Rename format.{cc,h} -> util.{cc,h}.
[cumulus.git] / scandir.cc
index f3bf302..d398eee 100644 (file)
 /* Recursively descend the filesystem and visit each file. */
 
-#include <stdio.h>
-#include <stdlib.h>
-#include <stdint.h>
 #include <dirent.h>
 #include <errno.h>
 #include <fcntl.h>
-#include <sys/types.h>
+#include <getopt.h>
+#include <grp.h>
+#include <pwd.h>
+#include <stdint.h>
+#include <stdio.h>
+#include <stdlib.h>
 #include <sys/stat.h>
+#include <sys/sysmacros.h>
+#include <sys/types.h>
 #include <unistd.h>
 
 #include <algorithm>
-#include <string>
-#include <list>
-#include <vector>
+#include <fstream>
 #include <iostream>
+#include <list>
+#include <set>
 #include <sstream>
+#include <string>
+#include <vector>
 
-#include "format.h"
+#include "localdb.h"
 #include "store.h"
 #include "sha1.h"
+#include "statcache.h"
+#include "util.h"
 
 using std::list;
 using std::string;
 using std::vector;
 using std::ostream;
 
+/* Version information.  This will be filled in by the Makefile. */
+#ifndef LBS_VERSION
+#define LBS_VERSION Unknown
+#endif
+#define LBS_STRINGIFY(s) LBS_STRINGIFY2(s)
+#define LBS_STRINGIFY2(s) #s
+static const char lbs_version[] = LBS_STRINGIFY(LBS_VERSION);
+
 static TarSegmentStore *tss = NULL;
 
 /* Buffer for holding a single block of data read from a file. */
-static const int LBS_BLOCK_SIZE = 1024 * 1024;
+static const size_t LBS_BLOCK_SIZE = 1024 * 1024;
 static char *block_buf;
 
-void scandir(const string& path, std::ostream& metadata);
+static const size_t LBS_METADATA_BLOCK_SIZE = 65536;
 
-/* Converts time to microseconds since the epoch. */
-int64_t encode_time(time_t time)
+/* Local database, which tracks objects written in this and previous
+ * invocations to help in creating incremental snapshots. */
+LocalDb *db;
+
+/* Stat cache, which stored data locally to speed the backup process by quickly
+ * skipping files which have not changed. */
+StatCache *statcache;
+
+/* Contents of the root object.  This will contain a set of indirect links to
+ * the metadata objects. */
+std::ostringstream metadata_root;
+
+/* Buffer for building up metadata. */
+std::ostringstream metadata;
+
+/* Keep track of all segments which are needed to reconstruct the snapshot. */
+std::set<string> segment_list;
+
+void scandir(const string& path, bool include);
+
+/* Selection of files to include/exclude in the snapshot. */
+std::list<string> includes;         // Paths in which files should be saved
+std::list<string> excludes;         // Paths which will not be saved
+std::list<string> searches;         // Directories we don't want to save, but
+                                    //   do want to descend searching for data
+                                    //   in included paths
+
+bool relative_paths = true;
+
+/* Ensure contents of metadata are flushed to an object. */
+void metadata_flush()
 {
-    return (int64_t)time * 1000000;
+    string m = metadata.str();
+    if (m.size() == 0)
+        return;
+
+    /* Write current metadata information to a new object. */
+    LbsObject *meta = new LbsObject;
+    meta->set_group("metadata");
+    meta->set_data(m.data(), m.size());
+    meta->write(tss);
+    meta->checksum();
+
+    /* Write a reference to this block in the root. */
+    ObjectReference ref = meta->get_ref();
+    metadata_root << "@" << ref.to_string() << "\n";
+    segment_list.insert(ref.get_segment());
+
+    delete meta;
+
+    metadata.str("");
 }
 
 /* Read data from a file descriptor and return the amount of data read.  A
@@ -66,91 +129,217 @@ size_t file_read(int fd, char *buf, size_t maxlen)
 }
 
