_t offset = be64_to_cpu(l2_table[0]) & ~mask;
+    uint64_t mask = stop_flags | L2E_OFFSET_MASK;
+    uint64_t offset = be64_to_cpu(l2_table[0]) & mask;
 
     if (!offset)
         return 0;
 
-    for (i = start; i < start + nb_clusters; i++)
-        if (offset + (uint64_t) i * cluster_size != (be64_to_cpu(l2_table[i]) & ~mask))
+    for (i = start; i < start + nb_clusters; i++) {
+        uint64_t l2_entry = be64_to_cpu(l2_table[i]) & mask;
+        if (offset + (uint64_t) i * cluster_size != l2_entry) {
             break;
+        }
+    }
 
        return (i - start);
 }
 
 static int count_contiguous_free_clusters(uint64_t nb_clusters, uint64_t *l2_table)
 {
-    int i = 0;
+    int i;
 
-    while(nb_clusters-- && l2_table[i] == 0)
-        i++;
+    for (i = 0; i < nb_clusters; i++) {
+        int type = qcow2_get_cluster_type(be64_to_cpu(l2_table[i]));
+
+        if (type != QCOW2_CLUSTER_UNALLOCATED) {
+            break;
+        }
+    }
 
     return i;
 }
@@ -359,11 +384,9 @@ out:
  *
  * on exit, *num is the number of contiguous sectors we can read.
  *
- * Return 0, if the offset is found
- * Return -errno, otherwise.
- *
+ * Returns the cluster type (QCOW2_CLUSTER_*) on success, -errno in error
+ * cases.
  */
-
 int qcow2_get_cluster_offset(BlockDriverState *bs, uint64_t offset,
     int *num, uint64_t *cluster_offset)
 {
@@ -399,19 +422,19 @@ int qcow2_get_cluster_offset(BlockDriverState *bs, uint64_t offset,
     /* seek the the l2 offset in the l1 table */
 
     l1_index = offset >> l1_bits;
-    if (l1_index >= s->l1_size)
+    if (l1_index >= s->l1_size) {
+        ret = QCOW2_CLUSTER_UNALLOCATED;
         goto out;
+    }
 
-    l2_offset = s->l1_table[l1_index];
-
-    /* seek the l2 table of the given l2 offset */
-
-    if (!l2_offset)
+    l2_offset = s->l1_table[l1_index] & L1E_OFFSET_MASK;
+    if (!l2_offset) {
+        ret = QCOW2_CLUSTER_UNALLOCATED;
         goto out;
+    }
 
     /* load the l2 table in memory */
 
-    l2_offset &= ~QCOW_OFLAG_COPIED;
     ret = l2_load(bs, l2_offset, &l2_table);
     if (ret < 0) {
         return ret;
@@ -423,26 +446,49 @@ int qcow2_get_cluster_offset(BlockDriverState *bs, uint64_t offset,
     *cluster_offset = be64_to_cpu(l2_table[l2_index]);
     nb_clusters = size_to_clusters(s, nb_needed << 9);
 
-    if (!*cluster_offset) {
+    ret = qcow2_get_cluster_type(*cluster_offset);
+    switch (ret) {
+    case QCOW2_CLUSTER_COMPRESSED:
+        /* Compressed clusters can only be processed one by one */
+        c = 1;
+        *cluster_offset &= L2E_COMPRESSED_OFFSET_SIZE_MASK;
+        break;
+    case QCOW2_CLUSTER_ZERO:
+        if (s->qcow_version < 3) {
+            return -EIO;
+        }
+        c = count_contiguous_clusters(nb_clusters, s->cluster_size,
+                &l2_table[l2_index], 0,
+                QCOW_OFLAG_COMPRESSED | QCOW_OFLAG_ZERO);
+        *cluster_offset = 0;
+        break;
+    case QCOW2_CLUSTER_UNALLOCATED:
         /* how many empty clusters ? */
         c = count_contiguous_free_clusters(nb_clusters, &l2_table[l2_index]);
-    } else {
+        *cluster_offset = 0;
+        break;
+    case QCOW2_CLUSTER_NORMAL:
         /* how many allocated clusters ? */
         c = count_contiguous_clusters(nb_clusters, s->cluster_size,
-                &l2_table[l2_index], 0, QCOW_OFLAG_COPIED);
+                &l2_table[l2_index], 0,
+                QCOW_OFLAG_COMPRESSED | QCOW_OFLAG_ZERO);
+        *cluster_offset &= L2E_OFFSET_MASK;
+        break;
+    default:
+        abort();
     }
 
     qcow2_cache_put(bs, s->l2_table_cache, (void**) &l2_table);
 
-   nb_available = (c * s->cluster_sectors);
+    nb_available = (c * s->cluster_sectors);
+
 out:
     if (nb_available > nb_needed)
         nb_available = nb_needed;
 
     *num = nb_available - index_in_cluster;
 
