ftp://ftp.kernel.org/pub/linux/kernel/v2.6/linux-2.6.6.tar.bz2
[linux-2.6.git] / Documentation / scsi / st.txt
1 This file contains brief information about the SCSI tape driver.
2 The driver is currently maintained by Kai Mäkisara (email
3 Kai.Makisara@kolumbus.fi)
4
5 Last modified: Wed Feb 25 14:09:08 2004 by makisara
6
7
8 BASICS
9
10 The driver is generic, i.e., it does not contain any code tailored
11 to any specific tape drive. The tape parameters can be specified with
12 one of the following three methods:
13
14 1. Each user can specify the tape parameters he/she wants to use
15 directly with ioctls. This is administratively a very simple and
16 flexible method and applicable to single-user workstations. However,
17 in a multiuser environment the next user finds the tape parameters in
18 state the previous user left them.
19
20 2. The system manager (root) can define default values for some tape
21 parameters, like block size and density using the MTSETDRVBUFFER ioctl.
22 These parameters can be programmed to come into effect either when a
23 new tape is loaded into the drive or if writing begins at the
24 beginning of the tape. The second method is applicable if the tape
25 drive performs auto-detection of the tape format well (like some
26 QIC-drives). The result is that any tape can be read, writing can be
27 continued using existing format, and the default format is used if
28 the tape is rewritten from the beginning (or a new tape is written
29 for the first time). The first method is applicable if the drive
30 does not perform auto-detection well enough and there is a single
31 "sensible" mode for the device. An example is a DAT drive that is
32 used only in variable block mode (I don't know if this is sensible
33 or not :-).
34
35 The user can override the parameters defined by the system
36 manager. The changes persist until the defaults again come into
37 effect.
38
39 3. By default, up to four modes can be defined and selected using the minor
40 number (bits 5 and 6). The number of modes can be changed by changing
41 ST_NBR_MODE_BITS in st.h. Mode 0 corresponds to the defaults discussed
42 above. Additional modes are dormant until they are defined by the
43 system manager (root). When specification of a new mode is started,
44 the configuration of mode 0 is used to provide a starting point for
45 definition of the new mode.
46
47 Using the modes allows the system manager to give the users choices
48 over some of the buffering parameters not directly accessible to the
49 users (buffered and asynchronous writes). The modes also allow choices
50 between formats in multi-tape operations (the explicitly overridden
51 parameters are reset when a new tape is loaded).
52
53 If more than one mode is used, all modes should contain definitions
54 for the same set of parameters.
55
56 Many Unices contain internal tables that associate different modes to
57 supported devices. The Linux SCSI tape driver does not contain such
58 tables (and will not do that in future). Instead of that, a utility
59 program can be made that fetches the inquiry data sent by the device,
60 scans its database, and sets up the modes using the ioctls. Another
61 alternative is to make a small script that uses mt to set the defaults
62 tailored to the system.
63
64 The driver supports fixed and variable block size (within buffer
65 limits). Both the auto-rewind (minor equals device number) and
66 non-rewind devices (minor is 128 + device number) are implemented.
67
68 In variable block mode, the byte count in write() determines the size
69 of the physical block on tape. When reading, the drive reads the next
70 tape block and returns to the user the data if the read() byte count
71 is at least the block size. Otherwise, error ENOMEM is returned.
72
73 In fixed block mode, the data transfer between the drive and the
74 driver is in multiples of the block size. The write() byte count must
75 be a multiple of the block size. This is not required when reading but
76 may be advisable for portability.
77
78 Support is provided for changing the tape partition and partitioning
79 of the tape with one or two partitions. By default support for
80 partitioned tape is disabled for each driver and it can be enabled
81 with the ioctl MTSETDRVBUFFER.
82
83 By default the driver writes one filemark when the device is closed after
84 writing and the last operation has been a write. Two filemarks can be
85 optionally written. In both cases end of data is signified by
86 returning zero bytes for two consecutive reads.
