Fix typo in restore.pl.
[cumulus.git] / lbs.py
diff --git a/lbs.py b/lbs.py
index ab2c261..b8de982 100644 (file)
--- a/lbs.py
+++ b/lbs.py
@@ -9,8 +9,18 @@ various parts of an LBS archive:
 """
 
 from __future__ import division
+import os, re, sha, tarfile, tempfile, thread
 from pysqlite2 import dbapi2 as sqlite3
 
+# The largest supported snapshot format that can be understood.
+FORMAT_VERSION = (0, 8)         # LBS Snapshot v0.8
+
+# Maximum number of nested indirect references allowed in a snapshot.
+MAX_RECURSION_DEPTH = 3
+
+# All segments which have been accessed this session.
+accessed_segments = set()
+
 class Struct:
     """A class which merely acts as a data container.
 
@@ -21,6 +31,411 @@ class Struct:
     def __repr__(self):
         return "<%s %s>" % (self.__class__, self.__dict__)
 
+CHECKSUM_ALGORITHMS = {
+    'sha1': sha.new
+}
+
+class ChecksumCreator:
+    """Compute an LBS checksum for provided data.
+
+    The algorithm used is selectable, but currently defaults to sha1.
+    """
+
+    def __init__(self, algorithm='sha1'):
+        self.algorithm = algorithm
+        self.hash = CHECKSUM_ALGORITHMS[algorithm]()
+
+    def update(self, data):
+        self.hash.update(data)
+        return self
+
+    def compute(self):
+        return "%s=%s" % (self.algorithm, self.hash.hexdigest())
+
+class ChecksumVerifier:
+    """Verify whether a checksum from a snapshot matches the supplied data."""
+
+    def __init__(self, checksumstr):
+        """Create an object to check the supplied checksum."""
+
+        (algo, checksum) = checksumstr.split("=", 1)
+        self.checksum = checksum
+        self.hash = CHECKSUM_ALGORITHMS[algo]()
+
+    def update(self, data):
+        self.hash.update(data)
+
+    def valid(self):
+        """Return a boolean indicating whether the checksum matches."""
+
+        result = self.hash.hexdigest()
+        return result == self.checksum
+
+class LowlevelDataStore:
+    """Access to the backup store containing segments and snapshot descriptors.
+
+    Instances of this class are used to get direct filesystem-level access to
+    the backup data.  To read a backup, a caller will ordinarily not care about
+    direct access to backup segments, but will instead merely need to access
+    objects from those segments.  The ObjectStore class provides a suitable
+    wrapper around a DataStore to give this high-level access.
+    """
+
+    def __init__(self, path):
+        self.path = path
+
+    # Low-level filesystem access.  These methods could be overwritten to
+    # provide access to remote data stores.
+    def lowlevel_list(self):
+        """Get a listing of files stored."""
+
+        return os.listdir(self.path)
+
+    def lowlevel_open(self, filename):
+        """Return a file-like object for reading data from the given file."""
+
+        return open(os.path.join(self.path, filename), 'rb')
+
+    def lowlevel_stat(self, filename):
+        """Return a dictionary of information about the given file.
+
+        Currently, the only defined field is 'size', giving the size of the
+        file in bytes.
+        """
+
+        stat = os.stat(os.path.join(self.path, filename))
+        return {'size': stat.st_size}
+
+    # Slightly higher-level list methods.
+    def list_snapshots(self):
+        for f in self.lowlevel_list():
+            m = re.match(r"^snapshot-(.*)\.lbs$", f)
+            if m:
+                yield m.group(1)
+
+    def list_segments(self):
+        for f in self.lowlevel_list():
+            m = re.match(r"^([0-9a-f]{8}-[0-9a-f]{4}-[0-9a-f]{4}-[0-9a-f]{4}-[0-9a-f]{12})(\.\S+)?$", f)
+            if m:
+                yield m.group(1)
+
+class ObjectStore:
+    def __init__(self, data_store):
+        self.store = data_store
+        self.cachedir = None
+        self.CACHE_SIZE = 16
+        self.lru_list = []
+
+    def get_cachedir(self):
+        if self.cachedir is None:
+            self.cachedir = tempfile.mkdtemp(".lbs")
+        return self.cachedir
+
+    def cleanup(self):
+        if self.cachedir is not None:
+            # TODO: Avoid use of system, make this safer
+            os.system("rm -rf " + self.cachedir)
+        self.cachedir = None
+
+    @staticmethod
+    def parse_ref(refstr):
+        m = re.match(r"^zero\[(\d+)\]$", refstr)
+        if m:
+            return ("zero", None, None, (0, int(m.group(1))))
+
+        m = re.match(r"^([-0-9a-f]+)\/([0-9a-f]+)(\(\S+\))?(\[(((\d+)\+)?(\d+)|=(\d+))\])?$", refstr)
+        if not m: return
+
+        segment = m.group(1)
+        object = m.group(2)
+        checksum = m.group(3)
+        slice = m.group(4)
+
+        if checksum is not None:
+            checksum = checksum.lstrip("(").rstrip(")")
+
+        if slice is not None:
+            if m.group(9) is not None:
+                # Size-assertion slice
+                slice = (0, int(m.group(9)), True)
+            elif m.group(6) is None:
+                # Abbreviated slice
+                slice = (0, int(m.group(8)), False)
+            else:
+                slice = (int(m.group(7)), int(m.group(8)), False)
+
+        return (segment, object, checksum, slice)
+
+    def get_segment(self, segment):
+        accessed_segments.add(segment)
+        raw = self.store.lowlevel_open(segment + ".tar.gpg")
+
+        (input, output) = os.popen2("lbs-filter-gpg --decrypt")
+        def copy_thread(src, dst):
+            BLOCK_SIZE = 4096
+            while True:
+                block = src.read(BLOCK_SIZE)
+                if len(block) == 0: break
+                dst.write(block)
+            dst.close()
+
+        thread.start_new_thread(copy_thread, (raw, input))
+        return output
+
+    def load_segment(self, segment):
+        seg = tarfile.open(segment, 'r|', self.get_segment(segment))
+        for item in seg:
+            data_obj = seg.extractfile(item)
+            path = item.name.split('/')
+            if len(path) == 2 and path[0] == segment:
+                yield (path[1], data_obj.read())
+
+    def load_snapshot(self, snapshot):
+        file = self.store.lowlevel_open("snapshot-" + snapshot + ".lbs")
+        return file.read().splitlines(True)
+
+    def extract_segment(self, segment):
+        segdir = os.path.join(self.get_cachedir(), segment)
+        os.mkdir(segdir)
+        for (object, data) in self.load_segment(segment):
+            f = open(os.path.join(segdir, object), 'wb')
+            f.write(data)
+            f.close()
+
+    def load_object(self, segment, object):
+        accessed_segments.add(segment)
+        path = os.path.join(self.get_cachedir(), segment, object)
+        if not os.access(path, os.R_OK):
+            self.extract_segment(segment)
+        if segment in self.lru_list: self.lru_list.remove(segment)
+        self.lru_list.append(segment)
+        while len(self.lru_list) > self.CACHE_SIZE:
+            os.system("rm -rf " + os.path.join(self.cachedir, self.lru_list[0]))
+            self.lru_list = self.lru_list[1:]
+        return open(path, 'rb').read()
+
+    def get(self, refstr):
+        """Fetch the given object and return it.
+
+        The input should be an object reference, in string form.
+        """
+
+        (segment, object, checksum, slice) = self.parse_ref(refstr)
+
+        if segment == "zero":
+            return "\0" * slice[1]
+
+        data = self.load_object(segment, object)
+
+        if checksum is not None:
+            verifier = ChecksumVerifier(checksum)
+            verifier.update(data)
+            if not verifier.valid():
+                raise ValueError
+
+        if slice is not None:
+            (start, length, exact) = slice
+            if exact and len(data) != length: raise ValueError
+            data = data[start:start+length]
+            if len(data) != length: raise IndexError
+
+        return data
+
+def parse(lines, terminate=None):
+    """Generic parser for RFC822-style "Key: Value" data streams.
+
+    This parser can be used to read metadata logs and snapshot root descriptor
+    files.
+
+    lines must be an iterable object which yields a sequence of lines of input.
+
+    If terminate is specified, it is used as a predicate to determine when to
+    stop reading input lines.
+    """
+
+    dict = {}
+    last_key = None
+
+    for l in lines:
+        # Strip off a trailing newline, if present
+        if len(l) > 0 and l[-1] == "\n":
+            l = l[:-1]
+
+        if terminate is not None and terminate(l):
+            if len(dict) > 0: yield dict
+            dict = {}
+            last_key = None
+            continue
+
+        m = re.match(r"^([-\w]+):\s*(.*)$", l)
+        if m:
+            dict[m.group(1)] = m.group(2)
+            last_key = m.group(1)
+        elif len(l) > 0 and l[0].isspace() and last_key is not None:
+            dict[last_key] += l
+        else:
+            last_key = None
+
+    if len(dict) > 0: yield dict
+
+def parse_full(lines):
+    try:
+        return parse(lines).next()
+    except StopIteration:
+        return {}
+
+def parse_metadata_version(s):
+    """Convert a string with the snapshot version format to a tuple."""
+
+    m = re.match(r"^LBS Snapshot v(\d+(\.\d+)*)$", s)
+    if m is None:
+        return ()
+    else:
+        return tuple([int(d) for d in m.group(1).split(".")])
+
+def read_metadata(object_store, root):
+    """Iterate through all lines in the metadata log, following references."""
+
+    # Stack for keeping track of recursion when following references to