-    *cluster_offset &=~QCOW_OFLAG_COPIED;
-    return 0;
+    return ret;
 }
 
 /*
@@ -458,7 +504,6 @@ out:
  */
 static int get_cluster_table(BlockDriverState *bs, uint64_t offset,
                              uint64_t **new_l2_table,
-                             uint64_t *new_l2_offset,
                              int *new_l2_index)
 {
     BDRVQcowState *s = bs->opaque;
@@ -476,13 +521,13 @@ static int get_cluster_table(BlockDriverState *bs, uint64_t offset,
             return ret;
         }
     }
-    l2_offset = s->l1_table[l1_index];
+
+    l2_offset = s->l1_table[l1_index] & L1E_OFFSET_MASK;
 
     /* seek the l2 table of the given l2 offset */
 
-    if (l2_offset & QCOW_OFLAG_COPIED) {
+    if (s->l1_table[l1_index] & QCOW_OFLAG_COPIED) {
         /* load the l2 table in memory */
-        l2_offset &= ~QCOW_OFLAG_COPIED;
         ret = l2_load(bs, l2_offset, &l2_table);
         if (ret < 0) {
             return ret;
@@ -498,7 +543,6 @@ static int get_cluster_table(BlockDriverState *bs, uint64_t offset,
         if (l2_offset) {
             qcow2_free_clusters(bs, l2_offset, s->l2_size * sizeof(uint64_t));
         }
-        l2_offset = s->l1_table[l1_index] & ~QCOW_OFLAG_COPIED;
     }
 
     /* find the cluster offset for the given disk offset */
@@ -506,7 +550,6 @@ static int get_cluster_table(BlockDriverState *bs, uint64_t offset,
     l2_index = (offset >> s->cluster_bits) & (s->l2_size - 1);
 
     *new_l2_table = l2_table;
-    *new_l2_offset = l2_offset;
     *new_l2_index = l2_index;
 
     return 0;
@@ -531,24 +574,23 @@ uint64_t qcow2_alloc_compressed_cluster_offset(BlockDriverState *bs,
 {
     BDRVQcowState *s = bs->opaque;
     int l2_index, ret;
-    uint64_t l2_offset, *l2_table;
+    uint64_t *l2_table;
     int64_t cluster_offset;
     int nb_csectors;
 
-    ret = get_cluster_table(bs, offset, &l2_table, &l2_offset, &l2_index);
+    ret = get_cluster_table(bs, offset, &l2_table, &l2_index);
     if (ret < 0) {
         return 0;
     }
 
+    /* Compression can't overwrite anything. Fail if the cluster was already
+     * allocated. */
     cluster_offset = be64_to_cpu(l2_table[l2_index]);
-    if (cluster_offset & QCOW_OFLAG_COPIED) {
+    if (cluster_offset & L2E_OFFSET_MASK) {
         qcow2_cache_put(bs, s->l2_table_cache, (void**) &l2_table);
         return 0;
     }
 
-    if (cluster_offset)
-        qcow2_free_any_clusters(bs, cluster_offset, 1);
-
     cluster_offset = qcow2_alloc_bytes(bs, compressed_size);
     if (cluster_offset < 0) {
         qcow2_cache_put(bs, s->l2_table_cache, (void**) &l2_table);
@@ -576,54 +618,68 @@ uint64_t qcow2_alloc_compressed_cluster_offset(BlockDriverState *bs,
     return cluster_offset;
 }
 
-int qcow2_alloc_cluster_link_l2(BlockDriverState *bs, QCowL2Meta *m)
+static int perform_cow(BlockDriverState *bs, QCowL2Meta *m, Qcow2COWRegion *r)
 {
     BDRVQcowState *s = bs->opaque;
-    int i, j = 0, l2_index, ret;
-    uint64_t *old_cluster, start_sect, l2_offset, *l2_table;
-    uint64_t cluster_offset = m->cluster_offset;
-    bool cow = false;
+    int ret;
 
-    if (m->nb_clusters == 0)
+    if (r->nb_sectors == 0) {
         return 0;
+    }
 
-    old_cluster = g_malloc(m->nb_clusters * sizeof(uint64_t));
+    qemu_co_mutex_unlock(&s->lock);
+    ret = copy_sectors(bs, m->offset / BDRV_SECTOR_SIZE, m->alloc_offset,
+                       r->offset / BDRV_SECTOR_SIZE,
+                       r->offset / BDRV_SECTOR_SIZE + r->nb_sectors);
+    qemu_co_mutex_lock(&s->lock);
 
-    /* copy content of unmodified sectors */
-    start_sect = (m->offset & ~(s->cluster_size - 1)) >> 9;
-    if (m->n_start) {
-        cow = true;
-        qemu_co_mutex_unlock(&s->lock);
-        ret = copy_sectors(bs, start_sect, cluster_offset, 0, m->n_start);
-        qemu_co_mutex_lock(&s->lock);
-        if (ret < 0)
-            goto err;
-    }
-
-    if (m->nb_available & (s->cluster_sectors - 1)) {
-        uint64_t end = m->nb_available & ~(uint64_t)(s->cluster_sectors - 1);
-        cow = true;
-        qemu_co_mutex_unlock(&s->lock);
-        ret = copy_sectors(bs, start_sect + end, cluster_offset + (end << 9),
-                m->nb_available - end, s->cluster_sectors);
-        qemu_co_mutex_lock(&s->lock);
-        if (ret < 0)
-            goto err;
+    if (ret < 0) {
+        return ret;
     }
 
