bluesky/inode.c

   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 #include <stdio.h>
  10 #include <stdint.h>
  11 #include <inttypes.h>
  12 #include <glib.h>
  13 #include <string.h>
  14
  15 #include "bluesky-private.h"
  16
  17 static void inode_fetch_task(gpointer a, gpointer b);
  18
  19 /* Core filesystem.  Different proxies, such as the NFSv3 one, interface to
  20  * this, but the core actually tracks the data which is stored.  So far we just
  21  * implement an in-memory filesystem, but eventually this will be state which
  22  * is persisted to the cloud. */
  23
  24 /* Return the current time, in microseconds since the epoch. */
  25 int64_t bluesky_get_current_time()
  26 {
  27     GTimeVal t;
  28     g_get_current_time(&t);
  29     return (int64_t)t.tv_sec * 1000000 + t.tv_usec;
  30 }
  31
  32 /* Update an inode to indicate that a modification was made.  This increases
  33  * the change counter, updates the ctime to the current time, and optionally
  34  * updates the mtime.  This also makes the inode contents subject to writeback
  35  * to storage in the future.  inode must already be locked. */
  36 void bluesky_inode_update_ctime(BlueSkyInode *inode, gboolean update_mtime)
  37 {
  38     int64_t now = bluesky_get_current_time();
  39     inode->change_count++;
  40     inode->ctime = now;
  41     if (update_mtime)
  42         inode->mtime = now;
  43
  44     if (inode->change_time == 0)
  45         inode->change_time = now;
  46
  47 #if 0
  48     if (bluesky_options.writethrough_cache)
  49         bluesky_file_flush(inode, NULL);
  50 #endif
  51
  52     g_mutex_lock(inode->fs->lock);
  53     bluesky_list_unlink(&inode->fs->unlogged_list, inode->unlogged_list);
  54     inode->unlogged_list = bluesky_list_prepend(&inode->fs->unlogged_list, inode);
  55     bluesky_list_unlink(&inode->fs->accessed_list, inode->accessed_list);
  56     inode->accessed_list = bluesky_list_prepend(&inode->fs->accessed_list, inode);
  57     g_mutex_unlock(inode->fs->lock);
  58 }
  59
  60 /* Unfortunately a glib hash table is only guaranteed to be able to store
  61  * 32-bit keys if we use the key directly.  If we want 64-bit inode numbers,
  62  * we'll have to allocate memory to store the 64-bit inumber, and use a pointer
  63  * to it.  Rather than allocate the memory for the key, we'll just include a
  64  * pointer to the 64-bit inum stored in the inode itself, so that we don't need
  65  * to do any more memory management.  */
  66 static guint bluesky_fs_key_hash_func(gconstpointer key)
  67 {
  68     uint64_t inum = *(const uint64_t *)key;
  69     return (guint)inum;
  70 }
  71
  72 static gboolean bluesky_fs_key_equal_func(gconstpointer a, gconstpointer b)
  73 {
  74     uint64_t i1 = *(const uint64_t *)a;
  75     uint64_t i2 = *(const uint64_t *)b;
  76     return i1 == i2;
  77 }
  78
  79 /* Filesystem-level operations.  A filesystem is like a directory tree that we
  80  * are willing to export. */
  81 BlueSkyFS *bluesky_new_fs(gchar *name)
  82 {
  83     BlueSkyFS *fs = g_new0(BlueSkyFS, 1);
  84     fs->lock = g_mutex_new();
  85     fs->name = g_strdup(name);
  86     fs->inodes = g_hash_table_new(bluesky_fs_key_hash_func,
  87                                   bluesky_fs_key_equal_func);
  88     fs->next_inum = BLUESKY_ROOT_INUM + 1;
  89     fs->store = bluesky_store_new("file");
  90     fs->flushd_lock = g_mutex_new();
  91     fs->flushd_cond = g_cond_new();
  92     fs->locations = g_hash_table_new(bluesky_cloudlog_hash,
  93                                      bluesky_cloudlog_equal);
  94     fs->inode_map = g_sequence_new(NULL);
  95
  96     fs->log_state = g_new0(BlueSkyCloudLogState, 1);
  97     fs->log_state->data = g_string_new("");
  98     fs->log_state->latest_cleaner_seq_seen = -1;
  99     fs->log_state->uploads_pending_lock = g_mutex_new();
 100     fs->log_state->uploads_pending_cond = g_cond_new();
 101
 102     bluesky_cloudlog_threads_init(fs);
 103     fs->inode_fetch_thread_pool = g_thread_pool_new(inode_fetch_task, NULL,
 104                                                     bluesky_max_threads,
 105                                                     FALSE, NULL);