+    # portions of the log.  The last entry in the stack corresponds to the
+    # object currently being parsed.  Each entry is a list of lines which have
+    # been reversed, so that popping successive lines from the end of each list
+    # will return lines of the metadata log in order.
+    stack = []
+
+    def follow_ref(refstr):
+        if len(stack) >= MAX_RECURSION_DEPTH: raise OverflowError
+        lines = object_store.get(refstr).splitlines(True)
+        lines.reverse()
+        stack.append(lines)
+
+    follow_ref(root)
+
+    while len(stack) > 0:
+        top = stack[-1]
+        if len(top) == 0:
+            stack.pop()
+            continue
+        line = top.pop()
+
+        # An indirect reference which we must follow?
+        if len(line) > 0 and line[0] == '@':
+            ref = line[1:]
+            ref.strip()
+            follow_ref(ref)
+        else:
+            yield line
+
+class MetadataItem:
+    """Metadata for a single file (or directory or...) from a snapshot."""
+
+    # Functions for parsing various datatypes that can appear in a metadata log
+    # item.
+    @staticmethod
+    def decode_int(s):
+        """Decode an integer, expressed in decimal, octal, or hexadecimal."""
+        if s.startswith("0x"):
+            return int(s, 16)
+        elif s.startswith("0"):
+            return int(s, 8)
+        else:
+            return int(s, 10)
+
+    @staticmethod
+    def decode_str(s):
+        """Decode a URI-encoded (%xx escapes) string."""
+        def hex_decode(m): return chr(int(m.group(1), 16))
+        return re.sub(r"%([0-9a-f]{2})", hex_decode, s)
+
+    @staticmethod
+    def raw_str(s):
+        """An unecoded string."""
+        return s
+
+    @staticmethod
+    def decode_user(s):
+        """Decode a user/group to a tuple of uid/gid followed by name."""
+        items = s.split()
+        uid = MetadataItem.decode_int(items[0])
+        name = None
+        if len(items) > 1:
+            if items[1].startswith("(") and items[1].endswith(")"):
+                name = MetadataItem.decode_str(items[1][1:-1])
+        return (uid, name)
+
+    @staticmethod
+    def decode_device(s):
+        """Decode a device major/minor number."""
+        (major, minor) = map(MetadataItem.decode_int, s.split("/"))
+        return (major, minor)
+
+    class Items: pass
+
+    def __init__(self, fields, object_store):
+        """Initialize from a dictionary of key/value pairs from metadata log."""
+
+        self.fields = fields
+        self.object_store = object_store
+        self.keys = []
+        self.items = self.Items()
+        for (k, v) in fields.items():
+            if k in self.field_types:
+                decoder = self.field_types[k]
+                setattr(self.items, k, decoder(v))
+                self.keys.append(k)
+
+    def data(self):
+        """Return an iterator for the data blocks that make up a file."""
+
+        # This traverses the list of blocks that make up a file, following
+        # indirect references.  It is implemented in much the same way as
+        # read_metadata, so see that function for details of the technique.
+
+        objects = self.fields['data'].split()
+        objects.reverse()
+        stack = [objects]
+
+        def follow_ref(refstr):
+            if len(stack) >= MAX_RECURSION_DEPTH: raise OverflowError
+            objects = self.object_store.get(refstr).split()
+            objects.reverse()
+            stack.append(objects)
+
+        while len(stack) > 0:
+            top = stack[-1]
+            if len(top) == 0:
+                stack.pop()
+                continue
+            ref = top.pop()
+
+            # An indirect reference which we must follow?
+            if len(ref) > 0 and ref[0] == '@':
+                follow_ref(ref[1:])
+            else:
+                yield ref
+
+# Description of fields that might appear, and how they should be parsed.
+MetadataItem.field_types = {
+    'name': MetadataItem.decode_str,
+    'type': MetadataItem.raw_str,
+    'mode': MetadataItem.decode_int,
+    'device': MetadataItem.decode_device,
+    'user': MetadataItem.decode_user,
+    'group': MetadataItem.decode_user,
+    'ctime': MetadataItem.decode_int,
+    'mtime': MetadataItem.decode_int,
+    'links': MetadataItem.decode_int,
+    'inode': MetadataItem.raw_str,
+    'checksum': MetadataItem.decode_str,
+    'size': MetadataItem.decode_int,
+    'contents': MetadataItem.decode_str,
+    'target': MetadataItem.decode_str,
+}
+
+def iterate_metadata(object_store, root):
+    for d in parse(read_metadata(object_store, root), lambda l: len(l) == 0):
+        yield MetadataItem(d, object_store)
+
 class LocalDatabase:
     """Access to the local database of snapshot contents and object checksums.
 