     /*
-     * Update L2 table.
-     *
      * Before we update the L2 table to actually point to the new cluster, we
      * need to be sure that the refcounts have been increased and COW was
      * handled.
      */
-    if (cow) {
-        qcow2_cache_depends_on_flush(s->l2_table_cache);
+    qcow2_cache_depends_on_flush(s->l2_table_cache);
+
+    return 0;
+}
+
+int qcow2_alloc_cluster_link_l2(BlockDriverState *bs, QCowL2Meta *m)
+{
+    BDRVQcowState *s = bs->opaque;
+    int i, j = 0, l2_index, ret;
+    uint64_t *old_cluster, *l2_table;
+    uint64_t cluster_offset = m->alloc_offset;
+
+    trace_qcow2_cluster_link_l2(qemu_coroutine_self(), m->nb_clusters);
+    assert(m->nb_clusters > 0);
+
+    old_cluster = g_malloc(m->nb_clusters * sizeof(uint64_t));
+
+    /* copy content of unmodified sectors */
+    ret = perform_cow(bs, m, &m->cow_start);
+    if (ret < 0) {
+        goto err;
     }
 
-    qcow2_cache_set_dependency(bs, s->l2_table_cache, s->refcount_block_cache);
-    ret = get_cluster_table(bs, m->offset, &l2_table, &l2_offset, &l2_index);
+    ret = perform_cow(bs, m, &m->cow_end);
+    if (ret < 0) {
+        goto err;
+    }
+
+    /* Update L2 table. */
+    if (s->use_lazy_refcounts) {
+        qcow2_mark_dirty(bs);
+    }
+    if (qcow2_need_accurate_refcounts(s)) {
+        qcow2_cache_set_dependency(bs, s->l2_table_cache,
+                                   s->refcount_block_cache);
+    }
+
+    ret = get_cluster_table(bs, m->offset, &l2_table, &l2_index);
     if (ret < 0) {
         goto err;
     }
@@ -655,8 +711,7 @@ int qcow2_alloc_cluster_link_l2(BlockDriverState *bs, QCowL2Meta *m)
      */
     if (j != 0) {
         for (i = 0; i < j; i++) {
-            qcow2_free_any_clusters(bs,
-                be64_to_cpu(old_cluster[i]) & ~QCOW_OFLAG_COPIED, 1);
+            qcow2_free_any_clusters(bs, be64_to_cpu(old_cluster[i]), 1);
         }
     }
 
