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
 100     bluesky_cloudlog_threads_init(fs);
 101     fs->inode_fetch_thread_pool = g_thread_pool_new(inode_fetch_task, NULL,
 102                                                     bluesky_max_threads,
 103                                                     FALSE, NULL);
 104
 105     return fs;
 106 }
 107
 108 BlueSkyFS *bluesky_init_fs(gchar *name, BlueSkyStore *store,
 109                            const gchar *master_key)
 110 {
 111     BlueSkyFS *fs = bluesky_new_fs(name);
 112     fs->master_key = g_strdup(master_key);
 113     fs->keys = g_new(BlueSkyCryptKeys, 1);
 114     bluesky_crypt_derive_keys(fs->keys, master_key);
 115     fs->store = store;
 116     fs->log = bluesky_log_new("journal");
 117     fs->log->fs = fs;
 118
 119     if (bluesky_checkpoint_load(fs)) {
 120         g_print("Filesystem checkpoint loaded, starting journal replay...\n");
 121         bluesky_replay(fs);
 122         g_print("Journal replay complete, filesystem ready.\n");
 123     } else {
 124         /* Initialize a fresh filesystem */
 125         g_print("Initializing new filesystem...\n");
 126         BlueSkyInode *root = bluesky_new_inode(BLUESKY_ROOT_INUM, fs,
 127                                                BLUESKY_DIRECTORY);
 128         root->nlink = 1;
 129         root->mode = 0755;
 130         bluesky_insert_inode(fs, root);
 131         bluesky_inode_update_ctime(root, TRUE);
 132         bluesky_inode_do_sync(root);
 133     }
 134
 135     bluesky_cleaner_thread_launch(fs);
 136
 137     return fs;
 138 }
 139
 140 /* Inode reference counting. */
 141 void bluesky_inode_ref(BlueSkyInode *inode)
 142 {
 143     g_atomic_int_inc(&inode->refcount);
 144 }
 145
 146 /* Free most of the resources used by an inode structure, but do not free the
 147  * inode itself.  Can be used if the inode data will be reloaded from
 148  * serialized form to clear out old information first. */
 149 void bluesky_inode_free_resources(BlueSkyInode *inode)
 150 {
 151     switch (inode->type) {
 152     case BLUESKY_REGULAR:
 153         if (inode->blocks != NULL) {
 154             for (int i = 0; i < inode->blocks->len; i++) {
 155                 BlueSkyBlock *b = &g_array_index(inode->blocks,
 156                                                  BlueSkyBlock, i);
 157                 if (b->type == BLUESKY_BLOCK_DIRTY) {
 158                     g_error("Deleting an inode with dirty file data!");
 159                 }
 160                 bluesky_cloudlog_unref(b->ref);
 161                 bluesky_string_unref(b->dirty);
 162             }
 163             g_array_unref(inode->blocks);
 164             inode->blocks = NULL;
 165         }
 166         break;
 167
 168     case BLUESKY_DIRECTORY:
 169         if (inode->dirhash != NULL)
 170             g_hash_table_destroy(inode->dirhash);
 171         inode->dirhash = NULL;
 172         if (inode->dirhash_folded != NULL)
 173             g_hash_table_destroy(inode->dirhash_folded);
 174         inode->dirhash_folded = NULL;
 175         if (inode->dirents != NULL)
 176             g_sequence_free(inode->dirents);
 177         inode->dirents = NULL;
 178         break;
 179
 180     case BLUESKY_SYMLINK:
 181         g_free(inode->symlink_contents);
 182         inode->symlink_contents = NULL;
 183         break;
 184
 185     default:
 186         break;
 187     }
 188 }
 189
 190 void bluesky_inode_unref(BlueSkyInode *inode)
 191 {
 192     if (g_atomic_int_dec_and_test(&inode->refcount)) {
 193         if (bluesky_verbose) {
 194             g_log("bluesky/inode", G_LOG_LEVEL_DEBUG,
 195                   "Reference count for inode %"PRIu64" dropped to zero.",
 196                   inode->inum);
 197         }
 198
 199         /* Sanity check: Is the inode clean? */
 200         if (inode->change_commit < inode->change_count
 201                 || inode->accessed_list != NULL
 202                 || inode->unlogged_list != NULL