 /* Read the contents of a file (specified by an open file descriptor) and copy
- * the data to the store. */
-void dumpfile(int fd, dictionary &file_info, ostream &metadata)
+ * the data to the store.  Returns the size of the file (number of bytes
+ * dumped), or -1 on error. */
+int64_t dumpfile(int fd, dictionary &file_info, const string &path)
 {
     struct stat stat_buf;
     fstat(fd, &stat_buf);
     int64_t size = 0;
-    list<string> segment_list;
+    list<string> object_list;
 
     if ((stat_buf.st_mode & S_IFMT) != S_IFREG) {
-        printf("file is no longer a regular file!\n");
-        return;
+        fprintf(stderr, "file is no longer a regular file!\n");
+        return -1;
     }
 
-    /* The index data consists of a sequence of pointers to the data blocks
-     * that actually comprise the file data.  This level of indirection is used
-     * so that the same data block can be used in multiple files, or multiple
-     * versions of the same file. */
-    SHA1Checksum hash;
-    while (true) {
-        size_t bytes = file_read(fd, block_buf, LBS_BLOCK_SIZE);
-        if (bytes == 0)
-            break;
+    /* Look up this file in the old stat cache, if we can.  If the stat
+     * information indicates that the file has not changed, do not bother
+     * re-reading the entire contents. */
+    bool cached = false;
+
+    if (statcache->Find(path, &stat_buf)) {
+        cached = true;
+        const list<ObjectReference> &blocks = statcache->get_blocks();
+
+        /* If any of the blocks in the object have been expired, then we should
+         * fall back to fully reading in the file. */
+        for (list<ObjectReference>::const_iterator i = blocks.begin();
+             i != blocks.end(); ++i) {
+            const ObjectReference &ref = *i;
+            if (!db->IsAvailable(ref)) {
+                cached = false;
+                break;
+            }
+        }
 
-        hash.process(block_buf, bytes);
+        /* If everything looks okay, use the cached information */
+        if (cached) {
+            file_info["checksum"] = statcache->get_checksum();
+            for (list<ObjectReference>::const_iterator i = blocks.begin();
+                 i != blocks.end(); ++i) {
+                const ObjectReference &ref = *i;
+                object_list.push_back(ref.to_string());
+                segment_list.insert(ref.get_segment());
+                db->UseObject(ref);
+            }
+            size = stat_buf.st_size;
+        }
+    }
 
-        // tarstore processing
-        string blockid = tss->write_object(block_buf, bytes, "data");
-        segment_list.push_back(blockid);
+    /* If the file is new or changed, we must read in the contents a block at a
+     * time. */
+    if (!cached) {
+        printf("    [new]\n");
+
+        SHA1Checksum hash;
+        while (true) {
+            size_t bytes = file_read(fd, block_buf, LBS_BLOCK_SIZE);
+            if (bytes == 0)
+                break;
+
+            hash.process(block_buf, bytes);
+
+            // Either find a copy of this block in an already-existing segment,
+            // or index it so it can be re-used in the future
+            double block_age = 0.0;
+            SHA1Checksum block_hash;
+            block_hash.process(block_buf, bytes);
+            string block_csum = block_hash.checksum_str();
+            ObjectReference ref = db->FindObject(block_csum, bytes);
+
+            // Store a copy of the object if one does not yet exist
+            if (ref.get_segment().size() == 0) {
+                LbsObject *o = new LbsObject;
+
+                /* We might still have seen this checksum before, if the object
+                 * was stored at some time in the past, but we have decided to
+                 * clean the segment the object was originally stored in
+                 * (FindObject will not return such objects).  When rewriting
+                 * the object contents, put it in a separate group, so that old
+                 * objects get grouped together.  The hope is that these old
+                 * objects will continue to be used in the future, and we
+                 * obtain segments which will continue to be well-utilized.
+                 * Additionally, keep track of the age of the data by looking
+                 * up the age of the block which was expired and using that
+                 * instead of the current time. */
+                if (db->IsOldObject(block_csum, bytes, &block_age))
+                    o->set_group("compacted");
+                else
+                    o->set_group("data");
+
+                o->set_data(block_buf, bytes);
+                o->write(tss);
+                ref = o->get_ref();
+                db->StoreObject(ref, block_csum, bytes, block_age);
+                delete o;
+            }
+
+            object_list.push_back(ref.to_string());
+            segment_list.insert(ref.get_segment());
+            db->UseObject(ref);
+            size += bytes;
+        }
 
-        size += bytes;
+        file_info["checksum"] = hash.checksum_str();
     }
 