@@ -49,34 +464,91 @@ class LocalDatabase:
         "Return a DB-API cursor for directly accessing the local database."
         return self.db_connection.cursor()
 
-    def garbage_collect(self):
-        """Delete entries from old snapshots from the database."""
+    def list_schemes(self):
+        """Return the list of snapshots found in the local database.
+
+        The returned value is a list of tuples (id, scheme, name, time, intent).
+        """
 
         cur = self.cursor()
+        cur.execute("select distinct scheme from snapshots")
+        schemes = [row[0] for row in cur.fetchall()]
+        schemes.sort()
+        return schemes
+
+    def garbage_collect(self, scheme, intent=1.0):
+        """Delete entries from old snapshots from the database.
+
+        Only snapshots with the specified scheme name will be deleted.  If
+        intent is given, it gives the intended next snapshot type, to determine
+        how aggressively to clean (for example, intent=7 could be used if the
+        next snapshot will be a weekly snapshot).
+        """
 
-        # Delete old snapshots.
-        cur.execute("""delete from snapshots
-                       where snapshotid < (select max(snapshotid)
-                                           from snapshots)""")
+        cur = self.cursor()
 
-        # Delete entries in the snapshot_contents table which are for
-        # non-existent snapshots.
-        cur.execute("""delete from snapshot_contents
+        # Find the id of the last snapshot to be created.  This is used for
+        # measuring time in a way: we record this value in each segment we
+        # expire on this run, and then on a future run can tell if there have
+        # been intervening backups made.
+        cur.execute("select max(snapshotid) from snapshots")
+        last_snapshotid = cur.fetchone()[0]
+
+        # Get the list of old snapshots for this scheme.  Delete all the old
+        # ones.  Rules for what to keep:
+        #   - Always keep the most recent snapshot.
+        #   - If snapshot X is younger than Y, and X has higher intent, then Y
+        #     can be deleted.
+        cur.execute("""select snapshotid, name, intent,
+                              julianday('now') - timestamp as age
+                       from snapshots where scheme = ?
+                       order by age""", (scheme,))
+
+        first = True
+        max_intent = intent
+        for (id, name, snap_intent, snap_age) in cur.fetchall():
+            can_delete = False
+            if snap_intent < max_intent:
+                # Delete small-intent snapshots if there is a more recent
+                # large-intent snapshot.
+                can_delete = True
+            elif snap_intent == intent:
+                # Delete previous snapshots with the specified intent level.
+                can_delete = True
+
+            if can_delete and not first:
+                print "Delete snapshot %d (%s)" % (id, name)
+                cur.execute("delete from snapshots where snapshotid = ?",
+                            (id,))
+            first = False
+            max_intent = max(max_intent, snap_intent)
+
+        # Delete entries in the segments_used table which are for non-existent
+        # snapshots.
+        cur.execute("""delete from segments_used
                        where snapshotid not in
                            (select snapshotid from snapshots)""")
 
         # Find segments which contain no objects used by any current snapshots,
         # and delete them from the segment table.
         cur.execute("""delete from segments where segmentid not in
-                           (select distinct segmentid from snapshot_contents
-                                natural join block_index)""")
+                           (select segmentid from segments_used)""")
 