 203                 || inode->dirty_list != NULL) {
 204             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);
 205         }
 206
 207         /* These shouldn't be needed, but in case the above warning fires and
 208          * we delete the inode anyway, we ought to be sure the inode is not on
 209          * any LRU list. */
 210         g_mutex_lock(inode->fs->lock);
 211         bluesky_list_unlink(&inode->fs->accessed_list, inode->accessed_list);
 212         bluesky_list_unlink(&inode->fs->dirty_list, inode->dirty_list);
 213         bluesky_list_unlink(&inode->fs->unlogged_list, inode->unlogged_list);
 214         g_mutex_unlock(inode->fs->lock);
 215
 216         bluesky_inode_free_resources(inode);
 217
 218         g_mutex_free(inode->lock);
 219         g_free(inode);
 220     }
 221 }
 222
 223 /* Allocate a fresh inode number which has not been used before within a
 224  * filesystem.  fs must already be locked. */
 225 uint64_t bluesky_fs_alloc_inode(BlueSkyFS *fs)
 226 {
 227     uint64_t inum;
 228
 229     inum = fs->next_inum;
 230     fs->next_inum++;
 231
 232     return inum;
 233 }
 234
 235 /* Perform type-specification initialization of an inode.  Normally performed
 236  * in bluesky_new_inode, but can be separated if an inode is created first,
 237  * then deserialized. */
 238 void bluesky_init_inode(BlueSkyInode *i, BlueSkyFileType type)
 239 {
 240     i->type = type;
 241
 242     switch (type) {
 243     case BLUESKY_REGULAR:
 244         i->blocks = g_array_new(FALSE, TRUE, sizeof(BlueSkyBlock));
 245         break;
 246     case BLUESKY_DIRECTORY:
 247         i->dirents = g_sequence_new(bluesky_dirent_destroy);
 248         i->dirhash = g_hash_table_new(g_str_hash, g_str_equal);
 249         i->dirhash_folded = g_hash_table_new(g_str_hash, g_str_equal);
 250         break;
 251     default:
 252         break;
 253     }
 254 }
 255
 256 BlueSkyInode *bluesky_new_inode(uint64_t inum, BlueSkyFS *fs,
 257                                 BlueSkyFileType type)
 258 {
 259     BlueSkyInode *i = g_new0(BlueSkyInode, 1);
 260
 261     i->lock = g_mutex_new();
 262     i->refcount = 1;
 263     i->fs = fs;
 264     i->inum = inum;
 265     i->change_count = 1;
 266     bluesky_init_inode(i, type);
 267
 268     return i;
 269 }
 270
 271 /* Retrieve an inode from the filesystem.  Eventually this will be a cache and
 272  * so we might need to go fetch the inode from elsewhere; for now all
 273  * filesystem state is stored here.  inode is returned with a reference held
 274  * but not locked. */
 275 BlueSkyInode *bluesky_get_inode(BlueSkyFS *fs, uint64_t inum)
 276 {
 277     BlueSkyInode *inode = NULL;
 278
 279     if (inum == 0) {
 280         return NULL;
 281     }
 282
 283     g_mutex_lock(fs->lock);
 284     inode = (BlueSkyInode *)g_hash_table_lookup(fs->inodes, &inum);
 285
 286     if (inode == NULL) {
 287         bluesky_inode_fetch(fs, inum);
 288         inode = (BlueSkyInode *)g_hash_table_lookup(fs->inodes, &inum);
 289     }
 290
 291     if (inode != NULL) {
 292         bluesky_inode_ref(inode);
 293
 294         /* FIXME: We assume we can atomically update the in-memory access time
 295          * without a lock. */
 296         inode->access_time = bluesky_get_current_time();
 297     }
 298
 299     g_mutex_unlock(fs->lock);
 300
 301     return inode;
 302 }
 303
 304 /* Insert an inode into the filesystem inode cache.  fs should be locked. */
 305 void bluesky_insert_inode(BlueSkyFS *fs, BlueSkyInode *inode)
 306 {
 307     g_hash_table_insert(fs->inodes, &inode->inum, inode);
 308 }
 309
 310 /* Start writeback of an inode and all associated data. */
 311 void bluesky_inode_start_sync(BlueSkyInode *inode)
 312 {
 313     GList *log_items = NULL;
 314
 315     if (inode->type == BLUESKY_REGULAR)
 316         bluesky_file_flush(inode, &log_items);
 317
 318     BlueSkyCloudLog *cloudlog = bluesky_serialize_inode(inode);