-    file_info["checksum"] = hash.checksum_str();
+    statcache->Save(path, &stat_buf, file_info["checksum"], object_list);
 
     /* For files that only need to be broken apart into a few objects, store
      * the list of objects directly.  For larger files, store the data
      * out-of-line and provide a pointer to the indrect object. */
-    if (segment_list.size() < 8) {
+    if (object_list.size() < 8) {
         string blocklist = "";
-        for (list<string>::iterator i = segment_list.begin();
-             i != segment_list.end(); ++i) {
-            if (i != segment_list.begin())
+        for (list<string>::iterator i = object_list.begin();
+             i != object_list.end(); ++i) {
+            if (i != object_list.begin())
                 blocklist += " ";
             blocklist += *i;
         }
         file_info["data"] = blocklist;
     } else {
         string blocklist = "";
-        for (list<string>::iterator i = segment_list.begin();
-             i != segment_list.end(); ++i) {
+        for (list<string>::iterator i = object_list.begin();
+             i != object_list.end(); ++i) {
             blocklist += *i + "\n";
         }
-        string indirect = tss->write_object(blocklist.data(), blocklist.size(),
-                                            "indirect");
-        file_info["data"] = "@" + indirect;
+
+        LbsObject *i = new LbsObject;
+        i->set_group("metadata");
+        i->set_data(blocklist.data(), blocklist.size());
+        i->write(tss);
+        file_info["data"] = "@" + i->get_name();
+        segment_list.insert(i->get_ref().get_segment());
+        delete i;
     }
+
+    return size;
 }
 
-void scanfile(const string& path, ostream &metadata)
+void scanfile(const string& path, bool include)
 {
     int fd;
     long flags;
     struct stat stat_buf;
     char *buf;
     ssize_t len;
+    int64_t file_size;
     list<string> refs;
 
+    string true_path;
+    if (relative_paths)
+        true_path = path;
+    else
+        true_path = "/" + path;
+
     // Set to true if the item is a directory and we should recursively scan
     bool recurse = false;
 
+    // Set to true if we should scan through the contents of this directory,
+    // but not actually back files up
+    bool scan_only = false;
+
+    // Check this file against the include/exclude list to see if it should be
+    // considered
+    for (list<string>::iterator i = includes.begin();
+         i != includes.end(); ++i) {
+        if (path == *i) {
+            printf("Including %s\n", path.c_str());
+            include = true;
+        }
+    }
+
+    for (list<string>::iterator i = excludes.begin();
+         i != excludes.end(); ++i) {
+        if (path == *i) {
+            printf("Excluding %s\n", path.c_str());
+            include = false;
+        }
+    }
+
+    for (list<string>::iterator i = searches.begin();
+         i != searches.end(); ++i) {
+        if (path == *i) {
+            printf("Scanning %s\n", path.c_str());
+            scan_only = true;
+        }
+    }
+
+    if (!include && !scan_only)
+        return;
+
     dictionary file_info;
 
-    lstat(path.c_str(), &stat_buf);
+    lstat(true_path.c_str(), &stat_buf);
 
     printf("%s\n", path.c_str());
 
-    metadata << "name: " << uri_encode(path) << "\n";
-
     file_info["mode"] = encode_int(stat_buf.st_mode & 07777);
-    file_info["atime"] = encode_int(stat_buf.st_atime);
-    file_info["ctime"] = encode_int(stat_buf.st_ctime);
     file_info["mtime"] = encode_int(stat_buf.st_mtime);
     file_info["user"] = encode_int(stat_buf.st_uid);
     file_info["group"] = encode_int(stat_buf.st_gid);
 
