Add an option to disable aggregating reads in the proxy
[bluesky.git] / bluesky / bluesky.h
index 201cc17..69f215a 100644 (file)
@@ -10,6 +10,7 @@
 #define _BLUESKY_H
 
 #include <stdint.h>
+#include <stdio.h>
 #include <inttypes.h>
 #include <glib.h>
 
@@ -19,15 +20,56 @@ extern "C" {
 
 /* Various options to tweak for performance benchmarking purposes. */
 typedef struct {
-    /* Perform all get/put operations synchronously. */
+    /* OBSOLETE: Perform all get/put operations synchronously. */
     int synchronous_stores;
 
-    /* Write data in cache immediately after file is modified. */
+    /* OBSOLETE: Write data in cache immediately after file is modified. */
     int writethrough_cache;
+
+    /* Can inodes be fetched asynchronously?  (Inode object is initially
+     * created in a pending state, and not unlocked until the data is actually
+     * available.) */
+    int sync_inode_fetches;
+
+    /* Should frontends handle requests serially or allow operations to proceed
+     * in parallel? */
+    int sync_frontends;
+
+    /* Target size of the disk cache at the proxy, in kilobytes. */
+    int cache_size;
+
+    /* Full segment fetches (1) or use range requests (0) for fetching segments
+     * from cloud? */
+    int full_segment_fetches;
+
+    /* Disable aggregating of data into log segments.  Each object will be
+     * stored in a separate segment. */
+    int disable_aggregation;
+
+    /* Disable cryptography.  This is for benchmarking purposes. */
+    int disable_crypto;
+
+    /* Disable aggregation of read requests.  Fetch items individually. */
+    int disable_read_aggregation;
 } BlueSkyOptions;
 
 extern BlueSkyOptions bluesky_options;
 
+/* Maximum number of threads to use in any particular thread pool, or -1 for no
+ * limit */
+extern int bluesky_max_threads;
+
+/* A general-purpose counter for gathering run-time statistics. */
+struct bluesky_stats {
+    const char *name;
+    int64_t count;
+    int64_t sum;
+};
+struct bluesky_stats *bluesky_stats_new(const char *name);
+void bluesky_stats_add(struct bluesky_stats *stats, int64_t value);
+void bluesky_stats_dump_all();
+void bluesky_stats_run_periodic_dump(FILE *f);
+
 /* BlueSky status and error codes.  Various frontends should translate these to
  * the appropriate error code for whatever protocol they implement. */
 typedef enum {
@@ -40,35 +82,56 @@ void bluesky_init(void);
 
 gchar *bluesky_lowercase(const gchar *s);
 
-/* Reference-counted blocks of memory, used for passing data in and out of
- * storage backends and in other places. */
+struct BlueSkyCacheFile;
+typedef struct BlueSkyCacheFile BlueSkyCacheFile;
+
 typedef struct {
     gint refcount;
+    BlueSkyCacheFile *mmap;
     gchar *data;
     gsize len;
 } BlueSkyRCStr;
 
 BlueSkyRCStr *bluesky_string_new(gpointer data, gsize len);
 BlueSkyRCStr *bluesky_string_new_from_gstring(GString *s);
+BlueSkyRCStr *bluesky_string_new_from_mmap(BlueSkyCacheFile *mmap,
+                                           int offset, gsize len);
 void bluesky_string_ref(BlueSkyRCStr *string);
 void bluesky_string_unref(BlueSkyRCStr *string);
 BlueSkyRCStr *bluesky_string_dup(BlueSkyRCStr *string);
 void bluesky_string_resize(BlueSkyRCStr *string, gsize len);
 
