tests: fix cdrom_pio_impl in ide-test
[qemu/ar7.git] / docs / specs / qcow2.txt
blobf236d8c6d9fd55a4ae9242a10efd1e68213cbc99
1 == General ==
3 A qcow2 image file is organized in units of constant size, which are called
4 (host) clusters. A cluster is the unit in which all allocations are done,
5 both for actual guest data and for image metadata.
7 Likewise, the virtual disk as seen by the guest is divided into (guest)
8 clusters of the same size.
10 All numbers in qcow2 are stored in Big Endian byte order.
13 == Header ==
15 The first cluster of a qcow2 image contains the file header:
17     Byte  0 -  3:   magic
18                     QCOW magic string ("QFI\xfb")
20           4 -  7:   version
21                     Version number (valid values are 2 and 3)
23           8 - 15:   backing_file_offset
24                     Offset into the image file at which the backing file name
25                     is stored (NB: The string is not null terminated). 0 if the
26                     image doesn't have a backing file.
28          16 - 19:   backing_file_size
29                     Length of the backing file name in bytes. Must not be
30                     longer than 1023 bytes. Undefined if the image doesn't have
31                     a backing file.
33          20 - 23:   cluster_bits
34                     Number of bits that are used for addressing an offset
35                     within a cluster (1 << cluster_bits is the cluster size).
36                     Must not be less than 9 (i.e. 512 byte clusters).
38                     Note: qemu as of today has an implementation limit of 2 MB
39                     as the maximum cluster size and won't be able to open images
40                     with larger cluster sizes.
42          24 - 31:   size
43                     Virtual disk size in bytes
45          32 - 35:   crypt_method
46                     0 for no encryption
47                     1 for AES encryption
49          36 - 39:   l1_size
50                     Number of entries in the active L1 table
52          40 - 47:   l1_table_offset
53                     Offset into the image file at which the active L1 table
54                     starts. Must be aligned to a cluster boundary.
56          48 - 55:   refcount_table_offset
57                     Offset into the image file at which the refcount table
58                     starts. Must be aligned to a cluster boundary.
60          56 - 59:   refcount_table_clusters
61                     Number of clusters that the refcount table occupies
63          60 - 63:   nb_snapshots
64                     Number of snapshots contained in the image
66          64 - 71:   snapshots_offset
67                     Offset into the image file at which the snapshot table
68                     starts. Must be aligned to a cluster boundary.
70 If the version is 3 or higher, the header has the following additional fields.
71 For version 2, the values are assumed to be zero, unless specified otherwise
72 in the description of a field.
74          72 -  79:  incompatible_features
75                     Bitmask of incompatible features. An implementation must
76                     fail to open an image if an unknown bit is set.
78                     Bit 0:      Dirty bit.  If this bit is set then refcounts
79                                 may be inconsistent, make sure to scan L1/L2
80                                 tables to repair refcounts before accessing the
81                                 image.
83                     Bit 1:      Corrupt bit.  If this bit is set then any data
84                                 structure may be corrupt and the image must not
85                                 be written to (unless for regaining
86                                 consistency).
88                     Bits 2-63:  Reserved (set to 0)
90          80 -  87:  compatible_features
91                     Bitmask of compatible features. An implementation can
92                     safely ignore any unknown bits that are set.
94                     Bit 0:      Lazy refcounts bit.  If this bit is set then
95                                 lazy refcount updates can be used.  This means
96                                 marking the image file dirty and postponing
97                                 refcount metadata updates.
99                     Bits 1-63:  Reserved (set to 0)
101          88 -  95:  autoclear_features
102                     Bitmask of auto-clear features. An implementation may only
103                     write to an image with unknown auto-clear features if it
104                     clears the respective bits from this field first.
106                     Bits 0-63:  Reserved (set to 0)
108          96 -  99:  refcount_order
109                     Describes the width of a reference count block entry (width
110                     in bits: refcount_bits = 1 << refcount_order). For version 2
111                     images, the order is always assumed to be 4
112                     (i.e. refcount_bits = 16).
113                     This value may not exceed 6 (i.e. refcount_bits = 64).
115         100 - 103:  header_length
116                     Length of the header structure in bytes. For version 2
117                     images, the length is always assumed to be 72 bytes.
