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 /* Various options to tweak for performance benchmarking purposes. */
  21 typedef struct {
  22     /* Perform all get/put operations synchronously. */
  23     int synchronous_stores;
  24 } BlueSkyOptions;
  25
  26 extern BlueSkyOptions bluesky_options;
  27
  28 /* BlueSky status and error codes.  Various frontends should translate these to
  29  * the appropriate error code for whatever protocol they implement. */
  30 typedef enum {
  31     BSTATUS_OK = 0,             /* No error */
  32     BSTATUS_IOERR,              /* I/O error of some form */
  33     BSTATUS_NOENT,              /* File does not exist */
  34 } BlueSkyStatus;
  35
  36 void bluesky_init(void);
  37
  38 gchar *bluesky_lowercase(const gchar *s);
  39
  40 /* Reference-counted blocks of memory, used for passing data in and out of
  41  * storage backends and in other places. */
  42 typedef struct {
  43     gint refcount;
  44     gchar *data;
  45     gsize len;
  46 } BlueSkyRCStr;
  47
  48 BlueSkyRCStr *bluesky_string_new(gpointer data, gsize len);
  49 BlueSkyRCStr *bluesky_string_new_from_gstring(GString *s);
  50 void bluesky_string_ref(BlueSkyRCStr *string);
  51 void bluesky_string_unref(BlueSkyRCStr *string);
  52 BlueSkyRCStr *bluesky_string_dup(BlueSkyRCStr *string);
  53 void bluesky_string_resize(BlueSkyRCStr *string, gsize len);
  54
  55 /* Cryptographic operations. */
  56 #define CRYPTO_BLOCK_SIZE 16        /* 128-bit AES */
  57 #define CRYPTO_KEY_SIZE   16
  58
  59 void bluesky_crypt_init();
  60 void bluesky_crypt_hash_key(const char *keystr, uint8_t *out);
  61 void bluesky_crypt_random_bytes(guchar *buf, gint len);
  62 BlueSkyRCStr *bluesky_crypt_encrypt(BlueSkyRCStr *in, const uint8_t *key);
  63 BlueSkyRCStr *bluesky_crypt_decrypt(BlueSkyRCStr *in, const uint8_t *key);
  64
  65 /* Storage interface.  This presents a key-value store abstraction, and can
  66  * have multiple implementations: in-memory, on-disk, in-cloud. */
  67 struct _BlueSkyStore;
  68 typedef struct _BlueSkyStore BlueSkyStore;
  69
  70 void bluesky_store_init();
  71 BlueSkyStore *bluesky_store_new(const gchar *type);
  72 void bluesky_store_free(BlueSkyStore *store);
  73 BlueSkyRCStr *bluesky_store_get(BlueSkyStore *store, const gchar *key);
  74 void bluesky_store_put(BlueSkyStore *store,
  75                        const gchar *key, BlueSkyRCStr *val);
  76
  77 /* File types.  The numeric values are chosen to match with those used in
  78  * NFSv3. */
  79 typedef enum {
  80     BLUESKY_REGULAR = 1,
  81     BLUESKY_DIRECTORY = 2,
  82     BLUESKY_BLOCK = 3,
  83     BLUESKY_CHARACTER = 4,
  84     BLUESKY_SYMLINK = 5,
  85     BLUESKY_SOCKET = 6,
  86     BLUESKY_FIFO = 7,
  87 } BlueSkyFileType;
  88
  89 /* Filesystem state.  Each filesystem which is exported is represented by a
  90  * single bluesky_fs structure in memory. */
  91 typedef struct {
  92     GMutex *lock;
  93
  94     gchar *name;                /* Descriptive name for the filesystem */
  95     GHashTable *inodes;         /* Cached inodes */
  96     uint64_t next_inum;         /* Next available inode for allocation */
  97
  98     BlueSkyStore *store;
  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     /* Timestamp for controlling when modified data is flushed to stable
 145      * storage.  When an inode is first modified from a clean state, this is
 146      * set to the current time.  If the inode is clean, it is set to zero. */
 147     int64_t change_time;
 148
 149     /* Additional state for tracking cache writeback status. */
 150     uint64_t change_pending;    /* change_count version currently being committed to storage */
 151
 152     int64_t atime;              /* Microseconds since the Unix epoch */
 153     int64_t ctime;
 154     int64_t mtime;
 155     int64_t ntime;              /* "new time": time object was created */
 156
 157     /* File-specific fields */
 158     uint64_t size;
 159     GArray *blocks;
 160
 161     /* Directory-specific fields */
 162     GSequence *dirents;         /* List of entries for READDIR */
 163     GHashTable *dirhash;        /* Hash table by name for LOOKUP */
 164     GHashTable *dirhash_folded; /* As above, but case-folded */
 165     uint64_t parent_inum;       /* inode for ".."; 0 if the root directory */
 166 } BlueSkyInode;
 167
 168 /* A directory entry.  The name is UTF-8 and is a freshly-allocated string.