 319
 320     bluesky_cloudlog_unref(inode->committed_item);
 321     inode->committed_item = cloudlog;
 322
 323     bluesky_cloudlog_sync(cloudlog);
 324     bluesky_cloudlog_ref(cloudlog);
 325     log_items = g_list_prepend(log_items, cloudlog);
 326
 327     /* Wait for all log items to be committed to disk. */
 328     bluesky_log_finish_all(log_items);
 329
 330     /* Mark the inode as clean */
 331     inode->change_commit = inode->change_count;
 332     inode->change_time = 0;
 333     g_mutex_lock(inode->fs->lock);
 334     bluesky_list_unlink(&inode->fs->unlogged_list, inode->unlogged_list);
 335     inode->unlogged_list = NULL;
 336
 337     /* Since a new version of the inode has been written to the log, also
 338      * schedule a future flush of the new data to cloud storage. */
 339     bluesky_list_unlink(&inode->fs->dirty_list, inode->dirty_list);
 340     inode->dirty_list = bluesky_list_prepend(&inode->fs->dirty_list, inode);
 341     inode->change_cloud = inode->change_count;
 342
 343     g_mutex_unlock(inode->fs->lock);
 344 }
 345
 346 /* Write back an inode and all associated data and wait for completion.  Inode
 347  * should already be locked. */
 348 void bluesky_inode_do_sync(BlueSkyInode *inode)
 349 {
 350     if (bluesky_verbose) {
 351         g_log("bluesky/inode", G_LOG_LEVEL_DEBUG,
 352             "Synchronous writeback for inode %"PRIu64"...", inode->inum);
 353     }
 354     bluesky_inode_start_sync(inode);
 355     if (bluesky_verbose) {
 356         g_log("bluesky/inode", G_LOG_LEVEL_DEBUG,
 357               "Writeback for inode %"PRIu64" complete", inode->inum);
 358     }
 359 }
 360
 361 static void inode_fetch_task(gpointer a, gpointer b)
 362 {
 363     BlueSkyInode *inode = (BlueSkyInode *)a;
 364
 365     bluesky_profile_set((BlueSkyProfile *)inode->private_data);
 366
 367     BlueSkyCloudLog *item = inode->committed_item;
 368     inode->committed_item = NULL;
 369     g_print("Completing fetch of inode %"PRIu64"...\n", inode->inum);
 370
 371     g_mutex_lock(item->lock);
 372     bluesky_cloudlog_fetch(item);
 373     if (!bluesky_deserialize_inode(inode, item))
 374         g_print("Error deserializing inode %"PRIu64"\n", inode->inum);
 375     g_mutex_unlock(item->lock);
 376
 377     inode->access_time = bluesky_get_current_time();
 378     g_mutex_lock(inode->fs->lock);
 379     bluesky_list_unlink(&inode->fs->accessed_list, inode->accessed_list);
 380     inode->accessed_list = bluesky_list_prepend(&inode->fs->accessed_list, inode);
 381     g_mutex_unlock(inode->fs->lock);
 382
 383     g_mutex_unlock(inode->lock);
 384     bluesky_cloudlog_unref(item);
 385     bluesky_inode_unref(inode);
 386 }
 387
 388 /* Fetch an inode from stable storage.  The fetch can be performed
 389  * asynchronously: the in-memory inode is allocated, but not filled with data
 390  * immediately.  It is kept locked until it has been filled in, so any users
 391  * should try to acquire the lock on the inode before accessing any data.  The
 392  * fs lock must be held. */
 393 void bluesky_inode_fetch(BlueSkyFS *fs, uint64_t inum)
 394 {
 395     InodeMapEntry *entry = bluesky_inode_map_lookup(fs->inode_map, inum, 0);
 396     if (entry == NULL)
 397         return;
 398
 399     /* Non-portable behavior: We take the inode lock here, and release it in
 400      * the fetching thread.  This works with the default Linux pthreads
 401      * implementation but is not guaranteed. */
 402
 403     BlueSkyInode *inode = bluesky_new_inode(inum, fs, BLUESKY_PENDING);
 404     inode->change_count = 0;
 405     bluesky_inode_ref(inode);       // Extra ref held by fetching process
 406     g_mutex_lock(inode->lock);
 407
 408     inode->committed_item = entry->item;
 409     bluesky_cloudlog_ref(entry->item);
 410     bluesky_insert_inode(fs, inode);
 411
 412     inode->private_data = bluesky_profile_get();
 413     g_thread_pool_push(fs->inode_fetch_thread_pool, inode, NULL);
 414 }