Add write throttling based on the size of the uncommitted journal
[bluesky.git] / bluesky / bluesky-private.h
index e51c40f..2595367 100644 (file)
 #define _BLUESKY_PRIVATE_H
 
 #include "bluesky.h"
+#include <stdlib.h>
 
 #ifdef __cplusplus
 extern "C" {
 #endif
 
+extern int bluesky_verbose;
+
+/* Target cache size levels. */
+extern int bluesky_watermark_low_dirty;
+extern int bluesky_watermark_medium_dirty;
+extern int bluesky_watermark_high_dirty;
+
+extern int bluesky_watermark_low_total;
+extern int bluesky_watermark_medium_total;
+extern int bluesky_watermark_high_total;
+
 /* TODO: Make this go away entirely. */
 BlueSkyFS *bluesky_new_fs(gchar *name);
 
+void bluesky_inode_free_resources(BlueSkyInode *inode);
+
+/* Linked list update functions for LRU lists. */
+void bluesky_list_unlink(GList *head, GList *item);
+GList *bluesky_list_prepend(GList *head, BlueSkyInode *inode);
+GList *bluesky_list_append(GList *head, BlueSkyInode *inode);
+BlueSkyInode *bluesky_list_head(GList *head);
+BlueSkyInode *bluesky_list_tail(GList *head);
+
 /* Serialization and deserialization of filesystem data for storing to
  * persistent storage. */
 void bluesky_serialize_superblock(GString *out, BlueSkyFS *fs);
 BlueSkyFS *bluesky_deserialize_superblock(const gchar *buf);
-void bluesky_serialize_inode(GString *out, BlueSkyInode *inode);
-BlueSkyInode *bluesky_deserialize_inode(BlueSkyFS *fs, const gchar *buf);
+BlueSkyCloudLog *bluesky_serialize_inode(BlueSkyInode *inode);
+gboolean bluesky_deserialize_inode(BlueSkyInode *inode, BlueSkyCloudLog *item);
+
+void bluesky_deserialize_cloudlog(BlueSkyCloudLog *item,
+                                  const char *data,
+                                  size_t len);
+
+void bluesky_serialize_cloudlog(BlueSkyCloudLog *log,
+                                GString *encrypted,
+                                GString *authenticated,
+                                GString *writable);
+
+/* Cryptographic operations. */
+#define CRYPTO_BLOCK_SIZE 16        /* 128-bit AES */
+#define CRYPTO_KEY_SIZE   16
+#define CRYPTO_HASH_SIZE  32        /* SHA-256 */
+
+typedef struct BlueSkyCryptKeys {
+    uint8_t encryption_key[CRYPTO_KEY_SIZE];
+    uint8_t authentication_key[CRYPTO_HASH_SIZE];
+} BlueSkyCryptKeys;
+
+void bluesky_crypt_init();
+void bluesky_crypt_hash_key(const char *keystr, uint8_t *out);
+void bluesky_crypt_random_bytes(guchar *buf, gint len);
+void bluesky_crypt_derive_keys(BlueSkyCryptKeys *keys, const gchar *master);
+BlueSkyRCStr *bluesky_crypt_encrypt(BlueSkyRCStr *in, const uint8_t *key);
+BlueSkyRCStr *bluesky_crypt_decrypt(BlueSkyRCStr *in, const uint8_t *key);
+
+void bluesky_crypt_block_encrypt(gchar *cloud_block, size_t len,
+                                 BlueSkyCryptKeys *keys);
+gboolean bluesky_crypt_block_decrypt(gchar *cloud_block, size_t len,
+                                     BlueSkyCryptKeys *keys,
+                                     gboolean allow_unauth);
+void bluesky_cloudlog_encrypt(GString *segment, BlueSkyCryptKeys *keys);
+void bluesky_cloudlog_decrypt(char *segment, size_t len,
+                              BlueSkyCryptKeys *keys,
+                              BlueSkyRangeset *items,
+                              gboolean allow_unauth);
 
