bluesky/bluesky.h

   1 /* Blue Sky: File Systems in the Cloud
   2  *
   3  * Copyright (C) 2009  The Regents of the University of California
   4  * Written by Michael Vrable <mvrable@cs.ucsd.edu>
   5  *
   6  * TODO: Licensing
   7  */
   8
   9 #ifndef _BLUESKY_H
  10 #define _BLUESKY_H
  11
  12 #include <stdint.h>
  13 #include <inttypes.h>
  14 #include <glib.h>
  15
  16 #ifdef __cplusplus
  17 extern "C" {
  18 #endif
  19
  20 void bluesky_init(void);
  21
  22 gchar *bluesky_lowercase(const gchar *s);
  23
  24 /* Reference-counted blocks of memory, used for passing data in and out of
  25  * storage backends and in other places. */
  26 typedef struct {
  27     gint refcount;
  28     gchar *data;
  29     gsize len;
  30 } BlueSkyRCStr;
  31
  32 BlueSkyRCStr *bluesky_string_new(gpointer data, gsize len);
  33 void bluesky_string_ref(BlueSkyRCStr *string);
  34 void bluesky_string_unref(BlueSkyRCStr *string);
  35 BlueSkyRCStr *bluesky_string_dup(BlueSkyRCStr *string);
  36
  37 /* Cryptographic operations. */
  38 #define CRYPTO_BLOCK_SIZE 16        /* 128-bit AES */
  39 #define CRYPTO_KEY_SIZE   16
  40
  41 void bluesky_crypt_init();
  42 void bluesky_crypt_random_bytes(guchar *buf, gint len);
  43 BlueSkyRCStr *bluesky_crypt_encrypt(BlueSkyRCStr *in, const uint8_t *key);
  44 BlueSkyRCStr *bluesky_crypt_decrypt(BlueSkyRCStr *in, const uint8_t *key);
  45
  46 /* Storage interface.  This presents a key-value store abstraction, and can
  47  * have multiple implementations: in-memory, on-disk, in-cloud. */
  48 typedef struct {
  49     /* Create a new store instance and return a handle to it. */
  50     gpointer (*create)();
  51
  52     /* Clean up any resources used by this store. */
  53     void (*destroy)(gpointer store);
  54
  55     /* Fetch an item with the given name, or return NULL if not found. */
  56     BlueSkyRCStr * (*get)(gpointer store, const gchar *key);
  57
  58     /* Store an item to the given key name. */
  59     void (*put)(gpointer store, const gchar *key, BlueSkyRCStr *val);
  60 } BlueSkyStoreImplementation;
  61
  62 void bluesky_store_register(const BlueSkyStoreImplementation *impl,
  63                             const gchar *name);
  64
  65 struct _BlueSkyStore;
  66 typedef struct _BlueSkyStore BlueSkyStore;
  67
  68 void bluesky_store_init();
  69 BlueSkyStore *bluesky_store_new(const gchar *type);
  70 void bluesky_store_free(BlueSkyStore *store);
  71 BlueSkyRCStr *bluesky_store_get(BlueSkyStore *store, const gchar *key);
  72 void bluesky_store_put(BlueSkyStore *store,
  73                        const gchar *key, BlueSkyRCStr *val);
  74
  75 /* File types.  The numeric values are chosen to match with those used in
  76  * NFSv3. */
  77 typedef enum {
  78     BLUESKY_REGULAR = 1,
  79     BLUESKY_DIRECTORY = 2,
  80     BLUESKY_BLOCK = 3,
  81     BLUESKY_CHARACTER = 4,
  82     BLUESKY_SYMLINK = 5,
  83     BLUESKY_SOCKET = 6,
  84     BLUESKY_FIFO = 7,
  85 } BlueSkyFileType;
  86
  87 /* Filesystem state.  Each filesystem which is exported is represented by a
  88  * single bluesky_fs structure in memory. */
  89 typedef struct {
  90     GMutex *lock;
  91
  92     gchar *name;                /* Descriptive name for the filesystem */
  93     GHashTable *inodes;         /* Cached inodes */
  94     uint64_t next_inum;         /* Next available inode for allocation */
  95
  96     BlueSkyStore *store;
  97
  98     uint8_t *encryption_key;
  99 } BlueSkyFS;
 100
 101 /* Inode number of the root directory. */
 102 #define BLUESKY_ROOT_INUM 1
 103
 104 /* Timestamp, measured in microseconds since the Unix epoch. */
 105 typedef int64_t bluesky_time;
 106
 107 /* High-resolution timer, measured in nanoseconds. */
 108 typedef int64_t bluesky_time_hires;
 109 bluesky_time_hires bluesky_now_hires();
 110
 111 /* In-memory representation of an inode within a Blue Sky server.  This
 112  * corresponds roughly with information that is committed to persistent
 113  * storage.  Locking/refcounting rules:
 114  *   - To access or modify any data fields, the lock must be held.  This
 115  *     includes file blocks.
 116  *   - One reference is held by the BlueSkyFS inode hash table.  If that is the
 117  *     only reference (and the inode is unlocked), the inode is subject to
 118  *     dropping from the cache.
 119  *   - Any pending operations should hold extra references to the inode as
 120  *     appropriate to keep it available until the operation completes.
