scandir.cc

   1 /* Recursively descend the filesystem and visit each file. */
   2
   3 #include <dirent.h>
   4 #include <errno.h>
   5 #include <fcntl.h>
   6 #include <getopt.h>
   7 #include <grp.h>
   8 #include <pwd.h>
   9 #include <stdint.h>
  10 #include <stdio.h>
  11 #include <stdlib.h>
  12 #include <sys/stat.h>
  13 #include <sys/types.h>
  14 #include <unistd.h>
  15
  16 #include <algorithm>
  17 #include <fstream>
  18 #include <iostream>
  19 #include <list>
  20 #include <set>
  21 #include <sstream>
  22 #include <string>
  23 #include <vector>
  24
  25 #include "format.h"
  26 #include "localdb.h"
  27 #include "store.h"
  28 #include "sha1.h"
  29 #include "statcache.h"
  30
  31 using std::list;
  32 using std::string;
  33 using std::vector;
  34 using std::ostream;
  35
  36 /* Version information.  This will be filled in by the Makefile. */
  37 #ifndef LBS_VERSION
  38 #define LBS_VERSION Unknown
  39 #endif
  40 #define LBS_STRINGIFY(s) LBS_STRINGIFY2(s)
  41 #define LBS_STRINGIFY2(s) #s
  42 static const char lbs_version[] = LBS_STRINGIFY(LBS_VERSION);
  43
  44 static TarSegmentStore *tss = NULL;
  45
  46 /* Buffer for holding a single block of data read from a file. */
  47 static const size_t LBS_BLOCK_SIZE = 1024 * 1024;
  48 static char *block_buf;
  49
  50 static const size_t LBS_METADATA_BLOCK_SIZE = 65536;
  51
  52 /* Local database, which tracks objects written in this and previous
  53  * invocations to help in creating incremental snapshots. */
  54 LocalDb *db;
  55
  56 /* Stat cache, which stored data locally to speed the backup process by quickly
  57  * skipping files which have not changed. */
  58 StatCache *statcache;
  59
  60 /* Contents of the root object.  This will contain a set of indirect links to
  61  * the metadata objects. */
  62 std::ostringstream metadata_root;
  63
  64 /* Buffer for building up metadata. */
  65 std::ostringstream metadata;
  66
  67 /* Keep track of all segments which are needed to reconstruct the snapshot. */
  68 std::set<string> segment_list;
  69
  70 void scandir(const string& path, bool include);
  71
  72 /* Selection of files to include/exclude in the snapshot. */
  73 std::list<string> includes;         // Paths in which files should be saved
  74 std::list<string> excludes;         // Paths which will not be saved
  75 std::list<string> searches;         // Directories we don't want to save, but
  76                                     //   do want to descend searching for data
  77                                     //   in included paths
  78
  79 bool relative_paths = true;
  80
  81 /* Ensure contents of metadata are flushed to an object. */
  82 void metadata_flush()
  83 {
  84     string m = metadata.str();
  85     if (m.size() == 0)
  86         return;
  87
  88     /* Write current metadata information to a new object. */
  89     LbsObject *meta = new LbsObject;
  90     meta->set_group("metadata");
  91     meta->set_data(m.data(), m.size());
  92     meta->write(tss);
  93     meta->checksum();
  94
  95     /* Write a reference to this block in the root. */
  96     ObjectReference ref = meta->get_ref();
  97     metadata_root << "@" << ref.to_string() << "\n";
  98     segment_list.insert(ref.get_segment());
  99
 100     delete meta;
 101
 102     metadata.str("");
 103 }
 104
 105 /* Read data from a file descriptor and return the amount of data read.  A
 106  * short read (less than the requested size) will only occur if end-of-file is
 107  * hit. */
 108 size_t file_read(int fd, char *buf, size_t maxlen)
 109 {
 110     size_t bytes_read = 0;
 111
 112     while (true) {
 113         ssize_t res = read(fd, buf, maxlen);
 114         if (res < 0) {
 115             if (errno == EINTR)
 116                 continue;
 117             throw IOException("file_read: error reading");
 118         } else if (res == 0) {
 119             break;