-        # Finally, delete objects contained in non-existent segments.  We can't
-        # simply delete unused objects, since we use the set of unused objects
-        # to determine the used/free ratio of segments.
+        # Delete unused objects in the block_index table.  By "unused", we mean
+        # any object which was stored in a segment which has been deleted, and
+        # any object in a segment which was marked for cleaning and has had
+        # cleaning performed already (the expired time is less than the current
+        # largest snapshot id).
         cur.execute("""delete from block_index
-                       where segmentid not in
-                           (select segmentid from segments)""")
+                       where segmentid not in (select segmentid from segments)
+                          or segmentid in (select segmentid from segments
+                                           where expire_time < ?)""",
+                    (last_snapshotid,))
+
+        # Remove sub-block signatures for deleted objects.
+        cur.execute("""delete from subblock_signatures
+                       where blockid not in
+                           (select blockid from block_index)""")
 
     # Segment cleaning.
     class SegmentInfo(Struct): pass
@@ -101,7 +573,8 @@ class LocalDatabase:
         cur = self.cursor()
         segments = []
         cur.execute("""select segmentid, used, size, mtime,
-                       julianday('now') - mtime as age from segment_info""")
+                       julianday('now') - mtime as age from segment_info
+                       where expire_time is null""")
         for row in cur:
             info = self.SegmentInfo()
             info.id = row[0]
@@ -110,6 +583,12 @@ class LocalDatabase:
             info.mtime = row[3]
             info.age_days = row[4]
 
+            # If data is not available for whatever reason, treat it as 0.0.
+            if info.age_days is None:
+                info.age_days = 0.0
+            if info.used_bytes is None:
+                info.used_bytes = 0.0
+
             # Benefit calculation: u is the estimated fraction of each segment
             # which is utilized (bytes belonging to objects still in use
             # divided by total size; this doesn't take compression or storage
@@ -148,7 +627,11 @@ class LocalDatabase:
             raise TypeError("Invalid segment: %s, must be of type int or SegmentInfo, not %s" % (segment, type(segment)))
 
         cur = self.cursor()
-        cur.execute("update block_index set expired = 1 where segmentid = ?",
+        cur.execute("select max(snapshotid) from snapshots")
+        last_snapshotid = cur.fetchone()[0]
+        cur.execute("update segments set expire_time = ? where segmentid = ?",
+                    (last_snapshotid, id))
+        cur.execute("update block_index set expired = 0 where segmentid = ?",
                     (id,))
 
     def balance_expired_objects(self):
@@ -181,18 +664,10 @@ class LocalDatabase:
 
         cur = self.cursor()
 
-        # First step: Mark all unused-and-expired objects with expired = -1,
-        # which will cause us to mostly ignore these objects when rebalancing.
-        # At the end, we will set these objects to be in group expired = 0.
-        # Mark expired objects which still seem to be in use with expired = 0;
-        # these objects will later have values set to indicate groupings of
-        # objects when repacking.
-        cur.execute("""update block_index set expired = -1
-                       where expired is not null""")
-
+        # Mark all expired objects with expired = 0; these objects will later
+        # have values set to indicate groupings of objects when repacking.
         cur.execute("""update block_index set expired = 0
-                       where expired is not null and blockid in
-                           (select blockid from snapshot_contents)""")
+                       where expired is not null""")
 
         # We will want to aim for at least one full segment for each bucket
         # that we eventually create, but don't know how many bytes that should
@@ -202,7 +677,7 @@ class LocalDatabase:
         # segments, but for now don't worry too much about that.)  If we can't
         # compute an average, it's probably because there are no expired
         # segments, so we have no more work to do.
-        cur.execute("""select avg(size) from segment_info
+        cur.execute("""select avg(size) from segments
                        where segmentid in
                            (select distinct segmentid from block_index
                             where expired is not null)""")
@@ -285,6 +760,6 @@ class LocalDatabase:
         cutoffs.reverse()
         for i in range(len(cutoffs)):
             cur.execute("""update block_index set expired = ?
-                           where round(? - timestamp) > ? and expired >= 0""",
+                           where round(? - timestamp) > ?
+                             and expired is not null""",
                         (i, now, cutoffs[i]))
-        cur.execute("update block_index set expired = 0 where expired = -1")