store.cc

   1 /* LBS: An LFS-inspired filesystem backup system
   2  * Copyright (C) 2007  Michael Vrable
   3  *
   4  * Backup data is stored in a collection of objects, which are grouped together
   5  * into segments for storage purposes.  This implementation of the object store
   6  * represents segments as TAR files and objects as files within them. */
   7
   8 #include <assert.h>
   9 #include <errno.h>
  10 #include <stdio.h>
  11 #include <sys/types.h>
  12 #include <sys/stat.h>
  13 #include <sys/resource.h>
  14 #include <sys/wait.h>
  15 #include <unistd.h>
  16 #include <fcntl.h>
  17 #include <time.h>
  18
  19 #include <algorithm>
  20 #include <list>
  21 #include <map>
  22 #include <set>
  23 #include <string>
  24 #include <iostream>
  25
  26 #include "store.h"
  27 #include "ref.h"
  28
  29 using std::max;
  30 using std::list;
  31 using std::map;
  32 using std::set;
  33 using std::string;
  34
  35 /* Default filter program is bzip2 */
  36 const char *filter_program = "bzip2 -c";
  37 const char *filter_extension = ".bz2";
  38
  39 static void cloexec(int fd)
  40 {
  41     long flags = fcntl(fd, F_GETFD);
  42
  43     if (flags < 0)
  44         return;
  45
  46     fcntl(fd, F_SETFD, flags | FD_CLOEXEC);
  47 }
  48
  49 Tarfile::Tarfile(const string &path, const string &segment)
  50     : size(0),
  51       segment_name(segment)
  52 {
  53     assert(sizeof(struct tar_header) == TAR_BLOCK_SIZE);
  54
  55     real_fd = open(path.c_str(), O_WRONLY | O_CREAT, 0666);
  56     if (real_fd < 0)
  57         throw IOException("Error opening output file");
  58
  59     filter_fd = spawn_filter(real_fd, filter_program, &filter_pid);
  60 }
  61
  62 Tarfile::~Tarfile()
  63 {
  64     char buf[TAR_BLOCK_SIZE];
  65
  66     /* Append the EOF marker: two blocks filled with nulls. */
  67     memset(buf, 0, sizeof(buf));
  68     tar_write(buf, TAR_BLOCK_SIZE);
  69     tar_write(buf, TAR_BLOCK_SIZE);
  70
  71     if (close(filter_fd) != 0)
  72         throw IOException("Error closing Tarfile");
  73
  74     /* ...and wait for filter process to finish. */
  75     int status;
  76     waitpid(filter_pid, &status, 0);
  77
  78     if (!WIFEXITED(status) || WEXITSTATUS(status) != 0) {
  79         throw IOException("Filter process error");
  80     }
  81
  82     close(real_fd);
  83 }
  84
  85 /* Launch a child process which can act as a filter (compress, encrypt, etc.)
  86  * on the TAR output.  The file descriptor to which output should be written
  87  * must be specified; the return value is the file descriptor which will be
  88  * attached to the standard input of the filter program. */
  89 int spawn_filter(int fd_out, const char *program, pid_t *filter_pid)
  90 {
  91     int fds[2];
  92     pid_t pid;
  93
  94     /* Create a pipe for communicating with the filter process. */
  95     if (pipe(fds) < 0) {
  96         throw IOException("Unable to create pipe for filter");
  97     }
  98
  99     /* Create a child process which can exec() the filter program. */
 100     pid = fork();
 101     if (filter_pid < 0)
 102         throw IOException("Unable to fork filter process");
 103
 104     if (filter_pid > 0) {
 105         /* Parent process */
 106         close(fds[0]);
 107         cloexec(fds[1]);
 108         if (filter_pid != NULL)
 109             *filter_pid = pid;
 110     } else {
 111         /* Child process.  Rearrange file descriptors.  stdin is fds[0], stdout
 112          * is fd_out, stderr is unchanged. */
 113         close(fds[1]);
 114
 115         if (dup2(fds[0], 0) < 0)
 116             exit(1);
 117         close(fds[0]);
 118
 119         if (dup2(fd_out, 1) < 0)
 120             exit(1);
 121         close(fd_out);
 122
 123         /* Exec the filter program. */
 124         execlp("/bin/sh", "/bin/sh", "-c", program, NULL);
 125
 126         /* Should not reach here except for error cases. */
 127         fprintf(stderr, "Could not exec filter: %m\n");
 128         exit(1);
 129     }
 130
 131     return fds[1];
 132 }
 133
 134 void Tarfile::tar_write(const char *data, size_t len)
 135 {
 136     size += len;
 137
 138     while (len > 0) {
 139         int res = write(filter_fd, data, len);
 140
 141         if (res < 0) {
 142             if (errno == EINTR)
 143                 continue;
 144             fprintf(stderr, "Write error: %m\n");
 145             throw IOException("Write error");
 146         }
 147
 148         len -= res;
 149         data += res;
 150     }
 151 }
 152
 153 void Tarfile::write_object(int id, const char *data, size_t len)
 154 {
 155     struct tar_header header;
 156     memset(&header, 0, sizeof(header));
 157
 158     char buf[64];
 159     sprintf(buf, "%08x", id);
 160     string path = segment_name + "/" + buf;
 161
 162     assert(path.size() < 100);
 163     memcpy(header.name, path.data(), path.size());
 164     sprintf(header.mode, "%07o", 0600);
 165     sprintf(header.uid, "%07o", 0);
 166     sprintf(header.gid, "%07o", 0);
 167     sprintf(header.size, "%011o", len);
 168     sprintf(header.mtime, "%011o", (int)time(NULL));
 169     header.typeflag = '0';
 170     strcpy(header.magic, "ustar  ");
 171     strcpy(header.uname, "root");
 172     strcpy(header.gname, "root");
 173
 174     memset(header.chksum, ' ', sizeof(header.chksum));
 175     int checksum = 0;
 176     for (int i = 0; i < TAR_BLOCK_SIZE; i++) {
 177         checksum += ((uint8_t *)&header)[i];
 178     }
 179     sprintf(header.chksum, "%06o", checksum);
 180
 181     tar_write((const char *)&header, TAR_BLOCK_SIZE);
 182
 183     if (len == 0)
 184         return;
 185
 186     tar_write(data, len);
 187
 188     char padbuf[TAR_BLOCK_SIZE];
 189     size_t blocks = (len + TAR_BLOCK_SIZE - 1) / TAR_BLOCK_SIZE;
 190     size_t padding = blocks * TAR_BLOCK_SIZE - len;
 191     memset(padbuf, 0, padding);
 192     tar_write(padbuf, padding);
 193 }
 194
 195 /* Estimate the size based on the size of the actual output file on disk.