 120         } else {
 121             bytes_read += res;
 122             buf += res;
 123             maxlen -= res;
 124         }
 125     }
 126
 127     return bytes_read;
 128 }
 129
 130 /* Read the contents of a file (specified by an open file descriptor) and copy
 131  * the data to the store.  Returns the size of the file (number of bytes
 132  * dumped), or -1 on error. */
 133 int64_t dumpfile(int fd, dictionary &file_info, const string &path)
 134 {
 135     struct stat stat_buf;
 136     fstat(fd, &stat_buf);
 137     int64_t size = 0;
 138     list<string> object_list;
 139
 140     if ((stat_buf.st_mode & S_IFMT) != S_IFREG) {
 141         fprintf(stderr, "file is no longer a regular file!\n");
 142         return -1;
 143     }
 144
 145     /* Look up this file in the old stat cache, if we can.  If the stat
 146      * information indicates that the file has not changed, do not bother
 147      * re-reading the entire contents. */
 148     bool cached = false;
 149
 150     if (statcache->Find(path, &stat_buf)) {
 151         cached = true;
 152         const list<ObjectReference> &blocks = statcache->get_blocks();
 153
 154         /* If any of the blocks in the object have been expired, then we should
 155          * fall back to fully reading in the file. */
 156         for (list<ObjectReference>::const_iterator i = blocks.begin();
 157              i != blocks.end(); ++i) {
 158             const ObjectReference &ref = *i;
 159             if (!db->IsAvailable(ref)) {
 160                 cached = false;
 161                 break;
 162             }
 163         }
 164
 165         /* If everything looks okay, use the cached information */
 166         if (cached) {
 167             file_info["checksum"] = statcache->get_checksum();
 168             for (list<ObjectReference>::const_iterator i = blocks.begin();
 169                  i != blocks.end(); ++i) {
 170                 const ObjectReference &ref = *i;
 171                 object_list.push_back(ref.to_string());
 172                 segment_list.insert(ref.get_segment());
 173                 db->UseObject(ref);
 174             }
 175             size = stat_buf.st_size;
 176         }
 177     }
 178
 179     /* If the file is new or changed, we must read in the contents a block at a
 180      * time. */
 181     if (!cached) {
 182         printf("    [new]\n");
 183
 184         SHA1Checksum hash;
 185         while (true) {
 186             size_t bytes = file_read(fd, block_buf, LBS_BLOCK_SIZE);
 187             if (bytes == 0)
 188                 break;
 189
 190             hash.process(block_buf, bytes);
 191
 192             // Either find a copy of this block in an already-existing segment,
 193             // or index it so it can be re-used in the future
 194             double block_age = 0.0;
 195             SHA1Checksum block_hash;
 196             block_hash.process(block_buf, bytes);
 197             string block_csum = block_hash.checksum_str();
 198             ObjectReference ref = db->FindObject(block_csum, bytes);
 199
 200             // Store a copy of the object if one does not yet exist
 201             if (ref.get_segment().size() == 0) {
 202                 LbsObject *o = new LbsObject;
 203
 204                 /* We might still have seen this checksum before, if the object
 205                  * was stored at some time in the past, but we have decided to
 206                  * clean the segment the object was originally stored in
 207                  * (FindObject will not return such objects).  When rewriting
 208                  * the object contents, put it in a separate group, so that old
 209                  * objects get grouped together.  The hope is that these old
 210                  * objects will continue to be used in the future, and we
 211                  * obtain segments which will continue to be well-utilized.