 121  * */
 122 typedef struct {
 123     GMutex *lock;
 124     gint refcount;
 125
 126     BlueSkyFS *fs;
 127
 128     BlueSkyFileType type;
 129     uint32_t mode;
 130     uint32_t uid, gid;
 131     uint32_t nlink;
 132
 133     /* Rather than track an inode number and generation number, we will simply
 134      * never re-use a fileid after a file is deleted.  64 bits should be enough
 135      * that we don't exhaust the identifier space. */
 136     uint64_t inum;
 137
 138     /* change_count is increased with every operation which modifies the inode,
 139      * and can be used to determine if cached data is still valid.
 140      * change_commit is the value of change_count when the inode was last
 141      * committed to stable storage. */
 142     uint64_t change_count, change_commit;
 143
 144     int64_t atime;              /* Microseconds since the Unix epoch */
 145     int64_t ctime;
 146     int64_t mtime;
 147     int64_t ntime;              /* "new time": time object was created */
 148
 149     /* File-specific fields */
 150     uint64_t size;
 151     GArray *blocks;
 152
 153     /* Directory-specific fields */
 154     GSequence *dirents;         /* List of entries for READDIR */
 155     GHashTable *dirhash;        /* Hash table by name for LOOKUP */
 156     GHashTable *dirhash_folded; /* As above, but case-folded */
 157     uint64_t parent_inum;       /* inode for ".."; 0 if the root directory */
 158 } BlueSkyInode;
 159
 160 /* A directory entry.  The name is UTF-8 and is a freshly-allocated string.
 161  * Each directory entry is listed in two indices: dirents is indexed by cookie
 162  * and dirhash by name.  The cookie is a randomly-assigned 32-bit value, unique
 163  * within the directory, that remains unchanged until the entry is deleted.  It
 164  * is used to provide a stable key for restarting a READDIR call. */
 165 typedef struct {
 166     gchar *name;
 167     gchar *name_folded;         /* Name, folded for case-insensitive lookup */
 168     uint32_t cookie;
 169     uint64_t inum;
 170 } BlueSkyDirent;
 171
 172 /* File data is divided into fixed-size blocks (except the last block which may
 173  * be short?).  These blocks are backed by storage in a key/value store, but
 174  * may also be dirty if modifications have been made in-memory that have not
 175  * been committed. */
 176 #define BLUESKY_BLOCK_SIZE 32768ULL
 177 #define BLUESKY_MAX_FILE_SIZE (BLUESKY_BLOCK_SIZE << 24)
 178 typedef enum {
 179     BLUESKY_BLOCK_ZERO = 0,     /* Data is all zeroes, not explicitly stored */
 180     BLUESKY_BLOCK_REF = 1,      /* Reference to key/value store, not cached */
 181     BLUESKY_BLOCK_CACHED = 2,   /* Data is cached in memory, clean */
 182     BLUESKY_BLOCK_DIRTY = 3,    /* Data needs to be committed to store */
 183 } BlueSkyBlockType;
 184
 185 typedef struct {
 186     BlueSkyBlockType type;
 187     gchar *ref;                 /* Name of data block in the backing store */
 188     BlueSkyRCStr *data;         /* Pointer to data in memory if cached */
 189 } BlueSkyBlock;
 190
 191 BlueSkyFS *bluesky_new_fs(gchar *name);
 192 int64_t bluesky_get_current_time();
 193 void bluesky_inode_update_ctime(BlueSkyInode *inode, gboolean update_mtime);
 194 uint64_t bluesky_fs_alloc_inode(BlueSkyFS *fs);
 195 BlueSkyInode *bluesky_new_inode(uint64_t inum, BlueSkyFS *fs, BlueSkyFileType type);
 196
 197 BlueSkyInode *bluesky_get_inode(BlueSkyFS *fs, uint64_t inum);
 198 void bluesky_insert_inode(BlueSkyFS *fs, BlueSkyInode *inode);
 199
 200 void bluesky_dirent_destroy(gpointer dirent);
 201 uint64_t bluesky_directory_hash(gchar *name);
 202 uint64_t bluesky_directory_lookup(BlueSkyInode *inode, gchar *name);
 203 uint64_t bluesky_directory_ilookup(BlueSkyInode *inode, gchar *name);
 204 gboolean bluesky_directory_insert(BlueSkyInode *dir, gchar *name,
 205                                   uint64_t inum);
 206 void bluesky_directory_dump(BlueSkyInode *dir);
 207
 208 void bluesky_block_touch(BlueSkyInode *inode, uint64_t i);
 209 void bluesky_block_fetch(BlueSkyFS *fs, BlueSkyBlock *block);
 210 void bluesky_block_flush(BlueSkyFS *fs, BlueSkyBlock *block);
 211 void bluesky_file_truncate(BlueSkyInode *inode, uint64_t size);
 212 void bluesky_file_write(BlueSkyInode *inode, uint64_t offset,
 213                         const char *data, gint len);
 214 void bluesky_file_read(BlueSkyInode *inode, uint64_t offset,
 215                        char *buf, gint len);
 216
 217 void bluesky_inode_flush(BlueSkyFS *fs, BlueSkyInode *inode);
 218 void bluesky_inode_fetch(BlueSkyFS *fs, uint64_t inum);
 219 void bluesky_serialize_inode(GString *out, BlueSkyInode *inode);
 220 BlueSkyInode *bluesky_deserialize_inode(BlueSkyFS *fs, const gchar *buf);
 221
 222 gint bluesky_dirent_compare(gconstpointer a, gconstpointer b,
 223                             gpointer unused);
 224
 225 #ifdef __cplusplus
 226 }
 227 #endif
 228
 229 #endif