 106
 107     return fs;
 108 }
 109
 110 BlueSkyFS *bluesky_init_fs(gchar *name, BlueSkyStore *store,
 111                            const gchar *master_key)
 112 {
 113     BlueSkyFS *fs = bluesky_new_fs(name);
 114     fs->master_key = g_strdup(master_key);
 115     fs->keys = g_new(BlueSkyCryptKeys, 1);
 116     bluesky_crypt_derive_keys(fs->keys, master_key);
 117     fs->store = store;
 118     fs->log = bluesky_log_new("journal");
 119     fs->log->fs = fs;
 120
 121     if (bluesky_checkpoint_load(fs)) {
 122         g_print("Filesystem checkpoint loaded, starting journal replay...\n");
 123         bluesky_replay(fs);
 124         g_print("Journal replay complete, filesystem ready.\n");
 125     } else {
 126         /* Initialize a fresh filesystem */
 127         g_print("Initializing new filesystem...\n");
 128         BlueSkyInode *root = bluesky_new_inode(BLUESKY_ROOT_INUM, fs,
 129                                                BLUESKY_DIRECTORY);
 130         root->nlink = 1;
 131         root->mode = 0755;
 132         bluesky_insert_inode(fs, root);
 133         bluesky_inode_update_ctime(root, TRUE);
 134         bluesky_inode_do_sync(root);
 135     }
 136
 137     bluesky_cleaner_thread_launch(fs);
 138
 139     return fs;
 140 }
 141
 142 /* Inode reference counting. */
 143 void bluesky_inode_ref(BlueSkyInode *inode)
 144 {
 145     g_atomic_int_inc(&inode->refcount);
 146 }
 147
 148 /* Free most of the resources used by an inode structure, but do not free the
 149  * inode itself.  Can be used if the inode data will be reloaded from
 150  * serialized form to clear out old information first. */
 151 void bluesky_inode_free_resources(BlueSkyInode *inode)
 152 {
 153     switch (inode->type) {
 154     case BLUESKY_REGULAR:
 155         if (inode->blocks != NULL) {
 156             for (int i = 0; i < inode->blocks->len; i++) {
 157                 BlueSkyBlock *b = &g_array_index(inode->blocks,
 158                                                  BlueSkyBlock, i);
 159                 if (b->type == BLUESKY_BLOCK_DIRTY) {
 160                     g_error("Deleting an inode with dirty file data!");
 161                 }
 162                 bluesky_cloudlog_unref(b->ref);
 163                 bluesky_string_unref(b->dirty);
 164             }
 165             g_array_unref(inode->blocks);
 166             inode->blocks = NULL;
 167         }
 168         break;
 169
 170     case BLUESKY_DIRECTORY:
 171         if (inode->dirhash != NULL)
 172             g_hash_table_destroy(inode->dirhash);
 173         inode->dirhash = NULL;
 174         if (inode->dirhash_folded != NULL)
 175             g_hash_table_destroy(inode->dirhash_folded);
 176         inode->dirhash_folded = NULL;
 177         if (inode->dirents != NULL)
 178             g_sequence_free(inode->dirents);
 179         inode->dirents = NULL;
 180         break;
 181
 182     case BLUESKY_SYMLINK:
 183         g_free(inode->symlink_contents);
 184         inode->symlink_contents = NULL;
 185         break;
 186
 187     default:
 188         break;
 189     }
 190 }
 191
 192 void bluesky_inode_unref(BlueSkyInode *inode)
 193 {
 194     if (g_atomic_int_dec_and_test(&inode->refcount)) {
 195         if (bluesky_verbose) {
 196             g_log("bluesky/inode", G_LOG_LEVEL_DEBUG,
 197                   "Reference count for inode %"PRIu64" dropped to zero.",
 198                   inode->inum);
 199         }
 200
 201         /* Sanity check: Is the inode clean? */
 202         if (inode->change_commit < inode->change_count
 203                 || inode->accessed_list != NULL
 204                 || inode->unlogged_list != NULL
 205                 || inode->dirty_list != NULL) {
 206             g_warning("Dropping inode which is not clean (commit %"PRIi64" < change %"PRIi64"; accessed_list = %p; dirty_list = %p)\n", inode->change_commit, inode->change_count, inode->accessed_list, inode->dirty_list);
 207         }
 208
 209         /* These shouldn't be needed, but in case the above warning fires and
 210          * we delete the inode anyway, we ought to be sure the inode is not on
 211          * any LRU list. */