 212                  * Additionally, keep track of the age of the data by looking
 213                  * up the age of the block which was expired and using that
 214                  * instead of the current time. */
 215                 if (db->IsOldObject(block_csum, bytes, &block_age))
 216                     o->set_group("compacted");
 217                 else
 218                     o->set_group("data");
 219
 220                 o->set_data(block_buf, bytes);
 221                 o->write(tss);
 222                 ref = o->get_ref();
 223                 db->StoreObject(ref, block_csum, bytes, block_age);
 224                 delete o;
 225             }
 226
 227             object_list.push_back(ref.to_string());
 228             segment_list.insert(ref.get_segment());
 229             db->UseObject(ref);
 230             size += bytes;
 231         }
 232
 233         file_info["checksum"] = hash.checksum_str();
 234     }
 235
 236     statcache->Save(path, &stat_buf, file_info["checksum"], object_list);
 237
 238     /* For files that only need to be broken apart into a few objects, store
 239      * the list of objects directly.  For larger files, store the data
 240      * out-of-line and provide a pointer to the indrect object. */
 241     if (object_list.size() < 8) {
 242         string blocklist = "";
 243         for (list<string>::iterator i = object_list.begin();
 244              i != object_list.end(); ++i) {
 245             if (i != object_list.begin())
 246                 blocklist += " ";
 247             blocklist += *i;
 248         }
 249         file_info["data"] = blocklist;
 250     } else {
 251         string blocklist = "";
 252         for (list<string>::iterator i = object_list.begin();
 253              i != object_list.end(); ++i) {
 254             blocklist += *i + "\n";
 255         }
 256
 257         LbsObject *i = new LbsObject;
 258         i->set_group("metadata");
 259         i->set_data(blocklist.data(), blocklist.size());
 260         i->write(tss);
 261         file_info["data"] = "@" + i->get_name();
 262         segment_list.insert(i->get_ref().get_segment());
 263         delete i;
 264     }
 265
 266     return size;
 267 }
 268
 269 void scanfile(const string& path, bool include)
 270 {
 271     int fd;
 272     long flags;
 273     struct stat stat_buf;
 274     char *buf;
 275     ssize_t len;
 276     int64_t file_size;
 277     list<string> refs;
 278
 279     string true_path;
 280     if (relative_paths)
 281         true_path = path;
 282     else
 283         true_path = "/" + path;
 284
 285     // Set to true if the item is a directory and we should recursively scan
 286     bool recurse = false;
 287
 288     // Set to true if we should scan through the contents of this directory,
 289     // but not actually back files up
 290     bool scan_only = false;
 291
 292     // Check this file against the include/exclude list to see if it should be
 293     // considered
 294     for (list<string>::iterator i = includes.begin();
 295          i != includes.end(); ++i) {
 296         if (path == *i) {
 297             printf("Including %s\n", path.c_str());
 298             include = true;
 299         }
 300     }
 301
 302     for (list<string>::iterator i = excludes.begin();
 303          i != excludes.end(); ++i) {
 304         if (path == *i) {
 305             printf("Excluding %s\n", path.c_str());
 306             include = false;
 307         }
 308     }
 309
 310     for (list<string>::iterator i = searches.begin();
 311          i != searches.end(); ++i) {
 312         if (path == *i) {
 313             printf("Scanning %s\n", path.c_str());
 314             scan_only = true;
 315         }
 316     }
 317
 318     if (!include && !scan_only)
 319         return;
 320
 321     dictionary file_info;
 322
 323     lstat(true_path.c_str(), &stat_buf);
 324
 325     printf("%s\n", path.c_str());
 326
 327     file_info["mode"] = encode_int(stat_buf.st_mode & 07777);
 328     file_info["mtime"] = encode_int(stat_buf.st_mtime);
 329     file_info["user"] = encode_int(stat_buf.st_uid);
 330     file_info["group"] = encode_int(stat_buf.st_gid);
 331
 332     struct passwd *pwd = getpwuid(stat_buf.st_uid);
 333     if (pwd != NULL) {
 334         file_info["user"] += " (" + uri_encode(pwd->pw_name) + ")";
 335     }
 336
 337     struct group *grp = getgrgid(stat_buf.st_gid);
 338     if (pwd != NULL) {
 339         file_info["group"] += " (" + uri_encode(grp->gr_name) + ")";
 340     }
 341
 342     char inode_type;
 343
 344     switch (stat_buf.st_mode & S_IFMT) {
 345     case S_IFIFO:
 346         inode_type = 'p';
 347         break;
 348     case S_IFSOCK:
 349         inode_type = 's';
 350         break;
 351     case S_IFCHR:
 352         inode_type = 'c';
 353         break;
 354     case S_IFBLK:
 355         inode_type = 'b';
 356         break;
 357     case S_IFLNK:
 358         inode_type = 'l';
 359
 360         /* Use the reported file size to allocate a buffer large enough to read
 361          * the symlink.  Allocate slightly more space, so that we ask for more
 362          * bytes than we expect and so check for truncation. */
 363         buf = new char[stat_buf.st_size + 2];
 364         len = readlink(true_path.c_str(), buf, stat_buf.st_size + 1);
 365         if (len < 0) {
 366             fprintf(stderr, "error reading symlink: %m\n");
 367         } else if (len <= stat_buf.st_size) {
 368             buf[len] = '\0';
 369             file_info["contents"] = uri_encode(buf);
 370         } else if (len > stat_buf.st_size) {
 371             fprintf(stderr, "error reading symlink: name truncated\n");
 372         }
 373
 374         delete[] buf;
 375         break;
 376     case S_IFREG:
 377         inode_type = '-';
 378
 379         /* Be paranoid when opening the file.  We have no guarantee that the
 380          * file was not replaced between the stat() call above and the open()
 381          * call below, so we might not even be opening a regular file.  That
 382          * the file descriptor refers to a regular file is checked in
 383          * dumpfile().  But we also supply flags to open to to guard against
 384          * various conditions before we can perform that verification:
 385          *   - O_NOFOLLOW: in the event the file was replaced by a symlink
 386          *   - O_NONBLOCK: prevents open() from blocking if the file was
 387          *     replaced by a fifo
 388          * We also add in O_NOATIME, since this may reduce disk writes (for
 389          * inode updates).  However, O_NOATIME may result in EPERM, so if the
 390          * initial open fails, try again without O_NOATIME.  */
 391         fd = open(true_path.c_str(), O_RDONLY|O_NOATIME|O_NOFOLLOW|O_NONBLOCK);
 392         if (fd < 0) {
 393             fd = open(true_path.c_str(), O_RDONLY|O_NOFOLLOW|O_NONBLOCK);
 394         }
 395         if (fd < 0) {
 396             fprintf(stderr, "Unable to open file %s: %m\n", path.c_str());
 397             return;
 398         }
 399
 400         /* Drop the use of the O_NONBLOCK flag; we only wanted that for file
 401          * open. */
 402         flags = fcntl(fd, F_GETFL);
 403         fcntl(fd, F_SETFL, flags & ~O_NONBLOCK);
 404
 405         file_size = dumpfile(fd, file_info, path);
 406         file_info["size"] = encode_int(file_size);
 407         close(fd);
 408
 409         if (file_size < 0)
 410             return;             // error occurred; do not dump file
 411
 412         if (file_size != stat_buf.st_size) {
 413             fprintf(stderr, "Warning: Size of %s changed during reading\n",
 414                     path.c_str());
 415         }
 416
 417         break;
 418     case S_IFDIR:
 419         inode_type = 'd';
 420         recurse = true;
 421         break;
 422
 423     default:
 424         fprintf(stderr, "Unknown inode type: mode=%x\n", stat_buf.st_mode);
 425         return;
 426     }
 427
 428     file_info["type"] = string(1, inode_type);
 429
 430     metadata << "name: " << uri_encode(path) << "\n";
 431     dict_output(metadata, file_info);
 432     metadata << "\n";
 433
 434     // Break apart metadata listing if it becomes too large.
 435     if (metadata.str().size() > LBS_METADATA_BLOCK_SIZE)
 436         metadata_flush();
 437
 438     // If we hit a directory, now that we've written the directory itself,
 439     // recursively scan the directory.
 440     if (recurse)
 441         scandir(path, include);
 442 }
 443
 444 void scandir(const string& path, bool include)
 445 {
 446     string true_path;
 447     if (relative_paths)
 448         true_path = path;
 449     else
 450         true_path = "/" + path;
 451
 452     DIR *dir = opendir(true_path.c_str());
 453
 454     if (dir == NULL) {
 455         fprintf(stderr, "Error: %m\n");
 456         return;
 457     }
 458
 459     struct dirent *ent;
 460     vector<string> contents;
 461     while ((ent = readdir(dir)) != NULL) {
 462         string filename(ent->d_name);
 463         if (filename == "." || filename == "..")
 464             continue;
 465         contents.push_back(filename);
 466     }
 467
 468     sort(contents.begin(), contents.end());
 469
 470     for (vector<string>::iterator i = contents.begin();
 471          i != contents.end(); ++i) {
 472         const string& filename = *i;
 473         if (path == ".")