87
88 The compile options are defined in the file linux/drivers/scsi/st_options.h.
89
90 4. If the open option O_NONBLOCK is used, open succeeds even if the
91 drive is not ready. If O_NONBLOCK is not used, the driver waits for
92 the drive to become ready. If this does not happen in ST_BLOCK_SECONDS
93 seconds, open fails with the errno value EIO. With O_NONBLOCK the
94 device can be opened for writing even if there is a write protected
95 tape in the drive (commands trying to write something return error if
96 attempted).
97
98
99 MINOR NUMBERS
100
101 The tape driver currently supports 128 drives by default. This number
102 can be increased by editing st.h and recompiling the driver if
103 necessary. The upper limit is 2^17 drives if 4 modes for each drive
104 are used.
105
106 The minor numbers consist of the following bit fields:
107
108 dev_upper non-rew mode dev-lower
109   20 -  8     7    6 5  4      0
110 The non-rewind bit is always bit 7 (the uppermost bit in the lowermost
111 byte). The bits defining the mode are below the non-rewind bit. The
112 remaining bits define the tape device number. This numbering is
113 backward compatible with the numbering used when the minor number was
114 only 8 bits wide.
115
116
117 SYSFS SUPPORT
118
119 The driver creates the directory /sys/class/scsi_tape and populates it with
120 directories corresponding to the existing tape devices. There are autorewind
121 and non-rewind entries for each mode. The names are stxy and nstxy, where x
122 is the tape number and y a character corresponding to the mode (none, l, m,
123 a). For example, the directories for the first tape device are (assuming four
124 modes): st0  nst0  st0l  nst0l  st0m  nst0m  st0a  nst0a.
125
126 Each directory contains the entries: default_blksize  default_compression
127 default_density  defined  dev  device  driver. The file 'defined' contains 1
128 if the mode is defined and zero if not defined. The files 'default_*' contain
129 the defaults set by the user. The value -1 means the default is not set. The
130 file 'dev' contains the device numbers corresponding to this device. The links
131 'device' and 'driver' point to the SCSI device and driver entries.
132
133 A link named 'tape' is made from the SCSI device directory to the class
134 directory corresponding to the mode 0 auto-rewind device (e.g., st0). 
135
136
137 BSD AND SYS V SEMANTICS
138
139 The user can choose between these two behaviours of the tape driver by
140 defining the value of the symbol ST_SYSV. The semantics differ when a
141 file being read is closed. The BSD semantics leaves the tape where it
142 currently is whereas the SYS V semantics moves the tape past the next
143 filemark unless the filemark has just been crossed.
144
145 The default is BSD semantics.
146
147
148 BUFFERING
149
150 The driver tries to do transfers directly to/from user space. If this
151 is not possible, a driver buffer allocated at run-time is used. If
152 direct i/o is not possible for the whole transfer, the driver buffer
153 is used (i.e., bounce buffers for individual pages are not
154 used). Direct i/o can be impossible because of several reasons, e.g.:
155 - one or more pages are at addresses not reachable by the HBA
156 - the number of pages in the transfer exceeds the number of
157   scatter/gather segments permitted by the HBA
158 - one or more pages can't be locked into memory (should not happen in
159   any reasonable situation)
160
161 The size of the driver buffers is always at least one tape block. In fixed
162 block mode, the minimum buffer size is defined (in 1024 byte units) by
163 ST_FIXED_BUFFER_BLOCKS. With small block size this allows buffering of
164 several blocks and using one SCSI read or write to transfer all of the
165 blocks. Buffering of data across write calls in fixed block mode is
166 allowed if ST_BUFFER_WRITES is non-zero and direct i/o is not used.
167 Buffer allocation uses chunks of memory having sizes 2^n * (page
168 size). Because of this the actual buffer size may be larger than the
169 minimum allowable buffer size.