119 Directly after the image header, optional sections called header extensions can
120 be stored. Each extension has a structure like the following:
122     Byte  0 -  3:   Header extension type:
123                         0x00000000 - End of the header extension area
124                         0xE2792ACA - Backing file format name
125                         0x6803f857 - Feature name table
126                         other      - Unknown header extension, can be safely
127                                      ignored
129           4 -  7:   Length of the header extension data
131           8 -  n:   Header extension data
133           n -  m:   Padding to round up the header extension size to the next
134                     multiple of 8.
136 Unless stated otherwise, each header extension type shall appear at most once
137 in the same image.
139 If the image has a backing file then the backing file name should be stored in
140 the remaining space between the end of the header extension area and the end of
141 the first cluster. It is not allowed to store other data here, so that an
142 implementation can safely modify the header and add extensions without harming
143 data of compatible features that it doesn't support. Compatible features that
144 need space for additional data can use a header extension.
147 == Feature name table ==
149 The feature name table is an optional header extension that contains the name
150 for features used by the image. It can be used by applications that don't know
151 the respective feature (e.g. because the feature was introduced only later) to
152 display a useful error message.
154 The number of entries in the feature name table is determined by the length of
155 the header extension data. Each entry look like this:
157     Byte       0:   Type of feature (select feature bitmap)
158                         0: Incompatible feature
159                         1: Compatible feature
160                         2: Autoclear feature
162                1:   Bit number within the selected feature bitmap (valid
163                     values: 0-63)
165           2 - 47:   Feature name (padded with zeros, but not necessarily null
166                     terminated if it has full length)
169 == Host cluster management ==
171 qcow2 manages the allocation of host clusters by maintaining a reference count
172 for each host cluster. A refcount of 0 means that the cluster is free, 1 means
173 that it is used, and >= 2 means that it is used and any write access must
174 perform a COW (copy on write) operation.
176 The refcounts are managed in a two-level table. The first level is called
177 refcount table and has a variable size (which is stored in the header). The
178 refcount table can cover multiple clusters, however it needs to be contiguous
179 in the image file.
181 It contains pointers to the second level structures which are called refcount
182 blocks and are exactly one cluster in size.
184 Given a offset into the image file, the refcount of its cluster can be obtained
185 as follows:
187     refcount_block_entries = (cluster_size * 8 / refcount_bits)
189     refcount_block_index = (offset / cluster_size) % refcount_block_entries
190     refcount_table_index = (offset / cluster_size) / refcount_block_entries
192     refcount_block = load_cluster(refcount_table[refcount_table_index]);
193     return refcount_block[refcount_block_index];
195 Refcount table entry:
197     Bit  0 -  8:    Reserved (set to 0)
199          9 - 63:    Bits 9-63 of the offset into the image file at which the
200                     refcount block starts. Must be aligned to a cluster
201                     boundary.
203                     If this is 0, the corresponding refcount block has not yet
204                     been allocated. All refcounts managed by this refcount block
205                     are 0.
207 Refcount block entry (x = refcount_bits - 1):
209     Bit  0 -  x:    Reference count of the cluster. If refcount_bits implies a
210                     sub-byte width, note that bit 0 means the least significant
211                     bit in this context.
214 == Cluster mapping ==
216 Just as for refcounts, qcow2 uses a two-level structure for the mapping of
217 guest clusters to host clusters. They are called L1 and L2 table.
219 The L1 table has a variable size (stored in the header) and may use multiple
220 clusters, however it must be contiguous in the image file. L2 tables are
221 exactly one cluster in size.
223 Given a offset into the virtual disk, the offset into the image file can be
224 obtained as follows:
226     l2_entries = (cluster_size / sizeof(uint64_t))
228     l2_index = (offset / cluster_size) % l2_entries
229     l1_index = (offset / cluster_size) / l2_entries
231     l2_table = load_cluster(l1_table[l1_index]);
232     cluster_offset = l2_table[l2_index];
234     return cluster_offset + (offset % cluster_size)
236 L1 table entry:
238     Bit  0 -  8:    Reserved (set to 0)
240          9 - 55:    Bits 9-55 of the offset into the image file at which the L2
241                     table starts. Must be aligned to a cluster boundary. If the
242                     offset is 0, the L2 table and all clusters described by this
243                     L2 table are unallocated.
245         56 - 62:    Reserved (set to 0)
247              63:    0 for an L2 table that is unused or requires COW, 1 if its
248                     refcount is exactly one. This information is only accurate
249                     in the active L1 table.