 /* Storage layer.  Requests can be performed asynchronously, so these objects
  * help keep track of operations in progress. */
@@ -47,7 +105,8 @@ typedef enum {
 } BlueSkyAsyncStatus;
 
 struct BlueSkyNotifierList;
-typedef struct {
+typedef struct BlueSkyStoreAsync BlueSkyStoreAsync;
+struct BlueSkyStoreAsync {
     BlueSkyStore *store;
 
     GMutex *lock;
@@ -61,11 +120,32 @@ typedef struct {
     gchar *key;                 /* Key to read/write */
     BlueSkyRCStr *data;         /* Data read/to write */
 
+    /* For range requests on reads: starting byte offset and length; len 0
+     * implies reading to the end of the object.  At completion, the backend
+     * should set range_done if a range read was made; if not set the entire
+     * object was read and the storage layer will select out just the
+     * appropriate bytes. */
+    size_t start, len;
+    gboolean range_done;
+
     int result;                 /* Result code; 0 for success. */
     struct BlueSkyNotifierList *notifiers;
+    gint notifier_count;
+
+    /* The barrier waiting on this operation.  Support for more than one
+     * barrier for a single async is not well-supported and should be avoided
+     * if possible. */
+    BlueSkyStoreAsync *barrier;
+
+    bluesky_time_hires start_time;  /* Time operation was submitted. */
+    bluesky_time_hires exec_time;   /* Time processing started on operation. */
 
     gpointer store_private;     /* For use by the storage implementation */
-} BlueSkyStoreAsync;
+
+    /* If storage operations should be charged to any particular profile, which
+     * one? */
+    BlueSkyProfile *profile;
+};
 
 /* Support for notification lists.  These are lists of one-shot functions which
  * can be called when certain events--primarily, competed storage
@@ -81,7 +161,7 @@ struct BlueSkyNotifierList {
 /* The abstraction layer for storage, allowing multiple implementations. */
 typedef struct {
     /* Create a new store instance and return a handle to it. */
-    gpointer (*create)();
+    gpointer (*create)(const gchar *path);
 
     /* Clean up any resources used by this store. */
     void (*destroy)(gpointer store);
@@ -92,12 +172,18 @@ typedef struct {
 
     /* Clean up any implementation-private data in a BlueSkyStoreAsync. */
     void (*cleanup)(gpointer store, BlueSkyStoreAsync *async);
+
+    /* Find the lexicographically-largest file starting with the specified
+     * prefix. */
+    char * (*lookup_last)(gpointer store, const gchar *prefix);
 } BlueSkyStoreImplementation;
 
 void bluesky_store_register(const BlueSkyStoreImplementation *impl,
                             const gchar *name);
 
+char *bluesky_store_lookup_last(BlueSkyStore *store, const char *prefix);
 BlueSkyStoreAsync *bluesky_store_async_new(BlueSkyStore *store);
+gpointer bluesky_store_async_get_handle(BlueSkyStoreAsync *async);
 void bluesky_store_async_ref(BlueSkyStoreAsync *async);
 void bluesky_store_async_unref(BlueSkyStoreAsync *async);
 void bluesky_store_async_wait(BlueSkyStoreAsync *async);
@@ -110,7 +196,300 @@ void bluesky_store_sync(BlueSkyStore *store);
 void bluesky_store_add_barrier(BlueSkyStoreAsync *barrier,
                                BlueSkyStoreAsync *async);
 