@@ -667,159 +722,529 @@ err:
  }
 
 /*
- * alloc_cluster_offset
+ * Returns the number of contiguous clusters that can be used for an allocating
+ * write, but require COW to be performed (this includes yet unallocated space,
+ * which must copy from the backing file)
+ */
+static int count_cow_clusters(BDRVQcowState *s, int nb_clusters,
+    uint64_t *l2_table, int l2_index)
+{
+    int i;
+
+    for (i = 0; i < nb_clusters; i++) {
+        uint64_t l2_entry = be64_to_cpu(l2_table[l2_index + i]);
+        int cluster_type = qcow2_get_cluster_type(l2_entry);
+
+        switch(cluster_type) {
+        case QCOW2_CLUSTER_NORMAL:
+            if (l2_entry & QCOW_OFLAG_COPIED) {
+                goto out;
+            }
+            break;
+        case QCOW2_CLUSTER_UNALLOCATED:
+        case QCOW2_CLUSTER_COMPRESSED:
+        case QCOW2_CLUSTER_ZERO:
+            break;
+        default:
+            abort();
+        }
+    }
+
+out:
+    assert(i <= nb_clusters);
+    return i;
+}
+
+/*
+ * Check if there already is an AIO write request in flight which allocates
+ * the same cluster. In this case we need to wait until the previous
+ * request has completed and updated the L2 table accordingly.
  *
- * For a given offset of the disk image, return cluster offset in qcow2 file.
- * If the offset is not found, allocate a new cluster.
+ * Returns:
+ *   0       if there was no dependency. *cur_bytes indicates the number of
+ *           bytes from guest_offset that can be read before the next
+ *           dependency must be processed (or the request is complete)
  *
- * If the cluster was already allocated, m->nb_clusters is set to 0,
- * other fields in m are meaningless.
+ *   -EAGAIN if we had to wait for another request, previously gathered
+ *           information on cluster allocation may be invalid now. The caller
+ *           must start over anyway, so consider *cur_bytes undefined.
+ */
+static int handle_dependencies(BlockDriverState *bs, uint64_t guest_offset,
+    uint64_t *cur_bytes, QCowL2Meta **m)
+{
+    BDRVQcowState *s = bs->opaque;
+    QCowL2Meta *old_alloc;
+    uint64_t bytes = *cur_bytes;
+
+    QLIST_FOREACH(old_alloc, &s->cluster_allocs, next_in_flight) {
+
+        uint64_t start = guest_offset;
+        uint64_t end = start + bytes;
+        uint64_t old_start = l2meta_cow_start(old_alloc);
+        uint64_t old_end = l2meta_cow_end(old_alloc);
+
+        if (end <= old_start || start >= old_end) {
+            /* No intersection */
+        } else {
+            if (start < old_start) {
+                /* Stop at the start of a running allocation */
+                bytes = old_start - start;
+            } else {
+                bytes = 0;
+            }
+
+            /* Stop if already an l2meta exists. After yielding, it wouldn't
+             * be valid any more, so we'd have to clean up the old L2Metas
+             * and deal with requests depending on them before starting to
+             * gather new ones. Not worth the trouble. */
+            if (bytes == 0 && *m) {
+                *cur_bytes = 0;
+                return 0;
+            }
+
+            if (bytes == 0) {
+                /* Wait for the dependency to complete. We need to recheck
+                 * the free/allocated clusters when we continue. */
+                qemu_co_mutex_unlock(&s->lock);
+                qemu_co_queue_wait(&old_alloc->dependent_requests);
+                qemu_co_mutex_lock(&s->lock);
+                return -EAGAIN;
+            }
+        }
+    }
+
+    /* Make sure that existing clusters and new allocations are only used up to
+     * the next dependency if we shortened the request above */
+    *cur_bytes = bytes;
+
+    return 0;
+}
+
+/*
+ * Checks how many already allocated clusters that don't require a copy on
+ * write there are at the given guest_offset (up to *bytes). If
+ * *host_offset is not zero, only physically contiguous clusters beginning at
+ * this host offset are counted.
  *
- * If the cluster is newly allocated, m->nb_clusters is set to the number of
- * contiguous clusters that have been allocated. In this case, the other
- * fields of m are valid and contain information about the first allocated
- * cluster.
+ * Note that guest_offset may not be cluster aligned. In this case, the
+ * returned *host_offset points to exact byte referenced by guest_offset and
+ * therefore isn't cluster aligned as well.
  *
- * If the request conflicts with another write request in flight, the coroutine
- * is queued and will be reentered when the dependency has completed.
+ * Returns:
+ *   0:     if no allocated clusters are available at the given offset.
+ *          *bytes is normally unchanged. It is set to 0 if the cluster
+ *          is allocated and doesn't need COW, but doesn't have the right
+ *          physical offset.
  *
- * Return 0 on success and -errno in error cases
+ *   1:     if allocated clusters that don't require a COW are available at
+ *          the requested offset. *bytes may have decreased and describes
+ *          the length of the area that can be written to.
+ *
+ *  -errno: in error cases
  */
-int qcow2_alloc_cluster_offset(BlockDriverState *bs, uint64_t offset,
-    int n_start, int n_end, int *num, QCowL2Meta *m)
+static int handle_copied(BlockDriverState *bs, uint64_t guest_offset,
+    uint64_t *host_offset, uint64_t *bytes, QCowL2Meta **m)
 {
     BDRVQcowState *s = bs->opaque;
-    int l2_index, ret;
-    uint64_t l2_offset, *l2_table;
-    int64_t cluster_offset;
-    unsigned int nb_clusters, i = 0;
-    QCowL2Meta *old_alloc;
+    int l2_index;
+    uint64_t cluster_offset;
+    uint64_t *l2_table;
+    unsigned int nb_clusters;
+    unsigned int keep_clusters;
+    int ret, pret;
 
-    ret = get_cluster_table(bs, offset, &l2_table, &l2_offset, &l2_index);
+    trace_qcow2_handle_copied(qemu_coroutine_self(), guest_offset, *host_offset,
+                              *bytes);
+
+    assert(*host_offset == 0 ||    offset_into_cluster(s, guest_offset)
+                                == offset_into_cluster(s, *host_offset));
+
+    /*
+     * Calculate the number of clusters to look for. We stop at L2 table
+     * boundaries to keep things simple.
+     */
+    nb_clusters =
+        size_to_clusters(s, offset_into_cluster(s, guest_offset) + *bytes);
+
+    l2_index = offset_to_l2_index(s, guest_offset);
+    nb_clusters = MIN(nb_clusters, s->l2_size - l2_index);
+
+    /* Find L2 entry for the first involved cluster */
+    ret = get_cluster_table(bs, guest_offset, &l2_table, &l2_index);
     if (ret < 0) {
         return ret;
     }
 
-again:
-    nb_clusters = size_to_clusters(s, n_end << 9);
+    cluster_offset = be64_to_cpu(l2_table[l2_index]);
 
-    nb_clusters = MIN(nb_clusters, s->l2_size - l2_index);
+    /* Check how many clusters are already allocated and don't need COW */
+    if (qcow2_get_cluster_type(cluster_offset) == QCOW2_CLUSTER_NORMAL
+        && (cluster_offset & QCOW_OFLAG_COPIED))
+    {
+        /* If a specific host_offset is required, check it */
+        bool offset_matches =
+            (cluster_offset & L2E_OFFSET_MASK) == *host_offset;
+
+        if (*host_offset != 0 && !offset_matches) {
+            *bytes = 0;
+            ret = 0;
+            goto out;
+        }
 