170
171 NOTE that if direct i/o is used, the small writes are not buffered. This may
172 cause a surprise when moving from 2.4. There small writes (e.g., tar without
173 -b option) may have had good throughput but this is not true any more with
174 2.6. Direct i/o can be turned off to solve this problem but a better solution
175 is to use bigger write() byte counts (e.g., tar -b 64).
176
177 Asynchronous writing. Writing the buffer contents to the tape is
178 started and the write call returns immediately. The status is checked
179 at the next tape operation. Asynchronous writes are not done with
180 direct i/o and not in fixed block mode.
181
182 Buffered writes and asynchronous writes may in some rare cases cause
183 problems in multivolume operations if there is not enough space on the
184 tape after the early-warning mark to flush the driver buffer.
185
186 Read ahead for fixed block mode (ST_READ_AHEAD). Filling the buffer is
187 attempted even if the user does not want to get all of the data at
188 this read command. Should be disabled for those drives that don't like
189 a filemark to truncate a read request or that don't like backspacing.
190
191 Scatter/gather buffers (buffers that consist of chunks non-contiguous
192 in the physical memory) are used if contiguous buffers can't be
193 allocated. To support all SCSI adapters (including those not
194 supporting scatter/gather), buffer allocation is using the following
195 three kinds of chunks:
196 1. The initial segment that is used for all SCSI adapters including
197 those not supporting scatter/gather. The size of this buffer will be
198 (PAGE_SIZE << ST_FIRST_ORDER) bytes if the system can give a chunk of
199 this size (and it is not larger than the buffer size specified by
200 ST_BUFFER_BLOCKS). If this size is not available, the driver halves
201 the size and tries again until the size of one page. The default
202 settings in st_options.h make the driver to try to allocate all of the
203 buffer as one chunk.
204 2. The scatter/gather segments to fill the specified buffer size are
205 allocated so that as many segments as possible are used but the number
206 of segments does not exceed ST_FIRST_SG.
207 3. The remaining segments between ST_MAX_SG (or the module parameter
208 max_sg_segs) and the number of segments used in phases 1 and 2
209 are used to extend the buffer at run-time if this is necessary. The
210 number of scatter/gather segments allowed for the SCSI adapter is not
211 exceeded if it is smaller than the maximum number of scatter/gather
212 segments specified. If the maximum number allowed for the SCSI adapter
213 is smaller than the number of segments used in phases 1 and 2,
214 extending the buffer will always fail.
215
216
217 EOM BEHAVIOUR WHEN WRITING
218
219 When the end of medium early warning is encountered, the current write
220 is finished and the number of bytes is returned. The next write
221 returns -1 and errno is set to ENOSPC. To enable writing a trailer,
222 the next write is allowed to proceed and, if successful, the number of
223 bytes is returned. After this, -1 and the number of bytes are
224 alternately returned until the physical end of medium (or some other
225 error) is encountered.
226
227
228 MODULE PARAMETERS
229
230 The buffer size, write threshold, and the maximum number of allocated buffers
231 are configurable when the driver is loaded as a module. The keywords are:
232
233 buffer_kbs=xxx             the buffer size for fixed block mode is set
234                            to xxx kilobytes
235 write_threshold_kbs=xxx    the write threshold in kilobytes set to xxx
236 max_sg_segs=xxx            the maximum number of scatter/gather
237                            segments
238 try_direct_io=x            try direct transfer between user buffer and
239                            tape drive if this is non-zero
240
241 Note that if the buffer size is changed but the write threshold is not
242 set, the write threshold is set to the new buffer size - 2 kB.
243
244
245 BOOT TIME CONFIGURATION
246
247 If the driver is compiled into the kernel, the same parameters can be
248 also set using, e.g., the LILO command line. The preferred syntax is
249 is to use the same keyword used when loading as module but prepended
250 with 'st.'. For instance, to set the maximum number of scatter/gather
251 segments, the parameter 'st.max_sg_segs=xx' should be used (xx is the
252 number of scatter/gather segments).