 474             scanfile(filename, include);
 475         else
 476             scanfile(path + "/" + filename, include);
 477     }
 478
 479     closedir(dir);
 480 }
 481
 482 /* Include the specified file path in the backups.  Append the path to the
 483  * includes list, and to ensure that we actually see the path when scanning the
 484  * directory tree, add all the parent directories to the search list, which
 485  * means we will scan through the directory listing even if the files
 486  * themselves are excluded from being backed up. */
 487 void add_include(const char *path)
 488 {
 489     printf("Add: %s\n", path);
 490     /* Was an absolute path specified?  If so, we'll need to start scanning
 491      * from the root directory.  Make sure that the user was consistent in
 492      * providing either all relative paths or all absolute paths. */
 493     if (path[0] == '/') {
 494         if (includes.size() > 0 && relative_paths == true) {
 495             fprintf(stderr,
 496                     "Error: Cannot mix relative and absolute paths!\n");
 497             exit(1);
 498         }
 499
 500         relative_paths = false;
 501
 502         // Skip over leading '/'
 503         path++;
 504     } else if (relative_paths == false && path[0] != '/') {
 505         fprintf(stderr, "Error: Cannot mix relative and absolute paths!\n");
 506         exit(1);
 507     }
 508
 509     includes.push_back(path);
 510
 511     /* Split the specified path into directory components, and ensure that we
 512      * descend into all the directories along the path. */
 513     const char *slash = path;
 514
 515     if (path[0] == '\0')
 516         return;
 517
 518     while ((slash = strchr(slash + 1, '/')) != NULL) {
 519         string component(path, slash - path);
 520         searches.push_back(component);
 521     }
 522 }
 523
 524 void usage(const char *program)
 525 {
 526     fprintf(
 527         stderr,
 528         "Usage: %s [OPTION]... --dest=DEST PATHS...\n"
 529         "Produce backup snapshot of files in SOURCE and store to DEST.\n"
 530         "\n"
 531         "Options:\n"
 532         "  --dest=PATH          path where backup is to be written [REQUIRED]\n"
 533         "  --exclude=PATH       exclude files in PATH from snapshot\n"
 534         "  --localdb=PATH       local backup metadata is stored in PATH\n"
 535         "  --filter=COMMAND     program through which to filter segment data\n"
 536         "                           (defaults to \"bzip2 -c\")\n"
 537         "  --filter-extension=EXT\n"
 538         "                       string to append to segment files\n"
 539         "                           (defaults to \".bz2\")\n",
 540         program
 541     );
 542 }
 543
 544 int main(int argc, char *argv[])
 545 {
 546     string backup_source = ".";
 547     string backup_dest = "";
 548     string localdb_dir = "";
 549
 550     while (1) {
 551         static struct option long_options[] = {
 552             {"localdb", 1, 0, 0},           // 0
 553             {"exclude", 1, 0, 0},           // 1
 554             {"filter", 1, 0, 0},            // 2
 555             {"filter-extension", 1, 0, 0},  // 3
 556             {"dest", 1, 0, 0},              // 4
 557             {NULL, 0, 0, 0},
 558         };
 559
 560         int long_index;
 561         int c = getopt_long(argc, argv, "", long_options, &long_index);
 562
 563         if (c == -1)
 564             break;
 565
 566         if (c == 0) {
 567             switch (long_index) {
 568             case 0:     // --localdb
 569                 localdb_dir = optarg;
 570                 break;
 571             case 1:     // --exclude
 572                 if (optarg[0] != '/')
 573                     excludes.push_back(optarg);
 574                 else
 575                     excludes.push_back(optarg + 1);
 576                 break;
 577             case 2:     // --filter
 578                 filter_program = optarg;
 579                 break;
 580             case 3:     // --filter-extension
 581                 filter_extension = optarg;
 582                 break;
 583             case 4:     // --dest
 584                 backup_dest = optarg;