-    cluster_offset = be64_to_cpu(l2_table[l2_index]);
+        /* We keep all QCOW_OFLAG_COPIED clusters */
+        keep_clusters =
+            count_contiguous_clusters(nb_clusters, s->cluster_size,
+                                      &l2_table[l2_index], 0,
+                                      QCOW_OFLAG_COPIED | QCOW_OFLAG_ZERO);
+        assert(keep_clusters <= nb_clusters);
 
-    /* We keep all QCOW_OFLAG_COPIED clusters */
+        *bytes = MIN(*bytes,
+                 keep_clusters * s->cluster_size
+                 - offset_into_cluster(s, guest_offset));
 
-    if (cluster_offset & QCOW_OFLAG_COPIED) {
-        nb_clusters = count_contiguous_clusters(nb_clusters, s->cluster_size,
-                &l2_table[l2_index], 0, 0);
+        ret = 1;
+    } else {
+        ret = 0;
+    }
 
-        cluster_offset &= ~QCOW_OFLAG_COPIED;
-        m->nb_clusters = 0;
+    /* Cleanup */
+out:
+    pret = qcow2_cache_put(bs, s->l2_table_cache, (void**) &l2_table);
+    if (pret < 0) {
+        return pret;
+    }
 
-        goto out;
+    /* Only return a host offset if we actually made progress. Otherwise we
+     * would make requirements for handle_alloc() that it can't fulfill */
+    if (ret) {
+        *host_offset = (cluster_offset & L2E_OFFSET_MASK)
+                     + offset_into_cluster(s, guest_offset);
     }
 
-    /* for the moment, multiple compressed clusters are not managed */
+    return ret;
+}
 
-    if (cluster_offset & QCOW_OFLAG_COMPRESSED)
-        nb_clusters = 1;
+/*
+ * Allocates new clusters for the given guest_offset.
+ *
+ * At most *nb_clusters are allocated, and on return *nb_clusters is updated to
+ * contain the number of clusters that have been allocated and are contiguous
+ * in the image file.
+ *
+ * If *host_offset is non-zero, it specifies the offset in the image file at
+ * which the new clusters must start. *nb_clusters can be 0 on return in this
+ * case if the cluster at host_offset is already in use. If *host_offset is
+ * zero, the clusters can be allocated anywhere in the image file.
+ *
+ * *host_offset is updated to contain the offset into the image file at which
+ * the first allocated cluster starts.
+ *
+ * Return 0 on success and -errno in error cases. -EAGAIN means that the
+ * function has been waiting for another request and the allocation must be
+ * restarted, but the whole request should not be failed.
+ */
+static int do_alloc_cluster_offset(BlockDriverState *bs, uint64_t guest_offset,
+    uint64_t *host_offset, unsigned int *nb_clusters)
+{
+    BDRVQcowState *s = bs->opaque;
 
-    /* how many available clusters ? */
+    trace_qcow2_do_alloc_clusters_offset(qemu_coroutine_self(), guest_offset,
+                                         *host_offset, *nb_clusters);
 
-    while (i < nb_clusters) {
-        i += count_contiguous_clusters(nb_clusters - i, s->cluster_size,
-                &l2_table[l2_index], i, 0);
-        if ((i >= nb_clusters) || be64_to_cpu(l2_table[l2_index + i])) {
-            break;
+    /* Allocate new clusters */
+    trace_qcow2_cluster_alloc_phys(qemu_coroutine_self());
+    if (*host_offset == 0) {
+        int64_t cluster_offset =
+            qcow2_alloc_clusters(bs, *nb_clusters * s->cluster_size);
+        if (cluster_offset < 0) {
+            return cluster_offset;
         }
-
-        i += count_contiguous_free_clusters(nb_clusters - i,
-                &l2_table[l2_index + i]);
-        if (i >= nb_clusters) {
-            break;
+        *host_offset = cluster_offset;
+        return 0;
+    } else {
+        int ret = qcow2_alloc_clusters_at(bs, *host_offset, *nb_clusters);
+        if (ret < 0) {
+            return ret;
         }
+        *nb_clusters = ret;
+        return 0;
+    }
+}
+
+/*
+ * Allocates new clusters for an area that either is yet unallocated or needs a
+ * copy on write. If *host_offset is non-zero, clusters are only allocated if
+ * the new allocation can match the specified host offset.
+ *
+ * Note that guest_offset may not be cluster aligned. In this case, the
+ * returned *host_offset points to exact byte referenced by guest_offset and
+ * therefore isn't cluster aligned as well.
+ *
+ * Returns:
+ *   0:     if no clusters could be allocated. *bytes is set to 0,
+ *          *host_offset is left unchanged.
+ *
+ *   1:     if new clusters were allocated. *bytes may be decreased if the
+ *          new allocation doesn't cover all of the requested area.
+ *          *host_offset is updated to contain the host offset of the first
+ *          newly allocated cluster.
+ *
+ *  -errno: in error cases
+ */
+static int handle_alloc(BlockDriverState *bs, uint64_t guest_offset,
+    uint64_t *host_offset, uint64_t *bytes, QCowL2Meta **m)
+{
+    BDRVQcowState *s = bs->opaque;
+    int l2_index;
+    uint64_t *l2_table;
+    uint64_t entry;
+    unsigned int nb_clusters;
+    int ret;
 