-/* Cryptographic operations. */
-#define CRYPTO_BLOCK_SIZE 16        /* 128-bit AES */
-#define CRYPTO_KEY_SIZE   16
-
-void bluesky_crypt_init();
-void bluesky_crypt_hash_key(const char *keystr, uint8_t *out);
-void bluesky_crypt_random_bytes(guchar *buf, gint len);
-BlueSkyRCStr *bluesky_crypt_encrypt(BlueSkyRCStr *in, const uint8_t *key);
-BlueSkyRCStr *bluesky_crypt_decrypt(BlueSkyRCStr *in, const uint8_t *key);
+struct BlueSkyRangeset;
+typedef struct BlueSkyRangeset BlueSkyRangeset;
+typedef struct {
+    uint64_t start, length;
+    gpointer data;
+} BlueSkyRangesetItem;
+
+BlueSkyRangeset *bluesky_rangeset_new();
+void bluesky_rangeset_free(BlueSkyRangeset *rangeset);
+gboolean bluesky_rangeset_insert(BlueSkyRangeset *rangeset,
+                                 uint64_t start, uint64_t length,
+                                 gpointer data);
+const BlueSkyRangesetItem *bluesky_rangeset_lookup(BlueSkyRangeset *rangeset,
+                                                   uint64_t offset);
+const BlueSkyRangesetItem *bluesky_rangeset_lookup_next(BlueSkyRangeset *rangeset, uint64_t offset);
+void bluesky_rangeset_get_extents(BlueSkyRangeset *rangeset,
+                                  uint64_t *start, uint64_t *length);
 
 /* Storage interface.  This presents a key-value store abstraction, and can
  * have multiple implementations: in-memory, on-disk, in-cloud. */
-struct _BlueSkyStore;
-typedef struct _BlueSkyStore BlueSkyStore;
+struct BlueSkyStore;
+typedef struct BlueSkyStore BlueSkyStore;
+
+struct BlueSkyLog;
+typedef struct BlueSkyLog BlueSkyLog;
+
+struct BlueSkyCloudLogState;
+typedef struct BlueSkyCloudLogState BlueSkyCloudLogState;
+
+struct BlueSkyCloudLog;
+typedef struct BlueSkyCloudLog BlueSkyCloudLog;
 
 void bluesky_store_init();
 BlueSkyStore *bluesky_store_new(const gchar *type);
@@ -87,10 +150,16 @@ typedef enum {
     BLUESKY_SYMLINK = 5,
     BLUESKY_SOCKET = 6,
     BLUESKY_FIFO = 7,
+
+    /* Special types used only internally. */
+    BLUESKY_PENDING = 0,    /* Inode being loaded; type not yet determined */
+    BLUESKY_INVALID = -1,   /* Inode is invalid (failed to load) */
 } BlueSkyFileType;
 
 /* Filesystem state.  Each filesystem which is exported is represented by a
  * single bluesky_fs structure in memory. */
+struct BlueSkyCryptKeys;
+
 typedef struct {
     GMutex *lock;
 
@@ -99,6 +168,56 @@ typedef struct {
     uint64_t next_inum;         /* Next available inode for allocation */
 
     BlueSkyStore *store;
+    BlueSkyLog *log;
+    BlueSkyCloudLogState *log_state;
+
+    /* Filesystem crypto keys */
+    char *master_key;
+    struct BlueSkyCryptKeys *keys;
+
+    /* Accounting for memory used for caches.  Space is measured in blocks, not
+     * bytes.  Updates to these variables must be made atomically. */
+    gint cache_dirty;
+
+    /* Like above, but tracking data stored in the cloudlog entries
+     * specifically:
+     *  - cache_log_dirty: data uncommitted to journal and cloud
+     *  - cache_log_writeback: data being written to journal
+     *  - cache_log_journal: data committed to journal
+     *  - cache_log_cloud: data written to cloud as well
+     * Log entries should progress from the top state to the bottom, and are
+     * only ever counted in one category at a time. */
+    gint cache_log_dirty, cache_log_writeback,
+         cache_log_journal, cache_log_cloud;
+
+    /* Linked list of inodes, sorted by access/modification times for cache
+     * management.  Editing these lists is protected by the filesystem lock; to
+     * avoid deadlock do not attempt to take any other locks while the FS lock
+     * is held for list editing purposes.  Items at the head of the list are
+     * most recently accessed/modified. */
+    GList unlogged_list;        // Changes not yet synced to journal
+    GList dirty_list;           // Not yet written to cloud storage
+    GList accessed_list;        // All in-memory inodes
+
+    /* Mutex for the flush daemon, to prevent concurrent execution. */
+    GMutex *flushd_lock;
+
+    /* Used to wait for the cache daemon to free up space */
+    GCond *flushd_cond;
+
+    /* Mapping of object identifiers (blocks, inodes) to physical location (in
+     * the local cache or in the logs in the cloud). */
+    GHashTable *locations;
+
+    /* The inode map, which maps inode numbers to the location of the most
+     * recent version. */
+    GSequence *inode_map;
+
+    /* Queue for asynchronous cloudlog unrefs, where needed. */
+    GAsyncQueue *unref_queue;
+
+    /* Thread pool for asynchronous inode fetches */
+    GThreadPool *inode_fetch_thread_pool;
 } BlueSkyFS;
 