-void bluesky_inode_start_sync(BlueSkyInode *inode, BlueSkyStoreAsync *barrier);
+void bluesky_inode_start_sync(BlueSkyInode *inode);
+
+void bluesky_block_touch(BlueSkyInode *inode, uint64_t i, gboolean preserve);
+void bluesky_block_fetch(BlueSkyInode *inode, BlueSkyBlock *block,
+                         BlueSkyStoreAsync *barrier);
+void bluesky_block_flush(BlueSkyInode *inode, BlueSkyBlock *block,
+                         GList **log_items);
+void bluesky_file_flush(BlueSkyInode *inode, GList **log_items);
+void bluesky_file_drop_cached(BlueSkyInode *inode);
+
+/* Writing of data to the cloud in log segments and tracking the location of
+ * various pieces of data (both where in the cloud and where cached locally).
+ * */
+
+/* Eventually we'll want to support multiple writers.  But for now, hard-code
+ * separate namespaces in the cloud for the proxy and the cleaner to write to.
+ * */
+#define BLUESKY_CLOUD_DIR_PRIMARY 0
+#define BLUESKY_CLOUD_DIR_CLEANER 1
+
+typedef struct {
+    char bytes[16];
+} BlueSkyCloudID;
+
+typedef struct {
+    uint32_t directory;
+    uint32_t sequence;
+    uint32_t offset;
+    uint32_t size;
+} BlueSkyCloudPointer;
+
+typedef enum {
+    LOGTYPE_INVALID = -1,
+    LOGTYPE_UNKNOWN = 0,
+    LOGTYPE_DATA = 1,
+    LOGTYPE_INODE = 2,
+    LOGTYPE_INODE_MAP = 3,
+    LOGTYPE_CHECKPOINT = 4,
+
+    /* Used only as metadata in the local journal, not loaded as a
+     * BlueSkyCloudLogState nor stored in the cloud */
+    LOGTYPE_JOURNAL_MARKER = 16,
+    LOGTYPE_JOURNAL_CHECKPOINT = 17,
+} BlueSkyCloudLogType;
+
+/* Headers that go on items in local log segments and cloud log segments. */
+struct log_header {
+    uint32_t magic;             // HEADER_MAGIC
+    uint8_t type;               // Object type + '0'
+    uint32_t offset;            // Starting byte offset of the log header
+    uint32_t size1;             // Size of the data item (bytes)
+    uint32_t size2;             //
+    uint32_t size3;             //
+    uint64_t inum;              // Inode which owns this data, if any
+    BlueSkyCloudID id;          // Object identifier
+} __attribute__((packed));
+
+struct log_footer {
+    uint32_t magic;             // FOOTER_MAGIC
+    uint32_t crc;               // Computed from log_header to log_footer.magic
+} __attribute__((packed));
+
+struct cloudlog_header {
+    char magic[4];
+    uint8_t crypt_auth[CRYPTO_HASH_SIZE];
+    uint8_t crypt_iv[CRYPTO_BLOCK_SIZE];
+    uint8_t type;
+    BlueSkyCloudID id;
+    uint64_t inum;
+    uint32_t size1, size2, size3;
+} __attribute__((packed));
+
+// Rough size limit for a log segment.  This is not a firm limit and there are
+// no absolute guarantees on the size of a log segment.
+#define LOG_SEGMENT_SIZE (1 << 22)
+
+#define JOURNAL_MAGIC "\nLog"
+#define CLOUDLOG_MAGIC "AgI-"
+#define CLOUDLOG_MAGIC_ENCRYPTED "AgI="     // CLOUDLOG_MAGIC[3] ^= 0x10
+
+/* A record which tracks an object which has been written to a local log,
+ * cached, locally, and/or written to the cloud. */
+#define CLOUDLOG_JOURNAL    0x01
+#define CLOUDLOG_CLOUD      0x02
+#define CLOUDLOG_CACHE      0x04
+#define CLOUDLOG_UNCOMMITTED 0x10
+struct BlueSkyCloudLog {
+    gint refcount;
+    GMutex *lock;
+    GCond *cond;
+
+    BlueSkyFS *fs;
+
+    BlueSkyCloudLogType type;
+
+    // Bitmask of CLOUDLOG_* flags indicating where the object exists.
+    int location_flags;
+    int pending_read, pending_write;
+
+    // A stable identifier for the object (only changes when authenticated data
+    // is written out, but stays the same when the in-cloud cleaner relocates
+    // the object).
+    BlueSkyCloudID id;
+
+    // The inode which owns this data, if any, and an offset.
+    uint64_t inum;
+    int32_t inum_offset;
+