 212         g_mutex_lock(inode->fs->lock);
 213         bluesky_list_unlink(&inode->fs->accessed_list, inode->accessed_list);
 214         bluesky_list_unlink(&inode->fs->dirty_list, inode->dirty_list);
 215         bluesky_list_unlink(&inode->fs->unlogged_list, inode->unlogged_list);
 216         g_mutex_unlock(inode->fs->lock);
 217
 218         bluesky_inode_free_resources(inode);
 219
 220         g_mutex_free(inode->lock);
 221         g_free(inode);
 222     }
 223 }
 224
 225 /* Allocate a fresh inode number which has not been used before within a
 226  * filesystem.  fs must already be locked. */
 227 uint64_t bluesky_fs_alloc_inode(BlueSkyFS *fs)
 228 {
 229     uint64_t inum;
 230
 231     inum = fs->next_inum;
 232     fs->next_inum++;
 233
 234     return inum;
 235 }
 236
 237 /* Perform type-specification initialization of an inode.  Normally performed
 238  * in bluesky_new_inode, but can be separated if an inode is created first,
 239  * then deserialized. */
 240 void bluesky_init_inode(BlueSkyInode *i, BlueSkyFileType type)
 241 {
 242     i->type = type;
 243
 244     switch (type) {
 245     case BLUESKY_REGULAR:
 246         i->blocks = g_array_new(FALSE, TRUE, sizeof(BlueSkyBlock));
 247         break;
 248     case BLUESKY_DIRECTORY:
 249         i->dirents = g_sequence_new(bluesky_dirent_destroy);
 250         i->dirhash = g_hash_table_new(g_str_hash, g_str_equal);
 251         i->dirhash_folded = g_hash_table_new(g_str_hash, g_str_equal);
 252         break;
 253     default:
 254         break;
 255     }
 256 }
 257
 258 BlueSkyInode *bluesky_new_inode(uint64_t inum, BlueSkyFS *fs,
 259                                 BlueSkyFileType type)
 260 {
 261     BlueSkyInode *i = g_new0(BlueSkyInode, 1);
 262
 263     i->lock = g_mutex_new();
 264     i->refcount = 1;
 265     i->fs = fs;
 266     i->inum = inum;
 267     i->change_count = 1;
 268     bluesky_init_inode(i, type);
 269
 270     return i;
 271 }
 272
 273 /* Issue a prefetch hint for an inode.  This signals that the inode may be
 274  * needed soon.  Does not return any useful data. */
 275 void bluesky_inode_prefetch(BlueSkyFS *fs, uint64_t inum)
 276 {
 277     BlueSkyInode *inode = NULL;
 278
 279     g_mutex_lock(fs->lock);
 280     inode = (BlueSkyInode *)g_hash_table_lookup(fs->inodes, &inum);
 281
 282     if (inode != NULL) {
 283         /* Inode is already available, no need for any prefetching... */
 284         g_mutex_unlock(fs->lock);
 285         return;
 286     }
 287
 288     InodeMapEntry *entry = bluesky_inode_map_lookup(fs->inode_map, inum, 0);
 289     if (entry != NULL) {
 290         bluesky_cloudlog_prefetch(entry->item);
 291     }
 292
 293     g_mutex_unlock(fs->lock);
 294     return;
 295 }
 296
 297 /* Retrieve an inode from the filesystem.  Eventually this will be a cache and
 298  * so we might need to go fetch the inode from elsewhere; for now all
 299  * filesystem state is stored here.  inode is returned with a reference held
 300  * but not locked. */
 301 BlueSkyInode *bluesky_get_inode(BlueSkyFS *fs, uint64_t inum)
 302 {
 303     BlueSkyInode *inode = NULL;
 304
 305     if (inum == 0) {
 306         return NULL;
 307     }
 308
 309     g_mutex_lock(fs->lock);
 310     inode = (BlueSkyInode *)g_hash_table_lookup(fs->inodes, &inum);
 311
 312     if (inode == NULL) {
 313         bluesky_inode_fetch(fs, inum);
 314         inode = (BlueSkyInode *)g_hash_table_lookup(fs->inodes, &inum);
 315     }
 316
 317     if (inode != NULL) {
 318         bluesky_inode_ref(inode);
 319
 320         /* FIXME: We assume we can atomically update the in-memory access time
 321          * without a lock. */
 322         inode->access_time = bluesky_get_current_time();
 323     }
 324
 325     g_mutex_unlock(fs->lock);
 326
 327     return inode;
 328 }
 329
 330 /* Insert an inode into the filesystem inode cache.  fs should be locked. */
 331 void bluesky_insert_inode(BlueSkyFS *fs, BlueSkyInode *inode)
 332 {
 333     g_hash_table_insert(fs->inodes, &inode->inum, inode);
 334 }
 335
 336 /* Start writeback of an inode and all associated data. */
 337 void bluesky_inode_start_sync(BlueSkyInode *inode)