251 L2 table entry:
253     Bit  0 -  61:   Cluster descriptor
255               62:   0 for standard clusters
256                     1 for compressed clusters
258               63:   0 for a cluster that is unused or requires COW, 1 if its
259                     refcount is exactly one. This information is only accurate
260                     in L2 tables that are reachable from the active L1
261                     table.
263 Standard Cluster Descriptor:
265     Bit       0:    If set to 1, the cluster reads as all zeros. The host
266                     cluster offset can be used to describe a preallocation,
267                     but it won't be used for reading data from this cluster,
268                     nor is data read from the backing file if the cluster is
269                     unallocated.
271                     With version 2, this is always 0.
273          1 -  8:    Reserved (set to 0)
275          9 - 55:    Bits 9-55 of host cluster offset. Must be aligned to a
276                     cluster boundary. If the offset is 0, the cluster is
277                     unallocated.
279         56 - 61:    Reserved (set to 0)
282 Compressed Clusters Descriptor (x = 62 - (cluster_bits - 8)):
284     Bit  0 -  x:    Host cluster offset. This is usually _not_ aligned to a
285                     cluster boundary!
287        x+1 - 61:    Compressed size of the images in sectors of 512 bytes
289 If a cluster is unallocated, read requests shall read the data from the backing
290 file (except if bit 0 in the Standard Cluster Descriptor is set). If there is
291 no backing file or the backing file is smaller than the image, they shall read
292 zeros for all parts that are not covered by the backing file.
295 == Snapshots ==
297 qcow2 supports internal snapshots. Their basic principle of operation is to
298 switch the active L1 table, so that a different set of host clusters are
299 exposed to the guest.
301 When creating a snapshot, the L1 table should be copied and the refcount of all
302 L2 tables and clusters reachable from this L1 table must be increased, so that
303 a write causes a COW and isn't visible in other snapshots.
305 When loading a snapshot, bit 63 of all entries in the new active L1 table and
306 all L2 tables referenced by it must be reconstructed from the refcount table
307 as it doesn't need to be accurate in inactive L1 tables.
309 A directory of all snapshots is stored in the snapshot table, a contiguous area
310 in the image file, whose starting offset and length are given by the header
311 fields snapshots_offset and nb_snapshots. The entries of the snapshot table
312 have variable length, depending on the length of ID, name and extra data.
314 Snapshot table entry:
316     Byte 0 -  7:    Offset into the image file at which the L1 table for the
317                     snapshot starts. Must be aligned to a cluster boundary.
319          8 - 11:    Number of entries in the L1 table of the snapshots
321         12 - 13:    Length of the unique ID string describing the snapshot
323         14 - 15:    Length of the name of the snapshot
325         16 - 19:    Time at which the snapshot was taken in seconds since the
326                     Epoch
328         20 - 23:    Subsecond part of the time at which the snapshot was taken
329                     in nanoseconds
331         24 - 31:    Time that the guest was running until the snapshot was
332                     taken in nanoseconds
334         32 - 35:    Size of the VM state in bytes. 0 if no VM state is saved.
335                     If there is VM state, it starts at the first cluster
336                     described by first L1 table entry that doesn't describe a
337                     regular guest cluster (i.e. VM state is stored like guest
338                     disk content, except that it is stored at offsets that are
339                     larger than the virtual disk presented to the guest)
341         36 - 39:    Size of extra data in the table entry (used for future
342                     extensions of the format)
344         variable:   Extra data for future extensions. Unknown fields must be
345                     ignored. Currently defined are (offset relative to snapshot
346                     table entry):
348                     Byte 40 - 47:   Size of the VM state in bytes. 0 if no VM
349                                     state is saved. If this field is present,
350                                     the 32-bit value in bytes 32-35 is ignored.
352                     Byte 48 - 55:   Virtual disk size of the snapshot in bytes
354                     Version 3 images must include extra data at least up to
355                     byte 55.
357         variable:   Unique ID string for the snapshot (not null terminated)
359         variable:   Name of the snapshot (not null terminated)
361         variable:   Padding to round up the snapshot table entry size to the
362                     next multiple of 8.