-        cluster_offset = be64_to_cpu(l2_table[l2_index + i]);
+    uint64_t alloc_cluster_offset;
 
-        if ((cluster_offset & QCOW_OFLAG_COPIED) ||
-                (cluster_offset & QCOW_OFLAG_COMPRESSED))
-            break;
-    }
-    assert(i <= nb_clusters);
-    nb_clusters = i;
+    trace_qcow2_handle_alloc(qemu_coroutine_self(), guest_offset, *host_offset,
+                             *bytes);
+    assert(*bytes > 0);
 
     /*
-     * Check if there already is an AIO write request in flight which allocates
-     * the same cluster. In this case we need to wait until the previous
-     * request has completed and updated the L2 table accordingly.
+     * Calculate the number of clusters to look for. We stop at L2 table
+     * boundaries to keep things simple.
      */
-    QLIST_FOREACH(old_alloc, &s->cluster_allocs, next_in_flight) {
-
-        uint64_t start = offset >> s->cluster_bits;
-        uint64_t end = start + nb_clusters;
-        uint64_t old_start = old_alloc->offset >> s->cluster_bits;
-        uint64_t old_end = old_start + old_alloc->nb_clusters;
+    nb_clusters =
+        size_to_clusters(s, offset_into_cluster(s, guest_offset) + *bytes);
 
-        if (end < old_start || start > old_end) {
-            /* No intersection */
-        } else {
-            if (start < old_start) {
-                /* Stop at the start of a running allocation */
-                nb_clusters = old_start - start;
-            } else {
-                nb_clusters = 0;
-            }
-
-            if (nb_clusters == 0) {
-                /* Wait for the dependency to complete. We need to recheck
-                 * the free/allocated clusters when we continue. */
-                qemu_co_mutex_unlock(&s->lock);
-                qemu_co_queue_wait(&old_alloc->dependent_requests);
-                qemu_co_mutex_lock(&s->lock);
-                goto again;
-            }
-        }
-    }
+    l2_index = offset_to_l2_index(s, guest_offset);
+    nb_clusters = MIN(nb_clusters, s->l2_size - l2_index);
 
-    if (!nb_clusters) {
-        abort();
+    /* Find L2 entry for the first involved cluster */
+    ret = get_cluster_table(bs, guest_offset, &l2_table, &l2_index);
+    if (ret < 0) {
+        return ret;
     }
 
-    /* save info needed for meta data update */
-    m->offset = offset;
-    m->n_start = n_start;
-    m->nb_clusters = nb_clusters;
+    entry = be64_to_cpu(l2_table[l2_index]);
 
-    QLIST_INSERT_HEAD(&s->cluster_allocs, m, next_in_flight);
-
-    /* allocate a new cluster */
-
-    cluster_offset = qcow2_alloc_clusters(bs, nb_clusters * s->cluster_size);
-    if (cluster_offset < 0) {
-        ret = cluster_offset;
-        goto fail;
+    /* For the moment, overwrite compressed clusters one by one */
+    if (entry & QCOW_OFLAG_COMPRESSED) {
+        nb_clusters = 1;
+    } else {
+        nb_clusters = count_cow_clusters(s, nb_clusters, l2_table, l2_index);
     }
 
-out:
+    /* This function is only called when there were no non-COW clusters, so if
+     * we can't find any unallocated or COW clusters either, something is
+     * wrong with our code. */
+    assert(nb_clusters > 0);
+
     ret = qcow2_cache_put(bs, s->l2_table_cache, (void**) &l2_table);
     if (ret < 0) {
-        goto fail_put;
+        return ret;
     }
 
-    m->nb_available = MIN(nb_clusters << (s->cluster_bits - 9), n_end);
-    m->cluster_offset = cluster_offset;
+    /* Allocate, if necessary at a given offset in the image file */
+    alloc_cluster_offset = start_of_cluster(s, *host_offset);
+    ret = do_alloc_cluster_offset(bs, guest_offset, &alloc_cluster_offset,
+                                  &nb_clusters);
+    if (ret < 0) {
+        goto fail;
+    }
 
-    *num = m->nb_available - n_start;
+    /* Can't extend contiguous allocation */
+    if (nb_clusters == 0) {
+        *bytes = 0;
+        return 0;
+    }
 