 338 {
 339     GList *log_items = NULL;
 340
 341     if (inode->type == BLUESKY_REGULAR)
 342         bluesky_file_flush(inode, &log_items);
 343
 344     BlueSkyCloudLog *cloudlog = bluesky_serialize_inode(inode);
 345
 346     bluesky_cloudlog_unref(inode->committed_item);
 347     inode->committed_item = cloudlog;
 348
 349     bluesky_cloudlog_sync(cloudlog);
 350     bluesky_cloudlog_ref(cloudlog);
 351     log_items = g_list_prepend(log_items, cloudlog);
 352
 353     /* Wait for all log items to be committed to disk. */
 354     bluesky_log_finish_all(log_items);
 355
 356     /* Mark the inode as clean */
 357     inode->change_commit = inode->change_count;
 358     inode->change_time = 0;
 359     g_mutex_lock(inode->fs->lock);
 360     bluesky_list_unlink(&inode->fs->unlogged_list, inode->unlogged_list);
 361     inode->unlogged_list = NULL;
 362
 363     /* Since a new version of the inode has been written to the log, also
 364      * schedule a future flush of the new data to cloud storage. */
 365     bluesky_list_unlink(&inode->fs->dirty_list, inode->dirty_list);
 366     inode->dirty_list = bluesky_list_prepend(&inode->fs->dirty_list, inode);
 367     inode->change_cloud = inode->change_count;
 368
 369     g_mutex_unlock(inode->fs->lock);
 370 }
 371
 372 /* Write back an inode and all associated data and wait for completion.  Inode
 373  * should already be locked. */
 374 void bluesky_inode_do_sync(BlueSkyInode *inode)
 375 {
 376     if (bluesky_verbose) {
 377         g_log("bluesky/inode", G_LOG_LEVEL_DEBUG,
 378             "Synchronous writeback for inode %"PRIu64"...", inode->inum);
 379     }
 380     bluesky_inode_start_sync(inode);
 381     if (bluesky_verbose) {
 382         g_log("bluesky/inode", G_LOG_LEVEL_DEBUG,
 383               "Writeback for inode %"PRIu64" complete", inode->inum);
 384     }
 385 }
 386
 387 static void inode_fetch_task(gpointer a, gpointer b)
 388 {
 389     BlueSkyInode *inode = (BlueSkyInode *)a;
 390
 391     bluesky_profile_set((BlueSkyProfile *)inode->private_data);
 392
 393     BlueSkyCloudLog *item = inode->committed_item;
 394     inode->committed_item = NULL;
 395     g_print("Completing fetch of inode %"PRIu64"...\n", inode->inum);
 396
 397     g_mutex_lock(item->lock);
 398     bluesky_cloudlog_fetch(item);
 399     if (!bluesky_deserialize_inode(inode, item))
 400         g_print("Error deserializing inode %"PRIu64"\n", inode->inum);
 401     g_mutex_unlock(item->lock);
 402
 403     inode->access_time = bluesky_get_current_time();
 404     g_mutex_lock(inode->fs->lock);
 405     bluesky_list_unlink(&inode->fs->accessed_list, inode->accessed_list);
 406     inode->accessed_list = bluesky_list_prepend(&inode->fs->accessed_list, inode);
 407     g_mutex_unlock(inode->fs->lock);
 408
 409     g_mutex_unlock(inode->lock);
 410     bluesky_cloudlog_unref(item);
 411     bluesky_inode_unref(inode);
 412 }
 413
 414 /* Fetch an inode from stable storage.  The fetch can be performed
 415  * asynchronously: the in-memory inode is allocated, but not filled with data
 416  * immediately.  It is kept locked until it has been filled in, so any users
 417  * should try to acquire the lock on the inode before accessing any data.  The
 418  * fs lock must be held. */
 419 void bluesky_inode_fetch(BlueSkyFS *fs, uint64_t inum)
 420 {
 421     InodeMapEntry *entry = bluesky_inode_map_lookup(fs->inode_map, inum, 0);
 422     if (entry == NULL)
 423         return;
 424
 425     /* Non-portable behavior: We take the inode lock here, and release it in
 426      * the fetching thread.  This works with the default Linux pthreads
 427      * implementation but is not guaranteed. */
 428
 429     BlueSkyInode *inode = bluesky_new_inode(inum, fs, BLUESKY_PENDING);
 430     inode->change_count = 0;
 431     bluesky_inode_ref(inode);       // Extra ref held by fetching process
 432     g_mutex_lock(inode->lock);
 433
 434     inode->committed_item = entry->item;
 435     bluesky_cloudlog_ref(entry->item);
 436     bluesky_insert_inode(fs, inode);
 437
 438     inode->private_data = bluesky_profile_get();
 439     g_thread_pool_push(fs->inode_fetch_thread_pool, inode, NULL);
 440 }