 /* Inode number of the root directory. */
@@ -121,6 +240,13 @@ bluesky_time_hires bluesky_now_hires();
  *     dropping from the cache.
  *   - Any pending operations should hold extra references to the inode as
  *     appropriate to keep it available until the operation completes.
+ *   - Locking dependency order is, when multiple locks are to be acquired, to
+ *     acquire locks on parents in the filesystem tree before children.
+ *     (TODO: What about rename when we acquire locks in unrelated parts of the
+ *     filesystem?)
+ *   - An inode should not be locked while the filesystem lock is already held,
+ *     since some code may do an inode lookup (which acquires the filesystem
+ *     lock) while a different inode is locked.
  * */
 typedef struct {
     GMutex *lock;
@@ -141,16 +267,26 @@ typedef struct {
     /* change_count is increased with every operation which modifies the inode,
      * and can be used to determine if cached data is still valid.
      * change_commit is the value of change_count when the inode was last
-     * committed to stable storage. */
-    uint64_t change_count, change_commit;
+     * committed to stable storage (the log).
+     * change_cloud tracks which version was last commited to cloud storage. */
+    uint64_t change_count, change_commit, change_cloud;
 
     /* Timestamp for controlling when modified data is flushed to stable
      * storage.  When an inode is first modified from a clean state, this is
      * set to the current time.  If the inode is clean, it is set to zero. */
     int64_t change_time;
 
-    /* Additional state for tracking cache writeback status. */
-    uint64_t change_pending;    /* change_count version currently being committed to storage */
+    /* Last access time to this inode, for controlling cache evictions. */
+    int64_t access_time;
+
+    /* Version of the object last serialized and committed to storage. */
+    BlueSkyCloudLog *committed_item;
+
+    /* Pointers to the linked-list elements for this inode in the accessed and
+     * dirty linked lists.  We re-use the GList structure, using ->next to
+     * point to the head of the list and ->prev to point to the tail.  The data
+     * element is unused. */
+    GList *unlogged_list, *accessed_list, *dirty_list;
 
     int64_t atime;              /* Microseconds since the Unix epoch */
     int64_t ctime;
@@ -169,6 +305,9 @@ typedef struct {
 
     /* Symlink-specific fields */
     gchar *symlink_contents;
+
+    /* A field for short-term use internally while the lock is held. */
+    gpointer private_data;
 } BlueSkyInode;
 