 196  * However, it might be the case that the filter program is buffering all its
 197  * data, and might potentially not write a single byte until we have closed
 198  * our end of the pipe.  If we don't do so until we see data written, we have
 199  * a problem.  So, arbitrarily pick an upper bound on the compression ratio
 200  * that the filter will achieve (128:1), and return a size estimate which is
 201  * the larger of a) bytes actually seen written to disk, and b) input
 202  * bytes/128. */
 203 size_t Tarfile::size_estimate()
 204 {
 205     struct stat statbuf;
 206
 207     if (fstat(real_fd, &statbuf) == 0)
 208         return max((int64_t)statbuf.st_size, (int64_t)(size / 128));
 209
 210     /* Couldn't stat the file on disk, so just return the actual number of
 211      * bytes, before compression. */
 212     return size;
 213 }
 214
 215 static const size_t SEGMENT_SIZE = 4 * 1024 * 1024;
 216
 217 static map<string, int64_t> group_sizes;
 218
 219 ObjectReference TarSegmentStore::write_object(const char *data, size_t len,
 220                                               const std::string &group)
 221 {
 222     struct segment_info *segment;
 223
 224     // Find the segment into which the object should be written, looking up by
 225     // group.  If no segment exists yet, create one.
 226     if (segments.find(group) == segments.end()) {
 227         segment = new segment_info;
 228
 229         segment->name = generate_uuid();
 230         segment->basename = segment->name + ".tar";
 231         segment->basename += filter_extension;
 232         segment->fullname = path + "/" + segment->basename;
 233         segment->file = new Tarfile(segment->fullname, segment->name);
 234         segment->count = 0;
 235
 236         segments[group] = segment;
 237     } else {
 238         segment = segments[group];
 239     }
 240
 241     int id = segment->count;
 242     char id_buf[64];
 243     sprintf(id_buf, "%08x", id);
 244
 245     segment->file->write_object(id, data, len);
 246     segment->count++;
 247
 248     group_sizes[group] += len;
 249
 250     ObjectReference ref(segment->name, id_buf);
 251
 252     // If this segment meets or exceeds the size target, close it so that
 253     // future objects will go into a new segment.
 254     if (segment->file->size_estimate() >= SEGMENT_SIZE)
 255         close_segment(group);
 256
 257     return ref;
 258 }
 259
 260 void TarSegmentStore::sync()
 261 {
 262     while (!segments.empty())
 263         close_segment(segments.begin()->first);
 264 }
 265
 266 void TarSegmentStore::dump_stats()
 267 {
 268     printf("Data written:\n");
 269     for (map<string, int64_t>::iterator i = group_sizes.begin();
 270          i != group_sizes.end(); ++i) {
 271         printf("    %s: %lld\n", i->first.c_str(), i->second);
 272     }
 273 }
 274
 275 void TarSegmentStore::close_segment(const string &group)
 276 {
 277     struct segment_info *segment = segments[group];
 278
 279     delete segment->file;
 280
 281     if (db != NULL) {
 282         SHA1Checksum segment_checksum;
 283         if (segment_checksum.process_file(segment->fullname.c_str())) {
 284             string checksum = segment_checksum.checksum_str();
 285             db->SetSegmentChecksum(segment->name, segment->basename, checksum);
 286         }
 287     }
 288
 289     segments.erase(segments.find(group));
 290     delete segment;
 291 }
 292
 293 string TarSegmentStore::object_reference_to_segment(const string &object)
 294 {
 295     return object;
 296 }
 297
 298 LbsObject::LbsObject()
 299     : group(""), data(NULL), data_len(0), written(false)
 300 {
 301 }
 302
 303 LbsObject::~LbsObject()
 304 {
 305 }
 306
 307 void LbsObject::write(TarSegmentStore *store)
 308 {
 309     assert(data != NULL);
 310     assert(!written);
 311
 312     ref = store->write_object(data, data_len, group);
 313     written = true;
 314 }
 315
 316 void LbsObject::checksum()
 317 {
 318     assert(written);
 319
 320     SHA1Checksum hash;
 321     hash.process(data, data_len);
 322     ref.set_checksum(hash.checksum_str());
 323 }