253
254 For compatibility, the old syntax from early 2.5 and 2.4 kernel
255 versions is supported. The same keywords can be used as when loading
256 the driver as module. If several parameters are set, the keyword-value
257 pairs are separated with a comma (no spaces allowed). A colon can be
258 used instead of the equal mark. The definition is prepended by the
259 string st=. Here is an example:
260
261         st=buffer_kbs:64,write_threhold_kbs:60
262
263 The following syntax used by the old kernel versions is also supported:
264
265            st=aa[,bb[,dd]]
266
267 where
268   aa is the buffer size for fixed block mode in 1024 byte units
269   bb is the write threshold in 1024 byte units
270   dd is the maximum number of scatter/gather segments
271
272
273 IOCTLS
274
275 The tape is positioned and the drive parameters are set with ioctls
276 defined in mtio.h The tape control program 'mt' uses these ioctls. Try
277 to find an mt that supports all of the Linux SCSI tape ioctls and
278 opens the device for writing if the tape contents will be modified
279 (look for a package mt-st* from the Linux ftp sites; the GNU mt does
280 not open for writing for, e.g., erase).
281
282 The supported ioctls are:
283
284 The following use the structure mtop:
285
286 MTFSF   Space forward over count filemarks. Tape positioned after filemark.
287 MTFSFM  As above but tape positioned before filemark.
288 MTBSF   Space backward over count filemarks. Tape positioned before
289         filemark.
290 MTBSFM  As above but ape positioned after filemark.
291 MTFSR   Space forward over count records.
292 MTBSR   Space backward over count records.
293 MTFSS   Space forward over count setmarks.
294 MTBSS   Space backward over count setmarks.
295 MTWEOF  Write count filemarks.
296 MTWSM   Write count setmarks.
297 MTREW   Rewind tape.
298 MTOFFL  Set device off line (often rewind plus eject).
299 MTNOP   Do nothing except flush the buffers.
300 MTRETEN Re-tension tape.
301 MTEOM   Space to end of recorded data.
302 MTERASE Erase tape. If the argument is zero, the short erase command
303         is used. The long erase command is used with all other values
304         of the argument.
305 MTSEEK  Seek to tape block count. Uses Tandberg-compatible seek (QFA)
306         for SCSI-1 drives and SCSI-2 seek for SCSI-2 drives. The file and
307         block numbers in the status are not valid after a seek.
308 MTSETBLK Set the drive block size. Setting to zero sets the drive into
309         variable block mode (if applicable).
310 MTSETDENSITY Sets the drive density code to arg. See drive
311         documentation for available codes.
312 MTLOCK and MTUNLOCK Explicitly lock/unlock the tape drive door.
313 MTLOAD and MTUNLOAD Explicitly load and unload the tape. If the
314         command argument x is between MT_ST_HPLOADER_OFFSET + 1 and
315         MT_ST_HPLOADER_OFFSET + 6, the number x is used sent to the
316         drive with the command and it selects the tape slot to use of
317         HP C1553A changer.
318 MTCOMPRESSION Sets compressing or uncompressing drive mode using the
319         SCSI mode page 15. Note that some drives other methods for
320         control of compression. Some drives (like the Exabytes) use
321         density codes for compression control. Some drives use another
322         mode page but this page has not been implemented in the
323         driver. Some drives without compression capability will accept
324         any compression mode without error.
325 MTSETPART Moves the tape to the partition given by the argument at the
326         next tape operation. The block at which the tape is positioned
327         is the block where the tape was previously positioned in the
328         new active partition unless the next tape operation is
329         MTSEEK. In this case the tape is moved directly to the block
330         specified by MTSEEK. MTSETPART is inactive unless
331         MT_ST_CAN_PARTITIONS set.
332 MTMKPART Formats the tape with one partition (argument zero) or two
333         partitions (the argument gives in megabytes the size of
334         partition 1 that is physically the first partition of the
335         tape). The drive has to support partitions with size specified
336         by the initiator. Inactive unless MT_ST_CAN_PARTITIONS set.