 /* A directory entry.  The name is UTF-8 and is a freshly-allocated string.
@@ -191,23 +330,25 @@ typedef struct {
 #define BLUESKY_MAX_FILE_SIZE (BLUESKY_BLOCK_SIZE << 24)
 typedef enum {
     BLUESKY_BLOCK_ZERO = 0,     /* Data is all zeroes, not explicitly stored */
-    BLUESKY_BLOCK_REF = 1,      /* Reference to key/value store, not cached */
-    BLUESKY_BLOCK_CACHED = 2,   /* Data is cached in memory, clean */
-    BLUESKY_BLOCK_DIRTY = 3,    /* Data needs to be committed to store */
+    BLUESKY_BLOCK_REF = 1,      /* Reference to cloud log item, data clean */
+    BLUESKY_BLOCK_DIRTY = 2,    /* Data needs to be committed to store */
 } BlueSkyBlockType;
 
 typedef struct {
     BlueSkyBlockType type;
-    gchar *ref;                 /* Name of data block in the backing store */
-    BlueSkyRCStr *data;         /* Pointer to data in memory if cached */
+    BlueSkyCloudLog *ref;       /* if REF: cloud log entry with data */
+    BlueSkyRCStr *dirty;        /* if DIRTY: raw data in memory */
 } BlueSkyBlock;
 
-BlueSkyFS *bluesky_init_fs(gchar *name, BlueSkyStore *store);
-void bluesky_superblock_flush(BlueSkyFS *fs);
+BlueSkyFS *bluesky_init_fs(gchar *name, BlueSkyStore *store,
+                           const gchar *master_key);
+
+gboolean bluesky_inode_is_ready(BlueSkyInode *inode);
 
 int64_t bluesky_get_current_time();
 void bluesky_inode_update_ctime(BlueSkyInode *inode, gboolean update_mtime);
 uint64_t bluesky_fs_alloc_inode(BlueSkyFS *fs);
+void bluesky_init_inode(BlueSkyInode *i, BlueSkyFileType type);
 BlueSkyInode *bluesky_new_inode(uint64_t inum, BlueSkyFS *fs, BlueSkyFileType type);
 
 BlueSkyInode *bluesky_get_inode(BlueSkyFS *fs, uint64_t inum);
@@ -223,24 +364,41 @@ gboolean bluesky_directory_insert(BlueSkyInode *dir, const gchar *name,
                                   uint64_t inum);
 void bluesky_directory_dump(BlueSkyInode *dir);
 
-void bluesky_block_touch(BlueSkyInode *inode, uint64_t i);
-void bluesky_block_fetch(BlueSkyFS *fs, BlueSkyBlock *block);
 void bluesky_file_truncate(BlueSkyInode *inode, uint64_t size);
 void bluesky_file_write(BlueSkyInode *inode, uint64_t offset,
                         const char *data, gint len);
 void bluesky_file_read(BlueSkyInode *inode, uint64_t offset,
                        char *buf, gint len);
 
-void bluesky_inode_flush(BlueSkyFS *fs, BlueSkyInode *inode);
 void bluesky_inode_fetch(BlueSkyFS *fs, uint64_t inum);
+void bluesky_inode_prefetch(BlueSkyFS *fs, uint64_t inum);
 
 gint bluesky_dirent_compare(gconstpointer a, gconstpointer b,
                             gpointer unused);
 
 void bluesky_flushd_invoke(BlueSkyFS *fs);
+void bluesky_flushd_invoke_conditional(BlueSkyFS *fs);
+void bluesky_inode_do_sync(BlueSkyInode *inode);
+void bluesky_flushd_thread_launch(BlueSkyFS *fs);
 
 void bluesky_debug_dump(BlueSkyFS *fs);
 
+/* Request response time tracking. */
+typedef struct BlueSkyProfile {
+    int magic;
+    GMutex *lock;
+    char *description;
+    GList *events;
+} BlueSkyProfile;
+
+BlueSkyProfile *bluesky_profile_new();
+void bluesky_profile_free(BlueSkyProfile *profile);
+void bluesky_profile_add_event(BlueSkyProfile *profile, char *message);
+void bluesky_profile_print(BlueSkyProfile *profile);
+BlueSkyProfile *bluesky_profile_get();
+void bluesky_profile_set(BlueSkyProfile *profile);
+void bluesky_profile_set_output(FILE *stream);
+
 #ifdef __cplusplus
 }
 #endif