-    return 0;
+    /*
+     * Save info needed for meta data update.
+     *
+     * requested_sectors: Number of sectors from the start of the first
+     * newly allocated cluster to the end of the (possibly shortened
+     * before) write request.
+     *
+     * avail_sectors: Number of sectors from the start of the first
+     * newly allocated to the end of the last newly allocated cluster.
+     *
+     * nb_sectors: The number of sectors from the start of the first
+     * newly allocated cluster to the end of the area that the write
+     * request actually writes to (excluding COW at the end)
+     */
+    int requested_sectors =
+        (*bytes + offset_into_cluster(s, guest_offset))
+        >> BDRV_SECTOR_BITS;
+    int avail_sectors = nb_clusters
+                        << (s->cluster_bits - BDRV_SECTOR_BITS);
+    int alloc_n_start = offset_into_cluster(s, guest_offset)
+                        >> BDRV_SECTOR_BITS;
+    int nb_sectors = MIN(requested_sectors, avail_sectors);
+    QCowL2Meta *old_m = *m;
+
+    *m = g_malloc0(sizeof(**m));
+
+    **m = (QCowL2Meta) {
+        .next           = old_m,
+
+        .alloc_offset   = alloc_cluster_offset,
+        .offset         = start_of_cluster(s, guest_offset),
+        .nb_clusters    = nb_clusters,
+        .nb_available   = nb_sectors,
+
+        .cow_start = {
+            .offset     = 0,
+            .nb_sectors = alloc_n_start,
+        },
+        .cow_end = {
+            .offset     = nb_sectors * BDRV_SECTOR_SIZE,
+            .nb_sectors = avail_sectors - nb_sectors,
+        },
+    };
+    qemu_co_queue_init(&(*m)->dependent_requests);
+    QLIST_INSERT_HEAD(&s->cluster_allocs, *m, next_in_flight);
+
+    *host_offset = alloc_cluster_offset + offset_into_cluster(s, guest_offset);
+    *bytes = MIN(*bytes, (nb_sectors * BDRV_SECTOR_SIZE)
+                         - offset_into_cluster(s, guest_offset));
+    assert(*bytes != 0);
+
+    return 1;
 
 fail:
-    qcow2_cache_put(bs, s->l2_table_cache, (void**) &l2_table);
-fail_put:
-    QLIST_REMOVE(m, next_in_flight);
+    if (*m && (*m)->nb_clusters > 0) {
+        QLIST_REMOVE(*m, next_in_flight);
+    }
     return ret;
 }
 
+/*
+ * alloc_cluster_offset
+ *
+ * For a given offset on the virtual disk, find the cluster offset in qcow2
+ * file. If the offset is not found, allocate a new cluster.
+ *
+ * If the cluster was already allocated, m->nb_clusters is set to 0 and
+ * other fields in m are meaningless.
+ *
+ * If the cluster is newly allocated, m->nb_clusters is set to the number of
+ * contiguous clusters that have been allocated. In this case, the other
+ * fields of m are valid and contain information about the first allocated
+ * cluster.
+ *
+ * If the request conflicts with another write request in flight, the coroutine
+ * is queued and will be reentered when the dependency has completed.
+ *
+ * Return 0 on success and -errno in error cases
+ */
+int qcow2_alloc_cluster_offset(BlockDriverState *bs, uint64_t offset,
+    int n_start, int n_end, int *num, uint64_t *host_offset, QCowL2Meta **m)
+{
+    BDRVQcowState *s = bs->opaque;
+    uint64_t start, remaining;
+    uint64_t cluster_offset;
+    uint64_t cur_bytes;
+    int ret;
+
+    trace_qcow2_alloc_clusters_offset(qemu_coroutine_self(), offset,
+                                      n_start, n_end);
+
+    assert(n_start * BDRV_SECTOR_SIZE == offset_into_cluster(s, offset));
+    offset = start_of_cluster(s, offset);
+
+again:
+    start = offset + (n_start << BDRV_SECTOR_BITS);
+    remaining = (n_end - n_start) << BDRV_SECTOR_BITS;
+    cluster_offset = 0;
+    *host_offset = 0;
+    cur_bytes = 0;
+    *m = NULL;
+
+    while (true) {
+
+        if (!*host_offset) {
+            *host_offset = start_of_cluster(s, cluster_offset);
+        }
+
+        assert(remaining >= cur_bytes);
+
+        start           += cur_bytes;
+        remaining       -= cur_bytes;
+        cluster_offset  += cur_bytes;
+
+        if (remaining == 0) {
+            break;
+        }
+
+        cur_bytes = remaining;
+
+        /*
+         * Now start gathering as many contiguous clusters as possible:
+         *
+         * 1. Check for overlaps with in-flight allocations
+         *
+         *      a) Overlap not in the first cluster -> shorten this request and
+         *         let the caller handle the rest in its next loop iteration.
+         *
+         *      b) Real overlaps of two requests. Yield and restart the search
+         *         for contiguous clusters (the situation could have changed
+         *         while we were sleeping)
+         *
+         *      c) TODO: Request starts in the same cluster as the in-flight
+         *         allocation ends. Shorten the COW of the in-fight allocation,
+         *         set cluster_offset to write to the same cluster and set up
+         *         the right synchronisation between the in-flight request and
+         *         the new one.
+         */
+        ret = handle_dependencies(bs, start, &cur_bytes, m);
+        if (ret == -EAGAIN) {
+            /* Currently handle_dependencies() doesn't yield if we already had
+             * an allocation. If it did, we would have to clean up the L2Meta
+             * structs before starting over. */
+            assert(*m == NULL);
+            goto again;
+        } else if (ret < 0) {
+            return ret;
+        } else if (cur_bytes == 0) {
+            break;
+        } else {
+            /* handle_dependencies() may have decreased cur_bytes (shortened
+             * the allocations below) so that the next dependency is processed
+             * correctly during the next loop iteration. */
+        }
+
+        /*
+         * 2. Count contiguous COPIED clusters.
+         */
+        ret = handle_copied(bs, start, &cluster_offset, &cur_bytes, m);
+        if (ret < 0) {
+            return ret;
+        } else if (ret) {
+            continue;
+        } else if (cur_bytes == 0) {
+            break;
+        }
+
+        /*
+         * 3. If the request still hasn't completed, allocate new clusters,
+         *    considering any cluster_offset of steps 1c or 2.
+         */
+        ret = handle_alloc(bs, start, &cluster_offset, &cur_bytes, m);
+        if (ret < 0) {
+            return ret;
+        } else if (ret) {
+            continue;
+        } else {
+            assert(cur_bytes == 0);
+            break;
+        }
+    }
+
+    *num = (n_end - n_start) - (remaining >> BDRV_SECTOR_BITS);
+    assert(*num > 0);
+    assert(*host_offset != 0);
+
+    return 0;
+}
+
 static int decompress_buffer(uint8_t *out_buf, int out_buf_size,
                              const uint8_t *buf, int buf_size)
 {
@@ -881,12 +1306,12 @@ static int discard_single_l2(BlockDriverState *bs, uint64_t offset,
     unsigned int nb_clusters)
 {
     BDRVQcowState *s = bs->opaque;
-    uint64_t l2_offset, *l2_table;
+    uint64_t *l2_table;
     int l2_index;
     int ret;
     int i;
 