+    // The size of encrypted object data, not including any headers
+    int data_size;
+
+    // The location of the object in the cloud, if available.
+    BlueSkyCloudPointer location;
+
+    // TODO: Location in journal/cache
+    int log_seq, log_offset, log_size;
+
+    // Pointers to other objects.  Each link counts towards the reference count
+    // of the pointed-to object.  To avoid memory leaks there should be no
+    // cycles in the reference graph.
+    GArray *links;
+
+    // Serialized data, if available in memory (otherwise NULL), and a lock
+    // count which tracks if there are users that require the data to be kept
+    // around.
+    BlueSkyRCStr *data;
+    int data_lock_count;
+};
+
+/* Serialize objects into a log segment to be written to the cloud. */
+struct BlueSkyCloudLogState {
+    GString *data;
+    BlueSkyCloudPointer location;
+    GList *inode_list;
+    GSList *writeback_list;     // Items which are being serialized right now
+    GList *pending_segments;    // Segments which are being uploaded now
+
+    int uploads_pending;        // Count of uploads in progress, not completed
+    GMutex *uploads_pending_lock;
+    GCond *uploads_pending_cond;
+
+    /* What is the most recent sequence number written by the cleaner which we
+     * have processed and incorporated into our own log?  This gets
+     * incorporated into the version vector written out with our checkpoint
+     * records. */
+    int latest_cleaner_seq_seen;
+};
+
+gboolean bluesky_cloudlog_equal(gconstpointer a, gconstpointer b);
+guint bluesky_cloudlog_hash(gconstpointer a);
+BlueSkyCloudLog *bluesky_cloudlog_new(BlueSkyFS *fs, const BlueSkyCloudID *id);
+gchar *bluesky_cloudlog_id_to_string(BlueSkyCloudID id);
+BlueSkyCloudID bluesky_cloudlog_id_from_string(const gchar *idstr);
+void bluesky_cloudlog_threads_init(BlueSkyFS *fs);
+void bluesky_cloudlog_ref(BlueSkyCloudLog *log);
+void bluesky_cloudlog_unref(BlueSkyCloudLog *log);
+void bluesky_cloudlog_unref_delayed(BlueSkyCloudLog *log);
+void bluesky_cloudlog_erase(BlueSkyCloudLog *log);
+void bluesky_cloudlog_stats_update(BlueSkyCloudLog *log, int type);
+void bluesky_cloudlog_sync(BlueSkyCloudLog *log);
+void bluesky_cloudlog_insert(BlueSkyCloudLog *log);
+void bluesky_cloudlog_insert_locked(BlueSkyCloudLog *log);
+BlueSkyCloudLog *bluesky_cloudlog_get(BlueSkyFS *fs, BlueSkyCloudID id);
+void bluesky_cloudlog_prefetch(BlueSkyCloudLog *log);
+void bluesky_cloudlog_fetch(BlueSkyCloudLog *log);
+void bluesky_cloudlog_background_fetch(BlueSkyCloudLog *item);
+BlueSkyCloudPointer bluesky_cloudlog_serialize(BlueSkyCloudLog *log,
+                                               BlueSkyFS *fs);
+void bluesky_cloudlog_flush(BlueSkyFS *fs);
+
+/* Logging infrastructure for ensuring operations are persistently recorded to
+ * disk. */
+#define BLUESKY_CRC32C_SEED (~(uint32_t)0)
+#define BLUESKY_CRC32C_VALIDATOR ((uint32_t)0xb798b438UL)
+uint32_t crc32c(uint32_t crc, const char *buf, unsigned int length);
+uint32_t crc32c_finalize(uint32_t crc);
+
+struct BlueSkyLog {
+    BlueSkyFS *fs;
+    char *log_directory;
+    GAsyncQueue *queue;
+    int fd, dirfd;
+    int seq_num;
+    GSList *committed;
+
+    /* The currently-open log file. */
+    BlueSkyCacheFile *current_log;
+
+    /* Cache of log segments which have been memory-mapped. */
+    GMutex *mmap_lock;
+    GHashTable *mmap_cache;
+
+    /* A count of the disk space consumed (in 1024-byte units) by all files
+     * tracked by mmap_cache (whether mapped or not, actually). */
+    gint disk_used;
+
+    /* The smallest journal sequence number which may still contain data that
+     * must be preserved (since it it not yet in the cloud). */
+    int journal_watermark;
+};
+
+/* An object for tracking log files which are stored locally--either the