337 MTSETDRVBUFFER
338         Is used for several purposes. The command is obtained from count
339         with mask MT_SET_OPTIONS, the low order bits are used as argument.
340         This command is only allowed for the superuser (root). The
341         subcommands are:
342         0
343            The drive buffer option is set to the argument. Zero means
344            no buffering.
345         MT_ST_BOOLEANS
346            Sets the buffering options. The bits are the new states
347            (enabled/disabled) the following options (in the
348            parenthesis is specified whether the option is global or
349            can be specified differently for each mode):
350              MT_ST_BUFFER_WRITES write buffering (mode)
351              MT_ST_ASYNC_WRITES asynchronous writes (mode)
352              MT_ST_READ_AHEAD  read ahead (mode)
353              MT_ST_TWO_FM writing of two filemarks (global)
354              MT_ST_FAST_EOM using the SCSI spacing to EOD (global)
355              MT_ST_AUTO_LOCK automatic locking of the drive door (global)
356              MT_ST_DEF_WRITES the defaults are meant only for writes (mode)
357              MT_ST_CAN_BSR backspacing over more than one records can
358                 be used for repositioning the tape (global)
359              MT_ST_NO_BLKLIMS the driver does not ask the block limits
360                 from the drive (block size can be changed only to
361                 variable) (global)
362              MT_ST_CAN_PARTITIONS enables support for partitioned
363                 tapes (global)
364              MT_ST_SCSI2LOGICAL the logical block number is used in
365                 the MTSEEK and MTIOCPOS for SCSI-2 drives instead of
366                 the device dependent address. It is recommended to set
367                 this flag unless there are tapes using the device
368                 dependent (from the old times) (global)
369              MT_ST_SYSV sets the SYSV sematics (mode)
370              MT_ST_NOWAIT enables immediate mode (i.e., don't wait for
371                 the command to finish) for some commands (e.g., rewind)
372              MT_ST_DEBUGGING debugging (global; debugging must be
373                 compiled into the driver)
374         MT_ST_SETBOOLEANS
375         MT_ST_CLEARBOOLEANS
376            Sets or clears the option bits.
377         MT_ST_WRITE_THRESHOLD
378            Sets the write threshold for this device to kilobytes
379            specified by the lowest bits.
380         MT_ST_DEF_BLKSIZE
381            Defines the default block size set automatically. Value
382            0xffffff means that the default is not used any more.
383         MT_ST_DEF_DENSITY
384         MT_ST_DEF_DRVBUFFER
385            Used to set or clear the density (8 bits), and drive buffer
386            state (3 bits). If the value is MT_ST_CLEAR_DEFAULT
387            (0xfffff) the default will not be used any more. Otherwise
388            the lowermost bits of the value contain the new value of
389            the parameter.
390         MT_ST_DEF_COMPRESSION
391            The compression default will not be used if the value of
392            the lowermost byte is 0xff. Otherwise the lowermost bit
393            contains the new default. If the bits 8-15 are set to a
394            non-zero number, and this number is not 0xff, the number is
395            used as the compression algorithm. The value
396            MT_ST_CLEAR_DEFAULT can be used to clear the compression
397            default.
398         MT_ST_SET_TIMEOUT
399            Set the normal timeout in seconds for this device. The
400            default is 900 seconds (15 minutes). The timeout should be
401            long enough for the retries done by the device while
402            reading/writing.
403         MT_ST_SET_LONG_TIMEOUT
404            Set the long timeout that is used for operations that are
405            known to take a long time. The default is 14000 seconds
406            (3.9 hours). For erase this value is further multiplied by
407            eight.