+    struct passwd *pwd = getpwuid(stat_buf.st_uid);
+    if (pwd != NULL) {
+        file_info["user"] += " (" + uri_encode(pwd->pw_name) + ")";
+    }
+
+    struct group *grp = getgrgid(stat_buf.st_gid);
+    if (pwd != NULL) {
+        file_info["group"] += " (" + uri_encode(grp->gr_name) + ")";
+    }
+
     char inode_type;
 
     switch (stat_buf.st_mode & S_IFMT) {
@@ -160,11 +349,11 @@ void scanfile(const string& path, ostream &metadata)
     case S_IFSOCK:
         inode_type = 's';
         break;
-    case S_IFCHR:
-        inode_type = 'c';
-        break;
     case S_IFBLK:
-        inode_type = 'b';
+    case S_IFCHR:
+        inode_type = ((stat_buf.st_mode & S_IFMT) == S_IFBLK) ? 'b' : 'c';
+        file_info["device"] = encode_int(major(stat_buf.st_rdev))
+            + "/" + encode_int(minor(stat_buf.st_rdev));
         break;
     case S_IFLNK:
         inode_type = 'l';
@@ -173,18 +362,16 @@ void scanfile(const string& path, ostream &metadata)
          * the symlink.  Allocate slightly more space, so that we ask for more
          * bytes than we expect and so check for truncation. */
         buf = new char[stat_buf.st_size + 2];
-        len = readlink(path.c_str(), buf, stat_buf.st_size + 1);
+        len = readlink(true_path.c_str(), buf, stat_buf.st_size + 1);
         if (len < 0) {
-            printf("error reading symlink: %m\n");
+            fprintf(stderr, "error reading symlink: %m\n");
         } else if (len <= stat_buf.st_size) {
             buf[len] = '\0';
-            printf("    contents=%s\n", buf);
+            file_info["contents"] = uri_encode(buf);
         } else if (len > stat_buf.st_size) {
-            printf("error reading symlink: name truncated\n");
+            fprintf(stderr, "error reading symlink: name truncated\n");
         }
 
-        file_info["contents"] = uri_encode(buf);
-
         delete[] buf;
         break;
     case S_IFREG:
@@ -200,18 +387,34 @@ void scanfile(const string& path, ostream &metadata)
          *   - O_NONBLOCK: prevents open() from blocking if the file was
          *     replaced by a fifo
          * We also add in O_NOATIME, since this may reduce disk writes (for
-         * inode updates). */
-        fd = open(path.c_str(), O_RDONLY|O_NOATIME|O_NOFOLLOW|O_NONBLOCK);
+         * inode updates).  However, O_NOATIME may result in EPERM, so if the
+         * initial open fails, try again without O_NOATIME.  */
+        fd = open(true_path.c_str(), O_RDONLY|O_NOATIME|O_NOFOLLOW|O_NONBLOCK);
+        if (fd < 0) {
+            fd = open(true_path.c_str(), O_RDONLY|O_NOFOLLOW|O_NONBLOCK);
+        }
+        if (fd < 0) {
+            fprintf(stderr, "Unable to open file %s: %m\n", path.c_str());
+            return;
+        }
 
         /* Drop the use of the O_NONBLOCK flag; we only wanted that for file
          * open. */
         flags = fcntl(fd, F_GETFL);
         fcntl(fd, F_SETFL, flags & ~O_NONBLOCK);
 
-        file_info["size"] = encode_int(stat_buf.st_size);
-        dumpfile(fd, file_info, metadata);
+        file_size = dumpfile(fd, file_info, path);
+        file_info["size"] = encode_int(file_size);
         close(fd);
 
+        if (file_size < 0)
+            return;             // error occurred; do not dump file
+
+        if (file_size != stat_buf.st_size) {
+            fprintf(stderr, "Warning: Size of %s changed during reading\n",
+                    path.c_str());
+        }
+
         break;
     case S_IFDIR:
         inode_type = 'd';
@@ -224,23 +427,33 @@ void scanfile(const string& path, ostream &metadata)
     }
 
     file_info["type"] = string(1, inode_type);
-    metadata << "type: " << inode_type << "\n";
 
+    metadata << "name: " << uri_encode(path) << "\n";
     dict_output(metadata, file_info);
     metadata << "\n";
 
+    // Break apart metadata listing if it becomes too large.
+    if (metadata.str().size() > LBS_METADATA_BLOCK_SIZE)
+        metadata_flush();
+
     // If we hit a directory, now that we've written the directory itself,
     // recursively scan the directory.
     if (recurse)
-        scandir(path, metadata);
+        scandir(path, include);
 }
 
-void scandir(const string& path, ostream &metadata)
+void scandir(const string& path, bool include)
 {
-    DIR *dir = opendir(path.c_str());
+    string true_path;
+    if (relative_paths)
+        true_path = path;
+    else
+        true_path = "/" + path;
+
+    DIR *dir = opendir(true_path.c_str());
 
     if (dir == NULL) {
-        printf("Error: %m\n");
+        fprintf(stderr, "Error: %m\n");
         return;
     }
 