-    ret = get_cluster_table(bs, offset, &l2_table, &l2_offset, &l2_index);
+    ret = get_cluster_table(bs, offset, &l2_table, &l2_index);
     if (ret < 0) {
         return ret;
     }
@@ -898,9 +1323,7 @@ static int discard_single_l2(BlockDriverState *bs, uint64_t offset,
         uint64_t old_offset;
 
         old_offset = be64_to_cpu(l2_table[l2_index + i]);
-        old_offset &= ~QCOW_OFLAG_COPIED;
-
-        if (old_offset == 0) {
+        if ((old_offset & L2E_OFFSET_MASK) == 0) {
             continue;
         }
 
@@ -953,3 +1376,75 @@ int qcow2_discard_clusters(BlockDriverState *bs, uint64_t offset,
 
     return 0;
 }
+
+/*
+ * This zeroes as many clusters of nb_clusters as possible at once (i.e.
+ * all clusters in the same L2 table) and returns the number of zeroed
+ * clusters.
+ */
+static int zero_single_l2(BlockDriverState *bs, uint64_t offset,
+    unsigned int nb_clusters)
+{
+    BDRVQcowState *s = bs->opaque;
+    uint64_t *l2_table;
+    int l2_index;
+    int ret;
+    int i;
+
+    ret = get_cluster_table(bs, offset, &l2_table, &l2_index);
+    if (ret < 0) {
+        return ret;
+    }
+
+    /* Limit nb_clusters to one L2 table */
+    nb_clusters = MIN(nb_clusters, s->l2_size - l2_index);
+
+    for (i = 0; i < nb_clusters; i++) {
+        uint64_t old_offset;
+
+        old_offset = be64_to_cpu(l2_table[l2_index + i]);
+
+        /* Update L2 entries */
+        qcow2_cache_entry_mark_dirty(s->l2_table_cache, l2_table);
+        if (old_offset & QCOW_OFLAG_COMPRESSED) {
+            l2_table[l2_index + i] = cpu_to_be64(QCOW_OFLAG_ZERO);
+            qcow2_free_any_clusters(bs, old_offset, 1);
+        } else {
+            l2_table[l2_index + i] |= cpu_to_be64(QCOW_OFLAG_ZERO);
+        }
+    }
+
+    ret = qcow2_cache_put(bs, s->l2_table_cache, (void**) &l2_table);
+    if (ret < 0) {
+        return ret;
+    }
+
+    return nb_clusters;
+}
+
+int qcow2_zero_clusters(BlockDriverState *bs, uint64_t offset, int nb_sectors)
+{
+    BDRVQcowState *s = bs->opaque;
+    unsigned int nb_clusters;
+    int ret;
+
+    /* The zero flag is only supported by version 3 and newer */
+    if (s->qcow_version < 3) {
+        return -ENOTSUP;
+    }
+
+    /* Each L2 table is handled by its own loop iteration */
+    nb_clusters = size_to_clusters(s, nb_sectors << BDRV_SECTOR_BITS);
+
+    while (nb_clusters > 0) {
+        ret = zero_single_l2(bs, offset, nb_clusters);
+        if (ret < 0) {
+            return ret;
+        }
+
+        nb_clusters -= ret;
+        offset += (ret * s->cluster_size);
+    }
+
+    return 0;
+}