 585                 break;
 586             default:
 587                 fprintf(stderr, "Unhandled long option!\n");
 588                 return 1;
 589             }
 590         } else {
 591             usage(argv[0]);
 592             return 1;
 593         }
 594     }
 595
 596     if (argc < optind + 2) {
 597         usage(argv[0]);
 598         return 1;
 599     }
 600
 601     searches.push_back(".");
 602     if (optind == argc) {
 603         add_include(".");
 604     } else {
 605         for (int i = optind; i < argc; i++)
 606             add_include(argv[i]);
 607     }
 608
 609     backup_source = argv[optind];
 610
 611     if (backup_dest == "") {
 612         fprintf(stderr,
 613                 "Error: Backup destination must be specified with --dest=\n");
 614         usage(argv[0]);
 615         return 1;
 616     }
 617
 618     // Default for --localdb is the same as --dest
 619     if (localdb_dir == "") {
 620         localdb_dir = backup_dest;
 621     }
 622
 623     // Dump paths for debugging/informational purposes
 624     {
 625         list<string>::const_iterator i;
 626
 627         printf("LBS Version: %s\n", lbs_version);
 628
 629         printf("--dest=%s\n--localdb=%s\n\n",
 630                backup_dest.c_str(), localdb_dir.c_str());
 631
 632         printf("Includes:\n");
 633         for (i = includes.begin(); i != includes.end(); ++i)
 634             printf("    %s\n", i->c_str());
 635
 636         printf("Excludes:\n");
 637         for (i = excludes.begin(); i != excludes.end(); ++i)
 638             printf("    %s\n", i->c_str());
 639
 640         printf("Searching:\n");
 641         for (i = searches.begin(); i != searches.end(); ++i)
 642             printf("    %s\n", i->c_str());
 643     }
 644
 645     tss = new TarSegmentStore(backup_dest);
 646     block_buf = new char[LBS_BLOCK_SIZE];
 647
 648     /* Store the time when the backup started, so it can be included in the
 649      * snapshot name. */
 650     time_t now;
 651     struct tm time_buf;
 652     char desc_buf[256];
 653     time(&now);
 654     localtime_r(&now, &time_buf);
 655     strftime(desc_buf, sizeof(desc_buf), "%Y%m%dT%H%M%S", &time_buf);
 656
 657     /* Open the local database which tracks all objects that are stored
 658      * remotely, for efficient incrementals.  Provide it with the name of this
 659      * snapshot. */
 660     string database_path = localdb_dir + "/localdb.sqlite";
 661     db = new LocalDb;
 662     db->Open(database_path.c_str(), desc_buf);
 663
 664     /* Initialize the stat cache, for skipping over unchanged files. */
 665     statcache = new StatCache;
 666     statcache->Open(localdb_dir.c_str(), desc_buf);
 667
 668     scanfile(".", false);
 669
 670     metadata_flush();
 671     const string md = metadata_root.str();
 672
 673     LbsObject *root = new LbsObject;
 674     root->set_group("metadata");
 675     root->set_data(md.data(), md.size());
 676     root->write(tss);
 677     root->checksum();
 678     segment_list.insert(root->get_ref().get_segment());
 679
 680     string backup_root = root->get_ref().to_string();
 681     delete root;
 682
 683     db->Close();
 684
 685     statcache->Close();
 686     delete statcache;
 687
 688     tss->sync();
 689     tss->dump_stats();
 690     delete tss;
 691
 692     /* Write a backup descriptor file, which says which segments are needed and
 693      * where to start to restore this snapshot.  The filename is based on the
 694      * current time. */
 695     string desc_filename = backup_dest + "/snapshot-" + desc_buf + ".lbs";
 696     std::ofstream descriptor(desc_filename.c_str());
 697
 698     descriptor << "Format: LBS Snapshot v0.1\n";
 699     descriptor << "Producer: " << lbs_version << "\n";
 700     strftime(desc_buf, sizeof(desc_buf), "%Y-%m-%d %H:%M:%S %z", &time_buf);
 701     descriptor << "Date: " << desc_buf << "\n";
 702     descriptor << "Root: " << backup_root << "\n";
 703
 704     descriptor << "Segments:\n";
 705     for (std::set<string>::iterator i = segment_list.begin();
 706          i != segment_list.end(); ++i) {
 707         descriptor << "    " << *i << "\n";
 708     }
 709
 710     return 0;
 711 }