408         MT_ST_SET_CLN
409            Set the cleaning request interpretation parameters using
410            the lowest 24 bits of the argument. The driver can set the
411            generic status bit GMT_CLN if a cleaning request bit pattern
412            is found from the extended sense data. Many drives set one or
413            more bits in the extended sense data when the drive needs
414            cleaning. The bits are device-dependent. The driver is
415            given the number of the sense data byte (the lowest eight
416            bits of the argument; must be >= 18 (values 1 - 17
417            reserved) and <= the maximum requested sense data sixe), 
418            a mask to select the relevant bits (the bits 9-16), and the
419            bit pattern (bits 17-23). If the bit pattern is zero, one
420            or more bits under the mask indicate cleaning request. If
421            the pattern is non-zero, the pattern must match the masked
422            sense data byte.
423
424            (The cleaning bit is set if the additional sense code and
425            qualifier 00h 17h are seen regardless of the setting of
426            MT_ST_SET_CLN.)
427
428 The following ioctl uses the structure mtpos:
429 MTIOCPOS Reads the current position from the drive. Uses
430         Tandberg-compatible QFA for SCSI-1 drives and the SCSI-2
431         command for the SCSI-2 drives.
432
433 The following ioctl uses the structure mtget to return the status:
434 MTIOCGET Returns some status information.
435         The file number and block number within file are returned. The
436         block is -1 when it can't be determined (e.g., after MTBSF).
437         The drive type is either MTISSCSI1 or MTISSCSI2.
438         The number of recovered errors since the previous status call
439         is stored in the lower word of the field mt_erreg.
440         The current block size and the density code are stored in the field
441         mt_dsreg (shifts for the subfields are MT_ST_BLKSIZE_SHIFT and
442         MT_ST_DENSITY_SHIFT).
443         The GMT_xxx status bits reflect the drive status. GMT_DR_OPEN
444         is set if there is no tape in the drive. GMT_EOD means either
445         end of recorded data or end of tape. GMT_EOT means end of tape.
446
447
448 MISCELLANEOUS COMPILE OPTIONS
449
450 The recovered write errors are considered fatal if ST_RECOVERED_WRITE_FATAL
451 is defined.
452
453 The maximum number of tape devices is determined by the define
454 ST_MAX_TAPES. If more tapes are detected at driver initialization, the
455 maximum is adjusted accordingly.
456
457 Immediate return from tape positioning SCSI commands can be enabled by
458 defining ST_NOWAIT. If this is defined, the user should take care that
459 the next tape operation is not started before the previous one has
460 finished. The drives and SCSI adapters should handle this condition
461 gracefully, but some drive/adapter combinations are known to hang the
462 SCSI bus in this case.
463
464 The MTEOM command is by default implemented as spacing over 32767
465 filemarks. With this method the file number in the status is
466 correct. The user can request using direct spacing to EOD by setting
467 ST_FAST_EOM 1 (or using the MT_ST_OPTIONS ioctl). In this case the file
468 number will be invalid.
469
470 When using read ahead or buffered writes the position within the file
471 may not be correct after the file is closed (correct position may
472 require backspacing over more than one record). The correct position
473 within file can be obtained if ST_IN_FILE_POS is defined at compile
474 time or the MT_ST_CAN_BSR bit is set for the drive with an ioctl.
475 (The driver always backs over a filemark crossed by read ahead if the
476 user does not request data that far.)
477
478
479 DEBUGGING HINTS
480
481 To enable debugging messages, edit st.c and #define DEBUG 1. As seen
482 above, debugging can be switched off with an ioctl if debugging is
483 compiled into the driver. The debugging output is not voluminous.
484
485 If the tape seems to hang, I would be very interested to hear where
486 the driver is waiting. With the command 'ps -l' you can see the state
487 of the process using the tape. If the state is D, the process is
488 waiting for something. The field WCHAN tells where the driver is
489 waiting. If you have the current System.map in the correct place (in
490 /boot for the procps I use) or have updated /etc/psdatabase (for kmem
491 ps), ps writes the function name in the WCHAN field. If not, you have
492 to look up the function from System.map.
493
494 Note also that the timeouts are very long compared to most other
495 drivers. This means that the Linux driver may appear hung although the
496 real reason is that the tape firmware has got confused.