@@ -258,31 +471,242 @@ void scandir(const string& path, ostream &metadata)
     for (vector<string>::iterator i = contents.begin();
          i != contents.end(); ++i) {
         const string& filename = *i;
-        scanfile(path + "/" + filename, metadata);
+        if (path == ".")
+            scanfile(filename, include);
+        else
+            scanfile(path + "/" + filename, include);
     }
 
     closedir(dir);
 }
 
+/* Include the specified file path in the backups.  Append the path to the
+ * includes list, and to ensure that we actually see the path when scanning the
+ * directory tree, add all the parent directories to the search list, which
+ * means we will scan through the directory listing even if the files
+ * themselves are excluded from being backed up. */
+void add_include(const char *path)
+{
+    printf("Add: %s\n", path);
+    /* Was an absolute path specified?  If so, we'll need to start scanning
+     * from the root directory.  Make sure that the user was consistent in
+     * providing either all relative paths or all absolute paths. */
+    if (path[0] == '/') {
+        if (includes.size() > 0 && relative_paths == true) {
+            fprintf(stderr,
+                    "Error: Cannot mix relative and absolute paths!\n");
+            exit(1);
+        }
+
+        relative_paths = false;
+
+        // Skip over leading '/'
+        path++;
+    } else if (relative_paths == false && path[0] != '/') {
+        fprintf(stderr, "Error: Cannot mix relative and absolute paths!\n");
+        exit(1);
+    }
+
+    includes.push_back(path);
+
+    /* Split the specified path into directory components, and ensure that we
+     * descend into all the directories along the path. */
+    const char *slash = path;
+
+    if (path[0] == '\0')
+        return;
+
+    while ((slash = strchr(slash + 1, '/')) != NULL) {
+        string component(path, slash - path);
+        searches.push_back(component);
+    }
+}
+
+void usage(const char *program)
+{
+    fprintf(
+        stderr,
+        "Usage: %s [OPTION]... --dest=DEST PATHS...\n"
+        "Produce backup snapshot of files in SOURCE and store to DEST.\n"
+        "\n"
+        "Options:\n"
+        "  --dest=PATH          path where backup is to be written [REQUIRED]\n"
+        "  --exclude=PATH       exclude files in PATH from snapshot\n"
+        "  --localdb=PATH       local backup metadata is stored in PATH\n"
+        "  --filter=COMMAND     program through which to filter segment data\n"
+        "                           (defaults to \"bzip2 -c\")\n"
+        "  --filter-extension=EXT\n"
+        "                       string to append to segment files\n"
+        "                           (defaults to \".bz2\")\n",
+        program
+    );
+}
+
 int main(int argc, char *argv[])
 {
-    block_buf = new char[LBS_BLOCK_SIZE];
+    string backup_source = ".";
+    string backup_dest = "";
+    string localdb_dir = "";
+
+    while (1) {
+        static struct option long_options[] = {
+            {"localdb", 1, 0, 0},           // 0
+            {"exclude", 1, 0, 0},           // 1
+            {"filter", 1, 0, 0},            // 2
+            {"filter-extension", 1, 0, 0},  // 3
+            {"dest", 1, 0, 0},              // 4
+            {NULL, 0, 0, 0},
+        };
+
+        int long_index;
+        int c = getopt_long(argc, argv, "", long_options, &long_index);
+
+        if (c == -1)
+            break;
 