+ * journal for filesystem consistency or log segments which have been fetched
+ * back from cloud storage. */
+struct BlueSkyCacheFile {
+    GMutex *lock;
+    GCond *cond;
+    gint refcount;
+    int type;                   // Only one of CLOUDLOG_{JOURNAL,CLOUD}
+    int log_dir;
+    int log_seq;
+    char *filename;             // Local filename, relateive to log directory
+    gint mapcount;              // References to the mmaped data
+    const char *addr;           // May be null if data is not mapped in memory
+    size_t len;
+    int disk_used;
+    BlueSkyFS *fs;
+    BlueSkyLog *log;
+    gboolean fetching;          // Cloud data: downloading or ready for use
+    gboolean complete;          // Complete file has been fetched from cloud
+    int64_t atime;              // Access time, for cache management
+    BlueSkyRangeset *items;     // Locations of valid items
+    BlueSkyRangeset *prefetches;// Locations we have been requested to prefetch
+};
+
+BlueSkyLog *bluesky_log_new(const char *log_directory);
+void bluesky_log_item_submit(BlueSkyCloudLog *item, BlueSkyLog *log);
+void bluesky_log_finish_all(GList *log_items);
+BlueSkyCloudLog *bluesky_log_get_commit_point(BlueSkyFS *fs);
+void bluesky_log_write_commit_point(BlueSkyFS *fs, BlueSkyCloudLog *marker);
+
+BlueSkyRCStr *bluesky_cachefile_map_raw(BlueSkyCacheFile *cachefile,
+                                        off_t offset, size_t size);
+BlueSkyRCStr *bluesky_log_map_object(BlueSkyCloudLog *item, gboolean map_data);
+void bluesky_mmap_unref(BlueSkyCacheFile *mmap);
+void bluesky_cachefile_unref(BlueSkyCacheFile *cachefile);
+
+BlueSkyCacheFile *bluesky_cachefile_lookup(BlueSkyFS *fs,
+                                           int clouddir, int log_seq,
+                                           gboolean start_fetch);
+void bluesky_cachefile_gc(BlueSkyFS *fs);
+
+void bluesky_replay(BlueSkyFS *fs);
+
+/* Used to track log segments that are being written to the cloud. */
+typedef struct {
+    BlueSkyFS *fs;
+    char *key;                  /* File name for log segment in backend */
+    GString *raw_data;          /* Data before encryption */
+    BlueSkyRCStr *data;         /* Data after encryption */
+    GSList *items;
+    GMutex *lock;
+    GCond *cond;
+    gboolean complete;
+} SerializedRecord;
+
+/***** Inode map management *****/
+
+/* Mapping information for a single inode number.  These are grouped together
+ * into InodeMapRange objects. */
+typedef struct {
+    uint64_t inum;
+
+    /* A pointer to the cloud log entry for this inode.  This may or may not
+     * actually have data loaded (it might just contain pointers to the data
+     * location, and in fact this will likely often be the case). */
+    BlueSkyCloudLog *item;
+} InodeMapEntry;
+
+typedef struct {
+    /* Starting and ending inode number values that fall in this section.
+     * Endpoint values are inclusive. */
+    uint64_t start, end;
+
+    /* A sorted list (by inode number) of InodeMapEntry objects. */
+    GSequence *map_entries;
+
+    /* The serialized version of the inode map data. */
+    BlueSkyCloudLog *serialized;
+
+    /* Have there been changes that require writing this section out again? */
+    gboolean dirty;
+} InodeMapRange;
+
+InodeMapEntry *bluesky_inode_map_lookup(GSequence *inode_map, uint64_t inum,
+                                        int action);
+BlueSkyCloudLog *bluesky_inode_map_serialize(BlueSkyFS *fs);
+void bluesky_inode_map_minimize(BlueSkyFS *fs);
+
+gboolean bluesky_checkpoint_load(BlueSkyFS *fs);
+
+/* Merging of log state with the work of the cleaner. */
+void bluesky_cleaner_merge(BlueSkyFS *fs);
+void bluesky_cleaner_thread_launch(BlueSkyFS *fs);
 
 #ifdef __cplusplus
 }