 169  * Each directory entry is listed in two indices: dirents is indexed by cookie
 170  * and dirhash by name.  The cookie is a randomly-assigned 32-bit value, unique
 171  * within the directory, that remains unchanged until the entry is deleted.  It
 172  * is used to provide a stable key for restarting a READDIR call. */
 173 typedef struct {
 174     gchar *name;
 175     gchar *name_folded;         /* Name, folded for case-insensitive lookup */
 176     uint32_t cookie;
 177     uint64_t inum;
 178 } BlueSkyDirent;
 179
 180 /* File data is divided into fixed-size blocks (except the last block which may
 181  * be short?).  These blocks are backed by storage in a key/value store, but
 182  * may also be dirty if modifications have been made in-memory that have not
 183  * been committed. */
 184 #define BLUESKY_BLOCK_SIZE 32768ULL
 185 #define BLUESKY_MAX_FILE_SIZE (BLUESKY_BLOCK_SIZE << 24)
 186 typedef enum {
 187     BLUESKY_BLOCK_ZERO = 0,     /* Data is all zeroes, not explicitly stored */
 188     BLUESKY_BLOCK_REF = 1,      /* Reference to key/value store, not cached */
 189     BLUESKY_BLOCK_CACHED = 2,   /* Data is cached in memory, clean */
 190     BLUESKY_BLOCK_DIRTY = 3,    /* Data needs to be committed to store */
 191 } BlueSkyBlockType;
 192
 193 typedef struct {
 194     BlueSkyBlockType type;
 195     gchar *ref;                 /* Name of data block in the backing store */
 196     BlueSkyRCStr *data;         /* Pointer to data in memory if cached */
 197 } BlueSkyBlock;
 198
 199 BlueSkyFS *bluesky_init_fs(gchar *name, BlueSkyStore *store);
 200 void bluesky_superblock_flush(BlueSkyFS *fs);
 201
 202 int64_t bluesky_get_current_time();
 203 void bluesky_inode_update_ctime(BlueSkyInode *inode, gboolean update_mtime);
 204 uint64_t bluesky_fs_alloc_inode(BlueSkyFS *fs);
 205 BlueSkyInode *bluesky_new_inode(uint64_t inum, BlueSkyFS *fs, BlueSkyFileType type);
 206
 207 BlueSkyInode *bluesky_get_inode(BlueSkyFS *fs, uint64_t inum);
 208 void bluesky_insert_inode(BlueSkyFS *fs, BlueSkyInode *inode);
 209
 210 void bluesky_dirent_destroy(gpointer dirent);
 211 uint64_t bluesky_directory_lookup(BlueSkyInode *inode, gchar *name);
 212 uint64_t bluesky_directory_ilookup(BlueSkyInode *inode, gchar *name);
 213 BlueSkyDirent *bluesky_directory_read(BlueSkyInode *dir, uint32_t cookie);
 214 gboolean bluesky_directory_insert(BlueSkyInode *dir, const gchar *name,
 215                                   uint64_t inum);
 216 void bluesky_directory_dump(BlueSkyInode *dir);
 217
 218 void bluesky_block_touch(BlueSkyInode *inode, uint64_t i);
 219 void bluesky_block_fetch(BlueSkyFS *fs, BlueSkyBlock *block);
 220 void bluesky_file_truncate(BlueSkyInode *inode, uint64_t size);
 221 void bluesky_file_write(BlueSkyInode *inode, uint64_t offset,
 222                         const char *data, gint len);
 223 void bluesky_file_read(BlueSkyInode *inode, uint64_t offset,
 224                        char *buf, gint len);
 225
 226 void bluesky_inode_flush(BlueSkyFS *fs, BlueSkyInode *inode);
 227 void bluesky_inode_fetch(BlueSkyFS *fs, uint64_t inum);
 228
 229 gint bluesky_dirent_compare(gconstpointer a, gconstpointer b,
 230                             gpointer unused);
 231
 232 void bluesky_flushd_invoke(BlueSkyFS *fs);
 233
 234 #ifdef __cplusplus
 235 }
 236 #endif
 237
 238 #endif