-    tss = new TarSegmentStore(".");
+        if (c == 0) {
+            switch (long_index) {
+            case 0:     // --localdb
+                localdb_dir = optarg;
+                break;
+            case 1:     // --exclude
+                if (optarg[0] != '/')
+                    excludes.push_back(optarg);
+                else
+                    excludes.push_back(optarg + 1);
+                break;
+            case 2:     // --filter
+                filter_program = optarg;
+                break;
+            case 3:     // --filter-extension
+                filter_extension = optarg;
+                break;
+            case 4:     // --dest
+                backup_dest = optarg;
+                break;
+            default:
+                fprintf(stderr, "Unhandled long option!\n");
+                return 1;
+            }
+        } else {
+            usage(argv[0]);
+            return 1;
+        }
+    }
+
+    if (argc < optind + 2) {
+        usage(argv[0]);
+        return 1;
+    }
+
+    searches.push_back(".");
+    if (optind == argc) {
+        add_include(".");
+    } else {
+        for (int i = optind; i < argc; i++)
+            add_include(argv[i]);
+    }
+
+    backup_source = argv[optind];
+
+    if (backup_dest == "") {
+        fprintf(stderr,
+                "Error: Backup destination must be specified with --dest=\n");
+        usage(argv[0]);
+        return 1;
+    }
+
+    // Default for --localdb is the same as --dest
+    if (localdb_dir == "") {
+        localdb_dir = backup_dest;
+    }
+
+    // Dump paths for debugging/informational purposes
+    {
+        list<string>::const_iterator i;
+
+        printf("LBS Version: %s\n", lbs_version);
 
-    std::ostringstream metadata;
+        printf("--dest=%s\n--localdb=%s\n\n",
+               backup_dest.c_str(), localdb_dir.c_str());
 
-    try {
-        scanfile(".", metadata);
-    } catch (IOException e) {
-        fprintf(stderr, "IOException: %s\n", e.getError().c_str());
+        printf("Includes:\n");
+        for (i = includes.begin(); i != includes.end(); ++i)
+            printf("    %s\n", i->c_str());
+
+        printf("Excludes:\n");
+        for (i = excludes.begin(); i != excludes.end(); ++i)
+            printf("    %s\n", i->c_str());
+
+        printf("Searching:\n");
+        for (i = searches.begin(); i != searches.end(); ++i)
+            printf("    %s\n", i->c_str());
     }
 
-    const string md = metadata.str();
-    string root = tss->write_object(md.data(), md.size(), "root");
+    tss = new TarSegmentStore(backup_dest);
+    block_buf = new char[LBS_BLOCK_SIZE];
+
+    /* Store the time when the backup started, so it can be included in the
+     * snapshot name. */
+    time_t now;
+    struct tm time_buf;
+    char desc_buf[256];
+    time(&now);
+    localtime_r(&now, &time_buf);
+    strftime(desc_buf, sizeof(desc_buf), "%Y%m%dT%H%M%S", &time_buf);
+
+    /* Open the local database which tracks all objects that are stored
+     * remotely, for efficient incrementals.  Provide it with the name of this
+     * snapshot. */
+    string database_path = localdb_dir + "/localdb.sqlite";
+    db = new LocalDb;
+    db->Open(database_path.c_str(), desc_buf);
+
+    /* Initialize the stat cache, for skipping over unchanged files. */
+    statcache = new StatCache;
+    statcache->Open(localdb_dir.c_str(), desc_buf);
+
+    scanfile(".", false);
+
+    metadata_flush();
+    const string md = metadata_root.str();
+
+    LbsObject *root = new LbsObject;
+    root->set_group("metadata");
+    root->set_data(md.data(), md.size());
+    root->write(tss);
+    root->checksum();
+    segment_list.insert(root->get_ref().get_segment());
+
+    string backup_root = root->get_ref().to_string();
+    delete root;
+
+    db->Close();
+
+    statcache->Close();
+    delete statcache;
 
     tss->sync();
+    tss->dump_stats();
     delete tss;
 
+    /* Write a backup descriptor file, which says which segments are needed and
+     * where to start to restore this snapshot.  The filename is based on the
+     * current time. */
+    string desc_filename = backup_dest + "/snapshot-" + desc_buf + ".lbs";
+    std::ofstream descriptor(desc_filename.c_str());
+
+    descriptor << "Format: LBS Snapshot v0.1\n";
+    descriptor << "Producer: " << lbs_version << "\n";
+    strftime(desc_buf, sizeof(desc_buf), "%Y-%m-%d %H:%M:%S %z", &time_buf);
+    descriptor << "Date: " << desc_buf << "\n";
+    descriptor << "Root: " << backup_root << "\n";
+
+    descriptor << "Segments:\n";
+    for (std::set<string>::iterator i = segment_list.begin();
+         i != segment_list.end(); ++i) {
+        descriptor << "    " << *i << "\n";
+    }
+
     return 0;
 }